Schemat blokowy systemu mikroprocesorowego.

Transkrypt

1 IV Dział programowy: Elementy jednostki centralnej komputera L 66 Schemat blokowy systemu mikroprocesorowego. 1. Sposoby przetwarzania informacji. 2. Układy systemu mikroprocesorowego. Ad. 1. Sposoby przetwarzania informacji Przetwarzanie informacji za pomocą układów cyfrowych polega na dostarczeniu do układu lub systemu danych, które podlegają działaniom określonym za pomocą algorytmów, po przeprowadzeniu których otrzymujemy wynik. Przetwarzanie to możemy realizować dwoma sposobami: a) przy pomocy specjalizowanego układu cyfrowego HARDWARE Wejścia DANE Specjalizowany układ cyfrowy Wyjścia WYNIKI Jest to zespół połączonych układów cyfrowych, zdolnych do realizacji ściśle określonych działań, przez ich odpowiednie połączenie. Takie rozwiązania nazywamy sprzętowymi (ang. hardware). b) przy pomocy systemu mikroprocesorowego HARDWARE Wejścia DANE System mikroprocesorowy Wyjścia WYNIKI Program SOFTWARE Jest to uniwersalny system, wykonujący działania opisane rozkazami (instrukcjami). Rozkazy tworzą logiczny ciąg zwany programem. Uniwersalność systemu polega na tym, że możliwa jest wielokrotna zmiana programów, a co za tym idzie, zmiana sposobu działania systemu. Takie rozwiązania nazywamy programowymi (ang. software). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 129

2 Ad. 2. Układy systemu mikroprocesorowego. Komputer jest zespołem układów cyfrowych tworzących system mikroprocesorowy. Typowy system mikroprocesorowy składa się z następujących elementów: procesora, pamięci operacyjnej RAM, pamięci stałej ROM, układów wejścia/wyjścia oraz układów sterujących przepływem informacji pomiędzy w/w elementami. Mikroprocesor (procesor) przetwarza dane, wykonując na nich operacje arytmetyczne i logiczne, na podstawie instrukcji (rozkazów) odczytanych z pamięci operacyjnej. Zbiór tych instrukcji, określających sposób wykonania konkretnego zadania, nazywamy programem. Mikroprocesor oznaczany jest również: µp lub CPU (ang. Central Processing Unit centralna jednostka obliczeniowa). Pamięć RAM (ang. Random Access Memory) pamięć o dostępie swobodnym, umożliwia zapis i odczyt informacji. Jest ulotna, co oznacza, że, po wyłączeniu zasilania, informacja w niej przechowywana jest bezpowrotnie tracona. Tego typu układy tworzą pamięć operacyjną komputera, w której przechowywane są kody instrukcji tworzących program, dane oraz wyniki działania programu. MEMW MEMR IOW IOR MIKROPROCESOR - CPU Pamięć stała ROM POST BIOS Pamięć operacyjna RAM Dane Program Układy wejścia i wyjścia I/O Szyna adresowa Szyna danych Pamięć ROM (ang. Read Only Memory) pamięć stała, służąca tylko do odczytu; zachowuje swoją zawartość po wyłączeniu zasilania. W pamięci ROM zapisywane jest podstawowe oprogramowanie płyty głównej już w czasie jej produkcji. Znajdują się w niej, między innymi, następujące programy: POST (ang. Power On Self Test) podstawowe testy diagnostyczne komputera, BIOS (ang. Basic Input Output System) oprogramowanie obsługujące urządzenia wejścia/wyjścia. BIOS zawiera również procedury inicjalizujące pracę systemu operacyjnego oraz umożliwiające wprowadzenie do pamięci operacyjnej dalszego oprogramowania. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 130

3 We współczesnych komputerach stosuje się pamięć stałą tupu EEPROM (ang. Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), którą użytkownik może sam skasować i ponownie zaprogramować, bez wymontowywania jej z systemu. Pozwala to na aktualizację wersji BIOS-u. Najnowsza technologia nazywa się Flash EEPROM, w skrócie Flash, czyli błysk. Pozwala na zapisywanie i kasowanie pamięci całymi blokami, a nie komórka po komórce, co znacznie przyspiesza jej działanie. Pamięci Flash są stosowane obecnie powszechnie: pamięci USB (pendrive), karty pamięci, dyski SSD. Wcześniej wykorzystywano pamięć EPROM (ang. Erasable Programmable Read Only Memory), zapisywaną elektrycznie w programatorze, a kasowaną ultrafioletem w kasowniku. Wszelkie bieżące zmiany parametrów konfiguracyjnych komputera, dokonywane przez użytkownika w programie BIOS-Setup, zapisywane są w pamięci CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor) zasilanej bateryjnie. Układy wejścia/wyjścia (ang. I/O Input/Output) pośredniczą w wymianie informacji pomiędzy mikroprocesorem i pamięcią systemu, a urządzeniami zewnętrznymi w stosunku do systemu, zwanymi urządzeniami peryferyjnymi. Potrzeba pośredniczenia może wynikać z: konieczności translacji poziomów sygnałów elektrycznych, różnych szybkości działania urządzeń, konieczności przygotowania odpowiedniego formatu informacji. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 131

4 L 67 Wymiana informacji pomiędzy układami systemu mikroprocesorowego. 1. Magistrale systemowe. 2. Przykładowe sygnały magistrali sterującej. Ad.1. Magistrale systemowe. Magistrale stanowią wspólne dla wszystkich układów drogi przesyłania informacji. a) Magistrala DMI łączy mostek północny z południowym o przepustowości 2GB/s b) Magistrala FSB łączy procesor z kontrolerem pamięci (zazwyczaj w mostku północnym). Jej częstotliwość zależy od zastosowania procesora. Składa się z linii: DB (ang. Data Bus) magistrali (szyny) danych, AB (ang. Address Bus) magistrali (szyny) adresowej, CB (ang. Control Bus) magistrali (szyny) sterującej. Zadaniem magistrali danych jest przesyłanie danych, wyników oraz kodów instrukcji. Jest to magistrala dwukierunkowa. Magistralą adresową przesyłane są adresy komórek pamięci lub rejestrów układów wejścia/wyjścia, z którymi chce się komunikować mikroprocesor. Jest to magistrala jednokierunkowa, adresy są generowane przez mikroprocesor. Szerokość magistrali adresowej (n linii) określa przestrzeń adresową komputera (2 n B). W tabeli przedstawiono wielkość adresowanej pamięci w odniesieniu do typu procesora: Typ procesora Magistrala adresowa Kilobajty (KB) Megabajty (MB) Gigabajty (GB) Terabajty (TB) Magistrala danych 8086/ bitowa bitowa bitowa bitowa bitowa bitowa Pentium 4, Athlon 36-bitowa bitowa Core 2 Duo, Core 2 Quad, 36-bitowa bitowa Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 132

5 Trzecia magistrala nie jest w istocie magistralą, a raczej zestawem linii sterujących. Linie te służą do sterowania pracą układów współpracujących z mikroprocesorem oraz do sygnalizowania pewnych ich określonych stanów (np. określa czy sygnał ma zostać zapisany czy odczytany). c) W 2009 roku Intel w procesorach rodziny Core i5 (pierwszy i5-750) zrezygnowano całkowicie z mostka północnego, likwidując wąskie gardło w postaci FSB i przenosząc kontrolery PCI Express i pamięci RAM DDR3 oraz interfejs DMI do procesora. Zadaniem DMI jest komunikacja z urządzeniami interfejsu SATA lub portami PCI. d) Wraz z wprowadzeniem Intel Core i7 magistralę FSB zastąpiono szeregową magistrala QPI. Jest to magistrala dwukierunkowa pełonoduplekową typu point to point (bezpośrednie połączenie dwóch komponentów bez współdzielenia przepustowości), 20- bitowa może osiągać prędkość do 25,6 GB/s. e) Magistrala Hyper Transport, zastosowana w rozwiązaniach firmy AMD, w których występują procesory ze zintegrowanym kontrolerem pamięci, jest magistralą typu point to point, dwukierunkową jednocześnie wysyłając i odbierając dane co niweluje opóźnienia w transmisji. Hyper Transport występuje w wersjach: 1.0, 2.0, 3.0 i 3.1, które mogą pracować z częstotliwościami od 200 MHz do 3.2 GHz (dla wersji HT 3.1) co pozwala na przesyłanie danych z maksymalną prędkością 6.4 GT/s. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 133

6 Ad.2. Przykładowe sygnały magistrali sterującej. Współpracę procesora z pamięcią oraz urządzeniami wejścia/wyjścia obrazuje poniższy rysunek. Odbywa się ona poprzez szynę danych i szynę adresową. Procesor wysyła sygnały sterujące, które umożliwiają odczyt lub zapis z poszczególnych urządzeń. Wyróżniamy następujące sygnały sterujące: MW (ang. Memory Write) zapis do pamięci MR (ang. Memory Read) odczyt z pamięci IOW (ang. Input/Output Write) zapis do urządzeń wejścia/wyjścia IOR (ang. Input/Output Read) odczyt z urządzeń wejścia/wyjścia Negacja nad sygnałem oznacza, że sygnał jest aktywny, jeżeli na danej linii jest logiczne O. L 68 Rodzaje operacji wejścia/wyjścia. 1. Operacje wejścia/wyjścia z bezpośrednim sterowaniem przez mikroprocesor (PIO). 2. Operacje wejścia/wyjścia z pośrednim sterowaniem przez mikroprocesor (DMA). Operacje wejścia/wyjścia całokształt działań potrzebnych do realizacji wymiany informacji pomiędzy mikroprocesorem i pamięcią, a układem wejścia/wyjścia. Ad.1. Operacje wejścia/wyjścia z bezpośrednim sterowaniem przez mikroprocesor Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 134

7 (nadzorowane przez mikroprocesor). Operacje te zwane są również operacjami typu PIO (ang. Programmed Input/Output). Procesor generuje wszystkie sygnały sterujące i adresy, niezbędne do przesłania informacji. W trakcie tej czynności nie może wykonywać żadnych innych czynności. Fakt ten spowalnia pracę komputera. a) Bezwarunkowe operacje wejścia/wyjścia Bezwarunkowa operacja wyjścia/wejścia operacja, przy realizacji której mikroprocesor nie sprawdza gotowości układu wejścia/wyjścia. Przykładem może być sygnalizowanie określonego stanu za pomocą diód LED (ang. Light Emitting Diode). b) Operacje wejścia/wyjścia z testowaniem stanu układu Operacja wejścia/wyjścia z testowaniem stanu układu mikroprocesor sprawdza sygnał (np. może to być określony bit) gotowości układu wejścia/wyjścia do wymiany informacji. W przypadku potwierdzenia gotowości wymiana jest realizowana. Brak gotowości do wymiany powoduje wykonywanie przez mikroprocesor tzw. pętli przepytywania, w której sprawdza on cyklicznie gotowość do wymiany. Przykładem tego typu operacji może być współpraca systemu z przetwornikiem A/C. Pobranie wartości przetwarzanej wielkości z wyjścia przetwornika przed zakończeniem przetwarzania spowodowałoby błąd odczytalibyśmy nieprawidłową wartość. Dlatego przetwornik ma rejestr stanu z bitem zajętości BSY. Jeżeli BSY = 1, przetwornik zajęty; jeżeli BSY = 0, mikroprocesor wczytuje wartość z wyjścia przetwornika do swojego rejestru lub komórki pamięci, kończąc tym samym operację wejścia/wyjścia. c) Operacje wejścia/wyjścia z przerwaniem programu W tym przypadku mikroprocesor wykonuje program główny, oczekując na sygnał gotowości do wymiany informacji, zgłoszony przez układ wejścia/wyjścia. W tym celu mikroprocesor dysponuje wejściem zgłoszenia przerwania INTR (ang. Interrupt). Zgłoszenie przerwania powoduje przerwanie przez mikroprocesor wykonywania programu głównego, po zakończeniu realizacji bieżącej instrukcji, oraz zapamiętanie informacji potrzebnych do późniejszego powrotu do programu głównego. Następnie mikroprocesor przechodzi do wykonania specjalnego programu obsługi przerwania, który realizuje wymianę informacji z układem wejścia/wyjścia. Po zakończeniu wymiany mikroprocesor kontynuuje przerwany program główny. W systemie mikroprocesorowym znajduje się wiele źródeł przerwań, a mikroprocesor ma tylko jedno wejście zgłoszenia przerwania. Dlatego wykorzystywany jest specjalizowany układ pośredniczący w przyjmowaniu zgłoszeń pomiędzy mikroprocesorem, a układami wejścia/wyjścia sterownik (kontroler) przerwań (rys.1). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 135

8 Znaczenie sygnałów sterujących: Rys.1. Operacja wejścia/wyjścia z przerwaniem programu (źródło: Urządzenia techniki komputerowej Zdzisław Kolan) IRQn (ang. Interrupt Request) żądanie obsługi przerwania (sygnały wysyłają urządzenia do sterownika przerwań); INTR (ang. Interrupt) sygnał zgłoszenia przerwania (sterownik przerwań wybiera spośród urządzeń żądających obsługi to, które ma najwyższy priorytet i zgłasza przerwanie do mikroprocesora); INTRA (ang. Interrupt Acknowledge) sygnał przyjęcia zgłoszenia przerwania (mikroprocesor potwierdza przyjęcie przerwania i przechodzi do jego obsługi). Przerwaniami zarządza kontroler przerwań, który powiadamia procesor za pomocą sygnału INTR. Procesor potwierdza sygnałem INTA i rozpoczyna wymianę danych między pamięcią i urządzeniem. Każde urządzenie ma własny numer przerwania. Jeżeli kilka urządzeń jednocześnie zażąda przerwania, zostanie obsłużone to, które ma przerwanie o wyższym priorytecie niższy numer przerwania. Ad.2. Operacje wejścia/wyjścia z pośrednim sterowaniem przez mikroprocesor Ten rodzaj operacji wejścia/wyjścia nazywany jest bezpośrednim dostępem do pamięci DMA (ang. Direct Memory Access). Operacja jest jedynie inicjowana przez mikroprocesor, który przekazuje sterowanie jej realizacją specjalizowanemu układowi sterownikowi (kontrolerowi) DMA (rys.2). Generuje on wszystkie adresy i sygnały sterujące, potrzebne do realizacji wymiany informacji. Przejmuje kontrolę nad magistralami, stając się zarządcą magistral (ang. bus master). W tym czasie mikroprocesor może wykonywać inne operacje, takie, które nie wymagają dostępu do magistral. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 136

9 Znaczenie sygnałów sterujących: Rys.2. Operacja DMA (źródło: Urządzenia techniki komputerowej Zdzisław Kolan) DRQn (ang. DMA Request) żądanie obsługi w trybie DMA (sygnały wysyłają urządzenia do sterownika DMA); HRQ (ang. Hold Request) żądanie przekazania kontroli nad magistralami sterownikowi DMA (sygnał ten wysyła sterownik DMA do mikroprocesora); HLDA (ang. Hold Acknowledge) zgoda na przejęcie kontroli przez sterownik DMA (mikroprocesor wysyła potwierdzenie do sterownika DMA, następnie odłącza się od magistral, ustawia swoje wyjścia w stan wysokiej impedancji); DACKn (ang. DMA Acknowledge) potwierdzenie przyjęcia żądania (kontroler informuje urządzenie o ustawieniu trybu DMA rozpoczyna się transmisja danych, zarządcą magistral jest sterownik DMA). L 69 Przebieg operacji I/O z przerwaniem programu. 1. Wykonanie operacji wejścia/wyjścia z przerwaniem programu. 2. Rodzaje przerwań. 3. Numery przerwań w komputerze. Ad.1. Wykonanie operacji wejścia/wyjścia z przerwaniem programu. Mikroprocesor wykonuje pewien program, zwany programem głównym, oczekując na sygnał gotowości do wymiany, zgłaszany przez układ wejścia/wyjścia (rys.1.). Jeżeli taki sygnał nadejdzie (tzw. sygnał zgłoszenia przerwania), wówczas mikroprocesor: przerywa wykonywanie programu głównego po zakończeniu realizacji bieżącej instrukcji, Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 137

10 zapamiętuje adres późniejszego powrotu do programu głównego oraz stan wewnętrznych rejestrów, przechodzi do realizacji specjalnego programu zwanego programem obsługi przerwania. Program obsługi przerwania powinien zrealizować wymianę informacji z układem wejścia/wyjścia zgłaszającym gotowość. Po zakończeniu wymiany procesor powraca do programu głównego i kontynuuje jego wykonywanie. Rys.1. Wykonanie operacji wejścia/wyjścia z przerwaniem programu (źródło: Urządzenia techniki komputerowej Krzysztof Wojtuszkiewicz) Sytuacja komplikuje się w przypadku obsługiwania tą metodą kilku układów wejścia/wyjścia. Może wówczas zdarzyć się, że jednocześnie kilka układów wejścia/wyjścia zgłosi gotowość do wymiany. Należy wówczas zdecydować, który układ zostanie obsłużony, i o wyborze tym poinformować mikroprocesor. Ponadto, ponieważ procesor ma tylko jedno wejście zgłoszenia przerwania INTR, musi istnieć układ pośredniczący w przyjmowaniu zgłoszeń przerwań pomiędzy procesorem, a układami wejścia/wyjścia. Układem tym jest specjalizowany układ zwany sterownikiem przerwań. Podstawowymi zadaniami sterownika są: pośredniczenie w przyjmowaniu zgłoszeń przerwań pomiędzy mikroprocesorem, a innymi układami wejścia/wyjścia, przyjmowanie zgłoszeń przerwań od wielu układów wejścia/wyjścia, arbitraż ocena priorytetu zgłaszanych przerwań, wybór spośród kilku jednocześnie zgłoszonych przerwań tego, które zostanie obsłużone, wygenerowanie sygnału zgłoszenia przerwania bezpośrednio do mikroprocesora, zasygnalizowanie mikroprocesorowi, jakie przerwanie będzie obsługiwał (każde z urządzeń zgłaszających przerwania wymaga innej obsługi). Końcowym wynikiem współpracy sterownika przerwań z mikroprocesorem jest uruchomienie określonego programu obsługi przerwania. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 138

11 Ad.2. Rodzaje przerwań. Przerwania sprzętowe przyczyną ich realizacji jest fizyczny sygnał zgłoszenia przerwania pochodzący od określonego urządzenia: maskowalne przerwania obsługiwane przez kontroler przerwań, niemaskowalne przerwania, które nie mogą być zignorowane, ich wywołanie ma miejsce po stwierdzeniu błędu w pracy systemu (np. błędu parzystości pamięci operacyjnej); sygnał przerwania kierowany jest bezpośrednio do końcówki NMI (ang. nonmascable interrupt) mikroprocesora. Przerwania programowe są wynikiem wykonania przez mikroprocesor rozkazu INT. Ad.3. Numery przerwań w komputerze. Przydział linii IRQ poszczególnym urządzeniom (układom ) w systemie można sprawdzić w Menedżerze urządzeń (Menedżer urządzeń Widok Zasoby według typów Żądanie przerwania (IRQ)).Najwyższy priorytet ma zawsze czasomierz systemowy linia IRQ0. Praca domowa Sprawdź przydział linii przerwań w swoim komputerze. Wydruk zrzutu ekranowego wklej do zeszytu. L 70 Przebieg operacji DMA. 1. Koncepcja operacji DMA. 2. Przebieg operacji DMA. Ad.1. Koncepcja operacji DMA (rys.1). DMA (ang. Direct Memory Access) bezpośredni dostęp do pamięci. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 139

12 Bezpośrednim dostępem do pamięci nazywamy operację wejścia/wyjścia jedynie inicjowaną przez mikroprocesor, który przekazuje sterowanie jej realizacją specjalizowanemu układowi zwanemu sterownikiem DMA. Przy bezpośrednim dostępie do pamięci transmisja informacji przebiega pomiędzy układem wejścia/wyjścia, a wydzielonym obszarem buforowym w pamięci. Przebieg operacji nadzoruje sterownik DMA, poprzez generację wszystkich sygnałów sterujących i adresów potrzebnych do realizacji wymiany. W tym celu sterownik DMA przejmuje na czas wymiany informacji kontrolę nad magistralami, stając się zarządcą magistral (ang. bus master). Procesor Układ I/O HRQ Pamięć operacyjna ~IOR ~IOW ~MEMR ~MEMW Sterownik DMA Tryb PIO Tryb DMA Rys. 1. Koncepcja operacji DMA Żądanie przejęcia kontroli nad magistralami jest zgłaszane do procesora za pomocą sygnału sterującego HRQ. W odpowiedzi na ten sygnał procesor przechodzi w tak zwany stan zawieszenia, polegający na elektrycznym odseparowaniu się od magistral. Przejście w stan zawieszenia jest sygnalizowane przez mikroprocesor stanem aktywnym na wyjściu HLDA. Przejście to nie wymaga żadnych zmian stanu rejestrów procesora. Po zakończeniu transmisji sterownik DMA zwraca mikroprocesorowi kontrolę nad magistralami. Ad.2. Przebieg operacji DMA. W realizacji operacji DMA możemy wyróżnić trzy podstawowe etapy: Inicjacja operacji DMA Operacja DMA, podobnie jak przerwanie, inicjowana jest na żądanie układu wejścia/wyjścia. Żądanie to zgłaszane jest do sterownika DMA sygnałem DRQn (gdzie n jest numerem kanału DMA). Inicjacja Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 140

13 realizowana jest przez mikroprocesor, gdyż kieruje on pracą całego systemu. Inicjacja operacji DMA polega na przekazaniu do sterownika DMA następujących informacji: wielkość bloku do przetransmitowania (ilość bajtów lub słów) adres pierwszej komórki bufora pamięci rodzaj operacji (zapis lub odczyt) sposób realizacji operacji DMA Realizacja operacji DMA Operacja DMA może być realizowana w jednym z trzech trybów: transmisja pojedynczymi słowami transmisja blokowa transmisja na żądanie. W każdym przypadku przesyłany jest blok informacji o wielkości określonej jako jeden z parametrów operacji. Sposób realizacji transmisji jest jednak różny. W przypadku transmisji pojedynczymi słowami, sterownik DMA po sygnale gotowości od układu wejścia/wyjścia przejmuje sterowanie magistralami na czas jednego cyklu, realizuje operację wymiany, po czym oddaje kontrolę nad magistralami mikroprocesorowi, oczekując na kolejny sygnał gotowości od układu wejścia/wyjścia. Postępowanie takie jest kontynuowane aż do momentu przesłania całego bloku. Dopiero wówczas jest sygnalizowane zakończenie operacji DMA. Transmisja blokowa jest realizowana w sposób ciągły aż do momentu przesłania całego bloku. Podczas jej realizacji mikroprocesor pozostaje cały czas w stanie zawieszenia, a kontrolę nad magistralami sprawuje sterownik DMA. Przy transmisji na żądanie przesyłanie kolejnych słów trwa w sposób nieprzerwany dopóty, dopóki jest aktywny sygnał DRQn z obsługiwanego układu wejścia/wyjścia. W przypadku, gdy przechodzi on w stan nieaktywny, transmisja jest zawieszana, a kontrola nad magistralami zostaje przekazana do mikroprocesora. Transmisja jest kontynuowana po ponownym przejściu sygnału DRQn w stan aktywny. Podobnie jak w pozostałych przypadkach, zakończenie operacji DMA jest sygnalizowane po przesłaniu całego bloku. Zakończenie operacji Zakończenie operacji DMA sygnalizowane jest przez sterownik DMA aktywnym poziomem sygnału EOP (ang. End Of Process). Sygnał ten jest przekazywany do obsługiwanego urządzenia, dzięki czemu urządzenie zgłasza przerwanie do procesora (za pośrednictwem sterownika przerwań). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 141

14 L 71 Modułowa budowa komputera. 1. Podstawowe komponenty komputera. 2. Jednostka centralna. Ad. 1 Podstawowe komponenty komputera. Podstawowe komponenty komputera osobistego: 1 Monitor 2 Płyta główna 3 Procesor 4 Gniazda kontrolerów dysków twardych (ATA) 5 Kości pamięci operacyjnej (RAM) 6 Karty rozszerzeń 7 Zasilacz 8 Napęd optyczny (CD/DVD) 9 Dysk twardy (HDD) 10 Klawiatura 11 Mysz Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 142

15 Ogólnie elementy komputera można podzielić na: jednostka centralna monitor klawiatura mysz urządzenia peryferyjne Ad. 2 Jednostka centralna. Jednostka centralna składa się z następujących elementów: płyta główna procesor pamięć dysk twardy stacja dyskietek CDROM/DVD obudowa porty WE/WY karta graficzna karta muzyczna karta sieciowa modem inne karty rozszerzeń Procesor - (ang. CPU - Central Processor Unit), czyli jednostka arytmetyczno - logiczna. Jest on podstawowym elementem komputera. Zawierają one do kilkunastu milionów tranzystorów. Potrafią wykonać kilkaset prostych operacji, tj. rozkazów maszynowych. Komputery zgodne z IBM PC są wyposażone w procesory firmy Intel, Cyrix i AMD, komputery firmy Apple i komputery Amiga działają na procesorach firmy Motorola z serii mc680x0 i PowerPC. Wyróżniamy dwa typy procesorów: CISC (ang. Complex Instruction Set Computer) i RISC (ang. Reduced Instroction Set Computer). Procesory CISC, wykonują dużo skomplikowanych operacji, których wykonanie trwa kilka lub kilkanaście cykli procesora. Procesory RISC natomiast maja zestaw bardziej prostych rozkazów i wykonują je w jednym cyklu. Procesory RISC są znacznie prostsze w budowie i mogą być taktowane znacznie wyższymi częstotliwościami zegara niż procesory CISC. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 143

16 Dysk twardy jeden z typów urządzeń pamięci masowej, wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych. Nazwa "dysk twardy" (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. "dysków miękkich", czyli dyskietek (floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne. Pierwowzorem twardego dysku jest pamięć bębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w 1980 firma Seagate. Dysk przeznaczony do mikrokomputerów miał pojemność 5 MB, 5 razy więcej niż standardowa dyskietka. Pojemność dysków wynosi od 5 MB (przez 10MB, 20MB i 40MB dyski MFM w komputerach klasy XT 808x i 286) do 12 TB. Małe dyski, o pojemnościach kilku GB stosuje się współcześnie w kartach dla slotu Compact Flash (Microdrive) do cyfrowych aparatów fotograficznych, a także w innych urządzeniach przenośnych. Producenci prześcigają się w tworzeniu coraz pojemniejszych dysków twardych. Najpojemniejsze modele w seryjnej produkcji mają pojemność 12 TB, niebawem mają pojawić się modele 14 TB, a w styczniu 2017 roku firma Seagate zapowiedziała podbicie tej stawki do 16 TB. Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/min.) oraz MTBF. Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu. Stacja dyskietek (FDD; Floppy Disk Drive) element komputera przeznaczony do obsługi jednego z rodzajów zewnętrznej pamięci komputerowej, jakim jest dyskietka. Stacje dyskietek zwane Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 144

17 są stacjami dysków miękkich. W komputerach osobistych używane były następujące rodzaje stacji dyskietek: 8" w pierwszych maszynach, pojemność 79,7 kb[1], 175 kb[2], 237,25 kb[3][4], 500,5 kb[5]; 5 1/4" obecnie praktycznie nie jest spotykana (pojemność dyskietki: SS/SD 160 kb, SS/DD 180 kb, DS/SD 320 kb, DS/DD 360 kb, HD 1,2 MB), 3 1/2" mimo zmniejszenia znaczenia dyskietek, nadal czasem można spotkać te dyskietki (pojemność dyskietki: DD 720 kb, HD 1,22/1,44 MB, ED 2,88 MB), 3" praktycznie się nie przyjęły i na masową skalę występowały tylko w komputerach Amstrad/Schneider. Miały pojemność 170 kb. Obecnie ich rolę przejęły nagrywalne płyty CD i DVD, a także coraz powszechniejsze nośniki USB. Dzisiaj stacje dyskietek nie są już standardowo montowane w komputerach, jednak w starszych systemach bez nich nie jest możliwe przywrócenie systemu z kopii zapasowej lub wykonanie niektórych innych istotnych operacji bez rozkręcania komputera. CD ROM - opracowana na początku lat 80. przez firmy Philips i Sony technologia CD (Compact Disc) zrewolucjonizowała techniki zapisu dźwięku. Dysk kompaktowy zdobył ogromne powodzenie wśród melomanów, między innymi dzięki niedostępnej dotychczas dla przeciętnych śmiertelników jakości zapisu cyfrowego. Zachęcone sukcesem swego wynalazku firmy Philips i Sony opracowały w roku i 1985 nowy standard CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), przeznaczony do zapisu na dysku CD danych komputerowych. Biorąc pod uwagę niewielki koszt produkcji dysku i pojemność sięgającą ponad 500MB, było to idealne rozwiązanie do przechowywania dużych ilości informacji. Jednak swoją ogromną popularność standard ten zdobył dopiero w latach 90-tych, kiedy wraz ze wzrastającą mocą obliczeniową komputerów pojawiło się zjawisko o nazwie "multimedia". Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 145

18 DVD (ang. Digital Versatile Disc ) standard zapisu danych na optycznym nośniku danych, podobnym do CD-ROM (te same wymiary: 12 lub 8 cm) lecz o większej pojemności uzyskanej dzięki zwiększeniu gęstości zapisu (płyta jednostronna, jednowarstwowa o pojemności 4,7 GB). Płyty DVD dzielą się na przeznaczone tylko do odczytu DVD-ROM oraz umożliwiające zapis na płycie DVD-RAM, DVD- R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW, DVD+R DL. W zamyśle twórców format DVD powstał do cyfrowego zapisu materiałów wideo, jednak rosnące zapotrzebowanie przemysłu komputerowego na nośniki o większej pojemności sprawił, że DVD stał się formatem uniwersalnym. Dzięki wiązce światła lasera o krótszej długości fali możliwe stało się umieszczenie na płytach tej samej wielkości co płyty CD większej ilości gęściej upakowanych ścieżek. Na płytach DVD zastosowano także dwie warstwy nałożone jedna na drugą, w których można dokonywać zapisu. Warstwa dolna jest warstwą półprzezroczystą. Wiązka lasera w zależności od długości fali i kąta nachylenia może czytać informacje zapisane na warstwie położonej niżej lub też z warstwy wyższej(płyta jednostronna, dwuwarstwowa o pojemności 8,5 GB). Kolejną zmianą w stosunku do płyt CD jest możliwość zastosowania krążków DVD o obustronnym zapisie (płyta dwustronna, jednowarstwowa o pojemności 9,4 GB i płyta dwustronna, dwuwarstwowa o pojemności 17 GB). W przeciwieństwie do płyt CD, płyta DVD musi zawierać system plików. System plików stosowany na płytach DVD to UDF. Formalnym następcą formatu DVD jest HD DVD, którego pierwsza warstwa jest odczytywana także przez zwykłe napędy DVD, a jego maksymalna pojemność to 60 GB. Blu-ray został opracowany przez dwie firmy Sony Philips, ten standard nośników danych korzysta z niebieskiego lasera i nie jest kompatybilny z HD DVD. Ten nowy typ nośnika pozwala na zapisanie 25 GB danych na płytach jednowarstwowych. W użytku są również płyty dwuwarstwowe o pojemności 50 GB. Wszystkie elementy komputera są w obudowie. Obecnie standardem jest ATX, ze względu na wymiary można je podzielić na: mini tower, midi tower, big tower lub leżące obudowy typu desktop. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 146

19 Porty we/wy - aby urządzenia zewnętrzne (monitor, mysz, klawiatura, itp.) mogły współpracować z jednostką centralną muszą być podłączone za pośrednictwem specjalnych układów elektronicznych (interface) zwanymi portami oraz małych programów tłumaczących sygnały zewnętrzne, tak aby były zrozumiałe dla jednostki centralnej. Porty we/we w obudowie ATX: Karta graficzna - umożliwia wyświetlanie obrazu na monitorze, przetwarza dane zapisane w pamięci na sygnały wizyjne przesyłane do monitora. Występuje ona w postaci oddzielnej karty dołączanej do szyny systemowej komputera lub jako element na stałe zintegrowany z płytą główną. Każda karta posiada dwa podstawowe tryby pracy: tekstowy i graficzny. Sposób wyświetlania obrazu na ekranie monitora najprościej można przedstawić w następujący sposób: procesor zapisuje dane o obrazie w pa- Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 147

20 mięci RAM karty, sterownik zainstalowany na karcie powoduje przesłanie zawartości pamięci RAM do przetwornika DAC który przetwarza dane cyfrowe na sygnał analogowy i przesyła go do monitora. Ogólnie wszystkie karty graficzne można podzielić na trzy podstawowe typy: Bufory ramki - są to podstawowe sterowniki zawierające pamięć RAM i układ wyświetlający dane przygotowane przez procesor i przechowywane w pamięci obrazu. W celu wygenerowania obrazu np. fraktala, procesor musi wyliczyć kolory wszystkich punktów rysunku i zapisać odpowiednie bajty w pamięci obrazu. Do tej grupy zaliczamy karty graficzne poczynając od kart MDA i CGA przez EGA kończąc na VGA i SVGA. Akceleratory graficzne - są to karty z wyposażone w dodatkowy procesor, który odciąża procesor główny od obliczeń dotyczących przetwarzania obrazu oraz z zainstalowanym specjalnym układem, wykonującym kilkanaście podstawowych funkcji graficznych np. kreślenie linii, rysowanie okręgów i elips a także przesyłanie bloków pamięci. Karty te są znacznie szybsze niż bufory ramki, lecz wymagają oprogramowania stworzonego specjalnie dla nich. Karty koprocesorowe - ten rodzaj kart należy do najszybszych, stosowane są tam, gdzie potrzebna jest bardzo duża moc obliczeniowa. W kartach tych instalowany jest specjalny koprocesor odciążający procesor główny od przetwarzania obrazu. Koprocesor ten posiada własny zestaw instrukcji i jest w pełni programowalny. Kart tych używa się w większości do celów profesjonalnych np. w studiach graficznych. Modemy - problem przesyłania danych pomiędzy komputerami próbowano rozwiązać na wiele sposobów. Gdy nie są one mocno oddalone od siebie, można próbować połączyć je kablem przez porty szeregowe lub za pomocą sieci lokalnej. Problem zaczyna się wtedy, gdy komputery te znajdują się w Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 148

21 innych miastach, państwach czy na innych kontynentach. Warto zauważyć, że większość ludzi mieszkających w cywilizowanych krajach jest ze sobą już połączona przez sieć telefoniczną i byłoby wspaniale móc ją wykorzystać do transmisji danych komputerowych. Modem - co to takiego? Aby przesłać dane komputerowe (informacja cyfrowa) przez ogólnodostępną sieć telefoniczną (analogowa), nadawca musi je przekształcić na postać analogową dla potrzeb transmisji, a odbiorca z powrotem zamienić formę analogową na bity i bajty, zrozumiałe dla swojego komputera. Operację taką wykonuje urządzenie zwane modemem od ang. MOdulator DEModulator). Ponieważ sieć telefoniczna nie była projektowana pod kątem przesyłania nią danych komputerowych, więc istnieją w niej ograniczenia poważnie utrudniające taką transmisję. Najważniejszym z nich jest ograniczenie pasma przenoszenia do 3,5 khz (co w zupełności wystarcza dla mowy ludzkiej), nie można też przesyłać nią składowej stałej sygnału. Modem może służyć do połączenia dowolnych dwóch urządzeń niekoniecznie komputerów), które potrafi nadawać i odbierać dane przez port szeregowy RS-232. Całą resztę, czyli skomplikowaną operację transmisji, potrafi przejąć na siebie odpowiednio skonfigurowany modem. Wydawałoby się to wszystko bardzo proste i piękne - tak niestety nie jest. Najważniejszą wadą modemów jest stosunkowo mała prędkość transmisji: najszybsze modemy obecnie stosowane (V.34) potrafią przesłać maksymalnie (w sprzyjających warunkach) ok. 3 kb danych na sekundę. Prędkość transmisji danych przez modemy (i nie tylko) podaje się w bitach na sekundę, w skrócie bps (lub w kilobitach na sekundę - kbps). Czasami użytkownik może spotkać się z jednostką "baud", która określa częstotliwość modulacji i z prędkością transmisji ma niewiele wspólnego. Kartę sieciową - jest to karta rozszerzenia, która służy do przekształcania pakietów danych w sygnały, które są przesyłane w sieci komputerowej. Karty NIC pracują w określonym standardzie, np. Ethernet, Token Ring, FDDI, ArcNet, 100VGAnylan. Dla większości standardów karta NIC posiada własny, unikatowy w skali światowej adres fizyczny, znany jako adres MAC, przyporządkowany w momencie jej produkcji przez producenta, zazwyczaj umieszczony na stałe w jej pamięci ROM. Adres ten można dynamicznie zmieniać o ile stosowane oprogramowanie na to pozwala. Zmiana tak obowiązuje do restartu komputera (lub samego oprogramowania sieciowego). Karty sieciowe standardu ArcNet miały adres MAC ustawiany ręcznie za pomocą mikroprzełączników umieszczonych na karcie (zwykle dostępnych z zewnątrz poprzez wycięcie w "śledziu"). Karta sieciowa pracuje tylko w jednym standardzie np. Ethernet. Nie może pracować w dwóch standardach jednocześnie np. Ethernet i FDDI. Obecnie ze względu na wyraźną dominację standardów rodziny Ethernet pojęcie karty sieciowej i karty Ethernet bywa mylnie utożsamiane. Karty sieciowe, podobnie jak switche są elementami aktywnymi sieci. Zdarzają się karty sieciowe wielokrotne, tj. wyposażone w kilka interfejsów sieciowych. Z logicznego punktu widzenia jest to kilka niezależnych kart sieciowych na jednej płycie drukowanej. Karty takie znajdują głównie zastosowanie w serwerach. W przeszłości istniała nawet karta wyposażone w dwa różne standardy sieciowe, tj. Ethernet i Token Ring (karta OSA-2 ETR do maszyn IBM mainfra- Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 149

22 me rodziny 9672, 2 logiczne porty każdy mógł pracować jako Eth, lub Token Ring, ale miały oddzielne wtyki), jednakże był to ewenement. Modem Karta sieciowa Karta dźwiękowa - rozszerza możliwości komputerów PC o odtwarzanie i zapis (czyli digitalizację dźwięku). Karta dźwiękowa umożliwiająca rejestrację, przetwarzanie i odtwarzanie dźwięku. Poprawnym jest też równie często stosowany termin karta muzyczna. Najbardziej znaną grupą kart dźwiękowych jest seria Sound Blaster firmy Creative Labs. Obecnie układy dźwiękowe wystarczające do zastosowań amatorskich są zazwyczaj wbudowywane w płytę główną komputera, a nie stanowią karty rozszerzenia. Pojawiły się również zewnętrzne karty dźwiękowe podłączane do komputera przez port USB. Kolory gniazd i wtyków Kolor Funkcja różowy Analogowe wejście dla mikrofonu. błękitny Analogowe wejście audio. (line-in) jasnozielony Analogowe wyjście dla głośników albo słuchawek, w systemach wielogłośnikowych wyjście dla przednich głośników czarny Analogowe wyjście dla głośników tylnych. Cyfrowe wyjście dźwięku (S/PDIF), czasami tym kolorem oznacza się analogowe pomarańczowy wyjście dla głośników centralnego i niskotonowego. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 150

23 Karty dźwiękowe w zależności od stopnia skomplikowania i zaawansowania mogą posiadać następujące elementy: Generator dźwięku występował w starszych kartach i był to zazwyczaj generator drgań o zadanej częstotliwości połączony z generatorem obwiedni (amplitudy) oraz generator szumu, służył do sprzętowego generowania dźwięków za pomocą modulacji i łączenia fal oraz szumu Przetworniki A/C i C/A umożliwiające rejestrację i odtwarzanie dźwięku Mikser dźwięku służy do łączenia sygnałów dźwięku z różnych źródeł, generatorów dźwięku, przetworników C/A, wejść zewnętrznych, itp. Wzmacniacz wyjściowy do podłączenia słuchawek lub dopasowania linii wyjściowych przetwornika C/A Interfejs do komputera służący do komunikacji i wymiany danych z kartą dźwiękową, zazwyczaj ISA, PCI lub USB Interfejs MIDI służy do podłączania do komputera cyfrowych instrumentów muzycznych. L 72/73 Architektura i zasada działania mikroprocesora. 1. Zadania mikroprocesora. 2. Architektura mikroprocesora. 3. Sposób realizacji programu przez mikroprocesor. 4. Etapy produkcji procesora. 5. Podstawowe parametry mikroprocesora. Ad.1 Zadania mikroprocesora. Mikroprocesor jest układem przeznaczonym do realizacji operacji arytmetyczno-logicznych na informacji cyfrowej (danych w postaci słów binarnych) wprowadzanych z jego otoczenia (pamięci operacyjnej lub urządzeń wejścia-wyjścia). Rodzaj wykonywanej operacji jest określony przez rozkazy (też słowa binarne), które procesor pobiera z pamięci operacyjnej. Wynik rozkazów może być zapisany w pamięci lub wysłany do urządzeń wejścia-wyjścia. Procesory wykonują następujące rozkazy: kopiowanie danych, działania na bitach (działania logiczne), działania arytmetyczne, skoki (rozgałęzienia) bezwarunkowe i warunkowe. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 151

24 Ad.2 Architektura mikroprocesora. Architektura procesora - wspólne określenie najważniejszych z punktu widzenia budowy i funkcjonalności cech procesora. Na architekturę procesora składają się: - model programowy procesora - zestaw instrukcji procesora oraz inne jego cechy istotne z punktu widzenia programisty, bez względu na ich wewnętrzną realizację; stanowi granicę pomiędzy warstwą sprzętową a programową - mikroarchitektura procesora - wewnętrzna, sprzętowa implementacja danego modelu programowego, określająca sposób wykonywania operacji przez procesor, szczegółową budowę wewnętrzną procesora itd. Procesory realizujące ten sam model programowy, mogą znacznie różnić się między sobą na poziomie mikroarchitektury - np. różne wewnętrznie procesory firmy Intel i AMD realizują te same modele programowe, np. IA-32 bądź AMD64 (tzw. EM64T). W funkcjonalnej strukturze procesora można wyróżnić: układ sterujący przebiegiem wykonywania programu, jednostkę arytmetyczną (arytmometr) wykonującą operacje obliczeniowe na danych, zespół rejestrów, w których są przechowywane dane i wyniki. Pamięć operacyjna RAM Urządzenia peryferyjne Adres Dane Sygnały kontrolne i sterujące BU Kod programu AU MMU Prefetch IU Dekoder ALU CU EU ROM FPU Dane Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 152

25 Elementy architektury mikroprocesora: - BU ( ang. Bus Unit ), blok komunikacyjny odpowiadający za współpracę z pamięcią RAM i urządzeniami peryferyjnymi, - Prefetch układ wstępnego pobierania instrukcji, - IU ( ang. Instruction Unit ), dekoder rozkazów, - ROM podręczna pamięć stała, w której znajduje się słownik tłumaczący kody rozkazowe na sekwencje wykonywanych operacji, - EU ( ang. Execution Unit ), układ wykonawczy realizujący rozkodowane operacje, - ALU ( ang. Aritnetic-Logic Unit ), wykonywanie operacji logicznych oraz arytmetycznych na liczbach stałoprzecinkowych ( ang. Integer ) - CU ( ang. Control Unit ), blok sterowania ALU, - FPU ( ang. Floating Point Unit ), wyspecjalizowana jednostka zmiennoprzecinkowa, - AU ( ang. Addressing Unit ), jednostka adresowania, - MMU ( ang. Memory Management Unit ), jednostka zarządzania dostępem do pamięci operacyjnej. Połączenie mikroprocesora z pamięcią operacyjną realizuje się za pomocą dwóch magistral adresowej i danych. Do sterowania ruchem na tych magistralach wykorzystuje się zbiór sygnałów sterujących. Schemat blokowy mikroprocesora Podział układów mikroprocesora na jednostkę wykonawczą i jednostkę sterującą wynika logicznie z zadań, jakie pełni mikroprocesor. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 153

26 Zadaniem jednostki wykonawczej EU (ang. execution unit) jest przetwarzanie informacji, czyli wykonywanie wszelkich operacji arytmetycznych i logicznych. Rodzaj wykonywanych operacji zależy od wewnętrznych sygnałów sterujących wytwarzanych przez jednostkę sterującą CU. W skład jednostki wykonawczej wchodzi jednostka arytmetyczno-logiczna ALU oraz zestaw współpracujących z nią rejestrów, Informacją wejściową części wykonawczej są dane, wyjściową zaś wyniki (liczby, informacja tekstowa, sygnały sterujące pracą określonych urządzeń itp.). W skład jednostki sterującej wchodzą: rejestr rozkazów IR, dekoder rozkazów i układ sterowania. W rejestrze rozkazów przechowywany jest kod aktualnie wykonywanego rozkazu. Kody rozkazów pobierane są do rejestru rozkazów z pamięci. Ciąg rozkazów tworzy program wykonywany przez system. Zgodnie ze schematem blokowym mikroprocesora, zarówno jednostka arytmetyczno-logiczna, jak i układ sterowania współpracują z określonym zestawem rejestrów. Zawartość pewnej części rejestrów z tego zestawu może być zmieniana w wyniku wykonania przez procesor określonej instrukcji. Rejestry takie nazywamy rejestrami dostępnymi programowo. Pozostałe rejestry są niedostępne dla użytkownika i ich zestaw nie jest zwykle znany. W rejestrach dostępnych programowo występują takie typy rejestrów, których odpowiedniki znajdują się praktycznie w każdym procesorze. Rejestry dostępne programowo: A B D H F C E L rejestr rozkazów IR (ang. Instruction Register) wewnętrzna komórka pamięci mikroprocesora przechowująca obecnie przetwarzaną instrukcję; licznik rozkazów PC (ang. Program Counter) przechowuje kolejne adresy pamięci z rozkazami; PC SP akumulator A przechowuje wynik wykonywanej operacji; wskaźnik stosu SP (ang. Stack Pointer) służy do adresowania pamięci, przechowuje dane w trybie LIFO (ang. Last In First Out ostatni rejestr znaczników ( rejestr flagowy) F przechowuje informację dotyczące realizacji wykonywanej operacji. rejestry robocze B, C, D, E, H, L (uniwersalne) każdy z nich może zawierać dane do wykonywanych operacji, ponadto H, L mogą zawierać adresy komórki pamięci przypadku używania tzw. trybu adresowania rejestrowego Ad.3 Sposób realizacji programu przez mikroprocesor. - Kod rozkazów jest odczytywany z pamięci RAM i umieszczany w kolejce instrukcji. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 154

27 - Poszczególne instrukcje (słowa binarne) trafiają z kolejki do dekodera IU, który rozkodowuje rozkazy przeznaczone do wykonania. Wykorzystuje przy tym informacje o sposobie kodowania rozkazów zawarte w pamięci stałej ROM umieszczonej w strukturze procesora. - Zależnie od rozkazu dekoder często musi wydzielić z kodu instrukcji zawarte w niej argumenty, lub adresy danych, które procesor będzie wykorzystywał. Są one przesyłane odpowiednio do bloku wykonującego instrukcje EU i bloku adresowego AU. - Blok adresowy AU i zarządzania pamięcią MMU wypracowuje na tej podstawie odpowiednie sygnały i dane przekazywane do bloku zarządzania magistralami BU. Po wystawieniu adresu na magistrali adresowej generowane są sygnały sterujące, które powodują odczyt danych z pamięci - układ pamięci wystawia dane na magistrali danych. - Dane są przekazywane do bloku wykonującego instrukcje lub (jeśli są kodami następnych rozkazów programu do kolejki instrukcji). - Blok wykonujący instrukcje EU zawiera jednostkę arytmetyczno-logiczną ALU, która dokonuje porównań lub działań matematycznych na argumentach stałoprzecinkowych. Argumenty zmienno-przecinkowe są przetwarzane w jednostce do tego celu wyspecjalizowanej FPU. - Wyniki przetwarzania trzeba często zapisać w pamięci pod określonym adresem - blok wykonujący instrukcje przekazuje odpowiednie dane do bloku zarządzania pamięcią i bloku sterującego magistralami. Zasada działania współczesnych procesorów jest bardziej złożona. Obecne procesory są wielordzeniowe. Oznacza to, że jednym układzie scalonym mogą znajdować się dwa procesory niezależnie przetwarzające dane lun nawet więcej. Aby proces przetwarzani danych przez procesor przebiegał sprawnie, procesory wykorzystują pamięci podręczne cache. Trzy rodzaje pamięci cache: L1 (lavel 1) pierwszego poziomu, dla każdego rdzenia oddzielna, zintegrowana z procesorem, umieszczona wewnątrz jego struktury. L2 (lavel 2) drugiego poziomu, dla każdego rdzenia oddzielna, umieszczona razem z procesorem w jednej obudowie układu scalonego. L3 (lavel 3) trzeciego poziomu, wspólna dla wszystkich rdzeni. Ad 4. Etapy produkcji procesora: Skomplikowany proces produkcji procesora powstaje w kilku etapach: 1. Wytopienie krzemu w piecach łukowych do postaci 1,5 metrowych prętów. 2. Krzemowe pręty o średnicy 30 mm zostają pocięte na plastry (wafle) o grubości 1 mm za pomocą specjalnej piły diamentowej. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 155

28 3. Następnie dodaje się do krzemu domieszki w celu utworzenia materiału półprzewodnikowego będącego podłożem przyszłych podzespołów procesora. 4. Struktura procesora tworzona jest w procesie fotolitografii. Wafel pokrywa się lakierem światłoczułym i naświetla światłem ultrafioletowym przez tzw. Maskę. Dzięki masce, która jest aluminiową płytką z wyciętą strukturą procesora, emulsja światłoczuła utwardzana jest w miejscach, gdzie mają znajdować się elementy mikroprocesora. W trakcie tego procesu nakłada się nawet kilkadziesiąt różnych masek. Od rozdzielczości masek zależy, ile elementów zmieści się na powierzchni procesora. Większość dzisiejszych procesorów wykonanych jest w technologii 32 nm., produkcja w technologii 14 nm. staje się już powoli rzeczywistością. (nm. nanometr jedna milionowa milimetra). 5. Następnie za pomocą specjalnych kąpieli chemicznych usuwa się nieutwardzony półprzewodnik, odsłaniając fizyczną strukturę mikroprocesora z elementami i ich połączeniami. 6. Na pojedynczym krzemowym waflu tworzonych jest jednocześnie kilkaset rdzeni procesora i ostatecznie wafel musi zostać pocięty. Płytki umieszcza się w obudowach. Nóżki z obudowy łączy się z wyprowadzeniami mikroprocesora za pomocą złotych lub platynowych, cieniutkich przewodów. Przykładowy "Wafel" krzemowy Ad.5 Podstawowe parametry mikroprocesora : - nazwa producenta, - nazwa procesora, - technologia wykonania, - częstotliwość zegara CPU, - częstotliwość magistrali FSB, QPI, Hyper Transport - mnożnik, - moc znamionowa procesora, - typ obudowy /typ gniazda, - rodzaje i wielkość pamięci Cache, - wielordzeniowość - napięcie rdzenia, - temperatura pracy. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 156

29 Nazwa producenta. Obecnie na świecie dominują dwaj producenci mikroprocesorów: INTEL i AMD. Nazwa procesora. Każda rodzina procesorów ma nadaną nazwę, która jest ogólną informacją o możliwościach i zastosowaniu procesora. Przykładowo rodzina procesorów Intela do nisko budżetowych zastosowań domowych nosi nazwę Celeron, a podobny procesor AMD Duron. Technologia wykonania. Podstawa projektu mikroprocesora. Może dotyczyć technologii wytwarzania i/lub innych nowatorskich rozwiązań. Najczęściej określana jest przez podanie grubości warstwy struktury półprzewodnika, np. 180nm, 130nm, 65nm, 45nm, 32nm a także nazwy kodowej rdzenia procesora. Intel w 2012 roku wprowadził procesory wykonane w procesie technologicznym (fotolitografii) 22 nm (Ivy Bridge), a w czwartym kwartale 2014 r. (Core M) 14 nm. Częstotliwość zegara CPU. Szybkość wewnętrznego zegara procesora określa, jak szybko procesor może przetwarzać dane. Szybkość zegara zwykle mierzy się w gigahercach (GHz) czyli miliardach cykli na sekundę. Częstotliwość magistrali FSB, QPI, Hyper Transport. Jest to ścieżka łącząca procesor z innymi ważnymi składnikami, na przykład z koncentratorem kontrolera pamięci. Szybkość magistrali systemowej FSB, QPI, Hyper Transport mierzona jest w GHz. Mnożnik. Jest to liczba, przez którą mnoży się częstotliwość magistrali systemowej FSB w celu ustawienia częstotliwości procesora. Moc znamionowa procesora. Podawana w watach (W), lub pośrednio za pomocą poboru prądu przez procesor (A). Typ obudowy / gniazdo. Gniazdo procesora zamontowane na płycie głównej zapewnia prawidłowe połączenie procesora z pozostałymi elementami systemu. W przeszłości w jednej podstawce można było umieszczać procesory różnych producentów. Obecnie każdy producent ma swoje rozwiązania np. Intel: LGA 1156, LGA 1360, LGA 2011, LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011 v3 AMD: Socket AM2+, Socket AM3+, Socket FM2, Socket FM2+, Socket AM4 Obudowa procesora posiada wyprowadzenia (piny albo nóżki) umożliwiające przepływ informacji w postaci impulsów elektrycznych po zamontowaniu w gnieździe płyty głównej. Poniżej znajduję się lista obudów procesorowych. PGA (ang. Pin Grid Array) bardzo popularny standard obudów procesorowych z nóżkami w kształcie symetrycznej siatki. Odmiany standardu PGA: Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 157

30 PPGA (ang. Plastic PGA) obudowa PGA, w której do rdzenia wykorzystano plastikową powłokę. CPGA (ang. Ceramic PGA) obudowa PGA, w której do osłony rdzenia wykorzystano ceramiczną powłokę FC-PGA (ang. Fili Chip PGA2) obudowa PGA, w której rdzeń został przeniesiony na górną część obudowy w celu lepszego odprowadzenia ciepła i zatopiony w plastikowej osłonie. FC-PGA2 (ang. Filip Chip PGA2) obudowa PGA, podobna do FC-PGA, w której rdzeń w plastikowej osłonie dodatkowo ukryty został pod stalową blaszką. SPGA (ang. Staggered PGA) odmiana PGA, w której rozmieszczenie nóżek w rzędach i kolumnach jest niesymetryczne. SECC (ang. Single Edge Contact Cartridge) procesor przylutowany jest do płytki drukowanej wraz z pamięcią Cache L2, a całość umieszczona w plastikowej obudowy w postaci kartridża. SEPP (ang. Single Edge Processor Package) podobna do SECC z tą różnicą że nie posiada plastikowej osłony. Micro-FCBGA (ang. Flip Chip Ball Grid Array) typ obudowy bazujący na BGA, z nóżkami zakończonymi małymi kulkami polepszającymi przepływ prądu między procesorem, a gniazdem. LGA (ang. Land Grid Array) typ obudowy, w którym nóżki zastąpiono specjalnymi pozłacanymi stykami Rodzaje i wielkość pamięci Cache. Pamięć do tymczasowego przechowywania często lub ostatnio używanych danych. Przechowywanie danych w pamięci podręcznej przyśpiesza działanie komputera. Wielkość pamięci podręcznej mierzona jest w megabajtach (MB) lub kilobajtach (KB). Rodzaje pamięci określa się poziomami (Level ) np. L1, L2 czy L3. Wielordzeniowość Współczesne procesory ma wielordzeniową budowę. Pierwszymi procesorami wielordzeniowymi architektury x86 były wersje procesorów Opteron firmy AMD i Pentium Extreme Edition firmy Intel wprowadzone w kwietniu 2005 roku. Obie firmy mają w ofercie także modele czterordzeniowe (niektóre Core i5 oraz Core i7 Intela i AMD Athlon II X4 oraz Phenom II X4 AMD) oraz sześciordzeniowe (Phenom II X6 oraz Core i7 serii 9x0) przeznaczone do komputerów klasy desktop. AMD jako pierwsze wprowadziło na rynek procesory ośmiordzeniowe. Intel również posiada taką konstrukcję w ofercie. Jest to procesor i7 5960X o bazowym taktowaniu wynoszącym 3 GHz. Jednostka ta została wykonana w 22 nm procesie technologicznym, powstała na bazie architektury Haswell (znanej z modeli o oznaczeniach serii 4xxx) i została wydana w trzecim kwartale 2014 r. Procesory do zastosowań serwerowych mają nawet 16 (AMD Opteron) 24 rdzenie (Intel Xeon Processor E7 v4 w 2016 roku) Napięcie rdzenia. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 158

31 Nominalne napięcie pracy rdzenia procesora zawiera się obecnie w przedziale 1,7 do 1,2 V. Temperatura pracy. Ważna informacja ze względu na konieczność stosowania chłodzenia. Procesory mogą osiągać temperaturę do ok C. Na początku wypadałoby wyjaśnić, co to są procesory i jaką rolę spełniają w komputerach czy nawet w budzikach elektronicznych. Te moduły popularnie zwane CPU (Central Processing Unit), są tak zwanym mózgiem każdego urządzenia. Zostały stworzone w celu interpretacji działań użytkownika. Wykonują rozkazy, odczytują dane z pamięci oraz przekazują dalej przetworzone informacje. Procesory stosuje się w każdym elektronicznym urządzeniu zaczynając na wspomnianym budziku, w którym kontrolują wyświetlanie daty, godziny, radia czy alarmów, kończąc na urządzeniach wysokiej klasy takich jak maszyny serwerowe czy jednostki kontrolne. Jak pewnie wiecie urządzenia te wyglądają bardzo nie pozornie, a ich budowa z zewnątrz wydaje się banalnie nuda i prosta. Ale co odkryjemy po otwarciu hermetycznie zamkniętej, złoconej obudowy? Po zniszczeniu takiego typowego procesora z popularnego "peceta", zobaczymy cud elektroniki. Taki typowy procesor złożony jest z wielu warstw półprzewodników, tworzących w zależności od potrzeb sieć wielu milionów tranzystorów. Sercem procesora jest monokryształ krzemu, wmontowany pod ową sieć tranzystorów. Każde połączenia są wykonane są z wysokiej jakości miedzi i aluminium. Niestety procesory to nie tylko same zalety. Jedyną z głównych wad procesora jest wydzielanie dużej ilości ciepła rzędu 50'C, przez co wymagane jest stosowanie radiatorów i wiatraków, które obniżą temperatury do średniej 30'C L 75/76 Mikroprocesory Intel i AMD. 1. Budowa typowego mikroprocesora. 2. Mikroprocesory Intel. 3. Mikroprocesory AMD. Ad.1 Budowa typowego mikroprocesora W prawie każdym mikroprocesorze możemy wyróżnić następujące bloki ALU jednostka arytmetyczno-logiczna (Arithmetic Logic Unit), wykonuje ona operacje logiczne na dostarczonych jej danych, podstawowy zestaw to: dodawanie, podstawowe operacje logiczne (AND, XOR, OR, NOT), oraz przesunięcia bitowe w lewo i w prawo. W bardziej złożonych mikroprocesorach zestaw ten jest znacznie bogatszy. CU układ sterowania (Control Unit), zwany też dekoderem rozkazów. Odpowiedzialny jest on za dekodowanie dostarczonych mikroprocesorowi instrukcji i odpowiednie sterowanie po- Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 159

32 zostałymi jego blokami (na przykład jeśli zdekodowaną instrukcją będzie dodawanie, CU odpowiednio ustawi sygnały sterujące, by ALU wykonała tę właśnie operację) Rejestry umieszczone wewnątrz mikroprocesora komórki pamięci o niewielkich rozmiarach (najczęściej 4/8/16/32/64/128 bitów) służące do przechowywania tymczasowych wyników obliczeń (rejestry danych) oraz adresów lokacji w pamięci operacyjnej (rejestry adresowe). Proste mikroprocesory mają tylko jeden rejestr danych zwany akumulatorem. Oprócz rejestrów danych i rejestrów adresowych występuje też pewna liczba rejestrów o specjalnym przeznaczeniu: o o o PC licznik rozkazów (Program Counter) zawiera on adres komórki pamięci zawierającej następny rozkaz do wykonania IR rejestr instrukcji (Instruction Register) zawiera on kod aktualnie wykonywanej przez procesor instrukcji. SP wskaźnik stosu (Stack Pointer) zawiera adres wierzchołka stosu Mikroprocesor komunikuje się z otoczeniem za pomocą szyny danych i szyny adresowej. Generalnie każdy bardziej skomplikowany mikroprocesor można zaklasyfikować do jednej z trzech architektur: - CISC (Complex Instruction Set Computers) - RISC (Reduced Instruction Set Computers) - VLIW (Very Long Instruction Word) Ad.2 Mikroprocesory Intel. Intel największy na świecie producent układów scalonych oraz twórca mikroprocesorów z rodziny x86, które znajdują się w większości komputerów osobistych. Oprócz mikroprocesorów wytwarza między innymi płyty główne, chipsety do płyt głównych, zintegrowane układy graficzne, pamięci Flash, mikrokontrolery, procesory do systemów wbudowanych (embedded), sprzęt sieciowy (np. karty sieciowe, chipsety WiFi i WiMAX), systemy zarządzania pamięcią masową (SAN, NAS, DAS). O sile firmy stanowią zdolność projektowania zaawansowanych procesorów, których kolejne generacje zwiększają swoją moc obliczeniową zgodnie z prawem Moore'a oraz bardzo wysoki poziom zdolności produkcyjnych. We wczesnym okresie działalności Intel produkował przede wszystkim pamięci RAM. Pierwszym procesorem był zaprezentowany w 1971 i lat później procesor Intel 8088 został wykorzystany przez firmę IBM do budowy komputera IBM PC. W 1985 Intel zaprzestał produkcji pamięci RAM ze względu na bardzo silną konkurencję i związany z tym stale zmniejszający się udział w tym rynku. W tym czasie procesory z rodziny x86 były już najważniejszym produktem firmy. W latach 90. Intel mocno inwestował w projektowanie nowych mikroprocesorów i promował rozwój rynku komputerów osobistych. Dzięki temu stał się dominującym dostawcą mikroprocesorów dla tych komputerów. Dziś Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 160

33 jest jedną z największych na świecie firm działających na rynku IT. Obecnie rodziny jej procesorów to: Pentium wersje M (do laptopów), wersje D- dwurdzeniowa, Celeron wersje M (do laptopów) i D, Xeon i Itanium procesory do serwerów, Core oraz Core 2 procesory jedno, dwu i czterordzeniowe. Najnowsze procesory Intel: Core i7 4, 6, 8, 10- rdzeniowe Core i5 4-rdzeniowe, Core i3 2- rdzeniowe, a także wersje "Mobile" przeznaczone do laptopów. Konkurencją są produkty firm AMD, VIA, IBM i Motorola. Ad.3 Mikroprocesory AMD. Advanced Micro Devices, Inc., AMD (NYSE; AMD) amerykańskie przedsiębiorstwo produkujące procesory do komputerów PC. Jest głównym konkurentem przedsiębiorstwa Intel na rynku procesorów. Na rynku mikroprocesorów do komputerów klasy PC przedsiębiorstwo zaistniało dzięki uzyskanej od Intela licencji na produkcję procesorów 8086 i W 1986 roku Intel wycofał się ze współpracy, jednak AMD dzięki korzystnemu wyrokowi sądu mógł sprzedawać klony procesorów (Am386), a później (Am486). Firma jest znana głównie z serii procesorów K6, K6-2, K6-III, Duron, Athlon XP, Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Phenom, Turion 64, Sempron, Opteron, AMD FX, AMD APU. Ponadto AMD posiada 8,6% akcji firmy Spansion, producenta nieulotnej pamięci flash. Podobnie AMD jak i jego konkurent firma Nvidia dominują rynek procesorów graficznych. L - 77 Identyfikowanie typów mikroprocesorów i gniazd, w których są montowane. Typ gniazda dla procesora musi być zgodny z określonym procesorem. Dla danego typu gniazda charakterystyczny jest kształt, napięcie rdzenia, prędkość magistrali systemowej oraz inne cechy. W pierwszych płytach głównych procesory były wlutowane, ale z powodu coraz większej oferty procesorów i ich nieustannie zmieniającej się budowy pojawiły się gniazda, które umożliwiły dopasowanie budowy płyty oraz jej możliwości do potrzeb danego użytkownika. W efekcie użytkownik chcąc wymienić procesor na procesor innej firmy, musi wymieniać całą płytę główną. Najczęściej obecnie spotykanym gniazdem montowanym na płytach głównych jest gniazdo typu ZIF. Gniazda te umożliwiają łatwą instalację procesora bez użycia siły, wyposażone są bowiem w małą dźwigienkę, służącą do zaciskania lub poluzowania znajdującego się w gnieździe procesora. Mikroprocesory posiadają piny, dzięki którym mogą zostać zamontowywane w gnieździe. Należy bardzo Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 161

34 uważać przy umieszczaniu mikroprocesora w podstawce, gdyż zgięcie wyprowadzeń może trwale uszkodzić mikroprocesor. Podział gniazd: slot wyglądem przypomina sloty ISA, PCI i AGP socket poziomo położona prostokątna płytka, zawierająca dziurki na piny procesora lub piny, na które wkłada się procesor Istnieje jeszcze wiele innych gniazd, które jednak są już niestosowane. Przykładowe gniazda mikroprocesorów firmy AMD Socket 7 (321 pinów) Intel Pentium Intel Pentium MMX AMD K5, K6 Cyrix M1, M2 Winchip Slot A (złącze krawędziowe, 242 styki) Athlon Socket A (462) Athlon Athlon XP Duron Sempron Socket 754 Athlon 64 Sempron Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 162

35 Socket 939 (z lewej) Athlon 64 Athlon 64FX Athlon 64X2 Sempron Socket 940 (z prawej) Opteron Socket AM2 Socket AM2+ Athlon 64 Athlon 64FX Athlon 64X2 Sempron Athlon 64, Athlon 64FX Athlon 64X2, Sempron, Phenom X2, Phenom X3, Phenom X4, Phenom FX Podstawka procesora Socket AM2, znana też wcześniej jako Socket M2, została wprowadzona na rynek 23 maja 2006 r. przez firmę AMD. Podstawka ta zastępuje Socket 939 w komputerach typu desktop. Socket AM2 umożliwia obsługę pamięci RAM typu DDR2 o taktowaniu 800 MHz i nieznacznie zwiększa wydajność procesorów. Podstawka posiada 940 pinów (nie jest jednak kompatybilna z Socket 940 dla procesorów Opteron) i jest typu PGA (ang. Pin Grid Array). Podstawka Socket AM2+ to następca złącza Socket AM2. Została stworzona przez firmę AMD do obsługi 1, 2, 3 i 4-rdzeniowych procesorów. Jest ona zgodna z wcześniejszą wersją AM2. Masowa produkcja ruszyła w III kwartale 2007r. AM2+ jest podstawką typu PGA. Jej bezpośrednim następcą będzie podstawka Socket AM3 (z obsługą pamięci DDR 3). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 163

36 URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ klasa I technik informatyk Procesory serii APU Socket FM1 serii Llano X2, X3, X4 Athlon II X2, X3, Socket AM3 X4 Phenom II X2, X3, X4 Procesory serii FX Socket AM3+ X4, X6, X8 (Bulldozer) Liczba pinów -942 Zwiększono średnicę otworów dzięki czemu zmniejszono ryzyko wygięcia pinów procesora spowodowanych ewentualnymi niedoskonałościami mechanicznymi. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 164

37 Socket FM2/FM2+ Socket FM2: Ahtlon X4, procesory serii APU A4, A6, A8, A10 generacji Richland Socket FM2+: procesory serii APU A8, A10 generacji Kaveri Socket FM2+ (FM2b) jest następcą FM2. Rozkład nóżek jest bardzo podobny. Są dwa miejsca, w których AMD dodało po jednym pinie, a to oznacza, że nowych procesorów do starych płyt po prostu nie włożymy. Rozkład nóżek nie wyklucza natomiast użycia starszego procesora w nowej płycie głównej FM2+. Zapewniono więc częściową wsteczną kompatybilność. Socket AM4 Procesory serii Summit Ridge oraz APU Bristol Ridge i Raven Ridge Rozmieszczenie części pinów jest niesymetryczne, a w jednym z rogów widać charakterystyczne wcięcie, więc nie ma ryzyka niewłaściwego montażu procesora. Socket posiada 1331 styków. Przykładowe gniazda mikroprocesorów firmy Intel Intel Pentium Socket 7 (321 pinów) Intel Pentium MMX AMD K5, K6 Cyrix M1, M2 Winchip Socket 8 Intel Pentium Pro Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 165

38 Slot 1 (złącze krawędziowe, 242 styki) Pentium II, III Celeron (na przejściówce) Socket 370 Intel Pentium III Intel Celeron Intel Celeron II VIA Cyrix III Socket 423 Intel Pentium 4 ( MHz) Socket 478 LGA 775 (ang. Land Grid Array) Inne nazwy: Socket 775 Socket T Intel Pentium 4 ( MHz) Intel Pentium 4 ( MHz) Celeron i Celeron D Mikroprocesory beznóżkowe: Pentium 4 Pentium D Pentium Extreme Edition Pentium Dual Core Core 2 Duo Core 2 Quad Celerony LGA 1155 Inna nazwa: Socket H2 Pentium Dual Core Core i3 Core i5 Core i7 Xeon Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 166

39 LGA 1156 Inna nazwa: Socket H Pentium Dual Core Core i3 Core i5 Core i7 Xeon LGA 1366 Inna nazwa: Socket B Core i7 Xeon serii 5500 LGA 2011 Inna nazwa: Socket R Procesory serii Sandy Bridge E/EP i Ivy Bridge E( Core i7 Xeon serii E5) LGA 1150 Inna nazwa: Socket H3 Procesory z serii Haswell i następcy Broadwell (Core i3, i5, i7 Pentium, Celeron) LGA 1151 Procesory serii Skylake (Core i3, i5, i7 Pentium, Celeron, Xeon, Atom) LGA 1150 Nie jest zgodne z poprzednimi gniazdami LGA 1156 i LGA LGA 1151 nie jest wstecznie kompatybilna z LGA 1150 pomimo tego, że różnica w pinach wynosi tylko jeden pin. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 167

40 LGA 2011 v3 Procesory serii Haswell E/EP i Broadwell E Lista gniazd procesora: AMD Socket Socket 5 - AMD K5. Socket 7 - AMD K6. Super Socket 7 - AMD K6-2, AMD K6-III. Socket 462 (zwany także Socket A) - AMD Athlon, Duron, Athlon XP, Athlon XP-M, Athlon MP, i Sempron. Socket 463 (zwany także Socket NexGen) - NexGen Nx586. Socket AMD Athlon XP-M (µ-pga Socket). Socket AMD Athlon 64, Sempron, Turion 64. Obsługa pojedynczego kanału pamięci DDR-SDRAM, tzw. single-channel. Socket AMD Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Sempron, Turion 64, Opteron (seria 100). Obsługa podwójnego kanału pamięci DDR-SDRAM, tzw. dual-channel. Socket AMD Opteron (seria 100, 200, 800), Athlon 64 FX. Obsługa podwójnego kanału pamięci DDR-SDRAM, tzw. dual-channel. Socket 1207 (zwane także Socket F) - Supports AMD Opteron (seria 200, 800). Zastąpił Socket 940. Obsługa dual-channel DDR2-SDRAM. Socket AM2 - AMD Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Sempron, Turion 64, Opteron (seria 100). Obsługa dual-channel DDR2-SDRAM. Posiada 940 pinów. Socket AM2+ - AMD Athlon X2, Athlon X4, Phenom X2, Phenom X3, Phenom X4, Sempron. Obsługa dual-channel DDR2-SDRAM, oraz Obsługa dual-channel DDR3-SDRAM i Hyper- Transport 3 z mniejszym zapotrzebowaniem na energię. Posiada 940 pinów. Socket AM3 - Przyszłe gniazdo pod procesor AMD, charakteryzujący się obsługą dual-channel DDR3-SDRAM, oraz HyperTransport 3. Socket S1 - gniazdo na platformy mobilne, z obsługą dual-channel DDR2-SDRAM. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 168

41 Socket FM1 - gniazdo pod procesor AMD Vision z serii APU, wykonany w 32 nanometrowym procesie produkcyjnym. Układ stanowi połączenie tradycyjnego procesora x86 oraz procesora graficznego w jednym kawałku krzemu. AMD A6 X4, AMD A8 X4 Socket AM3+ - gniazdo umożliwiające instalacje procesorów z architektury Bulldozer (AMD FX). Socket FM2 - gniazdo przeznaczone dla procesorów serii APU A4, A6, A8, A10 z generacji Richland Socket FM2+ - gniazdo przeznaczone dla procesorów serii APU A8, A10 generacji Kaveri Socket AM4 - gniazdo przeznaczone dla procesorów serii Summit Ridge oraz APU Bristol Ridge i Raven Ridge, posiada 1331 styków. Intel Socket 40 pin - Intel 8086, Intel pin - Intel 80186, Intel 80286, Intel Socket Socket Socket (3.3 V i 5 V). Socket 4 - Intel Pentium 60/66 MHz. Socket 5 - Intel Pentium MHz. Socket 7 - Intel Pentium, Pentium MMX. Socket 8 - Intel Pentium Pro. Socket Intel Pentium III, Celeron; Cyrix III; VIA C3. Socket Intel Pentium 4 z jądrem Willamette. Socket Intel Pentium 4, Celeron, Pentium 4 Extreme Edition, Pentium M. Socket Intel Pentium M i Celeron M. Socket Intel Atom. Micro-FCBGA - Intel Mobile Celeron, Core 2 Duo (mobile), Core Duo, Core Solo, Celeron M, Pentium III (mobile), Mobile Celeron. Socket Socket Intel Xeon. Socket Intel Xeon. LGA 771 (zwane także Socket 771 lub Socket J) - Intel Xeon. LGA 775 (zwane także Socket 775 lub Socket T) - Intel Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium Extreme Edition, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon seria 3000, Core 2 Quad. PAC418 - Intel Itanium. PAC611 - Intel Itanium 2. LGA 1156 (zwane także Socket 1156 lub Socket H) - Intel Core i3, i5, i7, Xeon, Core 2 Duo. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 169

42 LGA 1155 (zwane także Socket 1155 lub Socket H2) - Intel Core i7, Core i5, Core i3. LGA 1366 (zwane także Socket 1366 lub Socket B) - Intel Core i7 LGA 2011 (zwane także Socket R) - Intel Core i7 (Sandy Bridge-E, druga generacja procesorów Core) LGA 1150 (zwane także Socket H3) gniazdo przeznaczone dla procesorów (Core i3, i5, i7 czwarta generacja Core, Pentium, Celeron) z serii Haswell i następcy Broadwell (piąta generacja Core) LGA 2011 v3 gniazdo przeznaczone dla procesorów serii Haswell E/EP i Broadwell E LGA 1151 gniazdo przeznaczone dla procesorów (Core i3, i5, i7 szósta generacja Core, Pentium, Celeron, Xeon) z serii Skylake Slot Slot 1 - Intel Celeron, Pentium II, Pentium III. Slot 2 - Intel Pentium II Xeon, Pentium III Xeon. Slot A - AMD Athlon. L 78 Przegląd mikroprocesorów dostępnych na rynku. Prezentacja multimedialna bądź dodatek A (procesory) L 79/80 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych. / Parametry pamięci półprzewodnikowych. 1. Pamięć półprzewodnikowa wiadomości podstawowe. 2. Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych. 3. Pamięć typu ROM. 4. Pamięć typu RAM. 5. Błędy pamięci, kontrola parzystości i korekcja błędów Ad. 1 Pamięć półprzewodnikowa wiadomości podstawowe. Pamięcią półprzewodnikowa nazywamy cyfrowy układ scalony zdolny do przechowywania większych ilości informacji w postaci ciągu słów binarnych. Układ ten jest najczęściej wykonany w bardzo dużym stopniu scalenia (VLSI ang. Very Large Scale Integration powyżej 100 tyś elementów). Podstawowymi parametrami pamięci są: Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 170

43 - pojemność pamięci określona maksymalną ilością informacji jaka może być przechowywana w układzie, wyrażona w bitach [b], kilobitach [KB], megabitach [Mb] lub bajtach [B], kilobajtach [KB], megabajtach [MB] czy gigabajtach [GB]. - Szybkość mierzona czasem dostępu, czasem cyklu odczytu/zapisu, szybkością transmisji, w szczególności: częstotliwość określa czas pracy pamięci częstotliwość efektywna czyli podwojona częstotliwość pracy pamięci przepustowość określająca ilość przesyłanych do pamięci w jednostce czasu pobór mocy napięcie zasilające CL (CAS latency) czas oczekiwania czas dostępu to czas jaki musi upłynąć od momentu podania adresu komórki pamięci do momentu ustalenia się na wyjściu pamięci zawartości tej pamięci (dla odczytu), lub do momentu zapisania w komórce wartości słowa podanego na wejście pamięci. Czas dostępu jest wyrażony w nanosekundach [ns]. Pamięć półprzewodnikowa - rodzaj pamięci będącej cyfrowym układem scalonym i przechowującej informacje w postaci binarnej. Zaliczamy do niej m.in. pamięć RAM i ROM. Pamięci te są jednymi z podstawowych stosowanych w komputerach PC. Punktem pamięci półprzewodnikowej statycznej jest przerzutnik sr, zbudowany w oparciu o technologię bipolarną lub unipolarną. Zasada działania takiej pamięci polega na podaniu sygnału jedynki logicznej na odpowiednią linię słowa zapisu (lub odczytu) oraz sygnału "1" lub "0" na linię bitu zapisywanego (odczytywanego). W odróżnieniu od pamięci statycznej, pamięć dynamiczna wymaga dodatkowego działania, jakim jest odświeżanie. Pamięci półprzewodnikowe mają organizację określoną jako: n - oznacza tutaj wielkość pamięci (np. 16, 256, 1024) m - liczbę bitów dostępnych po zaadresowaniu pojedynczej komórki (m = l, 4 lub 8). Ad. 2 Klasyfikacja pamięci półprzewodnikowych. Podstawowym kryterium klasyfikacji pamięci półprzewodnikowych jest sposób dostępu do informacji w niej przechowywanej. Wyróżniamy dwa rodzaje pamięci półprzewodnikowych: - pamięć o dostępie szeregowym (sekwencyjnym) realizowana przez wykorzystanie rejestrów przesuwających. - pamięć o dostępie swobodnym gdzie czas dostępu do komórek pamięci nie jest zależny od adresu tych komórek (miejsca przechowywania informacji w matrycy). W technice komputerowej wykorzystujemy praktycznie tylko pamięci o dostępie swobodnym. Ze względu na sposób i możliwości wykonywania zapisu i odczytu informacji pamięci o dostępie swobodnym dzielimy na: Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 171

44 - pamięci stałe przeznaczone wyłącznie do odczytu zwane pamięciami ROM (ang. Read Only Memory), - pamięci z wielokrotną możliwością zapisu i odczytu zwane pamięciami RAM (ang. Random Access Memory) lub RWM (ang. Read-Write Memory). Ad.3 Pamięć typu ROM. Pamięcią ROM nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczona tylko do odczytu. Pamięć ROM jest pamięcią nieulotną. Przechowywanie informacji nie wymaga zasilania pamięci energia elektryczną. Dane lub programy są w niej zapisane podczas produkcji lub podczas procesu programowania. W pamięci ROM są zapisywane: startowa sekwencja instrukcji komputera oraz oprogramowanie sterowników. Ze względu na sposób wprowadzania (programowania) informacji do pamięci ROM dzielimy je na: - MROM (ang. Mask ROM) pamięć zapisywana przez producenta w trakcie procesu wytwarzania przy wykorzystaniu fotomasek. - PROM (ang. Programmable ROM) pamięć programowana jednokrotnie przez użytkownika metoda przepalania połączeń. - EPROM (ang. Erasable PROM) pamięć reprogramowalna, możliwy wielokrotny zapis i kasowanie informacji ale poza systemem, w którym te pamięci pracują (specjalne kasowniki i programatory). Kasowanie pamięci odbywa się metodą nieelektryczną poprzez naświetlanie promieniami X lub ultrafioletem. - EEPROM (ang. Electrical EPROM) programowane i kasowane droga elektryczną często za pośrednictwem odpowiedniego oprogramowania bez konieczności wyjmowania pamięci z systemu. Pamięci EEPROM pozwalają zapisywać lub kasować tylko jedną komórkę pamięci naraz, co oznacza, że pamięci flash są znacznie szybsze, jeśli system je wykorzystujący zapisuje i odczytuje komórki o różnych adresach w tym samym czasie. Wszystkie rodzaje pamięci EEPROM, w tym pamięci flash, mają technologicznie ograniczoną liczbę cykli kasowania (zapisu) przekroczenie tej liczby powoduje nieodwracalne uszkodzenia. - Pamięć flash stanowi rozwinięcie konstrukcyjne i kontynuację pamięci typu EEPROM. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 172

45 Dostęp do danych zapisanych w pamięci flash wykorzystuje stronicowanie pamięci: operacje odczytu, zapisu lub kasowania wykonywane są jednocześnie na ustalonej konstrukcyjnie liczbie komórek, pogrupowanych w strukturę będącą wielokrotnością słowa maszynowego (bajtu). Cechą wyróżniającą pamięć flash jest wykorzystanie technologii komórek wielostanowych (ang. multi level cell, MLC). Przykład sterowania - schemat obok przedstawia jeden ze sposobów realizacji cyfrowego układu sekwencyjnego, poprzez odpowiednie zaprogramowanie komórek pamięci. Rozwiązanie to jest alternatywą dla realizacji bramkowej. Komórki pamięci ROM (Rys. 1) adresowane są ciągiem czterech bitów (A3 A2 A1 A0). Wybór odpowiedniego adresu następuje dwiema drogami: przez pętlę sprzężenia zwrotnego, realizowaną na przerzutnikach typu D, oraz wyjście multipleksera, którego stan jest jednym z sygnałów sterujących (W1, W2 lub 0) multiplekser. To, który sygnał sterujący zostanie przekazany do adresu A0 pamięci, zależy z kolei od zaadresowania multipleksera tą samą pętlą sprzężenia. Pozostałe bity wyjściowe (X, Y, W, Z) służą do sterowania działaniem zewnętrznych układów. Ad. 4 Pamięć typu RAM. Pamięcią RAM (random access memory) nazywamy pamięć półprzewodnikową o dostępie swobodnym przeznaczoną do wielokrotnego zapisu i odczytu. Jest to pamięć ulotna, po wyłączeniu zasilania informacja zapisana w tej pamięci jest tracona. Ze względu na technologie wykonania pamięć RAM dzielimy na: - pamięć dynamiczną DRAM (ang. Dynamic RAM) gdzie informacja jest przechowywana w pamięci pasożytniczej tranzystora polowego MOS. Pamięć ta musi być cy- Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 173

46 klicznie odświeżana (ponowny zapis tej samej informacji do komórki pamięci co pewien czas). - pamięć statyczną SRAM (ang. Static RAM) gdzie informacja jest przechowywana w przerzutniku bistabilnym zbudowanym na 6 tranzystorach. Pamięć SRAM nie wymaga odświeżania. Pamięci DRAM mają większy czas dostępu (ok. kilku ns) niż pamięci SRAM (ok. 1 ns) ale są znacznie tańsze. Pamięci DRAM są łatwiejsze do scalania, dzięki temu uzyskujemy znacznie większe pojemności przy porównywalnych wielkościach układów. DRAM charakteryzuje się niskim poborem mocy, jednak związana z tym skłonność do samorzutnego rozładowania się komórek sprawia, że konieczne staje się odświeżanie zawartości impulsami pojawiającymi się w określonych odstępach czasu. W przypadku SRAM, nie występuje konieczność odświeżania komórek lecz okupione jest to ogólnym zwiększeniem poboru mocy. Pamięci SRAM, ze względu na krótki czas dostępu są często stosowane jako pamięć podręczna. Wykonane w technologii CMOS pamięci SRAM mają mniejszy pobór mocy, są jednak stosunkowo drogie w produkcji. Dlatego pamięci dynamiczne DRAM wykorzystuje się głównie jako pamięci operacyjne komputera, natomiast pamięci statyczne SRAM stosuje się jako pamięci podręczne procesorów (cache). Aby zorganizować komórki pamięci w sprawnie funkcjonujący układ, należy je odpowiednio zaadresować. Najprostszym sposobem jest zorganizowanie pamięci liniowo - jest to tak zwane adresowanie 2D. Do każdej komórki podłączone jest wejście, sygnał wybierania pochodzący z dekodera oraz wyjście. Nieco innym sposobem jest adresowanie przy użyciu tzw. matrycy 3D.Pamięć organizuje się tutaj dzieląc dostępne elementy na wiersze i kolumny. Dostęp do pojedynczego elementu pamiętającego można uzyskać po zaadresowaniu odpowiedniego wiersza i kolumny. Dlatego też komórka RAM obok wejścia i wyjścia musi dysponować jeszcze dwoma sygnałami wybierania, odpowiednio z dekodera kolumn i wierszy. Zaletą pamięci adresowanej liniowo jest prosty i szybszy dostęp do poszczególnych bitów niż w przypadku pamięci stronicowanej (3D), lecz niestety, przy takiej organizacji budowanie większych modułów RAM jest kłopotliwe. Dlatego też w przemyśle stosuje się zazwyczaj układy pamięci zorganizowanej w matrycę 3D, pozwala to na nieskomplikowane tworzenie większych modułów o jednolitym sposobie adresowania. W komputerach PC procesor uzyskuje dostęp do danych zawartych w pamięci DRAM w pakietach o długości 4-bitów (z pojedynczego rzędu), które przesyłane są sekwencyjnie lub naprzemiennie (tzw. przeplot - interleave). Optymalną wydajność można osiągnąć wtedy, gdy procesor otrzymuje dane równocześnie z taktem systemowego zegara. Jednak przy obecnie stosowanej częstotliwości taktowania magistrali wymaganiom tym nie jest w stanie sprostać nawet bardzo szybka pamięć cache drugiego poziomu. Pomimo tego, że ostatnie trzy bity dostarczane są wraz z taktem zegara, to konieczność odpowiedniego przygotowania transmisji sprawia, że przed pierwszym bitem "wstawiony" zostaje jeden cykl oczekiwania. Taki sposób transferu danych można oznaczyć jako cykl Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 174

47 DRAM jest odmianą półprzewodnikowej pamięci RAM zbudowaną na bazie tranzystorów i kondensatorów. Pojedyncza komórka pamięci składa się z kondensatora i tranzystora sterującego procesem kondensacji. Jeśli kondensator jest naładowany, przechowuje bitową jedynkę, jeśli jest rozładowany, mamy bitowe zero. Pamięć ma budowę matrycową, a w celu odwołania się do konkretnej komórki należy podać adres wiersza i kolumny. Pamięć DRAM, podobnie jak procesory, wytwarzana jest w procesie fotolitografii, podczas którego wewnątrz półprzewodnika tworzone są tranzystory, kondensatory i ścieżki. Niewielka złożoność pojedynczej komórki (tylko jeden kondensator i tranzystor) pozwala budować pamięci o dużej gęstości (512 MB DRAM to 512 milionów kondensatorów i tranzystorów), niewielkich rozmiarach i dobrym stosunku ceny do pojemności. Duża pojemność i niska cena sprawiają, że pamięć DRAM idealnie nadaje się do roli pamięci operacyjnej komputera. Główną wadą pamięci DRAM jest potrzeba odświeżania jej zawartości spowodowana zjawiskiem upływności kondensatorów, czyli uciekania ładunków. W efekcie kondensatory co jakiś czas trzeba doładować (stąd nazwa pamięć dynamiczna"). Podczas procesu odświeżania nie można dokonywać zapisu ani odczytu danych, co powoduje ogólne spowolnienie pracy pamięci. W specyfikacjach poszczególnych typów pamięci DRAM można spotkać się z kilkoma parametrami określającymi wydajność (prefiks t" pochodzi od angielskiego time"): tcl (CAS Latency) określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy wysłaniem przez kontroler pamięci zapotrzebowania na dane a ich dostarczeniem. trcd (RAS to CAS Dełay) określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy podaniem adresu wiersza a wysłaniem adresu kolumny. trp (RAS Precharge) określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy kolejnym adresowaniem wierszy pamięci. tras (Row Active Time) określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy aktywacją i dezaktywacją wierszy. tcr (Command Ratę) określa liczbę cykli zegarowych pomiędzy adresowaniem dwóch komórek pamięci. Im mniejsze są powyższe wartości, tym szybszy dostęp do komórek pamięci, co przekłada się na zwiększenie ogólnej wydajności RAM-u. SRAM (ang. Static RAM statyczna pamięć RAM) jest pamięcią zbudowaną na bazie przerzutników i tranzystorów. Jedna komórka pamięci to jeden przerzutnik RS i dwa tranzystory sterujące W przeciwieństwie do DRAM pamięć SRAM nie wymaga odświeżania (jest statyczna), dzięki czemu pozwala na znacznie szybszy dostęp do danych. Większa złożoność przekłada się na wyższe koszty produkcji i nie pozwala na budowanie pamięci o dużych pojemnościach, a to wyklucza zastosowanie SRAM jako pamięci operacyjnej komputera. Pamięć SRAM wykorzystuje się najczęściej jako pamięć podręczną Cache, gdzie istotniejsza jest wydajność niż pojemność Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 175

48 Głównym czynnikiem rozwoju pamięci DRAM jest potrzeba dostosowania jej wydajności do wymogów stawianych przez magistralę pamięci na płycie głównej. Od czasu wprowadzenia pierwszej pamięci DRAM powstało kilka nowszych wariantów: FPMDRAM, EDO/BEDO DRAM, SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4 SDRAM, RDRAM. Do określenia wydajności pamięci asynchronicznych FPM i EDO używano nanosekund - przykładowo FPM i EDO pracują z prędkością 60 ns. Prędkość pamięci synchronicznych SDRAM określa się w megahercach (MHz), a DDR SDRAM w megabajtach/gigabajtach na sekundę (MB/s, GB/s). Pierwszą ewolucją DRAM była pamięć FPM (ang. Fast Page Modę), w której zastosowano technikę stronicowania (ang. paging) umożliwiającą szybsze odwoływanie się do danych zapisanych w jednym wierszu. Seryjny tryb dostępu pozwalał na odczyt danych w układzie Oznacza to, że na dostęp do pierwszej komórki potrzeba 5 cykli zegarowych, a na dostęp do pozostałych trzech komórek tylko 3 cykle. Pamięć FPM była popularna w czasach procesorów 486 i pierwszych Pentium. EDO DRAM (ang. Extended Data Out) jest rozszerzeniem pamięci FPM. Pamięć ta podczas przetwarzania danych bieżącej komórki może pobierać instrukcję adresującą kolejną komórkę. Dzięki takiemu rozwiązaniu skrócono odczyt w trybie seryjnym do , teoretycznie zwiększając wydajność o ponad 20%, choć faktyczny wzrost wynosił tylko 5%. BEDO DRAM (ang. Burst EDO) jest ewolucją pamięci EDO, w której jeszcze bardziej skrócono odczyt w trybie seryjnym do przez dodanie do kontrolera pamięci specjalnego licznika adresów. Dodatkowo wprowadzono funkcję przeplatania (ang. interleaving) dwóch banków pamięci. Po przyznaniu dostępu do jednego banku kontroler może przystąpić do określenia adresu w drugim banku. Pamięć BEDO RAM była przez pewien czas tańszą alternatywą dla drogich pamięci synchronicznych. Kiedy pojawiły się procesory pracujące z prędkościami powyżej 66 MHz, stało się jasne, że nadszedł kres tradycyjnych pamięci asynchronicznych (FMP, EDO), ponieważ ich możliwości odbiegały od możliwości magistrali procesora. Opracowano nowy typ pamięci DRAM określany skrótem SDRAM (ang. Synchronous DRAM synchroniczna pamięć DRAM). Istotą tego rozwiązania było zsynchronizowanie pamięci z magistralą systemową, co wpłynęło na zmniejszenie strat czasowych podczas przesyłu rozkazów i danych do/z procesora. Podobnie jak układy BEDO DRAM, pamięć SDRAM umożliwia pracę w trybie seryjnym Opracowano trzy wersje pamięci SDRAM: PC-66 pracującą z częstotliwością 66 MHz, Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 176

49 PC-100 pracującą z częstotliwością 100 MHz, PC-133 pracującą z częstotliwością 133 MHz. DDR SDRAM (ang. Double Data Ratę SDRAM podwójne tempo przesyłu danych pamięci SDRAM) jest ewolucją pamięci SDRAM. Zastosowano tu technikę przesyłu danych na narastającym i opadającym zboczu sygnału zegarowego (rysunek 7.1). Taki sposób transmisji pozwolił na podwojenie ilości przesyłanych informacji bez potrzeby zwiększania częstotliwości zegara magistrali. Dodatkowo wyposażono pamięć w dwu-bitowy bufor (ang. prefetch bufor) gromadzący dane przed wysłaniem. Kości zasilane są napięciem 2,5 V, co wpływa na zmniejszenie poboru energii w stosunku do tradycyjnych SDRAM 3,3 V Pamięci DDR SDRAM nie są kompatybilne wstecznie z pamięcią SDRAM nazywaną również SDR SDRAM (ang. Single Data Ratę SDRAM). Powstało kilka odmian pamięci DDR SDRAM: PC-200 (PC-1600) o częstotliwości zegara 100 MHz i przepustowości 1,6 GB/s (64 bity * 2 * 100MHz = 1600MB/s), PC-266 (PC-2100) o częstotliwości zegara 133 MHz i przepustowości 2,1 GB/s, PC-333 (PC-2700) o częstotliwości zegara 166 MHz i przepustowości 2,7 GB/s, PC-400 (PC-3200) o częstotliwości zegara 200 MHz i przepustowości 3,2 GB/s. zbocze narastające zbocze narastające i opadające DDR2 SDRAM jest nowszą i szybszą odmianą pamięci DDR SDRAM, gdzie oprócz techniki podwójnego tempa przesyłu danych (DDR) zastosowano specjalny 4-bitowy bufor, który umożliwia w ciągu jednego cyklu wysłanie większej ilości danych, oraz podwojono mnożnik zegarowy magistrali. Dzięki temu pamięć DDR2 przy częstotliwości 100 MHz mogła uzyskać przepustowość 3,2 GB/s (dla porównania: SDRAM przy 100 MHz umożliwiał transfer rzędu 800 MB/s, a DDR 1,6 GB/s). DDR2 nie jest kompatybilna z DDR i SDRAM, wymaga zasilania 1,8 V. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 177

50 Dostępne są następujące wersje pamięci DDR2 w zależności od częstotliwości zegara): Nazwa chipa Zegar Transfer szczytowy DDR MHz DDR MHz DDR MHz DDR MHz DDR MHz Cykl zegara Taktowanie szyny Transfer danych Nazwa modułu 10 ns 400 MHz 400 mln/s PC MB/s 7.5 ns 533 MHz 533 mln/s 6 ns 667 MHz 667 mln/s PC PC PC PC MB/s 5333 MB/s 5 ns 800 MHz 800 mln/s PC MB/s PC ns 1066 MHz 1066 mln/s PC MB/s 1 Niektórzy producenci oznaczają swoje moduły jako PC zamiast PC2-4200, PC zamiast PC i PC zamiast PC DDR3 SDRAM jest rozwinięciem standardów DDR i DDR2, ale bez kompatybilności wstecznej. Zasilanie zredukowano do 1,5 V, co wpłynęło na zmniejszenie poboru energii w stosunku do poprzednich standardów (planowana jest produkcja pamięci DDR3 w technologii 50 nm zasilanych napięciem 1,35/1,2 V). DDR3 ma bufor 8-bito-wy. Mnożnik częstotliwości magistrali zwiększony został do 4, co umożliwiło transfer z prędkością 6,4 GB/s przy częstotliwości zegara 100 MHz. Dostępne są między innymi następujące wersje pamięci DDR3: PC (DDR3-800) (o częstotliwości zegara 100 MHz) o przepustowości 6,4 GB/s, PC (DDR3-1066) o przepustowości 8,5 GB/s, PC (DDR3-1333) (o częstotliwości zegara 133 MHz) o przepustowości 10,6 GB/s, PC (DDR3-1600) (o częstotliwości zegara 166 MHz) o przepustowości 12,7 GB/s, PC (DDR3-1866) o przepustowości 15 GB/s, PC (DDR3-2000) (o częstotliwości zegara 200 MHz) o przepustowości 16 GB/s PC (DDR3-2133) o przepustowości 17 GB/s PC (DDR3-2400) o przepustowości 19,2 GB/s Pamięci DDR umożliwiają pracę dwukanałową (ang. dual channel), co oznacza, że dwa na przykład 64-bitowe moduły, zamontowane w dwóch kanałach, działają jako jeden 128-bitowy. Gdy z jednego modułu dane są odczytywane, na drugim mogą być zapisywane, co teoretycznie powinno podwoić osiągi pamięci. Praktycznie często zdarza się sytuacja, że mikroprocesor potrzebuje odczytać dane z kanału, na którym aktualnie trwa zapis. Niestety w takim momencie nie następuje zwiększenie wydajności. DDR4 SDRAM standard pamięci będący rozwinięciem pamięci DDR, DDR2 i DDR3. Pamięć DDR4 umożliwia zastosowanie napięcia 1,2V w porównaniu z 1,5 V dla DDR3, 1,8 V dla DDR2 i 2,5 V dla DDR. Dzięki temu pamięć DDR4 charakteryzuje się zmniejszonym poborem mocy o około 20% Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 178

51 w stosunku do pamięci DDR3 oraz większą przepustowością w porównaniu do DDR3, DDR2 i DDR. Dzięki przepustowości przekraczającej 2 Gb/s na styk oraz zużyciu energii niższemu niż w przypadku modułów DDR3L (pamięci DDR3 o niskim poborze energii) pamięci DDR4 zapewniają wzrost wydajności i przepustowości o nawet 50%. Pamięć DDR4 oferuje też funkcję cyklicznych kontroli nadmiarowych (CRC), która zapewnia zwiększoną niezawodność danych, zintegrowaną detekcję parzystości umożliwiającą weryfikację integralności komend i adresów przesyłanych za pośrednictwem połączeń, poprawioną integralność sygnału oraz inne zaawansowane funkcje RAS. Pamięci DDR4 nie są kompatybilne wstecz, tzn. nie współpracują z chipsetami obsługującymi DDR, DDR2 i DDR3. Obsługa pamięci DDR4 przez procesory została wprowadzona w 2014 roku w chipsetach płyt głównych. Pamięci DDR4 są obsługiwane tylko przez płyty z chipsetami Intel X99 i gniazdem LGA 2011v3 oraz LGA 1151 Moduł DDR4 jest takiej samej długości i grubości co DDR3; jest za to o mniej więcej milimetr wyższy. Zamiast 240 pól kontaktowych ma ich 284, gęściej rozmieszczone. Choć sygnałów jest tylko o kilka więcej, dodatkowe 44 styki to głównie pola zwarte do masy, oddzielające od siebie linie sygnałowe w celu redukcji zakłóceń. Krawędź modułu jest nie prosta, ale schodkowa chodzi o to, żeby przy wciskaniu modułu do gniazda trzeba było pokonać opór tylko połowy sprężynowych styków. Oczywiście, zmieniło się też położenie wcięcia i odpowiadającego mu klucza w gnieździe DDR4, tak by nie dało się włożyć do gniazda niekompatybilnego modułu. Kolejną generacją pamięci SDRAM mają być kości oznaczone jako DDR5 powinny wyglądać podobnie do obecnych modułów, ale zaoferują co najmniej 2-krotnie wyższe taktowania i pojemność, a przy tym będą pracować z niższym napięciami zasilającymi. Nowy standard jest jednak dopiero w fazie planowania w 2017 roku powinna być gotowa jego specyfikacja, a w jeszcze kolejnym będą dostępne pierwsze próbki. Masowa produkcja spodziewana jest dopiero na 2019 rok, więc wtedy też możemy się spodziewać premiery pamięci DDR5 oraz pierwszych platform w nimi współpracujących (początkowo serwerowych). Pamięci RDRAM (ang. Rambus DRAM), opracowane przez firmę Rambus, pojawiły się na rynku w roku Dedykowana magistrala pamięci RDRAM ma szerokość tylko 16 bitów, ale pracuje z dużą prędkością, przesyłając informacje na rosnącym i opadającym zboczu sygnałowym (DDR). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 179

52 Pierwsze pamięci RDRAM pozwalały na przesyłanie informacji z prędkością magistrali 400 MHz i przepustowością rzędu 1,6 GB/s, gdzie PC-133 taktowane były zegarem 133 MHz i umożliwiały transfer 1064 MHz. Dwa 16-bitowe moduły można było montować w trybie dual channel. Dostępne są między innymi następujące wersje pamięci RDRAM: PC-600 (16 bitów, single) o częstotliwości zegara 266 MHz i przepustowości 1,2 GB/s, PC-700 (16 bitów, single) o częstotliwości zegara 355 MHz i przepustowości 1,4 GB/s, PC-800 (16 bitów, single) o częstotliwości zegara 400 MHz i przepustowości 1,6 GB/s, PC-1066 (16 bitów, single) o częstotliwości zegara 533 MHz i przepustowości 2,1 GB/s, PC-1200 (16 bitów, single) o częstotliwości zegara 600 MHz i przepustowości 2,4 GB/s. RIMM 3200 (32 bity, dual) o częstotliwości zegara 400 MHz i przepustowości 3,2 GB/s. RIMM 4200 (32 bity, dual) o częstotliwości zegara 533 MHz i przepustowości 4,2 GB/s. RIMM 4800 (32 bity, dual) o częstotliwości zegara 600 MHz i przepustowości 4,8 GB/s. RIMM 6400 (32 bity, dual) o częstotliwości zegara 800 MHz i przepustowości 6,4 GB/s. Następcą RDRAM jest pamięć oznaczona jako XDR RDRAM umożliwiająca pracę z częstotliwością magistrali do 1066 MHz i przepustowość przeszło 29 GB/s. Nowszą wersją jest XDR2 RDRAM umożliwiająca transfer do 38,4 GB/s, a w przyszłości nawet do 51 GB/s. Pamięci XDR stosowane są głównie w konsolach do gier, wydajnych kartach graficznych i serwerach. Tego typu pamięć wykorzystała firma Sony w konsoli do gier Play Station 3. Głównym czynnikiem wpływającym na małą popularność pamięci RDRAM w systemach klasy PC jest jej stosunkowo wysoka cena, zwłaszcza w porównaniu z ceną pamięci DDR. Ad. 5 Błędy pamięci, kontrola parzystości i korekcja błędów Podczas pracy pamięci RAM mogą pojawić się błędy, które negatywnie wpływają na działanie systemu operacyjnego. Błędy mogą mieć charakter fizyczny (błędy twarde) lub logiczny (błędy miękkie). Błędy twarde (ang. hard error) oznaczają fizyczne uszkodzenie komórek pamięci i jedynym rozwiązaniem jest wymiana modułu na nowy. Tego typu błędy mogą objawiać się wyskakiwaniem niebieskiego ekranu, informującego o błędzie wyjątku krytycznego (ang. fatal error) systemu Windows. Powodem pojawiania się błędów miękkich (ang. soft error) mogą być różne zjawiska fizyczne skutkujące chwilowym zachwianiem stabilności przechowywanych danych bez fizycznego uszkodzenia kości pamięci. Nie ma idealnego sposobu na uniknięcie tego typów błędów, ale można nabyć pamięć wyposażoną w mechanizmy wykrywania i usuwania błędów miękkich, które pozwolą na zmniejszenie skali zjawiska. Kontrola parzystości jest metodą wykrywania błędów miękkich, które mogą pojawiać się w pamięci RAM. Działanie polega na dodaniu do jednego bajta z danymi dodatkowego bitu (oznaczonego jako bit parzystości ang. parity bit), który informuje, czy w ciągu ośmiu bitów znajduje się parzysta, Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 180

53 czy nieparzysta liczba jedynek bitowych. W celu wykorzystania kontroli parzystości trzeba zaopatrzyć się w kości pamięci i płytę główną wspomagającą mechanizm wykrywania błędów. Jeżeli chcemy, aby wykrywane błędy były również usuwane, musimy nabyć pamięć wyposażoną w mechanizm korekcji błędów, czyli funkcję ECC (ang. Error Correcting Code). Funkcja ECC, oprócz wykrywania błędów miękkich, potrafi naprawić jeden bit z bajta. Najczęściej spotykane błędy typu STOP (niebieskie ekrany) WINDOWS XP często błędnie identyfikowane jako problemy związane z pamięciami RAM: KMODE_EXCEPTION_NOT_HANDLED (0xC ). Oznacza naruszenie prawa dostępu do chronionych zasobów systemowych. Prawie zawsze związany jest ze sterownikiem niekompatybilnym z systemem Windows XP. IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL (0x A). Występuje, kiedy sterownik urządzenia wykorzystujący przerwanie programowe z danym priorytetem próbuje uzyskać dostęp do obszaru pamięci, zajętego przez proces korzystający z przerwania programowego z wyższym priorytetem UNEXPECTED_KERNEL_MODE_TRAP (0x F). Sygnalizuje problem sprzętowy. NTFS_FILE_SYSTEM (0x ). Ten błąd jest najczęściej spowodowany przez wirusa lub czasem przez nadmiernie?opiekuńczy? program antywirusowy. Może być również efektem działania programów narzędziowych systemu plików, które próbują uzyskać bezpośredni dostęp do dysku. Kolejną możliwą przyczyną może być uszkodzenie systemu plików. PAGE_FAULT_IN_NONPAGED_AREA (0x ). Jest również zwykle spowodowany przez programy antywirusowe. Związany jest także z wieloma różnymi problemami z obsługą sieci wykorzystującą protokół TCP/IP. INACCESSIBLE_BOOT_DEVICE (0x B). Oznacza uszkodzenie dysku, kontrolera dysku lub pojawienie się wirusa na sektorze rozruchowym. Pamięć DDR4 ma kilka nowych funkcji zapewniających stabilność i poprawność działania. Każda kość DDR4 może sprawdzać parzystość nadchodzących adresów i poleceń. Kiedy kontroler pamięci włącza kontrolę parzystości, zaczyna nadawać oprócz zwykłych danych także bit parzystości. Jest on tak dobrany, żeby w adresie, poleceniu i bicie parzystości była w sumie parzysta liczba jedynek (wysokich stanów). Jeśli jest inaczej, kość DDR4 rozpoznaje, że któryś bit musiał zostać przekłamany, i transfer jest ponawiany. Z kolei poprawność danych może być kontrolowana dzięki sumom kontrolnym CRC (cykliczna kontrola nadmiarowa wykorzystywany do wykrywania przypadkowych błędów pojawiających się podczas przesyłania i magazynowania danych binarnych), które są nadawane po przesłaniu danych. Błędy CRC i parzystości są sygnalizowane na dwóch specjalnych liniach sygnałowych. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 181

54 L 81/82 Moduły pamięci RAM stosowane w komputerach. Moduły pamięci RAM stosowane w komputerach DIP SIPP SIMM 30-pinowy SIMM 72-pinowy DIMM SDRAM 168-pinowy RIMM RDRAM 184-pinowy DIMM DDR 184-pinowy DIMM DDR pinowy Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 182

55 DIMM DDR pinowy DIMM DDR pinowy DIMM DDR piny L 83 Przegląd pamięci RAM dostępnych na rynku. Prezentacje multimedialna albo referat. L 84/85 Utrwalenie wiadomości z działu: Elementy jednostki centralnej komputera cz. 1. Zebranie i podsumowanie wiadomości dotyczących zagadnień: - Sposoby przetwarzania informacji. - Schemat blokowy systemu mikroprocesorowego. - Układy wejścia / wyjścia. - Elementy płyty głównej (chipset, gniazdo procesora, interfejsy sprzętowe i magistrale komputera klasy PC, pamięć cache, gniazda pamięci RAM). - Rozmieszczenie podzespołów na płycie głównej. - Analiza starszych typów płyt głównych. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 183

56 - Elementy jednostki centralnej. - Zadania i architektura mikroprocesora. - Podstawowe parametry współczesnych mikroprocesorów. - Identyfikowanie typów mikroprocesorów i ich gniazd. - Pamięci półprzewodnikowe parametry, podstawowa klasyfikacja i rodzaje pamięci. - Pamięci typu ROM i RAM podstawowa charakterystyka. L 86 Sprawdzian wiadomości z działu: Elementy jednostki centralnej komputera cz Zasady sprawdzianu. 2. Arkusz sprawdzianu. Ad.1 Zasady sprawdzianu. Pisemny sprawdzian wiadomości z pierwszej części działu: Elementy jednostki centralnej komputera obejmuje następujące zagadnienia: - Sposoby przetwarzania informacji. - Schemat blokowy systemu mikroprocesorowego. - Układy wejścia / wyjścia. - Elementy płyty głównej (chipset, gniazdo procesora, interfejsy sprzętowe i magistrale komputera klasy PC, pamięć cache, gniazda pamięci RAM). - Rozmieszczenie podzespołów na płycie głównej. - Analiza starszych typów płyt głównych. - Elementy jednostki centralnej. - Zadania i architektura mikroprocesora. - Podstawowe parametry współczesnych mikroprocesorów. - Identyfikowanie typów mikroprocesorów i ich gniazd. - Pamięci półprzewodnikowe parametry, podstawowa klasyfikacja i rodzaje pamięci. - Pamięci typu ROM i RAM podstawowa charakterystyka. Ad.2 Arkusz sprawdzianu. Pytania otwarte należy uzupełnić w brakujących miejscach wykropkowanych do tego przeznaczonych. Pytania testowe stanowią test jednokrotnego wyboru. Poprawną odpowiedź uczeń zaznacza poprzez skreślenie znakiem X. Błędna odpowiedź musi być wzięta w kółko i zaznaczona inna. Nieczytelne i wątpliwe w analizie skreślenia i oznaczenia nie będą oceniane. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 184

57 Wszelkie wątpliwości, których analiza będzie utrudniała ocenę i jednoznaczną interpretację pracy zostaną uznane za błąd. Pola zakropkowane wypełnia nauczyciel (punktacja). Każde zadanie ma przypisaną wartość punktową (na końcu polecenia do zadania lub podane na tablicy podczas sprawdzianu). Czas trwania sprawdzianu 40 minut. L 87 Analiza wyników sprawdzianu z działu: Elementy jednostki centralnej komputera cz. 1. L 88/89 Płyta główna komputera. 1. Chipset. 2. Gniazdo procesora. 3. BIOS. 4. Cache. 5. Gniazda pamięci RAM. Ad. 1 Chipset. Chipsety są układami scalonymi stanowiącymi integralną część płyty głównej. Ich liczba może być różna i w zależności od typu waha się od jednego do kilku sztuk. Od strony funkcjonalnej chipset składa się z wielu modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali, pamięci RAM i innych). Trzon każdego chipsetu stanowi: kontroler CPU, kontroler pamięci operacyjnej RAM, kontroler pamięci cache, kontroler magistral ISA, PCI, AGP, PCI Express, USB i innych Chipset ogólnie stanowi grupa specjalistycznych układów scalonych, które są przeznaczone do wspólnej pracy. Mają zazwyczaj zintegrowane oznaczenia i zwykle sprzedawane jako jeden produkt. W komputerach, termin chipset jest powszechnie używany w odniesieniu do specjalistycznego układu scalonego lub zestawu układów płyty głównej komputera lub karty rozszerzeń. Wydajność i niezawodność komputera w znaczącej mierze zależy od tego układu. Układ ten organizuje przepływ informacji pomiędzy poszczególnymi podzespołami jednostki centralnej. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 185

58 W skład chipsetu wchodzą zazwyczaj dwa układy zwane mostkami. Mostek północny odpowiada za wymianę danych między pamięcią a procesorem oraz steruje magistralą AGP lub PCI-E. Mostek południowy natomiast odpowiada za współpracę z urządzeniami wejścia/wyjścia, takimi jak np. dysk twardy czy karty rozszerzeń. Schemat ilustrujący miejsce chipsetu w komputerze oraz jego rolę. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 186

59 Podstawowe układy występujące w chipsetach to: sterownik (kontroler) pamięci dynamicznych sterownik CPU sterownik pamięci cache sterownik klawiatury sterowniki magistral, przerwań i DMA Chipsety mogą również zawierać zegar czasu rzeczywistego, układy zarządzania energią, sterowniki dysków twardych IDE, dysków elastycznych, sterownik SCSI, sterownik portów szeregowych i równoległych. Chipsetu nie da się wymienić na nowszy, tak jak ma to miejsce w przypadku np. procesora. Decydując się na dany model, jesteśmy całkowicie uzależnieni od jego parametrów, a jedynym sposobem wymiany jest zakup nowej płyty głównej. Konfiguracja parametrów pracy poszczególnych podzespołów wchodzących w skład chipsetu zmieniana jest poprzez BIOS i zapamiętywana w pamięci CMOS komputera. Ustawienia te możemy zweryfikować, korzystając z programu usługowego BIOS-u. Producenci chipsetów starają się, aby jak najwięcej modułów było zawartych w jednym fizycznym układzie (chipie). Jest to jeden ze sposobów obniżenia kosztów produkcji płyt głównych, co ma bezpośredni wpływ na cenę gotowego komputera. Liczba chipsetów wchodzących w skład pełnej jednostki obsługującej komputer waha się od jednego układu do około 5-6. Poziom integracji jest ważny jedynie dla producentów płyt głównych. Intel: seria 400: FX, HX, VX, TX, EX, ZX, LX, BX, NX, GX seria 800: i800, i815, i820, i845, i850, i855, i865, i875 seria 900: 910, 915, 925, 945, 955, 963, 965, 975X seria P/G/Q: P31, G31, G33, P35, G35, Q35, P43, G43, P45, G45 seria X: X38, X48, X58 seria H: H61, H67, H77, H97, H110, H170 seria B: B75, B77, B85, B150 seria P: P55, P67 seria Z: Z68, Z75, Z77, Z85, Z87, Z97, Z170 seria Q: Q 75, Q77, Q85, Q87, Q150, Q170 VIA Technologies - dla procesorów Intel: VIA P4X266, P4X400, P4X533 VIA PT800, PM880 VIA Technologies - dla procesorów AMD: VIA KT133, KT133A VIA KT266A (FSB 200/266 MHz AGPx4), KT333, Apollo KT400A, KT600 (wersja z i bez kontrolera Serial ATA), KT880 VIA P4X400 VIA K8T400, K8T800Pro, K8T890 Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 187

60 Silicon Integrated Systems (SiS): Seria 600: 620, 630, 645, 648, 650, 651, Seria 700: 735, 740, 798, 432 NVIDIA Corporation: nforce 2: Ultra 400Gb, Ultra 400R, Ultra 400 nforce 3: Go, Professional nforce 4: SLI Intel, Series AMD, SLI/XE Ultra Intel, Intel x16 nforce 5: 520, SLI/570/560/550 AMD, 590SLI AMD, 570 SLI Intel, 590 SLI Intel nforce 6: 610i, 630i, 650i, SLI/650i Ultra, 680a SLI, 680 SLI/680i LT SLI nforce 7: 730i, 750i, 780i, 790i (błędnie nazywany 780i Ultra) nforce 9: 980a SLI ATI Technologies - dla procesorów AMD: AMD 480X CrossFire, 580X CrossFire AMD 690G, 690V, AMD M690 (mobilny) AMD 740G, 760G, 770, 780G, 785G, 790X CrossFire, 790FX CrossFire X, 790GX CrossFire AMD 870, 880G, 890FX CrossFire X, 890GX CrossFire AMD 970, 980G, 990X, 990FX AMD A75 AMD A85, A85X, A88X ATI Radeon Xpress 1100, 1150 (chipset ze zintegrowaną grafiką) ATI Radeon Xpress 200, 200M (mobilny) (chipset ze zintegrowaną grafiką) ATI SB600 (mostek południowy) ATI SB700, SB710, SB750 (mostek południowy) ATI SB850 (mostek południowy) ATI Technologies - dla procesorów Intel: ATI CrossFire Xpress 3200 (dla procesorów Intel Core 2 Duo) ATI Radeon Xpress 1100, 1250 (chipset ze zintegrowaną grafiką) ATI Radeon Xpress 200, 200M (chipset ze zintegrowaną grafiką) ATI SB600 Series (mostek południowy) Charakterystyka chipsetów dodatek B Ad. 2 Gniazdo procesora. Gniazdo procesora (CPU socket lub CPU slot) jest to rodzaj złącza znajdującego się na płycie głównej; pełni ono rolę interfejsu pomiędzy procesorem a pozostałymi elementami systemu komputerowego umożliwiając jego współpracę z systemem za pośrednictwem odpowiednich magistrali i układów znajdujących się na płycie głównej. Na każdej płycie głównej musi być przynajmniej jedno takie gniazdo; determinuje ono rodzaj procesora, jaki jest przez nią obsługiwany. Producenci wyposażają swoje płyty w różne wersje gniazd umożliwiających zastosowanie jednego z dostępnych procesorów, przy czym rodzaj procesora zależy również od zainstalowanego na płycie chipsetu. Dla procesorów Pentium i jego poprzedników stosowano jednakowe podstawki, jednak począwszy od procesora Pentium II, zaczęto projektować inne, zależnie od producenta. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 188

61 Ad. 3 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 między sprzętem a uruchamianymi programami. Procedura BIOS-u została zapisana w pamięci stałej komputera, w odpowiednich układach scalonych, w postaci rozkazów języka maszynowego. Procedury te można odczytać ale nie można ich zmodyfikować. (Oprogramowanie przechowywane w układach scalonych nazywa się oprogramowaniem układowym, ang. firmware). Programy znajdujące się w BIOS-ie dzielą się na dwie grupy: -programy testująco-inicjujące pracę komputera, -programy zawierające procedury sterujące różnymi elementami komputera, jak np.: napędami dyskowymi, urządzeniami wejścia/ wyjścia. BIOS steruje współpracą wszystkich podstawowych funkcji komputera z systemem operacyjnym. Troszczy się między innymi o to, by sygnały wychodzące z klawiatury przetwarzane były do postaci zrozumiałej dla procesora. BIOS posiada własną, choć niewielką pamięć, w której są zapisane informacje na temat daty, czasu oraz dane na temat wszystkich urządzeń zainstalowanych w komputerze.po uruchomieniu komputer wyświetla informacje na temat kombinacji klawiszy, za pomocą której możliwe jest wywołanie ustawień BIOS-u. Najczęściej jest to klawisz Delete lub któryś z klawiszy funkcyjnych. Po wejściu do BIOS-u możliwe jest dokonywanie różnych modyfikacji, na przykład takich jak skonfigurowanie nowo zainstalowanego dysku twardego. BIOS jest zasilany przez baterie. Oprogramowanie BIOS-u nie jest zapisane na dysku twardym, lecz jest umieszczone na płycie głównej, w układzie pamięci stałej. Pamięć stałą w postaci flashrom można przeprogramowywać, np. w celu załadowania nowej wersji BIOS-u, gdy starsza nie jest w stanie poprawnie rozpoznać i zidentyfikować, a co za tym idzie, także poprawnie obsłużyć np. nowego, większego dysku twardego lub nowego typu procesora. W nowych konstrukcjach płyt głównych producenci umieszczają drugą pamięć flashrom, której zadaniem jest przepisanie do podstawowego układu prawidłowej zawartości, umieszczonej właśnie w zapasowym układzie flashrom, w przypadku nieudanej aktualizacji BIOS-u lub jego utraty bądź zniszczenia w wyniku ataku wirusa. Takie rozwiązanie z dwoma układami pamięci stałej nazywane jest mechanizmem DualBios. Konfiguracja BIOS-u jest możliwa za pomocą specjalnego, pseudograficznego interfejsu, popularnie zwanego SETUP-em. Wersja i rodzaj BIOS-u zależą w dużym stopniu od konkretnej płyty głównej, pod kątem której jest on optymalizowany. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 189

62 Poprawne ustawienia opcji zawartych w BlOS-ie mają szczególne znaczenie dla stabilnej i wydajnej pracy komputera i wszystkich jego podzespołów. Jak już wspomniano, obecnie na rynku komputerów możemy spotkać BlOS-y następujących producentów: Award, Ami, Phoenix. Oczywiście, większość opcji udostępnianych w BlOS-ach tych firm będzie się pokrywała, chociaż mogą się w nich nieco inaczej nazywać lub znajdować w innych miejscach; jednak ich znaczenie będzie identyczne. Podczas włączenia komputera BIOS przeprowadza procedurę POST (Power On Self Test). Jeśli nie napotka ona na żadną nieprawidłowość, to z głośniczka systemowego wydobędzie się pojedynczy krótki sygnał dźwiękowych. Jednak, gdy POST wykryje jakiś błąd, to informuje użytkownika sekwencją dźwięków (tzw. beep), których spis i krótki opis znajduje się poniżej. Dźwięki te są zależne od producenta BIOS-u użytego na płycie głównej. Wybrane kody błędów procedury POST: AMI: - 1 dźwięk błąd odświeżania pamięci uszkodzona pamięć - 2 dźwięki błąd parzystości pamięci - uszkodzona pamięć - 3 dźwięki błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć - 4 dźwięki błąd zegara uszkodzona płyta główna - 5 dźwięków błąd procesora uszkodzony procesor - 6 dźwięków błąd klawiatury uszkodzony procesor, płyta główna lub klawiatura - 7 dźwięków wyjątek procesora uszkodzony procesor - 8 dźwięków błąd pamięci karty graficznej uszkodzona karta graficzna - 9 dźwięków błąd pamięci ROM uszkodzony BIOS - 10 dźwięków błąd CMOS uszkodzona płyta główna - 11 dźwięków błąd pamięci podręcznej uszkodzony procesor lub płyta główna - 1 dźwięk długi, 2 krótkie błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna - 1 dźwięk długi, 3 krótkie błąd pamięci powyżej pierwszych 64kB uszkodzona pamięć - 1 dźwięk długi, 8 krótkich błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna - 1 dźwięk ciągły błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna Award: - 1 dźwięk długi i 2 krótkie błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna - 1 dźwięk długi i 3 krótkie - błąd karty graficzne uszkodzona karta graficzna - niekończący się dźwięk błąd karty graficzne uszkodzona karta graficzna - wysokiej częstotliwości dźwięk podczas uruchamiania przegrzewający się procesor uszkodzone chłodzenie procesora - naprzemienne dźwięki wysokie i niskie błąd procesora uszkodzony procesorzy Phoenix 3-dźwiękowy (przykład to dźwięk, pauza, dwa dźwięki, pauza, dźwięk): błąd procesora lub płyty głównej uszkodzony procesor lub płyta główna błąd CMOS uszkodzona płyta główna błąd pamięci ROM uszkodzony układ BIOS błąd zegara uszkodzona płyta główna błąd DMA uszkodzona płyta główna błąd DMA uszkodzona płyta główna błąd odświeżania pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd linii adresowej uszkodzona pamięć Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 190

63 błąd parzystości uszkodzona pamięć błąd zegara uszkodzona płyta główna błąd portu NMI uszkodzona płyta główna błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd kanału Slave DMA uszkodzona płyta główna błąd kanału Master DMA uszkodzona płyta główna błąd kontrolera przerwań uszkodzona płyta główna błąd IC Slave uszkodzona płyta główna błąd kontrolera przerwań uszkodzona płyta główna błąd kontrolera klawiatury uszkodzona płyta główna błąd baterii CMOS uszkodzona bateria zasilająca CMOS błąd ustawień CMOS błędne ustawiania CMOS błąd pamięci karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd przerwania karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd zegara uszkodzona płyta główna błąd CMOS uszkodzona płyta główna błąd klawiatury uszkodzony procesor, płyta główna lub klawiatura nieoczekiwane przerwanie uszkodzony procesor błąd testu pamięci RAM uszkodzona pamięć błąd zegara uszkodzona płyta główna błąd zegara czasu rzeczywistego -uszkodzona płyta główna błąd portu szeregowego uszkodzona płyta główna błąd portu równoległego uszkodzona płyta główna błąd koprocesora uszkodzony procesor lub płyta główna niekompatybilna karta graficzna użyj karty innego producenta Phoenix 4-dźwiękowy (przykład to dźwięk, pauza, dwa dźwięki, pauza, dźwięk, pauza, trzy dźwięki): błąd procesora lub płyty głównej uszkodzony procesor lub płyta główna błąd procesora lub płyty głównej uszkodzony procesor lub płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 64kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pamięci podręcznej uszkodzony procesor błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 191

64 błąd zasilania uszkodzony zasilacz lub płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd kontrolera klawiatury uszkodzona płyta główna błąd układu BIOS uszkodzony BIOS błąd zegara uszkodzona płyta główna błąd DMA uszkodzona płyta główna błąd kontrolera przerwań uszkodzona płyta główna błąd odświeżania pamięci uszkodzona płyta główna błąd klawiatury uszkodzony procesor, płyta główna lub klawiatura błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd pamięci rozszerzonej uszkodzona pamięć błąd pierwszych 1024kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 1024kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pierwszych 1024kB pamięci uszkodzona pamięć błąd procesora uszkodzony procesor błąd procesora uszkodzony procesor błąd pamięci ROM uszkodzona pamięć ROM błąd pamięci ROM uszkodzona pamięć ROM uszkodzona pamięć podręczna uszkodzony procesor lub płyta główna uszkodzona pamięć podręczna uszkodzony procesor lub płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd pamięci ROM uszkodzona pamięć ROM błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd przerwania uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona płyta główna błąd pamięci ROM uszkodzony BIOS błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd karty graficznej uszkodzona karta graficzna błąd klawiatury uszkodzona płyta główna błąd klawiatury uszkodzona płyta główna błąd klawiatury uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd pierwszych 1024kB pamięci uszkodzona pamięć błąd pamięci rozszerzonej uszkodzona pamięć błąd pamięci rozszerzonej uszkodzona pamięć błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd pamięci podręcznej uszkodzony procesor lub płyta główna błąd pamięci podręcznej uszkodzony procesor lub płyta główna błąd płyty głównej lub karty graficznej uszkodzona karta graficzna lub płyta główna błąd płyty głównej lub karty graficznej uszkodzona karta graficzna lub płyta główna błąd płyty głównej lub karty graficznej uszkodzona karta graficzna lub płyta główna błąd płyty głównej lub karty graficznej uszkodzona karta graficzna lub płyta główna błąd płyty głównej lub karty graficznej uszkodzona karta graficzna lub płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd zegara czasu rzeczywistego uszkodzona płyta główna Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 192

65 błąd kontrolera klawiatury uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd portów wejścia/wyjścia uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd kontrolera klawiatury uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona płyta główna błąd zegara czasu rzeczywistego uszkodzona płyta główna aktywny blokada key lock dezaktywować blokadę key lock błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd klawiatury uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd płyty głównej uszkodzona płyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd przerwania uszkodzona pyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna błąd stacji dyskietek lub dysku twardego uszkodzona stacja dyskietek lub płyta główna Więcej danych o sygnałach w procedurze POST generowanych przez BIOS-y możemy przeczytać na stronie Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 193

66 Ad. 4 Cache. Mikroprocesor współpracuje z pamięcią operacyjną RAM, która znajduje się na płycie głównej i działa wolniej niż rdzeń CPU. W celu uniknięcia tzw. wolnych taktów mikroprocesora, podczas których jednostka obliczeniowa czeka na dane z pamięci, umieszcza się wewnątrz rdzenia szybką pamięć podręczną Cache. Cache budowana jest na bazie asocjacyjnej pamięci SRAM pracującej z pełną prędkością rdzenia mikroprocesora. Specjalny algorytm bada, które dane są najczęściej wykorzystywane przez jednostkę centralną, pobiera je z pamięci operacyjnej RAM i przekopiowuje do Cache. Gdy mikroprocesor zgłasza zapotrzebowanie na określone informacje, zostają one natychmiast przesłane z pamięci Cache bez potrzeby sięgania do wolniejszego RAM-u. Mikroprocesory mogą mieć kilka poziomów pamięci podręcznej Cache: Level 1 (poziom pierwszy, LI) pamięć Cache zawsze była zintegrowana z rdzeniem mikroprocesora. Z uwagi na ograniczenia rozmiarów i mocy procesora zawsze jest najmniejsza. W najnowszych architekturach jest to kilkadziesiąt kilobajtów pamięci SRAM poziomu LI na każdy rdzeń.. Umieszczona jest najbliżej głównego jądra procesora i umożliwia najszybszą komunikację procesora. Typowe pamięci L-1 współczesnych procesorów są 2- drożne, posiadają rozdzieloną pamięć danych i kodu, a długość linii wynosi 64 b. Cache LI mają wszystkie mikroprocesory od czasów 486. Level.2 (poziom drugi, L2) Pamięć drugiego poziomu, o rozmiarze od 64 KB do 12 MB o długości linii od 64 do 128 b, jest wykorzystywana jako bufor pomiędzy stosunkowo wolną pamięcią RAM a jądrem procesora i pamięcią cache L1. Na początku montowana była na płycie głównej ze względu na ograniczenia technologiczne. Kolejnym etapem był montaż L2 na specjalnych płytkach z mikroprocesorem, co umożliwiało pracę Cache z połową prędkości rdzenia procesora (obudowy SECC i SEPP). Pod koniec XX w. udało się zintegrować Cache L2 z rdzeniem, co umożliwiło wymianę danych z pełną prędkością rdzenia. Obecność pamięci drugiego poziomu powoduje duży wzrost wydajności w wielu aplikacjach - dzieje się tak, ponieważ dane poddawane obróbce muszą być pobierane z pamięci RAM, która ma opóźnienia rzędu kilkudziesięciu-kilkuset nanosekund. Dzisiejsze procesory są wyposażone w złożone układy przewidywania, jakie dane będą potrzebne - dane te są pobierane z wyprzedzeniem do pamięci cache, która ma opóźnienia rzędu kilku-kilkunastu nanosekund, co znacznie skraca czas oczekiwania procesora na dane do obliczeń. Level 3 (poziom trzeci, L3) Pamięć podręczna procesora trzeciego poziomu jest wykorzystywana, kiedy pamięć L2 jest niewystarczająca aby pomieścić potrzebne dane. Obecność cache trzeciego poziomu pozwala na znaczącą poprawę wydajności w stosunku do Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 194

67 procesorów o konstrukcji pamięci dwupoziomowej w wielu aplikacjach i programach. W systemach z wieloma procesorami lub rdzeniami, pamięć cache trzeciego poziomu najczęściej jest współdzielona przez wszystkie rdzenie i ma od kilku do kilkunastu megabajtów. Umieszczany na płycie głównej lub wewnątrz rdzenia mikroprocesora. Wcześniej montowana była w procesorach do zastosowań serwerowych, na przykład w serii procesorów firmy Intel oznaczonej jako Itanium i 64-bitowych wersjach procesorów Xeon Im większy rozmiar pamięci Cache, tym szybsza praca mikroprocesora podczas odczytu danych z pamięci RAM. Przy dużej ilości Cache CPU właściwie komunikuje się tylko z pamięcią podręczną bez potrzeby sięgania do RAM-u. Dodatkowe poziomy Cache zwiększają prawdopodobieństwo trafnego pobrania danych z pamięci operacyjnej. Pamięć buforowa drugiego poziomu jest instalowana na płycie głównej w sposób umożliwiający jej rozbudowę. Płyty główne wyposażane są standardowo w pewną określoną ilość pamięci cache L2. Cache (pamięć podręczna) to mechanizm, w którym ostatnio pobierane dane dostępne ze źródła o wysokiej latencji i niższej przepustowości są przechowywane w pamięci o lepszych parametrach. Dostęp do dysku jest buforowany w pamięci RAM, a dokumenty HTTP są buforowane przez pośredniki HTTP oraz przez przeglądarkę. Systemy te są tak wydajne dzięki lokalności odwołań - jeśli nastąpiło odwołanie do pewnych danych, jest duża szansa, że w najbliższej przyszłości będą one potrzebne ponownie. Niektóre systemy cache próbują przewidywać, które dane będą potrzebne i pobierają je wyprzedzając żądania. Np. cache procesora pobiera dane w pakietach po kilkadziesiąt czy też więcej bajtów, cache dysku zaś nawet do kolejnych kilkuset kilobajtów czytanego właśnie pliku. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 195

68 Ad. 5 Gniazda pamięci RAM. Kolejnym ważnym elementem płyty są gniazda pamięci. Pamięć operacyjna to pamięć adresowana i dostępna bezpośrednio przez procesor, a nie przez urządzenia wejścia-wyjścia procesora. W pamięci tej mogą być umieszczane rozkazy (kody operacji) procesora (program) dostępny bezpośrednio przez procesor i stąd nazwa pamięć operacyjna. W Polsce często pamięć ta jest utożsamiana z pamięcią RAM, choć jest to zawężenie pojęcia, pamięcią operacyjną jest też pamięć nieulotna (ROM, EPROM i inne jej odmiany) dostępna bezpośrednio przez procesor. Obecnie pamięci operacyjne są wyłącznie pamięciami elektronicznymi, dawniej używano pamięci ferrytowych. Płyty główne dla procesorów AMD jak i dla procesorów Intela współpracują głównie z pamięciami DDR4 i DDR3. Pamięć DDR4 umożliwia zastosowanie napięcia 1,2 V w porównaniu z 1,5 V dla DDR3, 1,8 V dla DDR2 i 2,5 V dla DDR. Dzięki temu pamięć DDR4 charakteryzuje się zmniejszonym poborem mocy o około 20% w stosunku do pamięci DDR3 oraz większą przepustowością w porównaniu do DDR3, DDR2 i DDR. Pamięci DDR4 nie są kompatybilne wstecz, tzn. nie współpracują z chipsetami obsługującymi DDR, DDR2 i DDR3. Obsługa pamięci DDR4 przez procesory została wprowadzona w 2014 roku w chipsetach płyt głównych. Pamięci DDR4 są obsługiwane tylko przez płyty z chipsetem Intel X99 i gniazdem LGA 2011v3 oraz LGA Gniazda pamięci RAM najlepiej zobrazują same moduły pamięci jakie są i były stosowane w płytach głównych komputerów klasy PC. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 196

69 L 90 Rozpoznawanie elementów funkcyjnych płyty głównej. 1. Rozmieszczenie podzespołów na płycie głównej. 2. Przykład rozmieszczenia bloków funkcjonalnych w starszych typach płyt głównych. Ad. 1 Rozmieszczenie podzespołów na płycie głównej. Rozmieszczenie podzespołów płyty głównej. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 197

70 Rodzaje płyt głównych ze względu na ich wielkość. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 198

71 Opis zewnętrznych gniazd płyty głównej. Przykład współczesnej płyty głównej Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 199

72 URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ klasa I Tylko do użytku wewnętrznego TZN! technik informatyk strona 200

73 1 - Port Myszy PS/2 (zielony) 2 - Wyjście koncentryczne SPDIF 3 - Karta video 4 - IEEE 1394a 5 - Złącze sieciowe RJ45 (LAN) 6 - Dźwięk: Centralny/Subwoofer (żółty pomarańczowy) 7 - Dźwięk: Port wyjścia tylnego głośnika (czarny) 8 - Dźwięk: Port Line-in (jasnoniebieski) 9 - Dźwięk: Port Line-out (zielony) 10 - Dźwięk: Mikrofon (różowy) 11 - Dźwięk: Port wyjścia bocznego głośnika (szary) 12 - Porty USB 2.0 (1, 2, 3 i 4 ) 13 - Wejście koncentryczne SPDIF 14 - Klawiatura PS/2 (fioletowy) Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 201

74 Ad. 2 głównych. Przykład rozmieszczenia bloków funkcjonalnych w starszych typach płyt Powyżej główne bloki funkcjonalne starych płyt głównych, poniżej 32-bitowe moduły pamięci SIMM. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 202

75 L 91/92 Gniazda rozszerzeń płyty głównej. 1. Interfejsy sprzętowe i magistrale komputera klasy PC. Ad. 1 Interfejsy sprzętowe i magistrale komputera klasy PC. Interfejsy wewnętrzne: szeregowe - SATA SAS PCI Express równoległe - AGP ATA (IDE) SCSI UDMA PCI-X ATAPI (EIDE) PCI MiniPCI ISA MCA VESA Local Bus EISA Interfejsy zewnętrzne: szeregowe - RS-232 PS/2 USB Ethernet (RJ-45, BNC) fax/modem/dsl (RJ-11) Fire- Wire (IEEE 1394) esata DisplayPort DVI równoległe - Port Centronics (IEEE 1284) PCMCIA ExpressCard bezprzewodowe - Bluetooth IrDA Wi-Fi (WLAN) WiMAX. Komunikacją w komputerze zajmują się magistrale (mogą się również kończyć interfejsami o tej samej nazwie), które stanowią zespół linii oraz układów przełączających służących do przesyłania sygnałów między połączonymi urządzeniami w systemach mikroprocesorowych, złożony z trzech współdziałających szyn: sterująca (kontrolna) - mówi, czy sygnał ma zostać zapisany, czy odczytany adresowa (rdzeniowa) - mówi, z jakiej komórki pamięci sygnał ma zostać odczytany lub do jakiej komórki pamięci sygnał ma zostać zapisany; danych - tą magistralą przepływają dane. Jest elementem, który sprawia, że system komputerowy staje się określoną całością. Szerokość magistrali (liczba równoległych ścieżek szyny danych) określa, ile bitów może ona przesłać za jednym razem (w jednym takcie). Rozróżniane są 2 typy magistrali: jednokierunkowa (dane przepływają tylko w jednym kierunku) oraz dwukierunkowa (dane przepływać mogą w obu kierunkach). Popularne magistrale : PCI, PCI Express, AGP, USB, COM, ISA i inne. Teraz przybliżone zostaną wybrane interfejsy i magistrale komputera. SATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment, Serial ATA) szeregowa magistrala komputerowa, służąca do komunikacji pomiędzy adapterami magistrali hosta (HBA), a urządzeniami pamięci masowej, takimi jak dyski twarde, napędy optyczne i taśmowe. SATA jest bezpośrednim następcą równoległej magistrali ATA. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 203

76 Przewody SATA są węższe i bardziej elastyczne od przewodów ATA, co ułatwia układanie oraz poprawia warunki chłodzenia wnętrza komputera. Również złącza SATA wykonane w technologii LIF (ang. Low Insertion Force) są zminiaturyzowane, umożliwiając zastosowanie SATA w coraz to mniejszych urządzeniach pamięci masowej, a także zmniejszając ilość potrzebnego miejsca na gniazda kontrolera płyty głównej. Dodatkowo zespół złącz SATA (zasilający + sygnałowy) został tak zaprojektowany, że może być stosowany jako zintegrowane złącze typu hot plug. Długość przewodu SATA może dochodzić do 1 metra. Opracowano trzy generacje interfejsu SATA. Pierwsza, najstarsza wersja SATA I umożliwia szeregową transmisję danych z maksymalną przepustowością 1,5 Gbit/s (ok. 170 MiB/s). Druga generacja (SATA II) oferuje przepustowość 3,0 Gbit/s (ok. 350 MiB/s). Trzecia generacja (SATA 3), zaprezentowana oficjalnie po raz pierwszy 27 maja 2009 roku udostępnia przepustowość 6,0 Gbit/s (ok. 750 MiB/s). 7-pinowa wtyczka służąca do przesyłania danych. 15-pinowa wtyczka zasilania SATA. Złącze esata (external SATA) to zewnętrzny port SATA 3 Gbit/s, przeznaczony do podłączania pamięci masowych zewnętrznych. Główną ideą esata jest zapewnienie identycznej prędkości przesyłania danych w urządzeniach zewnętrznych, jaka osiągalna jest dla napędów wewnętrznych. Osiągane przez ten standard prędkości nie odbiegają od tych oferowanych przez SATA II maksymalne przepustowości to 150 MB/s oraz 300 MB/s. Jest to prędkość znacznie większa niż maksymalna prędkość przysyłania danych przez port USB 2.0 (480 Mbit/s czyli 57 MB/s), a porównywalna do prędkości złączy USB 3.0[6]. Maksymalna długość kabla esata może wynosić 2 metry. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 204

77 Porównanie wtyczek SATA i esata. xsata to rozwinięcie standardu esata. Jest to zewnętrzne połączenie SATA o długości do 8 metrów przy użyciu ekranowanych kabli i złącz. msata (mini-sata) to oficjalnie zaprezentowany 21 września 2009 roku typ złącza SATA. W związku z wciąż postępującą miniaturyzacją pamięci masowych oraz elektroniki w komputerach mobilnych, SATA-IO opracowała nową generację złącza do zastosowań w takich urządzeniach jak netbooki oraz dyski SSD 1.8". Maksymalna przepustowość msata wynosi 3 Gbit/s. PCI Express (ang. Peripheral Component Interconnect Express), oficjalny skrót PCIe, znana również jako PCI-E, PCI-s lub jako 3GlO (od 3rd Generation I/O) pionowa magistrala służąca do podłączania urządzeń do płyty głównej. Zastąpiła ona magistrale PCI oraz AGP. Gniazda PCI-E od góry: 4x, 16x, 1x i 16x w porównaniu ze złączem PCI (na dole) Gniazda PCI- E od góry: 4x, 16x, 1x i 16x w porównaniu ze złączem PCI (na dole). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 205

78 Złącza PCI-e: Serial Attached SCSI (SAS) - interfejs komunikacyjny, będący następcą SCSI, używany do podłączania napędów (głównie dysków twardych). Stosowany przede wszystkim w serwerach. SAS jest częściowo kompatybilny z SATA - dyski SATA prawidłowo współpracują z kontrolerami SAS. Złącza SAS są znacznie mniejsze niż SCSI, dzięki czemu umożliwiają podłączanie także małych napędów. Obecnie SAS oferuje prędkości transferu osiągające 3 Gbit/s i 6 Gbit/s, ale oczekuje się, że do roku 2012 zostanie osiągnięta prędkość 12 Gbit/s. Złącze kompatybilne z SATA umożliwia podłączanie napędów SATA do płyt głównych ze złączem SAS, dzięki czemu np. nie trzeba instalować w serwerach dodatkowych kontrolerów SATA do podłączania np. napędów DVD. Należy zaznaczyć, że napędy SAS nie mogą być używane z magistralą SATA. Na fotografii widoczne jest złącze od strony dysku. Magistrala PCI umożliwia zarówno 32-jak i 64-bitową transmisję danych. Akceptowane poziomy napięć wynoszą +5 lub +3.3 V, tak więc standard PCI może być stosowany zarówno w sprzęcie posługującym się sygnałami o poziomie +5 V, jak i w systemach pracujących z obniżonym napięciem zasilania. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 206

79 Gniazda 32-bitowej szyny PCI. Magistralę PCI można sobie wyobrazić jako ścieżkę przesyłu danych biegnącą równolegle do innych typów magistrali ISA, EISA, AGP lub PCI-e. Zarówno procesor jak i pamięć RAM połączone są bezpośrednio z liniami magistrali PCI, do której z kolei poprzez specjalny układ pośredniczący (ang. PCI bridge ) dołączone są inne magistrale. Urządzenie zewnętrzne, jak karty sterowników graficznych, dyskowych, karty dźwiękowe i inne, mogą być dołączane bezpośrednio do magistrali PCI. Cenną zaletą standardu,jest łatwość rozszerzenia magistrali z 32-bitowej do 64-bitowej. Wariant 32-bitowy dysponuje maksymalną przepustowością 132 MB na sekundę, podczas gdy w trybie 64-bitowym magistrala PCI jest w stanie transmitować do 264 megabajtów na sekundę. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 207

80 Rozmieszczenie kluczy w gniazdach PCI. Standard magistrali lokalnej VLB (Vesa Local Bus) został opracowany przez stowarzyszenie o nazwie Video Electronics Standards Association. Dopuszczalna częstotliwość zegara taktującego magistralę VLB wynosi od 16 do 66 MHz, co dla większości obecnie produkowanych modeli PC nie może zapewnić zadowalającą przepustowość. Specyfikacja standardu VL 1.0 dopuszczała częstotliwość pracy do 40 MHz, zaś w wersji 2.0 wynosiła ona maksymalnie 50 MHz. Liczba urządzeń jednocześnie dołączonych do magistrali wynosiła 3 dla wersji 1.0 i 10 dla 2.0 i było to niezależne od miejsca ich dołączenia ( poprzez gniazda rozszerzenia lub bezpośrednio na płycie głównej ). Maksymalna prędkość ciągłej transmisji danych wynosiła 106MB/s, zaś dla wersji 64-bitowej rzędu 260MB/s. Płyta główna ze złączami VLB. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 208

81 ISA (ang. Industry Standard Architecture standardowa architektura przemysłowa) to standard magistrali oraz złącza kart rozszerzeń dla komputerów osobistych wprowadzony w roku 1984, jako ulepszenie architektury IBM PC/XT do postaci szesnastobitowej. Służyła do przyłączania kart rozszerzeń do płyty głównej. Złącza ISA na płycie głównej starszego typu Po magistralach ISA i PCI nadszedł czas na nowe rozwiązanie: szybki port graficzny Accelerated Graphics Port, w skrócie AGP. Ta szyna uczyniła grafikę szybszą i bardziej realistyczną a karta graficzna mogła użyć dowolnej ilości pamięci operacyjnej umieszczonej na płycie głównej, a niezależna szyna graficzna zapewniała bezpośredni transfer danych. Szyna AGP jest taktowana zegarem 66 MHz - w porównaniu z taktem 33 MHz, stosowanym w PCI, oznacza to zwiększenie maksymalnej przepustowości do 266 MB/s. Nie była to jedyna zaleta przy porównaniu tych magistrali. O ile w szynie PCI polecenie transmisji danych mogło być zrealizowane dopiero po zakończeniu poprzedniego transferu, AGP potrafi przyjąć zlecenia już wtedy, gdy poprzednio żądane dane są jeszcze wyszukiwane w pamięci. Najważniejszą informacją jest fakt, że AGP obsługuje wyłącznie grafikę. Cała przepustowość magistrali może być "przeznaczona" dla operacji graficznych, bez potrzeby dzielenia się z innymi urządzeniami. AGP nie jest tak uniwersalne, jak szyna PCI, dla której istnieją wszelkie karty. Dlatego AGP stało się tylko uzupełnieniem, a nie następcę PCI. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 209

82 Lokalizacja złącza AGP na płycie głównej. Specyfikacja poszczególnych mnożników magistrali: AGP 1x, używa kanału 32-bitowego działającego z taktowaniem 66 MHz, co daje maksymalny transfer 264 MB/s równy dwukrotnemu transferowi 132 MB/s dostępnemu w magistrali PCI działającej przy taktowaniu 33 MHz/32-bit; napięcie sygnału 3.3 V. AGP 2x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z podwójną przepływnością, prowadzącą do efektywnego transferu 528 MB/s; napięcie sygnału 3.3 V. AGP 4x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z poczwórną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 1056 MB/s (1 GB/s); napięcie sygnału 1.5 V. AGP 8x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z ośmiokrotną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 2112 MB/s (2 GB/s); napięcie sygnału 0.8 V. SCSI (skrót z ang. Small Computer Systems Interface) równoległa magistrala danych przeznaczona do przesyłania danych między urządzeniami. System SCSI do niedawna był powszechnie wykorzystywany głównie w wysokiej klasy serwerach i stacjach roboczych. Obecnie jest on stopniowo wypierany przez nowszy interfejs SAS (stosowany przede wszystkim w serwerach). Tańsze komputery domowe wykorzystują przeważnie standard SATA (wcześniej najpowszechniejszy był standard ATA/IDE). SAS jest częściowo kompatybilny z SATA - dyski SATA prawidłowo współpracują z kontrolerami SAS. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 210

83 URZADZENIA TECHNIKI KOMPUTEROWEJ klasa I technik informatyk Zestawienie złączy SCSI Charakterystyka poszczególnych standardów interfejsu SCSI Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 211

84 UDMA (Ultra-DMA) jest to skrót od Ultra-Direct Memory Access (zwane również ATA/ATAPI, PATA) - standardu interfejsu transferu danych między pamięcią RAM, a dyskami twardymi, w którym wykorzystywane jest równoległe przesyłanie danych. Ze względu na ograniczenia technologiczne, nie jest on już dalej rozwijany - kolejną generacją jest SATA. PCI-X (ang. Peripheral Component Interconnect Extended) - szybsza wersja znanego standardu PCI. Szyna ta oferuje transmisję danych rzędu 4,3 GB/s, czyli 32 razy szybciej niż pierwsze PCI. Magistrala ta jest wstecznie zgodna z PCI (zarówno stare karty pasują do nowych gniazd, jak i nowe karty do starych gniazd), istotne jest tylko dopasowanie napięciowe (jednak rodzaj złącza uniemożliwia pomylenie kart 1.5 V i 3.3 V). ATAPI (ang. Advanced Technology Attachment Packet Interface) interfejs systemowy w komputerach klasy PC przeznaczony do komunikacji z urządzeniami pamięci masowych. ATAPI to de facto rozszerzona wersja standardu ATA, wprowadzająca wiele usprawnień pod kątem obsługi wymiennych mediów. Głównie dotyczyło to napędów CD-ROM/DVD, napędów taśmowych, czy też dyskietek o dużych rozmiarach ZIP, SuperDisk. W wyniku wprowadzonych zmian w standardzie ATA, od tamtej pory przyjął on nazwę ATA/ATAPI jednak większość osób posługuje się jego starą, krótszą nazwą. EISA (z ang. Extended Industry Standard Architecture - Rozszerzona Standardowa Architektura Przemysłowa) - magistrala danych zaprojektowana specjalnie dla 32-bitowych komputerów Aby zapewnić jej kompatybilność z szyną ISA, taktowana jest zegarem 8,33 MHz. Dość duża prędkość transmisji danych (33 MB/s) jest nie tyle rezultatem częstotliwości taktowania, co szerokości szyny. Magistrala EISA obsługuje standard Plug&Play w przeciwieństwie do swojej poprzedniczki - ISA. Standard EISA nie znalazł jednak szerszego zastosowania w komputerach 386. Nieco później stosowano go w serwerach z procesorami 486. Obecnie wyparta przez szyny: PCI, PCI Express. Trzy sloty EISA Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 212

85 USB (ang. Universal Serial Bus uniwersalna magistrala szeregowa) rodzaj sprzętowego portu komunikacyjnego komputerów, zastępującego stare porty szeregowe i porty równoległe. Port USB jest uniwersalny w tym sensie, że można go wykorzystać do podłączenia do komputera wielu różnych urządzeń (np.: kamery wideo, aparatu fotograficznego, telefonu komórkowego, modemu, skanera, klawiatury, przenośnej pamięci itp). Urządzenia podłączane w ten sposób mogą być automatycznie wykrywane i rozpoznawane przez system, przez co instalacja sterowników i konfiguracja odbywa się w dużym stopniu automatycznie (przy starszych typach szyn użytkownik musiał bezpośrednio wprowadzić do systemu informacje o rodzaju i modelu urządzenia). Możliwe jest także podłączanie i odłączanie urządzeń bez konieczności wyłączania czy ponownego uruchamiania komputera. Urządzenia USB możemy podzielić na trzy grupy ze względu na zgodność z przyjętymi specyfikacjami: USB 1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować z prędkością (Full Speed) 12 Mbit/s (1,5 MB/s) i (Low Speed) 1,5 Mbit/s (0,1875 MB/s. Data ogłoszenia specyfikacji: USB 2.0 (Hi-Speed) Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z maksymalną prędkością 480 Mbit/s (60 MB/s). Rzeczywista prędkość przesyłu danych zależy od konstrukcji urządzenia. Urządzenia w standardzie USB 2.0 są w pełni kompatybilne ze starszymi urządzeniami. Data ogłoszenia specyfikacji: USB 3.0 (SuperSpeed) Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować z prędkością 4,8 Gb/s (600 MB/s). Nowy standard oprócz standardowych przewodów (dla kompatybilności w dół z USB 2.0 i 1.1) do szybkich transferów wykorzystuje 2 dodatkowe, ekranowane pary przewodów w dupleksie. Pierwsza prezentacja tej technologii odbyła się na targach CES Data ogłoszenia specyfikacji: Wtyczka USB typu A Wtyczka USB typu B Piny wtyków standardowych (widok od strony złącza) Wtyczka micro- USB Piny wtyczek minigniazdo USB do montażu na płytce drukowanej: po lewej typu A, po prawej typu B Porównanie wszystkich typów wtyczek/gniazd USB Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 213

86 FireWire to standard łącza szeregowego umożliwiającego szybką komunikację i synchroniczne usługi w czasie rzeczywistym. Jest zdefiniowany w dokumencie IEEE Magistrala ta w okrojonej wersji (brak linii zasilających) wykorzystywana jest przez firmę Sony (a obecnie również inne) pod nazwą i.link. Natomiast firma Creative Technology opisuje złącze jako SB1394. Zmiana nazwy ma na celu uniknięcie opłat licencyjnych, ale wszystkie te złącza są ze sobą w 100% zgodne. FireWire jest szeregową magistralą ogólnego przeznaczenia, jednak ze względu na promowanie jej przez Apple jako wyjątkowo multimedialnej oraz ze względu na powszechne stosowanie w kamerach jest kojarzona prawie wyłącznie z kamerami cyfrowymi. Obecnie popularne stało się używanie FireWire w profesjonalnych kartach muzycznych i innym sprzęcie audio. Nazwa FireWire obejmuje kilka standardów komunikacji zapewniających transfer rzędu: 100, 200, 400 Mb/s. Najnowsza specyfikacja IEEE-1394b dopuszcza również przesył z prędkością 800 Mbit/s (wersja 9-żyłowa) długość kabla ograniczona jest do ok. 4,5 metra, natomiast wersja optyczna ok metrów. Standard ten jest znacznie szybszy i stabilniejszy niż USB 2.0. Planowane jest zwiększenie maksymalnej szybkości do 2 Gb/s. Długość kabla ograniczona jest do 4,5 metra, ale można stworzyć specjalne połączenia nawet 16 odcinków kabla, co daje efektywną długość siedemdziesięciu dwóch metrów. Transmisja odbywa się za pomocą dwóch par przewodów (TPA+ i TPA- oraz TPB+ i TPB-), dodatkowo interfejs wyposażony jest w linię zasilającą (masa i nieregulowane napięcie dodatnie 30 V bez obciążenia). Najnowszy standard 1394b przewiduje również wykorzystanie połączeń optycznych, co umożliwi transfer 3,2 Gb/s i uzyskanie długości ponad 100 m, natomiast przy wykorzystaniu standardowej skrętki 5. kategorii możliwe jest uzyskanie 100 Mbit/s i odległości 100m. 6-pinowy wtyk FireWire Standard umożliwia połączenie do 63 urządzeń peryferyjnych w strukturę drzewiastą (w odróżnieniu od liniowej struktury SCSI). Pozwala urządzeniom na bezpośrednią komunikację, na przykład skanerowi i drukarce, bez używania pamięci lub CPU komputera. Obsługuje plug-and-play i hotswap. Sześciożyłowy kabel (w wersji z zasilaniem) jest nie tylko wygodniejszy niż kabel SCSI, ale dopuszcza użycie mocy do 60 W, co umożliwia rezygnację z zewnętrznych źródeł zasilania w przypadku mniej prądożernych urządzeń. W wersji bez zasilania wykorzystywane są kable 4-żyłowe i mniejsze wtyki. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 214

87 L 93 Rozpoznawanie gniazd rozszerzeń płyty głównej - ćwiczenia. 1. Rozmieszczenie gniazd rozszerzeń na płycie głównej. 2. Przykłady starszych typów płyt głównych. Ad. 1 Rozmieszczenie gniazd rozszerzeń na płycie głównej. Opis przykładowej płyty głównej: Nazwa fabryczna płyty głównej: Asus IPIBL-LB Nazwa HP/Compaq: Benicia-GL8E Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 215

88 Mikroukład - Intel G33 Magistrala FSB - 800/1066/1333 MHz Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 216

89 Płyta główna obsługuje następujące uaktualnienia procesora: Intel Core 2 Quad (Y) Q9xxxx Intel Core 2 Duo (W) E8xxx Intel Core 2 Quad (K) Q6600 Core 2 Duo E6x00 (C) E6700 Core 2 Duo E4x00 (C) E4400 Informacje na temat uaktualnienia pamięci: Dwukanałowa architektura pamięci Cztery 240-pinowe gniazda DDR2 DIMM Obsługiwane typy DIMM: PC (667 MHz) PC (800 MHz) Tylko pamięć Non-ECC, niebuforowana Obsługuje 2 GB pamięci DDR2 DIMM Obsługuje do 8 GB na komputerach 64-bitowych Obsługuje do 4 GB* na komputerach 32-bitowych *32-bitowe systemy operacyjne nie są w stanie wykorzystać pełnych 4,0 GB pamięci. Wideo: Zintegrowana karta graficzna Intel GMA 3100 Obsługuje również kartę graficzną PCI Express x16* *Zintegrowana karta video nie jest dostępna, jeżeli zainstalowana jest karta graficzna Audio: Zintegrowana karta dźwiękowa ALC888S *Zintegrowana karta audio nie jest dostępna, jeżeli zainstalowana jest karta dźwiękowa. Sieć: Interfejs: Zintegrowany z płytą główną Technologia: Realtek 8111C Przepustowość danych: do 10/100 Mb/s Standard transmisji: 10-Base-T Ethernet Gniazda rozszerzeń: Jeden moduł PCI Jedno gniazdo PCI Express x16 Dwa gniazda PCI Express x1 Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 217

90 Złącza wewnętrzne: Jedno 24-pinowe złącze zasilania ATX Jedno 4-pinowe złącze zasilania ATX Sześć złączy SATA Złącze napędu dyskietek Dwa złącza 12 V dla wentylatora procesora i wentylatora systemowego Jedno złącze 9-pinowe dla przycisku zasilania, przycisku reset, diody zasilania i diody dysku twardego Trzy złącza USB 2.0 z obsługą 6 portów USB lub urządzeń Jedno złącze IEEE 1394a Jedno wyjście audio SPDIF Jedno 4-pinowe złącze wejścia liniowego audio (przerywa wejście liniowe na panelu tylnym, zgodne z systemem Vista, wymaga dopasowania przedniego modułu wtyczki jack audio) Jedno 9-pinowe złącze audio dla wyjścia mikrofonu i wejścia mikrofonu (żółte, zgodne z systemem Vista, wymaga dopasowania przedniego modułu wtyczki jack audio) Łącze audio-modem Intel High-Definition (złącze HDMI 2 x 8) Jedna zworka dla resetowania ustawień systemu BIOS Jedna zworka dla wyłączania sprawdzania hasła systemu BIOS Resetowanie ustawień systemu BIOS UWAGA: Nie należy zmieniać położenia zworek gdy komputer jest włączony. Może to spowodować uszkodzenie płyty głównej. Na płycie głównej znajdują się zworki, które umożliwiają zresetowanie pamięci RAM zegara czasu rzeczywistego (RTC) w systemie CMOS. W pozycji domyślnej (normalnej) zworka znajduje się na pinach 4 i 6. Zerowanie CMOS. Aby wyzerować system CMOS, wykonaj następujące kroki: 1. Tymczasowo ustaw zworkę CLEAR_CMOS na pinach 2 i 4. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 218

91 2. Poczekaj 5-10 sekund, a następnie przełóż zworkę z powrotem na piny 4 i Po kolejnym uruchomieniu komputera przejdź do systemu BIOS i zresetuj wszelkie niestandardowe ustawienia systemu. Resetowanie ustawień haseł systemu BIOS Hasło systemu BIOS chroni przed dokonywaniem w nim niepożądanych zmian. Jeżeli zapomniałeś hasła systemu BIOS, wyłącz funkcję sprawdzania hasła, aby wejść do ustawień i zmienić lub wymazać hasło. Aby usunąć hasło systemu BIOS, wykonaj następujące czynności: 1. WYŁĄCZ komputer i odłącz przewód zasilający. 2. Znajdź zworkę o nazwie CLEAR_PWD. W pozycji domyślnej (normalnej) zworka znajduje się na pinach 3 i Przełóż zworkę na zworkę CLEAR_PWD na piny 1 i 3, aby wyczyścić hasło. 4. Podłącz kabel zasilający i WŁĄCZ komputer. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 219

92 5. Podczas uruchamiania systemu trzymaj wciśnięty klawisz F10, aby przejść do konfiguracji systemu BIOS i zmienić hasło. 6. Po zmianie i zresetowaniu haseł systemu BIOS należy z powrotem przełożyć zworkę na piny 3 i 5. Budowa współczesnej płyty głównej - najważniejsze elementy 1. Chip audio: wszystkie płyty mają wbudowaną kartę dźwiękową. Często pozwala ona na podłączenie nawet do ośmiu głośników. 2. PCI-Express X4: do tego złącza można podłączać różnego rodzaju karty rozszerzeń oraz dyski SSD. 3. Złącze wentylatora: do podłączania wentylatora chłodzącego procesor i zapewniającego obieg powietrza w obudowie. 4. Gniazda USB 2.0: do gniazd USB na płycie można podłączyć na przykład zamontowany w obudowie czytnik kart. 5. UEFI: To nowy typ BIOS-u, czyli programu podstawowego komputera (pośredniczy w komunikacji między systemem a sprzętem). 6. PCI-Express x1: zwykle do tego slotu podłącza się dodatkową kartę sieci kablowej LAN. 7. PCI-Express x16 i x8: do podłączania kart graficznych. Aby zwiększyć wydajność w grach, można ze sobą połączyć kilka kart. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 220

93 8. Bateria: dzięki baterii najważniejsze ustawienia systemu są zachowane nawet po wyłączeniu komputera. 9. Chipset: Chipset między innymi steruje transmisją danych między procesorem, pamięcią RAM, kartą graficzną i dyskiem 10. Kontroler SATA: układ ten steruje przepływem danych do i z dysków podłączonych do komputera złączem SATA. 11. Gniazda SATA: do podłączenia dysków twardych i SSD, które znajdować się będąwewnątrz komputera. 12. Gniazda USB 3.0: jeśli na obudowie komputera są gniazda USB 3.0, są one podłączone do tego złącza. 13. Stabilizator napięcia: procesor musi mieć zapewnione stabilne zasilanie. Specjalne układy regulują napięcie. 14. Gniazdo procesora: przykładowa płyta ma gniazdo LGA 1155 przeznaczone dla procesorów Intel Sandy Bridge. 15. Gniazdo pamięci: cztery złącza RAM na przykładowej płycie pozwalają zainstalować aż 32 GB pamięci operacyjnej. 16. Gniazdo zasilania: do tego gniazda podłącza się zasilacz zainstalowany w obudowie komputera. Budowa płyty głównej - interfejsy 1. Stary port PS/2 do podłączania klawiatury i myszy 2. 8 gniazd USB 3.0 (w prostszych modelach będzie ich mniej) 3. Przycisk przywracania ustawień fabrycznych BIOS-u (rozwiązanie charakterystyczne dla tego modelu) 4 i 5. Elektryczne i optyczne cyfrowe wyjście audio 6. Gniazdo FireWire 7. Dwa gniazda USB 2.0 (w prostszych modelach będzie ich więcej) 8. Dwa gniazda esata (opcjonalne - nie wszystkie płyty mają tego typu złącza) 9. Dwa gniazda sieci LAN (standard to zwykle jedno gniazdo) 10 i 11. Dwa analogowe wejścia audio oraz cztery analogowe wyjścia audio Choć płyta dla profesjonalistów ich nie ma, to niemal we wszystkich nowych płytach głównych znajdziemy też wyprowadzenia zintegrowanej z procesorem karty graficznej: 12. Starsze, ale niezbędne do podłączenia komputera na przykład do projektora gniazdo D-Sub Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 221

94 13. Typowo monitorowy port DVI 14. Nowoczesne gniazdo HDMI, za pomocą którego komputer podłączymy do telewizora lub monitora Ad. 2 Przykłady starszych typów płyt głównych. Płyta główna z procesorem PENTIUM Rysunek przedstawia przykład płyty głównej zawierającej trzy gniazda ISA i trzy 32-bitowe gniazda PCI (magistrala PCI taktowana jest sygnałem o częstotliwości będącej połową częstotliwości zegara systemowego - dla zegara 66 MHz, częstotliwość pracy złącza PCI wynosi 33 MHz, dla zegara 50 MHz - takt złącza PCI ma częstotliwość 25 MHz). Płyta wyposażona jest w 321-nóżkowe gniazdko SOCKET 7 typu ZIF, umożliwiające łatwą wymianę procesora PENTIUM. Na płycie znajdują się układy tzw. wielkiej skali integracji firmy Intel PCIset serii 82430VX: kontroler pamięci L2 Cache i pamięci głównej DRAM VX dwa bufory danych VX Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 222

95 pomost (interfejs) pomiędzy magistralą PCI oraz ISA ISB. Płyta główna z procesorem PENTIUM II Przykład płyty (standard ATX) z układami Chipset 440 BX ilustruje rysunek. Płyta wyposażona jest w szereg złącz i zworek: złącze procesora SLOT 1 (ang. SEC CPU Slot - Single Edge Contack CPU), złącza ISA oraz złącza PCI, trzy 168-stykowe złącza DIMM umożliwiające montaż modułów pamięci EDO-RAM lub SDRAM (jeden moduł pamięci zainstalowany w złączu DIMM może mieć pojemność 8, 16, 32, 64 lub 128MB - łączna maksymalna pojemność pamięci RAM, którą można zainstalować na płycie wyniesie więc 128 MB x 3, tj. 384 MB, dwa 40-stykowe złącza E-IDE, 34-stykowe złącze stacji dysków elastycznych (FDD), złącze AGP (ang. Accelerated Graphics Port), 20-stykowe złącze zasilania ATX (ang. ATX Motherboard Power Connector), 5-stykowe złącze interfejsu IrDA (ang. Infrared Port Connector), 3-stykowe złącze zasilania wentylatora procesora PENTIUM II (ang. CPU Fan Power Lead), złącza: myszy i klawiatury PS/2. złącza portów USB (ang. Uniwersal Serial Bus Port), złącza portów szeregowych COM i COM2, złącze portu równoległego, zworka zerowana zegara czasu rzeczywistego CLRTC (ang. Clear Real Time Clock), Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 223

96 zworka KBPWR (ang. Keyboard Power), pozwalająca ustawić funkcję "budzenia" komputera za pomocą klawiatury (ustawienie to ma sens jedynie wtedy, gdy komputer wyposażony jest w zasilacz standardu ATX), zworki wyboru częstotliwości zegara systemowego, zworki wyboru częstotliwości wewnętrznej procesora (CPU). Płyta główna z procesorem PENTIUM III i Celeron Płytę główną z gniazdem Socket 370, przystosowano do pracy z procesorami Pentium III i Celeron. Płyta wyposażona jest w zestaw układów chipset Intel 815E. Posiada gniazda rozszerzeń: PCI, AGP Pro oraz CHR. Na płycie nie ma gniazd ISA, gdyż układy Intel 815E nie obsługiwały tej magistrali. Układ Intel 82815E posiadał już wbudowany kontroler grafiki, dzięki czemu komputer nie wymagał instalacji karty graficznej. Układ ten obsługiwał również port AGP 4x. Aby można było zainstalować w gnieździe AGP kartę graficzną, należało oczywiście wcześniej wyłączyć wewnętrzny kontroler grafiki. Płyta główna prezentowana na rysunku wyposażona jest w gniazdo AGP Pro. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 224

97 Płyta główna z procesorem AMD Duron i Thunderbird Na rysunku powyżej pokazany jest przykład płyty głównej z gniazdem Socket A, umożliwiającej pracę procesorów AMD Duron i Thunderbird. Na płycie tej znajdują się dwa układy tzw. wielkiej skali integracji firmy VIA: North Bridge - VT8363 (KT133) - kontroler pamięci i interfejsu AGP oraz South Bridge - VT82C686A - super kontroler I/O. Układ VT8363 współpracował z procesorami AMD z częstotliwością FSB, ustawianą za pomocą przełączników DIP Switch lub poprzez program BIOS Setup. Przełączniki DIP Switch umożliwiały ustawienie częstotliwości FSB w zakresie: od 100MHz do 110 MHz. Za pomocą grupy zworek VID 4 - VID 1 można było ustawić napięcie zasilania jądra procesora Vcore w zakresie od 1.825V do 1.10V, natomiast za pomocą zworek VIO - napięcie zasilania układów I/O procesora w zakresie 3.35V do 3.69V. Płyta ta posiada gniazda PCI, gniazdo AGP Pro oraz AMR i jest zgodna ze standardem ATX. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 225

98 L 94/95 Zasady funkcjonowania układów chipsetów. Najważniejszym komponentem płyty głównej jest chipset, odpowiedzialny za komunikację między mikroprocesorem a pozostałymi elementami płyty. Fizycznie chipset składa się z dwóch układów scalonych: mostka północnego (ang. North Bridge) oraz mostka południowego (ang. South Bridge). Lokalizacja układów scalonych chipsetu na płycie głównej Chipset integruje interfejs magistrali mikroprocesora, kontroler pamięci, kontrolery urządzeń wejścia-wyjścia i kontrolery magistral. Generuje częstotliwości mikroprocesora i magistral oraz steruje nimi. Zawiera kontrolery pamięci masowej, zegar czasu rzeczywistego i CMOS, kontrolery DMA (ang. Direct Memory Access - bezpośredni dostęp do pamięci), a w niektórych przypadkach także zintegrowany układ graficzny, muzyczny i sieciowy. Od możliwości chipsetu w dużej mierze zależą właściwości produktu finalnego, jakim jest płyta główna. Początki układów chipset (w formie, jaką znamy dzisiaj) sięgają połowy lat 80. ubiegłego wieku, gdy firma Chips and Technologies zaprezentowała układ 82C206. Stanowił on główną część pierwszego chipsetu i oferował funkcjonalność różnych komponentów. Pomysł połączenia kilku podzespołów w jednym układzie scalonym szybko znalazł naśladowców wśród innych producentów. Współczesne chipsety integrują wiele elementów komputera klasy PC, które niedawno jeszcze były oddzielnymi komponentami. Można nabyć płyty główne zawierające zintegrowane karty graficzne, akceleratory grafiki trójwymiarowej, karty dźwiękowe czy karty sieciowe. Architektura North and South Bridge W klasycznej architekturze funkcje chipsetu są rozdzielone na dwa oddzielne układy scalone (mostki) połączone magistralą PCI (ang. Peripheral Component Interconnect - magistrala komunikacyjna). Mostek północny łączy magistralę mikroprocesora z pamięcią RAM, magistralą AGP (ang. Advanced/Accelerated Graphics Port - zaawansowany/przyspieszający interfejs graficzny) i magistralą PCI. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 226

99 Mostek południowy pośredniczy w komunikacji między mostkiem północnym (za pośrednictwem magistrali PCI) a wolniejszymi komponentami płyty głównej. Architektura typowego chipsetu dla mikroprocesora Pentium II Pod koniec lat dziewięćdziesiątych XX w. wykształciła się ostateczna postać chipsetu zgodna z architekturą North and South Bridge: North Bridge (mostek północny). Główny układ chipsetu odpowiedzialny za bezpośrednią komunikację mikroprocesora, za pomocą magistrali mikroprocesora (ang. Front Side Bus, FSB - magistrala zewnętrzna), z pamięcią operacyjną RAM, magistralą karty graficznej (AGP) oraz magistralą PCI. South Bridge (mostek południowy). Wolniejszy komponent układu integrujący kontrolery pamięci masowych (twardych dysków i napędów optycznych) i magistralę USB (ang. Universal Serial Bus - Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 227

100 uniwersalna magistrala szeregowa). Super I/O. Układ, który nie jest częścią chipsetu, jednak ściśle z nim współpracuje. Połączony jest z mostkiem południowym za pomocą magistrali ISA (ang. Industry Standard Architecture - standardowa architektura przemysłowa). Integruje wszystkie pozostałe komponenty obsługujące urządzenia wejścia-wyjścia niewspierane przez chipset: porty PS-2 myszy i klawiatury, porty szeregowe (COM) i równoległy (LPT), kontroler stacji dyskietek, połączenie z BIOS. Architektura współczesnych chipsetów Architektura współczesnych chipsetów, projektowanych przez czołowych producentów, odbiega od klasycznego układu North and South Bridge. Największe zmiany wprowadzono na poziomie komunikacji między układami chipsetu, gdzie równoległą magistralę PCI zastąpiono dedykowanym interfejsem. Dzięki nowej koncepcji odciążono magistralę PCI, przeznaczając całe jej pasmo transmisyjne do współpracy z kartami rozszerzeń, oraz poprawiono szybkość komunikacji między układami chipsetu. Najnowsze chipsety obsługują różne wersje magistrali PCI Express (x1, x8, x16), magistralę USB 2.0, interfejsy SATA i esata, gigabitowe karty sieciowe LAN oraz Wi-Fi G/N, 32-bitową magistralę PCI, opcjonalnie także macierze dyskowe RAID oraz zintegrowane układy graficzne i dźwiękowe. Architektura chipsetów firmy Intel Od momentu wypuszczenia na rynek procesorów 286 i 386 firma Intel musiała czekać aż dwa lata na pojawienie się chipsetów i płyt głównych obsługujących jej nowe produkty. Jednak już dla kolejnego mikroprocesora, oznaczonego jako 486, Intel samodzielnie opracował chipset i płytę główną, dzięki czemu nowy produkt mógł od razu zaistnieć na rynku. Intel jako pierwszy postanowił odejść od tradycyjnej architektury North and South Bridge i skonstruował serię chipsetów oznaczonych jako 8xx. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 228

101 Architektura koncentratora chipsetu Intel 845 Nową koncepcję nazwano IHA (ang. Intel Hub Architecture - architekturą koncentratora). Zmieniono nazewnictwo układów chipsetu: North Bridge przemianowano na MCH (ang. Memory Controller Hub - kontroler pamięci), a South Bridge na ICH (ang. I/O Controller Hub - kontroler wejściawyjścia). Intel zrezygnował z łączenia układów chipsetu za pomocą magistrali PCI i zastąpił ją 8- bitowym dedykowanym interfejsem HI8 (ang. Hub Link I/O) działającym z prędkością 266 MB/s (PCI to 133 MB/s). W 2004 r. Intel wprowadził kolejną generację chipsetów oznaczoną jako 9xx, gdzie dedykowany interfejs HI8 zastąpiono nową magistralą DMI (ang. Direct Media Interface) o przepustowości 2 GB/s, opracowaną na bazie szeregowej magistrali PCI Express. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 229

102 Najnowsze procesory wielordzeniowe Intel Core 7 mają wbudowany kontroler pamięci DDR 3 SDRAM, co wymusiło kolejne zmiany w architekturze chipsetów (seria X). Dawny kontroler pamięci MCH przemianowano na koncentrator wejścia-wyjścia IOH (ang. Input/Output Hub). IOH ogranicza swoje funkcje do obsługi magistrali PCI Express. Opcjonalnie jest wyposażony w zintegrowany układ graficzny oraz pośredniczy w połączeniu z mikroprocesorem za pomocą magistrali QPI (25,6 GB/s). Układ ICH obsługuje magistralę USB 2.0, dodatkowe gniazda PCI Express x1, gigabitową kartę sieciową LAN, kontrolery SATA i esata, zintegrowaną kartę dźwiękową High Definition, a opcjonalnie także macierze dyskowe. Architektura chipsetu X58 Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 230

103 PLATFORMA INTEL Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 231

104 PLATFORMA INTEL Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 232

105 Chipset Z68 firmy Intel jest dedykowany dla procesorów z architekturą Sandy Bridge i podstawką Socket LGA Chipset jest połączeniem zalet P67 i H67, umożliwiając jednoczesny overcloking oraz wykorzystanie zintegrowanego układu graficznego procesorów, co w chipsetach P67 i H67 nie było możliwe. Oprócz tego Z68 wprowadza technologię Intel Smart Response, zakładającą wykorzystanie dysku SSD Intel serii 311 do szybkiego wykonywania operacji zapisu i odczytu danych. Chipset obsługuje dwa złącza SATA 6.0 Gbps i cztery SATA 3.0 Gbps, 40 lini PCI-Express, złącza DVI, D- Sub, HDMI 1.4a i DisplayPort. Ponadto większość płyt z Z68 wyposażona jest w najnowszy układ Lucid Virtu, który pozwala automatycznie przełączać się pomiędzy zintegrowanym rdzeniem graficznym procesora a zainstalowaną, dedykowaną kartą graficzną od Nvidii lub AMD. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 233

106 Firma Intel wprowadziła na rynek 7 generację procesorów, produkowanych w wymiarze technologicznym 22 nanometrów. Mowa o układach "Ivy Bridge", które dzięki aktualizacji oprogramowania BIOS mają być kompatybilne z płytami głównymi, opartymi na układach logiki serii 6 i z podstawkami LGA Intel dla nowych układów przygotował też nowe chipsety układy Z75, Z77 i H77 dla odbiorców indywidualnych, a także o przeznaczone na rynek biznesowy modele Q75, Q77 oraz B77. Płyty główne z układami Z75, Z77 i Q77 wyposażone są w wyjścia obrazu typu HDMI, D-Sub, DVI oraz DisplayPort, w różnych konfiguracjach. Zintegrowane GPU obsługuje jednocześnie jeden, dwa lub trzy wyświetlacze. Seria została wzbogacona o obsługę PCI Express 3.0. Chipsety serii 7 zapewniającą maksymalnie cztery porty USB 3.0, cztery Serial ATA 3 Gb/s, (wyjątkowo dziwne...) tylko dwa Serial ATA 6 Gb/s, kontroler HD Audio, kontroler sieci przewodowych 1 Gb/s, osiem linii PCI Express 2.0 oraz nowe wydanie RST (Rapid Storage Technology). Intel nie zaprzestał dzielenia chipsetów na te, które zapewniają możliwości podkręcania. Tego luksusu dostąpią posiadacze płyt z układami Z75 i Z77. Te obsługują też konfiguracje z więcej niż jedną kartą graficzną. Co ciekawe, w konfiguracji "Dual-GPU), tylko jedna karta będzie pracować w trybie PCIE Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 234

107 x16. Chipset H77 nie nadaje się do podkręcania procesora, a i nie zapewni obsługi więcej niż jednej karty graficznej. Z77 i H77 dodatkowo obsługuje technologię SRT (Smart Response Technology). Chipsety serii 8 dedykowana jest podstawce LGA1150 i procesorom Haswell. Linia układów logiki o kodowej nazwie Lynx Point prezentuje się analogicznie jak oferta układów dedykowanych procesorom Ivy Bridge. Najwyższym modelem jest układ Z87 udostępniający obsługę zintegrowanego układu graficznego oraz możliwość podkręcania, tańszy układ Z85 wyróżnia się niższą ceną i brakiem obsługi Rapid Storage Technology oraz macierzy dyskowych (RAID). Kolejnym układem jest chipset H87, który posiadać wszystkie cechy Z87 za wyjątkiem możliwości OC. Gamę chipsetów dla LGA1150 uzupełniają rozwiązania korporacyjne i biznesowe - układy Q87, Q85 i B85. Wszystkie układy Lynx Point udostępniają obsługę do sześciu portów SATA 6Gbps oraz sześciu portów USB3.0. Procesory i chipsety zadebiutowały na rynku w pierwszej połowie 2013 roku. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 235

108 9-ta generacja chipsetów firmy Intel w przeciwieństwie do 8-mej generacji, gdzie łącznie jest aż sześć mostków dla komputerów stacjonarnych, w tym przypadku mamy do czynienia tylko z dwoma nowymi układami. Model Z97 zastępuje Z87 i podobnie jak poprzednik jest adresowany do entuzjastów, natomiast H97 zastępuje H87 i został zaprojektowany z myślą o klientach domowych. Pozostałe mostki (B85 i H81 dla platform konsumenckich oraz Q87 i Q85 dla platform biznesowych) nie mają swoich następców. Model Z97 pozwala na podkręcanie procesora za pomocą mnożnika i obsługuje technologię przyspieszania dysku Dynamic Storage Accelerator, a wyposażone w niego płyty główne raczej zaliczają się do wyższej półki. Układ H97 obsługuje platformę SBA (Small Business Advantage), która została zaprojektowana z myślą o ochronie danych i sprzętu w małych firmach. Mostek ten znajduje zastosowanie w płytach głównych ze średniego segmentu. Chipsety współpracują z desktopowymi procesorami pod podstawkę LGA 1150 co istotne, są to zarówno układy Core 4-tej generacji Haswell i Haswell Refresh, jak i Core 5-tej generacji Broadwell. W praktyce oznacza to zatem, że przykładowo teraz możemy zakupić płytę główną z nowym chipsetem Intel Z97 lub H97 i zamontować na niej procesor Haswell lub Haswell Refresh, a po premierze kolejnej generacji Broadwell wymienić sam procesor, bez konieczności przesiadki na nową płytę główną. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 236

109 Wraz z premiera procesorów Intel Skylake-S, pojawiły się nowe płyty główne z podstawką LGA 1151 i chipsetami z serii 100.Sześć nowych chipsetów Q170 i Q150 do zastosowań korporacyjnych, B150 do zastosowań biznesowych, a także Z170, H170 i H110 do zastosowań domowych. Największą nowością chipsetów z serii 100 jest ilość zintegrowanych linii PCI-Express. Topowe modele Z170 i Q170 będą dysponować nawet 20 liniami PCI-Express 3.0, H170 już 16 liniami PCI-Express 3.0, Q150 już 10 liniami PCI-Express 3.0, natomiast B150 tylko 8 liniami PCI-Express 3.0. Najniższy H110 zaoferuje tylko 6 linii PCI-Express 2.0, a więc mniej niż w układach z serii 8 i 9. Architektura chipsetów firmy VIA Technologies Znany producent układów graficznych VIA specjalizuje się również w projektowaniu i produkcji chipsetów dla własnych mikroprocesorów oraz produktów firm AMD i Intel. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 237

110 Architektura chipsetu VIA Pt880 dla mikroprocesorów firmy Intel Najnowsze chipsety firmy VIA odbiegają koncepcyjnie od klasycznej architektury North and South Bridge, jednak firma tradycyjnie określa elementy chipsetu jako mostek północny i południowy. Obydwa układy połączone są specjalną magistralą V-Link wchodzącą w skład technologii V-MAP (ang. VIA Modular Architecture Platforms). V-MAP pozwala na szybkie (elastyczne) przystosowanie płyt głównych do nowych chipsetów, dzięki zastosowaniu jednego typu końcówek układów scalonych. Najnowszy interfejs Ultra V-Link umożliwia wymianę danych między mostkiem północnym i południowym z prędkością 1066 MB/s przy niskim poziomie opóźnień. Architektura chipsetów firmy AMD Firma AMD, kiedy wprowadzała na rynek mikroprocesory Athlon i Duron (niekompatybilne sprzętowo z produktami Intela), opracowała również nowe chipsety. Pierwsze chipsety AMD-750 i AMD-760 były zgodne z klasyczną architekturą North and South Bridge, zmieniono jednak nazewnictwo układów. Mostek północny nazwano kontrolerem systemowym (ang. System Controller), a mostek południowy kontrolerem urządzeń peryferyjnych (ang. Peripheral Bus Controller). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 238

111 Architektura chipsetu VIA K8t900 dla mikroprocesorów firmy AMD Architektura chipsetu AMD-751 W 2006 r. korporacja AMD przejęła firmę ATI Technologies Inc. (ang. Array Technologies Incorporated) specjalizującą się w projektowaniu i produkcji układów graficznych oraz chipsetów. Nowe produkty AMD zostały wyposażone w opracowaną przez ATI magistralę A-Link umożliwiającą szybką wymianę danych między dwoma układami chipsetu. W najnowszych chipsetach z serii 7 wykorzystano Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 239

112 zmodyfikowaną wersję A-Link nazwaną A-Link Express II, opartą na magistrali PCI Express i umożliwiającą transfer do 2 GB/s. Architektura chipsetu 790GX Od 2004 r. chipsety firmy AMD nie mają kontrolera pamięci, został on przeniesiony do struktury mikroprocesora. Główne zadania mostka północnego to komunikacja z mikroprocesorem za pomocą magistrali Hyper Transport i obsługa magistrali PCI Express 2.0. Opcjonalnie może także zawierać zintegrowany układ graficzny. Mostek południowy obsługuje magistralę USB 2.0, kontroler SATA, magistralę PCI, równoległą ATA, zintegrowaną kartę dźwiękową HD. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 240

113 PLATFORMA AMD Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 241

114 PLATFORMA AMD Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 242

115 Architektura chipsetów firmy SIS Firma Silicon Integrated Systems Corp. (SIS) specjalizuje się w projektowaniu i produkcji chipsetów dla mikroprocesorów Intel i AMD. Chipsety dla mikroprocesorów Pentium II i III budowane były zgodnie z architekturą North and South Bridge. Nowsze produkty firmy SIS zostały zaprojektowane zgodnie z obowiązującymi trendami, a do połączenia układów chipsetu opracowano 16-bitowy interfejs MuTIOL (ang. Multi-Threaded I/O Link). SIS szybsze komponenty swojego chipsetu tradycyjnie nazywa North Bridge, natomiast mostek południowy przemianowano na Media I/O. Firma SIS produkuje chipsety dla mikroprocesorów Intel Core 2 Duo i Pentium. Najnowsze produkty firmy SIS zostały wyposażone w magistralę MuTIOL umożliwiającą transfer do 1 GB/s. Mostek północny dla mikroprocesorów Intela komunikuje się z mikroprocesorem za pomocą tradycyjnej magistrali FSB, obsługuje pamięć DDR2 SDRAM, magistralę PCI Express x16, a z mostkiem południowym (MuTIOL 1G Media I/O) połączony jest magistralą MuTIOL. Media I/O obsługuje magistralę PCI Express x1, magistralę USB 2.0, interfejsy SATA i ATA, magistralę PCI, kontroler stacji dyskietek, porty PS-2 myszy i klawiatury, gigabitowy LAN oraz zintegrowaną kartę dźwiękową HD. Architektura chipsetu SIS672FX obsługującego mikroprocesory Intel Mostek północny chipsetów firmy SIS dla mikroprocesorów AMD Athlon 64 X2 Dual-Core i Athlon 64 FX komunikuje się z CPU za pomocą magistrali Hyper Transport oraz obsługuje magistralę PCI Express x16. Jest połączony z Media I/O magistralą MuTIOL o przepustowości 1 GB/s. Media I/O integruje analogiczne technologie jak w przypadku produktów dla mikroprocesorów Intela. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 243

116 Architektura chipsetów firmy NVIDIA Architektura chipsetu SIS756FX obsługującego mikroprocesory AMD Stosunkowo niedawno do grupy producentów chipsetów dołączył potentat w dziedzinie produkcji układów graficznych - firma NVIDIA Corporation. Chipsety NVIDIA współpracują z mikroprocesorami firm Intel i AMD i noszą wspólną nazwą nforce. Odpowiednik mostka północnego NVIDIA określa się mianem SPP (ang. System Platform Processor - procesor platformy systemowej), mostek południowy nazwano MCP (ang. Media and Communications Processor - procesor komunikacyjny i mediów). Układy mostka północnego zintegrowane z chipsetem graficznym noszą nazwę IGP (ang. Integrated Graphics Platform zintegrowana platforma graficzna). Do wymiany informacji między komponentami chipsetu wykorzystano magistralę Hyper Transport. Chipsety przeznaczone dla mikroprocesorów Intela oznaczone są małą literą i (np. nforce 790i Ultra SLI obsługujący Intel Penryn, Core 2 Extreme, Core 2 Quad, Core 2 Duo). Układ SPP, stosowany w najnowszych chipsetach, obsługuje trzy kanały PCI Express x16 pozwalające na pracę w trybie SLI (ang. Scalable Link Interface interfejs skalowalnego łącza). SLI umożliwia zamontowanie trzech kart graficznych, które jednocześnie renderują obraz widoczny na monitorze, zwiększając wydajność podsystemu graficznego. Dodatkowo SPP obsługuje dwukanałową pamięć DDR3 SDRAM i umożliwia komunikację z mikroprocesorem za pomocą magistrali FSB pracującej z prędkością 1,6 GHz. SPP wymienia informacje z MCP za pomocą magistrali Hyper Transport pracującej z częstotliwością 1 GHz. Układ MCP obsługuje magistrale PCI Express x1 i x8, USB 2.0, Gigabit Ethernet, kartę dźwiękową HD, interfejs SATA i magistralę PCI. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 244

117 Architektura chipsetu NVIDIA nforce 790i Ultra SLI Chipsety NVIDIA projektowane dla mikroprocesorów firmy AMD oznaczone są małą literą a (np. nforce 980a SLI). Na uwagę zasługuje fakt, że w najnowszych produktach układ MCP (w chipsetach dla CPU Intela MCP jest odpowiednikiem mostka południowego) przejął rolę mostka północnego połączonego z mikroprocesorem AMD za pomocą magistrali Hyper Transport 3.0 (51,2 GB/s). Odpowiednikiem mostka południowego jest układ nforce 200, który obsługuje wyłącznie trzy kanały PCI Express x16 w układzie SLI służące do współbieżnej pracy z kartami graficznymi. Architektura chipsetu NVIDIA nforce 720a SLI Po przeanalizowaniu budowy chipsetów dla mikroprocesorów AMD można pokusić się o stwierdzenie, że inżynierowie firmy NVIDIA całkowicie przeprojektowali dotychczasową architekturę układów tego typu. Oddzielną grupę produktów firmy NVIDIA stanowią układy mgpu (ang. motherboard Graphics Processing Unit procesor graficzny dla płyt głównych), czyli układy graficzne o cechach chipsetu. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 245

118 Najnowsze produkty dla mikroprocesorów Intela to seria 9000, a dla AMD 8000 (rysunek 5.25). W założeniu linia tego typu produktów adresowana jest do użytkowników, którzy chcą posiadać komputer o niezłej wydajności za przystępną cenę. Architektura układu mgpu oznaczonego GeForce 8300 dla płyt współpracujących z mikroprocesorami firmy AMD Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 246

119 L 98/99 Analiza dokumentacji technicznej podzespołów komputerowych. 1. Dokumentacja techniczna - ogólne informacje, normy, symbole. Ad. 1. Dokumentacja techniczna - ogólne informacje, normy, symbole. Oprócz Przewodnika użytkownika komputera, do komputera dołączana jest najczęściej następująca dokumentacja. UWAGA: Czasami do komputera dołączone są aktualizacje dokumentacji, opisujące zmiany dokonane w komputerze lub oprogramowaniu. Należy zawsze czytać te aktualizacje przed skorzystaniem z dowolnej dokumentacji, ponieważ zawierają one najnowsze informacje. Przewodnik po konfiguracji systemu operacyjnego, opisujący jak skonfigurować system operacyjny zainstalowany na danym komputerze. Do komputera dołączona jest również dokumentacja systemu operacyjnego, jeżeli system operacyjny został zamówiony w danej firmie. Dokumentacja ta opisuje, jak skonfigurować oprogramowanie systemu operacyjnego i jak z niego korzystać. Dokumentacja elektroniczna do urządzeń komputera (takich jak modem) oraz do opcjonalnych składników, zakupionych niezależnie od komputera. Na dysku twardym mogą zostać zainstalowane pliki Readme, dostarczające najnowszych aktualizacji informacji na temat zmian technicznych, które zostały dokonane w komputerze lub zaawansowanych materiałów technicznych, przeznaczonych dla doświadczonych użytkowników lub pracowników obsługi technicznej. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat części i podzespołów komputerowych oraz ich demontażu i wymiany, należy najczęściej zajrzeć do Podręcznika serwisowego komputera, znajdującego się w witrynie sieci Web obsługi technicznej firmy, która wyprodukowała dany sprzęt. Symbole norm bezpieczeństwa i zgodności elektromagnetycznej Poniższe informacje określają znaczenie dodatkowych symboli używanych wyłącznie w instrukcjach bezpieczeństwa i zgodności elektromagnetycznej (EMC). Ryzyko wybuchu Podróż samolotem Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 247

120 Ryzyko pożaru Niebezpieczeństwo porażenia prądem Korzystanie z tej funkcji na pokładzie samolotu może być zabronione Instrukcje EMC Korzystanie z ekranowanych kabli sygnałowych pozwala zagwarantować, że używane urządzenia rzeczywiście będą funkcjonowały zgodnie z wymogami docelowego środowiska elektromagnetycznego. Kabel połączeniowy dla drukarek podłączanych do portu równoległego znajduje się w ofercie danej firmy. Wyładowania elektrostatyczne mogą uszkodzić elementy elektroniczne znajdujące się wewnątrz komputera. Aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przez wyładowania elektrostatyczne, należy pozbyć się ładunków elektrostatycznych z ciała przed dotknięciem dowolnego elementu elektronicznego komputera, takiego jak moduł pamięci. Można to zrobić, dotykając niepomalowanej powierzchni metalowej panelu wejścia/wyjścia komputera. Normy CE (Unia Europejska) Oznakowanie symbolem oznacza zgodność niniejszego systemu danej firmy z dyrektywami EMC i Low Voltage Directive, obowiązującymi w obrębie Unii Europejskiej. Oznakowanie świadczy o spełnianiu przez system poniższych standardów technicznych: EN Limits and Methods of Measurement of Radio Interference Characteristics of Information Technology Equipment (Limity i metody pomiaru charakterystyki zakłóceń radiowych dla sprzętu komputerowego). EN Information technology equipment - Immunity characteristics - Limits and methods of measurement (Sprzęt komputerowy - Charakterystyka odporności - Limity i metody pomiaru). EN Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 2 (Limity sekcja 3): Limits for harmonic current emissions (Equipment input current up to and including 16 A per phase)." EN Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 3 (Limity sekcja 3): Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current up to and including 16 A. (Limity fluktuacji i migotania napięcia w systemach zasilających o niskim napięciu przeznaczonych do współpracy z urządzeniami zasilanymi prądem o natężeniu do 16 A) EN Safety of Information Technology Equipment (Bezpieczeństwo sprzętu komputerowego). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 248

121 UWAGA: Zawarte w normie EN wymagania dotyczące emisji fal radiowych przewidują podział na dwie kategorie sprzętu: Klasa A dla typowych środowisk komercyjnych. Klasa B dla typowych środowisk domowych. OSTRZEŻENIE O INTERFERENCJI RF: To jest produkt klasy A. W środowisku domowym produkt ten może powodować zakłócenia w odbiorze fal radiowych. W takim przypadku może być konieczne podjęcie odpowiednich działań. Wymagania Polskiego Centrum Badań i Certyfikacji Urządzenie powinno być zasilane z gniazda z przyłączonym obwodem ochronnym (gniazdo z kołkiem). Współpracujące ze sobą urządzenia (komputer, monitor, drukarka) powinny być zasilane z tego samego źródła. Instalacja elektryczna pomieszczenia powinna zawierać w przewodzie fazowym rezerwową ochronę przed zwarciami, w postaci bezpiecznika o wartości znamionowej nie większej niż 16A (amperów). W celu całkowitego wyłączenia urządzenia z sieci zasilania, należy wyjąć wtyczkę kabla zasilającego z gniazdka, które powinno znajdować się w pobliżu urządzenia i być łatwo dostępne. Znak bezpieczeństwa B potwierdza zgodność urządzenia z wymaganiami bezpieczeństwa użytkowania zawartymi w normach PN-93/T i PN-EN 55022: Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 249

122 L 100/101 Analiza poleceń programu BIOS Setup. Podczas włączania komputera klasy PC (inicjacji po naciśnięciu przycisku Power na obudowie) na ekranie pojawiają się różnego rodzaju informacje dotyczące zainstalowanej karty graficznej, konfiguracji kanałów IDE, ilości pamięci operacyjnej itp. Jak to się dzieje, że mimo niewczytanego systemu operacyjnego płyta główna testuje zamontowane komponenty, sprawdza poprawność podłączenia pamięci masowej i operacyjnej i dodatkowo informuje użytkownika o efektach? Każda płyta główna przeznaczona dla komputera klasy PC wyposażona jest w specjalne oprogramowanie określane skrótem BIOS (ang. Basic Input/Output System podstawowy system wejściawyjścia), umieszczone w układzie typu ROM (ang. Read Only Memory pamięć tylko do odczytu) zamontowanym na powierzchni płyty (rysunek 5.26). BIOS jest swojego rodzaju pomostem pomiędzy zainstalowanymi urządzeniami a systemem operacyjnym i uruchamianymi aplikacjami. Typy układów ROM Oprogramowanie niskopoziomowe BIOS instalowane jest w pamięci określanej skrótem ROM BIOS. Jest to pamięć nieulotna, a dane są przechowywane w niej nawet po odłączeniu napięcia. Idealnie nadaje się zatem do przechowywania informacji wykorzystywanych podczas inicjacji komputera (w przeciwieństwie do pamięci RAM). Pamięć ROM przechowuje dane w postaci przerw w siatce drucików tworzących matrycę z wierszami i kolumnami. Przerwy traktowane są jako zera binarne, natomiast ciągłe połączenia oznaczają binarną jedynkę. W celu odwołania się do określonej komórki należy podać adres (wiersza i kolumny). Pamięć ROM ewoluowała przez kolejne lata, co sprawiło, że można spotkać płyty główne z BIOS-em zapisanym na różnych typach pamięci nieulotnej: ROM. Zwana również MROM (ang. Mask ROM), jest najstarszym typem pamięci ROM. Podczas wytwarzania układu scalonego (proces fotolitografii) producent programuje układ, bez możliwości późniejszej modyfikacji zawartości. PROM (ang. Programmable ROM). Odmiana pamięci ROM, która po wyprodukowaniu jest pusta, co daje możliwość jednokrotnego zaprogramowania. Układ PROM zawiera kompletną siatkę reprezentującą same jedynki. Za pomocą urządzenia zwanego programatorem układów PROM w odpowiednich miejscach przepalane są przerwy (zera). W programowaniu pamięci PROM można doszukać się analogii do zapisu danych na płytach CD-R. EPROM (ang. Erasable PROM wymazywalny PROM). Odmiana pamięci PROM, którą można wykasować za pomocą światła ultrafioletowego. Kwarcowa szybka (rysunek 5.27) umożliwia promieniowaniu ultrafioletowemu dostęp do płytki układu pamięci, co powoduje Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 250

123 przywrócenie struktury drucików do pierwotnego stanu (same jedynki). Do kasowania układów EPROM można użyć specjalnych urządzeń dających możliwość ustawienia czasu naświetlania układów. Zapis umożliwia programator, analogicznie jak w przypadku pamięci PROM. Po zaprogramowaniu szybkę zabezpiecza się metalizowaną naklejką uniemożliwiającą przypadkowe skasowanie (światło słoneczne i oświetlenie jarzeniowe emitują promieniowanie ultrafioletowe). EEPROM (ang. Electrically Erasable PROM elektrycznie wymazywalny PROM). Jest to odmiana pamięci PROM z możliwością kasowania za pomocą elektryczności. Jej szybsza wersja z buforowaniem nazwana została Flash ROM. Charakterystyczne dla układów EEPROM jest to, że aby wykasować i ponownie zaprogramować układ, nie trzeba wymontowywać pamięci z powierzchni płyty głównej. Układy Flash ROM umożliwiły aktualizowanie BIOS-a za pomocą oprogramowania pobranego z internetu. Pamięci Flash ROM wytrzymują od do cykli kasowania. Składniki BIOS Podstawowym błędem niedoświadczonego użytkownika peceta jest utożsamianie BIOS-u wyłącznie z programem BIOS Setup, który można uruchomić po naciśnięciu określonego klawisza po włączeniu komputera. Jednak układ ROM BIOS przechowuje znacznie bogatszy zestaw oprogramowania niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania płyty głównej i zamontowanych komponentów. Standardowy BIOS płyty głównej zawiera następujące funkcje: POST (ang. Power On Self Test). Procedura POST sprawdza, podczas inicjacji komputera, poprawność działania najważniejszych komponentów: mikroprocesora, pamięci operacyjnej, napędów i kontrolerów, karty graficznej itp. Umożliwia tym samym wykrycie ewentualnych uszkodzeń i nieprawidłowości montażowych jeszcze przed wczytaniem systemu operacyjnego. Wykryte anomalie POST płyta sygnalizuje, generując odpowiednie kombinacje dźwiękowe lub wizualne (diody LED). BIOS Setup. Program umożliwiający użytkownikowi zmianę ustawień BIOS-u. W celu jego uruchomienia zaraz po włączeniu komputera należy wcisnąć określony klawisz lub kombinację klawiszy. Wszystkie ustawienia programu BIOS Setup przechowywane są w pamięci CMOS RAM (ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor RAM), której zawartość podtrzymuje bateria litowa zamontowana na płycie głównej. BIOS. Zestawienie odpowiednich sterowników stanowiących pomost pomiędzy zainstalowanym sprzętem a systemem operacyjnym. ACPI (ang. Advanced Configuration and Power Interface zaawansowany interfejs zarządzania konfiguracją i energią) będący następcą APM (ang. Advanced Power Management zaawansowane zarządzanie energią). Interfejs ACPI poprzez BIOS udostępnia systemowi ope- Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 251

124 racyjnemu narzędzia i mechanizmy umożliwiające zarządzanie poborem energii przez zainstalowane urządzenia. Bootstrap loader (program rozruchowy). Program umożliwiający odnalezienie głównego rekordu rozruchowego (ang. Master Boot Record MBR) wczytującego z aktywnej partycji system operacyjny. BIOS Setup Współczesne komponenty wchodzące w skład komputera klasy PC mają układy ROM (rysunek 5.30), w których przechowywane są informacje na temat parametrów sprzętu. Dzięki temu BIOS potrafi automatycznie konfigurować urządzenia. Podczas użytkowania komputera PC przychodzi jednak taki moment, gdy zmiana ustawień płyty głównej wydaje się co najmniej uzasadniona, a w wielu przypadkach jest wręcz niezbędna. W celu uruchomienia programu BIOS Setup należy, w pierwszej fazie inicjacji komputera (zaraz po uruchomieniu), nacisnąć odpowiedni klawisz lub kombinację klawiszy (tabela poniżej). Tabela. Zestawienie niektórych kombinacji klawiszy uruchamiających program BIOS Setup Producent BIOS-u AWARD PHOENIX AMI IBM Klawisze Del lub F1 Del, F1, F2, Ctrl+S, Ctrl+Alt+S Del lub F1 F1 Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 252

125 L 102 Konfigurowanie systemu za pomocą programu BIOS Setup. W zależności od producenta oprogramowania BIOS i wersji płyty głównej ustawienia konfiguracyjne mogą się różnić, jednak zestaw i funkcjonalność podstawowych opcji będzie podobna. Przykład programu BIOS Setup firmy AWARD Menu programu BIOS Setup podzielone jest na działy skupiające określone ustawienia płyty głównej, na przykład: Standard CMOS Setup (ustawienia podstawowe). Umożliwia skonfigurowanie takich funkcji jak data, godzina, rodzaj stacji dyskietek, napędy ATA/IDE i SATA. Domyślne ustawienia pozwalają na automatyczne wykrywanie parametrów napędów. Wyświetlane są również informacje o ilości pamięci operacyjnej. Advanced Chipset Features lub Chipset Features Setup (ustawienia chipsetu). W celu zachowania stabilności komputera ustawienia w tej sekcji powinny pozostać niezmienione. Opcje pozwalają na dokonanie zmian dotyczących pamięci operacyjnej lub pamięci karty graficznej. Advanced BIOS Features lub BIOS Features Setup (ustawienia BIOS-u). Umożliwia skonfigurowanie zaawansowanych funkcji chipsetu domyślne ustawienia powinny pozwolić na prawidłowe funkcjonowanie komputera. Warto zwrócić uwagę na opcje First, Second, Third Boot Device służące do konfigurowania kolej-ności przeszukiwania napędów podczas inicjacji komputera. Power Management Setup (ustawienia zarządzania energią). Pozwala na ustawienie różnych funkcji oszczędzania energii, gdy komputer przechodzi w stan wstrzymania. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 253

126 PnP/PCI Configurations (ustawienia Plug and Play oraz konfiguracji magistrali PCI). To menu pozwala skonfigurować gniazda PCI. Można przypisać przerwania IRQ (ang. Interrupt ReQuest) dla poszczególnych slotów PCI. Zaleca się pozostawienie ustawień domyślnych. Integrated Peripherals (ustawienia urządzeń peryferyjnych). To menu pozwala na zmianę parametrów różnych urządzeń wejścia-wyjścia, takich jak kontrolery IDE, porty szeregowe, port równoległy, klawiatura itp. PC Health Status lub Hardware Monitor (funkcje diagnostyczne). To menu wyświetla aktualną temperaturę procesora, prędkość wentylatora itp. CPU Frequency/Voltage Control (ustawienia dotyczące zasilania i częstotliwości mikroprocesora i magistral). To menu pozwala zmienić ustawienia częstotliwości oraz poziomy napięć mikroprocesora. Load Fail-Safe Options (ustawienie bezpiecznych opcji). Jeśli zmiany wprowadzone w BIOS Setup wpłynęły na stabilność komputera, za pomocą tej opcji można przywrócić ustawienia domyślne. Load Optimized Defaults (ustawienie domyślnych/serwisowych opcji). Pozwala na automatyczną konfigurację BIOS-u pod kątem optymalnej wydajności. Set Password (ustawienia dostępu do BIOS Setup). Umożliwia ustawienie hasła zabezpieczającego dostęp do BIOS Setup. Save & Exit Setup (zapisanie ustawień i wyjście z BIOS Setup). Aby zapisać zmiany wprowadzone do BIOS Setup, należy wybrać tę opcję, a następnie potwierdzić klawiszem Y. Exit Without Saving (wyjście bez zapisania zmian w ustawieniach). Aby nie zapisywać zmian wprowadzonych do BIOS Setup, należy wybrać tę opcję, a następnie potwierdzić klawiszem Y. Interfejsy BIOS Setup z rozwijanym menu (firmy AMI) umieszczonym w górnej części ekranu mogą zawierać następujące grupy opcji (rysunek 5.32): Main (ustawienia podstawowe). Pozwala na skonfigurowanie takich funkcji jak data czy godzina. Wyświetlane są również informacje dotyczące ilości pamięci operacyjnej. Advanced (ustawienia zaawansowane). Pozwala dokonać zmian dotyczących pamięci operacyjnej lub pamięci karty graficznej. Umożliwia skonfigurowanie zaawansowanych funkcji chipsetu domyślne ustawienia powinny umożliwić prawidłowe funkcjonowanie komputera. Power (ustawienia związane z zarządzaniem energią). Grupa opcji dotyczących różnorodnych funkcji BIOS-u związanych z zasilaniem i oszczędzaniem energii. Boot (ang. Bootable startowy). W tym zestawie opcji można ustalić kolejność uruchamiania napędów podczas inicjacji systemu. Exit (opcje dotyczące zapisu ustawień oraz wyjścia z BIOS Setup). Grupa opcji dotyczących zapisu i odczytu całościowych parametrów konfiguracyjnych BIOS-u. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 254

127 Interfejs BIOS Setup z górnym menu firmy AMI Uniwersalne hasła BIOS'u Pod naciskiem producentów płyt głównych producenci BIOS'ów wrzucili do swych produktów tzw. hasła uniwersalne, po wpisaniu których można uruchomić komputer bez znajomości ustawionych haseł (USER i SUPERVISIOR PASSWORD). Niekiedy jest to bardzo przydatne, np. w serwisach komputerowych. Niestety, każdy kij ma dwa końce: w takiej sytuacji nawet komputer z założonym hasłem na BIOS to pestka dla średnio zaawansowanego domorosłego hakera". Okazuje się bowiem, że przeważnie hasło nie jest zapisywane w sposób jawny (tzn. jako ciąg znaków) tylko jako tzw. suma kontrolna. Autorzy BIOS'ów rozwiązali to w ten sposób, że do każdego hasła wyznaczana jest specjalna, charakterystyczna (dwubajtowa) liczba, która następnie zapamiętywana jest w pamięci CMOS. Gdy pada zapytanie o hasło, BIOS liczy sumę kontrolną wprowadzanego ciągu znaków, porównuje ją z istniejącą wcześniej i już wiadomo czy hasło jest dobre, czy złe. Prawda, że proste i przyjemne? Cały dowcip jednak polega na tym, że owa suma kontrolna może być identyczna dla różnych haseł. Wystarczy więc rozpracować algorytm jej liczenia, by móc spokojnie wyznaczyć wszystkie pasujące hasła do danego BIOS'u. Stąd też wzięły się osławione hasła uniwersalne". Przywracanie fabrycznych ustawień BIOS-u BIOS to oprogramowanie dość odporne na błędne działanie użytkownika, znajduje się bowiem w specjalnej pamięci stałej, której nie można przypadkowo skasować. Oczywiście, niewłaściwa aktualizacja BIOS-u może go uszkodzić, ale podczas normalnej pracy z programem SETUP nie jest wykluczone uszkodzenie jakiegoś elementu komputera (na przykład procesora). Pamiętajmy też o tym, że nadmierne ulepszanie naszego komputera może skończyć się tym, że przestanie on startować, mimo że wszystkie komponenty są nadal sprawne. W BIOS-ie bardzo łatwo tak ustawić parametry pracy płyty głównej, że zainstalowane karty rozszerzeń, pamięć czy procesor przestaną działać poprawnie. Jeżeli Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 255

128 pomimo to komputer startuje i możemy wejść do programu SETUP, to jeszcze nic się nie stało zmienimy szkodliwe ustawienie lub, jeżeli nie wiemy, co jest powodem, załadujemy ustawienia domyślne BIOS-u. Gorzej jest, gdy komputer zwyczajnie nie wystartował po zmianie jakiegoś parametru w BIOS-ie. W tej sytuacji ratunkiem jest wizyta w serwisie, ale często pomoże proste do samodzielnego wykonania wyzerowanie ustawień BIOS-u. Płyty firmy ABIT umożliwiają jeszcze jedną opcję powrotu do ustawień fabrycznych poprzez uruchomienie komputera z wciśniętym klawiszem Insert. Jak wyzerować BIOS w innych płytach? Dokonujemy tego, ingerując we wnętrze komputera. Przed przystąpieniem do pracy trzeba odnaleźć instrukcję obsługi do płyty głównej, a w niej informację o tym, gdzie znajduje się zworka odpowiedzialna za wyzerowanie BIOS-u. Następnie odnajdujemy tę zworkę na płycie głównej. Uwaga! Lepiej sprawdzić trzy razy, czy to właściwa zworka, niż przestawiać cokolwiek bez wystarczającej pewności. Zworka zwiera dwa z trzech sąsiadujących ze sobą metalowych bolców. Cała procedura polega na przełączeniu zworki na kilka sekund (przy wyłączonym z kontaktu komputerze). Potem powracamy do ustawienia wyjściowego i składamy komputer. Po tej operacji powinien się uruchomić. L 103 Aktualizacja BIOS-u. Jedno z prawideł informatycznych mówi: Jeżeli coś działa dobrze, to nic nie zmieniaj. W przypadku oprogramowania BIOS jak najbardziej należałoby się trzymać tej reguły. Istnieją jednak okoliczności, gdy aktualizacja BIOS-u wydaje się uzasadniona. Konflikty w menedżerze urządzeń. Czasami, mimo zainstalowania najnowszych sterowników płyty głównej, w menedżerze urządzeń pojawiają się konflikty uniemożliwiające działanie jej komponentów. Taka sytuacja może zachodzić, gdy płyta główna zawiera nowe rozwiązania, a zainstalowana pierwotnie wersja BIOS-u jest jeszcze niedopracowana. Obsługa nowszych urządzeń. Aktualizacja BIOS-u może na przykład umożliwić obsługę nowszych mikroprocesorów lub innych komponentów płyty głównej nieobsługiwanych przez wcześniejszą wersję. Brak obsługi dużych dysków. Co jakiś czas łamane są kolejne bariery maksymalnej pojemności dysków twardych. Może się okazać, że starsza wersja BIOS -u nie obsługuje napędów powyżej określonej pojemności. Brak możliwości bootowania niektórych napędów. Czasami istnieje potrzeba uruchomienia systemu operacyjnego z określonego napędu, na przykład z urządzenia typu pendrive. Zainstalowana wersja BIOS-u może nie dawać takich możliwości. Istnieje trzech podstawowych producentów oprogramowania BIOS: Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 256

129 American Megatrends Incorporated (AMI) ( q Phoenix Technologies ( Award Software (obecnie firma Award została przejęta przez Phoenix) ( Najszybszą i najprostszą metodą instalacji nowszej wersji oprogramowania BIOS jest automatyczna aktualizacja poprzez internet. Firma MSI (Micro-Star International) specjalizująca się w produkcji płyt głównych przygotowała pakiet Live Update Online dla systemu Windows. Oprogramowanie pozwala automatycznie odnaleźć i zaktualizować BIOS oraz sterowniki płyty głównej. Zdarza się jednak, że Live Update Online nie znajduje na serwerze najnowszej wersji BIOS-u, mimo że takowa istnieje. Wtedy jedyną metodą jest aktualizacja ręczna z poziomu systemu Windows lub DOS. WSKAZÓWKA Użytkownik chcący wykonać aktualizację oprogramowania BIOS musi mieć świadomość niebezpieczeństw związanych z tą operacją: Nowa wersja BIOS-u musi być odpowiednia dla używanego modelu płyty głównej. Wybranie nieodpowiedniej wersji może spowodować nieodwracalne uszkodzenie sprzętu. W miarę możliwości należy zabezpieczyć się przed ewentualną utratą zasilania podczas procesu aktualizacji BIOS-u. Chwilowy brak prądu może spowodować uszkodzenie pamięci BIOS ROM. W tym celu należy zastosować zasilacz awaryjny UPS. W celu przeprowadzenia samodzielnego procesu aktualizacji oprogramowania BIOS należy wykonać następujące czynności: 1. Identyfikacja modelu płyty głównej i wersji BIOS. Najłatwiejszą metodą sprawdzenia wersji posiadanej płyty głównej jest sięgnięcie do dokumentacji sprzętu. Jeśli nie posiadamy instrukcji obsługi, możemy odszukać odpowiednie symbole bezpośrednio na powierzchni płyty. Dodatkowe wskazówki uzyskamy podczas inicjacji komputera, gdy przez moment wyświetlane są informacje dotyczące typu płyty i wersji zainstalowanego BIOS-u (rysunek 5.29). Ostatecznie można pobrać ze strony producenta BIOS-u oprogramowanie do identyfikacji. 2. Pozyskanie odpowiedniej wersji BIOS-u. Po określeniu typu płyty głównej i aktualnie zainstalowanej wersji BIOS-u musimy pobrać jego najnowszy pakiet instalacyjny. Najszybszą metodą jest odwiedzenie strony producenta płyty głównej i ściągnięcie odpowiedniego pliku z sekcji Support pomoc techniczna, Download pliki do pobrania lub podobnej. Pakiet najczęściej ma postać archiwum ZIP z kilkoma plikami, z których jeden powinien mieć rozszerzenie BIN, ROM lub ciągu liter i cyfr (plik BIOS-u). Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 257

130 Ekran z informacjami o wersji płyty głównej Firma Intel wyposażyła swoje płyty główne w mechanizm aktualizacji BIOS z poziomu programu BIOS Setup. Instrukcję obsługi można przeczytać na stronie producenta. Podobne mechanizmy aktualizacji od jakiegoś czasu stosują również inne firmy, jak na przykład ASUS i GIGABYTE. L 104 Utrwalenie wiadomości z działu: Elementy jednostki centralnej komputera cz. 2. Zebranie i podsumowanie wiadomości dotyczących zagadnień: - Gniazda rozszerzeń płyty głównej. - Architektura współczesnych chipsetów - Analiza dokumentacji technicznej podzespołów komputera. - Polecenia programu BIOS Setup. - Konfigurowanie systemu za pomocą programu BIOS Setup. - Aktualizacja BIOS-u. L 105 Sprawdzian wiadomości z działu: Elementy jednostki centralnej komputera cz Zasady sprawdzianu. 2. Arkusz sprawdzianu. Tylko do użytku wewnętrznego TZN! strona 258