Основы компьютерной техники

Персональные компьютеры совместимые с IBM PC которые начинались со следующих моделей:

1. IBM PC 1-го поколения: Intel 8086. Память – 1 Мб, шина расширения ISA (8 бит), в качестве устройств хранения – дискеты объемом 360 кб.

2. IBM PC/XT (Extended technology) расширенные технологии: процессор и ОП те же, но появляются винчестеры. Сопроцессоры 8087.

3. IBM PC/AT передовая прогрессивная технология: Intel 80286/80287 ОП-16 Мб, ISA 16 бит, Гибкие диски, НГМД емкостью 1,2 Мб либо 1,44.

Компоненты компьютера

IBM PC совместимый компьютер представляет собой реализацию Фон-неймановской архитектуры (1945г.). Она заключается в следующем:

1) ПК состоит из УУ, АЛУ и памяти.

2) Выполняемые действия определяются устройством, управления выполняются последовательно, а адрес очередной команды задается счетчиком адреса. Этот принцип называется последовательной передачей управления.

ПК можно разделить на компоненты следующим образом:

a) процессор (УУ, АЛУ, регистры).

b) Память (ОЗУ, КЭШ-память, ПЗУ, ROM, BIOS, устройства хранения данных).

c) Уст-ва ввода/вывода.

Использование шин и интерфейсов для взаимодействия таких уст-в и их стандартизация делает архитектуру компьютера открытой.

Ячейки памяти порты и регистры

Ячейка памяти служит для хранения информации, т.е. ее записывают в ячейку, а затем могут прочитать.

Порты ввода/вывода служат для преобразования двоичной информации в какие-либо физические сигналы и обратно.

Регистр – широкое понятие зачастую используется как синоним порта. К портам ввода/вывода обращаются только по реальным адресам при обращении к памяти (оперативной) возможна виртуализация. Процессор может считывать инструкции для исполнения только из пространства памяти. Регистры различных устройств могут приписываться как к пространству портов ввода/вывода так и к пространству памяти под портом устройства как правило понимают регистр, связанный с этим устройством и приписанный к пространству портов ввода/вывода.

Подсистемы памяти и хранения данных

Память компьютера можно классифицировать следующим образом:

1) Внутренняя память – это электронная полупроводниковая память устанавливаемая на системной плате или на платах расширения.

2) Внешняя память – память реализованная, в виде устройств с различными принципами хранения информации.

Параметры подсистемы памяти

10.10.11

Материнская (системная) плата

Системная плата, также называемая главной (Mainboard, Motherboard, объединительная плата) является основной монтажной схемой внутри ПК на которую устанавливаются: процессор и память, интегрируются слоты расширения, и которая непосредственно или косвенно присоединяется к каждой части ПК. Первоначально ПК. Имели минимум устройств интегрированных в сист.плату (порт для Клавы DIN5). Все остальные являлись дополнительными компонентами, подключаемыми через разъемы расширения. Те части системы, спецификация которых изменяется наиболее быстро – это ОП, процессор, графика размещаются в гнездах или слотах для облегчения замены. Также удаляют из основной спецификации компоненты, используемые не всеми пользователями.

Развитие системной платы заключается в значительной степени в отделении высокоскоростных компонентов от более медленных. В конце 90-х годов обозначилась тенденция к помещению периферийных устройств, разработанных как интегрированные чипы, непосредственно на системную плату.

Типоразмеры материнской платы (форм-фактор)

Определяет ее размеры, тип разъема питания, расположение элементов крепления, размещение разъемов различныз интерфейсов и прочие технические детали, обеспечивающие сомвестимость с другими элементами компьютерной системы. До недавнего времени были известны два основных типа размера материнских плат:

1. Устаревший AT (и ее моификации)

2. ATX (имеет подклассы)

Существуют следующие типоразмеры материнских плат:

Обозначения	Размер, см.	Замечания
Full size	35,6х30,5	Устаревший.
Baby AT	33х22,5	Стандартный.
Half size (2/3 Baby AT)	24,4х21,8	Мини-плата для ПК с ЦП 386 и 486. Пригодна для корпуса Slim line.
LPX	33х22,9	Для корпусов уменьшенной высоты Slim line.
Mini - LPX	26,4х21	Для корпусов уменьшенной высоты Slim line.
ATX	30,5х24,4	Для корпусов ATX.
Mini – ATX	28,4х20,8	Для корпусов ATX уменьшенной высоты.
Miсro ATX	24,4х24,4	Для корпусов ATX уменьшенной высоты, для компактных и дешевых систем с ограниченными потребностями в расширении системы.
Flex ATX	22,9х19,1	Миниатюрные корпуса.
NLX	34,5х22,9	Для корпусов уменьшенной высоты и Slim line.
Mini - NLX	25,4х20,3	Для корпусов уменьшенной высоты и Slim line.
ITX	21,5х19,1	Более компактная форма.

Full size

Полноразмерная плата по своим габаритам соответствует материнской плате PC IBM IT. Расположение разъемов клавиатуры и слотов расширения строго определены, чтобы совпадать с отверстиями в корпусе. Плата помещается только в полноразмерный корпус типа Desktop или Tower. Уже не выпускаются

Baby – AT

Появился 1982 году, расположение разъемов клавиатуры и слотов также должно соответствовать отверстиям в корпусе для подключения клавиатуры используется стандартный пяти контактный din разъем. Может устанавливаться в любой корпус за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slim line. Не выпускается.

14.10.11

На ризер-карте располагаются различные разъемы, которые ранее располагались на материнской плате:

- IDE

- FDD

- USB

- блока питания

Фактически ризер-карта является кросс-платой, через которую происходит коммутация всех модулей системного блока, а также подача питания на них. На самой материнской плате располагаются гнезда центрального процессора, слоты для памяти, чипсет, BIOS, и кэш-память.

Преимущества NLX:

1. возможность замены материнской платы.

2. Обеспечивается доступ кабеля к картам расширения, модулям памяти и т.д..

3. Сокращается длина кабелей.

4. Возможность замены центрального процессора.

5. Возможность применения двухпроцессорных систем.

ITX

Стандарт появился в 2000 году фирма – разработчик VIA Technologies. Материнская плата достигает такой компактной формы за счет применения специально спроектированного блока питания (174х73х55мм).

Базовая система ввода/вывода. BIOS.

Все системные платы содержат небольшой блок постоянного запоминающего устройства (ROM), который отделен от основной памяти, используемой для загрузки и выполнения ПО. Это дает два преимущества:

1. Программы и данные BIOS не должны перезагружаться каждый раз при запуске ПК.

2. Они не могут быть разрушены ошибками в приложениях, которые пытаются записать информацию в «неправильную» часть памяти.

BIOS играет двоякую роль, с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, с другой стороны – это важный модуль любой ОС. Модуль BIOS реализован на микросхеме постоянной или флэш-памяти. Наиболее известными фирмами-изготовителями BIOS являются: AMI, Award, Phoenix. В большинстве случаев BIOS хранится в ППЗУ. В современных системах требуются более объемные ППЗУ. Настройка системной платы состоит из подстройки ПК под используемый графический режим установки рабочей тактовой частоты. Указания объема имеющейся в наличии кэш-памяти типа встроенного сопроцессора. Существует 7 возможных вариантов настройки, основные из них:

1. Основные установки CMOS (Standart-CMOS-Setup).

2. Дополнительные установки CMOS (Advanced-CMOS-Seup).

3. (Advanced-Chipset-Setup)

Базовая система ввода/вывода включает несколько подпрограмм, обслуживающие различные функции: первая из них выполняется при включении ПК, она определяет какие аппаратные средства подключены к ПК и проводит тестирование аппаратуры на работоспособность (POST). Если какие-то из периферийных устройств относятся к типу Plug and Play, то именно в этот момент BIOS назначает им ресурсы

17.10.11

Когда все тесты пройдены BIOS пытается определить с какого устройства будет загружаться ОС. Сначала проверяется присутствие ОС на гибких магнитных дисках, а затем на первичном жестком диске. Некоторые BIOS позволяют назначить привод оптических дисков как загрузочный или загружать ОС с другого жесткого диска, отличного от IDE. Если не обнаружен загрузочный диск, то выводится сообщение с указанием, что требуется установить системный диск. Как только машина загрузилась BIOS реализует другую функцию (до появления Windows это было представление ДОС со стандартизированными API для аппаратных средств). С появлением Windows BIOS в защищенном режиме не используется.

Такая технология позволяет обеспечить постоянную доступность BIOS, независимо от работоспособности внешних по отношению к материнской плате компонентов. Большинство производителей предусматривают копирование BIOS в оперативную память при включении компьютера. Эта область называется теневым ПЗУ. В микросхемах BIOS используют различные типы памяти для хранения программного кода:

a) PROM – это память, данные в которую заносятся однократно. Отличие от ПЗУ заключается в том, что PROM производятся «чистыми» в то время как ROM программируется в процессе производства. Для записи данных в микросхемы PROM применяется устройство – программаторы.

b) EPROM – это стираемая программируемая ПЗУ. Это специальный тип PROM, который может очищатся с использованием ультрафиолетовых лучей и перезаписываться. Операции перезаписи выполняются при помощи электрических сигналов.

c) Flash – Содержится на большинстве современных материнских плат. Код в них перезаписывается при помощи специальной программы. Это облегчает модернизацию BIOS при появлении новых компонентов. Технология Plug and Play обеспечивается BIOSом только на Flash ROM.

Оперативная память CMOS

Системная плата в себя включает отдельный блок ОП, основанный на схеме малой мощности CMOS RAM, который сохраняется действующим, с помощью батарей после отключения ПК и располагается в контроллере периферии. В нем сохраняется информация о конфигурации ПК (номера и тип Жестких дисков, объем памяти, бит памяти, системное время, дата, период регенерации динамической ОП). Часы CMOS и батарея обычно интегрируются в единый чип. При загрузке системы считывается время с часов реального времени после чего процессор его сохраняет, перезагрузка ПК позволяет пересчитать RTC, что корректирует системное время центрального процессора. В CMOS информация хранится до тех пор пока он подключен к небольшому источнику питания. Однако CMOS занимает много места на кристалле, дороже динамической памяти и поэтому используется в случае крайней необходимости.

EFI

Это расширяемый интерфейс встроенного ПО. Разработчик фирма Intel в 2000 году. Это новый стандарт для архитектуры, интерфейса и встроенного ПО, предназначенного для обеспечения, хорошо специфицированного набора сервиса. Сервисы EFI разделяются на две группы:

a) Загрузочные сервисы – доступны для загрузки ОС.

b) Сервисы рабочего времени – доступны при работе ПК

Сервисы первой группы обеспеивают функциональные возможности, предлагаемые EFI для конфигурирования платформы, инициализации, диагностики, загрузки образа ядра и т.д..

Сервисы EFI определены в спецификации EFI, как основные услуги и протоколы интерфейсов. Модули EFI разделяются на приложения и драйверы. Драйверы используются чтобы реализовать специфический протокол интерфейса. В сущности EFI – это мини ОС с собственными правами, способные работать с сетями, графикой, клавиатурой и памятью. EFI разработана на языке высокого уровня, способствует усовершенствования, позволяет создавать доп. Возможности, используя стандарты программирования инструментальных средств.

7.11.11

Классификация чипсетов

1 По степени актуальности:

a) Устаревшие – их выпуск продолжается, но линейка продуктов для данного процессорного разъема не обновляется (socket 775).

b) Актуальные – модификации, в принципе отвечающие текущим требованиям.

c) Современные – это последние модели для современных процессорных разъемов.

2 По предназначению для настольных систем разделяются согласно поддерживаему процессорному разъему:

a) Slot1 (Pentium3)

b) Socket 370 (Pentium 3, Celeron)

c) Socket 478 (Pentium 4, Celeron P4)

d) Socket 462 (AMD Athlon, Duron)

e) Socket 1366 (Intel Core i7)

Отдельную группу образуют чипсеты типа «все в одном» с высокой степенью интеграции.

CMOS Setup

Клавиши, которые нужно нажать в cmos setup (определяется фирмой-изготовителем). Программа настройки БИОС в большинстве случаев содержит 8 пунктов меню:

Standart CMOS Setup – отвечает за установки стандартных встроенных аппаратных компонентов, определение ОП, установки времени и даты.

Advanced CMOS Setup – позволяет конфигурировать различные установки при старте ПК, располагать верхней частью стандартной памяти системную область ROM BIOS.

Advanced Chipset Setup – служит для установки опций чипсета, что может привести к ускорению или замедлению ПК либо дать нулевой результат.

Autoconfiguration with DIOS default – возвращает стандартное значения настроек, которые жестко прошиты в БИОС, при этом некорректно определяются винчестер и видео адаптер

Autoconfiguration with Power-on defaults – с помощью этой опции восстанавливаются установки, которые имели место при последнем включении ПК

Change password – с помощью пароля можно защитить CMOS Setup от нежелательного доступа. Обычно пароль содержит 6 символов

Auto detect hard disk

Автоматическое определение жесткого диска

Служит для автоматического опознания БИОС винчестера и установки его параметров

Write to cmos and text

Этой опцией вы подтверждаете установленные значения, выходите из режима cmos setup и ПК стартует заново, пытаясь запуститься с новыми параметрами

Do not write to CMOS and exit

Все установки игнорируются, и ПК стартует с установками, которые имели место до изменения. Точно такой же эффект дает клавиша ESC

Процессоры

Процессор – это микросхема, которая помимо самого процессора, может содержать и другие узлы (кэш-память)

1. Исполнение программного кода

Программный код

Это последовательность команд или инструкций, каждая из которых опреденным образом закодирована и расположена в целом числе сменных байт памяти

Каждая инструкция имеет операционную часть (информация определенных действий процессора) и операндная часть (информация о данных –операторах ожжет отсутствовать

Длина инструкции х 86 от 1 до 12 байт (длина указывается в первых 3 байтах)

Инструкции могут быть

-линейными (они не нарушают порядок выполнения, определяемый последовательностью расположения инструкций в памяти.

-инструкции передачи управлению инструкции переходов и выводов процедур.

Последовательность исполнения инструкций, предписанная программой может быть нарушена под воздействием внутренних или внешних причин

К внутренним причинам относят исключения

К внешним причинам относят аппаратные прерывания

Последовательность инструкций может изменится по сигналу аппаратного сброса или инициализацией процессора

В компьютере должен присутствовать ЦП, который исполняет основную программу, в многопроцессорной системе функций ЦП распределяется между несколькими обычно-идентичными процессами, один из которых назначает главным

В помощь ЦП часто вводят сопроцессоры

А) Математический – обрабатывает числовые данные в формате с плавающей точкой

Б) Графический выполняет геометрические построения и обработку графических изображений

В) Сопроцессоры ввода/вывода

Отвечает за операции взаимодействия с устройствами

ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ЗАДАЧ И ВИРТУАЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Имеются 2 процессора, которые должны выполняться как бы одновременно

Сначала запускается 1 процесс, а через некоторое время его работы, по аппаратному прерыванию от таймера в момент сохранения образ его текущего состояния и запускается другой процесс.

Через некоторое время по следующему прерыванию выполняется обратное переключение

Эти переключения задач следует выполнять в течении исполнения обеих программ с частотой созданной у пользователя. Иллюзию непрерывности и одновременности. Ресурсы процессора делятся между задачами пропорционально выделенным им квантом времени.

Процессоры семейства х 86 начиная со второго и третьего поколений имеют встроенные средства многозадачности работающие в защищенном режиме.

В распоряжение программы предоставляется виртуальная машина, в которой, управление передается программе как будто он единственный процесс

При этом многозадачная ОС распределяет процессорное время, память, устройства хранения, устройства в/в, и коммуникационное устройства.

Защищенный режим и виртуальная память

Современные ОС используют защищенный режим процессора, в котором меры принудительной защиты критических ресурсов реализуются на аппаратном уровне

Программа может взаимодействовать с подсистемами компьютера, только через:

1. Пространство памяти

2. Порты в/в

3. Аппаратные прерывания

Почему защищать нужно только эти ресурсы?

Самая сложная защита ресурсов – пространство памяти

Чем сложнее программа и больше объем обрабатываемой ею данных, тем больше ее потребность в памяти

В первых процессорах память предоставлялась в виде сегментов по 64 кб (1 мб – объем общей памяти)

В дальнейшем потребности решаемых задач переросли эти ограничения и в процессоры ввели средства организации внешней памяти и дополнительно был введен механизм страничной переадресации памяти.

Таким образом, в распоряжении всех процессов используемых псевдопараллельно передается виртуальная оперативная память (размер которой ограничен суммой объекта физической ОП и областью дисковой памяти, выделенной для подкачки страниц).

14.11.11

Архитектура и микроархитектура процессоров

Под архитектурой процессора понимается его программная модель, т.е. программно-видимое свойство.

Под микроархитектурой понимается внутренняя реализация этой программной модели.

Для одной и той же архитектуры 64 разрядных процессоров разными и в разных поколениях применяются существенно различающиеся микроархитектурные реализации, при этом стремятся с максимальному повышению производительности. Существенное значение имеет реализация различных способов конвейеризации распараллеливания вычислительных процессов, а также других технологий, не свойственных процессорам прежних поколений. Предполагает разбивку выполнение каждой инструкции на несколько этапов, причем каждый этап выполняется на своей ступени конвейера процессора. Процессор, имеющий один конвейер называется скалярным. Процессор,имеющий более одного конвейера, которые могут обрабатывать инструкции параллельно, называется супер скалярным (Pentium).

Переименование регистров. Позволяет обойти архитектурное ограничение на возможность параллельного выполнения данных доступно 6 общих регистров, продвижение данных,начало исполнение инструкции до готовности всех операндов. Предсказание переходов. Позволяет продолжить выборку и декодирование потока инструкции после выборки. Формула перехода не дожидаясь проверки самого условия.

a) Динамическое предсказание

b) Исполнение по предположению (спекулятивная).

Исполнение с изменением последовательности инструкций. Изменяет порядок внутренних манипуляции данными, а внешние операции вв/выв и записи памяти выполняются в порядке, предписанном программным кодом. Эта способность может блокироваться несовершенством программного кода, если он генерируется без учета такой возможности.

Производительность процессора возрастает от поколения к поколению, причем это обеспечивается двумя факторами:

1. Растет тактовая частота ядра.

2. Сокращается число тактов процессорного ядра на одну инструкцию.

Технология обработки данных в процессоре

1) Динамическое исполнение – представляет собой комбинацию трех технологии обработки данных:

a) Множественное предсказание ветвлений

b) Анализ потока данных

c) Спекулятивное исполнение (по предположению)

Впервые реализовано в Pentium Pro. Динамическое исполнение позволяет процессору подсказывать порядок инструкций

2) Множественное предсказание ветвлений – с большой точностью (более 90%) процессор предсказывает, в какой области можно найти следующие инструкции. Это возможно благодаря тому, что процессор просматривает программу на несколько шагов вперед.

3) Анализ потока данных - процессор анализирует и составляет график исполнение инструкции в оптимальной последовательности, независимо от порядка их следования программе.

4) Спекулятивное выполнение – повышает скорость выполнения путем просмотра программы вперед и выполнения тех инструкций, которые могут оказаться необходимыми: Процессор выполняет инструкции (до 5 одновременно) по мере их поступления в оптимизированной последовательности, результаты сохраняются предположительные. На конечном этапе порядок выполнения инструкций восстанавливается и переводится в обычное машинное состояние.

5) Предикация – это одновременное исполнение двух ветвей программы вместо предсказания переходов. Она выполняется вместе с опережающим чтением данных. Когда компилятор обнаруживает оператор ветвления в исходной программе он анализирует все возможные ветки и помечает их предикатами. После этого он определяет, какие из них могут быть выполнены параллельно.

6) Опережающее чтение – это загрузка данных в регистры до того как определилась реальное ветвление программы.

7) Технология Hyper Threading – Реализует разделение времени на аппаратно уровне, разбивая физический процессор на два логических, каждый из которых использует ресурсы чипа (ядро, кэш-память, шины, исполнительные устройства). Ядро процессора при этом выполняет два процессора одновременно..

8) 3DNOW! – устраняет растущую разницу в производительности процессора и графического акселератора и ликвидирует узкое место в начале графического конвейера.

I. Этап – физическое моделирование. ЦП выполняет вычисление с плавающей точкой и создает модели объектов реального мира.

II. Этап – геометрическое моделирование. ЦП преобразует математическое представление в трехмерное (это 3D геометрия).

III. Этап – Триангуляция. ЦП начинает создание перспективы, а графический акселератор заканчивает.

IV. Этап – Растровая графика. Графический акселератор производит вычисление цвета и тени и применяет реалистические структуры к машинно-генерируемым объектам.

16.11.11

CYRIX 6 x86

Выпущен в октябре 1995 года – это совместимый процессор с Pentium. Начиная с этого процессора, вводится понятие p-рейтинг, когда при более низкой частоте выдается та же производительность. Пример: тактовая частота 110 МГц (р133+). Превосходство вытекало из усовершенствования чипа: доступ к внутреннему кэшу и регистрам происходит в одном такте. Первичный кэш объединен. Процессор содержит 3,5 млн транзисторов, интерфейс – Socket 7, Напр. Ядра 3,3 В. Хар-ки: супер конвейер имеет 7 стадий, ударение зависимости данных, предсказания переходов, выполнение команд вне естественного порядка, Набор команд 80х86 CISC. Недостатки: перегрев, низкая производительность при работе с плавающей запятой, несовместимость с Windows NT.

CYRIX Media GX

Выпущен в феврале 1997. Архитектура процессора объединяет в блок процессора графические и звуковые функции, интерфейс PCI и диспетчер памяти. Процессор состоит из двух чипов: самого процессора Media GX и сопроцессора Media GX Cx5510. Процессор использует особое гнездо. Процессор Media GX соединяет шину PCI и память EDO DRAM по 64битовой шине данных. Кэш первого уровня объединен (16Кбайт), графика обрабатывается специальным конвейером, контроллер монитора входит в главный процессор, применяет технологии DCT, VSA. Сопутствующий чип содержит аудио контроллер, эмулирует возможности стандартных звуковых карт и выполняет функции чипсета.

CYRIX 6 x86 MX (1997)

Socket 7, архитектура осталась та же, но добавлены MMX команды, универсальный кэш первого уровня 64 кбайт а, расширенный блок управления памятью.

CYRIX M II

Развитие процессора MX. В 1998 году выпускались процессоры M II 300, M II 333 (технология 0,25 микрометра).

AMD K6

Весной 1996 года AMD поглотила конкурента Next Gen, и выпустила в середине 1997 года процессор K6, совместимый с MMX серией и назывался Nx686. Отличие: почти на 20% меньше Pentium Pro, но содержит больше транзисторов на 3,3 млн. Большинство из них находилось в кэше первого уровня (64 Кбайт а), процессор поддерживал технологию MMX, включал 57 новых команд, разработанных для развития мультимедийного ПО. Использовал суперскалярную микроархитектуру AMD RISC 86. Тактовая частота 166, 200, 233 МГц.

21.11.11

1

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ (ОП)

ОП – это временная память, данные в ней хранятся до выключения ПК.

Классификация интерфейсов памяти

Основная задача ОП предоставить по требованию ЦП необходимую информацию. Характер ОП определяется не только наличием питания, но и тем, что память относится к динамической т.е. ее содержимое остается неизменным в течении очень короткого промежутка времени, поэтому память должна периодически обновляться.

ЦП имеет доступ к данным в оперативной памяти в моменты времени, свободные от регенерации. Регенерация памяти происходит при выполнении операции чтения или записи. Специальная схема в оперативной памяти через определенные промежутки времени осуществляет доступ для считывания ко всем строкам памяти.

ЦП в это время находится в режиме ожидания. За один цикл схема регенерирует все строки динамической памяти. Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который может находиться в заряженном (1) или разряженном (0) состоянии.

ПРИНЦЫП ДЕЙСТВИЯ

Ячейки памяти организованны в матрицу. Полный адрес ячейки состоит из адреса строки RA и адрес столбца CA. Когда ЦП обращается к памяти для чтения информации, на выходы микросхемы поступает строб вывода данных OE, затем адрес строки и сигнал RAS.

Это означает. Что каждая шина столбца соединяется с ячейкой памяти, выбранной строки. Адрес ячейки поступает по адресным линиям на дешифратор, который преобразует поступивший набор нулей и единиц в номер строки. Информация считывается со всей строки за раз и помещается в буфер ввода/вывода. С незначительной задержкой после сигнала RAS на входы памяти подается адрес столбца и сигнал выбора столбца CAS. При чтении данные выбираются из буфера и поступают на выход динамической памяти в соответствии с адресом столбца. После считывания информация в ячейках памяти разрушаеться поэтому производится ее перезапись. Выходы регистра строки снова соединяются с общими шинами столбцов и те ячейки, которые были заряжены снова заряжаються до завершения цикла чтения. Если выполняется запись в память, то подается строб записи и информация поступает на соответствующую шину столбца с входа памяти в соответствии с адресом столбца.

ОСНОВНЫЕ ХАР_КИ МИКРОСХЕМ ПАМЯТИ

1. Тип памяти

2. Емкость

3. Разрядность

4. Быстродействие

5. Временная диаграмма

ЕМКОСТЬ И РАЗРЯДНОСТЬ

Из микросхем памяти, имеющих одну линию ввода/вывода ЦП может одновременно считать/записать только один бит данных. Для повышения скорости обмена между ЦП и ОП были разработаны микросхемы, имеющие 4, 8 или 16 линий ввода/вывода. Эти микросхемы соответственно состоят из 4, 8 и 16 одинаковых матриц ячеек памяти. При поступлении на входы микросхемы адреса ячейки производится одновременное чтение или запись всех ячеек, находящихся по данному адресу, но в различных матрицах.

Разрядность шины ввода/вывода – это количество линий ввода/вывода.

Глубина адресного пространства – это количество бит информации, которая хранится в ячейках каждой матрицы.

Емкость микросхемы памяти – это произведение глубины адресного пространства на количество линий ввода/вывода.

Быстродействие

Производительность микросхемы динамической памяти характеризуется временем выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения либо записи данных. Последовательность этих операций называют рабочим циклом или циклом обращения. Длительность рабочего цикла.

Временная диаграмма

Показывает зависимость тактовой частоты системной шины от типа памяти. Она хар-ет количество тактов, которые необходимые ЦП для выполнения 4 последовательных операций считывания памяти

Архитектура элементов памяти

ЦП взаимодействует чрез контроллер памяти не с одной, а с несколькими микросхемами памяти, организованными в банке памяти. Кол- во микросхем в одной банке определяется соотношением разрядности системной шины и разрядности микросхемы памяти.

Отдельные микросхемы памяти объединяются на специальных печатных платах, образуя с некоторыми дополнительными элементами модулей памяти. Разрядность модуля памяти определяется разрядностю микросхемы памяти, установленной на плате

30.11.11

Повышение скорости обмена данными

Для повышения скорости обмена между центральным процессором и микросхемами памяти разработаны специальные режимы работы и технологии:

1. Пакетный режим – ЦП запрашивает данные из ОП в виде пакетов по 32 или 64 бита. Такой порядок обмена данными с памятью был впервые реализован в 486 и назван пакетным режимом. В этом режиме, кроме одного слова ЦП считывает еще 3, расположенные рядом.

2. Чередование памяти – метод управления памятью с чередованием адресов основан на том, что логически связанные байты чаще всего располагаются друг за другом, но в микросхеме памяти осуществляется периодическая регенерация данных, когда микросхема недоступна, чтобы не было пауз в работе памяти осуществляется ее чередование, т.е. помещение следующих друг за другом данных в ячейки памяти в различных банках, из которых ЦП должен считывать данные попеременно. Организация управление чередованием памяти осуществляет контроллер памяти, который логически объединяет два банка в один и распределяет адресное пространство.

3. Разбиение памяти на страницы – основан на том факте, что каждый поступающий в ЦП байт расположен рядом с байтом уже считанным из памяти и логически связанным с ним, следовательно не нужно повторять сигнал RAS, если адреса строк выбираемых ячеек памяти находятся в пределах одной страницы т.е. адрес строки неизменен. Обычно память делится на страницы размером 512 байт и более.

4. Кэширование памяти – используется для ускорения доступа к данным, находящимся в ОЗУ. Это достигается за счет применения промежуточной между ЦП и ОЗУ буферной быстродействующей памяти небольшой емкости 256кб – 2 Мб. Эта кэш память работает на частоте ЦП поэтому при обращении к ней не требуется циклы ожидания.

МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ

Тип корпуса

Первые микросхемы выпускались в DIP – корпусах. Это корпуса с двурядным расположением контактом. У таких микросхем выводы расположены по бокам корпуса. Сам кристалл, на котором размещены ячейки памяти значительно меньше по размерам, чем корпус. Такая конструкция удобна для печатного монтажа и соблюдение температурного режима микросхемы. В настоящее время на модули памяти устанавливаются микросхемы в корпусах SOJ и TSOP. Корпус SOJ похож на DIP только выводы изогнуты и напоминает букву J. Это позволяет использовать их при пайке и монтировать их а гнезда. Микросхемы в корпусах SOJ устанавливаются на SIMM модули и применяются для расширения памяти видеокарт. Корпус TSOP (толщина 1,2 мм) и имеет горизонтально расположенные выводы, пригодные только для пайки. Такие микросхемы устанавливаются на DIMM модули с напряжением 3,3В.

Модули памяти

А) SIP модули – модули, имеющие однорядное расположение выводов, представляет собой небольшую плату с установленными на ней микросхемами DRAM. Такая плата имеет 30 выводов. Размеры платы 8х1,7см. SIP модули устанавливались на материнские платы с процессором 80386. Помимо них устанавливались элементы DRAM.

Б) SIMM модули – размер примерно такой же, как и у SIP модулей. Выводы SIMM модуля выполнены в виде контактов типа PAD (вилка). Это луженые или позолоченные печатные контактные. Они расположены с обеих сторон платы и попарно соединяются. Первые SIMM модули имели 30 выводов (короткие), позже появились 72-х контактные (длинные) модули.

07.12.11

Емкость и время доступа SIMM модуля определяется суммарной емкостью и временем доступа, установленных на нем, а его разрядность количеством линий ввода/вывода. На SIMM модуле с контролем четности устанавливается дополнительная микросхема памяти.

30-контактные SIMM модули без контроля четности - являются восьмиразрядными с контролем четности – девяти разрядные. 72-контактные SIMM модули без контроля четности – 32-х разрядные, с контролем четности или контролем и коррекции ошибок – 46 и 40 разрядные. Метод контроля четности применяется для проверки сохраняемых данных.

На смену ей пришел метод ECC. Он позволяет не только фиксировать, но и исправлять ошибки в памяти без остановки системы. Необходимо чтобы чипсет поддерживал ECC. Кроме микросхем DRAM на SIMM модуле располагаются миниатюрные конденсаторы, предназначенные для сглаживания кратковременных скачков напряжения и предотвращения выхода из строя микросхем. Эти конденсаторы могут находится либо около каждого элемента DRAM либо под ним, а также могут быть установлены 1-2 конденсатора на всю микросхему. На некоторые SIMM модули устанавливаются резисторы PRD, комбинация которых определяет электронную маркировку модуля, считываемую контроллером памяти. На некоторых SIMM модули могут быть установлены микросхемы генераторы логической четности.

DIMM модули

Контакты с двух сторон DIMM модуля электрически независимы, наиболее распространенными являются 168 контактов 64 разрядные DIMM модули.

Они имеют внутреннюю архитектуру схожую с архитектурой с 72 контактными SIMM модулями, но их можно устанавливать по одной на материнскую плату для ЦП Pentium.

На DIMM модули как правило устанавливаются микросхемы SDRAM реже EDO DRAM, кроме микросхем работающие на тактовой частоте более 66 Мгц должны быть установлены микросхемы буфера ввода\вывода и микросхемы SPD.

микросхема SPD – это микросхема EEPROM (2Кб), в которой записаны хар-ки микросхем памяти, необходимые БИОС для правильной конфигурации системы, а также в ней хранится информация о производителе. Некоторые модули микросхемы DIMM снабжаются специальной микросхемой (буфером), в которой сохраняются поступившие данные, освобождая контроллер.

В конструкции модулей предусмотрены два ключа:

1. Первый ключ расположен между 10 и 11 контактами и служит для определения типа памяти

2. Второй ключ между 40 и 41 контактом и служит для определения напряжения питания 5v или 3,3v.

Наиболее распространены 72 и 144 контактные модули для портативных ПК и 168 контактные для ПК.

RDIMM модуль

Предназначались для систем требующих более одного гигабайта ОП. Модули были 72 разрядные, они отличались большим размером печатной платы, а также наличием специальной микросхемы, обеспечивающей страничную организацию памяти.

RIMM модули

Разработан компанией RAMBUS совместно с Intel

Внешне напоминает модуль DIMM, но отличается кол-вом контактов (184 контакта) и их расположения, а также RIMM модуль с обеих сторон закрыт металлической экраном, защищающим его от наводок и взаимного влияния модулей, работающих на больших частотах. Согласно специфики архитектуры RAMBUS на плате не может оставаться пустых слотов RIMM. Они должны быть заполнены специальными модулями CRIMM, которые поставляются в комплекте с системными платами. По замыслу корпорации Intel на плате может размещаться до 3 RIMM модулей. Предназначены на установку на материнские платы, поддерживающие канал Direct RAMBUS. RIMM модули оборудованы микросхемой SPD. На модуле могут располагаться от 1 до 16 элементов DRAM,но активным в любой момент времени будет один. Напряжение питания RIMM модуля 2,5 вольта. На модулях RIMM устанавливаются микросхемы Direct RDDRAМ, но могут устанавливаться и SDRAM и EDO. В это случае с ними устанавливается специальный конвертер

16.01.12

Маркировка модулей памяти.

НА каждую микросхему нанесена маркировка, которая содержит информацию о фирме – производителе, хар-ка элемента памяти, материале из которого изготовлена микросхема и другую служебную информацию.

Например: маркировка фирмы LG

GM(LG) 71(- DRAM) X(технология производства:С – CMOS(5В),V – СMOS(3,3В))X(время обновления)X(глубина адресного пространства) XX(организация обновления) X(тип доступа)X(Спецификация)X(напряжение питания)X(тип корпуса) – XX(время доступа в наносекундах)

В соответствии с корпорацией Intel микросхемы памяти, спецификации PC 100 SDRAM должны иметь специальную гравировку или наклейку на которой содержится инфа о микросхеме. Данная инфа должна содержать сведения: минимальное кол-во циклов тактового сигнала с момента запроса данных до их появления на линии вв\выв. Минимальная задержка между сигналами RAS и CAS. Минимальное время циклов тактовой частоты.

Иерархия оперативной памяти

КЭШ память – представляет собой буферное запоминающее устройство, работающее со скоростью, обеспечивающей функционирование ЦП без режимов ожидания. КЭШ память разделили на встроенную в процессор и внешнюю (на материнской плате)

Сквозная запись происходит, когда процессор заносит данные, одновременно в КЭШ и в главную память, обратная запись если процессор пишет в КЭШ а затем переходит к следующей команде. В то время как КЭШ хранит данные и переносит их в главную память, когда эта группа данных должна быть заменена в КЭШе.

Третий возможный режим это сквозная запись с буфером (эффективность сравнима с обратной записью). Иерархия памяти состоит из многих уровней, но в каждый момент времени взаимодействуют только два близлежайших, Минимальная единица информации, которая может присутствовать или отсутствовать в двухуровневой иерархии называется блоком или строкой. Размер блока фиксирован

КЭШ первого уровня Level 1 Cash

Это первичный кэш находится на плате ЦП и используется для временного хранения комманд и данных, организованных в блоки по 32 байта.

L1 реализуется используя принцип статической оперативной памяти и длительное время в среднем и имела размер 16 Кбайт.

С Pentiuma MMX в 1997 КЭШ первого уровня увеличен до 32 Кбайт

Проц AMD K6 увеличили в этом же году до 64Кбайт

КЭШ второго уровня L2

Это вторичный КЭШ использует ту же логику управления, что и КЭШ первого уровня и также относится к типу SRAM. Обычно имеет два размера 256 или 512 Кбайт и помещается на системной плате в гнезде Card Edge Low Profile (CELP) или в модуле КЭШ-на-плате (Сoast). Последний напоминает SIM, но немного короче и включает гнездо COAST которое обычно расположено ближе к ЦП напоминает слот PCI. У Pentiuma Кэш второго уровня на чипе. Цель КЭШа второго уровня – это поставлять сохраненную информацию на процессор без какой либо задержки. Для это цели интерейс шины проца имеет специальный протокол передачи, названный групповым или пакетным режимом, при этом обычно используется синхронный вид памяти, управляемый тактовым генератором ЦП

ИНТЕРФЕЙСЫ ПК. ВНУТРЕННИЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

Связь устройств автоматизированных систем друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения, которые называются интерфейсами. Все они делятся на следующие основные классы:

- Системные

- Интерфейсы периферийного оборудования (общие и специализированные)

- Программно – управляемых модульных систем и приборов

- Интерфейсы сетей передачи данных

18.01.12

Различные микросхемы и устройства, образующие ПК должны быть соединены друг с другом таким образом, чтобы они могли обмениваться данными и целенаправленно управляться. Эта проблема решается путем применения унифицированных шин. Используется набор проводников (на системной плате это печатные проводники), к которым подключены разъемы - гнезда или слоты. В слоты расширения могут вставляться платы адаптеров или контроллеров отдельных устройств.

Шина PCI

На материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины. Основополагающим принципом шины PCI является применение мостов, которые осуществляют связь шины PCI с другими шинами. Важной особенностью шины PCI является то, что в ней реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной без участия ЦП.

Архитектура PCI

a) В шине PCI используется способ передачи данных, называемый «способ рукопожатия» - в системе определяются два устройства: передающее и приемное, когда передающее устройство готово к передаче оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (индикатором готовности), при этом приемное устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал о подтверждении записи данных и готовности к приему следующих.

b) Преимущество PCI технологии заключается в относительной независимости отдельных компонентов системы, т.е. передачи данных управляет не ЦП, а включенный между ним и шиной PCI мост. Поэтому шина PCI является универсальной (самодостаточной), т.е. не зависит от типа ЦП.

c) Система PCI использует принцип временного мультиплексирования, т.е. когда для передачи данных и адресов применяются одни и те же линии.

d) Шина PCI является интеллектуальной, т.е. она в состоянии распознавать аппаратные средства и анализировать конфигурацию системы в соответствии с технологией Plug & play.

e) Начиная со спецификации 5.0 ширина шины увеличена до 64 разрядов, а слоны PCI имеют дополнительные контакты, на которые подается напряжение 3,3 В

Шина AGP

Чтобы не меняя сложившийся стандарт на шину PCI ускорить ввод\вывод данных на видеоадаптер и увеличить производительность ПК при обработке трехмерных изображений в 1997 году фирмой Intel был разработан стандарт на шину AGP. Так как шина AGP соединяет только два устройства (Видеоадаптер и ОЗУ), то является портом. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она разрабатывалась как 32 разрядная, но у нее имеется ряд важных отличий от PCI позволяющих в несколько раз увеличить пропускную способность:

· Использование более высоких тактовых частот (режимы 2х 4х 8х 16х)

· Демультиплексирование (это режим SBA)

· Пакетная передача данных

· Режим прямого исполнения в системной памяти - DMA DiME (2x 4x)

Режим 2х 4х

Шина PCI в стандартном варианте (32 разрядная) имеет тактовую частоту 33 Мгц, что обеспечивает пропускную способность 132 Мб\с, то шина AGP работает с частотой 66 Мгц - это соответствует пропускной способности 264 Мб\с, что соответствует режиму 1х. В режиме 2х производится по переднему и заднему фронту тактового импульса, т.е. тактовая частота составит 132 Мгц (528 Мб\с). В режиме 4х используется пониженное напряжение питания, при это за один такт синхронизации удается выполнить 4 передачи данных (1Гб\с).

Пакетная конвейерная передача данных.

При обращении к памяти чрез шину ввода\вывода обязательно возникают задержки между моментом выставления кода адреса и моментом получения кода данных. При обмене данными через шину PCI эта задержка возникает при каждом обращении. Шина AGP предусматривает конвейерную передачу данных, при котором новы запрос (код адреса) выставляется на шине сразу после предыдущего, т.е. запросы выстраиваются в очередь (длина 256 запросов) все запрошенные данные передаются по шине также в виде непрерывного пакета, в результате этого задержка получения данных может возникнуть только один раз, что значительно повышает скорость обмена данными.

Демультиплексирование

23.01.12

Режим прямого исполнения в системной памяти.

Для видеоадаптера AGP возможны два режима работы с системной памятью – это режим DMA и режим DME.

Традиционным является режим DMA, причем он используется не только видеоадаптером. Когда 3D акселератор работает в режиме DMA, то основой для него является локальная память (идет обработка данных), а системная память используется только в качестве хранилища, поэтому обмен данными идет большими пакетами.

В режиме DME локальная и системная память для графического процессора является одно ценными и адресуется.

Обработка идет в системной памяти, а в локальную загружается конечный вариант

19.03.12

Шины и интерфейсы

IDE (ATA) – это электроника интегрированная в накопитель. В 80-х годах фирма IBM выпустила компьютер спецификации АT (передовая технология), а фирма WD (western digital) предложила управляющую электронику встроить в сам в жесткий диск на таком компьютере, а согласованный стандарт на такой винчестер назвать ATA (подключенный к передовой технологии). Спецификация ATA установила что к одному каналу можно подключать два устройства (master, slave), установила режимы обмена данными: PIO (012345), DMA (SW 012, MW 0).

Режим PIO – программный ввод/вывод – предусматривает участие центрального процессора в обмене информацией между диском и оперативной памяти.

Режим DMA – прямой доступ к памяти – предусматривает обмен информацией между диском и памятью на прямую без участия центрального процессора.

Так как интерфейс ATA не предусматривал подключение других устройств кроме жестких дисков, то появляются новые стандарты этого интерфейса.

Появился АТА-2, который предусматривал скоростные протоколы PIO 3,4, режим MW DMA 1,2 обмен данными блоками и адресация дискового пространства логическими блоками.

В 1997 году появляется ATA-3, который отличался от АТА-2 одним единственным элементом – технологией SMART – технология самотестирования и анализа.

Стандарт ATAPI – это пакетный интерфейс АТА, который позволил подключать к интерфейсу не только жесткие диски, но и др. устройства. Интерфейс должен поддерживаться БИОСом, причем последние версии БИОС позволили назначать любое устройство загрузочным. Протокол вошел в стандарт ATA\ATAPI-4 в 1998 году.

Протоколы обмена данными пополнились стандартами: режима Ultra DMA mode 2, и режима коррекции ошибок по контрольной сумме (CRC), а также появились многозадачные режимы (режимы параллельного выполнения команд и создания очередей из двух устройств на одном канале). Жесткие диски ATA\ATAPI-4 выпускались под обозначением Ultra ATA-33. Фирма Seagate ввела интерфейс Fast ATA, который отличается от АТА-2 отсутствием скоростных режимов. Фирма Quantum выпустила стандарт Fast ATA-2, который не отличается от стандарта АТА-2. Фирма WD EIDE – улучшенный IDE, который включает на самом деле АТА-2 и АТАРI. В 1999 году принят стандарт ATA\ATAPI-5 (Ultra ATA 66- скорость обмена до 66 Мб\с) для подключения дисков этого интерфейса используется новый шлейф на 80 проводников. Дальнейшее развитие интерфейса – это ATA\ATAPI-6 (ATA-100 - скорость до 100 Мб\с), Ultra ATA 133 на котором возможности интерфейса IDE практически исчерпываются, поэтому появляется интерфейс Serial ATA (SATA) – офф принят в 2002 году. Главное отличие интерфейса заключается в последовательной передаче данных по 8-ми жильному кабелю, уровень сигнала 3,3 В, пропускная способность 1,5 Гб\с. В интерфейсе предусмотрено: автоматическое конфигурирование компонентов, драйверы устройств SATA интегрированы в Windows. На материнских платах уменьшается кол-во проводников.

Интерфейс USB (Universal Serial Bus). Архитектура интерфейса предусматривает топологию звезда – это значит в системе должен быть корневой (ведущий концентратор) к которому подключаются периферийные концентраторы, а к ним устройства USB. Корневой концентратор входит в чипсет (южный мост), периферийные концентраторы могут подключатся друг к другу, образуя каскады. Всего через один концентратор может подключатся до 127 устройств, но на практике 4-5 устройств. Рекомендуется более скоростные устройства подключать ближе к корневому концентратору спецификация USB определяет две части интерфейса: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя часть делится на аппаратную (корневой концентратор, контроллер USB) и программную (драйвер контроллера, шины, концентратора, клиентов). Внешнюю часть USB представляют устройства (концентраторы и компоненты) USB для обеспечения корректной работы все устройства делятся на классы. Классы устройств и особенности функционирования подробно описанны в спецификации USB. Разделение устройств на классы происходит по единому способу взаимодействия с шиной USB все устройства соединяются между собой 4-х жильным кабелям, по одной паре передаются данные по другой – электропитание, которое автоматически подключается к устройствам при необходимости. На концах монтируются разъемы типа А и В. Разъем типа А подключается к концентратору, разъем типа В устанавливают на концентраторы для связи с другими концентраторами и на устройства от которых кабель должен отключатся.

Подключенное в свободный порт устройства вызывает перепад напряжения в сети, контроллер посылает запрос на этот порт устройства принимает запрос и посылает пакет с данными о классе после чего ему присваивается уникальный идентификационный номер, а затем загрузка и активация драйвера устройства и его конфигурирования.

20.03.12

Интерфейс IEEE 1394 (Wire Fire) – Изначально была включена поддержка только в чипсеты компании Интел. Интерфейс поддерживал работу с внешними накопителями, цифровыми видео\аудио устройствами и другими высокоскоростными компонентами. Спецификация интерфейса предусматривает последовательную передачу данных со скоростями 100, 200, 400, 800, 1600 Мб\с (800 и 1600 не являются стандартными). Выбор последовательного интерфейса обусловлен необходимостью связать удаленные внешние устройства с разными скоростями, при этом обеспечивается их работа по одной линии. Топология интерфейса – древовидная (возможно подключение до 63 устройств в одной сети). Для связи между сетями существуют мосты, а для объединения ветвей в один узел – концентраторы. Для усиления сигнала при длине соединения более 4,5 метров существуют повторители. Могут связываться 1024 сети по 63 устройства в каждой. Устройства в этом интерфейсе соединяются 6-ти жильным кабелем, имеющим две пары сигнальных и пару питающих проводников (ток 1,5 А, напряжение 40 В), подключение осуществляется с помощью стандартной пары вилка-розетка. Корневое устройство интерфейса выполняет функции управления шиной и содержит мост 1394-PCI. Спецификация интерфейса описывает два типа передачи данных – синхронный и асинхронный. При асинхронном методе приемник получает, подтверждает получение данных, а синхронная передача гарантирует стабильную полосу пропускания. Автоматическая конфигурация интерфейса происходит после включения питания, отсоединения или подключение устройства. При изменении конфигурации подается сигнал сброса и производится и производится новая идентификация дерева. После этого выполняется самоидентификация устройств с выделением номеров и каналов.

Интерфейс SCSI. В системе SCSI взаимодействие между устройствами осуществляется по принципу «отправитель - адресат». Каждое устройство в цепочке имеет уникальный идентификационный номер от0до7 (от0до32), который выставляется специальным переключателем. Номер 7 присваивается SCSIхост-адаптер. В свою очередь, устройство входящее в компонент, имеющий ID получает логический номер LUN. Данные по шине SCSI передаются в синхронном или асинхронном режимах, причем в асинхронном режиме адресат подтверждает получение каждого байта, а в синхронном только пакетов. Интерфейс SCSI предусматривает наличие терминаторов - устройств, обеспечивающих согласование уровней сигналов в сети, уменьшающих помехи и затухания. Терминаторы должны присутствовать на хост-адаптере и на конечном устройстве (каждое устройство должно обеспечивать включение\отключение терминатора). Важное место в правильной установке SCSI устройств занимают разъемы: узкий, широкий, низкой плотности, широкой плотности.

26.03.12

Система мобильной сотовой связи.

Первая система радиотелефонной связи начала функционировать в 1946 в США. Она имела несколько фиксированных частот. Компания Bell Laboratories (AT&T) предложила разбивать всю обслуживаемую территорию на небольшие участки (соты - cell). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволяло использовать ту же частоту повторно в другой соте. Реализована в 90-х годах. Предшественницей сотовой мобильной связи была пейджинговая связь. Пейджер – это приемо-передающее устройство персонального вызова. Для приема информации в пейджинговой системе связи используется УКВ приемник, работающий в диапазоне частот 930-932 МГц. В 90-х годах в США был утвержден первый национальный стандарт цифровой сотовой связи, а в 1992 году в Германии вступило в коммерческую эксплуатацию первая система цифровой сотовой связи стандарта GSM (Global System for Mobile Communication). В России развитие национальных сетей сотовой связи началось с 1994 года. Система сотовой связи обслуживает территорию, разделенную на много небольших зон, каждая из которых обслуживается своим комплексом радиооборудования. Оптимальной формой зоны является шестиугольник. Поэтому радиотелефонная мобильная связь называется сотовой. Границы соты определяются зоной устойчивой радиосвязи. Чем выше полоса частот системы, тем меньше радиус соты, но лучше проникающая способность сигнала, миниатюрнее радиоаппаратура, возможность организации большего числа радиоканалов. Современные сотовые системы работают на частотах 450, 800, 900, 1800.

В состав оборудования систем сотовой связи входят: базовые станции и центр коммуникации, соединенные по выделенным проводным или радиорелейным. Центр коммуникации – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью: слежение за мобильными абонентами, организация их эстафетной передачи, переключение рабочих каналов в соте при появлении помех, соединение абонента с абонентом обычной телефонной сети.

Базовая станция – это многоканальный приемопередатчик, работающий в режиме приема и передачи сигнала и служащий своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммуникации подвижной связи. Число каналов базовой станции кратно 8. Один из каналов является управляющим (канал вызова), но разговор идет по любому другому свободному каналу связи. Антенный базовых станций устанавливаются в городе на высоте от 15 до 100 метров на домах, трубах, за городом на высоких мачтах.

Алгоритм функционирования системы сотовой связи:

1. В режиме ожидания радиотелефона постоянно сканирует либо все каналы системы, либо только управляющие.

2. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями системы по управляющим каналам передается сигнал вызова.

3. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления.

4. Базовые станции принявшие ответный сигнал передают информацию о его параметрах в центр коммуникации, который переключает разговоры на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Системы сотовой связи подразделяются на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы (1G) относятся к первому поколению. В них используется аналоговый способ передачи информации с помощью частотной или фазовой модуляции. Недостатки: прослушивание разговоров другими абонентами, затухание сигналов. Стандарт аналоговой системы

AMPS – 800 МГц

NMT – 450 МГц

Цифровые системы сотовой мобильной связи относятся к системам второго поколения (2G), стандарт – GSM 900.

09.04.12

GPRS (General Packet Radio Service) – Пакетная радиосвязь общего пользования – это надстройка над мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы связи GSM.

Системы сотовой мобильной связи третьего поколения (3G). Строится на основе пакетной передачи данных. Работают на частотах дециметрового диапазона около 2 Ггц скорость – 2Мбит\с. Позволяют организовывать видеотелефонную связь смотреть фильмы телепрограммы и т.д.. В мире существуют два стандарта 3G: UMTS (W-CDMA), CDMA 2000.

Сети четвертого поколения (4G). С технической точки зрения основное отличие от 3G в том что 4G основано на протоколах пакетной передачи данных. Две основные составляющие этого стандарта – это протокол IP и разновидность одно ранговых сетей peer-to-peer.

Каждое устройство выступает за три и сочетает в себе функции приемника передатчика и маршрутизатора. Существует два стандарта 4G: LTE, mobile WiMAX. Коммерческая эксплуатация сетей 4G началась с 2010 года.

Мобильные телефоны являются неотъемлемой частью мобильной связи. В состав устройства радиотелефона вне зависимости от модели входят как минимум:

- передающее и приемное устройство

- устройства преобразования и воспроизведения речи.

- устройство контроля и управления

- антенна

- зуммер

- клавиатура

- дисплей

Все компоненты обычно располагаются на передней и задней панели корпуса, а между ними многослойная печатная плата.

Смартфон – это продвинутый или умный телефон с функциями компьютера. Термин был введен компании Ericsson в 2000 году для обозначения телефона Ericsson R380s. Телефон должен был выполнять функции карманного компьютера, поетому работал на ОС открытого типа.

Коммуникатор (PDA Phone) – карманный персональный компьютер со встроенным GSM\GPRS модулем, дополненый функциональностью мобильного телефона. Первый появился в 1996 году. Коммуникатор имеет сенсорный экран, но некоторые модели имеют полноценную клавиатуру для ввода информации. ОС такая же, что и в КПК и аналогичное ПО. При использовании в качестве мобильного телефона обычно используется гарнитура (Hands free).

Технология беспроводной связи Bluetooth и Wi-fi.

Bluetooth – это технология построения беспроводной персональной сети, разработанная группой компаний Nokia, Ericsson, IBM, Intel, Toshiba – Bluetooth Special Interest Group. Цель: дать возможность пользователям без кабелей соединятся с различными вычислительными и телекоммуникационными устройствами. Bluetooth устройства – это миниатюрные передатчики, работающие в ISM диапазоне – на частоте 2,45 Ггц, обычный радиус действия 10 метров. Bluetooth устройства способны искать и устанавливать связь друг с другом без вмешательства пользователя. Когда два устройства оказываются рядом они автоматически «договариваются» об установлении связи, при этом в течении нескольких секунд образуется микросеть (пикосеть) или так называемое персональное сетевое простр

Дата добавления: 2015-08-18