Лабораторна робота № 1
Тема: ПІДКЛЮЧЕННЯ ПРИСТРОЇВ ПК
Мета роботи: вивчити основні блоки і периферійні пристрої персонального комп'ютера, способи їх з'єднання, конструктиви (роз'єми), основні характеристики (назва, тип роз'єму, кількість контактів, швидкість передачі даних, додаткові властивості); навчитися визначати за зовнішнім виглядом типи роз'ємів, що підключається до них обладнання, знати основні пристрої персонального комп'ютера, їх призначення та основні характеристики; навчитися визначати компоненти системного блоку за зовнішнім виглядом, усвідомити порядок і способи їх з'єднання.
Бюджет часу: 4 години.
Короткі теоретичні відомості
В основу пристрою комп'ютера покладений принцип відкритої архітектури. тобто можливість підключення до системи додаткових незалежно розроблених пристроїв для різних прикладних застосувань. Всі пристрої підключаються до системи і взаємодіють один з одним через загальну шину.
Мінімальний набір апаратних засобів, без яких неможливий запуск, і робота ПК визначає його базову конфігурацію. У базову конфігурацію ПК входять: системний блок, монітор, клавіатура і ручної маніпулятор - миша. Включення ручного маніпулятора в базову конфігурацію обумовлено тим, що робота в сучасних графічних операційних системах без цього пристрою можлива, але вкрай важким.
Системний блок. Системний блок є центральною частиною ПК. У корпусі системного блоку розміщені внутрішні пристрої ПК.
Системні блоки ПК мають різні додаткові елементи (вентилятор, динамік) і конструктивні особливості, обумовлені призначенням і умовами експлуатації ПК. Обов'язковою вузлом системного блоку є блок живлення, який перетворює надходить з мережі змінний струм напругою 220В в постійний -3.3В, 5В і 12В для електроживлення всіх внутрішніх пристроїв комп'ютера. Основним параметром блоку живлення, що враховуються при складанні необхідної конфігурації ПК, є його потужність. Харчування монітора також можливо через блок живлення системного блоку.
За зовнішнім виглядом системні блоки відрізняються формою корпусу (рис. 1.3). Найбільш поширеними на сьогоднішній день є системні блоки форм-фактора АТХ (на наступному практичному занятті розглянемо особливості конструкції системних блоків нового перспективного форм-фактора - ВТХ).
Основою корпусу (рис. 1.4) системного блоку є каркас (1), до якого кріпляться: блок живлення (2), панель кріплення материнської плати (3), передня панель (4), а також секції для дисководів розміром 5,25 ( 5) і 3,5 (6). Обидва типи секцій можна використовувати для накопичувачів на жорстких магнітних дисках.
До складу системного блоку входять такі апаратні засоби ПК:
Системна (материнська) плата з мікропроцесором.
Накопичувач на жорсткому магнітному диску.
Контролери, адаптери для підключення і управління зовнішніми пристроями ПК (монітор, звукові колонки та ін.).
Порти для підключення зовнішніх пристроїв (принтер, миша та ін.).
Зовнішні запам'ятовуючі пристрої для гнучких магнітних дисків і лазерних дисків CD і DVD.
Якщо відкрити корпус системного блоку, то можна побачити велику плату, на якій розміщуються мікросхеми, електронні пристрої та роз'єми (слоти). В роз'єми материнської плати вставлені плати меншого розміру, до яких, за допомогою кабелів, підключені периферійні пристрої. Це і є системна плата (рис. 1.5).
На системній платі крім процесора розташовані (рис. 1.6):
Чіпсет (мікропроцесорний комплект) - набір мікросхем, що керують роботою внутрішніх пристроїв ПК і визначають основні функціональні можливості материнської плати.
Шини - набір провідників, по яких відбувається обмін сигналами між внутрішніми пристроями комп'ютера.
Оперативна пам'ять - набір мікросхем, призначених для тимчасового зберігання даних, поки включений комп'ютер.
Постійний запам'ятовуючий пристрій - мікросхема, призначена для довготривалого зберігання даних, навіть при вимкненому комп'ютері.
Роз'єми (слоти) для підключення додаткових пристроїв.
Основні елементи системної плати показані на рис. 1.6, де цифрами позначені:
1. Роз'єм для мікропроцесора.
2. Слоти для модулів оперативної пам'яті.
3. Інтерфейси шини PCI.
4. Мікросхема системної логіки (чипсет, 4.1 - північний міст, а 4.2 - південний міст).
5. Інтерфейси для підключення жорстких дисків.
6. Блок портів введення / виводу.
Інтерфейси ПК. У загальному випадку під стандартним інтерфейсом розуміється сукупність уніфікованих апаратних, програмних і конструктивних засобів, необхідних для реалізації взаємодії різних функціональних компонентів в системах. Стосовно до персональних комп'ютерів до стандартних інтерфейсів відносяться всі порти введення / виводу, різні слоти розширення системної плати (PCI, AGP) і інші роз'єми, використовувані для підключення різних пристроїв в єдине ціле.
Розглянемо набір і зовнішній вигляд інтерфейсів, розміщених на задній стінці системного блоку (рис. 1.7). Всі ці інтерфейси призначені для підключення периферійних пристроїв до персонального комп'ютера.
Порт PS / 2 - шестиконтактний роз'єм, який використовується для підключення клавіатури і ручного маніпулятора. Ці роз'єми підключені до єдиного контролера.
Вилка (встановлюється на кабелі)
Роз'єм для підключення до локальної мережі (RJ-45) - восьмиконтактний інтерфейс для підключення комп'ютера до локальної мережі. У разі інтегрованого в системну плату мережевого адаптера інтерфейс RJ-45 розміщується на стандартній панелі інтерфейсів (як на рис. 1.7). Інший варіант -размещается на встановленому мережевому адаптері.
MIDI / GAME порт - використовується для підключення мультимедійних ігрових пристроїв, наприклад, синтезатора і ігрового маніпулятора "джойстика".
В архітектурі сучасних персональних комп'ютерів все більшого значення набувають зовнішні шини, службовці для підключення різних пристроїв, таких як зовнішні накопичувачі flash-пам'яті і накопичувачі на жорстких магнітних дисках, CD / DVD-пристрої, сканери, принтери, цифрові камери та ін. Основними вимогами до таким шинам і їх інтерфейсів полягають в високій швидкодії, компактності інтерфейсу і зручності комутації пристроїв користувачем.
У сучасних ПК до таких зовнішніх шин і інтерфейсів відносяться: USB, FireWire, IrDA, Bluetooth. Останні два інтерфейсу відносяться до класу бездротових інтерфейсів.
Шина і інтерфейс USB. Архітектура шини USB являє собою класичну топологію "зірка" з послідовною передачею даних, відповідно до якої в системі повинен бути кореневої (ведучий) концентратор USB, до якого підключаються периферійні концентратори USB (рис. 1.8, зовнішній концентратор на 4 порти USB), а безпосередньо до них підключаються периферійні пристрої з інтерфейсом USB. Периферійні концентратори можуть підключатися один до одного, утворюючи каскади.
Кореневої концентратор розташований в одній з мікросхем системної логіки (як правило, це південний міст чіпсета). Всього через один кореневий концентратор USB може бути підключено до 127 пристроїв (концентраторів і пристроїв USВ). Однак, з огляду на відносно невисоку пропускну здатність шини USВ версії 1.1 (до 12 Мбіт / c), що з урахуванням службових витрат становить 1 Мбайт / c, оптимальним є підключення 4-5 низькошвидкісних пристроїв (клавіатура, маніпулятор, сканер).
Проблема низької пропускної здатності частково вирішена версією інтерфейсу USB 2.0, відповідно до якої пікова пропускна здатність збільшена до 480 Мбіт / с (60 Мбайт / c). Цього цілком достатньо для роботи типових сучасних USB-пристроїв: принтерів, офісних сканерів, цифрових фотокамер, джойстиків і ін. (Більш швидкісні пристрої повинні підключатися ближче до кореневого концентратора).
Всі пристрої USB з'єднуються між собою чотирижильним кабелем (рис. 1.9).
По одній парі передаються дані, за іншою - електроживлення, яке автоматично підключається пристроєм при необхідності. На кінцях кабелю монтуються роз'єми типів "А" і "В". За допомогою роз'єму "А" пристрій підключають до концентратора. Роз'єм типу "В" встановлюють на концентратори для зв'язку з іншим концентратором і на пристрої, від яких кабель повинен відключатися (наприклад, сканери).
Вилка типу "А" (встановлюється на кабелі)
Специфікація USВ визначає дві частини інтерфейсу: внутрішню і зовнішню. Внутрішня частина ділиться на апаратну (власне кореневої концентратор і контролер USB) і програмну (драйвери контролера, шини, концентратора, клієнтів). Зовнішню частину представляють пристрої (концентратори і компоненти) USB. Для забезпечення коректної роботи всі пристрої діляться на класи: принтери, сканери, накопичувачі і т. Д. Поділ пристроїв на класи відбувається не за їх цільовим призначенням, а за єдиним способом взаємодії з шиною USВ. Тому драйвер класу принтерів визначає не його дозвіл або кольоровість, а спосіб передачі (односторонній або двонаправлений) даних, порядок ініціалізації при підключенні. Також специфікація USВ передбачає інтерфейс mini-USB.
В інтерфейсі USB реалізована процедура підключення периферії до шини "в гарячому режимі", тобто без відключення живлення системного блоку. Підключений у вільний порт пристрій викликає перепад напруги в ланцюзі. Контролер негайно направляє запит на цей порт. Приєднане пристрій приймає запит і посилає пакет з даними про клас пристрою, після чого пристрою присвоюється унікальний ідентифікаційний номер. Далі відбувається автоматичне завантаження і активація драйвера пристрою, його конфігурація і, тим самим, остаточне підключення пристрою. Точно так само відбувається ініціалізація вже приєднаного і включається в мережу пристрою (наприклад, модему).
Інтерфейс IEEE1394 (FireWire). Конкурентом інтерфейсу USB 2.0 на сьогоднішній день є послідовний цифровий інтерфейс FireWire, званий також IEEE1394 (iLink - торгова марка Sony). Цей інтерфейс, який розглядається по початку як швидкісний варіант інтерфейсу SCSI, був запропонований компанією Apple. На початку 90-х років вийшло технічний опис цього інтерфейсу у вигляді стандарту IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers - інституту інженерів з електротехніки та електроніки).
Специфікація інтерфейсу IEEE1394 передбачає послідовну передачу даних зі швидкостями 100, 200, 400, 800 Мбіт / с (останнє значення не стандартизовані). Вибір послідовного інтерфейсу обумовлений необхідністю зв'язати віддалені зовнішні пристрої, що працюють з різними швидкостями. У цьому випадку забезпечується їх робота по одній лінії, відсутність громіздких кабелів і шлейфів, габаритних роз'ємів. Поява послідовних інтерфейсів IEEE1394 і USB призвело до витіснення паралельних інтерфейсів для підключення зовнішніх пристроїв.
Автоматична конфігурація інтерфейсу IEEE1394 відбувається після включення живлення, від'єднання або підключення пристрою. При зміні конфігурації подається сигнал скидання і проводиться нова ідентифікація дерева.
Як і USB, шина IEEE 1394 забезпечує можливість переконфігурації апаратних засобів комп'ютера без його виключення. Відповідно до прийнятого стандартом IEEE1394 існує два варіанти роз'ємів і кабелів (рис. 1.12).
Перший варіант з 6-контактним роз'ємом IEEE1394 передбачає не тільки передачу даних, але і подачу електроживлення на підключення до відповідного контролера ПК пристрої IEEE1394. При цьому загальний струм обмежений величиною 1.5 А.
Технічно інтерфейс IrDA заснований на архітектурі комунікаційного СОМ-порту ПК, який використовує універсальний асинхронний приймач і працює зі швидкістю передачі даних 2400-115200 біт / с. У IrDA реалізований напівдуплексний режим передачі даних, тобто прийом і передача даних відбувається по черзі.
На рис. 1.13показан інтерфейс IrDA, що підключається до системного блоку через USB порт. У мобільних пристроях такий інтерфейс вбудовується, як правило, на лицьовій стороні корпусу.
Інтерфейс Bluetooth відноситься до перспективних бездротових інтерфейсів передачі даних. Цей інтерфейс активно розробляється і просувається консорціумом Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG).
Оптимальний радіус дії модуля - до 10 м (в даний час вдалося збільшити дальність зв'язку до 100 метрів при роботі поза приміщеннями). Діапазон робочих частот 2.402-2.483 ГГц. Комунікаційний канал Bluetooth має пікову пропускну здатність 721 Кбіт / с. Для зменшення втрат і забезпечення сумісності піконетов частота в Bluetooth перебудовується стрибкоподібно (1600 стрибків / с). Канал розділений на тимчасові слоти (інтервали) довжиною 625 мс (час між стрибками), в кожен з них пристрій може передавати інформаційний пакет. Для полнодуплексной передачі використовується схема TDD (Time-Division Duplex, двобічний режим з поділом часу). По парних значень таймер передає ведучий пристрій даних, а по непарних - ведене пристрій.
Переконайтеся в тому, що комп'ютерна система знеструмлена (при необхідності, відключіть систему від мережі).
Розгорніть системний блок задньою стінкою до себе.
За наявністю або відсутністю роз'ємів USB встановіть форм-фактор материнської плати (при наявності роз'ємів USB - форм-фактор АТХ, при їх відсутності -AT).
Для розташування і зніміть характеристики наступних роз'ємів:
харчування системного блоку;
Визначити наявність основних пристроїв персонального комп'ютера.
Для розташування блоку живлення, з'ясуйте потужність блоку живлення (вказана на ярлику).
Для розташування материнської плати.
Встановіть характер підключення материнської плати до блоку живлення.
Для материнських плат у форм-факторі AT підключення харчування виконується двома роз'ємами. Зверніть увагу на розташування провідників чорного кольору - воно важливе для правильного стикування роз'ємів.
Для розташування жорсткого диска.
Для розташування його роз'єму живлення. Простежте напрямок шлейфу провідників, що зв'язує жорсткий диск з материнською платою. Зверніть увагу на розташування провідника, пофарбованого в червоний колір (на жорсткому диску він повинен бути розташований поруч з роз'ємом живлення).
Встановіть розташування дисководів гнучких дисків і дисковода CD-ROM.
Простежте напрямок їх шлейфів провідників і зверніть увагу на положення провідника, пофарбованого в червоний колір, щодо роз'єму живлення.
При наявності інших додаткових пристроїв виявите їх призначення, опишіть характерні особливості даних пристроїв (типи роз'ємів, тип інтерфейсу і ін.).