Praca Dyplomowa
Temat: Mikrokomputer klasy PC dla pracowni elektronicznej.
Nowak Paweł Rachmaciej Rafał Zachara Robert Prace dyplomową wykonali: Nowak Paweł Rachmaciej Rafał Zachara Robert opiekun pracy dyplomowej: mgr inż. Ryszard Chybicki
Krótki Zarys Powstawania Komputera
1942 - John Atanasoff i Clifford Berry ukończyli budowę jednej z pierwszych elektronicznych maszyn liczących nazwanej ABC (Atanasoff-Berry Calculator). W roku 1973 sąd amerykański uznał, że ich maszyna miała wystarczająco dużo cech komputera, aby unieważnić patenty jakimi objęty był ENIAC, uważany powszechnie za pierwszy elektroniczny komputer.
1946 (14 lutego) - USA po trzech latach pracy na Uniwersytecie Pensylwania J.P. Eckert i J.W. Mauchly uruchamiają pierwszą maszynę liczącą wykorzystującą lampy elektronowe - była to pierwsza maszyna pierwszej generacji. Jest to słynny ENIAC, Elektroniczny, Numeryczny, Integrator, Analizator i Komputer. zajmujący powierzchnie 15x10m, pobierający energie 174 kW. W jego wnętrzu kryje się 17468 lamp elektronowych, 1500 przekaźników, 70 000 oporników i 10 000 kondensatorów. Liczby przedstawione były w kodzie dziesiętnym, do 10 cyfr. Szybkość pracy była juz znacznie większa od maszyn zerowej generacji - przy częstotliwości zegarowej 100 kHz czas dodawania wynosił 0,2 ms, mnożenie trwało 2,8 ms. ENIAC nie mógł zbyt długo pracować bez przerwy - przeszkoda była bardzo duża moc potrzebna na ogrzanie lamp. Okazało się jednak, ze niezawodność tego energochłonnego kolosa była niezła - na tydzień wymieniano 2-3 lampy! W ENIAC’u nie zastosowano żadnych nowych metod obliczeniowych, działania wykonywane byty równolegle, na cyfrach dziesiętnych.
1947 - 23 grudnia pracownicy Bell Telephone Laboratories, William Bradford Shockley, J. Bardeenem i W.H. Brattainem wynajdują tranzystor, za co otrzymują Nagrodę Nobla w 1956 r. Powstają pierwsze magnetyczne nośniki danych. Są to sporej wielkości bębny magnetyczne.
zasada działania współczesnego mikrokomputera klasy PC
arytmetyczno-logicznych Działania Arytmetyczne Działanie mikrokomputera opiera się na wykonywaniu podstawowych działaniach arytmetyczno-logicznych Działania Arytmetyczne (+) (-) (*) ( /) Działania Logiczne AND OR NOT
Działania te wykonywane są na wektorach informacji cyfrowej Działania te wykonywane są na wektorach informacji cyfrowej. Wektorem informacji cyfrowej nazywamy uporządkowany ciąg danych binarnych. Wektory informacji cyfrowej mogą posiadać różną długość w zależności od tego z jakim systemem cyfrowym mamy do czynienia.
WEKTOR INFORMACJI CYFROWEJ PRZYKŁAD NAZWA POLSKA NAZWA ANGIELSKA 1-elementowy bit binary digit bit 4-elementowy 1001 MSB LSB kęs BCD BCD nibble 8-elementowy 011...010 MSB LSB bajt byte 16-elementowy 1101...01 słowo 16-bitowe 16-bit word 32-elementowy 11001...11 MSB LSB słowo 32 bitowe 32-bit word
Powiązane ze sobą wektory informacji cyfrowej tworzą polecenie, a następnie program, który jest realizowany przez komputer.
Przetwarzanie informacji w komputerze Wprowadzenie informacji Przetwarzanie informacji Wyprowadzenie informacji URZĄDZENIA WEJŚCIOWE Klawiatura Mysz Skaner Napędy dyskowe JEDNOSTKA CENTRALNA Mikroprocesor Układy sterujące Pamięć URZĄDZENIA WYJŚCIOWE Monitor Drukarka Ploter Głośnik Napędy dyskowe
Budowa współczesnego mikrokomputera klasy PC
Komputer jest zespołem wielu urządzeń tworzących system Komputer jest zespołem wielu urządzeń tworzących system. Najistotniejsze z nich znajdują swoje miejsce na tzw. płycie głównej (motherboard, mainboard)
Mikroprocesor z systemem chłodzenia Złącze FDD Chipset PCI Złącza IDE AGP Game Port Banki pamięci Złącze zasilania Porty LPT, COM Porty USB Porty PS/2 Mikroprocesor z systemem chłodzenia
Płyta główna (ang. Mainboard lub motherboard), stanowi najważniejszy element całego komputera, jest jego swoistym kręgosłupem stanowiącym bazę do instalowania pozostałych elementów komputera. To za jej pośrednictwem odbywa się wzajemna komunikacja między poszczególnymi, zainstalowanymi w komputerze urządzeniami. Od jej rodzaju zależy jakimi możliwościami rozbudowy będzie dysponował nasz komputer, jakie urządzenia będzie mógł obsługiwać oraz decyduje o wyborze komponentów z jakimi będzie mógł współpracować - rodzaj procesora, pamięci, kart rozszerzeń czy obudowy.
PROCESOR Co to jest procesor? Centralna jednostka przetwarzająca (ang. Central Processing Unit) to główny element każdego komputera osobistego, który przetwarza większość poleceń wydawanych komputerowi. W większości komputerów osobistych, CPU jest pojedynczym mikroprocesorem składającym się z jednostki sterującej, jednostki arytmetyczno-logicznej i pamięci roboczej. Rodzaj procesora stanowi bardzo często podstawowe kryterium podziału komputerów. Amerykańska firma Intel wyposaża większość komputerów PC w procesory Pentium, Pentium MMX, Pentium PRO, Pentium II. Również amerykańska firma Motorola zajmuje się produkcją procesorów - ale dla użytkowników komputerów MacIntosh. Z tej firmy pochodzą procesory 680x0 oraz PowerPC.
Zasada działania procesora Zasada działania procesora. W procesorze układ sterowania działa cyklicznie, wykonując cykl rozkazowy. Cykl rozkazowy składa się z dwóch faz.
W fazie pobrania rozkazu na magistralę adresową wysyłana jest zawartość licznika rozkazów. Licznik rozkazów zawiera adres komórki pamięci, która zawiera rozkaz, który ma być w danej chwili wykonany. Po odczytaniu z pamięci rozkaz wędruje magistralą danych do procesora i wpisuje się do rejestru rozkazów. Na końcu fazy pobrania rozkazów układ sterowania zwiększa zawartość licznika o 1.
W fazie wykonania rozkazów układ sterowania odczytuje z rejestru rozkazów rozkaz, dokonuje jego dekodowania i w zależności od rodzajów rozkazów generuje odpowiednie sygnały sterujące. We współczesnych procesorach oba te cykle wykonywane są jednocześnie. W czasie wykonywania rozkazu pobierany jest już następny. Zbiór wszystkich możliwych do wykonania przez procesor rozkazów nazywamy listą rozkazów.
Rozkazy te podzielone są na cztery grupy: służące do przesyłania informacji arytmetyczne i logiczne sterujące wykonaniem programu (rozkazy skoków) wejścia-wyjścia
Schemat blokowy procesora
PCI (ang. Peripheral Component Interconnect) stanowi standard gniazd rozszerzeń dla kart przystosowanych pod tę architekturę. Wprowadzona w 1993 roku przez firmę Intel specyfikacja szyny PCI spełnia normy standardu Plug & Play, obsługuje 32 jak i 64 bitową magistralę danych a maksymalna przepustowość może wynosić 133 MB/s. PCI posiada tzw. Bus Mastering, dzięki któremu w przypadku rozpoczęcia transmisji danych przez określone urządzenie, przesyłanie informacji odbywa się przy wykorzystaniu całej szerokości magistrali, a inne urządzenia nie mają w tym czasie prawa do przerywania tej operacji. Gniazda PCI są wykorzystywane przede wszystkim do instalacji kart dźwiękowych, sieciowych, modemów wewnętrznych, tunerów TV rzadziej kart graficznych ze względu na złącze AGP.
AGP (ang. Accelerated Graphic Port) jest opracowanym w 1997 roku przez Intela gniazdem przeznaczonym wyłącznie dla kart graficznych. Zapewnia większą przepustowość, niezbędną dla zachowania płynnego i realistycznego wyświetlania skomplikowanych obrazów trójwymiarowych oraz umożliwia wykorzystanie dla własnych celów pamięci RAM komputera. Szyna AGP została stworzona głównie w celu sprostania wymaganiom w zakresie przetwarzania złożonych operacji graficznych 3D. Istnieją cztery rodzaje kart AGP gdzie przepustowość osiąga różne wartości : 1x (66MHz) przepustowość maksymalnie wynosi 266 MB/s, 2x (66 MHz) dane mogą być przesyłane zarówno podczas fazy wschodzącej, jak i opadającej sygnału, przez co praktyczna szerokość pasma wzrosła dwukrotnie do 528 MB/s, 4x (100 MHz) o maksymalnym transferze danych dochodzącym do 800 MB/s, 8x AGP jest standardem nowej generacji, zastosowana magistrala może pracować z częstotliwością dochodzącą nawet do 533 MHz a szybkość transmisji danych wynosić ma 2 GB/s. To który z trybów jest obsługiwany przez kartę graficzną oraz płytę główną zależy od układu graficznego i od chipsetu płyty głównej.
Chipset Chipsety są układami scalonymi stanowiącymi integralną część płyty głównej. Ich liczba może być różna i w zależności od typu waha się od jednego do kilku sztuk ( np.; SIS 5571 - pojedynczy układ, Intel 430 FX Triton - cztery układy scalone). Od strony funkcjonalnej chipset składa się z wielu modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali ISA, PCI, pamięci DRAM, SRAM i innych).
Trzon każdego chipsetu stanowi: kontroler CPU kontroler pamięci operacyjnej RAM kontroler pamięci cache kontroler magistral ISA, PCI i innych
Dodatkowo chipset może integrować następujące elementy: kontroler takich interfejsów jak: AGP, UMA, adapterów graficznych i muzycznych, układy zarządzania energią (power management), kontroler układów wejścia / wyjścia: Centronix, RS232, USB i innych, kontroler IDE, SCSI, FDD i innych, kontroler klawiatury (KBC), przerwań IRQ, kanałów DMA, układ zegara rzeczywistego (RTC),
Pamięć komputera Pamięć operacyjna RAM W komputerze wyróżniamy dwa rodzaje pamięci: Pamięć operacyjna RAM Pamięć masowa (FDD, HDD, CD-ROM)
Pamięć RAM Pamięć operacyjna komputera - zwana - pamięcią RAM (Random Access Memory - pamięć o swobodnym dostępu) służy do przechowywania danych aktualnie przetwarzanych przez program oraz ciągu rozkazów, z których składa się ten program. Pamięć RAM jest pamięcią ulotną, co oznacza, iż po wyłączeniu komputera informacja w niej zawarta jest tracona. Procesor za pomocą swojej 32-bitowej szyny adresowej może obsługiwać pamięć o pojemności 4GB.
Budowa pamięci RAM Układy pamięci RAM zbudowane są z elektronicznych elementów, które mogą zapamiętać swój stan. Dla każdego bitu informacji potrzebny jest jeden taki układ.
W zależności od tego czy pamięć RAM jest tak zwaną statyczną pamięcią (SRAM-Static RAM), czy dynamiczną (DRAM-Dynamic RAM) zbudowana jest z innych komponentów i soje działanie opiera na innych zasadach. Pamięć SRAM jako element pamiętający wykorzystuje przerzutnik, natomiast DRAM bazuje najczęściej na tzw. pojemnościach pasożytniczych (kondensator).
Pamięć masowa Dysk twardy (HDD) Większość dysków twardych składa się następujących komponentów: obudowy, pozycjonera głowicy, ram głowic, głowic zapisu i odczytu, wirujących talerzy, układów sterowania.
Dysk elastyczny (FDD) Budowa dyskietki Osłona ochronna Plastikowe opakowanie to główne zabezpieczenie magnetycznego dysku Otwór odczytu i zapisu Przez ten otwór twój pecet odczytuje informacje zapisane na dyskietce Metalowa przesłona Przesuwa się, kiedy wkładasz dyskietkę do komputera Dysk magnetyczny To tutaj zapisywana jest informacja Wyściółka ze specjalnego tworzywa To dodatkowe zabezpieczenie magnetycznego dysku Ochrona przed zapisem Możesz zabezpieczyć dyskietkę przed zapisem przesuwając ramkę w tym miejscu. To coś jak zamykanie dysku magnetycznego. Jeżeli ramka jest w takim położeniu, że widzisz otwór, dyskietka jest chroniona przed zapisem. Zasłonięcie tego otworu ramką umożliwi zapisywanie plików na dyskietce Otwór dostępu głowicy do dysku Za jego pomocą magnetyczny dysk wewnętrzny jest okręcany wokół swojej osi, dzieki czemu można odczytać zapisane na nim dane
Dysk optyczny (CD-ROM) Podobnie jak dysk kompaktowy , dysk CD-ROM jest odczytywany przez promień lasera biegnący po jego powierzchni, przy czym różne są wartości odbijające dla wgłębień i wypukłości
Dyski twarde oraz stacje CD-ROM łączymy z płytą główną przez złącza IDE.
Porty wejścia/wyjścia, służą przekazywaniu i odbieraniu informacji z urządzeń zewnętrznych. Są trzy zasadnicze rodzaje portów: port szeregowy (RS-232, COM) i port równoległy (Centronics, LPT) oraz szybka magistrala komunikacji szeregowej USB
Port MIDI Gniazdo mikrofonu Gniazdo liniowe Gniazdo do głośników lub wzmacniacza Port równoległy Port szeregowy Gniazdo myszy PS/2 Gniazdo monitora Port USB Gniazdo PS/2 dla klawiatury
Montaz mikrokomputera klasy PC
Po skompletowaniu poszczególnych części, z których będziemy składać komputer, niezbędne jest zaopatrzenie się w odpowiednie narzędzia - do pracy podczas montażu poszczególnych elementów komputera wystarczy zwykły śrubokręt krzyżakowy (najlepiej z namagnesowaną końcówką). Oprócz tego przydatnym dodatkiem może być pinceta, pomocna podczas ewentualnej manipulacji zworkami płyty głównej.
Poszczególne podzespoły montujemy w następujący sposób: Montaż płyty głównej Obudowy są zazwyczaj zaprojektowane tak, aby dało się w nich zainstalować dowolną płytę główną. Można porównać dostępne otwory z płytą główną, aby stwierdzić gdzie umieścić gwintowane kołki.
Procesor montujemy w gnieździe i zakładamy radiator z wentylatorem.
Układy pamięci należy wkładać w gniazdo pod kątem 45 stopni, a następnie przeciągnąć do pozycji pionowej, aż do zamknięcia się zatrzasków na obu końcach.
Montaż karty grafiki i kart PCI w komputerze W wielu obudowach podłużne otwory są zakryte przez przylutowane blaszki. Należy taką blaszkę ostrożnie wyłamać przed instalacją karty. Należy zwrócić uwagę żeby wszystkie styki karty graficznej były równomiernie schowane w slocie, gdyż niedokładne jej zainstalowanie może spowodować nieprawidłowe działanie.
Twardy dysk instalujemy w koszyku obudowy, pod stacją dyskietek, w szynach 3,5 cala. Można go też instalować w powszechnie dostępnych szufladach przenośnych 5,25 cala
Montaż napędu dyskietek Każdy napęd należy przykręcić dwiema śrubkami z każdej strony.
BHP pracy przy komputerze
1. Komputer powinien być umieszczony w miejscu, które zapewni właściwe chłodzenie. Należy więc ustawić sprzęt w ten sposób, żeby zapewnić swobodny dostęp powietrza do wentylatora chłodzącego wnętrze komputera.
2. Należy ustawić komputer na poziomej i stabilnej powierzchni, zabezpieczając go równocześnie przed wibracją, wstrząsami oraz innym działaniem zewnętrznym, mogącym uszkodzić lub zniszczyć sprzęt.
3. Komputer nie może pracować w pomieszczeniach o dużym zapyleniu.
4. Nie powinno się umieszczać sprzętu w miejscu gdzie będzie on narażony na działanie wody oraz urządzeń grzewczych (np. kaloryfery).
5. Wszystkie urządzenia współpracujące zestawu komputerowego muszą być prawidłowo zasilane (tj. z jednej fazy ze wspólnym zerowaniem).
Konfiguracja Sprzętowa
Mikroukład płyty głównej SiS 740 Typ BIOS'u AMI (12/23/02) Procesor Nazwa płyty głównej ECS K7SO+ (3x PCI, 1x ARM, 2x SDRAM + 2xDDR, ATA133) Mikroukład płyty głównej SiS 740 Typ BIOS'u AMI (12/23/02) Procesor AMD Duron 1200MHz 1016 MHz (9.5 x 107) Pamięć fizyczna 224 MB Karta graficzna SiS 315 Compatible VGA 32MB Karta dźwiękowa SiS 7012 Audio Device Karta sieciowa Realtek RTL8029(AS) PCI Ethernet Adapter SiS 900 PCI Fast Ethernet Modem Best Data Data Fax Modem Dysk fizyczny FUJITSU MPC3032AT (3 GB, 5400 RPM, Ultra-ATA/33) Napęd dysków optycznych LG CD-ROM CRD-8522B (52x CD-ROM)
koniec