Spis treści

1 Wprowadzenie .............................................................................................. 2

2 Model komputera ......................................................................................... 2

3 Budowa i zasada działania komputera....................................................... 3

3.1 Procesor..................................................................................................................... 4 3.1.1 Układ sterujący................................................................................................... 5 3.1.2 Arytmometr ........................................................................................................ 7 3.1.3 Rejestry procesora .............................................................................................. 7 3.1.4 Architektury procesorów.................................................................................... 8 3.1.5 Parametry procesorów........................................................................................ 8

3.2 Organizacja pamięci wewnętrznej w komputerze ................................................ 9 3.2.1 Rejestry............................................................................................................. 10 3.2.2 Pamięć operacyjna............................................................................................ 11 3.2.3 Pamięć ROM.................................................................................................... 13

3.3 Płyta główna............................................................................................................ 14 3.3.1 Magistrale rozszerzające .................................................................................. 15

3.4 Układy wejścia/wyjścia .......................................................................................... 19 3.4.1 Interfejsy dysków twardych ............................................................................. 20 3.4.2 Kontroler dysków elastycznych ....................................................................... 23 3.4.3 Karta graficzna ................................................................................................. 23 3.4.4 Interfejs równoległy ......................................................................................... 24 3.4.5 Interfejs szeregowy .......................................................................................... 24 3.4.6 Interfejs USB.................................................................................................... 25 3.4.7 Interfejs Bluetooth............................................................................................ 26 3.4.8 Interfejs IrDA ................................................................................................... 27 3.4.9 Interfejs IEEE-1394.......................................................................................... 29 3.4.10 Interfejs WiFi ................................................................................................... 29

3.5 Urządzenia wejścia/wyjścia .................................................................................. 30 3.5.1 Klawiatura ........................................................................................................ 30 3.5.2 Monitor............................................................................................................. 31 3.5.3 Urządzenia pamięci masowej........................................................................... 33

1

1 Wprowadzenie

Komputer (ang. Computer) jedno z najpopularniejszych urządzeń obecnego wieku, to najczęściej maszyna licząca służąca do przetwarzania informacji zapisanych w formie ciągu cyfr. Dzięki swojej wielofunkcyjności stał się nieodzownym narzędziem na wielu stanowiskach pracy. Trudno dzisiaj wyobrazić sobie pracę banków, biur, uczelni, czy też nawet nowoczesnych zakładów produkcyjnych bez komputera.

2 Model komputera

Komputer zwany kiedyś elektroniczną maszyną cyfrową, bądź maszyną matematyczną powstał na podstawie abstrakcyjnego modelu komputera służącego do wykonywania algorytmów nazwanym od nazwiska jego twórcy maszyną Turinga. Maszyna Turinga składa się z nieskończenie długiej taśmy podzielonej na pola, które mogą znajdować się w jednym z N stanów. Ustawiona nad taśmą maszyna może znajdować się w jednym z M stanów. Stan maszyny może ulegać zmianie pod wpływem kombinacji stanów początkowych taśmy i maszyny. Dzięki takiemu rozwiązaniu istnieje możliwość płynnego przekazywania zmiany stanów maszyny. Pojedyncza zmiana stanu maszyny nazywa się rozkazem. Zbiór takich rozkazów zwany listą rozkazów, można traktować jako program. Właśnie to rozwiązanie zastosowane zostało przez Jonhna von Neumanna do opracowania modelu współczesnego komputera.

Rysunek 1 Model von Neumanna

W architekturze von Neumanna zwanej też architekturą Princeton (od nazwy Uniwersytetu w którym Neumann był profesorem matematyki) można wyróżnić trzy podstawowe elementy składowe: procesor CPU (ang. Central Processing Unit), pamięć (ang. Memory) i urządzenia wejścia wyjścia I/O (ang. Input/Output). Całość połączona jest ze sobą

2

układami sterującymi przepływem informacji zwanymi magistralą systemową. W rozwiązaniu tym dane i programy umieszczane są w tej samej przestrzeni adresowej pamięci. Ogólny schemat modelu został przestawiony na rysunku 1. Rozwiązanie to funkcjonowało przez wiele lat, jednak okazało się że ma ono istotną wadę, spowalniającą pracę procesora. Wadą tą jest konieczność rozdziału strumienia binarnych danych, jakiej musi dokonywać sam procesor na kod programu i dane do przetwarzania. Wady tej pozbawiona jest architektura Harvard przedstawiona na rysunku 2 w której pamięć została podzielona na dwa obszary: pamięć danych i pamięć programu. Pamięć danych została zorganizowana jako słowa 8-bitowe, natomiast pamięć programu jako słowo 14-bitowe. Rozwiązanie to umożliwiło zmniejszenie liczby wykonywanych instrukcji procesora, przy jednoczesnym zmniejszenie czasu ich wykonywania. Wszystkie instrukcje mieszczą się w jednym słowie pamięci i nie jest potrzebny dodatkowy cykl odczytu związany z pobraniem argumentów rozkazu. Współczesnym odpowiednikiem tego rozwiązania jest podział pamięci podręcznej na cache

instrukcji i cache danych.

Rysunek 2 Model Harvard

3 Budowa i zasada działania komputera

Współczesny komputer jest urządzeniem, którego głównym zadaniem jest wykonywanie programów. Każdy program składa się z ciągu zrozumiałych dla komputera rozkazów wykonywanych zgodnie z określonym algorytmem. Programy te mają za zadanie przetwarzanie dostarczonych komputerowi danych. Przetwarzanie danych odbywa się w procesorze a uczestniczą w nim trzy podstawowe moduły komputera (procesor, pamięć, wejście-wyjście) komunikując się ze sobą. Komunikacja możliwa jest za pomocą sieci połączeń zwanych magistralą. W magistrali składającej się z szeregu przewodzących linii (ścieżek) można wyróżnić ich trzy grupy zwane szynami:

3

− szyna danych – poprzez którą przemieszczają się dane między modułami; − szyna adresowa – służąca do przesyłania informacji o adresach umiejscowienia

danych; − szyna sterowania - pozwalająca przesyłać informacje sterujące wszystkimi

urządzeniami jednostki centralnej.

Rysunek 3 Schemat połączeń

3.1 Procesor

Podstawowym elementem każdego z wyżej wymienionych modeli jest procesor (ang. Processor) zaś jego elementami składowymi są: jednostka sterująca IPU (ang. Instruction Processing Unit), jednostka arytmetyczno- logiczna ALU (ang. Arithmetic-Logic Unit), zespół rejestrów uniwersalnych (ang. Register File lub Register Bank). Zespół rejestrów i ALU tworzą układ operacyjny (ang. Datapath) procesora zwany wykonawczym. W przypadku komputera osobistego PC Procesor jest wykonany jako jeden układ scalony i nosi nazwę mikroprocesora. Wszystkie bloki procesora połączone są szyną wewnętrzną procesora, służącą do przesyłania danych i adresów. Zadaniem procesora jest przetwarzanie informacji wykonując na niej operacje elementarne zwane instrukcjami bądź rozkazami. Zbiór elementarnych operacji, jakie są możliwe do wykonania na danym procesorze określone są przez jego cechy konstrukcyjne. Natomiast zbiór wybranych operacji służących do przetwarzania danych przez procesor nazywany jest programem (ang. Program) składa się on z ciągu rozkazów maszynowych wykonywanych według określonej kolejności. Każdy rozkaz maszynowy ma własny kod w postaci liczby binarnej zapisanej w pamięci rozkazów. W zależności od tego czy procesor pobiera informację z pamięci rozkazów czy z pamięci danych traktuje ją jako rozkaz bądź daną do przetworzenia. Każdy mikroprocesor składa się z podobnych elementów, zwykle są to:

4

− układ sterujący i synchronizujący; − arytmometr; − rejestry.

3.1.1 Układ sterujący

Układy sterujące jest odpowiedzialny za dostarczenie do układu operacyjnego z pamięci niezbędnych danych do obliczeń. Odpowiada też za przekazywanie wyników obliczeń realizowanych w arytmometrze z powrotem do pamięci (rejestrów), jak i za właściwą kolejność ich przetwarzania. Rozkazy i dane przekazywane są do procesora za pomocą szyny danych. Podczas wykonywania instrukcji przez procesor da się wyróżnić różne fazy (takty) do najważniejszych z nich zaliczyć można:

− FETCH - pobranie instrukcji; − DECODE - dekodowanie obrazu binarnego instrukcji; − READ - odczyt argumentów instrukcji z rejestrów procesora lub z hierarchii pamięci; − EXECUTE - wykonanie operacji arytmetycznej lub logicznej; − WRITE - zapis wyniku do rejestru lub pamięci.

Rysunek 4 Organizacja procesora 8080

Przetwarzanie jednego rozkazu nazywa się cyklem rozkazu, zwykle składa się on z dwóch etapów:

− cykl pobierania – etap w którym procesor pobiera rozkaz z pamięci i umieszcza go w rejestrze rozkazu IR (ang. Instruction Register). Informację o wykonaniu tego zapisana zostaje w liczniku rozkazów PC (ang. Program Counter) zawierającym adres komórki pamięci, z umieszczonym w niej rozkazem, który ma być w danej chwili wykonany. Cykl pobierania kończy się zwiększeniem zawartość licznika o 1;

− cykl wykonania – etap w którym procesor interpretuje zawarty w rejestrze rozkazu kod binarny i zgodnie z jego treścią wykonuje określone działanie.

5

Współczesne procesory w których zastosowano flow/pipelining umożliwiają wykonywanie obu cykli jednocześnie. Dzięki temu podczas wykonywania jednego rozkazu pobierany jest jednocześnie kolejny. Pozwala to na dwukrotny wzrost prędkości pracy procesora. Każdy procesor ma swój zbiór rozkazów, które mogą być przez niego wykonane. Zbiór ten zwany jest listą rozkazów procesora.

Cykl pracy procesora może być zatrzymany na skutek wymuszonego działania zwanego przerwaniem (ang. Interrupt). Przerwanie to sygnał powodujący zmianę przepływu sterowania, niezależnie od aktualnie wykonywanego programu. Z chwila pojawienia się przerwania procesor przechodzi do wykonania kodu procedury obsługi przerwań (ang. Interrupt handler) zapisanej w wektorze przerwań. Rozróżnia się trzy grupy przerwań:

− zewnętrzne – pochodzące od urządzeń wejścia-wyjścia; − wewnętrzne – pochodzące od procesora (niepowodzenie, pułapka, aborts); − programowe – pochodzące od systemu operacyjnego.

Działanie procesora obejmuje jego przechodzenie pomiędzy kolejnymi stanami podczas których realizowane są określone zadania. Przykładowy graf stanów cyklu rozkazowego procesora przedstawiony został poniżej1.

Rysunek 5 Graf stanów cyklu rozkazu

Jak widać obejmuje on :

− określenie adresu następnego rozkazu, który ma być wykonany; − wczytanie rozkazu z pamięci; − przetworzenie rozkazu mającego na celu określenie rodzaju operacji; − określenie adresu argumentu w przypadku argumentu znajdującego się w pamięci, bądź

urządzeniu wejścia-wyjścia; − pobranie argumentu z pamięci bądź urządzenia wejścia-wyjścia; − wykonanie operacji określonej w rozkazie; 1 W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego

6

− zapisanie argumentu; − sprawdzenie czy wystąpiło przerwanie; − wykonanie przerwania.

3.1.2 Arytmometr

Arytmometr, zwany także jednostką arytmetyczno-logiczną ALU (ang. Arithmetic-Logic Unit) stanowi część składową procesora, w której wykonywane są proste operacje arytmetyczne oraz logiczne na liczbach binarnych pobieranych z pamięci operacyjnej. Elementami składowymi arytmometru w procesorze są:

− sumator – wykonujący operację dodawania oraz pozostałe operacje arytmetyczne przez sprowadzanie ich do dodawań i prostych operacji pomocniczych takich, jak przesunięcie liczby, przekształcenie z systemu zwykłego w system negacji lub uzupełnień;

− rejestry, w których przechowuje się liczby na czas wykonywania operacji oraz wyniki obliczeń;

− koprocesor FPU (ang. Floating Point Unit) jest to specjalny układ do wykonywania operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych;

− układ sterowania, który kieruje pracą sumatora i rejestrów, wymianą danych między rejestrami i innymi urządzeniami procesora.

3.1.3 Rejestry procesora

Rejestry procesora są to komórki pamięci, które pozwalają na zapamiętywanie przetwarzanych danych oraz sterowanie procesorem. Procesor 8080 posiada 8-bitowe rejestry. Procesor Pentium zaś 32-bitowe, zawierające w sobie rejestry wcześniejszych rozwiązań procesorów w tym również 8080. Podstawowymi rejestrami procesora są:

Jednostka całkowitoliczbowa

− 32 – bitowe rejestry ogólnego przeznaczenia ( EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI); − 16 – bitowe rejestry segmentów (CS, SS, DS, ES, FS, GS); − 32 – bitowe rejestry znaczników EFLAGS; (stanu, sterujące, systemowe); − 32 – bitowy wskaźnik rozkazów EIP (wskazujący adres względem początku segmentu

programu).

Jednostka zmiennopozycyjna

− 80 –bitowe rejestry numeryczne; − 16 – bitowy rejestr sterowania; − 16 – bitowy rejestr stanu; − 16 – bitowy rejestr słowo wyróżników; − 48 – bitowy rejestr wskaźnik rozkazu; − 48 – bitowy rejestr wskaźnik danych.

7

3.1.4 Architektury procesorów

Wszystkie komputery z uwagi na listy instrukcji możemy zakwalifikować do jednej z dwóch architektur:

− CISC (ang. Complex Instruction Set Computers); − RISC (ang. Reduced Instruction Set Computers).

Architektura procesora CISC charakteryzuje się następującymi cechami:

− duża liczba rozkazów (instrukcji); − mała optymalizacja - niektóre rozkazy potrzebują dużej ilości cykli procesora do

wykonania; − występowanie złożonych, specjalistycznych rozkazów; − duża ilość trybów adresowania; − do pamięci może się odwoływać bezpośrednio duża liczba rozkazów; − duża częstotliwość taktowania procesora.

Przedstawicielem takiego rozwiązania może być: x86, Pentium.

Architektura procesora RISC oparta na zredukowanej liście instrukcji, charakteryzuje się następującymi cechami:

− komputer zbudowany jest zgodnie z architekturą harwardzką; − procesor wykorzystuje przetwarzanie potokowe (ang. Pipeling); − mała ilość rozkazów do kilkudziesięciu; − prosty tryb adresowania tryb adresowania; − ograniczona komunikacji pomiędzy procesorem a pamięcią operacyjną; − duża ilość rejestrów; − wszystkie rozkazy wykonywane są w jednym cyklu maszynowym.

Przedstawicielem takiego rozwiązania może być: PowerPC.

Najlepszym rozwiązaniem na dzień dzisiejszy jest połączenie tych dwóch cech, udało się to firmie Intel, której najnowsze rozwiązania procesorów z punktu widzenia programisty spełniają oczekiwania stawiane procesorom typu CISC, a ich budowa oparty jest o zasadę budowy procesorów RISC.

3.1.5 Parametry procesorów

Decydującymi czynnikami procesora wpływającymi na wydajność pracy komputera są:

− pierwotna częstotliwość zegara – oznaczająca szybkość wykonywania instrukcji; − rozmiar dostępnych rejestrów – oznaczająca wielkość dostępnej pamięci w rejestrach

komputera;

8

− szerokość szyny adresowej – określona jest przez ilość linii i obecnie wynosi (16, 32, 64), określa ona jednocześnie ilość bitów jaka może być przesyłana jednocześnie;

− przestrzeń adresowa pamięci – jest to wielkość pamięci jaka może być obsługiwana przez procesor;

− pamięć podręczna – to pamięć procesora pośrednicząca w wymianie danych pomiędzy rejestrami procesora, a pamięcią operacyjną komputera.

Tabela 1 Parametry wybranych procesorów

Częstotliwość zegara

Rozmiar dostępnych rejestrów

Szerokość szyny adresowej

Przestrzeń adresowa pamięci

Pamięć L1/L2/L3 Procesor

MHz bit bit kB8086 8 16 20 1 MB - 80286 12,5 16 24 16 MB -

80386 16 - 40 32 32 4 GB

80486 25 - 120 32 32 4 GB 8

Pentium III 233 - 1400 128 32 4 GB 16/256

Pentium 4 1300 - 3200 128 64 ~1 EB 8/512/2048

Główni producenci współczesnych procesorów to:

− Intel (8086, 286, 386, 486, Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, Pentium 4, Xeon, Itanium);

− AMD (Athlon, Duron, Athlon XP, Athlon MP, Sempron, Athlon 64, Opteron); − Motorola (68000, 68008, 68010, 68012, 68020, 68030, 68040, 68060); − Apple/IBM/Motorola (PowerPC G3, G4, G5)

3.2 Organizacja pamięci wewnętrznej w komputerze

Pamięć stanowi ważny element każdego komputera, którego celem jest gromadzenie i przechowywanie danych. Należy ona zarazem do najbardziej rozpowszechnionych elementów składowych każdego systemu komputerowego, występuje zarówno bezpośrednio w procesorze w postaci rejestrów, jak i większości urządzeń wejścia-wyjścia. Najpopularniejszy rodzajem pamięci obok rejestrów jest RAM, ROM, dysk twardy, płyty CD/DVD, pamięć elektroniczna, itd. Z uwagi na trwałość przechowywanych danych możemy wyróżnić:

− pamięć ulotną – rodzaj pamięci w której dane przechowywane są tak długo jak długo podtrzymywane jest jej zasilanie; − pamięć nieulotną – to taka pamięć w której dane przechowywane są nawet po odłączeniu od niej zasilania.

W zależność od możliwości zapisu nośniki pamięć komputerowej można podzielić na:

9

− tylko do odczytu; − jednokrotnego zapisu; − wielokrotnego zapisu.

Z uwagi na rodzaj nośnika możemy podzielić nośniki na:

− elektroniczne; − optyczne; − magnetyczne; − papierowe/z tworzywa.

3.2.1 Rejestry

Rejestr jest to układ komórek pamięci zbudowanych z zespołu przerzutników, zlokalizowanych w procesorze. Do rejestru można zapisać a później odczytać ciąg cyfr binarnych zgrupowanych w słowo maszynowe. W każdej komórce rejestru zapisywany jest jeden bit informacji odpowiadający wartość 0 lub 1. W zależności od rozwiązania w procesorach występują różne ilość rejestrów (patrz tabela 1), określają one długość słowa maszynowego danego procesora. Przykładowo w procesorze 8086 wyposażonym w 16 rejestrów można było zapisać 216 (65536) stanów informacji, zaś w procesorze Pentium III w którym jest 128 rejestrów 2128 kombinacji zer i jedynek.

Najczęściej możemy spotkać się z rejestrami zbudowanymi w postaci układu cyfrowego. Mogą być one wykonane jako rejestr równoległy przedstawione na rysunku 6, gwarantujący swobodny dostęp do komórek z danymi, bądź rejestr przesuwny widoczne na rysunku 7, zapewniający dostęp szeregowy (cykliczny). Rejestry mogą też być używane w innych urządzeniach komputera.

Rysunek 6 4-bitowy rejestr równoległy

10

Rysunek 7 4-bitowy rejestr przesuwający

3.2.2 Pamięć operacyjna

Pamięć operacyjna komputera RAM (ang. Random Access Memory), zwana roboczą, jest podstawowym rodzajem pamięci cyfrowej w której przechowywane są aktualnie realizowane programy oraz ich zasoby. Charakteryzuje się ona swobodnym dostępem do jej dowolnej komórki pamięci oraz tym, że z chwilą zaniku napięcia zasilania następuje wyzerowanie jej zasobów. Jak z tego wynika zapewnia ona łatwe odczytywanie i zapisywanie do niej danych. Zmiany te realizowane są za pomocą sygnałów elektrycznych. Dzięki jej właściwościom znalazła ona szerokie zastosowanie, nie tylko jako pamięć główna, ale też jako niezbędna pamięć w różnego rodzaju urządzeniach.

Biorąc pod uwagę zasadę działania można wyróżnić następujące rozwiązania:

− pamięć statyczną – SRAM; − pamięć dynamiczną – DRAM

Pamięć statyczna SRAM (ang. Static Random Acces Memory) – jest to pamięć półprzewodnikowa, zbudowana na tranzystorach, dlatego też nie wymaga odświeżania. Charakteryzuje się bardzo krótkim czasem dostępu rzędu 2 ns. Może współpracować z szyną o częstotliwości 500 i więcej MHz. Z uwagi na jej duży koszt, jak i znaczne rozmiary nie znalazła zastosowania jako pamięć operacyjna, znalazła jednak zastosowanie jako pamięć podręczna (ang. Cache Memory)

Drugi rodzaj pamięci z uwagi na jej niski koszt wytwarzania stał się podstawowym rodzajem pamięci wykorzystywanej jako pamięć operacyjna. Z uwagi na technologię jaką zastosowano do jej wytworzenia pamięć RAM może być wykonana jako układ elektroniczny w którym pod wpływem sygnału elektrycznego następuje zmiana naładowania kondensatora. Ten rodzaj pamięci to DRAM (ang. Dynamic Random Access Memory). Drugim rodzajem najczęściej stosowanej pamięci jest pamięć oparta na zmianie stanu przerzutnika bistabilnego zwana SRAM (ang. Static Random Aaccess Memory). Innymi rzadziej jak na razie stosowanymi rodzajami pamięci operacyjnej jest pamięci oparte na przechodzeniu z fazy punktów nośnika z krystalicznej na amorficzną i na odwrót za pomocą podgrzewania impulsami elektrycznymi, czy też wykorzystanie zjawisk zachodzących w urządzeniach mikroelektromechanicznych, lub nanorurkach.

Pamięć DRAM działa w ten sposób, że naładowana pojedyncza komórka gromadzi informację równoznaczną z 1 bitem danych. Z uwagi na to, że komórka ta jest wykonana z kondensatora następuje jego szybkie rozładowanie. Zmusza to do zastosowania mechanizmu

11

odświeżania. Dzieje się to poprzez ponowne doładowanie komórki o określonym adresie. Charakterystycznymi parametrami takiej pamięci jest jej pojemność oraz czas dostępu, który decyduje o szybkości jej działania. Dużą szybkość działania można osiągnąć poprzez

Rysunek 8 Adresowanie komórki pamięci DRAM

odpowiedni mechanizm adresowania. Oparty jest on na multipleksowanej szynie danych. Proces adresowania odbywa się w następujący sposób. Najpierw wybierany jest adres wiersza ROW wystawiany na szynie adresowej podczas opadania impulsu sygnału adresowania wiersza RAS (ang. Row Address Strobe) a następnie adres kolumny COL wystawiany na szynie adresowej podczas opadania impulsu sygnału adresowania kolumny CAS (ang. Column Address Strobe). Po ustaleniu położenia komórki może nastąpić do niej zapis zgodnie z wartością stanu logicznego sygnału zapisującego. Wśród pamięci tego typu można rozróżnić:

− PM (ang. Page Mode DRAM) – jest to pierwsza postać pamięci z dostępem stronicowym stosowana w procesorach klasy 286;

− FPM DRAM (ang. Fast Page Mode DRAM) – szybsza pamięć współpracująca z procesorami 386 i 486, obsługujących szynę o częstotliwości do 28,5 MHz.

− EDO DRAM (ang. Extended Data-Out DRAM) zwana czasami HPM DRAM (ang. Hyper Page Mode DRAM), charakteryzuje się czasem dostępu 70, 60, 50 ns. Najczęściej jest ona wykonana jako 72-stykowy moduł typu SIMM (ang. Single Inline Memory Modules). Szeroko stosowana jest z procesorem klasy 486, obsługujących szynę o częstotliwości do 40 MHz.

− BEDO DRAM (ang. Burst Extended Data-Out DRAM) – pamięć gwarantująca szybszy transfer pamięć. W związku z tym, że mogła współpracować tylko z jednym rodzajem chipsetu obecnie nie jest stosowana.

− SDRAM (ang. Synchronuous DRAM) – należy do najpopularniejszych rodzajów stosowanej pamięci, działa na zasadzie synchronizacji z magistralą i jest przygotowana do współpracy z szyną o prędkości 100 i 133 MHz. Przeznaczona jest do współpracy z procesorem Pentium II. Najczęściej wykonana jest jako 168-stykowe złącze typu DIMM (ang. Dual Inline Memory Modules) o czasie dostępu rzędu 10 ns.

12

− DDR SDRAM (ang. Double Data Rate SDRAM) - nowsza odmiana pamięci SDRAM, gwarantująca przesyłanie danych z dwa razy większą prędkością niż pamięć SDRAM, współpracuje z szyną o częstotliwości 100, 133, 266 MHz. Moduł pamięci DDR SDRAM wykonana jest jako 184-stykowe złącze typu DIMM o czasie dostępu 6 lub 7 ns. Najnowszymi rozwiązaniami tej pamięci są moduły DDR 400 i DDR 533, gwarantujących pracę w trybie dwukanałowym.

− DDR2 SDRAM – pamięć zbudowana podobnie jak pamięć DDR, jednak współpracuje z szyną o większej częstotliwości, sterowana jest niższym napięciem. Najpopularniejsze jej odmiany to DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667, DDR2-800.

− RDRAM – nazwa związana jest z nazwą firmy Rambus wprowadzająca ten nowy rodzaj pamięci, charakteryzuje się współpracą z szyną o częstotliwościach 600, 700, 800 MHz o szerokości danych 26 bitów. Jest ona wykonana jako 184 stykowe złącze typu RIMM (ang. Rambus Inline Memory Modules).

3.2.3 Pamięć ROM

Obok pamięci RAM w komputerze spotkać możemy pamięć ROM (ang. Read Only Memory). Jest to półprzewodnikowa pamięć, której zadaniem jest utrzymywanie zapisanych do niej informacji nawet po wyłączeniu komputera. Jest ona umieszczona na płycie głównej komputera. Najpopularniejsze jej rodzaje to:

− ROM – zaprogramowana na etapie produkcji pamięć, wykorzystywana do przechowywania informacji tak długo, jak długo utrzymywane jest napięcie w baterii zasilającej go;

− PROM (ang. Programmable ROM) – rodzaj pamięci, którą można zaprogramować poza etapem jej wytwarzania;

− EPROM (ang. Electrically Programmable ROM) – pamięć, którą można zaprogramować stosując odpowiednie programatory elektroniczne;

− EEPROM (ang. Erasable Electrically Programmable ROM) – pamięć przeznaczona tylko do odczytu, którą można czyścić i programować stosownie do potrzeb;

− Flash EEPROM – pamięć błyskawiczna przeznaczona tylko do odczytu, którą można czyścić i programować elektrycznie. Szybkość jej wynika z faktu, że istnieje w niej możliwość zapisywania i kasowania wielu komórek na raz.

W Pamięci ROM zapisane są informacje dotyczące wszystkich zamontowanych w komputerze urządzeń. Stanowią one zbiór podstawowych instrukcji wejścia/wyjścia BIOS (ang. Basic Input Outpust System). Podczas startu komputera wywoływana jest procedura POST (ang. Power On Self Test), której zadaniem jest przetestowanie głównych urządzeń wejścia/wyjścia. Następnie uruchamiany jest zlokalizowany w pamięci tej program ładujący (ang. Bootstrap Loader). Zadaniem jego jest wczytanie do pamięci operacyjnej i uruchomienie początkowych kodów systemu operacyjnego.

13

3.3 Płyta główna

Urządzeniem umożliwiającym połączenie wszystkich elementów składowych jest płyta główna. Zamontowane są na niej gniazda pod procesor, pamięć ROM i RAM, karty rozszerzające, gniazdo zasilające, porty połączeniowe urządzeń wyjścia/wyjścia. Płyta zawiera zwykle od jeden do trzech wysokozintegrowanych układów scalonych zwanych chipsetami. Podstawowym standardem płyty głównej jest obecnie standard ATX, którego przykład przedstawia poniższy rysunek.

Rysunek 9 Płyta główna firmy ASUS

Główne parametry techniczne płyty są następujące:

Tabela 2 Parametry techniczne płyty głównej ASUS

Model: A7N8X-E Deluxe Typ gniazda: Socket A

Obsługiwane procesory: AMD Athlon XP, Athlon, Duron Chipset: NVIDIA nForce2 Ultra 400, NVIDIA nForce2 MCP-T

Częstotliwość FSB: 400, 333, 266, 200 MHz Rodzaj pamięci: DDR400(PC3200)/DDR333(PC2700)/DDR266(PC2100)

Maksymalna ilość pamięci: 3 GB Liczba gniazd pamięci: 3

Układ dźwiękowy: Realtek ALC650 6 kanałowy Układ sieciowy: 10/100/1000

Sloty: AGP x8/x4, 5x PCI Standardowe gniazda: 2x PS/2, 1x COM, 1x LPT

Porty USB i Firewire: 4x USB, 2x Firwire

Dodatkowe gniazda: 1 x port ASUS Wi-Fi dla opcjonalnej rozbudowy o kartę bezprzewodowej sieci lokalnej

Kontroler Serial ATA: 2x Serial ATA

Do najlepszych obecnie płyt głównych (jesień 2004) zaliczyć można według CHIP-a płyty2:

− Gigabyte GA-K8NSNXP - producent Gigabyt Technology CO., Ltd.; 2 strona www http://rankingi.chip.pl/

14

− MSI K8T Neo2-FIR - producent MSI, Micro-Star International; − DFI LanParty NFII Ultra B – producent DFI Technologies, Inc; − MSI 925X Neo Platinum - producent MSI, Micro-Star International; − Microstar 875P Neo-FIS2R - producent MSI, Micro-Star International;

Przykładowo płyta główna GA-K8NSNXP obsługująca procesor Athlon™64, bazuje na innowacyjnej technologii Gigabyte - Technology, składającej się z sześciu odrębnych funkcji realizowanych dzięki zastosowaniu chipset NVIDIA nForce3. Technologia ta została stworzona w celu poprawy wydajności systemu, jego stabilności i bezpieczeństwa. Zastosowano w niej system podwójnego zasilania oraz system podwójnego chłodzenia. Podwójny RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks) zawiera Serial ATA RAID oraz ATA133 RAID pozwala to na zwiększenia szybkości dostępu do danych, a także pojemności dyskowej, gwarantuje poprawę ich bezpieczeństwa. Wyposażono ją w Gigabyte DualBIOS™ podwójny BIOS z którego jeden utrzymywany jest jako rezerwowy i uruchamiany jest w przypadku uszkodzenia przez wirus pierwszego. Rozwiązania płyty GA-K8NSNXP oferują szerokie możliwości połączeń peryferyjnych. Do najważniejszych z nich można zaliczyć: dwie karty sieciowe w tym jedna gigabitowa i druga Ethernet 10/100. Interfejsy: FireWire IEEE 1394b (3 porty), USB2.0 (8 portów) czy serial ATA (4 złącza). Specyfikacja płyty GA-K8NSNXP została przedstawiona w poniższej tabeli:

Tabela 3 Parametry techniczne płyty głównej GA-K8NSNXP

Model: GA-K8NSNXP Typ gniazda: Socket 754

Obsługiwane procesory: AMD Athlon™ 64 Chipset: NVIDIA nForce3 250

Częstotliwość FSB: 400, 333, 266, 200 MHz Rodzaj pamięci: DIMM DDR400/333

Maksymalna ilość pamięci: 3 GB Liczba gniazd pamięci: 3

Układ dźwiękowy: AC97 8 kanałowy z funkcją Uniwersalnego Audio Jack'a Układ sieciowy: 10/100/1000

Sloty: AGP x8/x4, 5x PCI Standardowe gniazda: 2x PS/2, 1x COM, 1x LPT

Porty USB i Firewire: 8 portów USB 2.0/1.1, 3 porty IEEE 1394b

Dodatkowe gniazda: 1 x port ASUS Wi-Fi dla opcjonalnej rozbudowy o kartę bezprzewodowej sieci lokalnej

Karty sieciowe karta sieciowa Gigabit Ethernet, karta sieciowa Fast Ethernet) Kontrolery 4x Serial ATA, IDE RAID GigaRAID, 2 złącza Ultra ATA133

3.3.1 Magistrale rozszerzające

Magistrale rozszerzające jest to zespół linii elektrycznych i gniazd pozwalających na dołączenie do płyty głównej komputera dodatkowych urządzeń peryferyjnych, które nie mają bezpośrednio wbudowanych sterowników na płycie głównej. Sposób jej wykonania w dużym

15

stopniu decyduje o szybkości przesyłania danych pomiędzy urządzeniami połączonymi nią. Zasadnicze cechy takiej magistrali to: szerokość szyny danych, szerokość szyny adresowej oraz częstotliwość taktowania. Głównymi rozwiązaniami magistrali rozszerzających są:

− ISA (ang. Industry Standard Architecture); − EISA (ang. Extended Industry Standard Architecture) ; − MCA (ang. Micro Channel Architecture); − VESA Local Bus, (ang. Video Electronics Standards Association Local Bus); − PCI (ang. Peripheral Component Interconnect); − PCMCIA (ang. Personal Computer Memory Card International Association); − AGP (ang. Advanced Graphics Port); − AMR (ang. Audio/Modem Riser); − CNR (ang. Communications and Networking Riser).

ISA (ang. Industry Standard Architecture) - jest to najstarsze ze stosowanych rozwiązań, wprowadzone zostało w roku 1984, jako rozszerzenie architektury IBM PC/XT. Zawiera 16-bitową dwukierunkową szynę danych (SD0 –SD15) oraz 24 bitową szynę adresową (SA0 – SA19, LA17 – LA23). Linie adresowe pozwalają na zaadresowanie do 16 MB pamięci. Maksymalna częstotliwość taktowania wynosi 8 MHz, a maksymalna przepustowość magistrali wynosi 8 MB/s. Maksymalna przestrzeń adresowa dla portów we/wy wynosi 64 kB. Transmisja w trybie DMA (ang. Direct Memory Access) realizowana jest za pomocą dwóch kontrolerów 8237A. Magistrala dysponuje 15 kanałami przerwań, które obsługiwane są przez dwa kontrolery 8259 połączone kaskadowo. Jeden z nich obsługuje przerwanie o numerach IRQ0 do IRQ7 a drugi od IRQ8 do IRQ15. Gniazdo ISA montowane na płycie głównej składa się z dwóch sekcji, jednej 36-stykowej, drugiej 62-stykowej. Obecnie rozwiązanie to jest rozwiązaniem zanikającym.

EISA (ang. Extended Industry Standard Architecture) – powstała w 1987 roku jako rozszerzenie magistrali ISA na potrzeby obsługi 32 bitowego procesora 80386. Zawiera 32 bitową szynę danych i 32 bitową szynę adresową, 32 bitowy cykl DMA, charakteryzuje się prędkością przesyłania danych 32 MB/s. Taktowana jest zegarem 8,33 MHz. Obsługuje standard Plug&Play. Składa się z 98 sygnałów standardu ISA oraz 90 nowych linii sygnałowych. Dysponuje podobnie jak ISA 15 kanałami przerwań. Gniazda EISA montowane są bezpośrednio na płycie głównej, dzięki swojej budowie umożliwiają współpracę zarówno z kartami ISA jak i EISA.

MCA (ang. Micro Channel Architecture) – wprowadzone przez IBM rozwiązanie w 1987 roku z chwilą pojawienia się komputerów PS/2. Posiada 32 bitową szynę danych, 32 bitową szynę adresową. Częstotliwość pracy zegara 10 MHz. Maksymalna przepustowość magistrali zewnętrznej wynosi 20 MB/s. W rozwiązaniu tym procesor centralny może być wspierany przez 16 dodatkowych mikroprocesorów, które mogą być umieszczone na kartach rozszerzeń.

16

Konstrukcja złącz pozwala na stosowanie zarówno 32, 16, jak i 8 bitowych kart rozszerzeń. Rozwiązanie to nie zyskało jednak akceptacji rynku i praktycznie całkowicie zanikło.

VESA (ang. Video Electronics Standards Association Local Bus) – jest to magistrala wprowadzona w 1992 roku, bezpośrednio korzystająca z sygnałów sterujących. Posiada 32 bitową szynę danych i 32 bitową szynę adresową. Umożliwia przesyłanie danych z prędkością 120 MB/s i współpracować z zegarem od 25 do 40 MHz. Używana jest wyłącznie w komputerach z procesorem klasy 80486. Gniazda magistrali Vesa Local Bus zamontowane są na płycie głównej i składają się z trzech sekcji dwóch tradycyjnych 16 bitowych ISA i 32 bitowego złącza dodatkowego wykorzystywanego głównie przez kartę graficzną.

PCI (ang. Peripheral Component Interconnect) – jest magistralą komunikacyjną wprowadzoną przez firmę Intel w 1992 roku. Jest rozwiązaniem niezależnym od procesora, umożliwia współpracę z różnymi urządzeniami wyposażonymi w karty zgodne ze standardem PCI. Posiada jedną wspólną magistralę adresową i danych o szerokości 64 bity. Dysponuje własnym zdefiniowanym zestawem sygnałów sterujących. Może pracować z częstotliwością 33 MHz. Maksymalna szybkość przesyłania informacji wynosi do 132 MB/s, jednak specyfikacja PCI przewiduje możliwość współpracy z 64 bitową szyną, wówczas przy taktowaniu szyny zegarem 33 MHz można uzyskać maksymalną szybkość przesyłu danych do 264 MB/s.

Nowszym rozwiązaniami magistrali PCI jest magistrala PCI-X i magistrala PCI Express.

Magistrala PCI-X wprowadzona została w 1999 roku i wówczas współpracowała z 64 bitową

Rysunek 10 Schemat blokowy systemu z magistralą PCI

17

szyną danych co przy częstotliwości taktowania szyny wynoszącej 133 MHz pozwalało na osiągnięcie maksymalnej przepustowości rzędu 1066 MB/s. Obecnie stosowane są rozwiązania z szyną PCI-X 3,0, która przy 64 bitowej szynie i częstotliwości taktowania 1066 MHz, gwarantuje maksymalną przepustowość 7, 95 GB/s. Magistrala PCI Express, jest to szeregowa magistrala w której sygnał przesyłany jest za pomocą dwóch linii w każdą stronę z częstotliwością taktowania 2,5 GHz. Przepustowość jednej linii wynosi 250 MB/s. Istnieją rozwiązania z 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, co gwarantuje przepustowość od 250 MB/s do 8000 MB/s. Wzrostowi ilość linii wydłużeniu ulega gniazdo w taki sposób, że istnieje możliwość włożenia wolniejszej karty do szybszego łącza.

PCMCIA (ang. Personal Computer Memory Card International Association) – ograniczenia komputerów przenośnych wymusiły opracowanie nowego standardu Właśnie w tym celu powstało w 1989 roku zrzeszenie Personal Computer Memory Card International Association, które postawiło sobie za cel opracowanie takiego standardu. Pierwszy rozwiązanie pojawiło się w roku 1990 jako standard PCMCIA 1,0 oparty na rozwiązaniach ISO. Charakteryzuje się on tą samą szerokość magistrali co ISA, tzn. 8 lub 16 bitów, jednak samo złącze jest bardzo małe. Podobnie jak EISA obsługuje ono system Plug&Play. Standard PCMCIA bus daje możliwość przyłączenia dużego asortymentu kart takich jak, modemy, karty sieciowe, karty dysku twardego, itd.

AGP (ang. Advanced Graphics Port) – jest to 32 bitowa magistrala opracowana przez firmę Intel, charakteryzuje się ona zwiększoną szybkością wymiany informacji przy operacjach graficznych, szczególnie przy obsłudze grafiki trójwymiarowej. Oparta jest ona na technologii magistrali PCI, która wyposażona została w dodatkowe linie do sterowania potokami. Magistrala AGP jest wykorzystywana do bezpośredniego połączenia pomiędzy pamięcią operacyjną RAM na płycie głównej a układem akceleratora na karcie graficznej. Istnieją cztery standardy AGP:

− AGP 1x – przesyłanie danych taktowane jest zboczem narastającym zegara (CLK) dając szybkość transmisji 264 MB/s

− AGP 2x – przesyłanie danych taktowane jest zboczem narastającym i opadającym zegara, dając szybkość transmisji 528 MB/s;

− AGP 4x - wykorzystuje do taktowania standardowy sygnał interfejsu AGP o częstotliwości dwa razy większej od CLK, dając szybkość transmisji do 1056 MB/s;

− AGP 8x – wykorzystuje do taktowania standardowy sygnał AGP o częstotliwości cztery razy większej od CLK, dając szybkość transmisji 2133 MB/s.

Gniazdo magistrali AGP umieszczone jest na płycie głównej w pobliżu złącza PCI. Karty AGP posiadają dwustronną listę połączeniową o 132 kontaktach po 66 z każdej strony.

AMR (ang. Audio/Modem Riser) – magistrala ta powstała w celu integracji części cyfrowej kart wyposażonych w procesor sygnałowy DSP (ang. Digital Signal Processor). Wspólna

18

część cyfrowa urządzeń audio została umieszczona w układzie o nazwie Audio Digital Controler lub zintegrowana z chipsetem. W ten sposób utworzony został interfejs Audio Codec’97 (AC’97). Scalony układ Audio Codec może być zamontowany na płycie głównej, bądź na kartach rozszerzeń, które montowane są w specjalne 46 stykowe złącze AMR znajdujące się na płycie głównej.

Communications and Networking Riser – jest rozwinięciem standardu AMR polegającym na zintegrowaniu z chipsetem południowym układu Audio Digital Controlera i dodatkowo kontrolera sieci lokalnej. Rozwiązanie to pozwoliło na uproszczenie karty sieciowej polegające na pozostawieniu na karcie sieciowej jedynie przetwornika A/C i C/A oraz części analogowej.

3.4 Układy wejścia/wyjścia

Konstrukcja komputera wymaga aby wszystkie urządzenia peryferyjne wchodzące w jego skład miały możliwość współpracy z procesorem. Współpracę taką gwarantują urządzenia zwane układami wejścia-wyjścia. Stanowią je głównie sterowniki i interfejsy. Interfejsy mogą być umieszczone bezpośrednio na płycie głównej, wówczas łączą się z peryferiami przez odpowiednie złącza. Interfejsy komputera można podzielić na:

− wewnętrzne (interfejs dysków twardych, dysków elastycznych, CD, DVD); − zewnętrzne (interfejs RS232, USB, FireWire, Bluetoth, IrDa, WiFi).

Urządzenia zewnętrzne posiadają przyporządkowany odpowiedni adres z przestrzeni adresowej układów wejścia/wyjścia i sterowane są poprzez określone sygnały przerwania. W zależności od sposobu przesyłania informacji w czasie, można wyróżnić:

− transmisję asynchroniczną – polegającą na przesyłaniu informacji w dowolnych odstępach czasu, przy założeniu, że odbiornik i nadajnik pracuje z taką samą prędkością;

− transmisje asynchroniczną – polegającą na przesyłaniu informacji w jednakowych odstępach czasu synchronizowanych zegarem.

Wśród układów wejścia-wyjścia można wyróżnić:

− interfejsy dysków twardych: − kontroler dysków elastycznych; − karta graficzna; − interfejs równoległy; − interfejs szeregowy RS232; − interfejs USB (ang. Universal Serial Bus); − interfejs Bluetooth (ang. “Siny Ząb”); − interfejs IrDA (ang. Infrared Data Association); − interfejs IEEE-1394 - FireWire; − interfejs WiFi.

19

3.4.1 Interfejsy dysków twardych

Podstawowym sposobem pracy dysków twardych jest gromadzenie danych, gromadzenie to wiąże się ściśle z przesyłaniem danym pomiędzy samym dyskiem a pamięcią operacyjną. Przesyłanie to może odbywać się w jednym z dwóch trybów:

− PIO (ang. Programmable Input Output) programowalne wejście wyjście; − DMA (and. Direct Memory Access) bezpośredni dostęp do pamięci.

Przesyłanie informacji w trybie PIO odbywa się za pomocą rejestrów procesora i jest zależne od częstotliwości taktującej zegara procesora. W trybie DMA operacja przebiega pod nadzorem kontrolera DMA, dane przesyłane są bezpośrednio pomiędzy dyskiem twardym a pamięcią operacyjną.

Dyski twarde połączone są z płytą główną za pomocą sterownika HDC (ang. Hard Disk Controller ) przy wykorzystaniu interfejsu HDD (ang. Hard Disk Drive) do współpracy dysku z płytą główną wykorzystuje się następujące technologie:

transmisja równoległa:

− ATA (ang. Advanced Technology Attachments); − ATAPI (ang. Advanced Technology Attachment Packet Interface); − SCSI (ang. Small Computer Systems Inferface).

transmisja szeregowa:

− SATA (ang. Serial Advanced Technology Attachment); − SAS (ang. Serial Attached SCSI)

Standard ATA

Pierwszym interfejsem dysków twardych był interfejs ST506, jego następcą został interfejs IDE (ang. Integrated Driv Elektronics) umożliwiający połączenie dwóch dysków twardych za pomocą odpowiednich przewodów. Standard ten należy do technologii ATA. Posiada on 16 bitową szynę danych i jest przystosowany do współpracy z magistralą ISA. Pojemność obsługiwanego dysku ograniczona jest do 512 MB a szybkość transmisji asynchronicznej nie przekracza 8,3 MB/s. W ten sposób można podłączyć dwa dyski z których jeden musi pracować jako Master a drugi jako Slave. Nowszym rozwiązaniem standardu ATA jest standard ATAPI umożliwiający obsługę obok dysków twardych innych urządzeń takich jak czytniki CD-ROM, czy streamery. Rozwiązanie to znane też jako EIDE występuje obecnie w wersji zmodyfikowanej prawie we wszystkich płytach głównych. Najważniejsze odmiany to:

20

− ATA-1 – istnieje od 1994 roku, obsługuje tryb PIO 0, 1, 2, DMA 0, 1, 2 umożliwia obsługę dysku do 528 MB;

− ATA-2 – istnieje od 1996 roku, obsługuje tryb PIO 0, 1, 2, 3, 4, DMA 0, 1, 2 pozwala na transmisje blokowe i adresowanie twardych dysków za pomocą logicznego adresowania bloków LBA (ang. Logical Block Addresssing) umożliwia obsługę dysku większych niż 528 MB;

− ATA-3 – istnieje od 1997 roku poprawieniu uległa niezawodności szybkich trybów transmisji a od 1998 roku wprowadzona została funkcja monitorująca SMART (ang. Self-Monitoring Analysis And Reporting Technology);

− ATA –4 - istnieje od 1998 roku i zwany jest Ultra ATA/33. Charakteryzuje się tym, że jako pierwszy pozwolił na obsługę napędu CD-ROM i innych urządzeń masowych. Wyposażony został też w cykliczne sprawdzanie danych nadmiarowych CRC (ang. Cyclical Redundancy Checking);

− ATA –5 – wprowadzony w 2000 roku, zwany Ultra ATA/66, gwarantował zwiększoną transmisję do 66 MB/s;

− ATA –6 - obecna wersja standardu ATA, zwana UltraDMA 5 pozwalająca obsłużyć dysk 137 GB. Ponadto, pozwala redukować hałas pracującego dysku. Prędkość transmisji wzrosła dla ATA/100 do 100 MB/s, a dla ATA/133 do 133 MB/s.

Standard SCSI

Początki tego rozwiązania sięgają roku 1984, kiedy to zastosowano go po raz pierwszy w komputerach Macintosh3. Opracowana została jako magistrala równoległa służąca do przesyłania danych pomiędzy kilkoma urządzeniami. Pierwszym rozwiązaniem był standard SCSI-1, oparty o 8 bitową szynę przesyłającą dane z szybkością 5 MB/s. Pozwala on na połączenie 7 urządzeń w sposób kaskadowy ze sobą za pomocą 50 żyłowego kabel i dołączone ich do kontrolera SCSI osadzonego w gnieździe rozszerzeń magistrali. Każde urządzenie SCSI, posiada swój niepowtarzalny numer identyfikacyjny (tzw. SCSI ID). Szyna łącząca urządzenia zakończona jest specjalnym rezystorem dopasowującym zwanym terminatorem. Każde z urządzeń przyłączonych do takiej magistrali może zależnie od sygnału linii sterującej przybierać rolę urządzenie początkującego transmisję (INIT), bądź urządzenia docelowego (TARGET). Istnieją dwie wersje magistrali SCSI, magistrala asymetryczna i magistrala symetryczna. Dalszy rozwój tego sposobu połączenia dysków był ukierunkowany głównie na zwiększenie prędkości transmisji przesyłania danych przedstawiony został w poniższej tabeli.

Tabela 4 Typy magistrali SCASI

Standard Typ Maksymalny transfer Maksymalna długość magistrali

SCSI-1 SCSI 5 MB/s 6 m SCSI-Fast 10 MB/s 3m SCSI-Wide 20 MB/s 3m SCSI-2 SCSI-Fast-Wide 20 MB/s 3m

3 W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT, Warszawa 2000

21

Ultra-SCSI (Fast-20) 20 MB/s 3m (4 urządzenia) 1,5 m (8 urządzenia)

Ultra-Wide-SCSI 40 MB/s 3m (4 urządzenia) 1,5 m (8 urządzenia)

Ultra-2-Wide-SCSI 80 MB/s 12 m Ultra-160-SCSI 160 MB/s 12 m

SCSI-3

Ultra-320-SCSI 320 MB/s 12 m (do15 urządzeń)

Nowsze rozwiązania wykorzystują 68 (80) żyłowe kable o długości do 12 metrów. Charakteryzują się złożonym słownikiem rozkazów sterujących, gwarantujących pełną obsługę urządzeń dołączonych do komputera oraz łatwość ich programowania usług wejścia-wyjścia.

Standard SATA

Serial ATA jest to szeregowa magistrala wywodząca się z rozwiązania ATA wprowadzone w roku 2002 Dzięki szeregowej transmisji danych możliwe jest zastosowanie mniejszej ilości żył w kablach połączeniowych a co za tym idzie, przewody są bardziej elastyczne, a gniazda zajmują mniej miejsca na płycie głównej. Najważniejszą zaleta tego rozwiązania jest jednak zdecydowanie wyższy transfer niż w przypadku ATA, dla standardu SATA-IO wynosi do 3 GB/s. Dane przesyłane są po dwóch liniach; nadawczej i odbiorczej pracujących pod napięciem 250mV, wykonanych z cienkiej 7 żyłowej taśmy. Istnieje możliwość przyłączania

Rysunek 11 Przewody serial ATA

dysków podczas pracy komputera. W związku z tym, że każdy dysk wykorzystuje swoją parę kabli przesyłowych zbędnym staje się konieczność przełączania dysków Master/Slave.

Standard SAS

Serial Attached SCSI jest to szeregową magistrala wywodzącą się z SCSI opracowana w 2003 roku. Główną zaletą jest jej bardzo duża szybkość transmisji obecnie wynosząca dla standardu SAS 2,0 do 6 GB/s. W rozwiązaniu tym można wykorzystywać te same kable co w SATA, jednak ich długość może wynosić aż 8 m.

22

3.4.2 Kontroler dysków elastycznych

Napęd dysków elastycznych połączony jest z płytą główną poprzez zamontowane na niej złącze FDD za pomocą 34 żyłowego kabla płaskiego. Współpraca z procesorem możliwa jest poprzez sterownik dysków elastycznych FDC (ang. Floppy Disk Controller). Głównymi zadaniami tego kontrolera jest:

− dekodowanie adresów własnych portów; − zmiana informacji w postaci równoległej na postać szeregową; − generowanie sygnału synchronizacji; − sterowanie położeniem elementów mechanicznych napędu; − kontrola poprawności przesyłania danych.

Transmisja danych pomiędzy sterownikiem FDC a pamięcią komputera odbywa się w trybie DMA. W związku z dużą zawodnością tego rozwiązania powoli jest ono wypierane przez wymienną pamięć elektroniczną.

3.4.3 Karta graficzna

Urządzeniem wejścia/wyjścia służącym do przetwarzania obrazu oraz pozwalającym na komunikację systemu komputerowego z monitorem jest karta graficzna. Współczesne karty graficzne pozwalają na tworzenie animacji, grafiki trójwymiarowej 3D o bardzo dużej rozdzielczości. Najczęściej występują one w postaci kart rozszerzeń początkowo montowanych w magistrali ISA, PCI, a obecnie wykorzystują magistralę AGP. Zadaniem karty jest wytworzenie sygnałów niezbędnych do prawidłowej pracy monitora, sygnału synchronizacji poziomej HS, sygnał synchronizacji pionowej VS oraz sygnału RGB służącego do sterowania katodami w monitorach kolorowych. Istnieje kilka standardów kart graficznych MDA (ang. Monochrome Display Adapter), CGA (ang. Color Graphics Adapter), Hercules, EGA (ang. Enhanced Graphics Adapter), VGA (ang. Video Graphics Array), SVGA (ang. Super VGA). Obecnie stosowany jest tylko ten ostatni standard. Pozwala on na wyświetlanie obrazu w trybie tekstowym i graficznym. Zapewnia pracę w kilku rozdzielczościach i liczbach koloru. Współczesne karty graficzne zawsze zawierają kilka najważniejszych elementów:

− pamięć obrazu VIDEO-RAM; − BIOS karty graficznej − procesor graficzny z wbudowanym konwerterem RAMDAC; − złącze do podłączenia monitora.

23

Rysunek 12 Karta graficzna HIS Excalibur Radeon 9550

W niektórych rozwiązaniach karty graficzne posiadają wbudowane dodatkowe układy pozwalające na dołączenie odbiornika telewizyjnego, magnetowidu, kamery, itd.

3.4.4 Interfejs równoległy

Interfejs równoległy (ang. Parallel Port) wprowadzony w 1981 roku, pozwala na przesyłanie wszystkich bitów danego słowa równocześnie. Gwarantuje to szybkie połączenie z urządzeniami zewnętrznymi. Najstarszym rozwiązaniem wykorzystującym ten rodzaj transmisji jest Centronics. Początkowo Centronics był przeznaczony do transmisji dwukierunkowej realizowanej za pomocą złącza IEEE-1284. Zgodnie z tym standardem łącze równoległe może pracować w następujących trybach:

− SPP (ang. Standard Parallel Ports) – zgodny ze standardem Centroniks, zapewniający komunikację dwukierunkową o szybkości do 150 kB/s;

− Półbajtowy (ang. Nibble Mode) – transmisja dwukierunkowa realizowana za pomocą 4 linii z prędkością do 100 kB/s;

− Bajtowy (ang. Byte Mode) – transmisja dwukierunkowa zorganizowana sprzętowo zapewniająca prędkość do 200 kB/s;

− EPP (ang. Enhanded Parallel Port) – transmisja dwukierunkowy o szerokości 2,3 MB/s; − ECP (ang. Extended Capabilities) - transmisja dwukierunkowy o szerokości 2,3 MB/s,

wykorzystująca dodatkowo bufory i kanały DMA.

Obecnie port ten wykorzystywany jest do podłączenia drukarek oraz do sterowania różnymi układami automatyki.

3.4.5 Interfejs szeregowy

Interfejs szeregowy zbudowany jest na standardzie RS 232, który opracowany został przez EIA (ang. Elektronics Industries Association). Definiuje on sposób połączenia urządzeń DTE (ang. Data Terminal Equipment) oraz urządzeń DCE (ang. Data Circuit-terminating Equipment). Interfejs szeregowy wykorzystywany jest do obsługi modemów i myszek.

24

Umożliwia przesyłanie danych w sposób asynchroniczny lub synchroniczny. Specyfikacja opisuje 25 styków. Standardu RS-232-C pozwala na transfer z kilkoma prędkościami: 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 11520 bit/s. Maksymalna prędkość to 20 kbit/s, która może być utrzymywana na odległości do 15 m. Parametry transmisji pomiędzy odbiornikiem a nadajnikiem muszą być ustalone przed rozpoczęciem transmisji, służy do tego polecenie MODE. W standardzie RS 232 zastosowano dwa rodzaje złącz 9 stykowy lub 15 stykowy męski (DB09, DB25).

Tabela 5 Sygnały złącza szeregowego RS232

Nazwa linii Oznaczenie liniiKierunek transmisji

DTE DCE

Złącze 25-stykowe

Złącze 9-stykowe

Masa sygnałowa GND 7 5 Dane nadawane TxD → 2 3 Dane odebrane RxD ← 3 3 Żądanie nadania RTS → 4 7 Gotowość do nadawania CTS 5 8 Gotowość DTE DTR → 20 4 Gotowość DCE DSR ← 6 6 Wskaźnik dzwonienia RI ← 22 9 Poziom sygnału odbieranego w kanale docelowym

DCD ← 8 1

Aby przesyłane przez interfejs szeregowy dane mogły być odczytane przez magistrale równoległe muszą być one zamienione na postać równoległa i na odwrót. Do tego celu stosowane są specjalne układy UART (ang. Universal Asynchronous Receiver Transmitter) typu 16550.

3.4.6 Interfejs USB

Interfejs USB (ang. Universal Serial Bus), jako USB 1.0 pojawił się w styczniu 1996 roku, było to wynikiem współpracy takich firm jak: Intel, Compaq, Lucent, Hewlett-Packard, itd. Jednak posiadał wiele wad, które w większości zostały usunięte w wersji USB 1.1, która pojawiła się we wrześniu 1998 roku. Przełomowym rozwiązaniem było wprowadzone w 2000 roku interfejsu USB 2.0. W obecnych komputerach możemy spotkać 2-6 portów USB 1.1 i 2 porty USB2.04. Rozwiązanie to umożliwienia szybkiego przyłączania urządzeń peryferyjnych bez konieczności restartowania komputera. Po zainstalowaniu interfejsu, co jest możliwe już od Windows OSR2, istnieje możliwość dołączenia do magistrali 127 urządzeń,

4 strona Universal Serial Bus - www.usb.org

25

stosując drzewiasty sposób połączenia. Urządzenia pośredniczące muszą być wyposażone w koncentrator USB, posiadające kilka wyjść umożliwiających przyłączenie kolejnego urządzenia USB. Asortyment urządzeń jest bardzo bogaty, obok typowych urządzeń peryferyjnych można do USB podłączyć aparat cyfrowy, kamerę internetową, kartę TV, adapter IrDa, itp. Można też w bardzo szybki sposób zbudować sieć komputerową w oparciu o to złącze. Każda magistrala szeregowa USB musi być wyposażona w kontroler USB (ang. Host Controller). Kontroler taki może stanowić osobną kartę rozszerzeń, jednak większość współczesnych płyt głównych posiada taki kontroler wbudowany w układ sterujący tzw. chipset. Działanie magistrali oparte jest o oprogramowanie składające się z:

− sterownika USB - którego zadaniem jest zorganizowanie transmisji w oparciu o wymagania sprzętowe urządzeń podłączonych do magistrali;

− sterowników urządzeń USB – odpowiadają one za komunikacje z urządzeniami USB; − sterownika głównego kontrolera USB – decyduje on o kolejności obsługiwanych

urządzeń i nadzoruje transmisje między nimi.

Transmisja realizowana może być w następujących trybach:

− przerwaniowy (ang. Interrupt Transfee) – obsługuje urządzenia sterowane przerwaniami;

− blokowy (ang. Bulk Transfer) – obsługuje transmisje informacji w postaci bloków; − izosynchroniczny (ang. Isosynchronous Transfer) – obsługuje transmisje w czasie

rzeczywistym.

Przesyłanie danych odbywa się poprzez parę przewodów D+ (zielony) i D- (biały). W stanie spoczynku w przewodach tych panuje napięcie odpowiednio 3 i 0V, tabela poniżej.

Tabela 6 Parametry łącza USB

Pin Kolor Funkcja Napięcie 1 Czerwony VBus + 5 V 2 Biały D- 0 V 3 Zielony D+ + 3 V 4 Czarny masa 0 V

Dołączanie i odłączanie urządzeń USB jest możliwe podczas pracy komputera dzięki automatycznemu rozpoznawaniu i adresowaniu. Sterowniki urządzeń uruchamiane są automatycznie z chwilą ich włączenia bez udziału użytkownika.

3.4.7 Interfejs Bluetooth

Bluetooth to interfejs, którego początki sięgają 1994 roku. Powstał w firmie Ericsson w celu umożliwienia transmisji bezprzewodowej między różnymi urządzeniami. Bluetooth

26

korzysta z uwolnionego pasma ISM o częstotliwości 2,4 GHz, zapewniając transmisję do 721kb/s i zasięg od 10 do 100 metrów. Nowsze rozwiązania zapewniają szybkość nawet do 2,1 Mb/s jaką gwarantuje nowy chip komunikacji bezprzewodowej w technologii Bluetooth - BlueMoon UniCellular. Dzięki temu rozwiązaniu możemy utworzyć szybką sieć łączącą szereg urządzeń takich jak komputer, drukarka, telefon, itd. Maksymalnie można tak połączyć osiem elementów. Moduł taki nosi nazwę piconetu w którym jedno urządzenie jest urządzeniem uprzywilejowanym (Master) pozostałe zaś urządzeniami podporządkowanymi (Slave). Połączone piconety tworzą scatternet. Interfejs Bluetooth nie jest jeszcze montowany bezpośrednio na płycie, jednak bywa standardowym wyposażeniem czego może być przykładem płyta MSI 845E Max2-BLR (rysunek 13).

3.4.8 Interfejs IrDA

Rysunek 13 Bluetooth na płycie MSI 845 Max2-BLR

Interfejs IrDA (ang. Infrared Data Association) – jest to sposób przesyłania danych za pomocą fal podczerwonych. Nazwa pochodzi od nazwy grupy skupiającej kilkudziesięciu producentów, którzy opracowali w 1994 roku bezprzewodowy system przesyłania danych opartych na promieniowaniu podczerwonym (wykorzystywany 850 - 900 nm). Wiele współczesnych płyt głównych wyposażone jest w wejście IrDA, skład się ono z pięciu pinów. Posiada dwie linie transmisji danych (wejściową i wyjściową) oraz dwa przewody zasilające nadajnik i odbiornik podczerwieni (rysunek 14). Niektóre urządzenia peryferyjne tj. drukarki, kamery, telefony można podłączyć do komputera przez port IR. IrDA. Istnieje również możliwość utworzenia prostej sieci komputerowej w oparciu o niego. Szybkość transmisji

Tabela 7 Wyprowadzenia pinów IrDA - wariant

27

Pin Kolor Funkcja Napięcie 1 Czerwony VCC – zasilanie + 5 V 2 N/C – wolny 3 Biały IRRX – wejście 4 Niebieski GND – masa 0 V 5 Czarny IRTX – wyjście

dochodzi do 16 Mb/s i jest podzielona na cztery zakresy:

− SIR (ang. Serial InfraRed) – zakres od 2,4 do 115, 2 kb/s; − MIR (ang. Medium InfraRed) – zakres od 576 do 1115 kb/s; − FIR (ang. Fast InfroRed) – od 1,115 do 4 Mb/s; − VFIR (ang. Very Fast InfraRed) – od 4 do 16 Mb/s.

Podstawowe usług jakie realizowane są przez ten system to5:

− wymiana danych między komputerami; − sterowanie drukowaniem; − dostęp do zasobów sieci przewodowej; − transmisja danych i mowy między komputerem a telefonem komórkowym; − sterowanie urządzeniami telekomunikacyjnymi.

IrDA może być również instalowana jako adapter wykorzystujący port USB, bądź po wyposażeniu w specjalny układ do portu szeregowego. Ważnym elementem składowym jest nadajnik i odbiornik podczerwieni, przykładowo może to być scalony układ TFDS 4500 oprócz elementów elektronicznych wyposażony jest w zintegrowany układ nadawczo-odbiorczy składający się z fotodiody i diody IRED (rysunek 14). Układ ten umożliwia transmisje asynchroniczną w trybie półdupleks, bez możliwości wykrycia kolizji w zakresie widzialnym na odległość do 8 m i kątem widzialności 300.

5 Wolna encyklopedia http://pl.wikipedia.org/wiki/IrDA

28

Rysunek 14 Sposób podłączenia układu TFDS 4500 do płyty głównej

3.4.9 Interfejs IEEE-1394

Interfejs FireWire, jest interfejsem szeregowym opracowany przez firmę Apple w 1986 roku. Dopiero w 1995 roku interfejs ten został zatwierdzony przez komitet IEEE i otrzymał certyfikat jako IEEE-1394. Złącze to gwarantowało przesyłanie danych z szybkością 100, 200, lub 400 Mb/s. Współczesne rozwiązania IEEE 1394b pozwala na transmisję z prędkością do 800 Mb/s (przy połączeniu optycznym nawet do 3,2 Gb/s. Jest on przeznaczony do multimedialnych zastosowań w domowych komputerach (aparat fotograficzny, kamera). Zorganizowany jest jako sieć z 63 węzłami. Do każdego węzła można podłączyć 16 urządzeń, które można realizować podczas pracy komputera. Informacje przesyłane są pakietami, który składa się z nagłówka zawierającego numer identyfikacyjny urządzenia, kanał przenoszenia, priorytet transmisji, bajt kontrolny CRT służące do zabezpieczenia danych przed nielegalnym kopiowaniem. Asynchroniczna transmisja peer-to-peer odbywa się przez dwa ekranowane przewody TPA+, TPA-, TPB+, TPB- tworzące wraz z dwoma przewodami zasilającymi na napięcie 8-14 V i prąd do 1,5 A sześciożyłowy ekranowany kabel. Kable mogą być zakończone dwoma rodzajami wtyczek, typ 4 lub 6. Kontroler FireWire, może być bezpośrednio zamontowany na płycie głównej, bądź jako karta montowany w slot PCI bądź PCMCIA.

3.4.10 Interfejs WiFi

Interfejs WiFi, (ang. Wireless Fidelity) opiera się na standardzie komunikacji bezprzewodowej IEEE 802.11 powstałym w 1997 roku. Rozwiązanie to umożliwia transmisję danych w paśmie częstotliwości 2,4 i 5 GHz teoretycznie z szybkością do 108 Mb/s. Interfejs montowany jest na karcie, która można podłączyć do złącza PCI, PCMCIA, bądź też portu USB. Ciekawym rozwiązaniem jest specjalne 63-pinowe gniazdo przeznaczone do wpięcia karty WiFi (rysunek 15). Wykorzystując technologie WiFi do łączenia komputerów stosuje się najczęściej standardy 802.11b i 802.11g, gwarantujące

29

podłączenia komputerów na dwa sposoby: bezpośrednio "każdy z każdym" bądź za pośrednictwem stacji bazowej. Przykładem takiego rozwiązania może być zastosowanie układu RF Micro Devices - RFCS4500, realizuje on połączenie bezprzewodowe zgodnie ze standardem IEEE 802.11g w oparciu o dwie technologie:

− DFS – dynamiczny wybór częstotliwości (ang. Dynamic Frequency Selection); − DFS – kontrola mocy transmisji (ang. Transmit Power Control).

Rysunek 15 Rozwiązanie firmy Asus Interfejsu WiFi

3.5 Urządzenia wejścia/wyjścia

Urządzeniami wejścia wyjścia nazywa się urządzenia zewnętrzne komputera, które służą do jego komunikacji z użytkownikiem, którym może być człowiek, inny komputer bądź kolejne urządzenie. Z uwagi na ich zadania możemy podzielić je na:

− urządzenia wejścia (klawiatura, myszka, joystick, skaner); − urządzenia wyjścia (drukarka, monitor, projektor); − urządzenia wejścia i wyjścia (nośnik pamięci, modem, karta sieciowa).

Jak widać najważniejszymi urządzeniami wejścia-wyjścia są: klawiatura, monitor i dysk twardy (urządzenia pamięci masowej).

3.5.1 Klawiatura

Jest to podstawowe urządzenie wejściowe komputera pozwalające na wprowadzanie informacji bezpośrednio przez użytkownika. Wprowadzanie to polega na przesyłaniu informacji (tekstu i danych) w postaci ciągu binarnego. Każdy klawisz klawiatury posiada swój własny sygnał (kod binarny) rozpoznawalny przez komputer. Zwarcie styków

30

umieszczonych pod danym klawiszem powoduje przekazanie tego sygnału do płyty głównej komputera. Z uwagi na bardzo duża popularność tych urządzeń występuje wiele typów klawiatur. Najważniejsze z nich to:

− standardowa (układ QWERTY); − ergonomiczna.

Biorąc pod uwagę liczbę klawiszy można wyróżnić:

− 83 – klawiszowe PC/XT; − 84 – klawiszowe AT; − 101 – klawiszowe; − 104 – klawiszowe.

W skład klawiatury wchodzą klawisze podstawowe, numeryczne, sterujące kursorem, funkcyjne. Z uwagi na rodzaj przełączników można wyróżnić klawiatury: mechaniczne, kontaktronowe, hallotronowe, pojemnościowe. Przełączniki nad którymi znajdują się klawisze ułożone są w rzędach i kolumnach tworzących matrycę klawiatury. Sygnał sterujący wysyłany w momencie naciśnięcia klawisza dociera do jednoukładowego kontrolera Intel 8049, który rozpoznaje naciśnięcie, czas jego trwania oraz zwolnienie danego klawisza. Po wykryciu takiego stanu kontroler klawiatury wysyła określony sygnał złączem szeregowym do mikrokontrolera Intel 8042 znajdującego się na płycie głównej. Kontroler ten zgłasza przerwanie sprzętowe IRQ1 wywołujące zgłoszenie przerwania programowego INT09H (programu obsługi klawiatury). Podczas przesyłania sygnału analizowany jest jego kod pozwala to na rozpoznanie, który klawisz w danej chwili został wciśnięty bądź puszczony. Dodatkowo przed rozpoznaniem kodu badany jest stan klawiszy specjalnych ALT, CTRL, SHIFT co pozwala zwiększyć funkcjonalność klawiatury.

3.5.2 Monitor

Monitor jest to ogólna nazwa urządzenie wyjścia komputera służącego do komunikowania się użytkownika z nim. Komunikowanie to polega na wizualizacji realizowanego zadania. Najpopularniejszym współcześnie występującym rozwiązaniem jest stosowanie monitora w postaci ekranu komputerowego obsługiwanego za pomocą karty graficznej. Z uwagi na sposób tworzenia obrazu możemy wyróżnić następujące rodzaje monitorów:

− monitory z lampą kineskopową CRT (ang. Cathode Ray Tube); − monitory z ekranem ciekłokrystalicznym LCD (ang. Liquid Crystal Display); − monitory z ekranem TFT (ang. Thin Film Transistor); − monitory z wyświetlaczem plazmowym PDP (ang. Plasma Display Panel).

31

Monitor CRT

Zbudowany jest podobnie jak odbiornik telewizyjny, składający się przed wszystkim z lampy kineskopowej oraz układów sterowania. W zależności od zastosowanego rozwiązania możemy wyróżnić:

− monitory monochromatyczne; − monitory kolorowe.

Różnica polega na tym, że w monitorach monochromatycznych stosuje się jedno działo elektronowe pozwalające na uzyskiwanie obrazu w wyniku zmiany stopnia jasności (luminancji) zaś w monitorach kolorowych trzy działa elektronowe w trzech podstawowych kolorach RGB (czerwony, zielony, niebieski). Obraz kolorowy powstaje w wyniku zmieszania tych kolorów.

Monitory LCD

Monitor LCD zwany od budowy jego ekranu monitorem ciekłokrystalicznym. Zbudowany jest z warstwy ciekłego kryształu o grubości około 10 µm umieszczonym pomiędzy dwoma szklanymi płytkami. Na płytki te naniesione są przezroczyste elektrody oraz dwa filtry polaryzujące prostopadle względem siebie. Płytki te oświetlane są za pomocą lampy fluorescencyjnej umieszczonej po stronie przeciwnej do obserwatora. Obraz powstaje w wyniku zmiany polaryzacji światła zachodzącej podczas przechodzenia przez taki układ. Wyposażenie układu w filtry kontrolujące emisję barw RGB, wykonane z przezroczystego żelu z domieszkami koloryzującymi pozwala na uzyskiwanie kolorów na ekranie monitora.

Monitory TFT

Należą do najczęściej obecnie stosowanych rozwiązań monitorów ciekłokrystalicznych. Ekran takiego monitora zbudowany jest z matrycy tranzystorów ciekłokrystalicznych odpowiedzialnych za zapalanie poszczególnych komórek ekranu. Kolory uzyskuje się poprzez zastosowanie filtrów RGB. Zaletą takich ekranów jest: niewielka masa, mała grubość, płaski ekran i duża wydajność świetlna.

Monitor PDP

Zbudowany jest z ekranu plazmowego o przekątnej od 25 nawet do ponad 100 cali. Ekran plazmowy tworzą przylegające do siebie potrójne komórki plazmowe pokryte od wewnątrz luminoforem, każda z komórek odpowiada jednemu z trzech kolorów podstawowych. Komórki te zawierają również napylone na warstwę szklaną metalowe elektrody do których przyłączane jest napięcie o wartości kilkuset voltów niezbędnego do zjonizowania

32

znajdującego się w komórkach gazu. Zjonizowany gaz (plazma) emituje promieniowanie ultrafioletowe pobudzające luminofor. Każdy podświetlany punkt na ekranie (piksel) odpowiada dokładnie jednej potrójnej komórce.

Wadą tych ekranów jest ich stosunkowo duża moc jaką zużywają oraz duża ilość obwodów sterujących.

3.5.3 Urządzenia pamięci masowej

Do urządzeń pamięci masowej zaliczamy wszystkie urządzenia oparte na nośnikach magnetycznych, optycznych, magneto-optycznych a ostatnio nawet na elektronicznych. Do grupy tych urządzeń zaliczamy:

− dyski elastyczne; − dyski twarde; − dyski optyczne; − dyski elektroniczne compact flash do 4 GB.

Dysk elastyczny

Dyskietka, dysk elastyczny (ang. Floppy disk, flexy disk) wykonana jest w postaci zabudowanego plastikowego krążka z naniesioną warstwą substancji ferromagnetycznej. Wykorzystywany jest jako nośnik pamięci masowej. Zaliczany jest do grupy urządzeń sukcesywnie wypieranych przez inne rozwiązania (np. karty compact flash, pen drive) Obecnie najczęściej możemy spotkać dyskietki o rozmiarze 3,5 " i pojemnościach 1,44 MB (czasami 2,88). Dyskietki obsługiwane są przez stacje dysków elastycznych, których w komputerze może być maksymalnie 2. Innym tego typu rozwiązaniem może być zastosowanie napędu zip drive umożliwiającego zapisywanie i odczytywanie dyskietek o pojemnościach 100MB lub 200MB. Mogą one być przyłączane do kontrolera EIDE lub SCSI lub zewnętrznie za pomocą portu równoległego.

Dysk twardy

Uważany jest za główny nośnik danych w komputerze. Zbudowany jest z wirujących metalowych (stop aluminium) talerzy pokrytych warstwą magnetycznego nośnika, zabudowanych w hermetycznej obudowie. Nad powierzchniami talerzy umieszczone są znajdujące się na ruchomym ramieniu głowice zapisująco-odczytujące. Krążki wirują z prędkością rzędu 5 400 – 15 000 obrotów na minutę. Główne elementy składowe dysku (Rys. 16) to:

− zespół krążków metalowych; − zespół głowic zapisująco-odczytujących

33

− silnik napędzający dysk; − silnik napędu głowic; − układ sterowania; − hermetyczna obudowa; − przewody połączeniowe.

Rysunek 16. Dysk twardy

Dyski twarde mogą być dołączane do płyty głównej przede wszystkim poprzez interfejsy wyszczególnione w punkcie 3.4.1. Podstawowe parametry dysków twardych to:

− pojemność – obecnie 400 GB (np. Hitachi Deskstar 7K400 HDS724040KLSA80); − czas dostępu – najlepsze 8 – 10 milisekund (np. Western Digital Raptor WD740GD -

8,8 ms); − wydajność (szybkość transmisji danych i czas dostępu); − interfejs łączący dysk z komputerem (najnowsze rozwiązania to serial ATA i SAS).

Dysk optyczny

Jest jednym z popularniejszych obecnie nośników informacji, gwarantujących przechowywanie nawet do kilkuset GB informacji. Zbudowany jest z krążka pokrytego substancją pozwalającą na zapisywanie na niej informacji w postaci ciągu stanów dobrze, bądź źle przepuszczających wiązkę światła laserowego. Podstawowe standardy tego zapisu to:

− CD (ang. Compact Disc) w grupie tej znajdują się CD-R i CD-RW pojemność około 700 MB na stronę;

− DVD (ang. Digital Versatile Disc) w grupie tej znajdują się DVD-R i DVD-RW do 18 GB dla dwóch stron dwuwarstwowej płyty;

34

− HD DVD pozwalającej zapisać na płycie jednowarstwowej do 15 GB a na dwuwarstwowej do 30 GB;

− Blu-ray pozwalający na zapis jednostronny do 23 GB informacji; − EVD (ang. Enhaced Video Disc) dla którego pojemność jednowarstwowego dysku

wynosi 9GB.

Dysk elektroniczny

Współczesne dyski elektroniczne najczęściej oparte są na pamięci flash. Początki pamięci flash związane są ściśle z pamięcią ROM (czytaj pt. 3.2.3) a ściślej mówiąc z pamięcią EEPROM (ang. Erasable Electrically Programmable ROM). Proces zapisu i kasowania realizowany jest poprzez zmianę przyłożonego napięcia. Zaletą tego rozwiązania jest brak występowania jakichkolwiek ruchów mechanicznych, co zdecydowanie poprawia komfort pracy. Wadą jest stosunkowo mała pamięć w porównaniu z dyskami twardymi, choć występują już pamięci flash wielkości 8 GB. Przewiduje się, że okres ich eksploatacji będzie wynosił około 100 lat. Najpopularniejsze rozwiązania pamięci Flash zamieszczone zostały w poniższej tabeli.

Tabela 8. Rodzaje pamięci Flash

Rodzaj Masa g

Wymiar mm

PrzepływnośćMB/s Pojemność Uwagi

CompactFlash 33 36x42x4 16-20 8 MB do 16 GB

SmartMedia 2 43x37x0,76 16 do 128 MB MultiMedia Card 1,5 32x24x1,4 2,5 8 MB do 64MB Dysk Flash do 160 ~100x70x9,6 16 32 MB do 2 GB PCMCIA ATA Flash 33 - 43 85,6x54x5 8-20 16 MB do 2 GB Secure Digital 2 32x24x2,1 2,5-10 8 do 512 MB Memory Stick 4 50x21,5x2,8 1,5 ÷ 2,45 16 ÷ 512 MB PenDrive 20 20 4 MB÷ 1 GB

LITERATURA

Stalings W. Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT, Warszawa, 2000 Kolan Z. Urządzenia techniki komputerowej, SCRENN, Wrocław, 2001 Krzyżanowski R. Układy mikroprocesorowe, Mikom, Warszawa, 2004 Sacha K., Rydzewski A. Mikroprocesor w pytaniach i odpowiedziach, WNT, Warszawa, 1987

http://www.dyski.wirt.pl/krzem2.htmhttp://www.pamiec.com.pl/ram/flash_card.htmlhttp://www.frazpc.pl/artykuly/194/Mini/Recka/AMD/USB/Flash/Diskhttp://www.republika.pl/pamieciflash/index.htm

35

Rysunek 1 .................................................................................................................................. 2 Rysunek 2 .................................................................................................................................. 3 Rysunek 3 .................................................................................................................................. 4 Rysunek 4 .................................................................................................................................. 5 Rysunek 5 .................................................................................................................................. 6 Rysunek 6 ................................................................................................................................ 10 Rysunek 7................................................................................................................................. 11 Rysunek 8................................................................................................................................. 12 Rysunek 9 ................................................................................................................................ 14 Rysunek 10 .............................................................................................................................. 17 Rysunek 11 .............................................................................................................................. 22 Rysunek 12 .............................................................................................................................. 24 Rysunek 13 .............................................................................................................................. 27 Rysunek 14 .............................................................................................................................. 29 Rysunek 15 .............................................................................................................................. 30 Rysunek 16. ............................................................................................................................. 34

Tabela 1 Parametry wybranych procesorów 9 Tabela 2 Parametry techniczne płyty głównej ASUS 14 Tabela 3 Parametry techniczne płyty głównej GA-K8NSNXP 15 Tabela 4 Typy magistrali SCASI 21 Tabela 5 Sygnały złącza szeregowego RS232 25 Tabela 6 Parametry łącza USB 26 Tabela 7 Wyprowadzenia pinów IrDA - wariant 27 Tabela 8. Rodzaje pamięci Flash 35

36