Презентация Лекція 1 обчислючальна техніка

Зміст
Загальна інформація про курс.
Процесори та системні плати.
Пам'ять ОЗУ, BIOS.
Інтерфейси.
Відео-карти та пристрої мультимедіа.
Мережне устаткування.
Домашнє завдання та контрольні питання по темі.

Література
1. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК, 17-е издание.: Пер. с англ. - М.: ТОВ, “И.Д. Вильямс”, 2007. - 1360 с.

Загальна інформація про курс в І-му семестрі
Модуль №1 "Огляд загального системного забезпечення ПК та загального прикладного програмного забезпечення"
Лекцій - 8×2=16 год.
Лабораторні роботи - 4×2=8 год
Самостійна робота - 21 год
Домашнє завдання «Огляд загального системного забезпечення ПК та загального прикладного програмного забезпечення» - 8 год
Модульна контрольна робота - 1 год
Модуль №2 "Основи алгоритмізації та алгоритмів"
Лекцій - 8×2=16 год.
Лабораторні роботи - 3×2+3=9 год
Самостійна робота - 24 год
Домашнє завдання «Основи алгоритмізації та алгоритмів» - 10 год
Модульна контрольна робота - 1 год
Усього - 96 год.
Екзамен

2. Процесори та системні плати
Історія мікропроцесорів до появи ПК
15 листопада 1971 року (41 рік назад) з'явився перший мікропроцесор
Квітень 1972 року Intel випустила процесор 8008.
Квітень 1974 року була анонсована наступна модель процесора 8080.
Липень 1976 року компанія (Zilog) випустила процесор Z-80
Березень 1976 року - Компанія Intel випустила процесор 8085
Червень 1978 року Intel випустила процесор 8086
1985 рік – перехід від 16-розрядної внутрішньої архітектури процесора 286 і більше ранніх версій до 32-розрядної внутрішньої архітектури 386-го й наступних процесорів
1994 рік - була анонсована архітектура IA-64
1995 рік – поява операційних систем Windows 95 і Windows NT
2001 рік - випущений процесор Itanium, що підтримує архітектуру IA-64
Квітень 2005 року - Microsoft початку поширювати пробну версію Windows XP Professional x64 Edition

Параметри процесорів
Швидкодія процесора виміряється в мегагерцах (МГц)
Розрядність процесора
шина уведення й виводу даних;
шина адреси пам'яті;
внутрішні регістри.

Шина даних, представляє набір з'єднань (або виводів) для передачі або прийому даних.
Шина адресів являє собою набір провідників; по них передається адреса комірки пам'яті, у яку або з якої пересилаються дані.
Розрядність внутрішніх регістрів - кількість битів даних, які може обробити процесор за один прийом, характеризується.

Режими процесора
Реальний режим ( 16-розрядне програмне забезпечення).
Режим IA-32:
захищений режим ( 32-розрядне програмне забезпечення);
віртуальний реальний режим ( 16-розрядне програмне забезпечення в 32-розрядному середовищі).
Розширений 64-розрядний режим IA-32e 6 (також називається AMD64, x 86-64 і EM64T):
64-розрядний режим ( 64-розрядне програмне забезпечення);
режим сумісності ( 32-розрядне програмне забезпечення).

Таблиця 3.6. Режими процесора
Таблиця 3.6. Режими процесора

Реальний режим
Шістнадцятирозрядний режим,
(процесори 8088 і 286, 16-розрядні команди, 20-розрядні адреси, архітектура пам'яті, розрахована на ємність до 1 Мбайт.)
однозадачний
відсутність захисту для запобігання перезапису комірок пам'яті однієї програми або навіть операційної системи іншою програмою

Режим IA-32 (32-розрядний)
Новий режим називався захищеним, тому що виконувані в ньому програми захищені від перезапису своїх областей пам'яті іншими програмами.
Віртуальний реальний режим IA-32
Для зворотної сумісності 32-розрядна система Windows використовує третій режим у процесорі — віртуальний реальний режим. По суті, це режим виконання 16-розрядного середовища (реальний режим), реалізований усередині 32-розрядного захищеного режиму (тобто віртуально, а не реально).

64-розрядний розширений режим IA-32e (AMD64, x 86-64, EM64T)
Цей режим є розширенням архітектури IA-32, розробленим компанією AMD і надалі підтриманим Intel. Процесори, що підтримують 64-розрядні розширення, можуть працювати в реальному режимі (8086), режимі IA-32 або IA-32e.

64-розрядний режим
64-розрядна лінійна адресація пам'яті.
Підтримка фізичної пам'яті обсягом більше 4 Гбайт (певні обмеження накладаються процесором).
Вісім нових регістрів загального призначення GPR ( general-purpose register).
Вісім нових регістрів для потокових розширень SIMD (MMX, SSE, SSE2 і SSE3).
64-розрядні регістри GPR і покажчики інструкцій.
Існують дві 64-розрядні версії Windows.
Windows XP 64-bit Edition for Itanium.
Windows XP Professional x64 Edition.

Режим сумісності IE-32e
дозволяє запускати 32- і 16-розрядні додатки під керуванням 64-розрядної операційної системи
режим сумісності активізується операційною системою для окремих додатків, завдяки чому стає можливим одночасне виконання 64- і 32-розрядних додатків

Таблиця 3.7. Порівняння 32- і 64-розрядної версій Windows XP
Таблиця 3.7. Порівняння 32- і 64-розрядної версій Windows XP

Швидкодія процесора
Період тактової частоти (такт) - найменша одиниця виміру часу (квант) для процесора як логічного пристрою.

Порівняння
8086 і 8088. У цих процесорах на виконання однієї команди йде приблизно 12 тактів.
286 і 386. Ці процесори зменшили час на виконання команд приблизно до 4,5 тактів.
Процесор 486 і більшість Intel-Сумісних процесорів четвертого покоління, таких, як AMD 5x86, зменшили цей параметр до 2 тактів.
Серія Pentium, K6. Архітектура процесорів Pentium і інших Intel-Сумісних процесорів п'ятого покоління, створених в AMD і Cyrix, що включає в себе подвійні конвеєри команд та інші вдосконалення, забезпечила виконання однієї або двох команд за 1 такт.
Pentium Pro, Pentium II/III/4Celeron і Athlon/Athlon XP/Duron. Процесори шостого й сьомого поколінь, створені компаніями AMD і Cyrix, дозволяють виконати, як мінімум, три команди за кожний такт.

Індекс iCOMP 2.0

Індекси iCOMP 3.0 для процесорів Intel
Таблиця 3.9. Індекси iCOMP 3.0 для процесорів Intel

Еталонні тести BAPCo SYSmark 2002 і BAPCo SYSmark 2004

Рейтинги SYSmark 2004 для різних процесорів

Тактова частота процесора й системної плати

400

Розгін процесора

Кеш-пам'ять
Це швидкодіючий буфер пам'яті, що використовується для тимчасового зберігання даних, які можуть знадобитися процесору.
Промах кеша (cache miss)
Рівні кеш-пам’яті L1, L2, L3.

Організація роботи кеш-пам'яті
ОЗУ тегів
рядок пам'яті кеша має відповідний адресний тег, який зберігає адресу даних основної пам'яті, скопійованих у сучасний момент часу в окремий рядок кеша.
Метод асоціативного відображення
(дані з певної адреси основної пам'яті )
Метод множинно-асоціативного відображення

Дво сторінковий множинно-асоціативний кеш,
Чотири сторінковий множинно -асоціативний кеш
n-сторінковий множинно - асоціативний кеш
кеш-пам'ять двох рівнів забезпечує взаємодію між швидким центральним процесором і більше повільною оперативною пам'яттю, а також дозволяє мінімізувати періоди очікування, що виникають при обробці даних.

Функції процесора
SMM (System Management Mode )
Суперскалярне виконання - технологія одночасного виконання декількох команд
Технологія MMX
Технологія SIMD (Single Instruction — Multiple Data)
Інструкції SSE (Streaming SIMD Extensions ), SSE2 і SSE3
Технологія 3Dnow

Технологія Hyper-Threading
дозволяє одному процесору одночасно обробляти два незалежних потоки команд.
Інакше кажучи, HT перетворює один фізичний процесор у два віртуальних.

Таблиця 3.17. Минуле, сьогодення й майбутнє напівпровідникових технологій
Таблиця 3.17. Минуле, сьогодення й майбутнє напівпровідникових технологій

Корпус PGA
PGA - SPGA (Staggered Pin Grid Array )

Socket 1 Socket 2 Socket 3 Socket 6

Гнізда для процесорів Pentium і Pentium Pro

Співпроцесори
виконують операції із плаваючою комою, які зажадали б від основного процесора більших витрат машинного часу.
Виграш можна одержати тільки при виконанні програм, написаних з розрахунком на використання співпроцесора.
Співпроцесори виконують такі складні операції, як розподіл довгих операндов, обчислення тригонометричних функцій, добування квадратного кореня й знаходження логарифма, в 10-100 разів швидше основного процесора.

Співпроцесори
Співпроцесори

Помилки процесора Pentium
Floating Point Unit - FPU процесора Pentium.
962 306 957 033 / 11 010 046 = 87 4 02,62 82 02 7341 (правильна відповідь)
962 306 957 033 / 11 010 046 = 87 3 99,5 80583132 9 (дефектний процесор Pentium)
Помилки, пов'язані з керуванням живленням

Пам'ять ОЗУ, BIOS
Оперативна пам'ять — це робоча область для процесора комп'ютера.
ROM (Read Only Memory). Постійний запам'ятовувальний пристрій - ПЗУ, не здатне виконувати операцію запису даних.
DRAM (Dynamic Random Access Memory). Динамічний запам'ятовувальний пристрій з довільним порядком вибірки.
SRAM (Static RAM). Статична оперативна пам'ять.

EDO (Extended Data Out) - це вдосконалений тип FPM; його іноді називають Hyper Page Mode.
SDRAM (Synchronous DRAM - синхронна DRAM)

Помилки пам'яті
альфа-частинки;
перепони в енергоспоживанні або шум на лінії;
використання невірного типу або параметра швидкодії пам'яті ;
Радіочастотна інтерференція ;
Статичні розряди;
Помилки синхронізації;
Тепловиділення

Методи відмовошвидкості
контроль парності;
коди корекції помилок (ECC).
Таблиця 5.1. Ідентифікаційні номери мікросхем пам'яті ROM

Логічна організація пам'яті
основна пам'ять (Conventional Memory);
верхня пам'ять (Upper Memory Area - UMA);
область верхніх адрес ( High Memory Area - HMA);
додаткова пам'ять (eXtended Memory Specification - XMS);
розширена пам'ять (Expanded Memory Specification - EMS); є застарілим різновидом (даний тип пам'яті також називають відображуваною пам'яттю);
відеопам'ять (Video RAM Memory); розташована в області верхньої пам'яті;
область ROM адаптерів і RAM спеціального призначення; розташована в області верхньої пам'яті;
ROM BIOS; також розташована в області верхньої пам'яті.

BIOS
базова система висновку-виводу-вводу-виводу.
BIOS у ПК звичайно можна знайти в наступних компонентах системи:
ПЗУ системної плати;
ПЗУ плати адаптера (наприклад, відеоадаптера);
дані на диску, що завантажуються в ОЗУ (драйвери пристроїв).

BIOS, як правило, установлюється на наступних платах:
відеоадаптери — завжди мають власну мікросхему BIOS;
адаптери SCSI — зверніть увагу, що ця BIOS не підтримує всі пристрої SCSI, тобто з диска необхідно завантажувати додаткові драйвери для накопичувачів CD_ROM, сканерів, пристроїв Zip і інших з інтерфейсом SCSI; більшість нових адаптерів SCSI підтримують завантаження з накопичувача SCSI CD_ROM, однак при завантаженні з іншого диска або пристрою однаково знадобляться драйвери CD_ROM;

мережні адаптери — плати, що підтримують завантаження безпосередньо з файлового сервера; мають так зване завантажувальне ПЗУ або модуль IPL (Initial program load — первісне завантаження системи), які необхідні для початкової ініціалізації пристрою або нормального функціонування в бездискових робочих станціях або терміналах;
плати відновлення IDE або дисководу — для підтримки функції завантажувального пристрою при запуску системи.

Функції BIOS
POST Power On Self Test — самотестування при включенні живлення процесора, пам'яті, набору мікросхем системної логіки, відеоадаптера, контролерів диска, дисководу, клавіатури й інших життєво важливих компонентів системи.
Програма установки параметрів BIOS (Setup BIOS) — конфігурування параметрів системи. Ця програма запускається при натисканні певної клавіші (або комбінації клавіш) під час виконання процедури POST. У старих комп'ютерах на базі процесорів 286 і 386 для запуску цієї програми необхідна спеціальна дискета.
Завантажник операційної системи — підпрограма, що виконує пошук діючого основного завантажувального сектора на дискових пристроях. При виявленні сектора, що відповідає певному мінімальному критерію (його сигнатура повинна закінчуватися байтами 55AAh), виконується код початкового завантаження. Програмний код MBR продовжує процес завантаження, зчитуючи перший фізичний сектор завантажувального тому, що являє собою початок запису завантаження тому (Volume Boot Record - VBR). За допомогою запису VBR завантажується перший файл ініціалізації операційної системи, будь те IO.SYS (DOS/Windows 9x/Me) або NTLDR (Windows NT/ 2000/XP), відповідальний за керування етапом її завантаження.
BIOS — набір драйверів, призначених для взаємодії операційної системи й апаратного забезпечення при завантаженні системи. При запуску DOS або Windows у режимі захисту від збоїв використовуються драйвери пристроїв тільки з BIOS.

Відновлення BIOS
при установці дисководу LS_120 (SuperDisk) або Iomega Zip;
при додаванні завантажувальних пристроїв USB;
при додаванні жорстких дисків обсягом більше 8,4 або 137 Гбайт (48_розрядний режим LBA);
при додаванні жорстких дисків стандарту Ultra_DMA/33, Ultra_DMA/66 або UDMA/100 IDE;
при додаванні завантажувальних накопичувачів CD_ROM (специфікація El Torito);
при додаванні або поліпшенні підтримки Plug and Play;
при виправленні помилок, пов'язаних зі зміною системної дати в 2000 році й з високосними роками;
при виправленні відомих помилок або проблем сумісності з деякими апаратними засобами й програмним забезпеченням;
при заміні процесора;
при додаванні підтримки для системи керування режимом електроживлення (Advanced System Configuration and Power Interface — ACPI);
при додаванні/модифікації функції контролю за температурним режимом процесора або роботою вентилятора;
при установці пристроїв USB;
при реалізації технології захисту від несанкціонованого відкриття системного блоку.

Перевірка дати створення BIOS

Запуск програми Setup BIOS
AMI BIOS —
.
Phoenix BIOS (FirstBIOS Pro) —
.
Award BIOS (FirstBIOS) —
або комбінація клавіш
.
Microid Research BIOS —
.

Меню програми Setup BIOS

Plug and Play BIOS
Компоненти
Plug and Play BIOS;
Extended System Configuration Data (ESCD);
операційна система Plug and Play.

При запуску комп'ютера (під час виконання процедури POST) Plug and Play BIOS здійснює ряд операцій
1. Відключає всі конфигурируемые пристрою.
2. Ідентифікує всі пристрої Plug and Play.
3. Створює таблицю ресурсів пристроїв.
4. Активізує пристрою уведення-виводу.
5. Виконує сканування ROM-пам'яті пристроїв ISA.
6. Конфігурує завантажувальні пристрої.
7. Активізує пристрою ISA Plug and Play.
8. Запускає завантажник системи.

Інтерфейси
IDE (Integrated Drive Electronics - убудований інтерфейс накопичувачів)
Основна функція контролера накопичувача, або інтерфейсу, - передача даних із системи в накопичувач і назад.
Parallel ATA (PATA)
Serial ATA (SATA)

Інтерфейси жорстких дисків

На даний момент розглянуті й затверджені наступні стандарти ATA
ATA-1 (1988-1994 р.); ATA-2 (1996 г., також називається Fast_ATA, Fast_ATA_2 або EIDE);
ATA-3 (1997 г.);
ATA-4 (1998 г., також називається Ultra_ATA/33);
ATA-5 (1999 г., також називається Ultra_ATA/66);
ATA-6 (2000 г., також називається Ultra_ATA/100);
ATA-7 (2001 г., також називається Ultra_ATA/133 або SATA);
ATA-8 (SATA II).

Відео-карти та пристрої мультимедіа
Компоненти системи відображення комп'ютера :
монітор (дисплея); відеоадаптер (називаного також відеоплатою або графічною платою).

Критерії вибору монітора
розмір екрана;
розв'язна здатність;
крок крапки (розмір пикселя); яскравість і контрастність зображення (жидкокристаллические монітори);
енергоспоживання й безпека;
частота розгорнення по вертикалі й горизонталі;
засоби керування;
умови експлуатації (висвітлення, розмір, вага).

Відеоадаптери
MDA (Monochrome Display Adapter)
HGC (Hercules Graphics Card)
CGA (Color Graphics Adapter)
EGA (Enhanced Graphics Adapter)
VGA (Video Graphics Array)
SVGA (Super VGA)
XGA (eXtended Graphics Array)
UGA (Ultra Video Graphics Array)

Компоненти відеосистеми
BIOS (Basic Input/Output System - базова система уведення_виводу);
графічний процесор, іноді називаний набором мікросхем системної логіки відеоадаптера;
відеопам'ять;
цифроаналоговый перетворювач, він же DAC (Digital to Analog Converter).
роз’єм;
відеодрайвер.

Обчислення необхідного обсягу відеопам'яті
1 024× ×768 = 786 432 пикселя ×× 24 біт/пиксель = 18 874 368 біт = 2 359 296 байт = 2,25 Мбайт

Мережне устаткування
Широкосмуговий доступ до Інтернету
ISDN;
кабельний модем;
бездротовий радіозв'язок;
DSL; супутниковий зв'язок;
орендовані виділені лінії зв'язку.

Типова комбінована оптико-коаксіальна кабельна система із двостороннім кабельним модемом

Технологія DSL
(Digital Subscriber Line)

DirecWAY і StarBand

Мережа ISDN

Порівняння високошвидкісних засобів доступу до Інтернету