Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Тема 7. Аппаратное обеспечение




 

К аппаратному обеспечению компьютеров относятся устройства и прибо- ры, образующие аппаратную конфигурацию. Компьютеры имеют блочно- модульную конструкцию, то есть аппаратную конфигурацию можно собирать из готовых узлов и блоков. Тем не менее, существует понятие базовой конфи- гурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно по- ставляется. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают четыре устройства:

• системный блок;

• монитор;

• клавиатуру;

• мышь.

 

 

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого раз-

мещаются:

• материнская плата (motherboard);

• дочерние платы (платы расширения);

• внутренние накопители;

• блок питания;

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренни- ми, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внеш- ние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и дли- тельного хранения данных, также называют периферийными.

 

Корпус системного блока

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпу- са персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и верти- кальном (tower) исполнении. Корпуса в вертикальном исполнении могут иметь разную высоту (Mini-, Midi-, Big-, Super-Big-Tower и FileServer). Обычно чем корпус больше, тем он дороже, да к тому же занимает больше места, но это компенсируется удобством доступа к внутренним элементам и большим коли- чеством отсеков. Чем меньше корпус, тем больше вероятность повредить из-за тесноты какой-нибудь разъем при разборке-сборке.

MiniTower имеет:

2 отсека для устройств формата 5",

2 отсека для устройств 3,5",

1 внутренний отсек для жесткого диска формата 3,5".

MidiTower (это наиболее распространенный тип корпуса домашнего и офис-

ного ПК) имеет:

3 отсека для устройств формата 5",

2 отсека для устройств 3,5",

позволяет разместить 2 жестких диска.


Корпуса типа Big- и Super-Big-Tower имеют:

4-6 и более отсеков для устройств формата 5",

а также дополнительные внутренние отсеки для жестких дисков.



Они используются для серверов начального уровня и высокопроизводитель-

ных рабочих станций.

Корпуса типа FileServer используются только для серверов. В них можно раз- местить несколько жестких дисков, до 8-10 устройств формата 5". Часто они име- ют несколько блоков питания и дополнительные вентиляторы для охлаждения устройств.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком пита- ния, и, таким образом, мощность блока питания также является одним из пара- метров корпуса. Блок питания (БП) ПК обеспечивает электропитание всех ус-

тройств системного блока. Мощность блока питания измеряется в вольт-амперах (VA). Выпускаются БП мощностью от 200 до 350 и более VA. В большинстве слу- чаев достаточен БП мощностью 250VA. Чем больше устройств предполагается

разместить в ПК, тем более мощным должен быть БП.

Основной параметр, определяющий «стандартность» корпуса, называется

формфактором. Существует два стандарта на размещение компонентов ком-

пьютера в корпусе: AT и ATX. Их основными отличиями являются:

• формат и способ размещения материнской платы;

• конструкция блока питания;

• способ подачи электропитания на материнскую плату.

В настоящее время применяются только корпуса форм-фактора АТХ.

На передней панели корпуса размещаются индикаторы состояния компью-

тера – Power (включено питание), Turbo (система работает с максимальной ско-

ростью) и Hard (работает накопитель на жестких дисках – «винчестер»); кнопки управления – выключатель питания компьютера, сброса Reset и кнопка Turbo (которая “перекочевала” в современный компьютер из старых времен). Кнопка Reset предназначена для аварийного сброса программ и перезапуска компьюте- ра. Ею пользовались вместо выключателя питания в случае выхода программ из строя. Современные операционные системы болезненно реагируют на такое

«неправильное» завершение работы и могут за это наказать – компьютер может перестать запускаться.

Еще на переднюю панель выходят рабочие части накопителей на гибких

дисках и дисковода CD-ROM – здесь вставляются и вынимаются дискеты и ла-

зерные диски.

Задняя стенка корпуса системного блока компьютера используется для всевозможных подключений. В ней есть несколько щелей для доступа к разъе-

мам плат расширения и отверстия для разъема клавиатуры, вентилятора и сете-

вых разъемов блока питания.

 

Материнская плата

Материнская плата – основная плата компьютера, обычно самая большая по размеру. На ней размещаются:


процессор — основная микросхема, выполняющая большинство матема-

тических и логических операций;

микропроцессорный комплект (чипсет) — набор микросхем, управляю- щих работой внутренних устройств компьютера и определяющих основные функциональные возможности материнской платы;

шины — наборы проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;

оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) —

набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных, когда компьютер включен;

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, предна-

значенная для длительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;

разъемы (слоты) для подключения дополнительных устройств – дочер-

них плат.

Существуют материнские платы самых разных форматов (AT, ATX, LPX,NLX, Mini-, Micro-ATX, Micro-NLX, Flex-ATX).

Основные характеристики материнских плат:

• модель чипсета;

• тип используемого процессора (зависит от разъема для установки процессо-


ра);


 

 

• формат;

• число и тип разъемов для установки дочерних плат;

• возможность обновления BIOS.


 

Чипсет

Сегодня для большинства компьютеров основным параметром является марка чипсета материнской платы. Это связано с тем, что за последние два го- да производительность процессоров возросла в несколько раз, а производи- тельность материнских плат во многом осталась там же, где была, и стала «уз- ким местом» для компьютеров.

Чипсет – это набор микросхем, необходимых для взаимодействия процес-

сора со всем остальным электронным хозяйством. Первые чипсеты обычно со- стояли из четырех микросхем. Сегодня в основном чипсеты состоят из двух микросхем, одна из которых называется южным мостом, а другая – северным. Если взглянуть на материнскую плату, то без труда можно найти эту пару – это самые крупные микросхемы после процессора. По их маркировке можно опре- делить производителя и марку чипсета.

От модели чипсета зависят все основные характеристики платы: поддержи-

ваемые процессоры и виды микросхем памяти, тип системной шипы, порты для подключения внешних устройств. Современные чипсеты имеют множество встро- енных контроллеров (дисков, портов ввода-вывода, шин USB и IEEE 1394).

Знать производителя и марку чипсета не менее важно, чем производителя и марку процессора, поскольку функциональные возможности компьютера оп-


ределяет чипсет, а от процессора лишь зависит чкорость, с которой эти функ- ции выполняются. Чипсет материнской платы должен быть согласован с про- цессором. Это значит, что не всякому процессору подойдет любая материнская плата и наоборот.

От чипсета прежде всего зависят частоты, на которых она может работать.

От него зависит и возможный объем оперативной памяти, и количество допол-

нительных устройств, которые можно подключить к материнской плате.

Как видите, в материнских платах очень многое зависит чипсета. Он вы-

полняет множество функций, причем с каждым годом их становится все боль-

ше. Несколько лет назад в компьютерах можно было найти дочернюю плату дискового контроллера – к ней подключались все дисководы. Сегодня такой платы уже нет. Функции этого контроллера отошли к «северному мосту» чип- сета, и все дисководы подключаются к материнской плате напрямую. То же са- мое произошло со специальной платой, к которой подключали принтер. Сего- дня все порты для подключения внешних устройств входят в состав материн- ской платы.

Чипсеты развиваются, и интеграция продолжается. Сегодня все чаще встречаются материнские платы, чипсеты которых способны выполнять функ-

ции видеокарты и/или звуковой карты. Принимая решение о покупке компью- тера с интегрированными звуком и видео, оцените свои планы и перспективы. Если вы стремитесь получить функциональную систему за минимальную цену,

это решение для вас. Если же вы хотите сохранить перспективы дальнейшего развития, затратиы дополнительно 30-50 условных единиц, от приобретения интегрированных систем лучше воздержаться. Дополнительные затраты оку- пятся через пару лет, когда встанет вопрос о модернизации компьютера.

 

Процессор

Процессор — основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Процессор состоит из десятков миллионов транзисторов, с по- мощью которых собраны отдельные логические схемы. Основные внутренние схемы процессора – арифметико-логическое устройство, внутренняя память (так называемые регистры), кэш-память (сверхоперативная память) и схемы управления всеми операциями и внешними шинами.

В настоящее время для ПК существует множество видов процессоров. Наибо-

лее распространенными являются Intel-совместимые процессоры, которые исполь-

зуются в IBM-совместимых ПК. Самыми производительными из них являются процессоры Intel Pentium IV и AMD Athlon.

Самыми высокопроизводительными процессорами (из массово производи-

мых) являются процессоры Alpha фирмы Digital. На сегодняшний момент они ос-

таются более производительными, чем Intel-совместимые. Процессоры Alpha ис-

пользуются во многих мини-ЭВМ и суперкомпьютерах.

Часто различают процессоры CISC (Common Instruction Set Computer - про-

цессоры с полным набором команд) и RISC (Reduced Instruction Set Computer -

процессоры с сокращенным набором команд).


В CISC-процессорах для выполнения каждой команды используется своя мик- ропрограмма, состоящая из набора микрокоманд. Каждая микрокоманда реализо- вана на аппаратном уровне и выполняет какое-либо элементарное действие, необ- ходимое для реализации различных команд. Конкретная команда процессора кодируется набором микрокоманд, образующих микропрограмму. Таким обра- зом, программы формируются из команд процессора, а сами команды, в свою очередь, являются микропрограммами,

В RISC-процессорах каждая команда процессора реализована в виде отдель-

ной схемы. Поэтому здесь каждая отдельная команда выполняется быстрее, но самих команд меньше, и для реализации некоторых действий, которые в CISC-

процессорах выполняются одной командой, требуется несколько команд.

Традиционно в мэйнфреймах используются CISC-процессоры, а в мини-

ЭВМ - RISC-процессоры. Процессоры Intel и совместимые с ними являются

CISC-процессорами.

С середины 90-х годов грань между CISC и RISC-процессорами стирается, и на сегодняшний момент в процессорах Pentium IV используется много конструк-

тивных решений, ранее характерных только для RISC-процессоров. В карманных компьютерах используются главным образом RISC-процессоры, поскольку они

компактнее, значительно меньше нагреваются при работе и потому не требуют от-

дельной системы охлаждения

Разъемы для установки процессора (одного или нескольких) различны для процессоров Pentium III, Celeron (Socket-370), Pentium IV (Socket-423, Socket-

478), AMD (Socket-462).

Основные параметры процессоров.Основными параметрами процессо-

ров являются: разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внут-

реннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может при-

нять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Чем больше разрядов имеют все схемы процессора, тем больше информации он обработает

за единицу времени, то есть от разрядности процессора напрямую зависит про-

изводительность компьютера. Первые процессоры х86 были 16-разрядными.

Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную, но для совместимости с программами, разработанными для младших моделей, микропроцессоры содер- жали набор 16-разрядных команд. До сих пор процессоры Intel обеспечивают поддержку выполнения старых 16-разрядных программ. Для работы с такими программами микропроцессор переключается в специальный режим, в кото- ром он работает значительно медленнее. Процессоры Pentium уже поддерживали

64-разрядный обмен данными. Нынешние процессоры фирмы Intel уже частично 64-

разрядные, т.е. имеют команды, рассчитанные на работу с 64-разрядными данны- ми. В настоящее время активно выпускаются полностью 64-разрядные процессоры Intel (Itanium, Itanium-2). Однако они дорогие и пока используются только в вы- сокопроизводительных серверах. Для использования их возможностей в обычных ПК пока нет соответствующих программ. Однако уже существует 64-разрядная версия Windows.


Кроме разрядности важную роль играет так называемая тактовая часто- та, на которую процессор рассчитан. Тактовая частота измеряется в мегагер- цах. Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. За один такт процессор выполняет какой-то фрагмент вычислительной операции, поэтому чем выше тактовая частота, тем быстрее процессор обрабатывает поступающие данные. В начале 2000 года тактовые частоты достигли 1 ГГц (1000 МГц). Сравните эту цифру со всего лишь 4.7 МГц у первых процессоров для IBM PC.

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой

набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. Сегодня ее предел составляет 100-133 МГц. Для получения более высоких частот в про-

цессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4;

4,5; 5 и более, в результате чего и получается внутренняя частота. Многие про-

цессоры имеют управляемый коэффициент умножения – его можно выбрать и установить при настройке компьютера с помощью перемычек материнской

платы или программно. Но некоторые процессоры, например, такие как Intel

Celeron, имеют «жесткие» коэффициенты умножения, управлять которыми нельзя.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее,

чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри про-

цессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы

«сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала об-

ращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной па-

мяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обра-

щения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные про-

цессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Использование кэш-памяти позволило значительно поднять производи-

тельность компьютеров. Когда для 486-х процессоров впервые была применена технология кэширования, кэш-память располагалась на материнской плате как можно ближе к процессору. Сегодня кэш-память устанавливается «пирамидой». Самая быстрая по скорости, но самая малая по объему кэш-память первого уровня входит в состав кристалла процессора. Ее производят теми же техноло- гиями, что и регистры процессора, в результате она оказывается безумно доро- гой, но очень быстрой и, главное, надежной. Ее размер измеряется всего лишь десятками Кбайт, но она играет очень важную роль в быстродействии. Кэш- память второго уровня может располагаться на том же кристалле процессора (в этом случае она работает с частотой ядра процессора), но может распола- гаться и в отдельной микросхеме рядом с процессором (в этом случае она рабо- тает с половинной частотой ядра). Обычно объем кэш-памяти второго уровня измеряется сотнями Кбайт (128/256/512 Кбайт и т.д.). Самая большая, но и са-


мая медленная кэш-память третьего уровня. Она к процессору не относится, поскольку устанавливается на материнской плате и работает с ее частотой. Ее размеры могут достигать 1-2 Мбайт. Размер кэш-памяти первого и второго уровня очень сильно влияет на стоимость процессора. Процессоры одной моде- ли и с одной рабочей частотой могут различаться объемом кэш-памяти.

Различия между процессорами Pentium II-II1-IV и Celeron состоят главным образом в том, что у первых размеры кэш-памяти существенно больше. У процес- соров серии Хеоn, предназначенных для серверов, кэш-память еще больше. С каж- дым новым поколением процессоров кэш-память увеличивается.

Технология изготовления процессоров.Чем меньше размеры процессора, тем он быстрее, потому что меньше расстояние между элементами и электроны проходят его быстрее. Поэтому все время идут работы по разработке технологий бо-

лее плотного размещения элементов в процессорах. Одним из основных путей уменьшения размеров и соответственно увеличения плотности расположения эле- ментов в микросхеме процессора является уменьшение толщины проводников. В со-

временных процессорах нормы толщины проводников снижены до 0,18 -0,13 мкм.

В настоящий момент в экспериментальных разработках фирмы IBM элемен-

тарные микросхемы формируются в виде одной молекулы. Предполагается, что к

2005 г. изготовление процессоров, основанных на молекулярных микросхемах, бу- дет поставлено на индустриальную основу, и это произведет переворот в мик- роэлектронике.

Процессоры развиваются в соответствии с законом Мура, согласно которому производительность процессоров удваивается каждые полтора-два года. Закон соблюдается с 1965 г., но в последнее время все чаще утверждают, что производи- тельность процессоров стала возрастать быстрее.

Основные направления совершенствования процессоров:

• уменьшение размеров и увеличение плотности элементов;

• увеличение разрядности;

• параллельное исполнение команд;

• развитие системы команд;

• оптимизация кэш-памяти.

Производительность массово выпускаемых в настоящее время процессоров для IBM PC примерно соответствует следующей схеме:

Celeron < AMD Duron < Pentium III < AMD Athlon || Pentium IV

Следует иметь в виду, что процессоры AMD и Intel требуют использования разных материнских плат, поскольку устанавливаются на нее через разъемы раз- ного типа.

 





Читайте также:


Рекомендуемые страницы:


Читайте также:
Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ...
Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние...
Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (731)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.017 сек.)