Изпитна тема №6: Компютърна система с процесор Pentium 2 Характеристики на процесора Pentium



Дата27.05.2017
Размер299.64 Kb.
Изпитна тема № 6: Компютърна система с процесор Pentium

1.2 Характеристики на процесора Pentium

Спецификациите на процесорите Pentium са дадени в Таблица 1.



Таблица 1 Спецификации на процесора Pentium

Характеристика

първо поколение

второ поколение

Максимални работни честоти (MHz)

60, 66

75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200

Множител на тактовата честота



1.5х до 3х

Размер на регистрите

32-битови

Външна шина за данни

64-битова

Адресна шина

32-битова

Максимална адресируема памет

4 GB

Размер на интегрирания кеш

8KB за код и 8KB за данни

Вид на интегрирания кеш

двупосочен, асоциативен, с отложен запис

Трансфери в burst режим

Да

Брой транзистори

3.1 милиона

Размер на елементите (микрони)

0.8

0.6 (75 до 100 MHz); 0.35 (120 и нагоре)

физически корпус

273-изводен PGA

296-изводен SPGA

Математически копроцесор (FPU)

вграден

Управление на енергията

SMM, разширен във второто поколение

Работно напрежение

5V

3,465V; 3,3V; 3,1V; 2,9V

PGA = Pin grid array —решетъчно разположение на изводите

SPGA — Staggered pin grid array – шахматно решетъчно разположение на изводите

1.3 Особености в архитектурата на процесора Pentium

1. Два конвейера за инструкции Най-съществената особеност на Pentium са двата конвейера за инструкции. Те се наричат u-конвейер и v-конвейер. U-конвейерът, който е главният, може да изпълнява всички целочислени инструкции и инструкции с плаваща запетая. V-конвейерът е вторичен конвейер, който може да изпълнява само прости целочислени инструкции и конкретни инструкции с плаваща запетая. Процесът на изпълняване на две инструкции едновременно се нарича съединяване по двойки (pairing). He всички последователни инструкции могат да бъдат изпълнявани две по две, и когато това не е възможно, се използва само u-конвейерът. За да се оптимизира работата на Pentium процесора, софтуерът може да се прекомпилира така, че повече двойки инструкции да бъдат изпълнявани едновременно.


2. Буфер за възможните преходи в програмата

Pentium процесорът притежава буфер за възможните преходи в програмата - ВТВ (branch target buffer), който използва техника, наречена предсказване на преходи. Тя намалява престоите на конвейерите, причинени от забавяне при извличане на инструкции, които се разклоняват в непоследователни области от паметта. ВТВ буферът се опитва да предскаже дали ще се извърши преход в програмата, след което извлича подходящите инструкции. Използването на техниката за предсказване на преходи позволява на процесора да поддържа и двата конвейера максимално натоварени.



3. 64-битова шина за данни

Pentium има 32-битова адресна шина, която позволява адресирането на 4GB памет, както е при 386 и 486 процесорите. При Pentium обаче шината за данни е 64-битова, което означава, че той може да прехвърля два пъти повече данни, отколкото един 486 процесор със същата тактова честота. 64-битовата шина за данни изисква достъпът до системната памет да се осъществява с ширина 64 бита, така че всяка банка памет е 64-битова.

При повечето дънни платки паметта се инсталира чрез SIMM модули или DIMM модули. SIMM-овете са налични в 8-битови или 32-битови версии, докато DIMM-овете са с ширина 64 бита. Съществуват и памети с допълнителен бит за контрол по четност или код за поправяне на грешки (error correcting code - ЕСС). Повечето Pentium системи използват SIMM-ове с ширина 32 бита - по два за една банка памет. Повечето от дънните платки за Pentium притежават поне четири цокъла за тези 32-битови SIMM модули, което ще рече две банки памет. По-късните Pentium системи и повечето Pentium II системи използват DIMM модули, които са 64-битови – точно както външната шина за данни на процесора, така че в една банка се използва само един модул. Това прави инсталирането или надграждането на паметта доста по-лесно, защото DIMM модулите могат да се инсталират всеки сам за себе си и не е необходимо да съвпадат по двойки.

Въпреки че Pentium има 64-битова шина за данни, по която се прехвърлят едновременно 64 бита информация към и от процесора, вътрешните регистри на Pentium са 32-битови. При вътрешната обработка на инструкциите, те се разбиват на 32-битови инструкции и данни, след което се обработват както при процесора 486, т.е. Pentium е напълно съвместим с процесора 486.



4. Отделни вътрешни кешове за инструкции и данни

Pentium има два отделни вътрешни кеша от по 8KB, за разлика от 486, който има един вътрешен кеш от 8KB или 16KB. Кеш контролерът и кеш паметта са вградени в самия чип. Кешът съдържа точно копие на информация, намираща се в RAM паметта, като могат да бъдат кеширани данни и инструкции от различни области от паметта.

Отделните кешове за инструкции и данни са организирани като двупосочен асоциативен кеш, като всяка от двете части (посоки) се разделя на редове от по 32 байта. Всеки кеш има собствен буфер за динамични транслации (translation lookaside buffer - TLB), който преобразува адресите от редовете (виртуалните линейни адреси) във физически.

Кешът на Pentium също така може да отлага записването на данните в паметта, докато процесорът и останалите системни компоненти не станат по-малко натоварени. За да се гарантира, че процесорът работи с актуални данни, съдържанието на кеша винаги трябва да бъде в синхрон със съдържанието на основната памет. При операции за запис тази синхронизация може да се изпълнява незабавно (write-through) или отложено (write-back).

Процесорите 486 извършват всички записи в паметта директно (write-through), т.е. когато процесорът записва информация в кеша, тя незабавно се записва и в основната памет.

Новото при процесорите Pentium е, че притежават кеш с отложен запис (write-back). При операции за запис в write-back режим, първо се актуализират данните в кеша, при което в кеш-контролера се установява т.нар. Dirty Bit (мръсен бит), който указва, че данните в кеша не съответстват на данните в паметта. Данните в паметта се актуализират едва при изваждането на съответните данни от кеша. Използването на write-back режима намалява обмена между процесора и системната памет - важно подобрение, защото обръщенията към системната памет са най-тесният участък при бързите системи.

Дали да се използва режима write-back или write-through, се задава в BIOS Setup.

Кешът за код е защитен от запис, защото той съдържа само инструкции за изпълнение, а не данни, които се обновяват.



5. Вторичен кеш (L2)

Системите с Pentium процесори могат значително да повишат бързодействието си, като използват вторични процесорни кешове (L2), които обикновено се състоят от 512 KB или повече изключително бързи SRAM чипове (с време за достъп 15 ns и по-малко). Когато процесорът извлича данни, които не се намират във вътрешния му кеш (L1), състоянията на изчакване го забавят. Но ако данните вече се намират във вторичния кеш, процесорът може да продължи своята работа, без да добавя състояния на изчакване.



6. BiCMOS технология

За постигане на високата очаквана производителност, в Pentium e използвана BiCMOS (Bipolar Complementary Metal-Oxide Semiconductor) технология и суперскаларна архитектура. BiCMOS усложнява конструкцията на процесора с около 10%, но пък се добавя около 30-35% по-добра производителност, без да се увеличават размерите или консумираната енергия.



7. Управление на консумираната енергия

Всички Pentium процесори са SL разширени - те включват SMMi за осигуряване на всички енергоспестяващи функции, допринасящи за намаляване на консумираната мощност. Процесорите Pentium от второ поколение (75MHz и по-бързи) включват подобрен SMM c управление на честотата на процесора. Това ви позволява да ускорявате или да забавяте работата на процесора, за да контролирате консумацията на енергия. Възможно е дори да спрете тактовата честота, при което процесорът изпада в режим на преустановяване на работа (suspend) и консумира много малко енергия. Второто поколение Pentium процесори работят със захранване 3,3V (вместо на 5V), което още повече намалява консумираната енергия и съответно отделянето на топлина.

За още по-ниска консумация на енергия Intel представят специални Pentium процесори от фамилията 75-266MHz. които използват технология за намаляване на напрежението. Тези процесори са предназначени изключително за мобилни системи.

8. Вграден математически копроцесор

Pentium процесорът, както и 486, съдържа вграден математически копроцесор или устройство за операции с плаваща запетая - FPU. Копроцесорът на Pentium е пренаписан и се представя значително по-добре от този на 486, като запазва съвместимостта си с 486 и 387 копроцесорите. Той е от 2 до 10 пъти по-бърз от копроцесора на 486.



1.4 Поколения на процесора Pentium

Създадени са три поколения на процесора Pentium (P5):



  • първо поколение - 60 и 66 MHz с работно напрежение 5 V. Работи с множител 1х, т.е на честотата на системната шина. Използва се 0,8-микронен BiCMOS процес; Недостатък е, че се получава кристал с изключително големи размери, който е доста сложен за производство. Освен това, консумацията на енергия е много голяма и се отделя огромно количество топлина.

  • второ поколение - 75, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 MHz. Работят с множител 1.5х до 3х, като дънните платки за тези процесори имат настройки за честота на системната шина 50MHz, 60MHz и 66MHz. Използва се 0,6-микронна (версиите до 100 MHz), а във версиите 120 MHz и нагоре - 0,35-микронна BiCMOS технология. Намаленият размер на кристала води до понижен разход на енергия и по-малко топлоотделяне. Освен това по-новите процесори работят с по-ниско напрежение. Второто поколение Pentium процесори са пакетирани в 296-изводен SPGA корпус, който е физически несъвместим с този на първото поколение. Второто поколение Pentium процесори също така имат 3,3 милиона транзистора - 0,2 милиона повече от по-ранните чипове. Тези транзистори се използват за допълнително управление на честотата на процесора чрез SL разширениятаii, за вградения усъвършенстван програмируем контролер на прекъсванията (APIC - advanced programmable interrupt controller)iii, a също и за интерфейса за двупроцесорна конфигурация.

  • трето поколение – ММХ процесори. Тези процесори имат подобрени мултимедийни възможности, като позволяват да се изпълни една инструкция над множество данни (SIMD – Single Instruction Multiple Data) и освен това са добавени нови 57 инструкции, проектирани специално за работа с видео, звук и графика.

  1. Цокли за процесори Pentium

Основно предимство на цокъла Socket 7 е неговата универсалност:

  • модул за регулиране на напрежение (VRM), позволяващ широк диапазон на захранващи напрежения (от 3.5 до 2.5 V).

  • поддръжката на широк диапазон от скорости – от 75 до 233 MHz

  • поддръжката на широк диапазон от процесори на различни производители: AMD K5 и K6, Cyrix 6x86 и 6x86MX, IDT WinChip, Intel Pentium (2.5 V до 3.5 V, 75 to 200 MHz), Pentium MMX (166 до 233 MHz) и Rise Technology mP6.


Табл. 2 Цокли за процесори Pentium

Цокъл

Изводи

Разположение на изводите

Напрежение

Поддържани процесори

Socket 4

273

21x21 PGA

5V

Pentium 60/66,

OD (OverDrive)



Socket 5

320

37x37 SPGA

3.3V/ 3.5V

Pentium 75-133, OD

Socket 7 /

Super 7


321

37x37 SPGA

VRM


Pentium 75-233+, MMX, OD, AMD K5/K6, Cyrix M1/II




  1. Компютърна система с процесор Intel Pentium, Socket 7

Компютърните системи с процесор Intel Pentium използват архитектура „северен-южен мост”, в която участва новата локална шина PCI. При тази архитектура системата от шини, свързващи различните компоненти, се разделя на три слоя. В най-горния слой се намира най-бързата шина – процесорната (FSB – предна шина), в средния слой – PCI и в най-долния – бавната ISA шина. Трите главни шини са свързани посредством контролери, наречени още мостове. Тези контролери, както и голяма част от контролерите, които управляват хардуерните компоненти, са групирани в т.нар. схемен набор (чипсет), който най-често се състои от два големи чипа, които се наричат северен мост и южен мост.

От системите с процесори Pentium и нагоре доминираща роля в пазара на чипсета има Intel. Заедно с разработването на процесори, те разработват и съответните чипсети за тях, което им позволява бързо внедряване и владеене на пазара. Чипсетите на Интел за процесори Pentium са от серията 430 хх.

Първият чипсет на Интел за Pentium е 430LX (Меркурий). Когато първият Pentium процесор дебютира през 1993 година, едновременно с него Intel представят и чипсета 430LX, както и напълно завършена дънна платка. Този чипсет се използва само с оригиналните Pentium-и, които работят на 60MHz и 66MHz. Te са 5-волтови чипове и се използват на дънни платки с процесорни цокли тип Socket 4. Чипсетът 430LX се състои от общо три чипа, образуващи северния мост. Главният от тях е системният контролер 82434LX. Той съдържа интерфейса между процесора и паметта, кеш контролера и контролера на PCI шината. Има и една двойка чипове за ускоряване на интерфейса на PCI шината, които са два еднакви 82433LX чипа.

Чипсетът 430LX се характеризира със следното:



  • Един процесор

  • Поддръжка на до 512 KB L2 кеш

  • Поддръжка на до 192 MB стандартна DRAM памет с бърз страничен режим (FPM - fast page mode)

Чипсетът 430LX, както и процесорите 60/66 MHz не предлагат по-добра производителност от една добра система с процесор 486 DX2, който представлява по-евтината алтернатива.

Intel 430NX (Нептун), представен през март 1994 година, е първият чипсет, проектиран да работи с новите 3,3V Pentium процесори от второ поколение. Това се забелязва по процесорния цокъл Socket 5 и монтирания на дъното регулатор на напрежение за 3,3V/3,5V, който се използва както от процесора, така и от чипсета. 430NX е проектиран главно за Pentium процесори с честоти от 75MHz до 133MHz, въпреки че се използваше най-вече в системи от 75MHz до 100MHz. Поради по-ниското напрежение този чипсет работи по-бързо и е по-хладък и по-стабилен от своя 5-волтов предшественик, използван заедно с 5-волтовите Pentium процесори от първо поколение.

Чипсетът 430NX се състои от три чипа, изграждащи северния мост: един главен и двойка чипове, наречени ускорители на локалната шина. Главният включва кеш контролера и контролера на основната (DRAM) памет, както и управляващия интерфейс към PCI шината. Южният мост, използван в чипсета 430NX, е чипът 82378ZB за системен вход/изход (System I/O - SIO).

Чипсетът 430NX въвежда следните подобрения спрямо предишния чипсет Mercury (430LX):


  • Поддръжка на два процесора

  • Поддръжка на 512МВ системна памет (до 192MB за LX чипсета Mercury)

430NX бързо се превръща в най-популярния чипсет за ранните 75MHz-100MHz системи, засенчвайки по-старите 60MHz и 66MHz системи, които използват чипсета 430LX. Най-често 430NX се използва в мощни работни станции и мрежовите файлови сървъри от висок клас.

Решението за нисък клас компютри, т.е. за домашни системи или за системи с не особено голяма отговорност се появява по-късно, през януари 1995 година, с въвеждането на чипсета 430FX (Тритон). Чипсетът 430FX (Triton) става известен с това, че е първият, който поддържа EDO памет, която е с около 21% по-бърза от стандартната памет с бърз страничен режим (FPM - fast page mode). За съжаление, Triton чипсетът става известен и като първият чипсет за Pentium без поддръжка на проверка по четност на паметта. Това е удар срещу надеждността на РС-тата и тяхната отказоустойчивост. Друг сериозен недостатък е, че чипсетът 430FX може да кешира само до 64MB от основната памет. И така, ако се инсталира повече от 64MB RAM в системата, производителността пада значително, тъй като операционната система се зарежда в паметта отгоре надолу и практически тя и част от приложния софтуер попадат в бавната некеширана област.

Основните компоненти на чипсета Тритон са четири:


  • системен контролер TSC (Triton System Controller) – съдържа контролери на паметта DRAM и кеш. Управлява обмена на данните между процесора, кеш паметта, DRAM и шината PCI.

  • два чипа TDP (Triton Data Paths), които отговарят за буферирането и предаването на данни no PCI шината.

  • южен мост PIIX. Действа като мост между 33MHz PCI шина и по-бавната 8MHz ISA шина. Съдържа двата контролера за DMA, контролерите за прекъсванията, таймер-брояча, енергоспестяващите функции и двуканален IDE интерфейс. Свързването на IDE интерфейса към южния мост е съществена новост. Дотогава той е бил свързан към ISA шината. Чрез южния мост IDE интерфейсът вече се свързва с PCI шината, което позволява осъществяването на по-бързи трансфери през него. Това е ключът към поддръжката на АТА-2 или подобрения (Enhanced) IDE интерфейс за по-добра производителност на твърдите дискове.

Главните характеристики на 430FX са:

  • Поддръжка на EDO памет

  • Поддръжка на високоскоростен конвейерен L2 кеш с пакетен режим (т.нар.
    pipelined burst L2 кеш)

  • РІІХ1 южен мост с интегриран високоскоростен Bus Master IDE интерфейс.

  • Липса на поддръжка за проверка по четност на паметта

  • Поддръжка само на един процесор

  • Поддръжка на максимум 128MB RAM, като от нея могат се кешират само 64MB

На фиг. 2 е показана блок-схемата на компютърна система с чипсет Тритон.

фиг. 2 Блок-схема на компютърна система с чипсет Тритон и процесор Pentium

Чипсетът на Intel 430HX (Triton II) е истински заместник на мощния 430NX чип. Той съчетава най-добрите черти на 430NX и 430FX, като добавя и нова функционалност. Освен отлична производителност, той предлага и висока надеждност, тъй като поддържа освен проверката по четност на паметта също и ЕСС (error correcting code - код за коригиране на грешки), която открива и възстановява еднобитови грешки на момента. Това го превръща в най-добрия чипсет за Pentium процесори, препоръчван за професионални компютри с отговорно приложение, като например файлови сървъри, сървъри за бази данни, бизнес системи и т.н.

Основните му характеристики са следните:

1. Висока производителност


  • поддръжка на симетрична многопроцесорност (два процесора);

  • поддръжка на EDO памет, която е по-производителна с 21% от FPM паметта;

  • поддръжка на конвейерен L2 кеш с пакетен режим на предаване (pipelined burst L2 кеш).

  • трансфери от и към паметта с по-малко на брой цикли;

  • съвместимост със стандарта PCI 2.1, което позволява едновременни операции по PCI шината;

2. Поддръжка на устройства с по-висок капацитет

  • Максимум 512MB RAM памет (срещу 128МВ при FX)

  • L2 кешът функционира за всичките 512MB RAM срещу 64MB при FX (стига да е инсталирана допълнителна тагова кеш паметiv)

3. Висока надеждност:

  • проверка по четност на паметта

  • поддръжка на ЕСС (error correcting code)

4. Нова функционалност

  • южният мост РІІХ3 позволява независима синхронизация на двата IDE канала. Това означава че ако са инсталирани две устройства с различни скорости на един и същи канал, те могат да работят с различни трансферни скорости. Предишните РІІХ чипове позволяват двете устройства да работят с еднаква скорост, равна на скоростта на по-бавното устройство;

  • южният мост РІІХ3 поддържа USB. За съжаление, по онова време липсват каквито и да било USB устройства, които да могат да се закачат към този порт, а и не съществуват операционни системи или драйвери, които да поддържат USB шината.

5. Компактност

  • едночипов северен мост

  • компактен BGA корпус (ball grid array - решетъчно разположени топчести изводи), при който изводите са конфигурирани като топченца от долната страна на корпуса


Чипсетът Intel 430VX е проектиран като заместник на чипсета от нисък клас 430FX, но не и като заместник на мощния 440НХ. Най-забележителна е поддръжката на SDRAM, която е с около 27% по-бърза от популярната EDO памет, използвана масово по това време.

Чипсетът 430ТХ е последният чипсет за Pentium процесори, разработен от Intel. Той е проектиран за използване не само в настолни компютри (като заместник на FX и VX), но и да замести мобилния чипсет 430МХ за лаптопи и ноутбук системи. Въпреки че има няколко подобрения спрямо 440VX, той продължава да носи недостатъците на старите FX и VX чипсети: липса на поддръжка на проверка по четност и ЕСС памет и ограничението от 64MB кешируема RAM памет. Положителните му страни са:

  • Поддръжка на 66MHz SDRAM

  • Поддръжка на Ultra-ATA, или Ultra-DMA 33 (UDMA) за прехвърляне на данни по IDE каналите

  • По-ниска консумация на енергия при използване в мобилни системи

На фиг. 3 е показана компютърна система с 430ТХ - последния чипсет за процесори Pentium.


фиг. 3 Блок-схема на компютърна система с чипсет 430ТХ и процесор Pentium
Компютърните системи с този чипсет поддържат процесори Pentium да 266 MHz, обикновено с цокъл Socket 7. Кешът от първо ниво L1 е вграден в процесора, а кешът от второ ниво L2 се намира на платката и работи на сравнително ниската честота на системната шина, която е 66 MHz. Едва в следващото, шесто поколение процесори, L2 кешът се вгражда в процесора, като работи с неговата честота, която е няколко пъти по-висока от честотата на системната шина (дънната платка).
Архитектурата на дънната платка е „Северен-южен мост”.

Северният мост се състои от един чип. Той свързва процесора с оперативната памет и кеша от второ ниво. Подобно на чипсета 430VХ е осигурена поддръжката на SDRAM, която е по-бърза от популярната EDO памет.

Графичната карта се поставя в PCI слот и работи със скоростта на PCI шината. Това е недостатък, причиняващ тясно място в системата. Този проблем е решен по-късно в компютърните системи с процесори Pentium II, в които за да се повиши бързодействието на видеосистемата, графичната карта се свързва с локалната шина (процесорната шина) чрез ускорения графичен порт AGP.

Северният мост се свързва с южния мост чрез 32-битовата шина PCI 33 MHz, осигуряваща пропускателна способност 133 MB/s.

Южният мост съдържа двата контролера за DMA, контролерите за прекъсванията, таймер-брояча, енергоспестяващите функции и двуканален IDE интерфейс. Към южния мост са свързани високоскоростни твърди дискове и оптични устройства (CD-ROM), до две на всеки IDE канал – общо 4. В разглежданата система с чипсет 430ТХ южният мост е PIIX4, който също като PIIX3 поддържа независима синхронизация на двата IDE канала, както и новата серийна шина USB с 1 контролер и два порта, но при него се поддържа по-бързия режим Ultra-DMA 33 за работа с дискови устройства и е вградена CMOS/RAM паметта. В по-старите системи CMOS-RAM паметта е вградена в Super I/O чипа, а не в южния мост. Южният мост се свързва чрез ISA шината (8 MHz, 8 MB/s) към входно-изходния контролер (супер I/O чипа).

Супер I/O чипът осъществява връзка с Flash ROM BIOS, наличните флопидискови устройства и бавните периферни устройства, свързани към PS/2 портовете (клавиатура и мишка), паралелния и серийния порт.


урния модел на Intel за Pentium фамилията процесори са достъпни три базови режима на работа: режим с реално адресиране на паметта (real-address mode) R-режим, защитен режим (protected mode) P-режим и режим на системно управление (system management mode) SMM-режим.

1."Реален" режим на работа. Този режим осигурява достъпа до минималното базово обкръжение (програмен модел, типове данни, система инструкции, сегментиран модел на паметта), характерно за микропроцесора 8086. За разлика от действителното 8086 базово обкръжение в режима с реално адресиране на паметта са въведени и някои нови възможности, свързани с "превключването" към "защитен" режим и режим на системно управление. В архитектурния модел на Intel е възприета стратегията процесорите да се самоинициализират в режим с реално адресиране на паметта след включване на захранването и след начално установяване (Reset).

2."Защитен" режим. При него за разлика от реалния е предвидена възможност за непрекъснато следене на обръщенията към паметта и контролна достъпа в зависимост от текущото ниво на системен приоритет на изпълняването приложение и дефинираното ниво на приоритета за областта от паметта, към която приложението осъществява обръщение. По този начин се осигуряват условия в състояние на изпълнение да бъдат няколко приложения, като сегментите за код, данни и стек за всяко едно от тях са "защитени" от несанкциониран достъп до останалети приложения. "Защитеният" режим е типичния работен режим на Pentium фамилията процесори

3.Режим на системно управление (System management mode). Този режим като архитектурна особеност на процесорите на Intel е въведен за първи път в микроархитектурата на процесора Intel386SL. В този режим за приложение се осигурява прозрачен достъп до множество от системни услуги в две приоритетни области: управление на консумацията; наблюдение и управление на вътрешната за процесора система за сигурност.



Предимства на Socket7- наличие на модул за регулиране на напрежение VMR и възможността му за използване от останалите производители на процесори.

Характеристика на RISC( Reduced Instruction Set Computer) са процесори с разширен набор от инструкции. В зависимост от архитектурата си микропроцесорите се делят на RISC и CISC:

Локална шина PCI, основни характеристики.

PCI (Peripheral Component Interconnect – свързване на периферни компоненти) е стандарт за локална шина, дефиниран от фирмата Intel. Създаването на шината PCI цели да се преодолеят слабостите в ISA и EISA шините.

PCI e първата шина, която се използва на повече от една платформа - използва се в PC, в Power-PCs (Motorola, Apple) и работните станции Alpha на фирмата DEC.

Блокова схема на PCI шината


За разлика от VLB (VESA) PCI не се разглежда като допълнение към съществуваща шинна архитектура, a като нов стандарт за компоненти. PCI препроектира традиционната PC шина чрез поставяне на друга шина между процесора и собствената входно/изходна шина, като това става чрез използване на мостове. Вместо да се свързва директно с процесорната шина, а и понеже притежава деликатни електрически изисквания, e разработен нов набор от управляващи чипове с цел разширяване на шината.

PCI добавя още един слой към традиционната конфигурация на шините. Тя заобикаля стандартната входно/изходна шина и използва системната шина, за да увеличи тактовата честота и да се възползва пълноценно от шината за данни на процесора.



PCI е паралелна локална входно-изходна шина. Паралелна означава, че се прехвърлят по 32 или 64 бита ед­новременно, а локална – че се свързва към процесорната шина, като по този начин стои близо до процесора от гледна точка на архитектурата на системата.

Обикновено PCI шината е с ширина 32 бита и работи при 33 МHz, като пропускателната способност е 133МВ/сек, както се вижда от след­ната формула:

33.33MHz х 4 байта (32 бита) = 133 МВ/сск.

Важно предимство на PCI е, че подпомага работата на системата. Това е поради факта, че PCI шината може да работи едновременно с процесорната шина; тя не я измества. Процесорът може да обработва данни от външния кеш, докато PCI шината е заета с прехвърляне на информация между други части от системата.

Подобно на шините MCA, EISA и VLB, шината PCI осигурява Bus Mastering - възможност не само намиращият се на дънната платка централен процесор или контролерът за DMA да поемат управлението на шината, но това да се извършва и от различни устройства, наречени главни устройства (Bus master). Например, възможно е процесор, намиращ се на разширителна карта, да изиска и поеме управлението на всички компоненти на PC. Типичен пример за това са SCSI контролерите. Шината PCI позволява множество главни устройства и за да се определи кое главно устройство има право на достъп до шината, PCI използва централно арбитриране. Главното устройство подава заявка към арбитриращото устройство и когато получи потвърждение от него, може да поеме управлението на шината.

Важна характеристика на PCI е поддръжката на Plug and Play (PnP) – включи и задействай. Plug and Play системите способни автоматично да конфигурират адаптерите. PCI картите не притежават джъмпери и превключватели - вместо това те се конфигурират софтуерно. За разлика от шините EISA и МСА, при PCI не е необходимо конфигуриране с допълнителен софтуер (ECU, ADF), а тези функции се поемат автоматично от Plug&Play-BIOS - едно разширение на обичайната системна BIOS.



RAM памет:

RAM ( Random Access Memory – памет с произволен достъп). Тази памет е енергозависима. Когато кмпютърът е изключен, RAM паметта е празна. Бързодействието на RAM паметта се задава в наносекунди, но понякога се измерва в мегахерци. Времето за достъп се измерва от момената, в който модулът памет получи заявка за данни до момента, в който данните са готови за предаване. Измерва се в ns.

Основните предназначения на RAM паметта са следните:

Съхраняване на копие от системните софтуерни програми, които контролират базовите функции на компютъра. Това копие се зарежда в RAM паметта, когато компютърът се включи и остава там през цялото време докъто той е включен.

Временно съхраняване на копие от приложни програми

Временно съхраняване на данни, които са резултат от обработката.

Паметта се измерва с мегабайтове.

SRAM – статична RAM памет изградена на базата на/тригери/ транзистори.

За съхраняване на 1 бит информация в нея са необходими групи от 6 транзистора. Времето й за достъп е до 2 ns. Тя не се нуждае от периодично опресняване.



Конвенционална и допълнителна памет Оригиналните РС/ХТ системи бяха проектирани да използват 1МВ RAM памет. Този 1МВ е разделен на няколко секции, някои от които със специално предназначение. DOS може да чете и да записва в цялото това пространство, но е в състояние да управлява зареждането на програме само в онази част, наречена конвенционална памет.Останалата е допълнителната памет.

Кеш памет

Кеш паметта играе особено важна роля за производителността на процесора. Тя може в голяма степен да подобри коефицента на полезно действие на процесора, като му предоставя достъп до необходимите данни по-бързо, отколкото това прави обикновената оперативна памет. Кеш-паметта спомага за това, процесорите да бъдат по-продуктивни. Тя съхранява инструкции и данни, използвани наскоро от процесора. Благодарение на своята близост до главния изчислителен механизъм вътре в процесора и на факта, че процесорът често се нуждае от повторно използване на едни и същи инструкции и данни, кеш-паметта поддържа процесора активен и ускорява работата на компютъра като цяло. Всъщност през повечето време процесорите работят директно с различни типове кеш-памет, а тя от своя страна работи с основната оперативна памет. Така кеш-паметта служи като бързодействащ буфер между процесора и основната памет, прехвърляйки данните в процесора, когато се нуждае от тях или ги изисква.

Mодули памет:

DIMM - терминът DIMM означава двуреден модул памет. DIMM модулите се изработват в два вида 168 pins и 184 pins. Те съдържат SDRAM и DDR SDRAM чипове и се различават по различните физически характеристики. Стандартните DIMM модули имат 168 извода, по един прорез и от двете страни и два прореза па пратежение на контактната област. DDR DIMM модулите има 184 извода, по два прореза и от двете страни и само един прорез по протежение на контактната област. Всички DIMM модули са 64 битови или 72 битови(8 бита за контрол по четност или код за корекция на грешки). Един стандартен модул DIMM е равен на две памети от тип SIMM.



Външни запомнящи устройства

В днешното информационно време количествата информация, които се натрупват и обработват всекидневно, са огромни. Ето защо е възникнала необходимостта от създаването на много мощни средства за съхранението им.



Изискванията към тези средства са:

  • да съхранява данните във вид, използваем от компютрите – цифров код;

  • да са надеждни, т.е. да запазват данните, такива каквито са, записани достатъчно дълго време;

  • да са икономични – да имат сравнително малък обем, отнесен към количеството на записаната информация;

  • да са енергонезависими, т.е. да могат да съхраняват данни, без подкрепа от енергийни източници;

  • да са високоскоростни;

  • да могат да се използват многократно – на мястото на ненужни вече данни да се записват нови.

Данните се записват върху носители.Носителите се записват и се четат от у-ва. Всяко у-во ползва точно определен тип носители и на всеки носител му трябва точно определено у-во.

Твърд диск

Хард дискът е устройството, което съхранява по-голяма част от данните на потребителя. Подсистемата на харддиска се състои от самото харддисково устройство, дисков интерфейсен контролер, който се поставя в един от разширителните слотове на дънната платка, и кабел или кабели за връзка между тях. Дисковите интерфейси са или хост адаптери, или контролери, в зависимост от вида на използваната технология. По-старите устройства използват контролери, а по-новите съответно хост адаптери. Върху диска данните се съхраняват под формата на байтове. Тези байтове са групирани по 512, като една такава група се нарича сектор. Секторът е минималното количество информация, която може да се прочете или запише върху харддиска. Секторите са групирани в пътечки, а пътечките понякога за удобство са подредени по групи, наречени цилиндри. Един диск има поне две повърхнини. Харддискът съдържа твърди метални дискове, наречени точи, които са подредени една над друга. Целият този пакет е поставен в кожух с филтрирана газова среда.

Дискови глави


Харддискът има електромагнитна глава за четене/запис за всяка от страните на всяка плоча. Например оригиналното 10МВ устройство на XT имаше четири глави: за двете плочи по две глави. Тъй като харддисковото устройство е запечатано, не трябва да се притеснявате за калибрирането или почистването на тези глави.

Дискови пътечки


Всяка страна на всяка плоча (понякога наречена повърхност) е разделена на концентрични окръжности, точно както е при дискетата. Харддисковете имат най-малко 305 пътечки. Има устройства с над 3000 пътечки. Плочата обикновено е с диаметър 5.25 инча, като на дискета, затова очевидно пътечките са доста по-близо една до друга. Плочите на харддисковите устройства могат да бъдат с диаметър 5.25, 3.5, 2.5 или 1.75 инча.

Цилиндри


Обикновено в един харддиск има повече от една плоча, затова голяма част от дисковете използват четири или повече глави за четене/запис. Всички дискови глави са закрепени към задвижващ механизъм. За да се проче даден сектор, дисковият хардуер преминава през две стъпки. Първо, четящо/записващите глави трябва да се придвижат над определената пътечка. Второ, трябва да се изчака определено време, докато желаният сектор се окаже под главата и най-накрая може да бъде прочетен. В най-общия случай движението на главата отнема най-много време. Това означава, че даден файл ще бъде прочетен най-бързо, ако секторите му са разположени върху една пътечка, а пътечките му са една върху друга. Това тяхно групиране обособява т.нар. цилиндър. (Пътечките представляват окръжности, а ако подредите еднакви окръжности една над друга, ще получите цилиндър.) Броят на пътечките от една повърхност е равен на броя на цилиндрите.

Сектори


Всяка повърхност е разделена на части по подобие на торта. И флопи и харддисковите устройства съхраняват по 512 байта на сектор - 0.5КВ данни, като 1К = 1024.

За разлика от дискетите дисковете на твърдия диск се въртят и когато няма четене и запис върху тях. По време на работа главите никога не трябва да докосват повърхностите на дисковете. Едва след изключване на РС главите се спускат върху пътечката за „паркиране”. Заключване на твърдия диск:Използва се специален софтуер, който позволява да се създават на диска защитени области – «сейфове», достъпа до тях е надеждно защитен от външни лица по метода на тристепенната защита: сейфа се отваря само с въвеждане на секретен ключ, ключа е защитен с парола, а всички файлове в сейфа са кодирани. Настройката на съвместния достъп до сейфа позволява на създаващия го да разреши достъп до защитените в сейфа данни и на други ползващи. За разрешаване на достъпа до конфиденциалната информация на ползващия имащ това право се ползва неговия сертификат.

Съвкупността от няколко сектора се нарича клъстер.Операционната система определя размера на блоковете, които се четат и записват на диска. Файловата система FAT (File Allocation Table – таблиза за разпределение на файлове), използвана от версиите на Windows, установява размера на блока за тарнсфер, така че да отговаря на размера на клъстера при DOS.

Размера на клъстера – размерът на най-малката единица в диска.

Размера на FAT – броят байтове, необходим за съхранение на таблицата за разположение на файловете. FAT се съхранява на диска и става по-голяма при по-малък размер на клъстера.

Видеосистема: Състои се от два компонента: монитор и видеоконтролер. Мониторът е устройството, на което се появява самото изображение-текст или графика, а видеоконтролерът е платка, монтирана в един от слотовете за разширение на компютъра, която управлява монитора чрез ел. Сигнали, подавани по интерфейсен кабел.

Мониторите биват според устройството и технологията на производство CRT(с електронно-лъчева тръба), LCD(с течни кристали), PDP(плазмени) и OLED(с органични диоди).

CRT имат в конструкцията си електронно-лъчева тръба. Тя представлява стъклена колба, в единият край на която се намира катодът. Той съдържа една отоплителна нишка, която се загрява с ел. ток. Топлината й загрява повърхността на катода, което предизвиква отделянето на електрони. Те формират електронен лъч, който преминава през фокусираща система от управляващ, ускоряващ и фокусиращ електроди. Управляващият електрод представлява цилиндър, обгръщащ катода, на който се подава отрицателно спрямо катода напрежение,спиращо излъчените електрони.Така се управлява яркостта на точката на екрана. Ускоряващият електрод е метален диск с отвор в центъра. На него се подава положително спрямо катода напрежение, което рязко увеличава скоростта на електроните и така ги ускорява. На Фокусиращият електрод също се подава положително спрямо катода напрежение и така електрическото поле ускорява и фокусира електроните като променя траекторията им и ги насочва към остта на електронно-лъчевата тръба.

Така формираният лъч се насочва към екрана, покрит с проводящ графитен слой, наречен анод с много високо положително напрежение. За да могат всички точки от


екрана да бъдат осветявани се използво отклонителна система, състояща се от две двойки отклонителни бобини- за хоризонтално отклонение и за вертикално отклонение. Така се обхожда екрана от горния ляв до долният десен ъгъл.

Видове развивки Процесът на последователното предаване на информацията за отделните елементи на изображението се нарича развивка на телевизионното изображение.

Най-разпространени са линейните развивки, поради конструктивни удобства и

сигурност в процеса на експлоатацията.

Съществуват два вида линейни телевизионни развивки:

- Прогресивна развивка на ТВ изображение –електронният лъч описва цялото изображение като се движи отляво надясно и от горе на долу, започвайки движението си от горния ляв ъгъл на изображението и завършвайки в долния десен ъгъл. Движението на лъча се осъществява с различни, но постоянни скорости в хоризонтална и вертикална посока

- Презредова телевизионна развивка - електронният лъч описва цялото изображение чрез две обхождания : първо само нечетните редове ,а после –четните .



Функция на блока ТХО Този блок създава хоризонталното отклонение на електрония лъч в кинескопа.Състои се от: генератор, изработващ импулс с редова честота за управление на изходното стъпало ; стъпало за предварително усилване (буферно стъпало) ; изходно стъпало, към което се включват отклоняващите бобини чрез изходен трансформатор; високоволтов изправител,който изработва високо постоянно напрежение за захранване на втория анод на кинескопа.

Видеокарти Видеокартата наричана още видеоконтролер или видеоадаптер е платка, монтирана в един от слотовете за разширение на компютъра. Тя осъществява връзка между софтуера и монитора. Основните й компоненти са: видеопроцесор( GPU), видеопамет, видео BIOS, цифрово-аналогов преобразувател(DAC), конектор към шината и видеодрайвър.

Стандарт VGA(Video Graphics Array). Наименованието идва от един матричен кристал, създаден специално за графични приложения. На картите VGA се намира памет, в която се съхранява BIOS, като се гарантира съвместимост до ниво регистри с картите EGA. Особеното при картата VGA е, че не управлява монитора с цифрови сигнали , а с аналогови. Основание за използването на аналогови сигнали е значително по-доброто представяне на цифровата информация.

Принтери

Принтерът е устройство, което служи за изобразяване на текст и графика върху дълготраен носител – хартия, фолио. Те се делят на:

-Ударни принтери- матрични

-Безударни- лазерни, мастилено-струени и термични.

Ударните принтери ползват механично устройство за нанасяне на отпечатък върху хартия през омаслителна лента. Неударните принтари ползват топлина, лазер или струя мастило.

Мастилено-струйни принтер

Мастиленият патрон на тези принтери с есъстои от резервоар с мастило и електроника(интерфейсна верига,импулси помпи и дюзи).Точките се нанасят чрез впръскване на мастилени струй от миниатюрните дюзи.Задвижващия елемент може да бъде електромагните или пиеокристал(тънък кристал,който се огъва при преминаването на ток през него).Кратък токов цифров импулс кара кристала да измени формата си и да избута мастилото през дюзата,откъдето то попада върху листа хартия.Мастилено-струйните принтери изискват периодична смянана касетите с мастило.По-новите модели мастилено-струйни принтери имат вградени програми за почистване на дюзите след употребата им ,за да се избегнат много неприятности от засъхване на мастилото.Съставът на мастилото е много важен.То трябва да изтича равномерно от резервоара без да задръства тесните места в импулсните помпи и дюзите ,да има достатъчно повърхносно съпротивление,за да се избегне разпръскването при изхварлянето от дюзата да изсъхва достатъчно бързо,за да се съхрани изображението и да не позволява просмукване на влакната на хартията,което може да размаже изображението.Печатащата глава мести мастиления патрон стpанично върху хартията.Разтоянието между дюзите позиционира точките,които принтерът нанася върху хартията перпендикулярно на движението на главата,а електрониката на принтера съгласува сигналите,изпратени към мастиления патрон,за да позиционира точките по дълйината на хартията.Крайният резултат е ,че мастилено-струйният принтер може да се достигне разделителна способност от 4800х1200 точки на инч(dpi-dots per inch) в двете равнинни направления.Те са бързи почти колкото матричните – 300-500 знака в секунда,но много по-безшумни от тях.Скоростта при тях достига от 8-30ppm(страници за минута)при черен печат и 8-22 ppm(страници за минута) при цветен печат.Те се нуждаят от специална хартия с определена степен на абсорбция,за да се получи възможно най-добрият отпечатък.

Принтерите се свързват към паралелният поpт(LPT1-LPT3)на компютърната система чрез 25-пинов женски D – тип конектор.Информацията се предава по 8 бита едновременно.Съвременните системи имат ЕРР (разширен паралелен порт) и ЕСР (порт с увеличени възможности).Принтерите могат да се свържат и чрез USB порта към компютърната система.

Компютърна мрежа с топология тип звезда, кабели, мрежови хардуер и принцип на предаване на данните.

Най-разпространеният тип мрежова структура днес е мрежата тип “звезда”. При топология звезда, всеки компютър се свързва чрез отделен кабел с централно устройство – хъб или суич. Кабелът, снабден от двата края с конектори се включва от едната страна към конектора на мрежовата карта и от другата страна към свободен порт на хъба. Всяка централна точка може да свърже 16 или 32 устройства. При по-голям брой компютри е възможно да се реализира т.н. каскадно свързване – няколко хъба се свързват помежду си. В случая не се налага използването на терминатори.



Комуникация

Комуникацията е различна, в зависимост от това дали централното устройство е хъб или суич. При хъба получената информация на един от портовете се усилва и препредава към всички портове т.е. изпраща се до всички устройства включени към хъба. При суича получената информация се изпраща само до компютъра – получател. При използване на хъб топологията е физическа „звезда”, логическа „шина”.)

Звездообразната топология се реализира чрез UTP кабел.

3 задължения на работодателите по осигуряване на здравословни и безопасни условия на труд :


  • да направи оценка на риска за безопасност и здраве за всички работни процеси и оборудване;

  • да планира подходящи мерки за предотвратяване на риска спред направената оценка, а когато не е възможно да осигури защита на работещите и на другите лица;

  • да създаде необходимата организация за наблюдение и контрол на планираните мерки.

Казус №6:Сравнителна характеристика между IBM/AT 80486 и Pentium


Процесор

Размер на вътр.

регистри


Шина данни

Адресна шина

Максимално адресируема

памет


Копроцесор

Кеш памет

Външни запомнящи

у-ва


Работна честота

Видове RAM памет

Входно-изходни у-ва

Разширителни шини

80486 DX

80486 DX2

80486 DX4


32 bit

32 bit

32 bit

4 GB

Вграден в процесора

Level 1 на процесора

Level 2 на ДП



Флопидисково у-во 3.5”;

Хард диск






EDO

DRAM


Модули SIMM – 72 pins

CRT монитори; видео карта VGA; матрични принтери

32 bit VESA

Pentium

32 bit

64 bit

32 bit

4 GB

Вграден в процесора

Level 1 – DATA Cache и Code Cache

Level 2 на ДП



Флопидисково у-во 3.5”;

Хард диск



От 60 до 233 MHz

EDO

DRAM


Модули DIMM – 168 pins

CRT монитори; видео карта VGA; матрични и мастилено-струини принтери

32 bit PCI



1 PIIX означава PCI-ISA-IDE Xcelerator (ускорител)

i

ii


iii


iv



База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница