Budowa i działanie komputera PC

KOMPUTER

= JEDNOSTKA CENTRALNA + URZĄDZENIA ZEWNĘTRZNE

JEDNOSTKA CENTRALNA

= PAMIĘĆ OPERACYJNA + PROCESOR

urządzenia wejściowe

URZĄDZENIA ZEWNNĘTRZNE

= urządzenia wyjściowe

urządzenia wejściowo -
wyjściowe

Niezbędne elementy składowe: jednostka centralna | monitor | klawiatura

Jednostka centralna: płyta główna | procesor | wentylator procesora |
pamięć operacyjna | zasilacz | dysk twardy |
karta graficzna | obudowa

Peryferia wewnętrzne: stacja dyskietek | napęd optyczny |
nagrywarka | karta dźwiękowa | karta sieciowa |
kontroler SCSI | karta telewizyjna

Peryferia zewnętrzne: mysz (lub Trackball/TrackPoint/TouchPad) |
drukarka | ploter | skaner | mikrofon | modem |
głośniki | słuchawki | dżojstik | GamePad |
zasilacz UPS | listwa antyprzepięciowa

Podstawowe elementy

Płyta główna

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
( np.; SIS 5571 - pojedynczy układ, Intel 430 FX Triton - cztery układy
scalone). 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 ISA, PCI, pamięci DRAM, SRAM i innych).

Trzon każdego chipsetu stanowi:
-kontroler CPU,
-kontroler pamięci operacyjnej RAM,
-kontroler pamięci cache,
-kontroler magistral ISA, PCI i innych.

Dodatkowo chipset może integrować następujące
elementy:

-kontroler IDE, SCSI, FDD i innych,

-kontroler klawiatury (KBC), przerwań IRQ, kanałów DMA,

-układ zegara rzeczywistego (RTC),

-układy zarządzania energią

-kontroler układów wejścia / wyjścia:

Centronix, RS232, USB i innych,

-kontroler takich interfejsów jak:

AGP, UMA,

adapterów graficznych i muzycznych.

Bios

Bios i jego rola

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

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

Złącza

PCI - Peripheral Component Interconnect

ISA - Industry Standard Architecture bus

Magistrala komunikacyjna służąca do
przyłączania urządzeń do płyty głównej.
Po raz pierwszy została publicznie
zaprezentowana w czerwcu 1992r.

AGP Accelerated Graphics Port

Rodzaj zmodyfikowanej magistrali PCI
opracowanej przez firmę Intel. Jest to
32-bitowa magistrala PCI
zoptymalizowana do szybkiego
przesyłania dużych ilości danych
pomiędzy pamięcią operacyjną a
kartą graficzną

AGP 1.0 lub AGP 1x, używa 32-bitowej szerokości magistrali przy taktowaniu 66
MHz i napięciu 1.5 V lub 3.3 V. Maksymalny transfer jest ograniczony do 266 MB/s.

AGP 2x używa wciąż magistrali o szerokości 32 bitów i taktowania 66 MHz lecz
transfer odbywa się tu na obu zboczach sygnału zegarowego (efektywna
częstotliwość 133 MHz) co umożliwia transfer na poziomie 533 MB/s. Napięcie jest
identyczne jak w AGP 1x.

AGP 4x posługuje się taktowaniem 133 MHz i transferem na obu zboczach i w
rezultacie maksymalny transfer 1066 MB/s. Napięcie zredukowano do 1.5 V.

AGP 8x to transfer na obu zboczach ale przy częstotliwości 266 MHz; transfer 2133
MB/s. Standard ten obniża napięcie do 0.8 V.

Porty Graficzne

PCI Express (3GIO - 3rd generation I/O)

szeregowa magistrala służąca do podłączania
urządzeń do płyty głównej.

Porty (złącza, przyłącza)

W komputerze na płycie głównej znajdują się złącza dla procesora,
pamięci operacyjnej, kart rozszerzających (np. PCI), urządzeń składujących
(dyski twarde, napędy optyczne, ...) i zasilacza
oraz dla niektórych urządzeń zewnętrznych
(port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy).

RS-232 jest stykiem przeznaczonym do szeregowej transmisji danych.
Specyfikacja opisuje 25 styków. Najbardziej popularna wersja tego standardu,
RS-232-C pozwala na transfer na odległość nie przekraczającą
15 m z szybkością maksymalną 20 kbit/s.

Port równoległy (ang. Parallel Port) jeden z
portów komunikacyjnych komputera. Obok portu
szeregowego jeden z najczęściej stosowanych. Port
ten umożliwia równoległy przesył n bitów, co w
porównaniu z transmisją szeregową znacznie
przyśpiesza transfer.

USB (ang. Universal Serial Bus -
uniwersalna magistrala szeregowa) to typ
złącza, pozwalającego na podłączanie do
komputera urządzeń cyfrowych (takich jak:
kamery video, aparaty fotograficzne, skanery,
drukarki, itp).
Urządzenia USB możemy podzielić ze względu na zgodność z przyjętymi
specyfikacjami na:
1.1 Urządzenia spełniające warunki tej specyfikacji mogą pracować
z prękościami 1.5 Mbit/s lub 12 Mbit/s
2.0 Urządzenia zgodne z warunkami nowej specyfikacji mogą pracować
z
prędkością 480 Mbit/s

PS/2 (Personal System/2) to port
komunikacyjny opracowany przez
firmę IBM. Jest on odmianą portu
szeregowego przeznaczoną do
podłączania klawiatury i myszy.

Pamięci – rodzaje i definicje

Na poziomie logicznym pamięć jest to zbiór komórek, zapisanych
ciągiem zero-jedynkowym o określonej długości
(taki ciąg nazywamy słowem). Komórki pamięci są ponumerowane,
a numer komórki nazywa się adresem.
Procesor komunikuje się z pamięcią operacyjną i wykonuje
rozkazy pobrane z programu zawartego w pamięci.

Pamięci dzieli się ze względu na:
ulotność
pamięci ulotne przechowują dane tak długo, jak długo są zasilane
pamięci nieulotne zachowują informację po odłączeniu zasilania
możliwości zapisu i odczytu
tylko do odczytu (zapis odbywa się w fazie produkcji)
jednokrotnego zapisu
wielokrotnego zapisu
nośnik
półprzewodnikowy (układ scalony)
optyczny
magnetyczny (w tym pamięć ferrytowa)
papierowy np. karta dziurkowana
linia opóźniająca (np. pamięć rtęciowa)

Urządzenia zaliczane do kategorii pamięci:

Urządzenia zaliczane do kategorii pamięci:
taśmy i karty dziurkowane (obecnie już praktycznie nieużywane)
taśmy magnetyczne na szpulach i w kasetach, bębny

dyski twarde
dyski optyczne: CD-ROM, CD-R, CD-RW
DVD, DVD-R, DVD+(-RW)

Dyskietki, dyski magnetooptyczne

rejestry procesora, pamięć cache

pamięć operacyjna czyli RAM i jej różne odmiany PRAM, MRAM, FRAM
ROM - Read-Only Memory (pamięć tylko do odczytu)
PROM - Programmable Read-Only Memory (programowalna pamięć tylko
do odczytu)
EPROM - Erasable-Programmable Read-Only Memory (kasowalno-
programowalna pamięć tylko do odczytu (kasowana światłem UV)
EEPROM - Electrically Erasable-Programmable Read-only Memory
(elektrycznie kasowalno-programowalna pamięć tylko do odczytu
(kasowana elektrycznie)
Flash EEPROM (Błyskawicznie działająca elektrycznie kasowalno-
programowalna pamięć tylko do odczytu kasowana elektrycznie)

Pamięć operacyjna

RAM – Random Access Memory

Układy pamięci RAM zbudowane są z elektronicznych elementów, które mogą zapamiętać swój stan.
Dla każdego bitu informacji potrzebny jest jeden taki układ. W zależności od tego czy pamięć RAM
jest tak zwaną statyczną pamięcią (SRAM-Static RAM), czy dynamiczną (DRAM-Dynamic RAM)
zbudowana jest z innych komponentów i soje działanie opiera na innych zasadach. Pamięć SRAM jako
element pamiętający wykorzystuje przerzutnik, natomiast DRAM bazuje najczęściej
na tzw. pojemnościach pasożytniczych (kondensator).

Rodzaje pamięci RAM

Rodzaje pamięci RAM

Fast Page Mode (FPM RAM)

Czas dostępu wynosi zazwyczaj 70 lub 60 ns. Układy te
charakteryzują się niską - jak na dzisiejsze czasy - wydajnością, dane
przesyłane są jako seria 5-3-3-3 w cyklach pracy procesora.

Extented Data Output (EDO RAM)

Obecnym standardem w świecie PC stały się pamięci EDO. Czas
dostępu wynosi tutaj 70 i 60 ns. Coraz częściej spotyka się także układy
pracujące z szybkością 50 ns, są one szczególnie popularne w nowszych
kartach graficznych.

Burst Extended Data Output (BEDO RAM)

Rozwinięciem pamięci EDO jest BEDO RAM. Zasadniczą zmianą w
przypadku BEDO jest sposób, w jaki dane przesyłane są po wyznaczeniu
adresu. Otóż dzięki temu, że BEDO posiada wewnętrzny licznik adresów,
kontroler pamięci odwołuje się tylko do pierwszej komórki pamięci, a
pozostałe bity przesyła samoczynnie układ logiki. Jest to tak zwane
przesyłanie w trybie burst
Synchroniczna DRAM (SDRAM)

Nowsze płyty główne zbudowane na układach Intel Triton VX i TX oraz VIA
580VP i 590VP potrafią współpracować także z pamięciami SDRAM
(Synchronous Dynamic RAM

SIMM-y kontra DIMM-y

Opisywane wyżej różne rodzaje pamięci są produkowane jako układy scalone. Jednak konieczność rozbudowy
współczesnych komputerów sprawia, że nie jest opłacalne wlutowywanie na stałe układów scalonych. Dlatego też
już od dawna, pamięci są montowane w tak zwanych modułach. Najpopularniejsze jak dotąd moduły SIMM (Single In
Line Memory Module) oznaczają sposób zorganizowania kości pamięci, a nie ich rodzaj.

Standard DIMM, nowy w świecie PC, lecz bardzo dobrze przez użytkowników Macintoshy, oznacza Dual In Line
Memory Module. Szerokość danych modułów SIMM wynosi 32-bity, a DIMM 64-bity, dlatego też w przypadku 64-
bitowej magistrali konieczne jest łączenie SIMM-ów w pary dla odsadzenia pojedynczego banku. Fakt iż pamięci
SDRAM spotykane są w modułach DIMM nie oznacza, że te dwa standardy są ze sobą tożsame. Równie dobrze w 64-
bitowym gnieździe DIMM można umieścić pamięć EDO lub FPM.

Dyski twarde

Twardy dysk – jeden z typów urządzeń pamięci masowej,
wykorzystujących nośnik magnetyczny do przechowywania danych.
Nazwa twardy dysk (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia
tego typu urządzeń od tzw. miękkich dysków, 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 latach 70-
tych firma IBM. Była to słynna seria o nazwie Winchester. Obecnie
sam wynalazca nie produkuje już dysków - w 2002 roku zawarł
porozumienie joint venture z firmą Hitachi, na mocy którego IBM
prowadzi prace badawcze oraz sprzedaje rozwiązania (systemy
dyskowe jak ESS - Enterprise Storage Systems), a Hitachi produkuje
jednostki dyskowe, jak też i systemy dyskowe.

Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość
transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/sek.)
oraz MTBF.

Kilka dysków twardych można łączyć w jedną logiczną całość: macierz
dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodność przechowywania
danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu.

Interfejsy:

ESDI (Enhanced Small Device
Interface) - opracowany przez firmę
Maxtor. Pozwalał na większą
pojemność dysków (powyżej 100
MB), czas dostępu - kilkanaście
sekund, transfer - maksymalnie 3
MB/s.

IDE (Integrated Drive Electronics) -
opracowany w 1987 r. Najbardziej
popularny, stosowany dzisiaj
interfejs. Pozwala na podłączenie
dwóch komponentów (HDD lub CD-
ROM) lub czterech w nowszej,
rozszerzonej wersji Enhanced IDE
ATA - Advanced Technology
Attachment

przepustowość kontrolera może
wynosić:

PIO-0 - 4,1 MB/s,
PIO-2 - 8,3 MB/s,
PIO-3 (Fast ATA) - 13,3 MB/s,
PIO-4 (Fast ATA-2) - 16,6 MB/s,
Ultra ATA - 33,3 MB/s,
ATA 66 – 66 MB/s
ATA100 – 100 MB/s

Bardzo ważne jest odpowiednie połączenie
dysku z magistalą. Na przykład gdybyśmy chcieli
podłączyć nowoczesny dysk do starego
kontrolera ISA, straty na wydajności wynisłyby
40 - 50 %.

SCSI (Small Computer System Interface) -
Podstawową cechą wyróżniającą opracowaną w
1986 roku specyfikację SCSI jest to, że określa
ona standard magistrali

Większe polepszenie parametrów transmisji oferuje używająca
68-żyłowego połączenia odmiana określana jako Wide SCSI.
W trybie synchronicznym umożliwia ona transmisje siegającą 40
MB/s.
Do podłączenia adaptera wykorzystywana jest przy tym 16- lub
32-bitowa magistrala danych.

CD ROM

Red Book - z 1982 r. dla płyt CD Audio
Yellow Book - z 1984 r. z rozszerzeniem z 1989 r. dla płyt odczytu CD-
ROM i CD-ROM/XA
Green Book - z 1987 r. dla rejestracji interaktywnych CD-I
White Book - z 1993 r. dla cyfrowego zapisu sekwencji wideo
Blue Book - z 1996 r. dla multimedialnych zapisów domowych
Orange Book - z 1990 r. z uzupełnieniem w 1995 r. dla płyt
zapisywalnych CD-R, CD-RW i CD-E

Płyta kompaktowa ma średnicę 12 cm (4 i 3/4 cala),
nieco ponad milimetr grubości i waży około 14 g ( 1/2 uncji).
Jak głosi plotka rozmiar ten wybrano, dlatego, że właśnie na takim
dysku można było zmieścić „Dziewiątą Symfonie Beethovena?„

Dane te przechowywane są w formie mikroskopijnych rowków (ang. Pits)
i miejsc płaskich „ brak rowka (ang. Lands). Rowki mają zawsze tą samą
głębokość i szerokość, ale ich długość i długość przerw rozdzielających je
może być różna. Pit ma około 1 mikrona szerokości, zaś pojedynczy dysk
CD-ROM zawiera w przybliżeniu 2,8 miliarda Pits.
Spiralna ścieżka okrąża dysk 20 000 razy i ma długość około 7 km. Jej
odczyt odbywa się bezkontaktowo za pomocą promienia świetlnego
emitowanego przez laser.

DvD - Digital Versalite Disc

Dyski jednostronne
jednowarstwowe „ o pojemności 4,7 GB (pierwsza generacja DVD),
przypominające w dużym stopniu tradycyjne dyski CD-ROM, lecz o
podwyższonej szybkości transmisji.
Dla nośników przygotowanych przez branżę rozrywkową (filmy)
szybkość transmisji wynosi 600 KB/s „ co odpowiada czytnikom CD-
ROM x4
Dla aplikacji komputerowych szybkość ta przekracza 1,3 MB/s „ co
jest porównywalne z czytnikiem CD-ROM x 10
dwuwarstwowe przeznaczone do nośników wyposażonych w laser o
dwu różnych stopniach intensywności stopnia świecenia.
Maksymalna pojemność tak upakowanej informacji wynosi 8,5 G

Dyski dwustronne
jednowarstwowe, które podczas odczytywania danych znajdujących
się po drugiej stronie płyty trzeba odwrócić. Łączna pojemność
dwóch stron płyty jest równa 9,4 GB
dwuwarstwowe, posiadające cztery warstwy nośnika optycznego o
łącznej pojemności powyżej 17 GB „ co wystarcza na odtwarzanie
ośmiogodzinnej projekcji filmowej.

Na pierwszy rzut oka trudno odróżnić dysk DVD od klasycznego kompaktu.
Jest on plastikowym krążkiem o średnicy 120 mm i grubości 1,2 mm,
który podobnie jak płyta CD wymaga lasera do odczytu danych umieszczonych
wzdłuż spiralnej ścieżki. Dlaczego więc na płycie DVD mieści się wielokrotnie
więcej informacji? Wynika to zmiany struktury samego nośnika, której nie możemy
zobaczyć gołym okiem. W odróżnieniu od płyty CD zmniejszono odległość
pomiędzy ścieżkami „ z 1,6 ľm do 0,74 ľm. Zagęszczono również dane
na samej ścieżce. Odległość między sąsiednimi elementami zmniejszono
z 0,834 ľm w CD do 0,4 ľm w DVD.