Устройства компьютерной техники часть 1 Как это работает

Tytuł:  Urządzenia techniki komputerowej część 1 Jak działa komputer?.

Autorzy:  Wojtuszkiewicz Krzysztof.

Wydawca:  Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.

ISBN:  978-83-01-15800-2

Miejsce i rok wydania:  Warszawa, 2009

Wydanie:  I

Ilość stron:  320

Format  B5

Opis

Nowe wydanie książki zostało gruntownie zmienione w celu uwzględnienia zarówno zmian w technice

komputer

owej jak i dostosowania podręcznika do wymagań nowej formy egzaminu potwierdzającego kwalifikacje zawodowe w zawodzie technik informatyk.

Całość pracy składa się z 2 części. Pierwsza część omawia architekturę i działanie komputera. Druga część prezentuje działanie urządzeń peryferyjnych i ich współpracę z jednostką centralną.

W części pierwszej omówiono budowę i działanie układów wchodzących w skład jednostki centralnej oraz architekturę współczesnego komputera klasy PC. Poszczególne tematy obejmują:

• podstawy działania układów cyfrowych i mikroprocesorowych,
• działanie mikroprocesorów rodziny Intel x86,
• budowę płyt głównych komputerów klasy IBM PC,
• standard Plug and Play,
• standardy magistrali rozszerzającej,
• budowę zasilaczy komputerów typu IBM/PC.

Omawiane są też zagadnienia dotyczące pamięci: działanie pamięci półprzewodnikowych (w tym SDR i DDR DRAM, RDRAM), działanie pamięci cache oraz pamięci wirtualnej.

Książka przeznaczona jest dla słuchaczy szkół policealnych o specjalności technik informatyk, dla uczniów technikum o specjalności systemy mikroprocesorowe oraz dla każdego, kto jest zainteresowany tym jak działa komputer.

Spis treści

Przedmowa .................................................................................................................................. 9

Wstęp ......................................................................................................................................... 11

1. Komputer PC od zewnątrz................................................................................................. 13

1.1. Elementy zestawu komputerowego ............................................................................ 13

1.2. Podzespoły wchodzące w skład jednostki centralnej ................................................. 16

1. Układy cyfrowe.................................................................................................................... 21

Wstęp ................................................................................................................................... 21

2.1. Podstawy działania układów cyfrowych..................................................................... 21

2.1.1. Idea działania układów cyfrowych................................................................. 21

2.1.2. Poziomy logiczne ........................................................................................... 22

2.1.3. System dwójkowy i szesnastkowy ................................................................. 24

2.1.4. Kodowanie informacji.................................................................................... 27

2.1.4.1. Przykłady kodów liczbowych ....................................................... 29

2.1.4.2. Kod ASCII i jego następcy............................................................ 30

2.1.4.2. Kodowanie informacji ciągłej ....................................................... 33

2.1.5. Bramki logiczne i operatory (działania) logiczne .......................................... 34

2.1.6. Przykładowe parametry układów cyfrowych ................................................. 40

2.1.6.1. Parametry graniczne...................................................................... 41

2.1.6.2. Parametry charakterystyczne......................................................... 41

2.1.7. Podział układów cyfrowych ........................................................................... 42

2.1.7.1. Układy kombinacyjne i sekwencyjne............................................ 42

2.1.7.2. Układy asynchroniczne i synchroniczne ....................................... 43

2.1.7.3. Stopień scalenia układów cyfrowych............................................ 44

2.2. Cyfrowe układy funkcjonalne..................................................................................... 45

2.2.1. Arytmetyka dwójkowa ................................................................................... 45

2.2.1.1. Dodawanie binarne........................................................................ 45

2.2.1.2. Zapis liczb ze znakiem .................................................................. 49

2.2.1.3. Zapis części całkowitej i ułamkowej............................................. 52

2.2.1.4. Zapis stało− i zmiennoprzecinkowy............................................... 53

2.2.1.5. Norma IEEE Standard 754............................................................ 55

2.2.2. Przykładowe układy arytmetyczne................................................................. 56

2.2.2.1. Sumator równoległy n−bitowy....................................................... 56

2.2.2.2. Jednostka arytmetyczno−logiczna ................................................. 57

2.2.3. Układy z pamięcią.......................................................................................... 59

2.2.3.1. Przerzutniki ................................................................................... 59

4 Urządzenia techniki komputerowej. Część 1

2.2.3.2. Rejestry.......................................................................................... 62

2.2.3.3. Liczniki ......................................................................................... 64

2.2.4. Dekodery i kodery priorytetu ......................................................................... 65

2.2.5. Multipleksery ................................................................................................. 67

2.2.6. Bramki trójstanowe ........................................................................................ 68

2.2.7. Pojęcie i zasada działania magistrali .............................................................. 69

2.3. Pamięci ....................................................................................................................... 71

2.3.1. Podstawowe definicje dotyczące pamięci ...................................................... 71

2.3.2. Podział pamięci .............................................................................................. 72

2.3.3. Organizacja pamięci....................................................................................... 73

2.3.4. Łączenie układów pamięci ............................................................................. 75

2.3.4.1. Zwiększanie długości słowa.......................................................... 75

2.3.4.2. Zwiększanie liczby słów w pamięci.............................................. 77

2.3.5. Pamięci dynamiczne RAM............................................................................. 78

2.3.5.1. Obsługa asynchronicznych pamięci DRAM ................................. 78

2.3.5.2. Odmiany pamięci dynamicznych .................................................. 83

2.3.6. Moduły pamięci.............................................................................................. 95

1. Podstawy architektury komputera.................................................................................. 105

Wstęp ................................................................................................................................. 105

3.1. Pojęcie systemu mikroprocesorowego...................................................................... 105

3.1.1. System mikroprocesorowy a specjalizowany układ cyfrowy ...................... 105

3.1.2. Schemat blokowy systemu mikroprocesorowego ........................................ 106

3.1.2.1. Architektura z Princeton.............................................................. 108

3.1.2.2. Architektura harwardzka ............................................................. 108

3.2. Modułowa budowa komputera – pierwsze przybliżenie .......................................... 110

3.3. Podstawy działania mikroprocesora ......................................................................... 111

3.3.1. Schemat blokowy mikroprocesora ............................................................... 112

3.3.2. Rejestry procesora dostępne programowo ................................................... 113

3.3.2.1. Akumulator.................................................................................. 114

3.3.2.2. Rejestr flagowy ........................................................................... 114

3.3.2.3. Licznik rozkazów ........................................................................ 115

3.3.2.4. Wskaźnik stosu............................................................................ 115

3.3.2.5. Rejestry robocze (uniwersalne) ................................................... 117

3.3.3. Cykl rozkazowy............................................................................................ 117

3.3.4. Lista rozkazów, tryby adresowania .............................................................. 120

3.3.4.1. Lista rozkazów ............................................................................ 120

3.3.4.2. Format rozkazu i tryby adresowania ........................................... 121

3.3.4.3. Sposób prezentowania rozkazu ................................................... 125

3.3.4.4. Przykładowe rozkazy .................................................................. 127

3.3.5. Magistrale i sygnały sterujące mikroprocesora ............................................ 128

3.4. Układy wejścia/wyjścia ............................................................................................ 130

3.4.1. Układy wejścia/wyjścia współadresowalne z pamięcią operacyjną............. 132

3.4.2. Układy wejścia/wyjścia izolowane .............................................................. 133

3.5. Operacje wejścia/wyjścia.......................................................................................... 134

3.5.1. Operacje wejścia/wyjścia z bezpośrednim sterowaniem przezmikroprocesor.... 134

3.5.1.1. Bezwarunkowe operacje wejścia/wyjścia ................................... 134

3.5.1.2. Operacje wejścia/wyjścia z testowaniem stanu układu wejścia/wyjścia.... 135

3.5.1.3. Operacje wejścia/wyjścia z przerwaniem programu ................... 135

3.5.2. Operacje wejścia/wyjścia z pośrednim sterowaniem przez mikroprocesor (DMA)...... 141

3.6. Pamięć wirtualna....................................................................................................... 144

3.6.1. Hierarchia pamięci ....................................................................................... 144

3.6.2. Zasada działania pamięci wirtualnej ............................................................ 146

3.7. Koncepcja pamięci podręcznej (cache) .................................................................... 149

3.7.1. Architektura systemu z pamięcią cache ....................................................... 150

3.7.1.1. Architektura Look−through ......................................................... 150

3.7.1.2. Architektura Look−aside.............................................................. 151

3.7.2. Elementy systemu pamięci cache................................................................. 152

3.7.3. Sposoby zapewniania zgodności pamięci cache .......................................... 152

3.7.4. Organizacja pamięci cache........................................................................... 154

Podsumowanie ................................................................................................................... 155

1. Procesory............................................................................................................................ 157

Wstęp ................................................................................................................................. 157

4.1. Parametry wybranych procesorów............................................................................ 157

4.2. Procesor 8086/88 ...................................................................................................... 160

4.2.1. Część wykonawcza ...................................................................................... 162

4.2.2. Blok sterowania magistralami...................................................................... 163

4.2.2.1. Układ sterowania magistralami................................................... 163

4.2.2.2. Układ generacji adresu fizycznego ............................................. 163

4.2.3. Restart procesora 8086/88 ............................................................................ 167

4.3. Procesor Intel 80286 ................................................................................................. 167

4.4. Procesory 80386 i 80486 .......................................................................................... 171

4.4.1. Procesor Intel 80386..................................................................................... 171

4.4.1.1. Schemat blokowy ........................................................................ 171

4.4.1.2. Tryby pracy procesora 80386...................................................... 172

4.4.1.3. Stronicowanie.............................................................................. 174

4.4.2. Procesor Intel 80486..................................................................................... 176

4.4.2.1. Schemat blokowy ........................................................................ 176

4.4.2.2. Pamięć cache ............................................................................... 178

4.4.2.3. Magistrala sterująca..................................................................... 180

4.4.2.4. Rejestry dostępne programowo................................................... 180

4.5. Procesor Pentium™ .................................................................................................. 180

Wstęp ........................................................................................................................ 180

4.5.1. Procesor Pentium – rdzeń P5 ....................................................................... 181

4.5.1.1. Podstawowe własności procesora Pentium ................................. 181

4.5.1.2. Schemat blokowy procesora Pentium ......................................... 183

4.5.1.3. Magistrale zewnętrzne procesora Pentium.................................. 184

6 Urządzenia techniki komputerowej. Część 1

4.5.1.4. Blok sterowania magistralami (BIU) .......................................... 186

4.5.1.5. Część wykonawcza ..................................................................... 186

4.5.1.6. Pamięć wirtualna w procesorze Pentium .................................... 189

4.5.1.7. Mechanizmy wspomagania pracy wielozadaniowej i ochrony zasobów.... 192

4.5.1.8. Tryb wirtualny 8086 (V86) ......................................................... 193

4.5.1.9. Pamięć cache w procesorze Pentium .......................................... 193

4.5.1.10. Restart procesora Pentium........................................................... 194

4.5.1.11. Praca potokowa ........................................................................... 196

4.5.1.12. Przewidywanie rozgałęzień......................................................... 198

4.6. Procesory RISC......................................................................................................... 199

4.6.1. Podstawowe przesłanki budowy procesorów RISC..................................... 199

4.6.2. Podstawowe cechy procesorów RISC.......................................................... 200

4.7. Pentium Pro™........................................................................................................... 204

4.7.1. Dynamiczna realizacja instrukcji ................................................................. 206

4.8. Pentium MMX .......................................................................................................... 208

4.9. Pentium II ................................................................................................................. 210

4.9.1. Celeron ......................................................................................................... 211

4.9.2. Ścieżki rozwoju Pentium II .......................................................................... 211

4.10. Pentium III ................................................................................................................ 212

4.11. Pentium 4 .................................................................................................................. 213

4.11.1. Technologia Hyper−Threading ..................................................................... 217

4.11.2. Intel® Extended Memory 64 Technology (Intel® EM64T) ........................ 219

4.11.3. Procesory dwurdzeniowe ............................................................................. 219

4.11.3.1. Pentium 4 Extreme Edition ......................................................... 220

4.11.3.2. Pentium D.................................................................................... 220

4.11.3.3. Intel® Core™ Duo...................................................................... 221

4.11.4. Centrino Mobile Technology ....................................................................... 222

4.12. Procesor Itanium ....................................................................................................... 222

4.13. Przegląd procesorów firmy AMD............................................................................. 224

1. Wybrane zagadnienia dotyczące systemu operacyjnego a funkcjonowanie komputera...... 233
2. Płyty główne....................................................................................................................... 237

6.1. Koncepcja budowy PC – drugie przybliżenie........................................................... 237

6.2. Standard ISA............................................................................................................. 239

6.2.1. Podsystem ISA ............................................................................................. 240

6.2.1.1. Układ przerwań ........................................................................... 241

6.2.1.2. Układ DMA................................................................................. 244

6.2.1.3. Sterownik klawiatury .................................................................. 245

6.2.1.4. Zegar czasu rzeczywistego.......................................................... 247

6.2.1.5. Generatory programowalne......................................................... 248

6.2.2. BIOS (Basic Input Output System).............................................................. 249

6.2.2.1. Procedura POST.......................................................................... 249

6.2.2.2. BIOS Setup.................................................................................. 250

6.2.2.3. Podstawowe procedury obsługi wejścia/wyjścia ........................ 252

6.2.2.4. BIOS na kartach .......................................................................... 252

6.2.3. Przestrzeń adresowa pamięci i układów wejścia/wyjścia ............................ 253

6.3. Chipsety .................................................................................................................... 255

6.4. Standardy magistrali rozszerzającej.......................................................................... 263

6.4.1. ISA ............................................................................................................... 264

6.4.2. EISA ............................................................................................................. 264

6.4.3. VESA Local Bus .......................................................................................... 264

6.4.4. PCI................................................................................................................ 265

6.4.4.1. Zasada działania magistrali PCI.................................................. 267

6.4.4.2. Przerwania a magistrala PCI ....................................................... 269

6.4.4.3. Wersje elektryczne kart PCI........................................................ 270

6.4.5. Magistrala PCI−X ......................................................................................... 271

6.4.6. Magistrala PCI Express................................................................................ 272

6.5. Koncepcja działania urządzeń standardu Plug and Play........................................... 277

6.5.1. Zasada działania i wymagania standardu Plug and Play.............................. 277

6.5.2. Standard PnP a rodzaj magistrali rozszerzającej.......................................... 279

6.5.2.1. ISA .............................................................................................. 279

6.5.2.2. PCI............................................................................................... 280

6.6. Konfigurowanie płyt głównych ................................................................................ 282

6.7. Formaty płyt głównych............................................................................................. 282

1. Zasilacze komputerów IBM/PC....................................................................................... 297

7.1. Zasada działania zasilaczy komputerów IBM/PC .................................................... 297

7.2. Złącza zasilaczy ........................................................................................................ 301

7.2.1. Złącze AT (AT PowerConnector) ................................................................ 301

7.2.2. Złącze urządzeń peryferyjnych .................................................................... 302

7.2.3. Złącze napędu dyskietek .............................................................................. 302

7.2.4. Złącze ATX (ATX v1.x Power Connector) ................................................. 303

7.2.5. Złącze ATX o podwyższonej mocy (ATX12V v2.x Power Connector)...... 304

7.2.6. Pomocnicze złącze ATX12 (ATX12V v1.x Auxiliary Connector) ............. 305

7.2.7. Złącze ATX12 12 V (ATX12V 12V Connector)......................................... 305

7.2.8. Złącze zasilania Serial ATA (Serial ATA Power Connector)...................... 306

Dodatek A. Wybrane pozycje Setup BIOS........................................................................... 307

Bibliografia.............................................................................................................................. 315

Skorowidz ................................................................................................................................ 317