Архитектура современного компьютера, как и архитектура хорошего дома, довольно непростое дело. И проектирование компьютерной системы сродни постройке сложнейшего архитектурного сооружения. Проектирование, а главное, внедрение в жизнь системы - это искусство! Что поделаешь, если не всем дано создавать настоящие произведения искусства.

Под внедрением в жизнь я подразумеваю не только разработку конкурентоспособного решения, но и обеспечение выхода нужного количества годных чипов. Об этом весьма важном аспекте поговорим чуть позже.
Ну что, пристегнули ремни и поехали!!

Что же все-таки происходит, когда я нажимаю кнопку питания системного блока. Давайте разберемся.

В компьютере все роли распределены четко, и не один из актеров этого театра не может позволить себе самодеятельности. Инициатива здесь строго карается. И если какая-нибудь из железяк начинает своевольничать, то не работает вся система.

Командует парадом его величество Центральный Процессор (CPU - Central Processor Unit). Он здесь хозяин и господин. Отделом по связям с общественностью, то бишь юзером, выступает система ввода-вывода, состоящая из мышки, клавиатуры (ввод информации в компьютер) и видеосистемы (вывод изображения). К системе ввода-вывода также можно отнести и сканер, принтер, джойстик и много чего еще, но сейчас это пока не требуется. Не надо забывать про память, которая делиться на оперативную (ОЗУ - Оперативно Запоминающее Устройство) и постоянную (жесткий диск, разнообразная оптика etc.). Главным напарником процессора выступает оперативная память, именно от количества и качества (скорости) и зависит нормальное функционирование ЦП, который не сможет функционировать на полную силу в случае нехватки свободной памяти.

Очень важно понимать, что процессор не единственный "виновник" медленной или быстрой работы всего компьютера. Компьютер является сложной системой и его быстродействие зависит от слаженной работы всех компонентов.

Работая с различными программами, мы задействуем различные компоненты системы, и в случае недостаточного быстродействия одного из устройств простаивают другие.

Заказывая определенную конфигурацию ПК многие забывают о чрезвычайно важной составляющей любого компьютера. Обычно рядового пользователя больше волнует не реальное быстродействие компьютера, а то чтоб процессор был покруче, да жесткий диск побольше. Материнская плата - вот истинный залог скорости и стабильности системы.

Соединить все комплектующие довольно не простая задача, а соединить так, чтоб все работало, и не просто работало, но и обеспечивало максимальный уровень скорости - это вообще искусство.

Итак, материнская плата объединяет на себе все компоненты. Управляется материнская плата не центральным процессором. Спрашивается, зачем им король ведь материнка республика? (© by Goblin). На материнской плате есть два собственных процессора, которые называются Северный и Южный мосты (North & South Bridge). Мостами они называются за то, что соединяю между собой различные устройства.

Сначала рассмотрим работу Северного моста, так как во многом он определяет работу системы. Самыми критичными к скорости являются три части компьютера - центральный процессор, оперативная память и видеосистема. Именно между ними необходимо организовать наиболее быстрый канал связи. Очень важной составляющей Северного моста является контроллер памяти.

Необходимо небольшое пояснение. Контроллером устройства является аппаратный комплекс по обеспечению корректной и максимально быстрой работы конкретного устройства с другими составляющими системы. Контроллер есть у всех устройств, именно благодаря ему обеспечивается правильное функционирование девайсов (от англ. device - устройство) от различных производителей друг с другом.

Контроллер памяти является очень важным в концепции понимания производительности компьютера. В нем заложены алгоритмы работы с оперативной памятью. От того насколько хорошо производитель чипов для материнской платы отладил работу Северного моста, будет зависеть общее быстродействие системы! Я специально акцентирую на этом ваше внимание. ЦП взаимодействует с памятью именно через контроллер памяти, который находится в Северном мосту.

Для связи процессора и видеокарты существует специальная шина. Напомню, что шиной называется специальная магистраль, состоящая из большого количества проводников. Эта шина называется AGP (англ. перевод Ускоренный Графический Порт). Здесь будет уместным небольшой экскурс в историю.

Шина AGP появилась относительно недавно. Она пришла на смену шине PCI и сняла с нее тяжелое бремя по обслуживанию видеосистемы. А бремя было действительно тяжелым. Так как по шине связывающей видеосистему с другими компонентами перекачивается огромное количество информации. Шина PCI уже не могла обеспечить приемлемую пропускную способность и корпорация Intel, как единственный на то время лидер по производству не только процессоров, но и чипов для материнских плат предлагает свою разработку в качестве индустриального стандарта для подключения видеокарт. Поскольку Intel имела неоспоримый авторитет на рынке производства компонент для компьютеров, то ее вариант интерфейса видеосистемы быстро прижился и стал поистине стандартом.

Сегодня все видеокарты используют AGP для связи с компьютером. Она обеспечивает достаточную пропускную способность, но с этим тоже не так все просто было. Шина AGP имеет четыре поколения: 1х, 2х, 4х, 8х. Эти коэффициенты указывают на ускорение в соответственно 1, 2, 4 или 8 раз относительно первоначального варианта шины. Зачем же могло потребоваться ускорение шины в восемь раз? Сразу скажу, что 8х появилась очень недавно и толку от нее нет, но это пока. Большая пропускная способность нужна в том случае, если видеокарте не хватает собственной видеопамяти, то данные сохраняются в основной, оперативной памяти. Этот процесс называется AGP текстурированием. Скорость связи видеочипа со своей памятью во много раз превышает связь с локальной памятью. Следовательно, нехватка собственной памяти видеокарты крайне негативно влияет на видеосистему. Поскольку объем видеопамяти у современных видеокарт составляет 64-128 Мб, что вполне предостаточно для современных игр. 8х AGP стоит только на самых последних материнских платах, на которых наврядли будет стоять видеокарта с "маленькой" памятью. Посему пока, что не надо стремиться за магическим словом 8х AGP.

Кроме того, существует более продвинутая версия стандарта AGP. Называется она AGP Pro и используется преимущественно в профессиональных решениях в области видео. Для массового рынка этот стандарт не прижился из-за более высокой цены и невостребованностью его преимуществ перед простым AGP.

Связи с остальными составляющими компьютера осуществляется через Южный мост.

Южный мост контролирует устройства не входящие в большую тройку (Процессор, ОЗУ, Видео). В число подопечных Южного моста вошли: устройства IDE, флоппи диск, клавиатура и мышь, устройства на шине PCI (звуковые карты, внутренние модемы, контроллеры etc.)

Для начала рассмотрим устройства IDE. На этой шине работают жесткие диски и оптика. На обычных системах, не оснащенных дополнительными контроллерами RAID (о них позже), максимальное количество устройств IDE может быть не более четырех. На Южном мосту мосте находятся два контроллера IDE, к каждому из которых может быть подключено два устройства.

Теперь хочу обратить внимание на очень важную деталь. Все оптические приводы работают на АТА33, все без исключения. И если подключить на один контроллер винчестер, допустим АТА100, и CD-ROM (АТА33), то контроллер будет работать на минимальной скорости, которая доступна одному из устройств. Так что если подключить на один контроллер винчестер и оптику, то и винчестер, который должен работать на АТА100, и оптика (АТА33) будут трудиться на 33. Чтобы каждый смог в полной мере показать все, на что он способен, нужно подключить жесткий диск и оптический привод на разные контроллеры. Та же ситуация будет если подключить совместно старый винчестер, скажем АТА66, и новый (АТА100). Так что если ваша система работает слишком медленно убедитесь, что привод для компакт дисков не тормозит винчестер.

Тем, кто собирает компьютеры, или подумывает заняться этим в будущем, хочу напомнить не забывать покупать дополнительный шлейф для CD-ROMa, т.к. с материнской платой поставляется только один.

Подавляющее большинство современных винчестеров работают на АТА100. Недавно появившийся АТА133 сильно погоды не поменял, он добавляет производительности, но не очень сильно, так что ориентироваться на него не стоит в свете грядущего Serial ATA. Это новый стандарт подключения жестких дисков и оптики снимающий некоторые ограничения предыдущего стандарта и добавляющий производительности. (средняя скорость чтения с винчестеров 40 000 КБ/с, что недотягивает даже до АТА66. прим ред.).

Просто подключить шлейф и питание иногда мало, чтобы винчестер правильно определился системой. Нужно еще определить роли.

Правильное расположение джамперов смотрите на карте, расположенной сверху винчестера.

Если вдруг сталось так, что устройство не определяется, то надо пробовать различные способы. Попробуйте поменять джампера или вообще их убрать. Может и поможет..

А если ничто не помогает у настоящего компьютерщика только один ответ: Тёмные силы электричества! Этим все и объясняется.

Теперь давайте перейдем к периферии и устройствам ввода.

Мышь и клавиатура подсоединяются к компьютеру через интерфейс PS/2. Этот стандарт пришел на смену двум другим. Мышь раньше подключалась к COM порту, а клавиатуры к разъему АТ.

Теперь же используется в основном PS/2. Различаются разъемы клавиатуры и мышки только цветом. У мышки он зеленый, а у клавиатуры фиолетовый.

Также клавиатура и мышь может подключаться к шине USB. Этот стандарт заслуживает пристального рассмотрения.

Появился стандарт USB для подключения широкого круга периферии. Самым большим плюсом USB является абсолютная универсальность и горячее подключение. Что значит, что для подключения устройства вовсе не обязательно выключать компьютер. Теперь стало возможно вставить шнур в разъем и компьютер сам определит тип устройства и установит все необходимые драйвера. Кроме того, по шине USB большинство устройств может и запитываться, что также немаловажно. Скорость передачи данных по шине USB 1.1 составляет 12 мегабит в секунду. Что не много и немало. Для принтеров и сканеров хватает, но для перекачки данных с цифровых камер или чтения с внешнего жесткого диска маловато будет.

Хочется замолвить словечко еще за один интерфейс, носящий довольно труднопроизносимое название IEEE 1394 или FireWire. Этот гость пришел нам из мира Маков (Apple Macintosh, рассказ о которых со времен можно будет прочитать у нас, между прочим, довольно интересный). В мире Маков все довольно неординарно, так и с 1394. Он намного опередил свое время.

Следующими мы рассмотрим COM и LPT порты. Они присутствуют на компьютерах давно. COM порт служит для подключения внешних модемов и разнообразных периферийных устройств (например блоков синхронизации мобильных телефонов). К LPT подключаются принтеры и сканеры. Есть случаи создания на базе этих сетей, но это больше походит на истории из жизни самоделкиных, так как скорость таких соединений очень мала, да и других проблем с ними немало. Наличие этих портов в наши дни носит лишь чисто условный характер, так как их довольно успешно заменяет USB.

Последней обсудим шину PCI, очень важную, между прочим. Она существует давно в компьютерах. Чего только не подключали через нее. Сейчас она используется в основном для звуковых карт, сетевых карт и внутренних модемов. Частоту она имеет 33 МГц. Кроме того, часто можно видеть внешние контроллеры на PCI (IEEE 1394, например). Кроме того, существует маленькая микросхемка BIOS. В которой хранится информация о всех устройствах, установленных в системе, и их настройки. В начале статьи мной был задан вопрос: Что происходит при нажатии на кнопку питания? Так вот первым подается питание на микросхему BIOS, которая инициализирует все устройства и тестирует их на работоспособность, а уж дальше она передает управление ЦП, который грузит ОС с жесткого диска.

В заключении привожу общую схему всего описанного здесь добра. Пожелания и замечания прошу незамедлительно отправлять на мой ящик.

Best regards.
З.Ы. Прошу простить меня за возможные технические ошибки, возможно просочившиеся в статью. От них никто не застрахован, даже Я.

Продолжение следует... Милюков Сергей