- •Тема 1. Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів».
- •Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів».
- •Визначення еом, архітектури і структури еом.
- •Історія виникнення еом.
- •1936 Р. – Перший комп'ютер
- •1941 Р. – Комп'ютер першого покоління "на реле"
- •1943 Р. – Пристрій із частковим програмним керуванням
- •1948 Р. – Транзистор
- •1949 Р. – Функціональний принцип комп'ютера
- •1950 Р. – Перша радянська еом
- •1951 Р. – Перша масова модель комп'ютера
- •1953 Р. – Створення бесм
- •1954 Р. – Серійний випуск електронно-обчислювальних машин у срср
- •1955 Р. – Друге покоління комп'ютерів
- •1959 Р. – Чіп. Третє покоління комп'ютерів
- •1970 Р. – Четверте покоління комп'ютерів
- •1972 Р. – Поява єс еом
- •Кінець 1970-х рр. – п'яте покоління комп'ютерів
- •1981 Р. – Поява ibm pc і pc dos
- •Березень 1993 р. – Pentium
- •Тема 2. Принципи фон-Неймана. Способи класифікації еом.
- •Принципи фон-Неймана.
- •Типова схема фон-нейманівського комп'ютера
- •Основні риси фон-нейманівської архітектури
- •2. Способи класифікації еом.
- •Тема 3. Логічний взаємозв’язок компонент пк та його периферії. Функціональна блок-схема пк.
- •Логічний взаємозв’язок компонент пк та його периферії. Основні блоки ibm|
- •Додаткові пристрої|устрої|
- •Функціональна блок-схема пк.
- •Тема 4. Типи мікропроцесорів та їх характеристика.
- •1. Мікропроцесори (мп) та історія їх створення. Сучасні мікропроцесорні платформи.
- •2. Огляд поколінь мп фірми intel.
- •Intel Pentium IV (ядро Willamette)
- •Intel Pentium 4 3.06 гГц є першим cpu у сімействі, що підтримує технологію Hyper-Threading, і має наступні характеристики:
- •Параметри мп. Внутрішні регістри. Шина даних. Шина адреси. Швидкодія мп.
- •Швидкодія процесора
- •Тема 5. Робота процесора з пам’яттю.
- •1. Сегментація адресового простору. Формування фізичної адреси.
- •2. Розподіл пам’яті еом. Робота процесора з портами. Дешифрація адреси. Розподіл адресного простору вводу–виводу.
- •3. Переривання. Вектори переривань. Джерела переривань. Апаратні, внутрішні та програмні переривання.
- •4. Огляд основних переривань bios та dos.
- •Тема 6. Оперативна пам'ять: основні поняття.
- •1. Оперативна пам’ять. Пам’ять динамічна та статична.
- •2. Типи пам’яті: ram, dram, sram, edo-ram. Кеш-пам’ять. Пам’ять типу rom
- •Пам’ять типу dram
- •3. Фізичні характеристики пам’яті. Конструкція і організація мікросхем та модулів пам’яті.
- •Призначення виводів модулів dimm
- •4. Швидкодія озп.
- •Тема 7. Логічна організація оперативної пам’яті.
- •1. Логічна організація оперативної пам’яті. Сегменти та сторінки.
- •2. Основна, верхня, розширена та додаткова пам’ять.
- •3. Запобігання конфліктних ситуацій. Тестування пам’яті при увімкненні пк. Розширені діагностичні тести. Діагностичні програми
- •Тема 8. Материнська (системна) плата.
- •Склад та функції системної плати. Компоненти материнських (системних) плат.
- •Роз’єми системної плати. Типи роз’ємів оперативної пам'яті
- •Роз’єми для підключення зовнішніх пристроїв
- •Роз’єми процесорів
- •Призначення і функціонування шин. Призначення роз’ємів розширення. Типи шин введення-виведення.
- •Різновиди слотів
- •Тема 9. Базова система введення-виведення.
- •Rom bios та його функції.
- •Апаратна та програмна частина bios
- •Системна bios
- •Мікросхеми rom
- •Затінювання rom
- •Пропалювання при виготовленні rom
- •2. Порівняльна характеристика bios основних фірм-виробників: Award, ami, Phoenix, Intel. Виробники rom bios
- •Bios oem-виробників
- •3. Значення режимів Setup bios та їх оптимальний вибір.
- •4. Неполадки із bios та способи їх усунення. Звукові повідомлення bios
- •Звукові сигнали award bios
- •Звукові сигнали Phoenix bios
- •Тема 10. Відеосистема еом. Організація та специфічні особливості відеопам’яті.
- •1. Відеосистема персонального комп’ютера. Графічні стандарти.
- •2. Типи дисплеїв: електронно-променеві, рідкокристальні, плазмові.
- •Монітор з електронно-променевою трубкою
- •Дисплеї на рідких кристалах (Liquid Crystal Display - lcd)
- •Монохромні та кольорові монітори
- •3. Характеристики моніторів: розмір екрану, роздільна здатність, частота розгортки, кольорова гама, енергоспоживання, безпечність. Основні параметри моніторів
- •4. Відеодаптери. Відеопам’ять. 3d-акселератори. Графічні сопроцесори. Технології mmx та 3dNow.
- •Прискорювачі тривимірної графіки (3-d Accelerator)
- •Технологія тривимірної графіки
- •Тема 11. Аудіосистема.
- •Аудіосистема. Типи звукових карт. Складові частини: цифровий тракт, музичний синтезатор, аналоговий мікшер.
- •Розробка звукових плат
- •Перший стандарт де-факто Sound Blaster
- •Зміна стандартів в світі Windows-ігор
- •Область застосування звукових плат
- •Різновиди звукових плат
- •Будова звукової карти
- •Компоненти аудіосистеми
- •Роз'єми звукових плат
- •Додаткові роз'єми
- •Управління гучністю
- •Синтезатори
- •2. Стиск даних. Стандарти: gm-General midi, gs-General synth, xg – Extended general.
- •3. Звукові ефекти. Формати звукових файлів. Мікрофони. Технологія мультимедіа.
- •Опис формату
- •Режими кодування і опції
- •Режими управління кодуванням звукових каналів
- •Стандарт gm
- •Мікрофони
- •Технологія мультимедіа
- •Тема 12. Дискова підсистема комп’ютера. Пристрої магнітного збереження даних.
- •1. Історія та перспективи розвитку зовнішньої пам’яті. Типи дискових накопичувачів.
- •Фізичні принципи запису інформації на диск.
- •Тема 13. Накопичувачі на гнучких дисках.
- •Конструкція гнучких дисків та накопичувачів для них.
- •Історія
- •Конструкції дискет
- •Основні формати дискет.
- •Типи дисководів
- •Дисковод формату 3,5 дюйма на 1,44 Мбайт
- •Типи і параметри дискет
- •Правила поводження з дискетами
- •3. Нмгд у складі еом. Інтерфейс нгмд. Порти контролера нгмд.
- •Установка дисковода
- •Вирішення можливих проблем
- •Причина/рішення
- •Ремонт дисководів
- •Чищення дисководів
- •Тема 14. Зовнішня магнітна пам’ять. Дисководи жорстких дисків.
- •Жорсткі диски (жд) – Вінчестери. Внутрішня будова.
- •Загальний устрій накопичувача
- •Фізичні принципи роботи. Характеристики накопичувачів на жд. Програми для обслуговування жд.
- •Характеристики накопичувачів на жд.
- •Фізичний і логічний об'єм|обсяг| накопичувачів.
- •Інтерфейси накопичувачів на жд. Пошук можливих несправностей.
- •Тема 15. Зовнішня оптична пам’ять. Cd rom.
- •Зовнішня оптична пам’ять. Cd rom. Будова накопичувачів на cd rom.
- •Основними характеристиками cd-rom є:
- •Формати компакт-дисків та технологія їх запису. Накопичувач cd-r (cd-Recordable)
- •Накопичувач cd-rw (cd-ReWritable)
- •Накопичувач dvd (Digital Video Disk)
- •Принципи роботи та використання cd-r, cd-rw та dvd-дисків.
- •Тема 16. Блоки живлення.
- •Блоки живлення. Їх призначення, типи та принципи роботи.
- •Сигнальні функції
- •Конструктивні розміри блоків живлення
- •Стандарт atx
- •Стандарт nlx
- •2. Роз'єми блоків живлення. Навантаження, параметри та розрахунок потужності, що вони споживають.
- •Необов'язковий роз'єм живлення atx
- •Вимикач живлення
- •Роз'єми живлення дискових накопичувачів
- •Типи роз'ємів
- •3. Діагностика, ремонт та заміна блоків живлення. Проблеми, пов'язані з блоками живлення
- •Ремонт блоків живлення
- •Заміна блоків живлення
- •Вибір блоку живлення
- •4. Захисні пристрої в мережі живлення. Джерела безперебійного живлення.
- •Обмежувачі викидів
- •Обмежувачі викидів в телефонній лінії
- •Мережеві фільтри-стабілізатори
- •Тема 17. Пристрої вводу/виводу.
- •Пристрої вводу/виводу.
- •Клавіатура та її типи. Внутрішня будова клавіатури.
- •Мембранні клавіатури
- •Напівмеханічні клавіатури
- •Механічні клавіатури
- •Ергономічні клавіатури
- •Комбіновані клавіатури
- •Пошук несправностей та ремонт.
- •Мишка. Типи, інтерфейси, пошук несправностей та обслуговування мишок.
- •Тема 18. Периферійні пристрої еом.
- •Периферія.
- •Принтери: голкові, струминні та лазерні. Їх технічні характеристики, драйвери та інтерфейси.
- •Матричні принтери
- •Характеристики матричних принтерів:
- •Струменеві принтери
- •Характеристики струменевих принтерів:
- •Лазерні принтери
- •Основні характеристики лазерних принтерів:
- •Під'єднання принтера
- •П ристрої лазерного принтера.
- •Програмне забезпечення для лазерних принтерів
- •Класифікація лазерних принтерів
- •Принтери, що прийшли на зміну струминним
- •Принтери для невеликих робочих груп
- •Монохромні принтери для друку графіки
- •Мережні принтери
- •Кольорові лазерні принтери
- •Видаткові матеріали до принтерів
- •Сканери.
- •Спеціальні типи сканерів
- •Зв'язок сканера з операційною системою
- •Програми розпізнавання текстової інформації.
- •Автоматичне розпізнавання текстів
- •Програми розпізнавання текстів
- •Тема 19. Портативні комп’ютери.
- •Розміри портативних систем.
- •Модернізація та ремонт портативних комп’ютерів.
- •Устаткування для портативних систем. Комп’ютерна периферія.
- •Комп'ютерна периферія
- •Тема 20. Модернізація персональних комп’ютерів.
- •Модернізація персональних комп’ютерів.
- •Встановлення модулів пам’яті
- •Підключення живлення
- •Встановлення накопичувачів
- •Встановлення плат розширення
- •Можливі проблеми та способи їх подолання
- •2. Можливості розгону центрального процесора та відеокарт.
- •Тема 21. Засоби діагностики та технічне обслуговування.
- •1. Діагностика апаратного забезпечення. Завантаження.
- •2. Інструменти і прилади.
- •3. Програма профілактичних заходів.
- •4. Основні напрями пошуку і усунення несправностей.
- •Тема 22. Перспективи розвитку комп’ютерних технологій. Нанотехнології.
- •Перспективи розвитку комп’ютерних технологій. Історичний огляд розвитку комп’ютерної техніки
- •Закон Мура
- •Прогнози зростання комп’ютерної техніки
- •Перспективи розвитку інформаційних технологій
- •Класифікація комп’ютерної техніки
- •Персональні комп’ютери
- •Корпоративні комп’ютери
- •Суперкомп’ютери
- •Нанотехнології.
- •Комп'ютери і мікроелектроніка
- •Робототехніка
- •Список літератури
ЗМІСТ
Тема 1. Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів»…………………………….5
Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів»………………….........................5
Визначення ЕОМ, архітектури і структури ЕОМ …………………………………………5
Історія виникнення ЕОМ ……………………………………...............................................6
Тема 2. Принципи фон-Неймана. Способи класифікації ЕОМ..……………………………10
Принципи фон-Неймана …………………………………………………………………..10
Способи класифікації ЕОМ ……………………………………………………………….13
Тема 3. Логічний взаємозв’язок компонент ПК та його периферії. Функціональна блок-схема ПК………………………………………………………………………………………...17
Логічний взаємозв’язок компонент ПК та його периферії………………………………17
Функціональна блок-схема ПК ……………………………………………………………18
Тема 4. Типи мікропроцесорів та їх характеристика ……………………….........................22
Мікропроцесори (МП) та історія їх створення. Сучасні мікропроцесорні платформи..22
Огляд поколінь МП фірми INTEL ………………………………………………………..22
Параметри МП. Внутрішні регістри. Шина даних. Шина адреси. Швидкодія МП …..26
Тема 5. Робота процесора з пам’яттю …………………………….. ……………………….31
Сегментація адресового простору. Формування фізичної адреси……….......................31
Розподіл пам’яті ЕОМ. Робота процесора з портами. Дешифрація адреси. Розподіл адресного простору вводу-виводу………………………………………………………...31
Переривання. Вектори переривань. Джерела переривань. Апаратні, внутрішні та програмні переривання…....................................................................................................33
Огляд основних переривань BIOS та DOS………………………………………………..35
Тема 6. Оперативна пам'ять: основні поняття ……………………………………………….37
Оперативна пам’ять. Пам’ять динамічна та статична.…………………………………...37
Типи пам’яті: RAM, DRAM, SRAM, EDO-RAM. Кеш-пам’ять…………………………38
Фізичні характеристики пам’яті. Конструкція і організація мікросхем та модулів пам’яті……………………………………………………………………………………….42
Швидкодія ОЗП …………………………………………………………….........................44
Тема 7. Логічна організація оперативної пам’яті ……………………………………………47
Логічна організація оперативної пам’яті. Сегменти та сторінки ……….........................47
Основна, верхня, розширена та додаткова пам’ять ……………………………………...47
Запобігання конфліктних ситуацій. Тестування пам’яті при увімкненні ПК. Розширені діагностичні тести ………………………………………………………………………….48
Тема 8. Материнська (системна) плата ………………………………………………………51
Склад та функції системної плати. Компоненти материнських (системних) плат ……51
Роз’єми системної плати …………………………………………………………………..53
Призначення і функціонування шин. Призначення роз’ємів розширення. Типи шин введення-виведення ……………………………………………………………………….56
Тема 9. Базова система введення-виведення ………………………………………………..58
ROM BIOS та його функції ………………………………………………........................58
Порівняльна характеристика BIOS основних фірм-виробників: Award, AMI, Phoenix, Intel………………………………………………………………………………………….62
Значення режимів Setup BIOS та їх оптимальний вибір ……………………………….64
Неполадки із BIOS та способи їх усунення ……………………………………………..67
Тема 10. Відеосистема ЕОМ. Організація та специфічні особливості відеопам’яті ……..77
Відеосистема персонального комп’ютера. Графічні стандарти ………..........................77
Типи дисплеїв: електронно-променеві, рідкокристальні, плазмові ……………………78
Характеристики моніторів: розмір екрану, роздільна здатність, частота розгортки, кольорова гама, енергоспоживання, безпечність ……………………………………….80
Відеодаптери. Відеопам’ять. 3D-акселератори. Графічні сопроцесори. Технології MMX та 3Dnow…………………………………………………………………………….81
Тема 11. Аудіосистема ……………………………………………………………………….87
Аудіосистема. Типи звукових карт. Складові частини: цифровий тракт, музичний синтезатор, аналоговий мікшер ….......................................................................................87
Стиск даних. Стандарти: GM-General MIDI, GS-General synth, XG-Extended general…92
Звукові ефекти. Формати звукових файлів. Мікрофони. Технологія мультимедіа .......94
Тема 12. Дискова підсистема комп’ютера. Пристрої магнітного збереження даних……101
Історія та перспективи розвитку зовнішньої пам’яті. Типи дискових накопичувачів...101
Фізичні принципи запису інформації на диск. …………………………………………...102
Тема 13. Накопичувачі на гнучких дисках ………………………………...........................103
Конструкція гнучких дисків та накопичувачів для них………………………………...103
Основні формати дискет………………………………………………………………….105
НГМД у складі ЕОМ. Інтерфейс НГМД. Порти контролера НГМД…………………..107
Тема 14. Зовнішня магнітна пам’ять. Дисководи жорстких дисків ………………………111
Жорсткі диски (ЖД) – Вінчестери. Внутрішня будова ………………………………..111
Фізичні принципи роботи. Характеристики накопичувачів на ЖД. Програми для обслуговування ЖД ………………………………………………………………………113
Інтерфейси накопичувачів на ЖД. Пошук можливих несправностей...………………119
Тема 15. Зовнішня оптична пам’ять. CD ROM …………………………............................122
Зовнішня оптична пам’ять. CD ROM. Будова накопичувачів на CD ROM …………..122
Формати компакт-дисків та технологія їх запису ……………………………………...123
Принципи роботи та використання CD-R, CD-RW та DVD-дисків …………………..124
Тема 16. Блоки живлення……………………………………………………………………139
Блоки живлення. Їх призначення, типи та принципи роботи ………….........................139
Роз’єми блоків живлення. Навантаження, параметри та розрахунок потужності, що вони споживають……………………………………….....................................................141
Діагностика, ремонт та заміна блоків живлення ……………………………………….148
Захисні пристрої в мережі живлення. Джерела безперебійного живлення …………..150
Тема 17. Пристрої вводу/виводу ……………………………………………………………156
Пристрої вводу/виводу …………………………………………………...........................156
Клавіатура та її типи. Внутрішня будова клавіатури …………………………………..156
Пошук несправностей та ремонт…………………………………………………………163
Мишка. Типи, інтерфейси, пошук несправностей та обслуговування мишок ……….165
Тема 18. Периферійні пристрої ЕОМ ………………………………………………………174
Периферія …………………………………………………………………........................174
Принтери: голкові, струминні та лазерні. Їх технічні характеристики, драйвери та інтерфейси…………………………………………………………………………………174
Сканери ……………………………………………………………………………………186
Програми розпізнавання текстової інформації …………………………………………187
Тема 19. Портативні комп’ютери ………………………………………..............................190
Розміри портативних систем ………………………………………….............................190
Модернізація та ремонт портативних комп’ютерів…………………….........................191
Устаткування для портативних систем. Комп’ютерна периферія …………………….192
Тема 20. Модернізація персональних комп’ютерів ……………………………………….205
Модернізація персональних комп’ютерів ………………………………………………205
Можливості розгону центрального процесора та відеокарт …………..........................211
Тема 21. Засоби діагностики та технічне обслуговування ……………….........................214
Діагностика апаратного забезпечення. Завантаження …………………………………214
Інструменти і прилади ……………………………………………………………………220
Програма профілактичних заходів ………………………………………………………225
Основні напрямки пошуку і усунення несправностей …………………………………236
Тема 22.Перспективи розвитку комп’ютерних технологій.Нанотехнології……………...238
Перспективи розвитку комп’ютерних технологій ……………………………………..238
Нанотехнології ……………………………………………………………………………242
Список літератури …………………………………………………………..........................246
Тема 1. Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів».
Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів».
Визначення ЕОМ, архітектури і структури ЕОМ.
Історія виникнення ЕОМ.
Предмет та завдання курсу «Архітектура комп’ютерів».
Дисципліна «Архітектура комп’ютерів» входить до переліку нормативних дисциплін професійної та практичної підготовки освітньо-професійної програми для студентів спеціальності 5.05010301 “Розробка програмного забезпечення ”.
Необхідними передумовами для викладання дисципліни «Архітектура комп’ютерів» є засвоєння студентами матеріалу дисциплін "Комп’ютерна схемотехніка", “Комп’ютери та мікропроцесорні системи” та “Системне програмне забезпечення та операційні системи”.
Вивчення дисципліни сприяє формуванню наукового рівня інженерного мислення майбутнього фахівця, містить в собі теоретичну базу, де розглядаються сучасні принципи побудови основних функціональних вузлів ЕОМ: вузла управління та арифметико-логічного вузла центрального процесорного пристрою, пам’яті ЕОМ та об’єднуючої системної шини. Ця теоретична база необхідна при засвоєнні прикладних питань проектування як однопроцесорних ЕОМ, так і багатопроцесорних обчислювальних систем універсального та спеціалізованого призначення. Основний наголос у курсі зроблено на побудову вузлів ЕОМ з фон-нейманівською архітектурою, вивченню сучасної зарубіжної елементної бази та основ технології і засобів проектування вузлів ЕОМ.
Виходячи з цього, викладання курсу «Архітектура комп’ютерів» підпорядковане з’ясуванню загальних проблем побудови ЕОМ, та побудови ЕОМ з заданими архітектурними та технічними характеристиками.
Викладання дисципліни «Архітектура комп’ютерів» обумовлено необхідністю формування у студентів чіткої системи уявлень про цілісний комплекс проблем, що мають бути вирішені в процесі вибору архітектури однопроцесорної ЕОМ та її технічної реалізації.
У процесі опанування навчальною дисципліною студенти повинні одержати навики та досвід вирішення таких завдань:
знати та вміти застосовувати сучасні принципи побудови основних функціональних вузлів ЕОМ: вузла управління та арифметико-логічного вузла центрального процесорного пристрою (ЦПП), пам’яті ЕОМ та об’єднуючої системної шини;
розробка вузлів ЕОМ з заданими архітектурними характеристиками;
знати архітектурні характеристики сучасних ЗВІС та вміти їх застосовувати при проектуванні ЕОМ;
знати основи технології та програмно-технічні засоби розробки та відлагодження ЕОМ на базі сучасних мікропроцесорів.
Необхідною передумовою для цього є отримання таких знань
про принципи побудови вузлів управління (ВУ) центрального процесорного пристрою ЕОМ;
про принципи побудови арифметико-логічних вузлів (АЛВ) центрального процесорного пристрою ЕОМ;
про принципи побудови ієрархічної пам’яті ЕОМ;
про сучасну технічну базу ЕОМ: ЗВІС мікропроцесорів, пам’яті та інтерфейсних вузлів, ПЛІС;
про особливості характеристик і використання механізмів системної шини ЕОМ;
про програмні і технічні засоби підтримки розробки ЕОМ;
про основні тенденції розвитку сучасних ЕОМ з фон-нейманівською архітектурою;
про способи і методи оцінки ефективності обчислювальних архітектур.
Викладення дисципліни «Архітектура комп’ютерів» обумовлено необхідністю формування у студентів чіткої системи уявлень про архітектурні та структурні особливості базових елементів сучасних, необхідністю формування у студентів чіткої системи уявлень про цілісний комплекс проблем, що виникають та мають бути вирішені в процесі проектування складних обчислювальних систем обробки даних на основі базових елементів сучасних комп’ютерів.