Аппаратные средства ЭВМ
|
Скачать 2.52 Mb.
|
Вспомогательные микросхемыХотя микропроцессор и память являются главными компонентами системной платы, но сами по себе они — еще не компьютер. Для создания полновесной микропроцессорной системы необходимы вспомогательные микросхемы, такие, как тактовый генератор, таймер, различные контроллеры, буфера адреса и данных и т.п.
Большинство логических элементов компьютера разработано таким образом, чтобы работать синхронно, то есть по определенным тактовым сигналам. Именно генератор тактовой частоты вырабатывает специальные импульсы, служащие отсчетами времени для всех электронных устройств на системной плате. В качестве главного элемента генератора используется кристалл кварца, который на своей резонансной частоте обладает стабильностью 10-6. Итак, для получения стабильной опорной частоты на системной плате компьютера могут находиться один или два кварцевых генератора. Генерируемая ими тактовая частота используется, в частности, для синхронизации работы микропроцессора и системной шины. Как правило, имеются фиксированные величины тактовых частот для каждой модели микропроцессора. Например, существуют модели микропроцессоров, работающие на внешних тактовых частотах 33, 40, 50, 60 66, 100, 133 МГц. Повышение частоты свыше установленного предела может привести к возникновению ошибок и сбоям в работе, причем не только микропроцессора. Кстати, заметим, что для многих микропроцессоров существует и нижний уровень ограничения на тактовую частоту. Дело в том, что отдельные узлы микропроцессора могут быть построены по принципу динамической памяти и требовать постоянной регенерации. Системная шина компьютера может тактироваться сигналом либо CLK2IN, либо CLK2IN/2, либо ATCLK (BBUSCLK). Для каналов прямого доступа в память DMA на системной плате используется еще один тактовый сигнал — SCLK, который зависит от частоты сигналов CLK2IN и ATCLK. Для часов же реального времени на системной плате используется свой "часовой" кварц (обычно 32 768 кГц).
В первых компьютерах IBM PC использовалась микросхема контроллера прерываний I8259 (Interrupt Controller), которая имеет восемь входов для сигналов прерываний (IRQO-IRQ7). Как известно, в одно и то же время микропроцессор может обслуживать только одно событие, и в этом ему помогает контроллер прерываний, который устанавливает для каждого из своих входов определенный уровень важности — приоритет. Наивысший приоритет имеет линия запроса прерывания IRQO, а наименьший — IRQ7, то есть приоритет убывает в порядке возрастания номера линии. В IBM PC/AT восьми линий прерывания оказалось уже недостаточно, и их количество было увеличено до 15 путем каскадного включения двух микросхем контроллеров прерываний 18259. Такое каскадное включение осуществлялось путем соединения выхода второго контроллера ко входу IRQ2 первого. Важно понять следующее: линии прерывания IRQ8—IRQ15 (то есть входы второго контроллера) имеют приоритет ниже, чем IRQ1, но выше IRQ3. В таблице 2 приведено распределение номеров прерываний по устройствам для большинства IBM РС/АТ - совместимых компьютеров.
Таблица 2. Таблица прерываний Для компьютеров, совместимых с PC/AT, обычно свободны всего четыре линии запроса прерываний: IRQ 10, 11, 12 и 15. Это, разумеется, касается только полноразмерных плат (16 разрядов данных). Для шин ISA и PCI используется одинаковый набор IRQ. Однако для PCI обычно используются прерывания, активные не по фронту, а по уровню, хотя и первая возможность также не исключается. Это позволяет использовать одну линию для передачи нескольких сигналов прерываний. Обычно для устройств PCI автоматически используются оставшиеся прерывания после установки ISA-плат. Помимо прерываний, есть еще один способ вызывать какие-то события внутри PC без прямого вмешательства CPU. Это канал DMA.
Пересылка байта информации из одной области памяти в другую или из памяти в порт обычно проходит в два шага. На первом шаге CPU получает этот байт, из памяти и записывает в один из своих регистров. На втором шаге он записывает байт в место назначения. Немного подумав, сразу же можно назвать два основных недостатка подобного подхода: Первый из них заключается в том, что во время перемещения байта CPU ни чем другим заниматься не может. Второй — на перемещение байта требуется два шага. Кажется, мелочь, но если нужно переместить не один байт, а целый блок, мелочью это уже не назовешь. Внутри PC есть несколько типов устройств, которым нужно пересылать именно большие группы байт. Устройство чтения гибких дисков, например. Звуковые карты также очень интенсивно пересылают байты, настолько интенсивно, что часто они используют сразу несколько каналов DMA. Многие сканеры пользуются каналом DMA, и кто знает, какие еще подобные устройства появятся в дальнейшем. Осознавая важность проблемы, разработчики первого PC решили завести дополнительный микропроцессор, называемый контроллером прямого доступа к памяти. Этот микропроцессор занимается тем, что по команде CPU перемещает заданное количество байт из одной последовательности адресов памяти в указанный порт, начиная с определенного адреса памяти. Он может и принять из порта последовательность, байт определенной длины и поместить ее в память, начиная с указанного адреса. Все подобные пересылки происходят через каналы DMA, иначе говоря, каждой пересылкой занимается определенная часть контроллера DMA. Какая именно это будет часть, т. е. какой; канал займется этим, решает не сам контроллер, а устройство (CPU или какое-либо устройство, ввода-вывода), запросившее доступ к нему. А именно, перед тем как пользоваться DMA-контроллером для пересылки данных, такое устройство обязано сказать контроллеру, какой канал будет им использоваться. Так что каналы DMA — это ресурс, требующий аккуратного обращения, иначе при обращении к ним могут начаться конфликты устройств, которые ни к чему хорошему не приведут. Разумеется, DMA подверглась улучшению, позволившему более эффективно использовать пропускную способность существующих шин. Новейшая версия, названная UltraDMA, может передавать данные IDE-устройствам со скоростью до 33 Мб/с (мегабайт в секунду), т. е. в два раза быстрее старой версии.
К вспомогательным микросхемам в первую очередь можно отнести таймеры (реализованные раньше на микросхеме i8254) и часы реального времени (МС146818А). В зависимости от типа процессора на системной плате могут располагаться контроллеры шины и памяти, системный и периферийный контроллеры, кэш-Контроллер, а также буфера для данных и адресов.
Несмотря на всю потрясающую скорость, электронным схемам все-таки требуется некоторое время на выполнение своих операций. Как много — варьируется от типа к типу. По большому счету, можно сделать компьютер вообще без часов. Скорость работы такого компьютера будет полностью зависеть от скорости работы его частей: чем быстрее части, тем быстрее компьютер. Данные, запрошенные из памяти, будут использованы, как только они появятся там, где их ждут. Результаты вычислений будут отправлены обратно в память, как только они станут доступны. Очень быстрые части, уже выполнившие свою работу, не будут простаивать без дела, дожидаясь, пока стрелки на главных часах разрешат им двигаться дальше. Спроектировать и сделать такой асинхронный компьютер можно, но сложно. Гораздо легче спроектировать компьютер, все части которого работают синхронно с некоторыми главными часами. Если эти часы тикают достаточно медленно, то можно быть уверенным, что все части компьютера смогут закончить назначенные им задачи до поступления сигнала продвинуться еще на один шаг вперед — следующего такта часов. Синхронные компьютеры настолько легче в проектировании и производстве, что практически каждый компьютер являет собой пример подобного подхода.
Самые знаменитые часы - это часы, тикающие внутри CPU. Это те самые 266 МГц (или 300 МГц, или 1800 МГц, или те, что стоят внутри вашего PC), о которых вы столь много слышите. От них зависит, насколько быстро работают самые быстрые части вашего PC. На сегодня лишь некоторые схемы CPU работают с этой скоростью, остальные части PC даже близко к ней не приближаются, исключая процессор Pentium Pro, кэш L2 которого, расположенный внутри модуля СРU также работает с этой скоростью. В Pentium II кэш L2 работает на половине частоты часов CPU. Во всех остальных процессорах х86 внешний кэш работает с такой же скоростью, как шина памяти. Шина от CPU к основной памяти работает со скоростью, в несколько раз меньшей скорости часов внутри CPU. Или, иными словами, CPU работает со скоростью, в несколько раз превышающей скорость внешней шины. Микросхема часов, контролирующая эту скорость, расположена вне CPU, и CPU просто синхронизирует свои не слишком точные часы по сигналу внешних часов. Стандартная линейка частот тактовых генераторов: 50, 60, 66, 100, 133 МГц. Те же часы, что управляют CPU, также управляют модулями основной памяти и сопутствующими им микросхемами. Часто только внешняя (L2 или L3) память реально способна успевать за этими быстрыми часами. Быстрые микросхемы DRAM можно заставить работать медленнее, вставив одно или несколько состояний ожидания (wait states). Это паузы между интервалом, в течение которого CPU или внешний кэш-контроллер спрашивает что-либо у микросхемы памяти, и интервалом, в течение которого они ожидают получения ответа на свой запрос. Многие подсистемы PC должны работать синхронно с часами, идущими с другой частотой. Например, частота перемещения электронного луча вдоль и вниз по сетке монитора в процессе развертки изображения устанавливается Пользователем (в пределах возможного, конечно). Жестким дискам нужны часы с частотой, в определенное количество раз превышающей частоту вращения их магнитных пластин. Модему тоже нужны часы — чтобы передавать и принимать данные согласно скорости соединения. Вообще, сколько различных устройств со своими возможностями и запросами (и микропроцессорами), столько и часов внутри PC. (Никакое устройство не может работать быстрее, чем позволяют его возможности, и в некоторых случаях скорость работы устройства должна поддерживаться на некотором стандартном для этого устройства, уровне, не быстрее и не медленнее.) |
Похожие:
 |
Тема Основные возможности компьютеров Эвм приводят к сглаживанию различий между этими классами ЭВМ. Поэтому наиболее существенным признаком классификации ЭВМ является... |
|
Задачами производственной Программирование мобильных устройств, Конструирование программного обеспечения, Проектирование и архитектура программных систем,... |
|
Техника управления очередями Эвм для ведения своих личных или профессиональных дел. Эта тенденция ускоряется по мере того, как все большее число организаций и... |
|
Лекция Автоматическое и автоматизированное управление. 5 Лекция Основные требования к scada-системам и их возможности. Аппаратные и программные средства scada-систем 17 |
 |
Управление звуковой картой компьютера Взаимодействие человека с ЭВМ должно быть прежде всего взаимным ( на то оно и общение ). Взаимность, в свою очередь, предуcматривает... |
|
Инструкция №7 по охране труда для пользователей и операторов ЭВМ К работам с персональными ЭВМ и внешними устройствами ЭВМ допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование, вводный инструктаж,... |
|
Инструкция №8 по охране труда для пользователей и операторов ЭВМ К работам с персональными ЭВМ и внешними устройствами ЭВМ допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование, вводный инструктаж,... |
|
Курс лекций по дисциплине «Аппаратные средства телекоммуникационных систем» Содержание Транспортные сети. Структура и технологии транспортных сетей. Модели транспортных сетей. Принципы построения транспортных сетей.... |
|
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций» Целью является спроектировать локальную вычислительную сеть csma/cd образовательного учреждения |
|
Программно-аппаратные средства ввода зрительных данных в память персонального компьютера Стз), построенных на базе ibm-совместимых персональных компьютеров (ПК). Среди этих устройств выделяются устройства, работающие с... |
|
Программно-аппаратные средства ввода зрительных данных в память персонального компьютера Стз), построенных на базе ibm-совместимых персональных компьютеров (ПК). Среди этих устройств выделяются устройства, работающие с... |
|
М. В. Матвеичев Печатается по решению редакционно-издательского совета Муромского института Персональные ЭВМ и Спец. Эвм / Сост.: М. Н. Кулигин – Муром: Изд полиграфический центр ми влГУ, 20011.– … с. Библиогр.: 19 назв |
|
На разработку программы для ЭВМ «Система расщепления платежей (срп)» утверждено Перечень документов, регламентирующих создание и функционирование Программы для ЭВМ 9 |
|
Инструкция для студентов по работе с компьютерными учебниками на ЭВМ Шаг Запускается файл компьютерного учебника «КомУч-ттд ч. 1», который находится на рабочем столе эвм, после его активизации появляется... |
|
Программа по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем» Учебная программа по дисциплине «Архитектура ЭВМ и систем» составлена в соответствии с требованиями гос впо. Предназначена для студентов... |
|
А. Д. Чередов организация ЭВМ и систем Организация ЭВМ и систем: учебное пособие / А. Д. Чередов; Томский политехнический университет. – 3-е изд., перераб и доп. – Томск:... |