Системный блок

Системный монитор - использования памяти. Самостоятельно

Чтобы узнать снижается ли быстродействие системы в результате недостатка памяти, следует определить размер неиспользуемой физической памяти. Если она очень мала то система будет занимать перекачку данных на жесткий диск.

Материнская плата – она содержит сложные микросхемы такие как ЦП, модули памяти ОЗУ (RAM) и Bios. Кроме того на материнской плате находятся слоты расширения, куда включены карты (платы) такие как модемы, сетевые адаптеры или видео карты. Эти устройства расширяют устройство компьютера. В любой материнской плате есть еще и шины – которые служат для подключения каждого компонента и обеспечения взаимодействия микросхем. Материнская плата содержит множество микросхем подключенных к разным шинам, которые позволяют им взаимодействовать. Основная шина называется системной. Оно объединяет ЦПУ,ОЗУ, BIOS и

другие микросхемы в набор микросхем (Чипсет)

Системная шина которая объединяет ЦПУ, модули RAM, BIOS и другие быстродействующие микросхемы характеризуются высшей скоростью работы. Долгое время системной шины в зависимости от типа ПК и скорости ЦПУ работали с тактовой частотой от 66 – 100 Мгц. В современных компьютерах P4 системная шина работает на частоте 400 Мгц (сегодня 800). Тем не менее системная шина очень уступает по скорости процессору. Разработчики аппаратных средств для сведения к минимуму ограничения быстродействия материнской платы применяют

различные методы ускорения работы и повышения производительности системной шины. В большинстве компьютеров используют слоты расширения PCI (Peripheral Component Interconnect – взаимное соединение компонентов). Шина PCI и подключаемые к ней устройства обычно работают с тактовой частотой 33 МГц (предлагается увеличить до 66 МГц). Подключение к слоту устройств должно быть способным взаимодействовать с ЦПУ. Для соединения более медленной шины PCI с системной шиной, которая обеспечивает взаимодействие ЦПУ и устройств расширения в материнской плате используется устройство называемое “Северным мостом”

Северный мост может также соединять шину AGP системной шиной. AGP – accelerate grafics port реализует скоростное (от 66 МГц до частоты системной шины) соединения с видеокартой. Для поддержки еще более старых системных карт ISA, которые работают с частотой 8 МГц. Шина PCI соединяется с более медленной шиной ISA с помощью Южного моста.

Взаимодействие устройств

Внутри системного блока устройства взаимодействуют посредством обмена электрическими сигналами. Например, при перемещении мыши ее электроника передает сигналы ЦПУ. Когда модем принимает данные, он также передает сигналы ЦПУ и т.д.

Устройства, не встроенные в материнскую плату, отправляет ЦПУ сигналы по специальным линиям запроса на прерывание IRQ (interrupt-request) – уведомляя процессор, что требуется его внимание. Название IRQ связано с тем, что при появлении на одной из линий сигнала, ЦПУ “прерывает” текущие операции, для обслуживания устройства, которое генерирует прерывание. Каждое устройство взаимосвязано с ЦПУ посредством прерываний, обладает собственной линией IRQ.

Мышь

ПК поддерживает 16 линий IRQ. В табл.1 перечислены устройства, которые традиционно используют определенные линии IRQ.

Линии	Устройства
	Системный таймер
	Клавиатура
	Контроллер прерываний/каскадирование обеспечивает 8-15 прерывание
	Порт COM 2
	Порт COM 1
	Порт LPT 2
	Контроллер гибких дисков
	Порт LPT 1
	Часы реального времени
	Переадресация как IRQ 2
	Свободно
	-//-
	-//-
	Математический сопроцессор
	Контроллер жестких дисков
	Свободно

Табл.1

Как ЦПУ реагирует на прерывание

Как ЦПУ реагирует на прерывания

Программа – это список команд, выполняемых ЦПУ для решения некоторой задачи. Предположим, вы используете браузер для навигации в WEB, ЦПУ в свою очередь затрачивает большую часть времени на выполнение команд браузера для отображения текста и графики. Процессор занят обработкой команд, но компьютер реагирует на движение мыши, перемещая курсор на экране. Для этого ЦПУ реагирует на прерывания, генерируемые мышью. Когда ЦПУ обнаруживает прерывания, он останавливает выполнение текущей задачи (прерывается) для выполнения команд относящихся к определенному устройству. Команды, выполняемые ЦПУ для обнаружения и обслуживания устройства называется обработчиком прерываний устройства. После обработки прерываний ЦП продолжает выполнение предыдущей задачи. Когда процессор принимает прерывания на линии 12, не предполагается, что оно вызвано мышью. Более того, ЦПУ не имеет значения какое устройство генерирует событие. Вместо этого процессор содержит таблицу адресов памяти, в которой каждому прерыванию соответствует запись.

Когда возникает прерывание ЦПУ, начинает выполнение команд обработчика прерываний, которое занимает адрес памяти соответствующий ему. Процессору безразлично, для какого устройства он выполняет команды.

Адрес Прерывания 0 0100 1 0200 .. .. .. .. 15 1000

Обработчик прерываний

. . . . . . .

0200

Область памяти

Не все устройства подключаемые к ПК требуют наличия IRQ. При установке устройств в системный блок его подключают к шине определенного типа. Шина – это просто набор проводников. Устройство включаемое в слот расширения обычно требует собственной линии прерываний. Возможен и другой вариант, когда устройство подключается к универсальной последовательной шине USB (universal serial bus) или SCSI-шине. В этом случае шина используется для взаимодействия с контроллером (электронной схемой (МС), которая управляет шиной). Контроллер в свою очередь исполняет прерывание для взаимодействия с ЦПУ

Мышь CD A:B Модем Винчестер

Выбор линии IRQ для устройства, которые взаимодействуют с ЦПУ.

Устройства, которые взаимодействуют с ЦПУ, исключая прерывания для обладающих собственной линией IRQ. При попытке использования одной и той же линии IRQ двумя устройствами возникает конфликт, который не позволяет функционировать обоим устройствам. Их называют IRQ-конфликтами. Методика выбора IRQ для устройства зависит от его типа. В некоторых случаях использует переключатель, которые находятся на плате устройства. Иногда это перемычки - их паяют или используют специальные программы. Чтобы избежать конфликтов при установке нового устройства нужно знать как оно функционирует с ЦПУ. Если устройство подключено к USB или SCSI шине для него не нужно указывать линию IRQ. Такие устройства самоконфигурируются, чтобы использовать ресурсы незанятые системой. При подключении устройства не Plug and Play в слот материальной платы, необходимо определить какие прерывания достигаются в данный момент, а затем сконфигурировать устройство таким образом, чтобы оно использовало доступную линию IRQ.

Определение используемых в системе прерываний.

Программа «Сведения о системе»

0- 1- 2- . . . 15-

Каскадные IRQ.

Первые ПК поддерживали 8 линий прерываний. С появлением ЦП 80286 был добавлен 2-ой контроллер прерываний, что обеспечивает поддержку 16 линий прерываний. В таблице прерываний указано, что когда ЦПУ принимает прерывание по линии 2 ЦП распознаёт, что IRQ соответствует 2-му котроллеру, а следовательно прерываниям от 8-15.

После приёма сигнала прерывания по линии 2 процессор анализирует порты ввода\вывода OxAO и OxA1, чтобы определить какое прерывание на 2м контроллере в действительности.

Передача информации вслед за IRQ.

С помощью прерываний устройство сигнализирует ЦПУ о том, что для ни необходимо выполнить определённые действия. После получения запроса на прерывание, процессор запускает коды соответствующего обработчика. Обработчик прерываний принимает от устройства информацию об операциях, которое ЦП выполняет для устройства.

Например, когда перемещаем мышь, её электроника генерирует прерывание по линии 12. Тоже происходит при щелчках на кнопки мыши. Обработчик прерываний должен определить какое действие с мышью вызвало прерывание. Для передачи этой информации обработчик прерываний использует специальные. область памяти, называемые портами ввода\вывода I\O. Адрес порта используемого для взаимодействия с ЦПУ зависит от типа устройства. Каждое устройство используещее прерывание обладает уникальным адресом портов. Например клавиатура: 0060-сброс контроллера клавиатуры, 0064-составляет коды контроллера. Уникальные адреса также необходимы устройствам как и уникальные линии IRQ. Если два устройства используют один адрес порта, возникает ошибка, которая исключает их правильное функционирование. При установке платы расширения, которая не поддерживает автоматически конфигурируемые устройства нужно обеспечить, чтобы устанавливаемые параметры порта устройства не конфликтовали с существующими устройствами. Предпринимаемые для установки адресов порта действия зависят от типа устройства. В одних устройствах используется переключатели, в других джамперы, в третьих программные средства.

Определении адресов портов использующих системой.

Чтобы определить, какие устройства ввода/вывода используется в системе в данный момент времени можно воспользоваться «Утилитой о системе».

Ресурсы аппарата X000-000F прямой доступ к памяти DMA …………………. …………………..

Обмен большими объемами данных с устройством.

Если устройства требуют обмена небольшими объемами информации, оно может взаимодействовать с обработчиком прерываний посредством портов ввода/вывода. Порт идеально подходит для мыши, которая движется предавая небольшой объем информации. (величина перемещения или щелчок, двойной щелчок – распознается по интервалу времени между двумя обычными щелчками). Устройства, которые обрабатываются большие массивы данных, такие как CD или винчестер обычно использует стандартные области памяти для хранения информации, которую привод читает или записывает. Начальный адрес такой области называется базовым адресом устройства. При установке нового устройства может возникнуть необходимость указать уникальный базовый адрес ОЗУ, которое не используются другими устройствами. Отобразить области памяти можно с помощью утилиты «Сведения о системе».

Прямой доступ к памяти DMA.

Как уже говорилось выше, устройства с помощью прерываний уведомляют ЦПУ о необходимости выполнения для них некоторых действий. Количество выполняемых операций зависит от типа устройства. Для процессора важно быстро завершить обработку прерывания, чтобы продолжать выполнение предыдущей задачи. Если прерывание сгенерировала мышь, ЦПУ обычно быстро завершает его обработку. Однако операции чтения/записи (R/W) дисковым накопителем требует передачи большого объема данных между ОЗУ и устройствам, что может потребовать значительных затрат времени процессора. Чтобы повысить эффективность использования ЦПУ разработали специальную микросхему DMA (direct memory acсses – прямой доступ к памяти)– называемую контроллер DMA. ЦПУ может контролирующую ее функционирование, чтобы обеспечить обмен данными между ОЗУ и устройством. Используя микросхему DMA для перемещения данных, ЦПУ упрощает себе задачу передачи каждого бита данных. Это позволяет ЦПУ выполнять другие задачи, пока микросхема DMA контролирует перемещение данных. Например, для чтения информации с диска в память ЦПУ может конфигурировать микросхему DMA, указав ей начальный адрес сектора, количество секторов и область памяти, которую данные должны занять. В свою очередь контроллер DMA будет выполнять операции с диском, пока ЦПУ занят другими задачами. Когда контроллер DMA завершит свою задачу, он посредством прерывания сообщит об этом ЦП. ЦП может проанализировать порты DMA, чтобы определить состояние выполняемой операции. Большинство современных ПК имеет 2 микросхемы DMA, которые подобно контроллеру прерываний функционируют каскадно. Устройства, которые используют DMA можно увидеть в “Сведения о системе”

- Ресурсы аппаратуры

|

|

-Канал DMA

Автоматическая конфигурация устройства Plug- and –Play

Несложно догадаться, что необходимость присвоения верных значений параметров для прерываний, портов ввода/вывода и базовых адресов может сделать установку аппаратного средства сложной задачей. Пользователи называют аппаратные средства, которые требуют ручной настройки подобных параметров – традиционными устройствами. К таким устройствам можно отнести сетевой адаптер, звуковую карту и т.д. Часто при попытке установки традиционного устройства возникает аппаратный конфликт, пользователю остается лишь отказаться от использования нового устройства. Устранение потенциальных конфликтов может оказаться непосильной задачей для многих. Чтобы упростить процесс установки плат расширения изготовители ПК и комплектующих, а также разработчики ОС, совместно выработали спецификацию конфигурации устройств (Plug-and-Play) включай и работай. Обычно при подключении автоматически конфигурируемого устройства, оно взаимодействует с BIOS, другими устройствами и ОС, чтобы определить какие прерывания, порты и области памяти, доступные в данный момент. Затем устройство выбирает необходимые ему ресурсы из доступных. После этого устройство уведомляет остальные аппаратные средства о сделанном выборе. Это избавляет пользователя от необходимости выявлять свободные ресурсы и конфигурировать устройства вручную.

Таким образом спецификация Р & Р существенно упрощает установку аппаратных устройств. К сожалению, традиционные устройства не участвуют в коммуникации автоматически конфигурируемых устройств, направленной на координацию использующихся ресурсов. Устройства, соответствующие Р & Р могут выбирать ресурсы, уже занятые традиционными устройствами. Когда возникает такие конфликты, их следует устранять, т.к оба устройства не могут нормально функционировать.