Архітектура комп'ютерів, системні плати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Бердичівський політехнічний коледж

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

№ 1 з дисципліни

«Архітектура комп'ютерів»

курс IV

(варіант №14)

студента групи ПЗС-404

ТОМАШОВА Олега Вікторовича

Перевірив викладач В.Ю. КОЗІК

м. Бердичів, 2006 р.

Зміст

 

1. Параметри процесорів

2. Загальні відомості формфакторів системних плат

3. Системи Plug&Play. Вибір системної плати

4. Покоління мікропроцесорів

Список використаної літератури

1.     Параметри процесорів

 

Принцип мікропрограмного керування забезпечує найбільшу гнучкість при організації багатофункціональних мікропроцесорних модулів і шляхом певної комбінації мікрокоманд дає змогу здійснити проблемну орієнтацію мікроЕОМ. Завдяки цьому принципу є можливість використовувати макрооперації в МПС та ефективніше виконувати команди і програми, ніж при використанні підпрограм.

Мікропрограмне керування підвищує гнучкість пристроїв за рахунок можливості зміни мікропрограм, збільшує регулярність структури пристроїв за рахунок широкого використання матричних структур типу пам’яті, забезпечує паралельне розв’язування задач за розосередженого керування та розподіленості пам’яті, підвищує надійність пристроїв за рахунок використання чіпів пам’яті, спрощує контроль функціонування пристроїв, тому що контроль блока мікропрограмного керування зводиться до контролю вмісту запам’ятовуючого пристрою

“Мозком” персонального комп’ютера є мікропроцесор, або центральний процесор — CPU (Central Processing Unit). Мікропроцесор виконує обчислення і обробку даних (за винятком деяких математичних операцій, здійснюваних в комп’ютерах, що мають сопроцесор) і, як правило, є найдорожчою мікросхемою комп’ютера. У всіх PC – сумісних комп’ютерах використовуються процесори, що підтримують сімейство мікросхем Intel, але випускаються і проектуються вони не тільки самою Intel, але і компаніями AMD, Cyrix, IDT і Rise Technologies.

Компанія Intel асоціюється з винаходом першого процесора і його появою на ринку. Але, не дивлячись на це, два найвідоміших в кінці 70-х років процесора, використовуваних в ПК, не належали Intel. У персональних комп’ютерах того часу найчастіше використовувалися процесори Z-80 компанії Zilog і 6502 компанії Rise Technologies. Процесор Z-80 був поліпшеним і дешевшим аналогом процесора 8080. Сьогодні подібна ситуація відбулася з численними клонами процесорів Intel Pentium, створеними компаніями AMD, Cyrix (тепер VIA), IDT і Rise Technologies. Більш того, в деяких випадках аналог набував більшу популярність, ніж оригінал. Компанія AMD протягом минулого року зайняла значну частину ринку, одержавши в результаті великий прибуток.

Зоряна година компаній Intel і Microsoft наступила в 1981 році, коли IBM випустила перший персональний комп’ютер IBM PC з процесором Intel 8088 (4,77 Мгц) і операційною системою Microsoft Disk Operating System (DOS) версії 1.0. З цієї митою практично у всі персональні комп’ютери встановлюються процесори Intel і операційні системи Microsoft.

Перший процесор був випущений за 10 років до появи першого комп’ютера IBM PC. Він був розроблений компанією Intel, з ім’ям Intel 4004, а його випуск відбувся 15 листопаду 1971 року. Робоча частота цього процесора складала всього 108 кГц (0,108 Мгц!). Він містив 2 300 транзисторів і вироблявся за 10 – мікронною технологією. Шина даних мала ширину 4 розряди, що дозволяло адресувати 640 байт пам’яті. Цей процесор призначався для використання в програмованих калькуляторах.

У квітні 1972 року Intel випустила процесор 8008, який працював на частоті 200 кГц. Він містив 3 500 транзисторів і вироблявся все за тією ж 10 – мікронною технологією. Шина даних була 8 – розрядною, що дозволяло адресувати 16 Кбайт пам’яті. Цей процесор призначався для використання в терміналах і програмованих калькуляторах.

Наступна модель процесора, 8080, була анонсована в квітні 1974 року. Цей процесор містив 6 000 транзисторів і міг адресувати вже 64 Кбайт пам’яті. На ньому був зібраний перший персональний комп’ютер Altair 8800. У цьому комп’ютері використовувалася операційна система СР/М, а Microsoft розробила для нього інтерпретатор мови BASIC. Це була перша масова модель комп’ютера, для якого були написані тисячі програм.

З часом процесор 8080 став настільки відомий, що його почали копіювати. В кінці 1975 років декілька колишніх інженерів Intel, що займалися розробкою процесора 8080, створили компанію Zilog. У липні 1976 року ця компанія випустила процесор Z-80, який був значно поліпшеною версією 8080. Він був не сумісний з 8080 по контактних виводах, але поєднував в собі безліч різних функцій, наприклад інтерфейс пам’яті і схему оновлення ОЗУ (RAM), що дозволяло розробити дешевші і простіші комп’ютери. У Z-80 був також включений розширений набір команд процесора 8080, що дозволяв використовувати його програмне забезпечення, До цього процесора увійшли нові команди і внутрішні регістри, тому програмне забезпечення, розроблене для Z-80, могло бути використане практично зі всіма версіями 8080. Спочатку процесор Z-80 працював на частоті 2,5 Мгц (пізніші версії працювали вже на частоті 10 Мгц), містив 8,5 тис. транзисторів і міг адресувати 64 Кбайт пам’яті.

Компанія Radio Shack вибрала процесор Z-80 для свого першого персонального комп’ютера TRS-80 Model 1.

Z-80 став першим процесором, використовуваним в багатьох новаторських системах, до числа яких відносяться Osborne і Kaypro. Цьому прикладу послідували інші компанії, і незабаром Z-80 став стандартним процесором для систем, що працюють з операційною системою СР/М і найпоширенішим програмним забезпеченням того часу.

Процесори можна класифікувати по двох основних параметрах: розрядності і швидкодії. Швидкодія процесора — досить простий параметр. Вона вимірюється в мегагерцах (Мгц); 1 Мгц рівний мільйону тактів в секунду. Чим вища швидкодія, тим швидший процесор. Розрядність процесора – параметр складніший. У процесор входить три важливі пристрої, основною характеристикою яких є розрядність:

•    шина введення і виведення даних;

•    внутрішні регістри;

•    шина адреси пам’яті.

Швидкодія комп’ютера багато в чому залежить від тактової частоти. Вона визначається параметрами кварцового генератора, що є кристалом кварцу, який ув’язнений в невеликий олов’яний контейнер. Під впливом електричної напруги в кристалі кварцу виникають коливання електричного струму з частотою, визначеною формою і розміром кристала. Частота цього змінного струму і називається тактовою частотою. Мікросхеми звичайного комп’ютера працюють на частоті декількох мільйонів герц. (Герц — одне коливання в секунду.) Швидкодія вимірюється в мегагерцах, тобто в мільйонах циклів в секунду. На мал. 2.1 показаний графік синусоїдального сигналу.

Мал. 2.1. Графічне представлення поняття тактова частота

Якнайменшою одиницею вимірювання часу (квантом) для процесора як логічного пристрою є період тактової частоти, або просто такт. На кожну операцію витрачається мінімум один такт.

Цикл очікування — це такт, в якому нічого не відбувається; він необхідний тільки для того, щоб процесор не “тікав” вперед від менш швидкодіючих вузлів комп’ютера.

Розрізняється і час, що витрачається на виконання команд.

Майже всі сучасні процесори, починаючи з 486DX2, працюють на тактовій частоті, яка рівна утворенню деякого множника на тактову частоту системної плати. Наприклад, процесор Celeron 600 працює на тактовій частоті, в дев’ять разів перевищуючої тактову частоту системної плати (66 Мгц), а Pentium III 1000 — на тактовій частоті, в сім з половиною разів перевищуючої тактову частоту системної плати (133 Мгц). Більшість системних плат працювали на тактовій частоті 66 Мгц; саме таку частоту підтримували всі процесори Intel до початку 1998 року, і лише недавно ця компанія розробила процесори і набори мікросхем системної логіки, які можуть працювати на системній платі, розрахованій на 100 Мгц (133 Мгц). Деякі процесори компанії Cyrix розроблені для системної плати, розрахованої на 75 Мгц, і багато системних плат, призначених для Pentium, також можуть працювати на цій частоті.

Тактову частоту системної плати і множник можна встановити за допомогою перемичок або інших процедур конфігурації системної плати (наприклад, за допомогою вибору відповідних значень в програмі установки параметрів BIOS). В кінці 1999 року з’явилися набори мікросхем і системна плата з тактовою частотою 133 Мгц, що підтримувала всі сучасні версії процесора Pentium III. В цей же час компанія AMD випустила системну плату Athlon і набори мікросхем з тактовою частотою 100 Мгц, використовуючи технологію подвійної передачі даних. Це дозволило збільшити швидкість передачі даних між процесором Athlon і основним набором мікросхем North Bridge до 200 Мгц.

До 2001 року швидкодія шин процесорів AMD Athlon і Intel Itanium збільшилася до 266 Мгц, а шини процесора Pentium 4 — до 400 Мгц.

У сучасних комп’ютерах використовується генератор змінної частоти, звичайно розташований на системній плати; він генерує опорну частоту для системної плати і процесора. На більшості системних плат процесорів Pentium можна встановити одне з трьох або чотирьох значень тактової частоти. Сьогодні випускається безліч версій процесорів, що працюють на різних частотах, залежно від тактової частоти конкретної системної плати. У додатку приведені тактові частоти процесорів Pentium і системної плати до них.

У деяких системах можна встановити велику робочу частоту процесора; це називається розгоном (overclocking). Після установки великих значень частоти процесора збільшується і його швидкодія. Практично всі типи процесорів мають так званий "технологічний запас" безпечного збільшення тактової частоти. Наприклад, процесор 800 Мгц може працювати на частоті 900 Мгц і вище. Слід зазначити, що при розгоні процесора знижується стійкість його роботи.

Звичайно допускається 10-20 процентне збільшення частоти системної шини без наслідків для процесора, тобто таке збільшення не позначається на стабільності роботи системи.

Існує ще один спосіб розгону, при якому збільшуються параметри напруги живлення процесора. Всі роз’єми Slot I, Slot А, Sockets, Socket 370 і Socket А автоматично визначають тип встановленого процесора і самостійно встановлюють необхідну напругу живлення. У більшості системних плат (особливо це торкається продукції компанії Intel) змінити ці значення вручну неможливо. Але інші виробники допускають ручну зміну напруги живлення з точністю до десятих вольта. Змінюючи цей параметр, необхідно пам’ятати про те, що збільшення напруги в кращому разі може порушити стабільну роботу системи, а в гіршому — вивести процесор з ладу.