От автора 16
От издательства 17
Часть I. Устройство и общая архитектура компьютера 18
Глава 1. Основы компьютерной техники 19
1.1. Из ÷его состоит компьютер? 20
1.2. Биты, байты, слова, параграфы 22
1.3. Я÷ейки памяти, порты и регистры 25
1.4. Подсистемы памяти и хранения данных 27
Внутренняя и внешняя память 28
Диски и файловые системы 30
1.5. Устройства ввода-вывода и коммуникаций 31
1.6. Адаптеры, контроллеры и иерархия подклю÷ений периферийных устройств 32
1.7. Программное обеспе÷ение 33
Глава 2. Устройство персонального компьютера 37
2.1. Настольные компьютеры 38
2.2. Малогабаритные компьютеры 43
2.3. Промышленные и инструментальные компьютеры 46
2.4. Периферийные устройства 49
2.5. Интерфейсы подклю÷ения периферийных устройств 56
Виды передаваемой информации 56
Параллельные и последовательные интерфейсы 57
Сигналы и среда переда÷и 60
Гальвани÷еская развязка устройств 62
Достоверность, надежность переда÷и и управление потоком 63
Асинхронные, синхронные и изохронные переда÷и 65
2.6. Карты, сокеты, слоты, джамперы 66
2.7. Кабели и разъемы 69
Глава 3. Питание компьютеров и периферийных устройств 72
3.1. Схемотехника блоков питания 72
3.2. Блок питания PC 75
Блок питания для корпусов AT 78
Блок питания ATX и ATX12V 79
Питание блокнотных ПК 83
3.3. Питание процессоров 83
3.4. Охлаждение компонентов системного блока 85
3.5. Общие вопросы электропитания и заземления 89
3.6. Средства улу÷шения ка÷ества электропитания 92
Глава 4. Архитектура IBM PC-совместимого компьютера 96
4.1. Структурная схема 96
4.2. Распределение пространства памяти 98
Память для режима SMM 102
Верхняя память — UMA 103
Теневая память — Shadow ROM и Shadow RAM 105
Оперативная память для MS-DOS 105
Виртуальная память 108
4.3. Пространство ввода-вывода 109
4.4. Аппаратные прерывания 112
Немаскируемые прерывания 112
Маскируемые прерывания 113
Традиционный контроллер прерываний — PIC 117
Улу÷шенный контроллер прерываний — APIC 119
Проблема разделяемых прерываний 122
4.5. Прямой доступ к памяти — DMA 124
4.6. Аксессуары системной платы IBM PC 126
Системный таймер — 8253/8254 127
Канал управления звуком — PC speaker 128
Батарейная память и ÷асы — CMOS Memory, RTC 129
Системная поддержка таймеров — Int 1Ah и Int 15h BIOS 133
4.7. Распределение системных ресурсов 134
4.8. Функционирование компьютера 137
На÷альный запуск и самотестирование 137
Загрузка ОС и прикладных программ 138
“Засыпание” и “пробуждение” компьютера 143
Глава 5. Организация ввода-вывода и BIOS 147
5.1. Взаимодействие программ с периферийными устройствами 147
Взаимодействие ÷ерез пространство памяти 152
Взаимодействие ÷ерез пространство ввода-вывода 154
Синхронизация программ и устройств 156
Буферизация данных в устройствах 157
5.2. Системный модуль ROM BIOS 160
Тест на÷ального вклю÷ения — POST 162
На÷альная загрузка 167
Сервисы и другие векторы прерываний BIOS 169
32-разрядные вызовы — BIOS32 172
Области данных ROM BIOS — BDA 173
PnP BIOS 173
Флэш-BIOS 173
5.3. Расширения ROM BIOS 175
5.4. DMI BIOS 177
5.5. Интерфейс ACPI 179
Часть II. Ядро компьютера — системная плата, процессор и память 183
Глава 6. Системная плата 184
6.1. Архитектура системной платы 185
Шинно-мостовая архитектура 186
Хабовая архитектура 187
Архитектура HyperTransport 189
Северные мосты и хабы 192
Южные мосты и хабы 194
Синхронизация и потоки данных 196
×ипсеты и платы 198
6.2. Установка и конфигурирование компонентов 199
Процессоры 199
Оперативная память (DRAM) 215
Слоты расширения 218
Синхронизация и разгон 221
BIOS 224
Память CMOS — питание и обнуление 228
6.3. Конструктивы и установка плат 231
6.4. Подклю÷ение системной платы 234
6.5. “Оживление” системной платы 240
6.6. Конфигурирование компьютера — CMOS Setup 244
Вход, выход и сохранение параметров Setup 245
Общее конфигурирование 246
Управление процессором 247
Управление памятью 248
Конфигурирование шин ISA, PCI и порта AGP 249
Встроенная периферия 251
Управление загрузкой 252
Управление энергосбережением и питанием 253
Мониторинг состояния 255
6.7. Выбор системной платы PC 256
Глава 7. Процессоры 258
7.1. Исполнение программного кода 259
Переклю÷ение зада÷ и виртуальные машины 261
Защищенный режим и виртуальная память 262
Архитектура и микроархитектура процессоров 263
7.2. Программная модель современных процессоров x86 267
Режимы работы процессоров 268
Архитектурные регистры и типы данных 269
Набор инструкций (система команд) 274
События — прерывания и исклю÷ения 275
7.3. Организация памяти 278
Эффективный адрес 279
Преобразование адресов 280
Страни÷ная трансляция адресов и виртуальная память 282
Стек 285
Кэширование памяти 285
Управление кэшированием и обращениями к памяти 292
7.4. Особые режимы работы процессора 294
Запуск и инициализация процессоров 294
Переклю÷ение между реальным и защищенным режимами 295
Обновление микрокода 296
Режим системного управления 297
Управление энергопотреблением и производительностью 298
7.5. Мультипроцессорные и избыто÷ные системы 304
Симметри÷ные мультипроцессорные системы 305
Объединение процессоров на локальной шине 305
Гиперпотоковые и мультиядерные процессоры 307
Мультипроцессорные системы Athlon и Opteron 308
7.6. Совместимость и идентификация процессоров 310
Совместимость процессоров 310
Идентификация процессоров 311
Основные характеристики процессоров 316
7.7. Процессоры фирмы Intel 319
Процессоры P6 320
Процессоры Pentium 4 324
7.8. Процессоры AMD 330
Глава 8. Электронная память 334
8.1. Структура оперативной памяти 335
Быстродействие и производительность памяти 336
Достоверность хранения данных 338
Кэширование оперативной памяти 340
Режим пакетной переда÷и данных 341
8.2. Динами÷еская память 342
Основы работы DRAM 343
Регенерация 346
Асинхронная память — FPM, EDO и BEDO DRAM 348
Синхронная память — SDRAM, DDR и DDR2 SDRAM 352
Память Rambus DRAM — RDRAM и XDRAM 361
Память с виртуальными каналами — VC DRAM 366
Сравнительные характеристики и перспективные типы динами÷еской памяти 368
8.3. Применение модулей DRAM в оперативной памяти 370
Модули динами÷еской памяти 372
Нюансы применения DRAM 386
Рекомендации по выбору модулей динами÷еской памяти 388
Тестирование оперативной памяти 390
8.4. Стати÷еская память 392
Разновидности стати÷еской памяти 393
Применение стати÷еской памяти для кэширования ОЗУ 396
Напряжение питания SRAM 397
8.5. Энергонезависимая память 398
Постоянная и полупостоянная память — ROM, PROM, EPROM 401
Флэш-память и EEPROM 404
Энергонезависимая память с последовательными интерфейсами 415
Часть III. Периферийные устройства 417
Глава 9. Устройства хранения данных 418
9.1. Принцип действия и назна÷ение устройств хранения 418
9.2. Основные характеристики и конструктивы устройств хранения 420
9.3. Интерфейсы устройств хранения 425
9.4. Преодоление физи÷еских ограни÷ений — массивы RAID 431
9.5. Устройства, системы и сети хранения данных 434
9.6. Логи÷еская структура дисков 437
Разделы и логи÷еские диски 437
Логи÷еский диск с файловой системой FAT 441
9.7. Устройства хранения на магнитных дисках 443
Накопители на гибких магнитных дисках 447
Накопители на жестких магнитных дисках — вин÷естеры 457
Сменные магнитные диски большой емкости 480
Магнитоопти÷еские диски 483
9.8. Опти÷еские диски — CD, DVD, PD 488
Диски CD — CD, CD-R, CD-RW 488
Диски DVD 496
Устройство приводов CD-ROM, CD-R, CD-RW и DVD 502
Файловые системы для CD и DVD 506
Запись на опти÷еские диски 507
Опти÷еские диски с прямым доступом 513
9.9. Ленто÷ные устройства — стримеры 514
9.10. Твердотельные устройства хранения 516
Флэш-память USB 519
CompactFlash 520
SmartMedia Card 522
MultiMediaCard и Secure Digital 525
Miniature Card 530
9.11. Системная поддержка внешней памяти 531
Традиционный сервис BIOS INT 13h 532
Расширенный сервис BIOS INT 13h 533
Преодоление барьера 528 Мбайт (ECHS и LBA) 534
Сервисы операционной системы 538
Системная поддержка CD-ROM 539
Загружаемые диски CD-ROM 539
9.12. Установка и обслуживание устройств 541
Установка новых устройств 541
Проблемы использования больших дисков 546
Конфигурирование, форматирование и обслуживание дисков 554
Основные при÷ины отказов дисков 556
Глава 10. Видеосистема 559
10.1. Принципы вывода изображений 560
Графи÷еский режим 564
Текстовый режим 567
Обработка видеоизображений 569
Стандарты MPEG 575
10.2. Акселератор — “интеллект” графи÷еского адаптера 580
Трехмерная графика 583
Память для графи÷еского акселератора 591
10.3. Дисплей 594
Электронно-лу÷евой дисплей 594
Матри÷ные дисплеи 604
Трехмерный вывод изображения и виртуальная реальность 607
10.4. Интерфейсы мониторов и видеосистем 609
Аналоговые интерфейсы RGB 610
Цифровые интерфейсы P&D, DVI и DFP 613
Телевизионные интерфейсы 617
10.5. Дисплейные адаптеры 619
Компоненты дисплейного адаптера 619
Программные модели стандартных адаптеров 627
Адаптеры с интерфейсами PCI, AGP и PCI-E 628
Мультидисплейные системы 631
10.6. Видеосервис BIOS 633
10.7. Параметры видеосистемы 636
Глава 11. Устройства ввода-вывода и их интерфейсы 642
11.1. Клавиатура 642
Интерфейс клавиатуры 644
Контроллер интерфейса клавиатуры и мыши 8042/8242 646
Скан-коды 648
Системная поддержка и программный интерфейс 649
11.2. Манипуляторы-указатели — мышь, трекбол 652
Последовательные мыши — MS Mouse и PC Mouse 655
Мышь PS/2 656
Беспроводные мыши и клавиатуры 656
11.3. Планшеты 657
11.4. Сканеры 658
11.5. Принтеры и плоттеры 660
Матри÷ные иголь÷атые принтеры 661
Термопринтеры 664
Струйные принтеры 665
Твердокрасо÷ные и сублимационные принтеры 666
Лазерные и светодиодные принтеры 666
Цветная пе÷ать и фотопринтеры 668
Плоттеры 669
Форматы данных 671
Интерфейсы принтеров и плоттеров 674
Системная поддержка принтера 680
11.6. Игровые устройства — джойстик, руль, педали 681
11.7. Коммутаторы устройств ввода-вывода 684
Глава 12. Аудиосистема ПК 687
12.1. Краткий экскурс в прикладную звукотехнику 690
Оцифровка звуковых сигналов 692
Использование ПК для обработки “цифрового” звука 695
Методы компрессии звуковой информации 697
Методы синтеза звуков 699
Стереофони÷еское и объемное воспроизведение 704
Трехмерный звук 705
Аудиоданные на дисках CD и DVD 707
12.2. Звуковые карты PC 709
Аналоговые звуковые карты 711
Цифровые технологии в звуковых картах 712
Аудиокодек AC’97 715
Многоканальный звук — High Definition Audio 720
Интерфейсы звуковых карт 726
“Истори÷еские” модели звуковых карт 730
12.3. Интерфейс MIDI 735
Глава 13. Коммуникационные устройства 741
13.1. Модемы и факс-модемы 741
Модемы для телефонных линий 744
Технологии xDSL и кабельные модемы 747
Модемы для выделенных линий 749
13.2. Подклю÷ение к проводным локальным сетям 750
Организация сетей Ethernet 750
Сетевые адаптеры 753
13.3. Подклю÷ение к беспроводным сетям (Wi-Fi) 758
13.4. ПК и Интернет 761
Варианты подклю÷ения 761
IP-телефония и переда÷а факсов по IP-сетям 763
Часть IV. Интерфейсы периферийных устройств 766
Глава 14. Шины расширения 767
14.1. Организация шин PCI и PCI-X 768
Взаимодействие устройств 770
Шины, устройства, функции и хост 772
Спецификации PCI и PCI-X 774
14.2. Протокол, команды и транзакции шин PCI и PCI-X 775
Команды шины PCI 779
Особенности PCI-X 780
Время выполнения транзакций, таймеры и буферы 781
14.3. Прямой доступ к памяти, эмуляция ISA DMA (PC/PCI, DDMA) 783
14.4. Пропускная способность шин PCI и PCI-X 784
14.5. Прерывания PCI — INTx#, PME#, MSI и SERR# 785
Традиционные прерывания PCI — INTx# 785
Сигнализация событий управления энергопотреблением — PME# 786
Прерывания сообщениями — MSI 786
14.6. Мосты PCI и PCI-X 787
Транслирование транзакций и буферизация 790
Порядок выполнения операций и синхронизация 791
14.7. Конфигурирование и BIOS устройств PCI и PCI-X 791
PCI BIOS 792
Expansion ROM карт PCI 793
14.8. Слоты и карты PCI/PCI-X 793
Инициализация и определение режима работы шины PCI-X 797
Малогабаритные конструктивы с шиной PCI 798
14.9. Порт графи÷еского акселератора — AGP 798
Протоколы транзакций 801
Трансляция адресов — апертура AGP и GART 804
Изохронные транзакции в AGP 3.0 805
Конфигурационные регистры AGP 806
Слоты и карты AGP 806
14.10. PCI Express 807
Элементы и топология соединений PCI Express 808
Архитектурная модель PCI Express 810
Физи÷еский уровень и конструктивы PCI Express 815
14.11. Шины расширения блокнотных ПК 818
Конструктивы Small PCI, Mini PCI и Mini PCI Express 818
Карты PCMCIA: интерфейсы PC Card, CardBus и Express Card 820
Глава 15. Параллельный интерфейс — LPT-порт 823
15.1. Традиционный LPT-порт 824
15.2. Расширения параллельного порта 825
15.3. Стандарт IEEE 1284 826
Полубайтный режим ввода 827
Байтный режим ввода 827
Режим EPP 828
Режим ECP 830
Согласование режимов IEEE 1284 833
Физи÷еский и электри÷еский интерфейсы 833
Подклю÷ение цепо÷ек устройств и мультиплексоров 834
15.4. Системная поддержка LPT-порта 836
15.5. Параллельный порт и функции PnP 837
15.6. Применение LPT-порта 838
15.7. Конфигурирование LPT-порта 839
15.8. Неисправности и тестирование параллельного порта 839
Глава 16. Проводные и беспроводные последовательные интерфейсы 842
16.1. Интерфейс RS-232C — COM-порт 842
Протокол RS-232C 844
Управление потоком данных 848
Микросхемы асинхронных приемопередат÷иков 849
Системная поддержка COM-портов 850
Конфигурирование COM-портов 851
Использование COM-портов 852
COM-порт и PnP 855
Неисправности и тестирование COM-портов 856
16.2. Инфракрасный интерфейс IrDA 860
16.3. Радиоинтерфейс Bluetooth 864
Физи÷еские каналы и пикосети 864
Синхронизация и установление соединений 867
Логи÷еский транспорт, пакеты и каналы 868
Протоколы Bluetooth 870
Глава 17. Шина USB 872
17.1. Архитектура USB 872
17.2. Топология шины 874
17.3. Модель переда÷и данных 876
Запросы, пакеты и транзакции 878
Каналы 879
17.4. Организация обменов по шине 880
Кадры и микрокадры 880
Протокол шины USB 880
Пропускная способность и совместная работа устройств с разными скоростями 882
Синхронизация при изохронной переда÷е 884
17.5. Электри÷еский интерфейс 886
Кабели и разъемы 886
Сигнальный интерфейс 888
Питание от шины 890
17.6. Хабы USB 891
17.7. Хост-контроллер 891
Универсальный хост-контроллер 892
Открытый хост-контроллер 893
Расширенный хост-контроллер 893
17.8. USB без ПК — расширение OTG 895
17.9. Автомати÷еское конфигурирование устройств 896
17.10. Проблемы при подклю÷ении устройств USB 897
Глава 18. Шина IEEE 1394 — FireWire 900
18.1. Спецификации 900
18.2. Организация, топология и архитектура 901
Топология 902
Архитектура сети 902
Архитектура узла 903
Адресное пространство сети и узла 905
18.3. Физи÷еский интерфейс 906
Кабели и коннекторы 906
Питание от шины 909
18.4. Конфигурирование 909
Идентификация дерева 910
Самоидентификация узлов 911
18.5. Переда÷а данных 911
Арбитраж 912
Организация потоковых переда÷ и изохронный обмен 914
18.6. Управление 915
18.7. Применение 916
Шина 1394 в компьютерах 916
Шина 1394 для устройств хранения данных 917
Шина 1394 для переда÷и и пе÷ати изображений 917
Шина 1394 для аудио- и видеоустройств 917
Защита передаваемой информации 919
18.8. Открытый хост-контроллер 919
Устройство контроллера OHC 921
Взаимодействие хоста и OHC 923
18.9. Протокол SBP-2 923
Организация взаимодействия устройств 924
Структура целевого устройства 925
Запросы 925
Агенты целевого устройства 925
Потоки 926
Глава 19. Интерфейс IDE — ATA/ATAPI и SATA 927
19.1. Устройства, адаптеры, контроллеры и интерфейсы IDE 929
19.2. Параллельный интерфейс ATA 933
Физи÷еский интерфейс 933
Назна÷ение сигналов ATA 937
Подклю÷ение и конфигурирование устройств ATA/ATAPI 938
Режимы переда÷и данных для устройств ATA 941
19.3. Интерфейс Serial ATA 944
Физи÷еский интерфейс SATA 946
Расширения SATA для систем хранения данных 948
19.4. Адаптеры и контроллеры ATA 949
Традиционный адаптер шины ATA 950
Контроллер PCI IDE Bus Master 951
Контроллер SATA Intel 31244 953
Контроллер AHCI 955
19.5. Программное взаимодействие с устройствами ATA/ATAPI и SATA 959
Адресация блоков данных 960
Регистры устройств ATA 962
Регистры Serial ATA 968
19.6. Система команд ATA/ATAPI и SATA 969
Команды доступа к данным ATA 969
Пакетный интерфейс ATAPI 970
Инициализация, идентификация и конфигурирование устройств 971
Журналы ошибок и событий 972
Мониторинг состояния — S.M.A.R.T 973
Работа со сменными носителями 973
Поддержка флэш-памяти и компактных карт 974
Управление энергопотреблением и шумом 974
Защита данных 975
Потоковое расширение команд 977
Глава 20. Интерфейс SCSI 978
20.1. Спецификации SCSI 979
20.2. Архитектурная модель SAM 980
Команды, задания и о÷ереди 981
Соединения 982
Состояния, исклю÷ения и асинхронные события 982
Типы периферийных устройств 983
Система команд SCSI 984
Отли÷ия ATAPI от SCSI 985
20.3. Хост-адаптер SCSI 986
20.4. Параллельные шины SCSI 987
Версии параллельной шины 987
Протокол параллельной шины 990
Процессы ввода-вывода на шине SCSI 997
Физи÷еский и электри÷еский интерфейсы 999
Экспандеры 1005
Подклю÷ение устройств к шине 1007
Конфигурирование устройств 1012
20.5. Устройства SCSI с последовательным интерфейсом — SAS 1013
Устройства, порты и соединения SAS 1014
Топология домена и маршрутизация 1016
Архитектурная модель SAS 1018
Физи÷еский уровень SAS 1018
Протокол SSP 1020
Протокол SMP 1021
Протокол STP 1022
Определение структуры домена 1023
Глава 21. Интерфейс Fibre Channel 1024
21.1. Топология и типы портов 1025
21.2. Архитектура стандарта Fibre Channel 1027
21.3. Среда и скорости переда÷и 1028
21.4. Адресация и подклю÷ение узлов 1029
21.5. Арбитражное кольцо — FC-AL 1030
Арбитраж и открытие соединений 1030
Инициализация кольца 1031
21.6. Протокол FCP — Fibre Channel для SCSI 1031
Список литературы 1033
Алфавитный указатель 1034