Думаю многим пользователям РС не будет лишним ознакомиться с "Основами электротехники", чтобы иметь возможность самому ремонтировать своё железо, а не платить бабло за ремонт! Всё написанное здесь НЕ является утверждением! Это лишь попытка автора нарисовать общую картину в своём видении.

Что необходимо иметь юзеру?

1. Непосредственно сам инструмент (беречь, как свои яйца), а это цифровой мультиметр, набор отверток, паяльник и осцилограф. Чел без инструмента не может являться мастером. Настоятельно рекомендуется начать именно с этого пункта!
2. Хоть минимум желания и терпения!
3. Не сдаваться при неудачах, задавать побольше вопросов, использовать Google.
4. Трезвая голова и прямые руки.

Тернистый путь от розетки до монитора.

Представим себе отрезок пути от пункта А до пункта Б, который должен пройти "условный электрический заряд". Предположим, что А - розетка, Б - монитор, на котором мы должны увидеть этот заряд в виде светящегося пиксела или активной ячейки матрицы. Go...

Чтоб понять суть, нужно вернуться на 50лет назад и познакомиться с работой диода и стабилитрона, транзистора и трансформатора, конденсатора и резистора.

Начнём с того, что в природе существуют два вида напряжения, это переменное и постоянное. Для передачи на расстояния применяют переменное, а потребители питаются постоянным. На рис. приведено графическое отображение:

Для понижения и преобразования, применяют трансформаторы (Т1) и полупроводниковые диоды (D1), которые подключают по мостовой или полупериодной схеме. В зависимости от полярности включения диода получаем следующую синусоиду:

Чтоб получить на выходе постоянку (а не пульсирующее напряжение), необходимо установить электролитический конденсатор (С1), который имеет свойства накапливать заряд.

Ещё одним неизменным атрибутом схемы является транзистор (Q1), который имеет три вывода - База, Коллектор и Эмиттер. Вывод Эмиттора на схемах обозначается стрелкой, а вывод Базы - своеобразной площадкой для выводов.

Принцип работы транзистора очень напоминает "водопроводный кран", в котором винтель - играет роль Базы, трубопровод подачи воды - коллектор, а смеситель в душе - эмиттер. Чем больше откроеш базу, тем больше получиш с эмиттера! Транзисторы ещё называют ключами, т.к. они имеют два устойчивых состояния - открыт и закрыт. Замкнул базу с коллектором - транзистор открылся, разомкнул - закрылся.

Нужно добавить, что вышесказанное действительно для биполярных транзисторов с проводимостью n-p-n, т.к. есть ещё и p-n-p, которые отличаются полярностью подключения к источнику питания. У n-p-n (КТ315, КТ815, КТ819), плюс источника всегда подаётся на коллектор, у p-n-p (КТ361, КТ816, Кт818) - на эмиттер. Особым достоинством транзистора является быстродействие, которое достигает сотни миллисекунд!!!

Допустим, что коэфициент передачи транзистора (h21э) составляет 100%, а коллекторное напряжении +10v, тогда при подаче на базу +5v получаем на эмиттере столько-же, если на базе +2, то на эмиттере тоже два. На этой основе собраны почти все параметрические стабилизаторы напряжения.

Вышеприведённая схема выдаст на выходе напряжение в +9v, при токе около 1 Ампера. Сила тока пропорциональна толщине провода обмоток трансформатора и соответственно его габатиту. При трансформаторной передачи, частота первичной обмотки всегда соответствует частоте на вторичной, т.е. в обычной обстановке 50гц.

Если на базу транзистора VT5 (КТ815Б на схеме) подать не +10, а 3 вольта, то осцилограмма будет выглядеть приблизительно следующим образом:

Как видим из рисунка, размах сигнала 3v, на гармонике присутствуют провалы присущие переменке (нет фильтрации), хотя его можно считать постоянным.

Импульсные источники питания (ИИП).

Если на первичную обмотку обычного силового трансформатора подаётся переменное ~220v/50гц с розетки, то в импульсных оно выпрямляется диодным мостом до +280v, и подаётся на выводы коллектор-эмиттер мощного высокочастотного транзистора (например BU508А - N-P-N\ 1500V\ 8A\ 125W\ 0.7мкс).

Транзистор используют в качестве обычного ключа, к коллектору которого (с учётом проводимости N-P-N) соединён положительный источник питания +280v (В+), а к эмиттеру - минус 280v (масса). Т.к. на базе транзистора нет напряжения, то он находится в закрытом состоянии и тока практически нет. Но стоит нам подать на базу положительный потенциал, как транзистор откроется и через переход коллектор-эмитер потечёт ток (до 8А), который моментально спалил-бы транзистор.

...но этого не произойдёт, т.к. в разрыв коллекторной цепи мощного транзистора BU508 подключена первичная обмотка импульсного трансформатора ТПИ, которая при кратковременном импульсе поглотИт этот ток, тем самым возбудив электромагнитные колебания в своём сердечнике.

Эти колебания передаются во вторичную обмотку ТПИ, которая мало чем отличается от II-обмотки обычного трансформатора. Элементы вторичных цепей ИИП так-же состоят из диодных мостов и фильтрующих конденсаторов.

Необходимо помнить, что колебания в любом трансформаторе возникнут лишь в том случае, если на первичной обмотке будет изменятся потенциал. В обычных трансформаторах - это переменная синусоида с положительной и отрицательной полуволной, в импульсных - это импульс прямоугольной формы (или импульс управления транзистором), который подаётся на базу и заставляет открываться ключ с заданной периодичностью (80кГц):

Схема управления ключом обеспечивает задание частоты следования импульсов и их длительности (ШИМ), для регулирования выходных напряжений источника питания и конструктивно выполнена в виде отдельной микросхемы. На рис. показаны цепи первичной обмотки импульсного ИП собранного на ШИМ-микросхеме серии UC3842 с мощным силовым транзистором:

Переменным резистором VR1 регулируется длительность импульса, что соответствует открытому состоянию транзистора. Если частота следования импульсов составляет 80кГц, то это означает, что транзистор откроется и закроется за секунду 80 000 раз!

Схемы усилителей

Немалую роль играют в схемах и всевозможные фильтры частот. Одним из распростронённых способов является применение дифферинциирующих и интегрирующих цепочек, которые состоят из соединения (в определённом порядке) резистора и конденсатора. Эти цепочки широко применяют при конструировании эквалайзеров для аудио-систем.

Как известно, человеческое ухо воспринимает звуковую частоту в диапазоне от 20 до 20000гЦ, поэтому рабочий диапазон усилителей низкой частоты (УНЧ) варьируется в этих пределах. Диапазон звуковых волн превышающий этот предел называется ультразвук и применяется в различных отраслях, например в медицине - УЗИ. Звуковую частоту ниже 20гЦ называют инфразвуком, на ней общаются слоны и др.животные. Звуковые колебания частотой в 6-7гЦ наводят на человека ужас и сводят его с ума!
На рис. показана зависимость длинны волны от частоты звука.

Думаю, нет смысла описывать работу УЧ на транзисторах, т.к. в наше время уже применяют специализированные микросхемы, которые обладают лучшими характеристиками. Нужно лишь добавить, что производители м/с редко совмещают в одном корпусе усилители высокой частоты (УВЧ) с усилителями низкой частоты (УНЧ), а транзисторы добавляют в цепи регулировки громкости, в узлах индикации и т.д., как отдельные компоненты для согласования УВЧ с УНЧ.

На рис.А приведен один каскад транзисторного усилителя. Необходимо помнить, что любой конденсатор пропускает через себя только переменное напряжение, для постоянки - конденсатор "закрыт"!

Кондёр С1 на входе - проходной, который извлекает только сам звуковой сигнал, а постоянное напряжение - блокирует. Резисторы R и R1 открывают транзистор, с резистора R2 снимается усиленный сигнал и подаётся на следующий каскад усилителя, собранный аналогичным образом. Всего таких каскадов может быть от 3 до 10. Конденсатор с базы на массу срезает высокочастотную составляющую, тем самым исключая самовозбуждение.

На рис.Б вариант усилителя на м/с. Как видим, здесь всё тоже-самое. Конденсаторы С4 и С5 - фильтры питания. Конденсатор С3 (большой ёмкости) для выделения звуковой волны и подачи её на динамик.

Ещё одно наглядное представление на следующем рисунке (схема цвето-музыкальной приставки). Роль фильтров выполняют кондёры разной ёмкости: С1 - высокие частоты, С2 - среднии. Переменными резисторами R2,4,6 регулируется напряжение на базах транзисторов, что влияет на яркость свечения ламп накаливания. Элементы T1, VD1, C3 входят в систему питания установки. Транзисторы структуры P-N-P, поэтому плюс источника питания подаётся на эмиттер.

Звуковые волны

Важны в учении о звуке также понятия тона и тембра. Всякий реальный звук - это не простое гармоническое колебание, а своеобразная смесь многих колебаний с определённым набором частот! По этому "набору" мы отличаем одни голоса от других.

В технических устройствах для возбуждения ультрозвуковых волн используют пьезоэлектрический эффект. Кристалл помещают между металическими обкладками, на которое подаётся переменное напряжение.

Генераторы электромагнитных колебаний

Для генерации коротких волн (КВ), вместо мощных ламп-триодов, используют специальные лампы-жёлуди, которые обеспечивают генерацию радиоволн с длинной до 10см.

Далее идут магнетроны, которые способны генерировать радиоволны с длинной не короче 0,5см. Без них не обходится ни один радиолокатор, и микроволновая печь. Принципиально новые типы генераторов электромагнитных волн - мазеры (квантовые) и лазеры (оптические) - перекрывают диапазон от 1см до долей микрометра.

Радиоволны

Радиоволны распространяются не только в воздухе, но и в космическом пространстве. Этим они коренным образом отличаются от звуковых волн, для которых необходим воздух (или вода).

За время одного периода тока в антенне, в эфир излучается одна радиоволна. Чем выше частота тока, тем больше следующих друг за другом радиоволн. Длина волны радиостанции, также зависит от частоты тока в антенне: чем больше частота тока, тем короче волна и, наоборот. Чтобы узнать длину волны радиостанции, надо скорость распространения радиоволн (в метрах), разделить на частоту тока в ее антенне:

L = V/F

Диапазоны радиоволн

Весьма широкий участок радиоволн, отведенный для радиовещательных станций, условно подразделен на несколько диапазонов:

длинноволновый (ДВ) - от 735,3 до 2000м (частоты 408-150 кГц);
средневолновый (СВ) - от 186,9 до 571,4м (частоты 1605-525 кГц);
коротковолновый (КВ) - от 24,8 до 75,5м (частоты 12,1-3,95 МГц);
ультракоротковолновый (УКВ) - от 4,11 до 4,56м (частоты 73-65,8 МГц).

Радиоволнами УКВ диапазона называют все волны короче 10 метров. В этом диапазоне ведутся телевизионные передачи, сотовая и спутниковая связь. Волна, длинной 600м (500 кГц), отведена для передачи сигналов бедствия кораблями в море - SOS!!!

Компьютерный век

Не удивительно, что колосальное количество земных процессов основывается на проявлении очень ограниченного числа сил - Гравитационных, Электрических, Магнитных и Ядерных.

Гравитационные силы - самые загадочные! Именно они управляют движением галактик и вызывают притяжение всех тел на Земле к её центру. Но при воздействии элементарных частиц (атомов, молекул) гравитационные силы играют настолько малую роль, что ими можно пренебречь!

Ядерные силы очень быстро убывают с расстоянием и вне атомного ядра практически не проявляются. А вот Электромагнитные силы в природе имеют удивительно широкое "поле деятельности". Изучение и использование Эл.магн.сил лежит в основе всех известных электротехнических явлений, что и породило Электротехнику! Развитие электротехники дало толчок к возникновению Электроники.

Можно утверждать, что возраст Радиоэлектроники лишь немногим превышает 100 лет. Все удивительные чудеса электроники (компьютеры, AV-аппаратура, камеры и мобилы) это, в сущности, только начало "электронных чудес"! Радиоэлектроника (будущее это подтвердит) может неизмеримо больше!

Радиоэлектронику можно сравнить со сказочной страной, бесконечно богатой чудесами и тайнами! Тот, кто однажды попал в эту страну, ни за что не захочет её покинуть. Но как и полагается во всех сказках, чтобы туда попасть - необходим "Волшебный ключик"! Что же он из себя представляет? Прежде всего - это знание основных законов электротехники и электроники, понимание сущности физических процессов, лежащих в основе этих законов.

Согласно современным знаниям, все вещества состоят из атомов, которые имеют сложное устройство. В середине атома расположено ядро, вокруг которого вращаются электроны. Каждый из электронов несёт отрицательный заряд, который ни при каких условиях нельзя изменить в ту или иную сторону. Другое дело скорость и энергия электрона. Вот они-то великолепно поддаются регулированию! Этими свойствами электрона мы и поспешим воспользоваться в дальнейшем!

Представление электрических сигналов в цифровой форме

При аналоговой обработке данных, потоку информации соответствовали импульсы с разной частотой и амплитудой (синусоиды). В цифровой - перепад синусоиды регистрируется последовательностью нулей и единиц.

На рис. показан процесс преобразования голоса "гомосапиенса" в цифровой сигнал микросхемой АЦП. На первом этапе применяют фильтры частот, для разделения составляющей сигнал/шум. Далее сигнал подвергается выпрямлению и кодированию АЦП.

На выходе мы видим не последовательность импульсов, а последовательность переходов из одного состояния в другое, при этом уровень соответствует логической 1, а его отсутствие логическому 0. Переключение из состояния 0 в состояние 1 - уже не соответствует передаче одного бита информации.

На практике число нулей или единиц следующих подряд - не лимитировано, поэтому на принимающей стороне возникает проблема синхронизации временных шкал передатчика и приемника, для различения начала и конца информационного байта.

Для решения этой проблемы существует два метода передачи данных: синхронный и асинхронный. Асинхронный метод используется для относительно низкоскоростных каналов или для связи автономного оборудования.

Синхронный метод применяется в скоростных каналах и базируется на пересылке синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными. На рис. видим внешний вид одного "кадра" передачи цифровой информации.

Необходимо отметить, что полный цифровой сигнал (ПЦС) может содержать до 16-ти независимых составляющих, таких как тактовый импульс, стробирующий импульс и т.п.

При наличии синхронизации приемника и передатчика можно допустить более длинные последовательности нулей или единиц, что способствует повышению пропускной способности.

Коммутация сигналов

На практике, поток информации может иметь несколько адресатов. Для адресации сигнала применяют коммутаторы.

В обычной телефонной сети для соединения с требуемым клиентом используются аппаратные коммутаторы. Если коммутатор имеет n входов и n выходов, то одновременно можно реализовать не более n связей.

Совершенно другим типом коммутатора является "переключатель с разделением по времени". Будем считать, что такой коммутатор имеет n входных и столько же выходных каналов. Входные каналы последовательно сканируются и формируется "входной кадр" из n адресатов. Каждому адресату соответствует k бит.

Этот коммутатор имеет встроенную память (буфер) для k-битных слов. Входной кадр заносится в буфер, а в коммутаторе формируется таблица, которая определяет какому адресату будет соответствовать тот или иной код во входном кадре.

Если имеется N субъектов, которые хотят осуществлять обмен информацией, они должны осуществлять обмен по очереди (метод мультиплексирования по времени - TDM) или передаваемые ими сигналы должны отличаться каким-то параметром. Если это условие не выполнено, весьма вероятно искажение данных при доставке.

Обработка цифровых данных

Микроконтроллёры содержат встроенные дополнительные устройства, которые выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра. К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры. Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей.

Классификационным признаком контроллеров является разрядность данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ). По этому признаку они делятся на 4, 8, 16, 32 и 64-разрядные.

Тактовая частота (или скорость шины) определяет, сколько операций может быть выполнено за единицу времени. Производительность микроконтроллера и потребляемая им мощность увеличиваются с повышением тактовой частоты.

Дабы не получилось путаницы, разным цифровым сигналам задают разную тактовую частоту, что позволяет адресату получить именно свой сигнал, а не с другого устройства. Это как станции в радиоприёмнике, каждый настроен на свою волну!

К примеру, контроллёр на жёстком диске и контроллёр IDE на материнке работают на одинаковой тактовой частоте, контроллёр на видеокарте (DVI) имеет туже тактовую частоту, что и контроллёр ЖК-панели и т.д.

На практике, генераторы тактовых импульсов собирают по схемам с времязадающими цепочками на конденсаторах (рис.Б) или с применением кварцов (рис.А)...

После всех "телодвижений" тактовые импульсы включают в состав сигнала при помощи смесителей, и передают адресату. Одним из способов обеспечения надежной синхронизации является применение тактовой частоты, примерно в 8 раз больше частоты следования данных.

Двоичная информация передается блоками, обычно называемыми кадрами (или пакетами). В итоге наша осцилограмма принимает следующий вид:

Принципы построения цифровых систем

Имеется три способа управления центральным процессором "подчинёнными" контроллёрами : радиальный, магистральный и радиально-магистральный. На практике широкое распространение получил магистральный метод, поэтому рассмотрим его по-подробней.

В этой структуре контроллёр подключён к магистрали (шине), которая представляет собой многопроводную линию передачи. К этой же магистрали подключены и остальные контроллёры, которые по отношению к магистрали полностью равноправны.

Каждый контроллёр в системе имеет свой уникальный номер (указан в даташите контроллёра), по которому его узнаёт CPU. На все контроллёры из CPU поступает одна и та же команда, однако выполняет эту команду только тот контроллёр, чей адрес совпадает с адресом который указан в посылке.

Особенности систем управления

Первые магистральные шины отличались сложной системой синхронизации передаваемых сообщений и большим числом линий в шине (до восьми). Позднее появились специальные разработки шин с малым числом линий и были разработаны коды для передачи сигналов по этим шинам. Наиболее распрастронёнными являются трёх- и двухпроводные шины, разработанные фирмами ITT и PHILIPS (соответственно).

Двухпроводная шина (I2C-bus)

Данные по протоколу I2C передаются по двум проводам. Линия SDA (Serial-Data) используется для передачи адресных и командных сигналов, линия SCL (Serial-Clock) обеспечивает синхронизацию при передачи сообщения. Всего на шину I2C можно повесить до 127 устройств. На рис. показан способ организации обмена данными.

Есть ведущий (master) и ведомый (slave). В процессе работы такты генерирует master (CPU), ведомый лишь "поддакивает" при приеме каждого байта (8бит).

Как видим из рисунка, обе линии шины I2C подтянуты к источнику +5v через резисторы 10К, поэтому в момент включения на обоих линиях будет присутствовать логическая единица (1). Приём/передача сигналов осуществляется "прижатием" линии в логический ноль (0) центральным процессором, т.е. мы будем не подавать положительный потенциал, а отключать его!

Резисторы на 10К - оптимальны! Чем больше резистор, тем дольше линия восстанавливается в логическую единицу, а значит скорость передачи падает! Вся передача данных состоит из Стартовой посылки, Информационных битов и Стоповой посылки.

Передача данных (адреса или информации) сопровождается "подтверждением". На время подтверждения, CPU устанавливает на линии SDA высокий уровень, который приёмник должен на время понизить (мигнуть). Эта операция выполняется после передачи адреса и приёмник таким образом сигнализирует, что он готов к приёму команды!

Если приёмник не подтвердил приём на свой адрес, то CPU переводит линию данных в состояние высокого уровня, после чего следует прекращение передачи данных.

Окончание передачи определяется условием STOP, которое устанавливает CPU. Для этого, при высоком уровне на линии SCL микропроцессор переводит линию SDA из низкого уровня в высокий (0-1) и таким образом устанавливает исходное состояние. Условия START и STOP всегда генерируются в CPU.

Выводы

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод, что данные по шине I2C пересылаются пакетами, которые состоят из девяти бит (8 данных и 1 бит подтверждения/не подтверждения приема). Первый пакет шлется от ведущего к ведомому (это физический адрес устройства и бит направления).

Сам адрес состоит из семи бит (вот почему до 127 устройств на шине), а восьмой бит означает что будет делать Slave на следующем байте — принимать(1) или передавать(0) данные. Девятым битом идет бит подтверждения ACK.

Если Slave "услышал" свой адрес и считал его полностью, то на девятом такте он подтвердит своё присутствие и придавит линию SDA в логический 0, то есть Понял! Мастер, заметя это, понимает, что "все идет по плану" и можно продолжать.

Если Slave не обнаружился (прозевал адрес, сгорел или еще чё с ним случилось), то SDA на девятом такте будет прижать некому и ACK не получится, а будет NACK (нет подтверждения). Мастер с горя хлопнет водки и прекратит свои попытки до лучших времен.

Изложенное соответствует ситуации, когда на линии передачи встречаются двое - Master и Slave. А если у нас демократия? И каждый сам себе Master и сам себе Slave? Короче, в случае подобного садо-мазо варианта действует железное правило - "Кто раньше встал того и тапки!" ..в смысле кто первый начал вещать тот и текущий Master.

Назначение устройств памяти.

Все виды памяти можно разделить на три группы:

1) ROM - постоянную, т.е. только для чтения
2) RAM - оперативную, предназначенную для чтения и записи
3) EPROM- постоянная перепрограммируемая

Если перепрограммирование (т.е. стирание предыдущей записи) производится электрическим способом, то память называется EEPROM.

Постоянная память (ROM) применяется для энергоНЕзависимого хранения данных. Она однократно программируется на специальном программаторе с внешним тактовым генератором и в процессе работы устройства не изменяется.

Оперативная память (RAM) бывает двух типов - статическая и динамическая. Статическая память (SRAM) хранит инфу неограниченно долго, но при наличии питания. Динамическая память (DRAM) работает только в режиме периодического восстановления информации.

Статическая ОЗУ (SRAM) входит в состав микроконтроллёров в качестве их рабочей памяти (кэш).

Микросхемы EEPROM упакованы в корпуса DIP или SOIC, имеющие всего 8 выводов. Корпус SOIC имеет планарные выводы и применяется для поверхностного монтажа. Микросхема 24С01А организована как матрица 128х8 (ячейки в 8 столбцов и 128 строк) и имеет три адресных входа A0, A1, A2, которые используются для задания одного из восьми возможных адресов. Для защиты информации микросхема имеет специальный вход (7), позволяющий блокировать запись данных в память, что превращает её в частичное или полное ПЗУ.

Микросхема памяти EPROM типа 27С010 имеет ёмкость 128 килобайт и обеспечивает передачу данных микропроцессору по линиям DA0...DA7 (см. даташит). Адреса ячеек, из которых надо считать данные, поступают от микропроцессора на адресные входы А0...А16 микросхемы памяти. На рис. показана структура организации с применением всех видов памяти.

Как работает память?

Когда эти элементы связаны в памяти микросхемы, конденсатор способен принимать и хранить данные, передаваемые процессором. Адрес каждой ячейки памяти представлен в шестнадцатеричной системе счисления. Процессор отслеживает эти адреса и выполняет чтения и запись данных из них.

Быстродействие памяти определяется разрядностью шины и ее быстродействием. Разрядность – количество бит, которые могут отправляться на центральный процессор одновременно, а быстродействие – количество групп битов, которые можно отправлять каждую секунду. Например, 100 МГц 32-битная шина способна пропускать к процессору по 4 байта - 100 миллионов раз в секунду (32 бита разделить на 8 = 4 байта).

Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти. Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последнее, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных.

Центральный процессор - CPU

Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Чем выше скорость работы процессора, тем выше быстродействие компьютера.

Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором. Работа CPU состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных, и их выполнении.

В новейших процессорах компании Intel штырьковые выводы не предусмотрены. Вместо них имеется матрица контактных площадок. Она отличается от матрицы штырьковых выводов тем, что в этом случае штырьки фактически являются частью сокета, а не процессора.

Чипсет – это набор микросхем материнской платы. В компьютере он состоит из двух основных частей – северного и южного мостов. Все различные компоненты компьютера обмениваются информацией с центральным процессором через чипсет.

Северный мост подключается непосредственно к процессору посредством шины FSB. На северном мосту установлен контроллер оперативной памяти, что обеспечивает быстрый доступ к ней со стороны компьютера.

Южный мост работает медленнее, чем северный, а информация, прежде чем достичь процессора, должна пройти через северный мост. Южный мост с помощью других шин подключается к шине PCI, портам USB и интерфейсу IDE или SATA.

Кэш процессора

Кэш-память хранит элементы данных, к которым часто обращается процессор. Кэш – умная часть памяти, осуществляющая поиск данных, которые могут понадобиться в ближайшем будущем.

Когда кэш-память извлекает данные из памяти, она также извлекает данные, которые находятся по адресам, близким к запрошенным. Эти смежные блоки данных, которые передаются в кэш, называются кэш-линиями.

Двух-уровневый кэш процессора

Когда L1 заполнен, данные сохраняются в L2. Процессор в первую очередь ищет данные в L1, и если они не будут найдены, обратится к L2. Если же данные не найдены в L2, то обращение к основной памяти неизбежно.

Напряжение питания процессоров

Вначале большинство процессоров, а также схемы ввода-вывода работали при напряжении +5В, которое позже было снижено до 3,3В (с целью снижения потребляемой мощности). Теперь в большинстве современных процессоров используется напряжение 1,6В, хотя компоненты ввода-вывода, работают при напряжении 3,3В.

Сокеты процессоров имеют специальные контакты – Viltage ID (VID), которые используются процессором для указания системной плате точных значений требуемого напряжения. Это дает возможность преобразователям напряжения на материнской плате, автоматически устанавливать требуемое напряжение процессора. Измерять питание процессора (Vcore) удобно на дросселях-катушках, которые установлены возле радиатора (1,4 - 1,8v).

Системы счисления глазами компьютера

Переведите число A23F из шестнадцатеричной "нотации" в двоичную.
В результате у вас должно получиться 1010 0010 0011 1111. А теперь еще раз посмотрите на таблицу и попробуйте то же самое сделать в уме :

Ah=1010b
2h=0010b
3h=0011b
Fh=1111b
A23Fh = 1010 0010 0011 1111b

Регистры процессора

Процессор содержит 12 адресуемых регистров, которые принято объединять в 3 группы:
1) регистры данных,
2) регистры-указатели
3) сегментные регистры.

Кроме того, в состав процессора входят счетчик команд и регистр флагов. Для начала познакомимся с регистрами общего назначения (РОН), и то не со всеми, а только с четырьмя основными, которые являются своего рода "рабочими лошадками" микропроцессора. Вот их имена - AX, BX, CX, DX. (см. рис.)

Физически существует один регистр - AX, а вот логически он делится на два - на старшую (AH) и младшую (AL) части (high и low). Присвоить AX значение, например, A23Fh, мы можем следующими способами:

AX = A23Fh (одной командой); 
AH = A2h; AL = 3Fh (двумя командами). 

AX=0000 BX=0000 CX=0000 DX=0000 SP=FFEE BP=0000 SI=0000 DI=0000
DS=1392 ES=1392 SS=1392 CS=1392 IP=0100 NV UP EI PL NZ NA PO NC
1392:0100 6A DB 6A 

Прежде чем мы сделаем это, давайте уточним тип этих "переменных". Это - 16-ричное HEX-число в диапазоне 0000...FFFF (если в BIN, то - от 0 до 1111 1111 1111 1111).

Если рассматривать регистр "целиком", то каждый из них имеет "длину" 16 бит, которые принято нумеровать справа налево. Емкость AX (состоящего из АН и AL) составляет 4 тетрады, т. е. 16 бит.

DEBUG. Работа с памятью

 Offset      0  1  2  3  4  5  6  7    8  9  A  B  C  D  E  F

1392:0100   6A 00 68 4B 01 66 83 7E - E0 00 74 05 B8 4C 01 EB    j.hK.f.~..t..L..
1392:0110   03 B8 4A 01 2B D2 52 50 - 57 FF 36 C4 34 00 A1 18    ..J.+.RPW.6.4...
1392:0120   F7 7F 83 C4 12 56 9A 16 - 44 F7 7F FF 76 FE 9A 59    .....V..D...v..Y
1392:0130   04 8F 17 B8 FE FF 1F 5E - 5F C9 CA 06 00 90 C8 54    .......^_......T
1392:0140   04 00 57 56 8B 76 04 33 - C0 89 46 D6 B9 0B 00 8D    ..WV.v.3..F.....
1392:0150   7E D8 16 07 F3 AB 89 46 - BC B9 0C 00 8D 7E BE F3    ~......F.....~..
1392:0160   AB 9A 21 9C 8F 17 89 46 - FA A1 08 01 8E 46 06 26    ..!....F.....F.&
1392:0170   39 44 02 0F 84 55 01 C7 - 46 BC 1A 00 C4 5E 0C 26    9D...U..F....^.&

Каждая пара шестнадцатеричных цифр - это байт. Байт по адресу 100 имеет значение 6A, байт по адресу 101 - 00, байт по адресу 102 - 68, байт по адресу 010F - EB. Все числа, отображаемые программой "debug" - шестнадцатеричные.

Введём команду D FFFF:5 L8 (L8 означает "вывести 8 байтов") и увидем системную дату в правом столбце:

-d ffff:5 l8
FFFF:0000                 30 39 2F-32 37 2F 30 35                 09/27/05
-

Распределение адресного пространства

Первые 640 Кбайт адресного пространства с адресами от 0000h до 9FFFh отводятся под основную оперативную память. Начальный килобайт оперативной памяти занят векторами прерываний, которые обеспечивают работу системы прерываний компьютера, и включает 256 векторов по 4 байта каждый.

Вслед за векторами прерываний, начиная с адреса 0040h, располагается область данных BIOS, которая занимает всего 256 байт. Эта область заполняется информацией в процессе начальной загрузки компьютера. Так, здесь размещаются:

1) входной буфер клавиатуры, куда поступают коды нажимаемых пользователем клавиш;
2) адреса видеоадаптера, а также последовательных и параллельных портов;
3) данные состояния видеосистемы (видеорежим, форма курсора и т.п.);
4) ячейки для отсчета текущего времени.

В области памяти, начиная с адреса 0500h, располагается собственно операционная система MS-DOS, которая обычно занимает несколько десятков Кбайт. Программы MS-DOS, как и другие системные составляющие (векторы прерываний, область данных BIOS) записываются в память автоматически в процессе начальной загрузки компьютера. Вся оставшаяся память до границы 640 Кбайт свободна для загрузки любых системных или прикладных программ.

384 Кбайт адресного пространства между границами 640 Кбайт и 1 Мбайт, называемые старшей памятью, предназначены для размещения постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Часть адресного пространства старшей памяти отводится для адресации к буферам видеокарты.

Графический адаптер представляет собой отдельную микросхему, в состав которой входит собственное запоминающее устройство (видеопамять). Эта память имеет диапазоны адресов A000h...AFFFh и B800h...BFFFh. Любая программа может обратиться по этим адресам и записать данные в видеобуфер, что приведет к появлению на экране некоторого изображения. Можно также прочитать текущее содержимое ячеек видеобуфера.

В самом конце адресного пространства, в области адресов F000h...FFFFh, располагается ПЗУ BIOS - постоянное запоминающее устройство, о котором уже говорилось выше.

Часть адресного пространства, начиная с адреса C000h, отводится еще под одно ПЗУ - так называемое ПЗУ расширений BIOS для обслуживания графических адаптеров и дисков.

В состав компьютера, наряду со стандартной памятью (640 Кбайт), входит еще расширенная (extended) память, максимальный объем которой может доходить до 4 Гбайт. Эта память располагается за пределами первого мегабайта адресного пространства и начинается с адреса 100000h. Доступ к расширенной памяти осуществляется в защищенном режиме, поэтому для MS-DOS (работающей только в реальном режиме) расширенная память недоступна.