Logiczna budowa komputera

01.03.2015
Temat 2.
Logiczna budowa komputera.
1. Opis i schemat logicznej budowy komputera (rys. 28.4, ilustracje budowy komputera z
uwzględnieniem elementów składowych, głównych podzespołów, procesami pamięci,
urządzeń peryferyjnych.
2. Współpraca procesora z pamięcią oraz urządzeniami peryferyjnymi (wkleić zdjęcie
przedstawiające współpracę z innymi elementami komputera) – wyróżnić i opisać.
Charakterystyka sygnałów sterujących pamięcią i urządzeniami peryferyjnymi,
wysyłanych przez procesor (str. 99, opis).
3. Zależności pomiędzy procesorem i pamięcią, oraz urządzeniami wejścia – wyjścia.
Opisać za pomocą magistral danych (rys. 28.6, 28.7, wkleić obrazki z opisem, oraz
krótko scharakteryzować).
4. Elementy jednostki centralnej:
- schemat komputera z opisem poszczególnych elementów (rys. 29.1)
- zdjęcia panelu przedniego i tylnego komputera stacjonarnego (rys. 29.2 / rys. 29.6)
z opisem.
Logiczna budowa komputera
Komputer składa się z procesora, pamięci wewnętrznej oraz urządzeń peryferyjnych.
Urządzenia peryferyjne to urządzenia wejścia-wyjścia. Wszystkie elementy składowe
łączą się za pomocą magistrali systemowej.
Ad. 2. Współpraca procesora z pamięcią oraz urządzeniami peryferyjnymi
Zasada współpracy układu mikroprocesowego z pamięcią oraz z układami wejścia-wyjścia
Współpraca przedstawiona na schemacie powyżej odbywa się poprzez szynę danych, oraz
szynę adresową. Procesor wysyła sygnały sterujące, które umożliwiają odczyt lub zapis z
poszczególnych urządzeń.
Sygnały sterujące:
- MR (Memory Read) – odczyt pamięci
- MW (Memory Write) – zapis pamięci
- IOR (Input/Output Read) – odczyt z urządzeń wejścia-wyjścia
- IOW (Input/Output Write) – zapis do urządzeń wejścia-wyjścia.
Operacje wejścia-wyjścia wykonywane pod nadzorem procesora
INTA – sygnał przyjęcia zgłoszenia
INTR – sygnał odebrania zgłoszenia przerwania przychodzącego do sprzętu
IRQ2, IRQ3, IRQ5 – numery kanałów przerwań urządzeń
Operacje przedstawione na rysunku powyżej, powodują wolniejszą pracę komputera,
gdyż procesor przerywa na czas ich realizacji wykonywanie programu. Operację taką
rozpoczyna urządzenie żądające dostępu do procesora. Wysyła ono przerwanie IRQ
(interrupt request).
Przerwaniami zarządza komputer, który powiadamia procesor za pomocą sygnału
INTR. Procesor potwierdza sygnałem INTA i rozpoczyna między pamięcią i urządzeniem
wymianę danych. Każde urządzenie ma własny numer przerwania. Jeśli kilka urządzeń
jednocześnie zażąda przerwania, zostanie obsłużone to, które ma przerwanie o wyższym
priorytecie, czyli niższym numerze przerwania.
Operacje wejścia-wyjścia z bezpośrednim dostępem do pamięci
Schemat przedstawia operacje wykonywane bez udziału procesora, który w tym czasie
może realizować inne operacje. Do sterowania tymi operacjami służy układ DMA
(Direct Memory Access), który przejmuje kontrolę nad szyną danych i szyną adresową.
Sygnałem DRQ urządzenie wejścia-wyjścia żądające dostępu do pamięci inicjuje pracę
układu DMA. Układ DMA sygnałem HRQ sygnalizuje procesorowi możliwość przejęcia
kontroli nad magistralmi. Procesor zawiesza swoje magistrale i sygnalizuje to sygnałem
HLDA. Kontroler DMA za pomocą sygnału DACK przekazuje do urządzenia informację
o ustawionym trybie DMA. Rozpoczyna się transmisja danych z pamięci do urządzenia
żądającego, z pominięciem procesora.
Ad. 4. Elementy jednostki centralnej.
Budowa jednostki centralnej komputera
Panel przedni komputera PC
Elementy wewnątrz komputera PC
Elementy wewnętrzne komputera
Płyta główna - jest podstawowym komponentem komputera, umożliwiającym komunikację
wszystkim pozostałym komponentom i modułom.
Schemat działania płyty głównej
Głównym elementem płyty głównej jest chipset składający się zazwyczaj z dwóch układów zwanych mostkami.
- mostek północny zajmuje się wymianą danych miedzy pamięcią a procesorem,
oraz steruje magistralą AGP lub graficzną PCI-Express.
- mostek południowy odpowiada za współpracę z pozostałymi urządzeniami takimi jak:
dyski twarde, napędy optyczne, zintegrowane audio i LAN, karty rozszerzeń, USB itp.
Karta graficzna - najważniejszy komponent zestawu komputerowego. Może być
zintegrowana z płytą główną komputera, częściej jest to osobna karta rozszerzeń
Najważniejszymi parametrami karty graficznej są: szybkość pracy, ilość pamięci,
rozdzielczość i ilość kolorów wyświetlanego obrazu i inne.
Karta graficzna składa się z czterech podstawowych elementów:
- płytki drukowanej
- głównego procesor
- pamięci wideo
- układu RAMDAC (który często jest zintegrowany z procesorem w jednej obudowie).
Karty graficzne budowane są na następujące magistrale:
- ISA
- PCI
- AGP
Zadaniem karty graficznej to przetwarzanie obrazu cyfrowego generowanego przez
układy komputera na sygnał „zrozumiały” dla monitora (może to być sygnał: analogowy lub
cyfrowy).
Złącze umożliwiające
osadzenie karty na
płycie głównej
Gniazdo podłączenia
monitora
Zasilacz komputera - PSU (z ang. Power Supply Unit), dostosowuje napięcie, prostuje
prąd płynący z sieci (Polska 230V), do potrzeb komputera na złącza ATX i inne.
Standardowe napięcia to 3,3V, 5V i 12V, reszta to tzw. napięcia kontrolne, które służą do np.
załączania zasilacza.
Wyróżniamy wiele złącz wyjściowych z zasilacza:
- 24 pin - obecnie stosowany do zasilania płyt głównych w standardzie ATX
- 20 pin - w starszych płytach, tez standardu ATX
- 4 pin - MOLEX do zasilania CD-ROMu, HDD itp.
- 6 pin - stosowany do zasilania regulatorów napięcia na procesorze VMC.
zasilacz
wnętrze
zasilacza
Typy zasilaczy
zasilacz impulsowy
zasilacz liniowy
Karta dźwiękowa - zwana też kartą muzyczną, jest to karta rozszerzeń umożliwiająca
pracę z dźwiękiem na komputerze klasy PC. Dzięki nim można zarówno odtwarzać dźwięk,
jak i tworzyć pliki dźwiękowe. Do karty dźwiękowej podłącza się takie urządzenia jak
głośniki, wzmacniacz czy mikrofon bądź urządzenie MIDI (np. syntezator). Zadaniem karty
dźwiekowej to przetwarzanie sygnałów cyfrowych na analogowe (przy odtwarzaniu
dźwięków) lub odwrotnie (przy nagrywaniu dźwięków)
Złącze umożliwiające
osadzenie karty na
płycie głównej
Gniazda wejścia i wyjścia
sygnałów dźwiękowych
Karta sieciowa - karta rozszerzeń niezbędna do podłączenia komputera do sieci LAN. Do
karty sieciowej można podłączyć kabel koncentryczny lub kabel typu skrętka łączący
komputer z siecią. Często karty mają możliwość podłączenia dwóch różnych typów kabla.
Najważniejszym parametrem karty sieciowej jest jej prędkość transmisji, może ona wynosić
10 lub 100 Mbps.
Karty sieciowe obsługują także sieci radiowe. Budowane są na następujące magistrale:
- ISA
- PCI.
Diody sygnalizacyjne
Gniazdo kabla
sieciowego
Złącze umożliwiające
osadzenie karty na
płycie głównej
Dysk twardy - dysk stały, (angielskie hard disk), pamięć dyskowa, w której nośnik
magnetyczny jest nałożony na bardzo cienką warstwą (kilka µm) na niewymienną, sztywną
płytę zwaną talerzem (lub zespół płyt na jednej osi), zamkniętą w hermetycznej obudowie.
Pozwala na zapisywanie danych na stałe, bez ich utraty po odłączeniu zasilania.
Obecnie produkuje się dyski o pojemnościach od kilkuset megabajtów do kilkuset
gigabajtów.
W dysku twardym Głowice magnetyczne są umieszczone ruchomo nad warstwami
nośnika, nie dotykając płyty. Konstrukcja mechaniczna dysku stałego wymaga dużej
precyzji, ale zapewnia bardzo dużą pojemność pamięci oraz mały czas dostępu.
płyty; nośnik
danych
głowice magnetyczne
dysk twardy
w obudowie
wnętrze twardego
dysku
Napęd CD-ROM - Compact Disk Read-Only Memory, popularny dysk kompaktowy
zastosowany w komputerze jako pamięć tylko odczytywalna. Dane na dysku CD-ROM
zachowywane są w formacie binarnym jako mikroskopijne wgłębienia w powierzchni dysku,
za pomocą bardzo cienkiej wiązki lasera emitowanej przez napęd CD-ROM dane mogą być
odczytywane. Na płycie CD może zmieścić się do 700 MB danych.
stacja dysków CD
CD-RW - płyta
CD-RW - Compact Disk Read-Write, dysk CD umożliwiającym wielokrotny zapis (do
1000x). Do zapisu tego nośnika stosowane są specjalne napędy które obsługują także
tradycyjne nośniki.
Napęd DVD - Digital Versatile Disc, rodzaj nośnika danych, przypominający płytę CDROM. Ilość danych zapisanych na płycie DVD jest jednak dużo większa. Istnieje kilka
możliwych sposobów nagrywania płyty DVD różniących się pojemnością płyty. Można na
niej nagrać aż do 17 GB danych.
Podstawowa różnica pomiędzy CD a DVD polega na tym że DVD zapisane jest po obu
stronach przy dodatkowo większej gęstości zapisu. Do odtwarzania DVD (w przeciwieństwie
do CD) potrzeba sprzętowego urządzenia do dekodowania informacji zapisanych na nośniku.
stacja dysków DVD
DVD-R – obecne napędy obsługujące płyty DVD umożliwiają ich nagrywanie
Sposób zapisu danych
na płycie DVD
nośnik DVD-R
umożliwiający
zapis