Элемент конструкции аппаратуры в виде панели с размещенными на ней электронными компонентами и электриче
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
3.4.5. ПЛАТЫ, ПОРТЫ, ШИНЫ, ГНЕЗДА
ПЛАТА , ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛАТА [board, card] -
Элемент конструкции аппаратуры в виде панели с размещенными на ней электронными компонентами и электрическими или оптикоэлектронными соединениями между ними. В соответствии со сложившейся практикой использование данного термина производится в сочетании с указанием функционального назначения и/или особенностей конструкции. Например, плата памяти , интерфейсная плата , печатная плата и т.п.
Системная ( материнская ) плата
[system board, mother board] -
Главный функциональный модуль ПЭВМ, на котором располагаются центральный микропроцессор , сопроцессор , оперативная ( основная ) память , кэш-память , базовая система ввода-вывода (BIOS ), набор дополнительных микросхем (см. ниже “чипсет “) поддержки кэш-памяти, основной памяти, системных шин и т.п., собственно системная шина (или набор шин - например, PCI, ISA и др.) и связанные с нею унифицированные разъемы (слоты , порты) для подсоединения других функциональных модулей и устройств (в т.ч. - накопителей на жестких и гибких дисках, клавиатуры, а также других периферийных устройств). Системные платы выпускаются в различных конфигурациях, включая их типоразмеры (форм-фактор) и характер начального оборудования или оснащения схемными элементами. Подробнее о системных платах их характеристиках, результатах тестирования и выборе см. [186, 187, 193, 199, 278, 288, 299, 303, 323, 324, 376, 405, 413, 525].
Battery-Less Motherboard – “ Безбатарейная материнская плата”: Материнская плата нового поколения, которая может работать без автономного (батарейного) источника питания. Для хранения установок CMOS в этих платах применяется микросхема электрически стираемое ЗУ ( EEPROM ). Когда ПК с этой системой подключен к сети электропитания, энергия для хранения установок CMOS и работы таймера берется с блока питания ПК. Дубликат установок CMOS при этом хранится в микросхеме EEPROM . В случае обесточивания ПК, все установки для CMOS сбрасываются. При последующем включении ПК все установки для CMOS считываются и записываются с микросхемы EEPROM . Единственное, что устанавливается вручную, - это системное время. Чтобы не выполнять последнюю операцию при каждом включении ПК, все “ battery-less ” материнские платы по-прежнему оснащаются батарейкой [413].
Известны следующие типоразмеры системных плат:
- Full-size AT - 12х13,8” - предназначены преимущественно для установки в корпуса типа big-tower;
- Baby-AT (BAT ) - 8,57x13,04” и меньше - предназначены для стандартных корпусов desktop или Tower;
- LPX (Low Profile X) - 9x13” и mini-LPX - 8,2x10,4” - предназначены для корпусов типа slimline;
- ATX - являются развитием Baby-AT и пригодны для любых корпусов (все основные разъемы сведены на одну панель, которая располагается в строго определенном месте корпуса).
Обязательными элементами для установки на любой системной плате являются: микропроцессор , оперативная память , BIOS, контроллер аппаратуры, генератор тактовой частоты), набор вспомогательных микросхем - контроллеров (в т.ч. - накопителей), аккумулятор, а также разъемы - расширения, питания и клавиатуры. На некоторых конструкциях плат (преимущественно - “ LPX” и ” APX” ) размещены все схемные элементы, необходимые для работы компьютера. Такие платы носят наименование All-In-One (“ все на одной”) [50, 51, 156, 199]. О современных системных платах см. -[288, 413].
Печатная плата ( схема ) [printed board (circuit)] -
Плата, изготовленная из диэлектрического материала, покрытого электропроводной фольгой, на поверхности которой методом печати и последующего вытравливания создается рисунок электрических соединений между устанавливаемыми на ней электронными компонентами.
Сменная плата , плата расширения [plug-in-card] -
Плата, устанавливаемая в разъем на основной (материнской) плате для реализации дополнительных возможностей, например, - при работе с графикой, звуком, расширения оперативной памяти и т.п. Виды и назначение сменных плат соответствуют видам ”PC-карт ”.
- Звуковая плата - См. “Звуковая карта ”.
- Видеоплата - См. “Видеокарта ”.
- NIC (Network Interface Card ) - Карта сетевого интерфейса (также используются названия: “сетевая карта ”, “ сетевой адаптер” или "карта сетевого адаптера") - плата, установленная в вычислительное устройство (например, в ПК), которая позволяет соединить ПК с сетью.
Соединительные элементы [connecting hardware] –
Изделия, предназначенные для сочленения механических и электрических/оптических кабелей (коннекторы, розетки, коммутационные панели), активного оборудования (соединительные кабели) и разнотипных кабелей и разъемов (адаптеры, преобразователи).
- Соединитель , разъем , коннектор [connector ] – Элемент, обеспечивающий неразъемное соединение проводников медного кабеля с электрическими контактами или фиксацию оптического волокна в центрирующей вставке.
- Кросс , кросс коннектор [cross connector ] – Контактное устройство для электрического подключения и механического закрепления окончаний кабелей, кабельных элементов и проводов. Обеспечивает их подключение и/или кроссирование преимущественно с помощью “кроссирующих” перемычек.
- Кроссирующая распределительная панель [cross connect patch panel ] – Разъёмно-гнездовое устройство для подключения и закрепления системных окончаний линейных кабелей. Обеспечивает их электрическое соединение преимущественно с помощью соединительных кабелей и кроссирующих перемычек [344].
- Гнездо [jack ] –соединительный элемент кабельной системы с помощью контактов проводников и механического соединения.
- Гнездовой соединитель [female connector ] – Элемент кабельной системы для механического и электрического соединения кабельных разъемов с помощью углубленных внутренних контактов [344].
- Гнездо с захватными контактами , гнездо ZIF [ZIF socket, Zero Insertion Force Socket ] - Гнездо на материнской (системной) плате, позволяющее вынимать или вставлять в нее схемные элементы (микросхемы) с помощью рычага. Используется в дорогих ПК, допускающих последующую модификацию.
- Многолучевой коннектор [array connector] – Оптоволоконное изделие, обеспечивающие разъёмное соединение многоволоконного кабеля (из 4, 8 или 12 волокон) с коннекторами соединительной панели. Как правило, волокна в нем монтируются в один ряд на небольшом расстоянии друг от друга. Многолучевые коннекторы выполняются только в заводских условиях и обеспечивают построение модульных оптоволоконных магистральных каналов.
- Торцевой соединитель [edge connector ] - Многоконтактное гнездо со стандартным расположением контактов. Предназначено для подсоединения стандартизированной схемной платы, печатные контактные площадки которой расположены вдоль одного из ее краев и соответствуют контактным гнездам соединителя. Торцевые соединители используются, в частности, на основной (материнской или системной) плате в качестве средств подключения плат расширения. Данный вид соединителя считается непригодным в случаях, когда замена плат производится часто, из-за возможных механических повреждений печатных контактов [46].
- Штыревой соединитель [male connector ] – Элемент кабельной системы, обеспечивающий механическое и электрическое соединение с помощью выступающих штыревых контактов.
- Оптическая соединительная панель [optical interconnect panel ] – Конструкция для подключения и организации оптоволоконных соединений без использования соединительных кабелей [344].
- Штекер , штыревой разъем [plug] - кабельный разъем, обеспечивающий злектри-ческое соединение и механическое крепление с помощью выступа. по форме точно совмещаемого с гнездом.
- RJ-11 (Registered Juck-11) – Стандартный разъём, используемый для соединения аналогового устройства с телефонной линией.
- RJ-45 (Registered Juck-45 ) - Стандартный разъём, используемый для присоединения устройства к сети Ethernet.
Шина [bus] -
Системная магистраль передачи данных внутри ЭВМ между ее устройствами. Обычно выполняется в виде параллельных электрических проводов и соединений, пригодных передавать высокочастотные цифровые сигналы. В ПЭВМ шина входит в состав материнской ( системной ) платы и обеспечивает обмен данными между процессором или оперативной памятью и контроллерами внешних устройств (клавиатуры, монитора, дисков и т.д.). Все контроллеры внешних устройств, кроме размещенных непосредственно на материнской плате, подключаются к микропроцессору через свободные разъемы (слоты) шины (см. также ниже “системная шина “).
В зависимости от назначения, принципа действия, характера передаваемых данных и других особенностей шины подразделяются на системные и локальные, а также - адресные, данных, управления, разделяемые, мультиплексные, двухсторонние и т.д. (см. ниже).
Системная шина [sistem bus] -
Совокупность линий передачи всех видов сигналов (в т.ч. - данных, адресов и управления) между микропроцессором и остальными электронными устройствами компьютера (см. ниже “адресная шина “, “ шина данных “, “ шина управления “).
Локальная шина [local bus] -
В IBM PC функционально специализированный вид шины для связи процессора с отдельными видами периферийных устройств (например, контроллеров накопителей, видеоадаптеров и т.п.). К категории стандартизированных локальных шин, появившихся в 1992 г., относятся шины VL-bus или VLB Ассоциации по видео электронным стандартам (VESA - Video Electronics Standards Association ) США и PCI (Peripheral Component Interconnection ) фирмы Intel.
С учетом функционального назначения также различают:
- Адресная шина [address bus ] - Часть системной шины, предназначенная для передачи адресных данных и представляющая собой электронный проводник или группу проводников, число которых, как правило, равно максимально допустимому числу разрядов адреса.
- Шина ввода-вывода [input-output bus ] - Шина, предназначенная для параллельного подключения нескольких устройств ввода-вывода. Иногда различают внутренние и внешние шины ввода-вывода [200].
- Шина данных [data bus ] - Часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами ЭВМ.
- Шина управления [control bus ] - Часть системной шины, предназначенная для передачи сигналов управления.
- Шина устройств , сенсорная шина [device bus, sensor bus ] - Класс шин, предназначенный для подключения периферийных (в т.ч. - измерительных) приборов в автоматизированных системах управления производством типа АСУП, АСУТП и т.п. Подробнее см. [202].
- GPIB (General-Purpose Interface Bus) - “ Интерфейсная шина общего назначения”: предназначена для подключения к ЭВМ измерительных приборов. Разработана фирмой Hewlett-Packard.
В IBM PC используются следующие стандартные архитектуры
построения системных шин:
- Шина ISA [ISA - Industry Standard Architecture] - Шина , разработанная в 1984 г . фирмой IBM для PC/AT 286. Она является недорогой, однако рассчитана на работу с низкоскоростными устройствами (клавиатурой, мышью, накопителями, принтерами и модемами). Ее характеристики: частота 8 Мгц, пропускная способность 3 Мбайт/с. В современных моделях ПЭВМ она используется только в сочетании с другими видами шин (см. “ PCI/ISA ”). В объявленной лидерами производства вычислительной техники конфигурации ПК 1999 г. эту шину решено не использовать (“Полностью исключить!”) из-за различного рода аппаратных конфликтов, возникающих при установке различных периферийных устройств (модемы, аудио или мультимедиа- устройства и т.п.) [384, 427].
- Шина EISA [EISA - Extended Industry Standard Architecture ] - 32-разрядная шина, разработанная фирмой IBM в 1989 г. для IBM PC с микропроцессорами i386 и i486, оснащенных относительно высокоскоростными подсистемами внешней памяти на жестких магнитных дисках с буферной кэш-памятью. Поскольку стандарт EISA поддерживает многопроцессорную архитектуру для “интеллектуальных” устройств (в том числе - плат), оснащенных собственными микропроцессорами, данные, передаваемые по этой шине от различных контроллеров (жёстких дисков, графических контроллеров, контроллеров сети и т.п.) могут обрабатываться независимо, не загружая при этом центральный процессор. Однако быстродействие данной шины (частота - 8,33 Мгц, пропускная способность - 33 Мбайт/с) уже не обеспечивает решение ряда задач, связанных с обработкой изображений, анимацией , мультимедиа и т.д .
- Шина VESA [VESA Bus - VLB, Video Local bus - VL-bus] - Локальная шина, разработанная Ассоциацией по видео электронным стандартам (VESA - Video Electronics Standards Association ). Она обеспечивает более эффективное, чем EISA , подключение высокоскоростных внешних устройств, поддерживая непосредственный доступ центрального процессора к контроллерам этих устройств (видеоконтроллерам, контроллерам накопителей, адаптерам локальной сети и т.п.). Для работы с другими устройствами может потребоваться установка также шины EISA. Благодаря разработанным ассоциацией VESA правилам “шинного арбитража” эти шины могут одновременно работать в одной и той же ЭВМ в комбинации VESA/EISA не мешая друг другу. Поддерживаемая 32-разрядной шиной Wesa тактовая частота - 40 Мгц, пропускная способность 132 Мбайт/с. Ее стоимость незначительно превышает стоимость шины ISA и по этому параметру, она успешно конкурирует с шиной PCI фирмы Intel , хотя несколько уступает ей по быстродействию (порядка на 2% при испытаниях с микропроцессором Pentium). В 1994 г. ассоциацией VESA был разработан стандарт VESA-2 на шины для более высокопроизводительных IBM PC с микропроцессорами Pentium [44, 178, 362].
- Шина PCI [PCI - Peripheral Component Interconnection] - Локальная шина, разработанная фирмой Intel для перспективных ПК при поддержке таких фирм, как IBM, Compaq, NEC и DEL . Спецификация на шину версии PCI 2.0 (выпущена в апреле 1993 г.) определяет ее как процессорно-независимую , предусматривающую подключение до шести устройств, в том числе контроллера шины PCI и дополнительного контроллера шины расширения ISA, EISA или MCA (для цифровых видеодисков). Реализована также поддержка интерфейсов ISA, EISA и MCA. Тактовая частота шины PCI 2.0 достигает 33 Мгц, обмен может осуществляться 32- или 64-разрядными словами. Средняя номинальная скорость передачи данных составляет 120 Мбайт/с, а пиковая - 132 Мбайт/с для 32-разрядного тракта передачи данных и 264 Мбайт/с для 64-разрядного тракта. Шина PCI конкурирует с шиной VESA . Результаты независимого тестирования показывают, что она обеспечивает несколько большее быстродействие по отношению к VESA, но уступает VESA-2 [44, 177, 178].
- Шина PCI/ISA - Комбинация на одной системной плате двух шин: PCI и ISA (см. выше). Используется в связи с необходимостью совмещения в одной IBM-совместимой ПЭВМ как относительно медленно работающих периферийных устройств (со скоростью передачи до 800 Кбит/с), ориентированных на стандарт ISA (например, сетевые и звуковые карты, модемы, сканеры и др.), так и периферийных устройств, требующих высокоскоростного обмена данными - до 120 Мбайт/с (например, графический адаптер, контроллер жесткого диска и др.). Основной шиной в этой системе является PCI, а ISA - дополнительной. Последняя эмулируется при помощи специальной микросхемы-моста IBC (ISA Bridge Controller ), включающей в себя набор устройств, необходимых для полной поддержки стандарта ISA. Подробнее см. [192].
- Шина USB [USB - Universal Serial Bus] - “ Универсальная последовательная шина”: шина и соответствующий ей стандарт, разработку которых поддерживают фирмы IBM, Intel, Microsoft, Compaq, DEC, Apple и др. Широкое ее производство было начато в 1997 г. Поскольку скорость передачи шины составляет не менее 12 Мбит/с, что значительно выше быстродействия, обеспечиваемого обычными параллельными и последовательными портами (см. ниже), она является пригодной для подключения периферийных устройств с широкой полосой пропускания (таких как - видеокамеры, принтеры с высокой разрешающей способностью, большого объема накопители и т.д.). Указанные устройства хорошо работают в соединениях типа SCSI , а также соединениях, соответствующих стандарту IEEE-1394 (известного также под именем FireWire и i.LINK — соответственно зарегистрированный товарный знак фирмы Apple , используемый для ее изделий, а также торговы знак и логотип для обозначения упрощенной шины соединения по интерфейсу IEEE -1394). Физически шина USB представляет собой две скрученные пары проводов для передачи данных в каждом направлении (т.н. “дифференциальное включение”) и линию питания (+5 В). Один порт адресует до 63 или 127 устройств. Таким образом, к ЭВМ может быть подсоединено одно периферийное устройство, а все остальные (например, клавиатура, принтер, мышь, модем и т.д.) соединяются с концентратором, который встроен в монитор, клавиатуру или иное поддерживающее USB устройство. Схема соединения периферийных устройств — “звезда”. Допускается также последовательное соединение USB-устройств (т.н. “дэйзи-цепочка”). В устройствах для шины USB используются недорогие соединители, размеры которых соизмеримы с телефонным разъемом типа RJ-11. Подробнее об архитектуре USB и ее использовании см. [156, 182, 183, 188, 200, 352, 373, 485, 655, 667].
- Шина AGP [AGP Accelerated Graphics Port ] – Шина “Ускоренный графический порт” и соответствующая ей технология разработаны и выпущены фирмой Intel в 1997 г. с целью повышения производительности видеосистемы и качества воспроизведения трехмерных изображений (3 D -графики), в частности, при работе с игровыми программами. По замыслу разработчиков она также должна уменьшить нагрузку на шину PCI , к разъемам которой подключается видеоадаптер и значительная часть периферийных устройств (в т.ч. сетевые адаптеры и звуковые платы). Для реализации преимущества этой технологии необходим ПК, оборудованный либо шиной и разъемом AGP , либо видеосистемой AGP , встроенной в системную плату. Первые подобные ПК поступили на рынок в сентябре 1997 г. Они созданы на базе микропроцессора Pentium II и использования набора микросхем Intel 440LX и ОС Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2.1. (см. OSR 2.1 .). Применение микросхем 440 LX поддерживается AGP и допускает использование в машинах на базе Pentium II быстродействующей памяти SDRAM . Тестирование первых образцов ПК с указанной шиной показало, что качество изображений, выполненных в трехмерной графике, существенно повышается, однако повышение скорости воспроизведения видео а также качества графики двумерных изображений не подтверждено. Ожидалось, что в 1998 г. Intel выпустит спецификацию AGP 4X , которая должна была повысить пропускную способность шины до 1 Гбайт/с и более. Подробнее о самой шине, результатах ее тестирования и рекомендациях по выбору см. [302, 370, 422].
- Шина LPC [LPC – Low Pin Count ] – Шина “Малое количество контактов” и соответствующий ей стандарт разработаны и приняты взамен шины ISA, использование которой в спецификации PC98 признано нецелесообразным. С 1999 г. интерфейс LPC фирма Intel намерена встраивать в выпускаемые ею чипсеты. В соответствии с наименованием, данная шина содержит небольшое количество контактов: семь обязательных для передачи данных и шесть дополнительных для подключения устройств, выполняющих функцию задатчика и управления мощностью. Подробнее см. [427].
Порт [port] -
- Много разрядный вход и/или выход в ЭВМ, в т.ч. - стандартное устройство сопряжения (см. ниже - интерфейс или адаптер ) ввода-вывода ;
- Разъем - место подсоединения внешнего (периферийного) устройства;
- Точка взаимодействия двух процессов;
- Конец логического канала.
В ПЭВМ различают порты следующих типов:
- параллельный порт [parallel port ] - Разновидность портов, обеспечивающая относительно большую скорость ввода и вывода данных за счет того, что биты передаются через них одновременно (параллельно); используются в частности для подключения принтеров; имеет обозначение LTP с порядковым номером - LTP1, LTP2 и LTP3;
- последовательный порт [consistent port ] - Разновидность портов, обеспечивающая асинхронное подсоединение устройств, например - мыши , модема и др.; имеет обозначение COM с порядковым номером - COM1, COM2, COM3, COM4. Некоторые периферийные устройства (см. ниже) могут подключаться как к параллельным, так и последовательным портам;
- игровой порт [game port] - Порт, снабженный специализированным аналогово-цифровыми преобразователем (“игровым адаптером ” [game-adapter ]) и предназначенный для подключения одного или двух джойстиков ;
- аналоговый порт [analog port ] - Стандартный разъем RJ-11, к которому подключаются аналоговые устройства, например, телефон, факс, модем и т.д.
- AGP (Accelerated Graphics Port) - “ Ускоренный графический порт”, также известный под именем FireWare - “ Огненный провод”. Соответствует спецификации IEEE-1394, ориентированной на подключение к ПЭВМ широкополосных и быстродействующих периферийных устройств (например, видеокамер, наборов для редактирования видео в домашних условиях и т.п.) и более реалистичного отображения трехмерной графики. Ускорение работы программ, интенсивно использующих графику (например, для трехмерного моделирования), достигается за счет организации прямого доступа видеоадаптера к основной памяти ЭВМ. Предполагается, в частности, что в 1997 г. должны появиться видео платы расширения FireWare, способные передавать данные со скоростью 200-400 Мбит/с. К этому времени прогнозируется также начало выпуска ПЭВМ с портом AGP. Для работы с AGP потребуются процессоры типа Pentium Pro и ОЗУ объемом от 24 до 32 Мбайт [182, 183, 370, 422].
- ECP (Enhanced Capabilities Port ) - Одна из двух (см. ниже “ EPP ”) модификаций параллельного порта, ориентированная на работу с высокоскоростными периферийными устройствами (например, лазерными принтерами). Обеспечивает скорость передачи данных 2.5 Мбайт/с [187].
- EPP (Enhanced Parallel Port ) - Одна из двух (см. выше “ ECP ”) модификаций параллельного порта, ориентированная на работу с высокоскоростными периферийными устройствами (например, лазерными принтерами). Обеспечивает скорость передачи данных 2.5 Мбайт/с [187].
Чипсет [chipset] -
Набор управляющих микросхем, устанавливаемый на системной плате IBM PC, который определяет ее архитектуру и существенно влияет на производительность ПЭВМ. Чипсет предназначен для выполнения совокупности операций, связанных с поддержкой работы центрального процессора и обеспечения более эффективного его взаимодействия с устройствами разнородных видов памяти, операционными системами, различными приложениями и интерфейсами. Подробнее см. [187, 405, 413, 525].