CNews.ru : Неделя HI-TECH | итоги IT-рынка | (comp.inet.news.cnewsletter) : Рассылка : Subscribe.Ru

Компьютер — серьезный аппарат. Он может очень многое из того, о чем знаешь, и немало того, о чем и не догадываешься. Как любой непростой механизм, он будет приносить тем больше пользы, чем основательнее познакомишься с основными сведениями о его устройстве. Компьютер — очень непростой аппарат, и хотя все в нем выстраивается, следуя идее «я сам со всем справлюсь, а вы только кнопки нажимайте и мышью щелкайте», очень и очень рекомендуется для пользы дела познать, что же это такое в нем таинственно «шуршит». Вот описанию «внутренностей» компьютера и тому, как они там внутри увязаны, посвящена данная глава. Тот, кто уже не новичок в сообществе компьютерных пользователей, скажет: «Понятно, эта глава о компьютерном железе», и будет прав. Материал здесь, разумеется, непростой. О «железе» (или, по-английски, «hardware») всегда сложнее и говорить, и писать, нежели демонстрировать нарядные внешние результаты его правильного функционирования. Ну что же, тем приятнее и почетнее будет в нем разобраться. Может быть, кому-то данная глава покажется перенасыщенной сведениями технического характера, но без них никак нельзя. Если очень трудно, пробегитесь для первого раза по тексту глазами. «Насладитесь» чередою слов, известных с самого раннего детства (шина, память, винчестер, адрес, мать:), и малоизвестных, совсем недавно «со скрежетом» вписавшихся в русский язык (кэш, слот, чипсет:). Полюбуйтесь изящными аббревиатурами, посмотрите симпатичные картинки: Это тоже пригодится — проще будет вести разговоры-переговоры со специалистами-программистами и всеми теми, кто считает себя таковыми. Если какое-то слово покажется непонятным, явившимся вдруг, — не смущайтесь, идите дальше. Не исключено, что оно еще не раз встретится, а где-то о данном понятии вообще пойдет особый разговор, все подробно разъясняющий.

Вот одно слово будет мелькать в тексте особенно часто. Это — «интерфейс». Возможно, кто-то уже с ним сталкивался, и тогда, наверное, почувствовал, что трудно подобрать более расплывчатое и многозначное понятие, столь часто встречающееся применительно к сложной аппаратуре. Далее об интерфейсе пойдет речь, например, в контексте «взаимосвязь человека и компьютера», и там тоже придется специально уточнять его смысл. А здесь, в этой главе, емкое слово «интерфейс» будет означать «устройство сопряжения, связывающее персональный компьютер с внешним миром, а также различные элементы внутри компьютера — между собой».

Ну а теперь пора погрузиться в загадочный и притягательный мир «компьютерного железа».

Элементы архитектуры IBM-совместимого персонального компьютера

В семидесятых годах прошлого века идея персональной ЭВМ — вычислительной машины, принадлежащей одному человеку, а не организации — витала в воздухе. Побудительным мотивом к этому была та парадоксальная смесь восхищения и досады, которую вызывали у людей большие вычислительные машины первых поколений. Эти электронные колоссы могли творить чудеса, но из-за своей огромной стоимости и технической сложности работали лишь в строго определенных условиях и были доступны лишь немногим избранным. Взаимодействие с ЭВМ строилось через посредников — операторов. Положение не изменилось и после появления и широкого распространенные мини-ЭВМ, которые нельзя отнести к персональным компьютерам из-за их стоимости, — они были по карману только очень богатым персонам. И вот в августе 1981 года фирма IBM представила конструкцию персонального компьютера (далее ПК), названную IBM PC XT (PC — это аббревиатура от английского Personal Computer — персональный компьютер). Случилось знаковое событие — на рынок ПК вышла фирма IBM. Рассеялись последние сомнения в том, что персональные компьютеры весомо войдут в жизнь общества, — было известно, что эта фирма не занимается пустяками и все делает основательно. Выход на арену IBM означал конец «самодеятельности», неформального, любительского стиля работы, характерного для первого этапа развития индустрии ПК. Появился сильный и несомненный лидер в сфере высоких технологий. Вот в эти-то времена и заговорили о: феномене персонального компьютера.

Феномен персонального компьютера

Предложенная фирмой IBM конструкция персонального компьютера IBM PC XT имела ряд черт, определивших ее ошеломляющий успех.

Прежде всего — это применение нового, перспективного и весьма дорогого по тем временам процессора Intel 8088. Фирма IBM не пошла на то, чтобы использовать популярные тогда восьмиразрядные процессоры, которые были уже близки к своему закату. Процессор Intel 8088 имел внутренние регистры, рассчитанные на 16 разрядов двоичного числа (это уже шестнадцатиразрядная архитектура).

Во-вторых — это открытая архитектура компьютера IBM PC. Под открытой архитектурой понимается возможность расширять конструкцию компьютера путем подключения дополнительных блоков (карт расширения) через специальное устройство подключения, называемое шиной расширения. В IBM PC использовалась очень удачная шина расширения ISA (Industrial Standard Architecture), которая «жива» до сих пор (удивительное долголетие для компьютерного мира). Сразу же появилось немало фирм, производящих карты расширения. Руководители этих фирм были заинтересованы в сохранении и развитии именно этой архитектуры.

В-третьих — это то обстоятельство, что IBM никак не закрепила свои авторские права на разработанную архитектуру. Были запатентованы только коды BIOS (Basic Input Output System, по-русски ее называют «базовая система ввода-вывода»). С этой программы начинается запуск ПК. Поэтому у других фирм появилась возможность подключиться к производству ПК с такой архитектурой, требовалось лишь написать свои коды BIOS. Появилось понятие IBM-совместимый ПК (далее под термином IBM PC будем иметь в виду именно такой ПК).

Благодаря перечисленным обстоятельствам отрасль ПК приобрела мощь и устойчивость, которая сохраняется до сих пор. Многие фирмы занялись написанием программ для IBM PC, наиболее известная из них, безусловно, компания Microsoft. Именно большое количество созданного программного обеспечения выдвигает требование совместимости каждого последующего поколения ПК с предыдущим. Поэтому современные процессоры Pentium III и Pentium 4 умеют выполнять коды процессора Intel 8088.

На рис. 1.1 в общем виде представлена блок-схема IBM-совместимого ПК. Большинство элементов ПК, которые на рисунке выделены контуром, конструктивно расположены на системной плате. Все, что за пределами контура, каким-либо образом — кабелями или установкой в специальные разъемы — подключается к системной плате. Таким образом, , компьютер подобен конструктору, позволяющему из разных функциональных устройств, собрать вычислительную машину. В зависимости от круга решаемых задач набор устройств может быть весьма разнообразен.

Рис. 1.1. Блок-схема IBM-совместимого ПК

АДРЕСА В ИНТЕРНЕТЕ

Web-сайт фирмы IBM: http://www.ibm.com, web-сайт фирмы Intel: http://www.intel.ru, http:// www.intel.com.

Системная плата компьютера

Объединяющим элементом архитектуры персонального компьютера является системная плата. Ее называют также главная плата (mainboard), материнская плата (motherboard), а в документации используют аббревиатуру MB.

ПРИМЕЧАНИЕ. Поскольку системную плату часто именуют «материнской», приходится слышать, как кое-кто, не очень щепетильный в выборе слов, называет ее залихватски: «мать» («а у меня теперь мать новая — шустрая и без глюков:»).

На системной плате обычно размещаются: процессор; оперативная память; сверхоперативное запоминающее устройство, называемое также кэш-памятью; системная микросхема BIOS (базовая система ввода-вывода) с данными об аппаратных настройках и аккумулятор для ее питания; набор управляющих микросхем; вспомогательные микросхемы и контроллеры ввода-вывода, или чипсет (chipset — набор микросхем); разъемы расширения, или слоты (slots); разъемы для подключения интерфейсных кабелей жестких дисков, дисководов, последовательного и параллельного портов, инфракрасного порта, универсальной последовательной шины (Universal Serial Bus, USB); разъемы питания; преобразователь напряжения с 5 В до уровня, подходящего для питания процессора; разъем для подключения клавиатуры и ряд других компонентов.

Существуют системные платы, называемые интегрированными, в которые сразу встроены некоторые устройства, например, отвечающие за графику и звук компьютера. Они становятся неотъемлемыми компонентами системной платы и не подлежат замене при модернизации. Такие платы обычно дешевле, их разъемы высвобождены для подключения других устройств.

Как и положено «объединяющему блоку», важными характеристиками системной платы являются ее габаритные размеры и конструктивное расположение основных соединительных разъемов. Когда хотят описать системную плату с этих позиций, используют термины: типоразмер, конструктив, форм-фактор (form factor). Форм-фактор задает совместимость с определенным корпусом, возможности охлаждения плотно размещенных устройств, перспективы модернизации компьютера и расширения его функций. Когда выбирают системную плату, обращают особое внимание на главный ее разъем — тот, через который вставляется процессор. Эти разъемы различаются не только количеством и расположением ножек, но и конструктивным выполнением: в виде щелевой контактной группы (слот, slot) или прямоугольной панели с гнездами (сокет, socket). Понятно, что выбором разъема в определенной степени диктуется и выбор процессора, точнее, конструкция расположения его выводов. Может случиться так, что при модернизации компьютера придется отказаться от понравившегося процессора, поскольку впрямую в системную плату его вставить не удастся из-за несоответствия разъемов. Или придется подбирать переходный контактный узел.

Чтобы без вскрытия компьютера стало ясно, как может выглядеть системная плата, посмотрите на рис. 1.2. На нем изображена системная плата форм-фактора ATX с процессорным разъемом Slot 1.

Рис. 1.2. Вот как может выглядеть системная плата

Процессоры: «Intel Inside»

Основой персонального компьютера является центральное процессорное устройство (ЦПУ, CPU), или просто процессор. На рис. 1.3 слева показано, как конструктивно может выглядеть процессор Pentium III. С системной платой это «сооружение» соединяется через разъем Slot 1, — соединительные контакты можно увидеть в нижней части конструкции. Микросхему процессора (чип) на рисунке не видно, — вся электроника укрыта защитной панелью (картриджем). Как может выглядеть чип процессора, упрятанный под картридж, показано на рис. 1.3 справа.

Характеристики процессора в значительной степени определяют производительность всей системы. Часто удается заметно «обновить» компьютер, заменив процессор более мощным. Но цена процессора может составлять значительную долю цены ПК (иногда 30 % и выше). Поэтому, чтобы правильно выбрать систему, отвечающую решаемым задачам, чтобы оптимальным образом провести модернизацию компьютера, надо разбираться в основных характеристиках процессоров. Таковыми являются: разрядность внутренних регистров (устройств записи, хранения и считывания чисел в двоичном коде); разрядность шины данных и шины адреса; значения внешней и внутренней тактовых частот; конструкция контактного разъема.

Рис. 1.3. Процессор Pentium III в картридже (сверху) и кристалл Pentium III, смонтированный под картриджем (снизу)

В процессоре Intel 8088, который относят к процессорам первого поколения, внутренние регистры — шестнадцатиразрядные. Данные передаются и принимаются по восьмиразрядной шине данных. Шина адреса содержит 20 разрядов, то есть процессор может использовать 220 байт памяти (1 Мбайт). Это обстоятельство наложило свой отпечаток на всю архитектуру IBM PC-совместимых ПК — первый мегабайт памяти таких компьютеров (вплоть до Pentium III и Pentium 4) имеет особое значение и устроен одинаковым образом. Процессор Pentium III — представитель шестого поколения процессоров разработки фирмы Intel — имеет уже 32-разрядные внутренние регистры, 32-разрядную шину адреса, 64-разрядную шину данных, внешнюю тактовую частоту 100 МГц или 133 МГц, внутреннюю тактовую частоту более 1000 МГц. Один из вариантов крепления на плате — через Slot 1, другой вариант — через разъем типа Socket.

ПРИМЕЧАНИЕ. В апреле 1998 года фирма Intel выпустила Celeron — революционный (в смысле ориентации на широкого пользователя) процессор (Celeron произносится как «силерон», созвучно английскому слову celerity — скорость). В общем-то, это целое семейство недорогих процессоров. До настоящего времени выпускались или выпускаются следующие представители семейства: Covington, Mendocino, Dixon. Имеются варианты моделей с разными контактными разъемами: под Socket 370 и под Slot 1.

Наименования Celeron, Pentium II или Pentium III используют для нескольких модификаций процессоров, имеющих разные ядра и ориентированных на определенные сегменты рынка. Фирма Intel присваивает различным модификациям служебные кодовые имена (на общедоступном web-сайте фирмы Intel их не указывают). Однако эти имена известны специалистам, иногда их произносят продавцы процессоров. Например, процессорами Pentium II являются: Klamath (первый процессор линейки Pentium II, изготавливался на базе технологического процесса с шагом 0,35 микрон), Deschutes (появился в январе 1998 г., изготавливался по 0,25-микронной технологии). Процессорами Pentium III являются: Katmai, Coppermine (сделанный на базе 0,18-микронной технологии), Pentium III Xeon (используется в мощных серверах), Tanner, Cascades (изготовлен по 0,18-микронной технологии, серверный вариант Coppermine).

ПРИМЕЧАНИЕ. По мере увеличения внутренней частоты (темпа вычислений) процессоры приходится делать все более миниатюрными, переходя от технологии «с шагом 0,35 микрон» к технологии с меньшим шагом. Цифры в описании технологии — период координатной сетки, по которой выстраиваются элементы интегральной микросхемы. Технологии изготовления интегральных схем совершенствуются — и шаг координатной сетки уменьшается. Сейчас используются: 0,35- 0,25- 0,18- 0,13-микронная технологии.

На ближайшие несколько лет основным процессором IBM-совместимого ПК станет процессор Intel Pentium 4. Он содержит 42 млн. транзисторов (против 28 млн у Pentium III). На рис. 1.4 показано, как выглядит новый процессор. Он весьма похож на Pentium III, но вот ножек стало существенно больше — 423 против 370. Для установки Pentium 4 в системную плату сначала вместо Socket 370 использовалась панель Socket 423, а потом стала применяться панель Socket 478.

Рис. 1.4. Кристалл процессора Pentium 4 находится под металлической крышкой
(слева — вид сверху, справа — вид снизу)

Процессор Pentium 4 потребляет довольно много энергии, для него требуется большой радиатор с производительным вентилятором. Радиатор процессора обладает внушительной массой, и поэтому крепится не к системной плате, а к металлической платформе, на которой монтируется системная плата. На рис. 1.5 показано, как выглядит системная плата в корпусе компьютера. Хорошо видна панель Socket 423 (процессор не установлен). По периметру можно разглядеть 4 винта, удерживающие черные направляющие. В них входит радиатор. При монтаже процессора радиатор защелкивается двумя стальными скобами за выступы, специально устроенные на направляющих. Сверху на рисунке (над панелью) видны модули памяти.

Процессор Pentium 4 представляет собой первую совершенно новую разработку корпорации Intel для настольных ПК за период с 1995 года (тогда корпорация выпустила процессор Pentium Pro). Что нового в Pentium 4? Можно перечислить несколько существенных нововведений.

Процессор Pentium 4 использует новую системную шину с частотой внешней шины (Front Side Bus, FSB) 400 МГц и 533 МГц.

Рис. 1.5. Системная плата с Socket 423, вмонтированная в корпус компьютера

В процессоре Pentium 4 используется новый набор внутренних команд (инструкций), называемый SSE2. Аббревиатура SSE2 означает Streaming SIMD Extensions 2 — потоковое расширение SIMD (Single Instruction, Many Data — одна инструкция, много данных). Набор SSE2 — дальнейшее продвижение в области команд MMX (MultiMedia eXtention — мультимедийное расширение).

Процессор Pentium 4 поддерживает целый диапазон более высоких тактовых частот, начиная с 1,4 ГГц, с тенденцией к дальнейшему наращиванию. (По оценкам экспертов, в 2006 г. можно ожидать появления процессора с тактовой частотой 11 ГГц.)

В процессоре Pentium 4 применяется технология ядра быстрого выполнения (Rapid Execution Engine). Она обеспечивает работу блоков арифметической логики (Arithmetic Logic Unit) процессора на частоте, вдвое превосходящей тактовую частоту ядра процессора.

Чтобы полностью использовать все возможности нового процессора, необходимо оптимизировать под него программное обеспечение. Хотя формально Pentium 4 полностью совместим по набору команд с предшествующими процессорами, какие-то комбинации команд он выполняет особенно быстро, а какие-то — не очень. Поэтому есть определенные правила оптимального программирования процессора Pentium 4, и эти правила не совпадают с правилами оптимального программирования процессора Pentium III. Скорее всего, потребуется некоторое время, чтобы Pentium 4 показал всю свою мощь.

И, наконец, упомянем последние разработки Intel — процессоры Itanium и Itanium 2. Их главная особенность — 64-разрядная внутренняя архитектура. Эти процессоры требуют специального программного обеспечения. Одна из операционных систем, разработанных «под них» — Windows XP-64. В настоящее время процессоры Itanium и Itanium 2 используются в мощных серверах. Можно предположить, что подобные процессоры придут на смену современным 32-разрядным Pentium III и Pentium 4.

Оперативная память, кэш-память

На производительность персонального компьютера сильно влияет объем памяти оперативного запоминающего устройства (сокращенно — ОЗУ). Английский термин для ОЗУ — RAM (Random Access Memory — память с произвольным доступом). Быстродействие ОЗУ увеличивать сложно, поэтому в современном ПК используют так называемую кэш-память. Ее еще называют просто кэш. Слово созвучно названию cache (запас), произносимому по-английски. Кэш располагается на системной плате или на самом процессоре и реализует быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в быстродействии процессора и ОЗУ, — в кэш-память попадают наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш. В случае близкого по времени повторного обращения к адресу той же ячейки это содержимое может быть с большой скоростью выбрано из кэш-памяти. При записи в память данные попадают в кэш и либо одновременно копируются в память (схема Write Through — прямая, или сквозная, запись), либо копируются через некоторое время (схема Write Back — отложенная, или обратная, запись). При обратной записи данные копируются в память, если запись в кэш невозможна — отсутствует свободная область. И тогда в память вытесняется наименее используемая область кэш-памяти.

В процессоры линии 486 и выше встроен также внутренний (internal) кэш объемом 8–16 Кбайт. Его именуют Primary (первичный), или кэш L1 (от Level 1 — первый уровень). Есть еще внешний (external) кэш, расположенный на плате. Его именуют Secondary (вторичный), или кэш L2 (от Level 2 — второй уровень). В большинстве процессоров внутренний кэш работает по схеме с прямой записью, а в процессорах Pentium он может работать и с отложенной записью. У процессоров Pentium Pro кэш L2 (объемом 256 или 512 Кбайт) находится на одном кристалле с процессором. Это приводило к большим трудностям при производстве, отсюда высокая стоимость Pentium Pro.

АДРЕСА В ИНТЕРНЕТЕ

В настоящее время фирма Cyrix приобретена известным производителем микросхем Via. Адреса в Интернете фирм Cyrix и Via: http://www.cyrix.com, http://www.via.com.

Кроме процессоров, совместимых с линейкой 80х86, имеется немало процессоров других архитектур (Alpha, PowerPC, SPARC, MIPS, PA-RISC), однако в персональных компьютерах широкого применения вряд ли с ними встретишься.

Процессорные разъемы

Существенной конструктивной характеристикой процессора и, соответственно, системной платы является тип разъема, используемого для установки процессора в «посадочное место» на системной плате: в сокет (socket) или в слот (slot). Сложилось так, что контактные разъемы процессоров имеют разные конструкции, и появляются все новые и новые. Времена единого процессорного гнезда (таким одно время был разъем Socket 7) ушли в прошлое. Сейчас используются две основные разновидности процессорных разъемов: прямоугольная панель с гнездами (сокет, socket) и щелевой разъем (слот, slot). Например, процессор Pentium II соединяется c системной платой специальным соединителем SEC1 (Single Edge Connector — односторонний краевой соединитель). Саму процессорную плату называют SECC (Single Edge Connector Cartridge). Ответной частью для соединителя SEC1 является разъем Slot1, похожий на разъем шины расширения. Такой же формат процессорной платы используется и для Pentium III (см. рис. 1.3). Под картриджем, закрывающим микросхемы, имеется термопластина. Она прижата к обоим чипам: процессора и кэша L2. К ней крепится вентилятор. Разработаны и переходные разъемы, позволяющие вставить в системную плату процессор с «неподходящим» разъемом.

Конкурентная борьба, а также маркетинговая политика компьютерных гигантов приводят к тому, что новые серии процессоров имеет свои, отличные от предшественников и тем более от конкурентов, типы разъемов. Так через некоторое время после выпуска процессора Pentium 4, приспособленного для установки в панель Socket 423, корпорация Intel преподнесла сюрприз — изменила конструкцию процессора (его форм-фактор). Новый процессор существенно уменьшился, поэтому его стали называть «маленький Pentium 4» (рис. 1.6). Для установки нового процессора используют новое гнездо — Socket 478. (Хотя новый процессор стал заметно меньше, радиатор для него требуется почти такой же, как и для «большого» Pentium 4.)

Рис. 1.6. «Братья-процессоры» Pentium 4: слева — под Socket 478,
а справа — под Socket 423

ВНИМАНИЕ. Появление разных форм-факторов создает дополнительные проблемы. Под Socket 423 и под Socket 478 требуются разные системные платы. Каждая из них работает только с соответствующим процессором. Это обстоятельство следует учитывать при модернизации.

ПРИМЕЧАНИЕ. Считают, что, скорее всего, именно маленький Pentium 4 станет на ближайшие годы массовым процессором.

В табл. 1.1. приведены данные о наиболее известных процессорных разъемах.

Таблица 1.1. Процессорные разъемы

Разъем Число выводов Типы процессоров

Slot 1 (SECC) 242 Pentium II/III/Pro, Celeron

Slot 2 (SECC2) 330 PentiumIII Xeon

Slot A 242 Athlon

Socket 7 321 Pentium, K5, K6, 6x86, C6

Socket 370 PPGA 370 Celeron, Cyrix III

Socket 370 FC-PGA 370 Pentium III, Celeron

Socket A 462 Athlon (Tunderbird), Duron

Socket 423 FC-PGA 423 Pentium 4 (Willamette-423)

Socket 478 micro FC-PGA2 478 Prescott (Willamette-478)

Socket 370 FC-PGA2 370 Tualtin (развитие Coppermine)

В последнее время отмечается тенденция отхода от щелевых разъемов, причем она просматривается для процессоров, выпускаемых и Intel, и AMD. Это объяснимо, поскольку появление разъемов Slot 1 и Slot A было вызвано несовершенством технологического процесса изготовления процессоров Pentium II и Athlon. Технологию наладили, научились получать низкий процент бракованных изделий при размещении кэш-памяти L2 и ядра на едином кристалле — и вернулись к панельному разъему типа Socket.

Оперативная память, основная память

Если процессор — «сердце» ПК, то оперативная память — его «мозг».

ПРИМЕЧАНИЕ. Вопрос: «Как у вас с мозгами?» — означает, скорее всего, интерес к количеству мегабайтов оперативной памяти вашего компьютера.

Без ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, RAM) работа ПК невозможна. При малом ОЗУ быстродействующий процессор и все чудеса Интернета значили бы немного. Большая оперативная память делает доступными сложные мультимедийные программы и обеспечивает комфортную работу под управлением «тяжеловесных» 32-разрядных операционных систем типа Windows 2000. Увеличение ОЗУ может вселить в стареющий ПК новую жизнь, удовлетворив запросы прожорливых программ и увеличив производительность ПК в большей степени, нежели замена процессора или видеоадаптера. Испытывая дефицит оперативной памяти, компьютер расходует слишком много времени на чтение данных с жесткого диска, а быстрый процессор тем временем простаивает. Разработчики программ исходят из того, что увеличение объема оперативной памяти компьютера — это всего лишь проблема приобретения дополнительных микросхем или замена устаревших: и новые программы требуют все большей и большей памяти. Так что наращивание ОЗУ, похоже, — вечная проблема.

Оперативная память компьютера состоит из основной памяти (набирается модулями памяти на системной плате), кэш-памяти L2, чипов памяти на платах расширения, памяти BIOS. Большая часть оперативной памяти приходится, разумеется, на основную память. Поэтому, когда говорят «микросхемы ОЗУ», имеют в виду как раз те самые модули, из которых формируется основная память. О ней далее и пойдет речь.

Микросхемы ОЗУ размещают блоками на специальных модулях памяти — небольших платах с многочисленными контактами, рассчитанными на установку в щелевидные разъемы (слоты) системной платы. Будучи вставленными в слоты, модули попадают под управление контроллера памяти, расположенного на системной плате. Ритм взаимодействия с ячейками памяти задается тактовой частотой системной платы. Чем выше частота, тем быстрее должны происходить операции записи и считывания данных.

Когда компьютер собирают в единое целое, то основную память устанавливают отдельно, поэтому имеется возможность выбора набора модулей по количеству и типу. От того, насколько грамотно сформирована основная память, зависит производительность всего компьютера. При выборе модулей памяти необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

требуется обеспечить соответствие контактов модуля и разъемов системной платы (этому помогают специальные ключи-пропилы, препятствующие неправильной установке);

напряжение питания модуля не должно отличаться от того, которое подведено к слоту системной платы (ранее некоторые модули памяти использовали 5 В, сейчас — 3,3 В);

скорость работы модулей должна соответствовать тактовой частоте системной платы;

объем памяти следует выбирать с некоторым запасом по отношению к запросам программ, устанавливаемых на компьютере.

Обеспечить эти позиции — главное, а выбора фирмы-производителя модулей оперативной памяти — вопрос второго плана. В этой сфере нет какого-либо одного «законодателя мод». Достаточно, чтобы модули ОЗУ имели марку компании с известным именем (таких немало) и чтобы на чип памяти распространялась пожизненная или, по крайней мере, трехлетняя гарантия.

АДРЕСА В ИНТЕРНЕТЕ

Web-сайты основных производителей памяти:

http://www.alsc.com/product/dram.html (Alliance);
http://www.fujitsumicro.com/products/memory/memory.html (Fujitsu);
http://www.lgs.co.kr/products.htm (LG);
http://www.halsp.hitachi.com/tech_prod/tree/index.htm (Hitachi);
http://www.hei.co.kr/english/product/semi/semi.htm (Hyundai);
http://www.chips.ibm.com/products/memory (IBM);
http://www.mitsubishichips.com/products/dram/drams.htm (Mitsubishi);
http://www.nec.com/cgi-bin/memory (NEC);
http://www.sec.samsung.com/Products/dram/pro_index.html (Samsung);
http://www.siemens.de/Semiconductor/products/ICs/31/31.htm (Siemens);
http://www.ti.com/sc/docs/psheets/pids1.htm (Texas Instruments);
http://www.toshiba.com (Toshiba).

Оперативная память энергозависима. При выключении питания записанные в ОЗУ данные исчезают. В современных ПК используют динамическое ОЗУ (Dynamic Random Access Memory, DRAM). Память этого типа приходится периодически регенерировать (перезаписывать данные), чтобы информация сохранялась. В это время ячейки памяти недоступны для операций с данными. Для памяти статического типа перезапись не требуется, поэтому статическая память быстрее динамической. Но поскольку ячейки DRAM более компактны и стоят дешевле, то именно память динамического типа используют для построения основной памяти, а статическую память — для кэша L2.

Модули ОЗУ бывают разных типов.

SIMM (Single Inline Memory Module) — модуль памяти с односторонними контактами. На последних компьютерах линии 486 и в первых ПК с процессорами Pentium устанавливались модули с 72 контактами.

DIMM (Dual Inline Memory Module) — модуль памяти с двухсторонними контактами.

RIMM (Rambus Inline Memory Module) — 168-контактный модуль памяти RDRAM повышенной (1,6 Гбайт/с) пропускной способности. Используя 16-битную шину, эта память передает информацию по обоим фронтам тактового импульса, то есть фактически удваивает частоту работы.

DDR RAM — модуль повышенной (до 2,1 Гбайт/с) пропускной способности, имеющий 184-контактный разъем типа DIMM.

Основная память компьютера сгруппирована в банки памяти. Так называют минимальный блок, с которым компьютер становится работоспособным. Наращивают ОЗУ, полностью заполняя отдельные банки памяти. Поскольку 72-контактный SIMM имеет 32-разрядную организацию, для обслуживания системы с процессором Pentium (64-разрядная шина данных) приходится устанавливать не менее двух таких модулей. Вскоре после появления Pentium были внедрены новые 168-контактные модули памяти — DIMM. Каждый такой модуль является банком памяти для архитектуры на процессоре Pentium.

Модули DIMM обычно строятся на базе микросхем синхронной динамической памяти (Synchronous DRAM, или SDRAM). Синхронная память требует подачи тактовых импульсов с системной платы, поэтому длительность всех операций задается тактами шины памяти. Процессор выставляет адрес памяти и может переключаться на другую задачу, поскольку известно, когда можно вернуться за данными. Это дает некоторое повышение производительности. При частоте системной платы 100 МГц и выше используют только синхронную память.

Память SDRAM характеризуется периодом (или частотой) тактовых импульсов. Если системная плата имеет тактовую частоту менее 100 МГц, то для нее подойдут модули SDRAM с периодом тактовых импульсов 10 наносекунд (частота — 100 МГц). Для широко распространенных модулей спецификаций РС100 и РС133 этот параметр (период тактовых импульсов) — 10 нс и 7 нс, соответственно. Рабочая частота модулей памяти, отвечающих спецификациям РС100 и РС133, увеличена соответственно до 100 и 133 МГц, что обеспечивает пропускную способность 0,8 Гбайт/с и 1,064 Гбайт/с.

Модули памяти бывают буферизованные (содержащие буфер и управляющий им контроллер) и небуферизованные. Первые применяются в серверах, в обычных компьютерах целесообразно использовать вторые.

Память может быть с контролем четности (parity), с коррекцией ошибок (Error Checking and Correction, ECC) или без них. Сейчас контроль четности применяют только на серверах. Также на серверах используют технологию ECC, которая позволяет исправлять один сбойный бит автоматически, без участия пользователя, а остановка происходит при одновременном сбое двух битов — маловероятном событии. Платой за повышение надежности является более высокая цена системы и некоторое снижение производительности. Для обычных ПК коррекция ошибок перестала быть актуальной, и чипсеты системных плат могут не поддерживать эту функцию. Поэтому, приобретая модули памяти, следует отдавать предпочтение модулям без ECC (без коррекции ошибок).

ПРИМЕЧАНИЕ. Цитата по поводу: :"Системная плата ASUS A7A266, предназначенная для установки процессоров Athlon и Duron, оснащена гнездами для модулей памяти SDRAM и DDR SDRAM, допускающими установку до 3 Гбайт памяти SDRAM PC-100/133 или 2 Гбайт памяти DDR SDRAM PC-200/266. Плата поддерживает работу с процессорами Athlon 1,2 ГГц, имеющими частоту DDR-шины 133 МГц (эквивалентная частота шины — 266 МГц)": из журнала PC WEER (http://www.pcweek.ru/).

Долговременная память

Для длительного хранения данных используется долговременная память на дисках. Основные информационные ресурсы (модули операционных систем, разнообразные служебные программы, приложения, данные, архивы, зоны виртуальной памяти) хранятся в компьютере на жестких магнитных дисках, помещенных в дисководы. Эти устройства, являющиеся цельными блоками, напичканными виртуозной механикой и сложной электроникой, называют жесткими дисками, винчестерами, HDD (Hard Disk Drive — дисковод жесткого диска). Объем информации, которую можно на них разместить, — воистину гигантский. Исчисляется десятками гигабайтов. Жестким дискам посвящен в этой главе специальный раздел.

ПРИМЕЧАНИЕ. Когда говорят «жесткий диск», имеют чаще всего в виду не собственно дисковую пластину носителя информации (часто пользователи и не подозревают, сколько дисков на самом деле находится внутри HDD), а именно весь блок целиком. Именно так и следует воспринимать в данной книге термины «жесткий диск» и «винчестер».

Дисководы жестких дисков подключаются к компьютеру через адаптер IDE (Integrated Device Electronics — электроника, интегрированная в устройство), но могут подключаться и через интерфейс SCSI (Small Computers System Interface — системный интерфейс малых компьютеров, читается «скази»). Соответственно надо различать устройства HDD с интерфейсом IDE и с интерфейсом SCSI (более дорогие). У стандартного ПК имеется два канала IDE, к каждому из которых можно подключить по два HDD. Кроме HDD это могут быть: дисковод для компакт-дисков (в том числе записывающий), магнитные накопители ZIP, LS-120, магнитооптические накопители. Интерфейс SCSI (имеется в виду наиболее распространенный — SCSI-2) допускает подключение до семи устройств. Кроме HDD через SCSI-интерфейс можно соединить с компьютером устройства долговременной памяти и дополнительную внешнюю (находящуюся вне корпуса ПК) аппаратуру.

Жесткий диск, вставленный в компьютер, становится его постоянным компонентом. Некоторые энергичные пользователи время от времени вынимают диск и везут к приятелям для переписывания огромных блоков данных. Но это нетипичный подход. Для переноса данных с компьютера на компьютер (не по проводам, а по воздуху), имеются другие устройства: гибкие магнитные диски, лазерные и магнитооптические диски. Все они обслуживаются соответствующим устройством, содержащим механические элементы и электронную часть, — дисководом (Disk Drive).

Накопитель на гибких магнитных дисках (Floppy Disk Drive, FDD) подключается к системе через контроллер FDD (контроллер — устройство управления). В современных ПК этот контроллер находится на системной плате. К контроллеру дисководы подключаются ленточным кабелем (рис. 1.7). Стандартный ПК может иметь два дисковода FDD (системой они именуются как дисководы А и В). Тому дисководу, который подключен после перевернутых проводников, всегда присваивают литеру А. Через контроллер FDD к компьютеру можно подключать некоторые типы стриммеров — накопителей на магнитной ленте.

Рис. 1.7. Ленточный кабель для подсоединения FDD

ПРИМЕЧАНИЕ. В старых компьютерах контроллер размещался на плате расширения. Обычно его объединяли в блок с контроллерами жестких дисков, коммуникационных и принтерных портов. Такое комбинированное устройство называют мультикартой.

Видеоадаптеры

Видеосистема ПК состоит из монитора и видеоадаптера (видеокарты). Видеоадаптер устанавливается в разъем расширения на системной плате (чаще всего это AGP-слот) или встраивается в системную плату.

Видеоадаптер состоит из четырех основных устройств: памяти (говорят «видеопамяти»), контроллера (видеопроцессора), цифроаналогового преобразователя (ЦАП, DAC) и ПЗУ (видео-ПЗУ).

Видеопамять служит для хранения закодированного в двоичном коде изображения. От ее объема зависит максимально возможное разрешение видеокарты, а значит, и допустимые режимы работы монитора. Объем памяти, необходимый для реализации выбранного разрешения, вычисляется произведением трех параметров: A?B?C. Здесь A — количество точек (пикселов) по горизонтали, B — по вертикали и C — количество битов, выделенных для хранения цвета каждой точки. Например, для разрешения, соответствующего воспроизведению 256 цветов (8 бит) в размере 800 точек по горизонтали и 600 точек по вертикали, получается размер: 800?600?8 = 480 Кбайт. То есть для данного случая требуемый объем видеопамяти, — не менее 512 Кбайт (значение должно быть кратно степени двойки). В варианте с воспроизведением 64 Кбайт при размере 1024?768 требуется объем памяти: 1024?768?16 = 2 Мбайт, и т. д.

Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора. В современных видеокартах видеоконтроллер фактически является специализированным процессором (видеопроцессором), по сложности иногда даже превосходящим ЦПУ системы. Внутренняя шина данных видеопроцессора обычно шире внешней (64 или 128 разрядов против 32). И видеопроцессор, и ЦПУ имеют доступ к видеопамяти, поэтому здесь возможны конфликты. Для ускорения вывода изображения на экран монитора, а также для снижения частоты конфликтов при обращении к памяти со стороны видеопроцессора и центрального процессора видеопроцессор имеет отдельный буфер. В свободное от обращений центрального процессора время этот буфер заполняется данными из видеопамяти. Если конфликта избежать не удается, видеопроцессору приходится задерживать обращение процессора к видеопамяти, что снижает производительность системы. Для исключения подобных конфликтов в ряде карт применяется так называемая двухпортовая память (VideoRAM — VRAM, WindowRAM — WRAM), допускающая одновременные обращения двух устройств — ЦПУ и видеопроцессора.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор. В мониторы должен поступать аналоговый видеосигнал, поэтому возможный диапазон цветности изображения определяется параметрами ЦАП. Большинство ЦАП имеют разрядность 8?3. Это обеспечивает для трех каналов основных цветов модели RGB — красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue) — по 256 уровней яркости на каждый цвет. Всего получается 16,7 млн цветов. Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером, однако это делается в основном для недорогих ЦАП, поскольку близкое соседство с интенсивно работающими схемами отрицательно влияет на стабильность работы ЦАП.

Видео-ПЗУ (Video-ROM) — постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. Видео-ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ, записанных в ПЗУ, происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые микросхемы ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись содержимого ПЗУ. Для этой процедуры имеются специальные программы, которые поставляются в комплекте видеокарты.

Именно в ПЗУ записан вид символов (эта область ПЗУ называется знакогенератор), выводимых на экран в текстовом режиме. Русских (кириллических) символов там, как правило, нет. Поэтому до загрузки операционной системы русификация невозможна. Поскольку при загрузке системы содержимое знакогенератора переписывается в оперативную память (в видео-ОЗУ), возможно программное замещение содержимого этой области. На этом основана русификация на уровне DOS. Для осуществления данной процедуры в файле CONFIG.SYS предусмотрены строки:

device=C:\WINDOWS\COMMAND\display.sys con=(ega,,1)Country=007,866,C:\WINDOWS\COMMAND\country.sys

Последняя строка задает российский стиль в написании времени и даты (у нас принято писать сначала день, потом месяц, а потом год, а у японцев — все наоборот).

В файле AUTOEXEC.BAT для выполнения русификации записано следующее:

mode con codepage prepare=((866) C:\WINDOWS\COMMAND\ega3.cpi)mode con codepage select=866keyb ru,,C:\WINDOWS\COMMAND\keybrd3.sys

Другой способ русификации под DOS — использование специальных программ, например, cyrillic.com или keyrus.com, которые можно запускать из файла AUTOEXEC.BAT при загрузке.

Видео-ПЗУ необходимо только для первоначального запуска видеосистемы и работы под управлением операционных систем MS DOS, Novell Netware и других ОС, использующих преимущественно текстовый режим. Операционные системы Windows, OS/2 и им подобные, работающие через собственные видеодрайверы, не используют ПЗУ для управления адаптером либо используют его только при выполнении программ для MS DOS.

На видеокарте обычно размещаются один или несколько разъемов для внутреннего соединения, один из которых носит название Feature Connector. Он служит для предоставления внешним устройствам доступа к видесистеме. К этому разъему могут подключаться: телеприемник, аппаратный декодер MPEG (сжатого потока видеоинформации), устройство ввода изображения и другие. На некоторых видеокартах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств.

В видеосистемах используют графические ускорители (accelerators). Ускорителями называют наборы аппаратных средств адаптера, предназначенные для перекладывания части типовых операций по работе с изображением на встроенный процессор адаптера. Различают ускорители Windows (Windows accelerators), поддерживающие типичные операции Windows (например, открытие окон, изменение их размеров и местоположения), 2D-ускорители (построение изображений отрезков, простых фигур, заливка цветом). Популярны также ускорители трехмерной графики (3D-ускорители) с поддержкой многослойного изображения, теней и прочих эффектов. С использованием ускорителей сложные графические преобразования выполняются значительно быстрее.

Подключение внешних устройств

Подключить к компьютеру дополнительное устройство можно через специальную плату расширения, имеющую контактную группу определенного стандарта. Такая плата (ее называют также картой) вставляется в соответствующий разъем (слот) шины расширения системной платы. Тем самым обеспечивается включение размещенного на карте устройства в состав компьютерной аппаратуры. Посредством технологии PnP (короткое название для Plug and Play, или Plug&Play, — «подключи и играй») операционная система самостоятельно выполнит необходимые настройки, и устройство впишется в ансамбль ПК. Если технология PnP не поддерживается подключаемым устройством, то настройки выполняют вручную.

Решив «нарастить» компьютер дополнительным устройством, реализованным в виде платы расширения, надо прежде всего поинтересоваться — что представляет собой шина расширения данного компьютера и есть ли на ней свободные разъемы (слоты). Шины расширения бывают разные, ниже описаны наиболее распространенные.

ISA 16 — основная шина на старых компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Поддерживает обмен шестнадцатиразрядными данными внутри двадцатичетырехразрядного адресного пространства (обозначается как «разрядность 16/24»). Имеет тактовую частоту — 8 МГц, предельную пропускную способность — 5,55 Мбайт/с. Конструктивно — это 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения.

PCI (Peripheral Component Interconnect — соединение внешних компонентов) — разработка фирмы Intel, самая популярная в настоящее время шина. Она не совместима с другими шинами. Имеет разрядность — 32/32 (расширенный вариант — 64/64), тактовую частоту — до 33 МГц, пропускную способность — до 132 Мбайт/с. Для тактовой частоты 66 МГц, используемой в модификации PCI 2.1, пропускная способность еще выше: 264 Мбайт/с для разрядности 32/32 и 528 Мбайт/с для разрядности 64/64. Разъемы шины сгруппированы в сегменты. Количество слотов на одном сегменте ограничено четырьмя. Сегменты соединяются друг с другом посредством так называемых мостов (bridge). Топология соединений может быть разной: дерево, звезда и т. п. В варианте 64/64 PCI-разъем содержит 124 контакта: 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом. Все разъемы и карты к ним разделяются по уровням поддерживаемых сигналов: 5 В, 3,3 В и универсальные. Первые два типа должны соответствовать друг другу, универсальные карты ставятся в любой разъем. Шина PCI поддерживает автоконфигурацию.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association — ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса NoteBook (портативных компьютеров, ноутбуков). Другое название модуля PCMCIA — PC Card. Шина довольно проста, поддерживает автоконфигурацию. Ее разрядность — 16/26 (адресное пространство — 64 Мбайт). Конструктивно это — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны длиннее других, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера («горячее включение и отключение»).

AGP (Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт) — предложенная Intel быстрая шина для видеокарт. Обеспечивает передачу данных от процессора к видеокарте со скоростью 1024 Мбайт/с.

AMR (Audio-Modem Riser — аудиомодемный расширитель). Эта шина также предложена Intel. Она предназначена для установки «облегченной» карты расширения, выполняющей функции звуковой карты и модема при активном участии центрального процессора.

Подключение платы расширения предполагает «вскрытие» системного блока и манипуляции с разъемами системной платы. У портативных компьютеров слот шины расширения (PC Card) выведен наружу, и подключение к такой шине не требует «вскрытия» компьютера. Пример платы расширения (внутреннего модема U. S. Robotics Sportster), предназначенной для установки в слот шины ISA, показан на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Пример платы расширения для шины ISA — внутренний модем

Для связи с внешним миром служат также коммуникационные, или последовательные, порты, их обычно два: COM 1 и COM 2. Они используются для связи двух ПК, подключения внешних модемов, мыши и для некоторых других целей. Внутренний модем (подключаемый через шину расширения) воспринимается системой как еще один COM-порт. В архитектуре IBM PC через BIOS можно управлять четырьмя последовательными портами.

Для подключения принтеров служит параллельный порт: LPT. В ПК он обычно один (LPT1), но можно установить еще два: LPT2, LPT3.

Есть еще весьма быстрый интерфейс — USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина). Его скорость (12 Мбит/с) позволяет обеспечить эффективное взаимодействие с лазерным принтером, сканером, цифровой фотокамерой. К шине USB можно подключить до 127 устройств, она допускает «горячее» включение и отключение, при этом операционная система сама загружает или выгружает соответствующие драйверы.

До недавнего времени шина USB мало использовалась, поэтому шутники называли ее Unused Serial Bus — неиспользуемая последовательная шина. Однако сейчас интерфейс USB становится обязательным для любого современного ПК. С другой стороны, многие периферийные компьютерные устройства (сканеры, принтеры, цифровые фотокамеры и даже мониторы) оборудуют разъемами и устройствами, обеспечивающими для связи с системным блоком интерфейс USB. Считают, что потенциально USB в будущем полностью вытеснит последовательные и параллельные порты.

Другая последовательная шина, которая имеет большие перспективы, — это FireWire (буквальный перевод с английского: огненный провод). Официальное название этого устройства — высокопроизводительная последовательная шина IEEE 1394. Эта шина обеспечивает скорость обмена 100 Мбит/с и более. Она позволяет связать периферийные устройства не только с ПК, но и между собой. Шина обеспечивает одновременное соединение многих устройств (до 63) без применения дополнительной аппаратуры. Это могут быть цифровые фото- и видеокамеры, видеомагнитофоны, сканеры. На базе FireWire можно строить небольшие локальные сети. Для оснащения ПК шиной FireWire нужна соответствующая карта расширения.

Если системная плата — интегрированная, то она снабжена контактными разъемами для подключения, например, звуковой аппаратуры и других устройств, если нет — подобные контакты, имеются на соответствующих платах расширения. На рис. 1.8 можно увидеть, что плата внутреннего модема оборудована гнездами для подключения телефона и телефонной линии.

На рис. 1.9 показано, как могут выглядеть некоторые разъемы, предназначенные для подключения к компьютеру дополнительных устройств.

Рис. 1.9. Так может выглядеть контактная группа для подключения внешних устройств

Весьма заманчиво осуществить беспроводную связь между системным блоком и периферийными устройствами. Для этого наиболее подходит инфракрасный диапазон волн. В отличие от других беспроводных систем связи (радиочастотных), инфракрасные излучатели не создают помех в радиочастотном диапазоне и обеспечивают хорошую скрытность связи. Инфракрасные волны (ИК-лучи) не проходят через стены; ИК-излучатели имеют узкий направленный луч, пространство приема ограничено и легко контролируется. Применение излучателей и приемников ИК-диапазона позволяет осуществлять беспроводные коммуникации между парой устройств, удаленных на расстояние 1–2 м, а иногда и более.

Инфракрасная технология удобна для связи ноутбуков со стационарными компьютерами или док-станциями (PC Docking), расширяющими функции ноутбуков до полноценной настольной конфигурации. Инфракрасный интерфейс имеют и некоторые модели принтеров. Многие сотовые телефоны снабжены инфракрасным портом, помогающим сформировать комплекс ноутбук-сотовый телефон и выйти в Интернет. Правда, скорость связи в системе GSM мала — всего 9600 Кбит/с.

Ассоциацией разработчиков систем инфракрасной передачи данных IrDA (Infrared Data Association) разработаны соответствующие стандарты на инфракрасную связь. В настоящее время действует стандарт IrDA 1.1. В современных системных платах для использования ИК-связи часто может настраиваться порт COM2. В этом случае на переднюю панель компьютера устанавливают внешний приемопередатчик — «инфракрасный глаз», соединенный с разъемом IR-Connector системной платы.

Скорость обмена данными, которую обеспечивает ИК-порт, сравнительно невысока — до 115,2 Кбит/с. В стандарте IrDA предусмотрены и более высокие скорости обмена: IrDA MIR (Middle Infra Red — средняя скорость ИК-связи), IrDA FIR (Fast Infra Red — быстрая ИК-связь). Однако аппаратные средства, поддерживающие эти режимы, мало распространены. В перспективе, тем не менее, следует ожидать постепенный переход на более высокие скорости обмена.

Имеются системы ИК-связи, разработанные крупными компаниями: HP-SIR (Hewlett Packard Slow Infra Red) фирмы Hewlett Packard и ASK (Amplitude Shifted Keyed IR) фирмы Sharp. Эти системы несовместимы со стандартом IrDA.

СОВЕТ. Если есть необходимость использовать ИК-порт, попытайтесь приобрести внешний приемопередатчик того же, что и у системной платы, производителя — больше вероятность, что проблем несовместимости не будет.

Соединение внешних устройств с компьютерами — та сфера, где особенно весомо ощущается значение стандартизации. Изложенное выше демонстрирует наличие многих способов подключения внешних устройств. И немудрено, что их разработчики ожидают от разработчиков компьютеров четкой позиции относительно перспектив развития тех или иных линий интерфейсов подключения внешней аппаратуры. И работа в этом направлении ведется. В спецификации РС 2001, где сформулированы требования к составу аппаратуры компьютера, большое внимание уделяется освобождению от морально устаревшей шины ISA, а также COM- и LPT-портов. По этому поводу в РС 2001 приведены, в частности, следующие рекомендации.

Системы, отвечающие спецификации РС 2001, должны разрабатываться и поставляться без ISA-карт расширения, а также без ISA-слотов. Принтерам «разрешено» использовать порты COM и LPT, но настоятельно рекомендуется переводить их на интерфейсы USB или IEEE 1394.

Модемы, сканеры и другие устройства ввода-вывода не должны использовать устаревшие шины. Для модемов рекомендуется USB, а для всех остальных — SCSI или IEEE 1394.

Для звуковых устройств рекомендуется PCI или USB.

Устройства видеосистем (видеоадаптеры) не должны выпускаться для установки на шине ISA. Рекомендуемые решения — PCI и AGP (шина подключения видеоадаптеров).

Так что в скором времени ISA-карты станут анахронизмом. Это надо учитывать, планируя модернизацию. Может оказаться, что в новой системной плате не окажется ISA-разъемов. И прекрасная звуковая ISA-карта и внутренний модем с такими же контактами отправятся в утиль.

Устройства ввода: клавиатура и мышь

Основными устройствами ввода информации и управления компьютером являются клавиатура и мышь. Клавиатура (keyboard) IBM PC представляет собой унифицированное устройство со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В качестве датчиков нажатия клавиш применяют механические контакты (открытые или герконовые), кнопки на основе токопроводящей резины, емкостные датчики и датчики на эффекте Холла. Типы клавишных датчиков влияют на надежность, долговечность и, конечно же, на цену клавиатуры. Последние два типа являются самыми долговечными, поскольку в них нет механических контактов. Клавиатуры научились делать долговечными. И если к ним бережно относиться — не заливать кофе, не колотить в раздражении по чувствительным клавишам, то клавиатуры авторитетных производителей ломаться не должны.

Существует немало конструкций клавиатур, различаемых не только по используемым датчикам, но и по ощущениям от нажатия клавиши и по расположению клавиш. По ощущению различают клавиатуры с «кликом» — легким щелчком, раздающимся при срабатывании клавиши — и без него. Щелчок может быть акустическим и механическим, ощущаемым пальцами как преодоление некоего предела упругости, после которого нажимаемая клавиша проваливается. В клавиатурах без клика срабатывание датчика клавиши почувствовать не удается, и если оператор не привык смотреть на экран, возможны пропуски символов или их ложные повторы.

В клавиатуре имеется внутренний контроллер. Контроллер определяет факты нажатия и отпускания клавиш, при этом можно нажимать очередную клавишу, удерживая несколько ранее нажатых. При нажатии клавиши клавиатура передает идентифицирующий данную клавишу код. При удержании клавиши в нажатом положении через некоторое время клавиатура начинает автоповтор передачи кода нажатия этой клавиши. Задержка автоповтора (Typematic Delay) и скорость автоповтора (Typematic Rate) программируются командами, посылаемыми в контроллер клавиатуры. Это можно сделать из программы BIOS Setup, из Windows или из прикладной программы. При начальном тестировании POST в случае ошибки клавиатуры выводится сообщение с возможным указанием кода залипшей клавиши.

Существуют клавиатуры с разным количеством клавиш: 101-, 103-, 104-клавишные. Последние, называемые иногда Win-клавиатуры, имеются клавиши, позволяющие открывать Проводник Windows, меню Пуск, контекстное меню активного окна. Интерфейс клавиатур — двунаправленный, позволяющий не только вводить команды, но и принимать команды (изменяющие задержку и скорость автоповтора) от системной платы. Клавиатура, называемая PS/2, имеет специфический разъем (см. рис. 1.9). При «нестыковке» можно использовать переходник. Имеются и клавиатуры USB, подключаемые к разъему USB.

ПРИМЕЧАНИЕ. Выбор клавиатуры — дело сугубо индивидуальное, но он определяется и финансовыми возможностями, поскольку стоимость клавиатур может сильно различаться. Дороже стоят так называемые эргономические клавиатуры — «разламывающиеся» на две половины, с подкладками для рук и т. п. При большом объеме клавиатурного ввода на эти нюансы, способствующие комфортной работе, есть смысл обратить внимание.

Устройство ввода мышь (mouse) передает в систему информацию о своем перемещении по плоскости, нажатии и отпускании кнопок (двух или трех) и повороту колесика (если оно имеется). Наименование ручного кнопочного манипулятора «мышью» было сходу принято всеми, и теперь пишется без кавычек. Мышь обычной конструкции имеет свободно вращающийся массивный обрезиненный шарик в днище корпуса, передающий вращение на два координатных диска с фотоэлектрическими датчиками. Датчики для каждой координаты представляют собой две открытые оптопары (светодиод-фотодиод), в оптический канал которых входит вращающийся диск с прорезями. Шарик вращается — диски крутятся — световой луч прерывается. Так формируется сигнал о координате и скорости движения мыши. Если мышь снабжена небольшим колесиком, появляется возможность прокручивать с его помощью многоэкранные документы. Сигналы от колесика воспринимают приложения Microsoft Office, обозреватель Internet Explorer, многие другие программы. Через панель настройки такой мыши можно назначить колесику разные функции, которые будут выполняться при его вращении.

Манипулятор трекбол (TrackBall), по сути, представляет собой перевернутую мышь, шарик которой вращают пальцами. Иногда он встраивается в клавиатуру (чаще на портативных компьютерах). Преимущество трекбола в том, что он не требует для работы свободной плоской поверхности, а может закрепляться зажимом на краю стола. Однако вращать шар пальцами нравится не всем, хотя при этом можно добиться большей точности позиционирования.

Оптическая мышь (Optical Mouse) не имеет механических частей. Она ориентируется по лучам, отраженным от специального коврика с сетчатым рисунком. Теоретически это надежнее, но загрязнения или царапины на коврике приводят к неожиданным «прыжкам», наклон оси мыши относительно оси коврика сильно искажает отображение траектории движения.

Имеются три основных интерфейса, связывающие мышь с компьютером: Serial Mouse, PS/2-Mouse, USB Mouse.

Serial Mouse — мышь с последовательным интерфейсом, подключаемая через 25- или 9-контактный разъем СОМ-порта. Она имеет встроенный микроконтроллер, который обрабатывает сигналы от координатных датчиков и кнопок. Каждое событие — перемещение мыши или нажатие-отпускание кнопки — кодируется двоичной последовательностью цифр. Передача информации является асинхронной. Недостатком мыши Serial Mouse является то, что она занимает СОМ-порт и требует монопольного владения его штатной линией прерывания (IRQ4 для СОМ1 и IRQ3 для COM2). Те же прерывания используют соответственно порты COM3 и COM4. Поэтому при использовании мышью порта COM1 нельзя конфигурировать модем на порт COM3.

Две основные разновидности Serial Mouse — MS-Mouse и PC-Mouse (Mouse Systems Mouse) — требуют соответствующих драйверов, многие мыши имеют переключатель MS/PC. Форматы посылок этих моделей различны: при одинаковой скорости 1200 бит/с, Microsoft Mouse использует 7 бит данных, а PC-Mouse — 8 бит.

PS/2-Mouse — мышь, появившаяся с компьютерами PS/2. Ее интерфейс и 6-контактный разъем (который называется mini-DIN) аналогичен клавиатурному (см. рис. 1.9). Адаптер и разъем PS/2-Mouse устанавливаются на многих современных системных платах солидных производителей. Контроллер такой мыши может входить в контроллер клавиатуры, а может и занимать дополнительные адреса в пространстве ввода-вывода. Для PS/2-Mouse используется прерывание IRQ12.

С интерфейсами Serial Mouse и PS/2-Mouse иногда возникают недоразумения. Хотя оба они последовательные, но имеют принципиальные различия в уровнях сигналов, способе синхронизации, частоте и формате посылок.

Интерфейс PS/2 использует однополярный сигнал с уровнями ТТЛ, питание мыши — однополярное с напряжением +5 В относительно шины GND. Интерфейс RS-232C, применяемый в Serial Mouse, использует двухполярный сигнал с уровнями срабатывания +3 В и -3 В, и для него требуется двухполярное (относительно шины GND) питание мыши.

Интерфейс PS/2 использует две раздельные сигнальные линии, одну для передачи данных, другую — для сигналов синхронизации. Serial Mouse использует асинхронный способ передачи данных всего по одной линии.

ВНИМАНИЕ. Даже без рассмотрения частот и форматов посылок, становится ясно, что прямой совместимости между интерфейсами Serial Mouse и PS/2-Mouse нет. Тем не менее, выпускаются и продаются переходники (пассивные!), позволяющие выбирать способ подключения мыши. Эти переходники предназначены только для универсальных мышей, у которых встроенный контроллер по напряжению питания способен распознать, к какому интерфейсу его подключили, и установить соответствующий тип своего выходного интерфейса. Универсальные мыши не слишком распространены, поэтому часто приходится слышать о неудачных попытках применения таких переходников к обычным мышам Serial Mouse или PS/2-Mouse. Дополнительную путаницу вносят мыши для компьютера Macintosh, которые имеют разъем, с виду напоминающий разъем PS/2. Однако при ближайшем рассмотрении и неудачной попытке включения его в PC становится ясно, что разъемы эти разные, да и интерфейс совершенно иной.

Существуют варианты беспроводных мышей (Cordless Mouse): мышь с аккумуляторным питанием передает интерфейсному блоку инфракрасные сигналы или радиосигналы. Правда, от блока все равно идет провод к интерфейсу PC, но этот провод неподвижен. Это красивое решение довольно дорого стоит.

Мышь, как элемент, находящийся в движении и постоянно «щелкающий», временами начинает плохо работать. Иногда это связано с неисправностями, но чаще всего это означает загрязнение шарика или валиков датчиков. Значит, мышь пора чистить. Для сохранения чистоты желательно пользоваться ковриком для мыши (это не роскошь, а совершенно необходимая вещь). Кроме того, шарик и валики следует периодически чистить — лучше всего протирать тампоном, смоченным спиртом. Для чистки механики у мыши обычно имеется съемное «брюшко», которое снимают поворотом или сдвигом, согласно указующей стрелке. Надежность распознавания движения мыши зависит и от взаимного положения датчиков. Кроме того, некачественные оптопары чувствительны и к внешнему освещению: бывает, что разобранная мышь работает нормально, а с установленной крышкой — нет.

Ресурсы системной платы

Системная плата предоставляет платам расширения определенные ресурсы. Конфликт ресурсов (попытка использования одного ресурса двумя платами расширения) часто становится причиной неработоспособности ПК, поэтому пользователю следует иметь представление о них.

Основными ресурсами системной платы ПК являются: запрос прерывания, каналы прямого доступа к памяти, адреса внешних устройств.

Запросы прерывания

Запрос прерывания (Interrupt ReQuest, IRQ) — это сигнал от одного из узлов компьютера, требующий внимания процессора к этому узлу. Запросы возникают при наступлении каких-либо событий. Таковыми могут быть: нажатие клавиши, завершение операции чтения с диска или записи на диск и т. п. Запросы передаются по специальным линиям запросов прерываний, которые обозначаются как IRQx (x — номер прерывания). Предусмотрено 15 линий IRQ. Соединение устройств с линиями запросов прерываний осуществляется через слоты (контактные разъемы) шины расширения и другие соединительные разъемы. Определенные линии используются внутренними контроллерами системной платы, а остальные — либо платами расширения, либо не используются. В табл. 1.2 приведен список номеров прерываний и названий устройств, которым назначены эти номера.

Таблица 1.2. Список номеров прерываний

Номер прерывания Названия устройств

0 Системный таймер

1 Контроллер клавиатуры

2 Сигнал возврата по кадру (EGA/VGA)

3 Обычно COM2/COM4

4 Обычно COM1/COM3

5 Контроллер HDD (на компьютерах старых типов), звуковая карта

6 Контроллер FDD

7 LPT1 (многими LPT-контроллерами не используется)

8 Часы реального времени с автономным питанием (RTC)

9 Видеосистема

10 Не используется

11 Не используется

12 Обычно контроллер мыши типа PS/2

13 Математический сопроцессор

14 Контроллер IDE HDD (первый канал)

15 Контроллер IDE HDD (второй канал)

На рис. 1.10 показано окно Свойства: Компьютер, и видно, как распределены номера запросов прерывания для ПК, управляемого операционной системой Windows 98. Чтобы открыть это окно, нужно щелкнуть правой кнопкой мыши на значке Мой компьютер, выбрать в контекстном меню команду Свойства, в открывшемся окне перейти на вкладку Устройства, выделить раздел Компьютер и щелкнуть на кнопке Свойства.

Рис. 1.10. Просмотр ресурсов: распределение номеров запросов прерывания

При установке в шину расширения плат расширения, поддерживающих автоконфигурацию (технологию Plug&Play), система сама распределяет между ними номера линий прерывания. Если же в разъем вставляется старая ISA-плата, не поддерживающая технологию Plug&Play, то для нее следует установить (перемычками на плате расширения) номер запроса прерывания. А какой номер свободен, выясняют, обратившись к вкладке Просмотр ресурсов (см. рис. 1.10).

Продолжение в следующем выпуске НЕДЕЛИ HI-TECH

Главные события недели

«Матрица» опасна для компьютера

Вторая часть трилогии фильма «Матрица» - Matrix Reloaded – пользуется огромной популярностью. Внимание привлекает все, что касается фильма. Именно на это решили сделать ставку создатели очередного вируса, появившегося на днях в Сети. []

По данным «Лаборатории Касперского», червь Nocana, также известный как Naco, распространяется двумя способами: через электронную почту в виде прикрепленных файлов и по P2P-сетям. Опасный файл может быть назван различными именами: The Matrix Reloaded.jpg.exe, The Matrix Evolution.mpg.exe, The Matrix Reloaded Preview.jpg.exe.

Реальное .exe-имя файла во вложении скрыто ложным .jpg-именем при помощи дополнительных возможностей MS Outlook. Таким образом, зараженное EXE-вложение в письме выглядит как .jpg-файл, однако при открытии этого вложения оно обрабатывается как exe-файл. Вложения подобного рода автоматически блокируются по умолчанию версиями MS Outlook 97 SP2 и выше. Nocana останавливает и выгружает активные процессы некоторых антивирусов и межсетевых экранов. Червь записывает свои копии в каталоги обмена файлами сетей KMD, Kazaa, Morpheus, Grokster, BearShare, Edonkey2000 и Limewire.

Nocana - «родственник» червя I-Worm.Melare. Известно несколько версий Nocana, которые незначительно отличаются друг от друга: Nocana.a (около 29K, упакован UPX, размер распакованного файла - около 80K), Nocana.b (около 86K), Nocana.c (около 32K, упакован UPX, размер распакованного файла - около 100K).

По некоторым числам месяца - 1, 4, 8, 12, 16, 20, 24 и 28 - червь случайным образом выполняет одно из следующих действий:

запускает все файлы из текущего каталога (как правило - в системном каталоге Windows);

выводит сообщение: «Anacon W0rm. The only I have to say is, I need you babe!»

форматирует диск D;

уничтожает все файлы в текущем каталоге (как правило - в системном каталоге Windows).

Источник: по материалам «Лаборатории Касперского».

Безопасность компьютерных сетей (4-6 июня)

Применение технических средств обеспечения безопасности в построении системы комплексной защиты объектов
(16-20 июня, Петербург)

Расследование компьютерных инцидентов (14-16 июля)