Wstęp do informatyki - Katedra Informatyki > Home

Transkrypt

Płyta główna
Motherboard
Wielowarstwowa (3-7 warstw) płytka połączeń układu (PCB)
Podstawa mechaniczna do montaŜu elementów komputera
Gniazda procesora, kart rozszerzeń, układów pamięci i we/wy
Magistrala systemowe, magistrale zewnętrzne
Układ scalony (chipset) sprzęgający elementy komputera
Pamięć stała ROM z programem startowym (BIOS)
Pamięć RAM nieulotna z zapisem parametrów pracy
Układ RTC (Real Time Clock)
Wstęp do informatyki
Architektura komputera PC
Cezary Bolek
[email protected]
Uniwersytet Łódzki
Zakłócenia elektromagnetyczne !
Wydział Zarządzania
bardzo duŜa częstotliwość sygnałów
ograniczenia na długość i kształt połączeń
ekranowanie fragmentów płytki
Katedra Informatyki
Płyta główna – ewolucja
Cezary Bolek <[email protected]>
2
4
Płyta główna
Przed ~1993-1995:
jedynie podstawowe komponenty systemu (chipset+BIOS):
gniazda dla kart rozszerzeń (expansion slots) magistrali ISA
gniazdo procesora (bez wspomagania wyjmowania)
najstarsze DIL (Dual In Line)
współczesne: PGA (Pin Grid Array)
gniazdo klawiatury
gniazda układów pamięci
Po ~1993-1995:
tendencja do integracji dodatkowych elementów systemu
(kontrolery we/wy, dysków, grafiki, dźwięku, interfejsów sieci)
nowy podstawki pod procesory: ZIP (Zero Insertion Force)
zróŜnicowane gniazda dla kart rozszerzeń (ISA, PCI, VLB, AGP)
Standardy konfiguracji: (form factor)
AT, (babyAT), ATX (microATX max:244x244mm)
3
1
Płyta główna – struktura
Płyta główna – inne rozwiązania
Konfiguracje dla nisko
profilowych obudów
(slim-case)
5
BIOS
6
BIOS
sygnały POST (Power On Self Test)
Basic Input-Output System
(PC Firmware)
np.
Pamięć ROM zawierająca program startowy komputera po
włączeniu zasilania
AMI BIOS
•
•••••
– ••
Award BIOS
———
_ –_ –
– ••
Phoenix BIOS
• ••• •
• • ••
••• ••• ••••
Sprawdzenie konfiguracji sprzętowej (rodzaj procesora, rozmiar
pamięci, karty rozszerzeń, obecność dysków)
Testowanie poprawności działania systemu POST (Power-On Self
Test + dźwiękowe sygnały diagnostyczne)
Załadowanie systemu operacyjnego z miejsca ustalonego w pamięci
CMOS RAM (dysk, CDROM, dyskietka, sieć)
Pamięć BIOS nie moŜe być (w zasadzie) uszkodzona programowo, co
zapewnia zawsze moŜliwości startu.
Zwykle BIOS realizowany jest jako pamięć Flash, której zawartość
moŜna okresowo przeprogramowywać (bios upgrade)
www.wimsbios.com
problem z pamięcią RAM
błąd procesora
błąd karty graficznej
błąd procesora
błąd procesora
www.bioscentral.com
7
8
2
PnP BIOS
CMOS RAM
(Plug and Play)
PnP oznacza automatyczną konfigurację kart
rozszerzeń w systemie komputerowym
Pamięć RAM o bardzo małym poborze mocy
(technologia CMOS) podtrzymywana bateryjnie
(kilka lat) uŜywana do przechowywania bieŜących
parametrów pracy komputera:
ustalenie obszaru przestrzeni we/wy
przydział numeru przerwania
Obszar przestrzeni we/wy umoŜliwia wymianę informacji
pomiędzy urządzeniem a procesorem
Przerwania są mechanizmem zgłoszenia do procesora
pilnej konieczności obsługi urządzenia
• typ i konfiguracja twardych dysków
• ustawienia taktowania procesora i pamięci
• kolejność startu systemu operacyjnego
• hasła dostępu do modyfikacji ustawień BIOSu
• bieŜący czas i data (uaktualniany z układu RTC)
Dla starszych BIOS’ów konieczne było ręczne konfigurowanie
kart rozszerzeń, tak aby uniknąć konfliktów sprzętowych.
9
Taktowanie
Procesora
Taktowanie
Pamięci
MnoŜnik
Cache L1
Cache L2
(wbudowany)
Taktowanie
Procesora
Cache L1
Przestrzeń
adresowa
Cache L2
(wbudowany)
Przestrz.
adresowa
Liczba
tranzystorów
Pentium III (Katmai)
1999
450-600
100-133
4-6
16KB+16KB
512KB (ext)
64GB
9,5 mln
28,1 mln
Typ
Rok
10
Mikroprocesory x86 firmy Intel 2/2
Mikroprocesory x86 firmy Intel 1/2
Typ
Rok
Taktow.
Pamięci
MnoŜnik
Liczba
tranzystor.
8086
1978
4,77-8
4,77-8
-
-
-
1MB
29 tys.
Pentium III (Coppermine)
1999
500-1000
100-133
4-7,5
16KB+16KB
256KB
64GB
8088
1980
4,77-8
4,77-8
-
-
-
1MB
29 tys.
Celeron II (Coppermine)
2000
533-1300
66-100
8-13
16KB+16KB
128KB
64GB
28,1 mln
80286
1982
6-20
6-20
-
-
-
16MB
134 tys.
Pentium III (Tualatin)
2001
1133-1400
133
8,5-10,5
16KB+16KB
256-512KB
64GB
28,1 mln
80386DX
1985
16-33
16-33
-
-
-
4GB
275 tys.
Celeron II (Tualatin)
2001
1G-1,4G
100
10-14
16KB+16KB
256KB
64GB
80386SX
1988
16-33
16-33
-
-
-
16MB
275 tys.
Pentium M (Banias) (PIII)
2003
1G-1,7G
100 (400)
32K+ 32K
1MB
4GB
80486DX
1989
25-50
25-50
-
8kB
-
4GB
1,2 mln
Celereon M (Banias)
2003
1G-2,2G
100 (400)
32K+ 32K
512KB
4GB
80486SX
1991
25-50
25-50
-
8kB
-
4GB
1,18 mln
Pentium M (Dothan) (PIII)
2004
1G-2,2G
100 (400)
32K+ 32K
2MB
4GB
80486DX2
1992
50-80
25-40
2
8kB
-
4GB
1,2 mln
Pentium M (Yonah) (Dual)
2006
2,13G
166 (667)
32K+ 32K
2MB
4GB
80486DX4
1994
75-120
25-40
3
8KB+8KB
-
4GB
1,6 mln
Pentium
1993
60-200
60-66
1-3
8KB+8KB
-
4GB
3,1 mln
Pentium Pro
1995
166-200
60-66
2,5-3
8KB+8KB
256-512KB
64(4)GB
22 mln
Pentium MMX
1997
166-233
66
2,5-3,5
16KB+16KB
-
4GB
4,5 mln
Pentium II (Klamath)
1997
233-300
66
3,5-4,5
16KB+16KB
512KB (ext)
64(4)GB
7,5 mln
Pentium II (Deschutes)
1998
266-450
66-100
3,5-5
16KB+16KB
512KB (ext)
64(4) GB
7,5 mln
Celeron (Covington) (PII)
1998
266-300
66
4-4,5
16KB+16KB
-
64(4) GB
7,5 mln
Celeron (Mendocino) (PII)
1998
300-533
66
4,5-8
16KB+16KB
128KB
64(4) GB
19.2 mln
Oznaczenie
Taktowanie
FSB
Cache
L1:8KB+12KB L2:256KB
Dodatkowe inf.
Willamette
1.3-2.0 GHz
100 (400)
P4A
Northwood
1.6-3.0 GHz
100 (400)
P4B
Northwood
2.0-3.06 GHz
133 (533)
Hyperthreading dla 3.06+ GHz
P4C
Northwood
2.4-3.4+ GHz
200 (800)
Hyperthreading
P4E/5x0 series
Prescott
2.8-3.8 GHz
200 (800)
L1:16KB+12 KiB L2:1 MB
Hyperthreading, instrukcje SSE3
P4A
Prescott
2.4-2.93 GHz
133 (533)
L1:16KB+12 KiB L2:1MB
bez Hyperthreading, instrukcje SSE3
Extreme Edition
Gallatin
3.2-3.4 GHz
200 (800)
L1: 8KB+12 L2:512KB L3:2MB
Hyperthreading, addition of on-die L3 cache
P4F/5x1 series
11
Rdzeń
77 mln
EM64T (64-bitowe rozszerzenie)
6x0 series
Prescott 2MB
2.8-3.8 GHz
200 (800)
EM64T (64-bitowe rozszerzenie)
Extreme Edition
Prescott 2MB
Prescott
3.73 GHz
266 (1066)
Pentium D
Smithfield
2.8-3.2 GHz
200 (800)
L1:16KB+12KB x2 L2:2MiB
3.2-3.8 GHz
200 (800)
Dual Core Processor, EM64T
12
3
Gniazda procesora
Tendencje rozwojowe
socket
slot
Zwiększanie szybkości taktowania procesora i pamięci
Zwiększanie szerokości magistral danych i adresów
Integracja jednostki arytmetyki zmiennoprzecinkowej
Wprowadzanie tańszych odmian nowych procesorów
(SX, Celeron, Duron, ...)
Zwiększanie pamięci Cache zintegrowanej z procesorem (L1) oraz
zewnętrznej (L2 i L3)
Zapewnienie miejsca na duŜą liczbę końcówek
Efektywne odprowadzenie ciepła poprzez radiator
Zaawansowane rozwiązania architektury: potokowość,
superskalarność, wielowątkowość, ...
Pasywny układ chłodzenia: radiator + wentylator
Radiator: podstawa (miedź, aluminium, ceramika) + oŜebrowanie
Zaawansowane chłodzenie: wodne, elektryczne
(płytka Peltier’a), kriogeniczne.
Specjalizowane zestawy instrukcji: MMX, SSE, 3DNow,...
13
Ewolucja gniazd procesora
Ewolucja gniazd procesora
Socket 1
169-końcówek
Procesory 486 (napięcie zasilania 5V)
oraz ich wariacje DX2, DX4, OverDrive
Slot A
242-końcówki
Socket 2
238-końcówek
Modyfikacja Socket 1 dla tych samych
typów procesorów
Mechanicznie identyczny z Slot 1, ale inny
elektrycznie, dla procesorów AMD Athlon
Socket 370
370-końcówek
Socket 3
237-końcówek
Ostatnie gniazdo dla 486 , napięcie
zasilania 5V oraz 3.3V
Gniazdo zastępujące Slot 1 dla nowych
procesorów Pentium II, III i Celeron
Socket 423
423-końcówki
Socket 4
273-końcówki
Gniazdo dla pierwszych procesorów
Pentium 60/66 MHz, 5V
Dla Pentium 4, ułatwia rozpraszanie
ciepła i montaŜ wydajnych radiatorów
Socket 5
320-końcówek
Gniazdo dla procesorów
Pentium 75/133 MHz, 3.3V
Socket A
462-końcówki
Dla nowszych procesorów AMD Athlon, Athlon XP
i Duron z większą pamięcią cache
Socket 478
478-końcówek
Socket 6
235-końcówek
Rozszerzenie Socket 3 dla 486,
praktycznie nie uŜywany
Zmniejszona wersja gniazda dla nowszych
Pentium 4
Socket 603
603-końcówki
Socket 7
321-końcówek
Bardzo powszechne gniazdo dla Pentium
MMX i ich klonów, podwójne zasilanie
Dla Pentium 4 Xeon w większą pamięcią cache
i pracą w systemie wieloprocesorowym
Socket 754
754-końcówki
Socket 8
387-końcówek
Gniazdo dla PentiumPro, bardzo rzadkie
Slot 1
242-końcówki
Dla Pentium II, III i Celeronów montowanych
na płytce razem z pamięcią cache
Slot 2
330-końcówek
Dla Pentium II, III i Xeon z większą ilością
ilością zewnętrznej pamięci cache
14
15
Gniazdo dla nowych procesorów Athlon 64
Socket 940,939 939-końcówek
Ulepszone gniazdo dla procesorów Athlon 64,
Opteron
Socket 775
(LGA775, T)
Gniazdo dla najnowszych procesorów Pentium 4
P4EE, Celeron (rdzeń Prescott i Smithfield)
775-końcówki
16
4
Magistrale we/wy
Magistrale płyty
Magistrale we/wy stanowią interfejs pomiędzy systemem komputerowym a
urządzeniami zewnętrznymi na kartach rozszerzeń.
O ile konstrukcja płyt, procesorów i pamięci zmienia się dość często, to
interfejs we/wy zmienia się rzadko, umoŜliwiając stosowanie typowych kart
rozszerzeń praktycznie we wszystkich komputerach PC
ISA (Industry Standard Architecture 1982) – najstarsza, taktowanie
4.77 i 8MHz, maks. przepustowość 8MB/s (za mało dla kart
graficznych, twardych dysków i sieci)
VL BUS (VESA Local Bus) – magistrala lokalna, głównie dla kart
graficznych i twardych dysków w systemach 386 i 486, taktowanie
33MHz, kłopoty z podłączeniem kilku kart
PCI (Peripheral Component Interconnect 1993) – uniwersalna i
wydajna magistrala, taktowanie 33,66MHz, przepustowość
266MB/s, obsługa PnP,
AGP (Accelerated Graphics Port ) – wydajna magistrala lokalna dla
kart graficznych kontroler, przepustowość nawet GB/s,
taktowanie = 1x, 2x, 4x frontside bus,
Bridge (fragment chipset’u) – układ koordynujący transfery pomiędzy procesorem a
pamięcią oraz magistralami we/wy (ISA, PCI, USB)
Pojedyncza magistrala systemowa – dla procesorów starszych od Pentium II, taktowanie
magistrali 66, 100MHz.
Podwójna magistrala systemowa (back-,frontside bus) – dla nowszych procesorów,
moŜliwość pracy jednoczesnej, zwiększona wydajność, taktowanie 100, 133, 266MHz ...
17
Local Bus vs PCI
Sterownik magistrali AGP znajduje się na magistrali systemowej, co pozwala na
szybki transfer danych pomiędzy:
kartą graficzną AGP i procesorem
kartą graficzną AGP i pamięcią RAM
Sterownik magistrali PCI (PCI-bridge) pozwala na obsługę do 5 kart
System moŜe być wyposaŜony w kilka mostków (PCI-bridge)
18
Magistrala AGP
Magistrala PCI jest niezaleŜna od magistrali systemowej w
przeciwieństwie do magistral lokalnych.
Magistrala AGP pracuje z częstotliwością magistrali systemowej (frontside bus)
19
20
5
Interfejsy pamięci dyskowych
Magistrala PCI Express
IDE (Integrated Drive Electronics) – rozwiązanie sprzętowe
transmisji danych z twardego dysku
duŜa szybkość transferu – architektura szeregowa
połączenia typu point-to-point
Kontrolery IDE są zintegrowane z napędem dysku (producenci
mogą udoskonalać napęd razem ze sterownikiem)
moŜliwość wymiany kart podczas pracy (hot plug/swap)
Protokół urządzeń IDE nazwany późnej ATA (AT Attachment)
docelowo eliminacja innych magistral we/wy
Urządzenia IDE z interfejsem ATA są przyłączone do magistral
we/wy: ISA lub PCI
premiera 2003, komputery z PCI Express 2004
Architektura IDE przewidywała obsługę tylko 2 dysków twardych o
pojemności maksymalnej 528MB, transfer 3MB/s
– ograniczenia, które stały się wąskim gardłem pamięci masowych
21
Standard EIDE
22
Zwiększenie szybkości Ultra ATA
Enhanced IDE
ATA 3 (1996) – usługa SMART (Self-Monitoring Analysis and
Reporting Technology)
ATA 4 (1997, Ultra ATA) – przepustowość do 33MB/s (ATA 33),
korekta błędów CRC (Cyclical Redundancy Check), integracja
protokołu ATAPI
ATA 5 (1999) – przepustowość 66MB/s (ATA 66), konieczność
stosowania nowych 80-przewodowych taśm
ATA 6 (2000) – przepustowość 100MB/s (ATA 100)
(2001) – przepustowość 133MB/s (ATA 133)
4 urządzenia IDE:
master-slave
dwa kanały
szybszy transfer do 16MB/s (ATA-2 1994)
pojemność dysku max. 8.4GB i (1998) 137GB
obsługa róŜnych urządzeń (CD-ROM) – rozszerzenie ATA o ATAPI
obsługa bezpośredniego dostępu d pamięci (DMA)
23
24
6
Serial ATA
równoległy ATA
Interfejs SCSI
Interfejs komunikacyjny urządzeń zewnętrznych opracowany
dla wydajnych komputerów (1986).
Do adaptera SCSI moŜna podłączyć 8 róŜnych urządzeń, a
system moŜe posiadać kilka adapterów.
Długie kable (do 12m)
Zastosowania: serwery
(często dyski RAID)
DuŜa liczba rozwojowych wersji
i odmian:
FastSCSI,
FastWideSCSI
UltraSCSI
UltraWideSCSI,
Ultra2
Ultra3
...
szeregowy ATA
niŜsze napięcia sygnałów (0.5V)
węŜsze kable połączeniowe do 1m długości
efektywna korekta błędów
przepustowość 150MB/s (I generacja – 2002)
spodziewana moŜliwa przepustowość do 600MB/s
25
Porty szeregowe i równoległe
Interfejs USB
Legacy ports
Universal Serial Bus
26
Uniwersalny standard komunikacyjny dla urządzeń we/wy z obsługą PnP i
moŜliwością dołączania/odłączania urządzenia w czasie pracy systemu
(hot-plug)
Obsługa do 127 urządzeń podłączonych szeregowo lub poprzez hub
Interfejs USB zawiera napięcia zasilania +5V, które moŜe być wykorzystane
do zasilania mniejszych urządzeń (0.5A)
Przepustowość 12Mbit/s (~1.5MB/s USB 1.1) i 480Mbit/s (USB 2.0)
Zasięg do 5m
Standardy niemal bez Ŝadnych zmian od ponad 20 lat !!!
Port szeregowy:
• przepustowość do 115Kb/s (~12kB/s) – wystarczające tylko dla
najwolniejszych urządzeń: modem, mysz
• prosty protokół transmisji, znaczna długość kabla (kilka metrów)
• konieczność przydziału zasobów procesora (nr. przerwania)
Port równoległy:
• przepustowość do ~60KB/s – i tak nie wystarczająca dla
większości urządzeń multimedialnych
• kłopoty z podłączeniem kilku urządzeń do jednego portu
• prosty dwukierunkowy protokół transmisji
• mała długość kabla (1.5 m)
• konieczność przydziału zasobów procesora (nr. przerwania)
27
28
7
Interfejs IEEE1394
FireWire - Apple
Interfejs ukierunkowany na obsługę urządzeń Video
podobny w filozofii do USB
Długość przewodów do 4.5m, większe odległości
wymagają uŜycia repeater’a
Obsługa do 63 urządzeń podłączonych szeregowo
Bardzo duŜa przepustowość
400Mbit/s (~50MB/s)
DuŜa elastyczność konfiguracji
29
8

Wstęp do informatyki - Katedra Informatyki > Home

Transkrypt

Podobne dokumenty

Plakat Olimpiady_01

Wstęp do informatyki - Katedra Informatyki > Home

Ulotka Amol A5 archeo 05.indd

Aleksandra Olejnik - Wydział Studiów Międzynarodowych i

Ekonomia rozwoju – wykład (30h)

Załącznik Propozycja zmian cennika wynajmu biur w Inkubatorze od

problemy z ELMS 2007