все лабы. Все лабы. Лабораторная работа 1 1 Цель работы
 Скачать 0.74 Mb.
|
7.2.1 Выбор оптимального варианта делового ПК всегда сопряжен с решением вопроса об экономном расходовании денежных средств. Пользователь должен найти приемлемое сочетание между расходами и комплектом приобретаемых функциональных устройств ПК. Решение данного вопроса напрямую зависит от рационального конфигурирования ПК.Под конфигурацией [Configuration] ПК понимают тот минимальный набор функциональных устройств и системных ресурсов, которые обеспечивают решение определенных задач и набор качеств которых доступен восприятию непрофессионального пользователя. Из определения следует, что на выбор конкретного типа и состава ПК при его приобретении оказывает влияние тот класс задач, которые предстоит решать с его помощью. В то же время, в процессе эксплуатации ПК может возникнуть потребность изменить его конфигурацию при смене класса решаемых задач или профиля его использования. В этом случае модульность и магистральность построения ПК обеспечат желаемую модернизацию (реконфигурацию) с минимальными затратами. Понятие “конфигурация” охватывает средства (компоненты) двух видов: аппаратные и программные с необходимым набором их характеристик, параметров и назначений. Последние называются также средствами программного обеспечения. 7.2.2 К аппаратным средствам относятся: а) центральный процессор (тип микропроцессора, его тактовая частота, длина машинного слова, наличие средств поддержки сопроцессора с плавающей точкой или самого сопроцессора, разрядность представления чисел в формах FIXED и FLOAT); б) внутренняя память, состоящая из двух типов запоминающих устройств – оперативного (ОЗУ или RAM) и постоянного (ПЗУ или ROM) (емкость области стандартного ОЗУ и емкость области расширенного ОЗУ, наличие зарезервированной памяти); в) системная магистраль (синоним – шина) – ее типы и количество слотов расширения каждого типа; г) внешняя память, которая представлена накопителями на гибких и жестких магнитных дисках (НГМД или FDD, НЖМД или HDD), на лазерных (оптических) дисках (количество устройств и их типы, поддерживаемая емкость носителя информации, быстродействие – скорость чтения/записи, количество логических дисков на каждом ЖМД и пр.); д) периферийные устройства ввода информации – клавиатура, манипуляторы типа “мышь” и джойстик, сканер (типы, режимы работы и пр.); е) периферийные устройства вывода информации – монитор с видеоадаптером, принтер, графопостроитель (типы, режимы работы, разрешающая способность, быстродействие и пр.); ж) средства для реализации аппаратных прерываний – контроллер аппаратных прерываний (количество физических входов для подключения ПУ, приоритеты обслуживаемых ПУ); з) средства для реализации прямого доступа к памяти – контроллер прямого доступа к памяти (количество физических входов, обслуживаемые устройства); и) параллельные и последовательные порты ввода/вывода для подклю-чения стандартных ПУ (типы, количество, адреса, скорость обмена информа-цией, и пр.). 7.2.3 К программным средствам относятся: а) операционная система (тип – MS-DOS, Windows 3x/9x/NTx, UNIX, OS/2 и др.; характеристики базовой системы ввода-вывода – BIOS). Операционная система является важнейшей частью программного обеспечения компьютера (системы), предназначенной для управления вычислительным процессом, планирования работы и ресурсов компьютера (системы), организации выполнения программ при различных режимах работы машины, облегчения общения пользователя с машиной; б) оболочка операционной системы (тип Norton Commander, DOS Navigator, Windows 3.1 и пр.), если таковая установлена; в) внешние подключаемые драйверы – управляющие программы, обеспечивающие конкретные режимы работы аппаратных средств; г) программы прерываний со своими векторами прерываний (номер прерывания, обслуживаемое устройство или режим); д) комплект программ технического обслуживания, предназначенный для уменьшения трудоемкости эксплуатации компьютера (системы). Содержит программы количественной и качественной оценки характеристик и параметров аппаратных и программных системных средств компьютера (системы), проверки работоспособности компьютера (системы) и отдельных ее устройств, определения (диагностирования) мест неисправностей (в качестве примера можно назвать Norton утилиты, утилиты MS-DOS, диагностическую программу CheckIt, утилиты Windows и пр.); е) прикладные программы, предназначенные для решения определенных классов задач (например, планово-экономических), а также для расширения функций операционных систем (управление базами данных и др.). 7.2.4 Среди аппаратных и программных можно выделить промежуточную группу аппаратно-программых средств, содержащих в своем составе аппаратно реализованные программы (команды, микрокоманды). Студентам предлагается самостоятельно выделить данную группу средств. 7.3 Формулировка задания Исследовать конфигурацию конкретного ПК с помощью диагностических программных средств, предлагаемых преподавателем или самими студентами (в инициативном порядке). При этом: а) определить набор аппаратных средств (функциональных устройств), их типы, имена, идентификаторы; б) определить набор установленных системных программных средств. Их имена, типы, идентификаторы; в) дать краткую характеристику (определение, назначение, функции и др.) аппаратным и системным средствам; г) выделить в отдельную группу компоненты конфигурации, которые можно причислить к аппаратно-программным средствам. Задание выполняется каждым студентом индивидуально. Предварительно изучаются основные принципы работы с наиболее распространенными диагностическими программными продуктами. 7.4 Порядок выполнения работы 7.4.1 Выполнятся при подготовке к работе: – в течение определенного времени (устанавливает преподаватель) освоить основные принципы пользования диагностическими программными продуктами; – повторить материал изученных ранее дисциплин, соответствующих данной и содержащих характеристики функциональных устройств и операционной системы ПК; – по справочникам и на занятиях под руководством преподавателя изучить определения и теоретический материал, являющийся дополнительным и по-этому не вошедший в теоретические курсы ни одной дисциплины. 7.4.2 Выполняется в лаборатории: – выполнить задание в объеме, установленном в разделе 3. При этом указать, какая информация и с помощью какого программного продукта полу-чена; – оформить отчет по стандартной форме. Текстовая часть должна быть выполнена в виде аналитического описания, в котором можно использовать оригинальные идентификаторы и непереводимые однозначно термины. 7.5 Методические указания по выполнению работы Вся информация по конфигурации ПК содержится в протоколах, формируемых сервисными программными продуктами, такими как: пакет Norton Utilities, Checkit (различных версий), сервисными средствами операционной системы Windows м пр.. Поэтому допускается приложить к отчету распечатки протоколов. Если при подготовке к работе было установлено, что один и тот же вид информации может быть получен с помощью различных программ, то, выполняя работу, допускается использовать любую из них, но при этом в отчете указать, какие еще программные продукты позволяют получить ту же информацию. Не исключено, что некоторые количественные оценки одного и того же параметра, получаемые с помощью разных программных продуктов, будут отличаться друг от друга. Если этот факт обнаружен при выполнении работы, то он должен быть отмечен в отчете. Основную часть отчета можно оформить по-разному: а) либо сначала привести номенклатуру функциональных устройств и системных программных продуктов, а затем дать им характеристику (аналитическое описание); б) либо последовательно описывать каждого представителя из группы функциональных устройств и из группы системных программных продуктов. Информацию о компонентах ПК можно получить при помощи различных утилит. Наименования программных средств, идентифицирующих характеристики всех компонент ПК, указаны в таблице 7.1. Кроме аппаратных средств в состав вычислительной системы входят также программные и программно-аппаратные средства. К важнейшим из таковых можно отнести: операционную систему, BIOS, драйверы основных устройств, операционную оболочку. Сведения по используемой в ПК операци-онной системе можно получить: для Windows – Мой компьютер\Свой-ства\Общие, эти же данные выдаются служебными программами, для MS-DOS - команда VER. Дату создания и фирму-изготовитель BIOS можно узнать, воспользовавшись служебными программами. Информацию об используемых драйверах устройств можно получить с помощью средств Windows (Мой компьютер\Свойства\Оборудование) и служебных программам. 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА И СОСТАВА СИСТЕМНОЙ ПЛАТЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 8.1 Цель работы Целью работы является определение типа, основных технических характеристик, производительности и диагностика исправности центрального процессора персонального компьютера, а также состава системной платы и параметров, определяемых чипсетом системной платы. 8.2 Теоретические сведения 8.2.1 Центральный процессор (ЦП или Central Processing Unit (CPU)) – блок компьютера, выполняющий арифметические и логические операции, управляющий работой всех его составных частей. ЦП персонального компьютера, как правило, содержит процессор и сопроцессор. Процессор (Processor) – основное обрабатывающее устройство, выполняющее команды ПК. Сопроцессор (Coprocessor) – специализированный процессор, дополняющий функциональные возможности основного процессора. Сопроцессоры могут быть математические (Numeric Processing Unit (NPU) или Floating Processing Unit (FPU)), логические, векторные и пр. Существует два варианта физической реализации CPU IBM PC совместимых ПК. По первому варианту CPU представлен минимум двумя микропроцессорными схемами, одна из которых выполняет функции процессора, а вторая – сопроцессора. По второму варианту CPU представлен одной микропроцессорой интегральной схемой, которой приданы свойства сопроцессора. У каждого из этих двух вариантов имеются присущие ему достоинства и недостатки (здесь они не рассматриваются). Процессоры отличаются друг от друга двумя основными характеристиками – типом (моделью) и тактовой частотой, задаваемой генератором тактовых импульсов. Определение типа процессора чаще всего начинается с сокращения, идентифицирующего изготовителя. Например: i80486DX-50 обозначает процессор типа 80486, изготовленный фирмой Intel и работающий на тактовой частоте 50 МГц. Процессоры фирмы Advanced Micro Devices обозначаются аббревиатурой AMD, а процессоры Cyrix маркируются как СХ. При запуске ПК эти буквы появляются на экране монитора перед номером типа процессора. Процессоры других изготовителей идентифицировать тяжелее. 8.2.2 Под архитектурой процессора понимается его программная модель, то есть программно – видимые свойства. Программная модель процессора – это функциональная модель, используемая программистом при разработке программ в кодах ЭВМ или на языке ассемблера. Под микроархитектурой понимается аппаратная реализация этой программной модели. Для одной и той же архитектуры разными фирмами и в разных поколениях применяются существенно различные микроархитектурные реализации, при этом, естественно, стремятся к максимальному повышению производительности (скорости исполнения программ). 8.2.3 В состав процессора входят арифметико – логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ) и группа регистров – локальная память (рисунок 8.1). Регистр процессора – разновидность оперативного запоминающего устройства, встроенного в процессор.  8.2.4 АЛУ – часть процессора, которая осуществляет арифметические и логические операции. АЛУ обеспечивает выполнение основных операций по обработке информации. Основу АЛУ составляет сумматор с последовательным переносом. Сумматор – полупроводниковая схема, используемая для сложения двоичных чисел. В одну секунду выполняются сотни тысяч или миллионы операций. Сложение, вычитание, умножение и деление – элементарные операции, выполняемые АЛУ. Полный набор таких операций называют системой команд, а схемы их реализации составляют основу АЛУ. Помимо арифметического устройства АЛУ содержит и логическое устройство, предназначенное для выполнения операций, при выполнении которых отсутствуют переносы из разряда в разряд. Эти операции называют «логическое И» и «логическое ИЛИ». В выполнении всех операций участвуют специальные регистры АЛУ (не путать с регистрами процессора). Время выполнения простейших операций определяется минимальным временем сложения двух операндов, находящихся в регистрах АЛУ. 8.2.5 УУ – формирует и подаёт на все блоки процессора в нужные моменты времени определённые сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передаёт эти адреса в соответствуюшие блоки компьютера. УУ содержит регистр команд, дешифратор команд и непосредственно управляющее устройство, в состав которого входит управляющая память. Управляющая память содержит микропрограммы всех команд для данного процессора. На управляющее устройство поступают последовательности тактового генератора, сигнал готовности от оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства или устройств ввода – вывода к приёму или передаче данных, сигнал запроса на прерывание от внешних устройств. 8.2.6 Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами: – степенью интеграции, показывающей, сколько транзисторов может уместиться в кристалле полупроводникивого материаля определенного объема; – внутренней и внешней разрядностью обрабатываемых данных – числом бит, которые CPU может одновременно обрабатывать, и числом бит, которые CPU может одновременно принимать/передавать; – тактовой частотой; – адресуемым объёмом памяти, напрямую связанным с разрядностью адресной шины, так, например, процессоры 8086 и 8088 имели 20-разрядную адресную шину и поэтому могли адресовать только 1Мб памяти (220 = 1 048 576 байт). 8.2.7 Для обеспечения совместимости ранее разработанных программ с возможностями современных аппаратных средств, процессоры последующих поколений могут работать в нескольких режимах, к ним относятся: – реальный режим; – защищенный режим; – виртуальный режим. Реальный режим соответствует возможностям CPU 8086/8088 , позволяя адресовать не более 1 Мб памяти. Чтобы обеспечить совместимость с более ранними программными продуктами, процессоры старших поколений, включая Pentium, работают под управлением операционной системы MS-DOS в реальном режиме и используют при этом, конечно, минимальные возможности процессора. Защищенный режим появился впервые в CPU 80286. В этом режиме CPU может адресовать до 16 Мбайт физической и 1 Гбайт виртуальной памяти. Если физическая память полностью загружена, то непоместившиеся данные располагаются во внешней памяти. Таким образом, процессор работает не с реальными, а с виртуальными адресами, которые управляются через специальные таблицы для того, чтобы информацию можно было найти (или снова записать). Эту память еще называют виртуальной памятью, потому что она фактически не существует. Кроме того, в защищенном режиме возможна поддержка мультизадачного режима. При этом CPU может выполнять различные программы в выделенные кванты времени, выпадающие на каждую из программ (пользователю же кажется, что программы выполняются одновременно). Виртуальный режим. Впервые, начиная с процессора 386, CPU могут эмулировать работу нескольких процессоров 8086 (максимум 256) и тем самым обеспечить многопользовательский режим таким образом, что на одном ПК могут быть запущены одновременно даже разные операционные системы. Естественно увеличивается и возможное количество выполняемых приложений. 8.2.8 Для оценки быстродействия CPU существуют различные критерии. Первый основан на измерении тактовой частоты встроенного тактового генератора (размерность МГц). Второй критерий основан на подсчете числа команд, выполняемых в одну секунду (Processor Speed). Третий критерий основан на подсчете числа операций (микрокоманд), выполняемых процессором в секунду (MIPS – Million of Instruction per Second). Четвертый основан на подсчете числа операции с плавающей точкой в секунду (MFLOPS – Million Floating – point per Second). Группа критериев позволяет получить интегральные относительные оценки быстродействия CPU с помощью эталонных тестов, которые содержит, например, CheckIt 98 или другие диагностические программные продукты. 8.2.9 Первое направление разработки CPU современных ПК основано на принципах CISC архитектуры (CISC – Complex Instruction Set Computer). Оно связано с созданием сложных развитых систем команд. Ядро системы команд состоит из набора универсальных команд, реализуемых аппаратным способом в процессоре. Кроме того, специализированные части наборов системы команд реализуются сопроцессором. Второе направление основано на принципах RISC архитектуры (RISC – Redused Instruction Set Computer), характеризующейся, наоборот, сокращенной системой команд. Работы по оптимизации системы команд и по выбору их оптимального соотношения между аппаратной и программной реализацией до сих пор продолжаются. Имеющиеся в распоряжении диагностические программные продукты не позволяют определить состав системы команд CPU, а лишь проводят анализ качества выполняемых ими основных функций. 8.2.10 CPU совместно с рядом других электронных узлов смонтирован на одной плате, получившей название “материнской” (MotherBoard) или системной (System Board) платы (общий вид материнской платы с указанием основных ее элементов приведен на рисунке 10.2), где использованы следующие обозначения: FPU – сопроцессор; DMA – контроллер прямого доступа к памяти; RAM – оперативное запоминающее устройство; ROM – постоянное запоминающее устройство; Slot – разъём; BIOS – базовая система ввода – вывода.  Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый микропроцессор, оперативная память, системная BIOS, контроллер клавиатуры, кварцевый генератор, набор вспомогательных микросхем (контроллеров), аккумулятор, разъёмы расширения и питания, разъёмы для подключения клавиатуры и манипулятора. В зависимости от типа микропроцессора на ней могут находиться специальные гнёзда для установки микросхем специализированного сопроцессора (например, математического), а также кэш – памяти. На материнской плате размещается набор микросхем (чипов), обеспечивающих согласованную работу устройств компьютера, который называется чипсетом (chipset) или системной логикой. Микросхемы впаяны в плату и поменять их нельзя. Количество чипов в наборе колеблется от одного до четырёх. Чипсет определяет основные возможности платы: типы поддерживаемых ЦП (обычно чипсет поддерживает несколько типов ЦП); поддержку многопроцессорной конфигурации; максимальную внешнюю частоту FSB (Front Side Bus); логику коммутации устройств между собой; типы основной памяти, а также максимальный её объём (чипсет поддерживает несколько типов памяти); скорости работы с каждым типом памяти, которые определяются тактовыми диаграммами; поддержку AGP (Accelerated Graphical Port) – ускоренного графического порта (необходим для современной 3D-графики) и его скоростные режимы; максимальное количество слотов шины PCI (что важно для расширяемости), её версию и режимы; тип дискового интерфейса и его скоростные режимы; поддержку AMR-портов, которые дают возможность использовать AMR-модемы и звуковые карты. Чипсет обычно состоит из двух чипов: North Bridge (NB) – северный мост, который обслуживает центральные устройства и содержит контроллеры основной памяти, AGP-шины, системной шины и шины памяти; South Bridge (SB) – южный мост, который содержит контроллеры устройств ввода – вывода и стандартных периферийных устройств. По низкоскоростной шине контроллеры SB управляют следующими устройствами: накопителем на гибких дисках (FDD), клавиатурой (KBS – Keyboard Controller), портом мыши PS/2, системными часами (RTC – Real Time Clock), коммуникационными портами (COM и LPT), шинами SMBus (используются для мониторинга). В настоящее время выделяют чипсеты с обычной и хаб – архитектурой. Характерная черта обычной архитектуры – связь мостов по шине PCI. Здесь южный мост является PCI – устройством. Это значит, что обмен между мостами ограничен пропускной способностью шины PCI. В качестве низкоскоростной шины используется ISA – шина (рисунок 8.3). Хаб – архитектура впервые появилась в конце 1999 года в чипсетах Intel i8x0. Термин «хаб» (hub) дословно означает концентратор, но здесь лучше перевести как коммутатор, то есть каждый из чипов представляет собой коммутатор и может коммутировать подключенные к нему устройства для взаимодействия их между собой без участия ЦП (рисунок 8.4). Другой важный момент – соединение мостов NB и SB не по шине PCI, а по отдельной и вдвое более скоростной специальной шине. Как известн, шина PCI разделяется между устройствами. Максимальный объём памяти является характеристикой чипсета. Для современных чипсетов он составляет 256 – 2048 Мбайт. В настоящее время 256 Мбайт с избытком хватает для существующих приложений. Характеристикой чипсета также является максимальное количество слотов – (2 – 4). Ускоренный графический порт AGP – скоростной порт для подключения графической карты по отдельной одноимённой шине AGP. Скорость обмена с графической картой важна для 3D – графики. До появления AGP – шины карта подключалась через шину PCI, которая, во-первых, в 2 – 8 раз медленнее, а во-вторых, используется другими устройствами. В процессе развития порт AGP становился более скоростным и сейчас различают режимы AGP 1х, 2х, 4х. Запись режима означает кратность скорости AGP по сравнению с режимом 1х. При этом 1х соответствует 256 Мбайт/с. Все версии совместимы снизу вверх. Максимальный поддерживаемый режим является характеристикой чипсета. Для версии 4х важно, чтобы пропускная способность шины памяти была не ниже, чем у шины AGP (1 Гбайт/с). Это очевидное требование автоматически учтено в чипсетах. |