конспект лекций. Конспект лекций по МДК 02.02 Установка и конфигурирование перифе. 3 содержание тема ведение 5
 Скачать 4.73 Mb.
|
|
Входной фильтр-выпрямитель Фильтр, состоящий из цепей, которые являются индуктивно-емкостными, и они, в свою очередь, не могут пропускать сетевые помехи в блок и не позволяют «выйти» помехам, которые являются высокочастотными, в обратном направлении. Выпрямитель помогает преобразовать напряжение сети 220V, которое является переменным, в напряжение 300V, которое является постоянным, а затем начинает подавать его на блок управления и блок ключей. Блок ключей Этот блок, который состоит из транзисторов, управляемыми (открываются или закрываются) при помощи генератора. Из-за этого входное напряжение, которое является постоянным, может преобразоваться в последовательность импульсов (отсюда мы и имеем название "импульсный блок питания"). Генератор Импульсы генератора, которые являются управляющими, открывают транзисторы, и поэтому к силовому трансформатору, на его первичную обмотку начинает поступать напряжение. Питание генератор получается с блока управления. Power On - сигнал материнской платы, из-за которого генератор может 17 выключиться (транзисторы не смогу быть открытыми, а у сигналов импульсы не смогут подаваться на блок ключей), поэтому компьютер будет переходить в спящий режим. В режиме обратной связи работает генератор, при этом он занимается получением сигналов с выходных блоков выпрямителя. Из-за изменений в данных сигналах генератор будет полностью помогать в регулировании времени состояния транзисторов блока управления, которое является открытым. Силовой трансформатор Импульсы, которые являются высокочастотными, могут подаваться с блока ключей на первичную обмотку силового трансформатора, а затем трансформатор начинает понижение входного напряжения и имеет затем уже две вторичных обмотки с напряжениями +5V и +12V. По размерам силовой импульсный трансформатор в несколько раз меньше трансформатора аналогичной мощности, который является низкочастотным. Блок выходных выпрямителей и стабилизаторов Напряжения +5V и + 12V, которые являются переменными, начинают подаваться на входы выпрямителей, формирующиеся при помощи базовых напряжений +5V; -5V; +12V; -12V. На базе канала +5V начинает формирование напряжение +3.3V. Затем эти напряжения начинают фильтроваться и стабилизироваться при помощи дросселя. Блок управления Блок дежурного напряжения (блок управления) всегда должен находиться под напряжением. Обесточивание блока можно произвести только при помощи отключения сетевого выключателя прямо на самом блоке питания, а если таковой отсутствует, то вытащить вилку сетевого шнура из розетки. Дежурное напряжение +5V STB , которое вырабатывает блок управления, начинает подаваться на материнскую плату, затем начинает обеспечение питанием генератора, включающийся (как уже говорили раньше) при помощи сигнала Power On с материнской платы. 18 2.3 Процессор персонального компьютера. 2.3.1 Принцип работы Исполнение инструкций Центральный процессор (ЦП), или CPU, или процессор ПК – это специальный чип, который выполняет все основные вычислительные операции и осуществляет обработку информации. Процессор ПК исполняет программный код – последовательность команд (инструкций), каждая из которых закодирована и размещена в памяти. В общем случае каждая команда содержит операционную и операндную части. Первая содержит сведения о действиях, которые процессор должен выполнить, а вторая указывает процессору операнды – то, над чем должен «трудится» процессор. Операндная часть описывает до двух операндов инструкции. Это могут быть значения операндов, явные или неявные ссылки на регистры процессора, хранящие операнды, адрес ячейки памяти, регистры процессора и т. д. длина инструкции выражается в байтах. Логический адрес исполняемой команды (инструкции) хранится в регистре Instruction Pointer (указатель инструкции) – счетчике команд. После исполнения значение счетчика увеличивается на длину инструкции, указывая на начало следующей инструкции. Существует два типа инструкций: - линейные. Выполняются в соответствии с их размещением в памяти по нарастанию адреса; - передачи управления. К ним относятся инструкции переходов и вызовов процедур, которые содержат адрес следующей исполняемой инструкции. Несмотря на то, что последовательность исполнения инструкций четко предписывается командным кодом, она может быть нарушена исключениями и прерываниями. Исключения – это особые ситуации, возникающие при выполнении инструкций (управляются ОС). Аппаратные прерывания представляют собой вызовы процедур по электрическим сигналам в специальных контактах процессора. Источниками аппаратных прерываний являются, например, контроллеры устройств, системы управления питанием. Кроме того, 19 последовательность инструкций может изменяться по сигналу перезапуска процессора. 2.3.2 Принцип вычислений Конструкторно процессор представляет собой пластину кремния с несколькими сотнями контактов, на которой размещается несколько миллионов транзисторов. Количество контактов определяется разъемом материнской платы. Транзисторы и контакты размещены в корпусе, на который устанавливается радиатор с вентилятором (эта конструкция называется кулером, от англ. сooler – охладитель). Принцип работы процессора состоит в следующем. Данные, с которыми работает процессор, размещаются в его регистрах (память процессора) или микрокоманде, в оперативной памяти ПК. Если информация хранится в устройствах внешней памяти, например на жестком диске, она должна быть считана в оперативную память, из нее – в кэш процессора, а уже потом в регистры процессора. Микрокоманды процессора заносят числа в его регистры, обрабатывают их, а затем выдают результат, например в оперативную память. Чтобы сложить целые числа 5 и 3, в процессор, кроме них, поступает команда «сложить числа». На выходе получается результат – целое число 8. 2.3.3. Шины процессора В основу архитектуры современных ПК положен магистрально – модульный принцип. Модульная архитектура предполагает магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами с помощью следующих шин: - данных; - адреса; - управления. Физически шины представляют собой многопроводные линии. Шина данных По этой шине данные, например считанные из оперативной памяти блоки информации, могут быть переданы процессору, а затем после обработки отправлены обратно в оперативную память для временного хранения. Основная 20 характеристика шины данных – разрядность, которая определяется разрядностью процессора (количеством двоичных разрядов, обрабатываемых за один такт). Чем выше разрядность, тем больше пропускная способность. Процессоры x486 имели 32 – разрядные шины данных, Pentium – 64 – разрядные, а Pentium III – двойные 64 – разрядные . Шина адреса Известно, что каждое устройство ПК или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Процессор выбирает устройства или ячейки памяти, в которые записывает или из которых считывает информацию по шине данных. Адрес же передается по адресной шине только в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам. Разрядность шины адреса обуславливает количество ячеек оперативной памяти с уникальными адресами, которые можно рассчитать по формуле 2 р , где р – разрядность шины адреса. Например, для 32 – разрядной шины адреса количество адресуемых ячеек памяти составляет 4 294 967 296 (2 32 ). Шина управления По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией. Сигналы управления определяют, какую операцию нужно выполнять, синхронизируют обмен информацией между устройствами и т. д. 2.3.4 Адресация Почти все время работы процессора связано с оперативной памятью, из которой извлекаются и в которую заносятся данные (операнды), подлежащие обработке. Поэтому работа разбивается на несколько этапов, а их результаты сохраняются. Для этих цепей используется собственная память процессора (регистры). Все действия по обработке данных в процессоре выполняются командами, представленными в определенном формате – комбинации размера всех полей и их расположения в команде. Команда делится на две области: - область кода операции (указывает, что вообще необходимо делать); - область адресов (операнд, с которым это надо делать). 21 Область адресов состоит из трех полей: в первых двух хранятся адреса операндов, а в третье записывается адрес результата действия над операндами. В двухадресных командах область адресов состоит из двух полей: полей адресов первого и второго операндов, а адрес результата записывается в поле адреса первого операнда. В одноадресных командах область адресов состоит из одного поля, в котором находиться адрес операнда, а адрес второго операнда и результата совпадает с сумматором. Есть и безадресные команды. Существует несколько типов адресации одного операнда: - непосредственная адресация (вместо адреса операнда в команде указывается сам операнд (целое число)); - полный, или абсолютный, тип адресации (в команде указан полный адрес ячейки, где находятся данные); - косвенная адресация (в поле адреса операнда может быть указан адрес регистра или ячейки оперативной памяти, где хранится тот же адрес, по которому можно найти ячейку с нужным операндом). Количество звеньев (или ступеней перехода) называется глубиной косвенной адресации. Для нескольких операндов, или массивов, обычно указывается адрес массива и номер (индекс) элемента. Начальный адрес указывается в команде, где также имеется поле с номером регистра, в котором находится значение индекса или номер ячейки в массиве относительно начального адреса – модификация адресов. Существует и относительная адресация, когда в регистре указан начальный адрес, в команде – адрес этого регистра и смещение относительно начального адреса. Все остальные адреса операндов получатся суммированием адреса и смещения. 2.3.5 Разрядность Первые процессорные регистры могли хранить лишь 4 – битные числа. Затем появились 8 – и 16 – битные процессоры, с появлением процессора x386 был реализован 32 – битный режим, что позволило работать с числами размерностью свыше двух миллиардов. 2.3.6 Кэш – память Это статическая память (Statiс RAM – SRAM), которая, в отличие от динамической памяти, не требует периодической регенерации (обновления). Время 22 доступа у этой памяти не более 2 нс., т. е. она может синхронно работать с процессором на частоте 500 МГц и более. Контроллер кэш – памяти находится в чипе северного моста чипсета материнской платы. В x386 процессорах кэш – память объемом 128 Кб располагалась на материнской плате. Начиная с процессоров x486, появился дополнительный кэш в процессоре, работающий на его частоте, - кэш первого уровня (Level I – LI). На материнской плате устанавливается кэш второго уровня (L2). В большинстве современных процессоров кэш LI и L2 встроены в ядро процессора. Причем если в Pentium II и Pentium III кэш второго уровня работает на половинной частоте процессора, то у Celeron, AMD K6 – III, Athlon и Pentium IV – на частоте процессора, что положительно сказывается на производительности. 2.3.7. Технологии расширения команд процессора Первой такой выделенной технологией можно считать MultiMedia eXtension (MMX) – расширение базового набора команд процессора (57 команд для обработки графики и звука). Одной командой можно обрабатывать множество данных, что существенно повышает производительность (SIMD – Single Instruction, Many Data – одна команда, много данных). При работе с ММХ – командами данные хранятся в регистрах сопроцессора, что означает невозможность выполнения операции с плавающей запятой при одновременном выполнении ММХ – программы. Кроме того, ММХ – команды предназначены только для работы с целыми числами. Из технологии SIMD вышли две конкурирующих системы для поточной обработки данных. Так, в процессоры AMD K6 – 2, кроме блока ММХ – команд, был добавлен блок 3D Now!, отвечающий за обработку трехмерных изображений. В него включено 27 новых команд для обработки чисел с плавающей запятой, и, в отличие от ММХ, 3D Now! Не поддерживает работу с процессором. В процессорах Pentium III появился универсальный мультимедийный ускоритель, работающий по принципу SIMD, но не зависящий от ядра. Это стало возможно благодаря новому блоку SSE (Streaming SIMD Extensions – поточное SIMD – расширение). В него входят 70 команд, оперирующих 8 специальными 128 23 – битными регистрами. SSE позволяет выполнять одновременные операции над содержимым двух регистров. 2.3.8. Hyper – Threading До недавнего времени повышение скорости работы процессоров связывали исключительно с увеличением их тактовой частоты и размера кэша. Но одновременное выполнение нескольких потоков также приводит к росту скорости работы процессора, причем более существенному. Именно в обработке нескольких потоков заключается суть новой технологии Hyper – Threading. Как известно, процессор оперирует набором нескольких команд, которые необходимо выполнить. Для этой цели используется счетчик команд, который указывает на ячейки памяти, где хранится следующая для исполнения команда. После каждой команды значение этого регистра увеличивается до самого завершения потока. По окончании выполнения потока в счетчик команд заносится адрес следующей подлежащей исполнению инструкции. Потоки могут прерывать друг друга, но процессор запоминает значение счетчика команд в стеке и загружает в счетчик новое значение. Общеизвестный способ решения данной проблемы состоит в использовании двух процессоров – если один процессор в каждый момент времени может выполнять один поток, то два процессора за то же время могут выполнять уже два потока. Способность распределить выполнение нескольких потоков по ресурсам компьютера называют многопоточностью. Что-то подобное многопоточности предлагает и новая технология от компании Intel под названием Hyper – Threading. Появилась она в ответ на проблему неполного использования исполнительных блоков процессора. Hyper – Threading – это название технологии одновременной многопоточности (Simultaneous Multi – Threading – SMT). Один физический процессор, по сути, эмулирует ОС как два логических. В процессоре с Hyper – Threading каждый логический процессор имеет свой набор регистров (включая и отдельный счетчик команд), а чтобы не усложнять технологию, в ней не реализуется одновременное исполнение некоторых команд в двух потоках. 2.3.9. Классический поток команд процессора 24 Когда команды извлекаются из кэша (или оперативной памяти), их необходимо декодировать и отправить на исполнение. Эти операции (получение команд, декодирование и отправка на исполнение) выполняются на препроцессоре. Из препроцессора они направляются на постпроцессор, где и выполняются. После этого результат попадает обратно в кэш (оперативную память). Как видно, весь процесс обработки команды состоит из четырех шагов, что и определяет так называемый 4 – ступенчатый процесс (конвейер). 1. Извлечение из кэша (оперативной памяти). 2. Декодирование (разборка команды). 3. Исполнение команды (применение действий). 4. Запись в кэш (оперативную память). Каждую из этих ступеней команда должна проходить ровно за один такт. Поэтому чем быстрее каждая из ступеней выполняет свои функции, тем быстрее работает весь процессор и тем выше его тактовая частота. Выполнение всех этих четырех команд определяет цикл. Большинство процессоров действительно исполняют команды за один цикл, но существуют сложные команды, для которых требуется несколько циклов. При исполнении сложных команд различные устройства задействуют собственные исполнительные конвейеры, тем самым, добавляя еще несколько ступеней к основному конвейеру процессора. Количество ступеней определяет глубину конвейера. 2.3.10. Поток команд процессора В отличие от классического варианта, когда весь конвейер состоит из четырех ступеней, в большинстве современных процессоров конвейер разбивается на семь и более ступеней (гиперконвейерная обработка), для чего требуется более высокая тактовая частота. Технология гиперконвейерой обработки предполагает удвоение длины конвейера по сравнению с предыдущей микроархитектурой Р6. например, один из основных элементов конвейера – блок предсказания ветвлений и восстановления работы – разбит на 20 тактов. В Pentium IV на ступени исполнения используется меньшее количество функциональных блоков процессора. Но каждый из них обладает более длинным и 25 более коротким конвейером. Процессор Pentium IV может одновременно выполнять на разных ступенях по 126 инструкций. Кроме того, в Pentium IV кэш первого уровня разделен и его кэш команд находится фактически на препроцессоре. Он называется кэшем с отслеживанием (trace cache) и оказывает влияние и на конвейер, и на основной поток команд. Эта кэш - память содержит декодированные команды х86 (микрокоманды), что устраняет задержку на расшифровку кодов команд. Исполнительные устройства процессора получают непрерывный поток команд, а общее время восстановления работы при неправильном предсказании ветвления существенно сокращается. В процессорах с микроархитектурой х86, таких как Pentium III или Athlon, команды поступают в декодер из кэша команд, где они разбиваются на меньшие части (микрокоманды). Эти микрокоманды применяются при внеочередном исполнении команд, исполнительное устройство выполняет их планирование, исполнение и сброс. Такое разбиение имеет место, когда процессор выполняет инструкцию. По мере выполнения препроцессором накопленных отслеживаний кэш с отслеживаниями посылает до трех микрокоманд за такт на внеочередное устройство исполнения. В этом случае команды не нужно транслировать или декодировать. И только в случае промаха кэше первого уровня (L1) препроцессор начнет выбирать и декодировать инструкции из кэша второго уровня (L2) – к основному конвейеру добавляется дополнительные 8 ступеней. Кэш с отслеживаниями работает в двух режимах: - исполнительном (execute mode); - построения отслеживающих сегментов (trace segment build mode). В режиме исполнения кэш L1 передает команды исполнительным устройствам. Когда наступает промах этого кэша, он переходит в режим отслеживающих сегментов. В этом режиме препроцессор выбирает команды из кэша L2, транслирует их в микрокоманды, создает отслеживающий сегмент, который затем перемещается в кэш с отслеживающими и далее выполняется. Кэш – память уровня L2 с улучшенной передачей данных объемом 256 Кб ускоряет обмен информацией между кэш – памятью уровня 2 и ядром процессора. 26 Улучшенная система динамического исполнения – сложное устройство предположительного исполнения, хранящие команды для исполнительных устройств. Эта система позволяет исполнительным устройствам выбирать команды из большого набора предстоящих операций. Как было отмечено выше, процессор начинает декодирование лишь в случае промаха кэша L1. Поэтому он разработан таким образом, чтобы декодировать только одну х86 – команду за такт. Так как длинный х86 – команды декодируются в 2 или 3 микрокоманды, то чтобы не засорять кэш с отслеживаниями, поступают следующим образом. Как только при создании отслеживающего сегмента кэш с отслеживаниями встречает длинную х86 – инструкцию, он вставляет в отслеживающий сегмент метку, которая указывает ячейки оперативной памяти с последовательностью микрокоманд данной инструкции. В режиме исполнения, когда кэш с отслеживаниями будет передавать поток инструкций на ступень исполнения, при попадании на такую метку он приостановит работу и на время передаст управление потоком команд микрокоду оперативной памяти. 2.3.11.Охлаждение процессоров Неизбежность нагрева По мере повышения вычислительной производительности процессоров ПК они больше потребляют электропитания и сильнее нагреваются, а следовательно, увеличивается и тепловыделение. Так, например, если для процессора Celeron значение мощности не превышало и 20 Вт, то для Pentium III, Duron это значение выросло до 30 – 40 Вт, а для Pentium IV и Athlon уже составило более 80 Вт. Если не рассеивать выделяемое тепло, то процессор перегревается и отказывается работать. Чтобы избежать этого, необходимо эффективное охлаждение. Можно выделить три технологии охлаждения, применяемые в вычислительной технике. Воздушное охлаждение Эта технология получила наибольшее распространение в мире ПК. Для охлаждения процессора на него устанавливается радиатор, а на радиатор – вентилятор. Такая комбинация приборов охлаждения называется кулером. Основные характеристики радиатора – это материал, из которого он изготовлен, а также чистота контактной поверхности между радиатором и 27 процессором. Увеличение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи достигается подбором материала радиатора. Радиаторы изготавливаются из алюминия и меди (или с добавлением меди). Из–за микроскопических неровностей между процессором и радиатором неизбежна воздушная прослойка, которая отрицательно сказывается на теплообмене между процессором и радиатором. Для этих целей применяются различные силиконосодержащие термопласты, которые улучшают передачу тепла радиатору. Типы радиаторов Самые распространенные – прессованные алюминиевые радиаторы, которые изготавливаются прессованием со сложным профилем поверхности с ребрами жесткости. «Складчатые» радиаторы изготавливаются из алюминия и меди. На пластине радиатора пайкой или с помощью теплопроводящих паст фиксируется тонкая металлическая лента, свернутая в гармошку. «Кованые» радиаторы производятся из алюминия холодной прессовкой, что позволяет выполнять поверхность радиатора в форме ребер и в виде стержней. В «составных» радиаторах поверхность создается раздельными тонкими медными пластинами, припаянными к основе радиатора. «Точеные» радиаторы производятся прецизионной механической обработкой цельных заготовок из алюминия и меди. Процессорные вентиляторы и их характеристика В процессорных кулерах в основном находят применении осевые (аксиальные) вентиляторы. Они создают воздушный поток параллельно оси вращения крыльчатки. Механическая часть вентилятора может быть построена на подшипнике скольжения, на двух подшипниках качения и на комбинированном подшипнике – один подшипник скольжения и один качения. Для вращения крыльчатки вентилятора применяется электродвигатель постоянного тока. Среди основных характеристик вентиляторов выделяют: 28 - производительность. Величина, показывающая объемную скорость воздушного потока. Выражается в кубических футах в минуту (cubic feet per minute – CFM); - скорость вращения крыльчатки. Выражается в об/мин, или rotations per minute – RPM); - уровень шума. Показывает, насколько шумным будет вентилятор в субъективном восприятии, и выражается в децибелах (дБ). Электрическое охлаждение Кулеры Пельтье основаны на явлении Пельтье, суть которого состоит в выделении или поглощении тепла на контакте двух различных проводников в зависимости от направления электрического тока. Этот эффект обнаружил французский физик Жан Пельтье, когда пропустил постоянный ток через полоску висмута, подключенную с помощью двух медных проводков. Он заметил, что соединение «медь – висмут» (ток от меди к висмуту) нагревается, другое соединение – «висмут – медь» (ток от висмута к меди) – охлаждается. Было замечено, что количество выделенной теплоты пропорционально силе тока. Такие элементы впоследствии получили название термопара, или термоэлемент. Элементы Пельтье состоят из последовательных каскадов, реализованных по принципу: горячий полюс одного элемента пластинки к холодному полюсу другого. Как выяснилось позже, данный эффект в значительной степени усиливается, если вместо металлов использовать разнородные полупроводники. Конструктивно охладитель Пельтье состоит из последовательного соединения чередующихся полупроводников n – и p – типов. При прохождении постоянного тока через такое соединение одна половина контактов n – p нагревается, другая – охлаждается. Если подать на пластинку элементов Пельтье сильный ток, то одна ее сторона (на нее выведены нагреваемые контакты) нагреется, а другая – с охлажденными контактами – охладится. Холодную сторону устанавливают на процессор, а горячую соединяют с радиатором. Водяное охлаждение 29 Принцип действия водяного (жидкостного) охлаждения подобен системе воздушного охлаждения. Необходимость циркуляции жидкости в охладителе требует наличия в нем таких элементов, как трубовод (как правило, из силикона), по которому течет охлажденная жидкость, и водяного насоса, обеспечивающего ее циркуляцию. Преимуществами такой системы являются высокое качество охлаждения и значительное снижение шума. Но в то же время возникает проблема герметичности контуров охлаждения. Термопасты Термопасты создаются на основе порошкообразных материалов, а вязких связующим в них служит силикон. В качестве порошкообразных составляющих выступают оксид цинка, нитрит алюминия и графит. Термопласты эффективно отводят тепло, если их превратить в качественную тонкую прослойку между процессором и кулером. Если придется снимать кулер, то необходимо тщательно удалить старую и нанести новую пасту. Badong Для принудительного воздушного охлаждения процессора ПК может применяться Badong в виде шланга. Один конец этого шланга подключается к кулеру на процессоре, а второй – к выдувающему вентилятору. Следует учитывать важную деталь: чтобы процессорному кулеру предоставить внешний воздух, его нужно перевернуть. 2.3.12. Разгон процессора Основания для разгона Разгон процессора, или overclocking (оверклокинг), - это процесс увеличения скорости работы процессора выше рекомендованной производителем. Что же является основанием для такого повышения производительности процессора? Ответ вытекает из того, как назначается процессору тактовая частота. После производства партии кристаллов – заготовок (обычно не менее 10 000) их подвергают тестированию на общую работоспособность. После этого, для выборки процессоров из оттестированной партии определяют, на какой максимальной тактовой частоте они будут гарантированно устойчиво работать. Если процессоры «не выдерживают» заданную частоту, их тестируют на меньшей. В соответствии с 30 результатами тестов всей партии назначается номинальная частота, которая и указывается в спецификациях, например Celeron 1,7 ГГц или Pentium IV 3,3 ГГц. Естественно, в тестированной партии процессоров могут оказаться экземпляры, обеспечивающие устойчивую работу и на большей частоте. А учитывая, что температурные условия при тестировании более жесткие, чем при работе в вентилируемом корпусе, при эффективном и интенсивном охлаждении процессора можно обеспечить нормальную работу на частоте выше номинальной. Способы разгона Сразу же нужно заметить, что разгон процессора – дело опасное, так как может привести к потере работоспособности отдельных устройств ПК. И, как правило, все, кто рассказывает о разгоне процессоров, делают обязательные приписки о том, что не несут ответственности за выход из системы пользователя строя при ее разгоне. Но в большинстве случаев процессор выходит из строя, потому что пользователь пренебрегает некоторыми общими правилами выполнения этого процесса: - разгонять процессор нужно постепенно; - ни в коем случае не пренебрегать охлаждением процессора; - после разгона процессора необходимо протестировать стабильность работы ПК с различными программами. Скорость выполнения операций процессора определяется следующим соответствием: Скорость процессора = скорость (тактовая частота) системной шины * множитель частоты Поэтому его совместную тактовую частоту можно повысить тремя способами: - увеличить множитель частоты; - увеличить скорость системной шины; - увеличить и скорость системной шины, и множитель. Алгоритм разгона. Рекомендации, выполнив которые можно разогнать процессор до нужной частоты и обеспечить стабильную работу ПК: 31 - изменяйте частоту системной шины не белее чем на 10 МГц за одну итерацию; - не изменяйте множитель частоты за одну итерацию на величину, большую единицы; - после каждого изменения параметров системы перезагружайте ПК и убеждайтесь, что Windows загружается без проблем; - дойдя до такой скорости, при которой Windows не загружается, вернитесь к предыдущему значению скорости (уменьшение скорости также проводите постепенно); - определив необходимую скорость работы процессора и, перезагрузив компьютер, проведите тестирование системы на предмет стабильной ее работы. 2.4 Материнская плата персонального компьютера Важнейшей частью и основой компьютера является материнская плата. Именно на ней расположены процессор, оперативная память, BIOS, чипсет, вспомогательные микросхемы и т. п. Материнская плата во многом определяет производительность и функциональные возможности компьютера, включая возможность модернизации. Высокие параметры материнских плат, а в конечном счете, и всей системы компьютера, достигаются за счет их постоянного совершенствования, основанного на использовании новейших компьютерных технологий. Традиционно центральным элементом, характеризующим вычислительные возможности компьютера, является процессор, подключаемый к материнской плате посредством соответствующего разъема. Наибольшее распространение нашли разъемы следующих типов: для процессоров Pentium, Pentium ММХ и аналогичных - Socket 7, для процессоров Celeron, Pentium II, Pentium III в зависимости от их исполнения - Slot 1 или Socket 370, для процессоров Pentium II Xeon, Pentium III Xeon - Slot 2, для процессоров типа AMD Athlon, AMD Duron, AMD ThunderBird - Slot А или Socket А. При этом с увеличением доли процессоров, подключаемых через разъемы типа Socket, наращивается выпуск соответствующих материнских плат. Преемственность технологий и возможность 32 модернизации компьютеров, созданных на основе материнских плат с разъемами Slot 1/Slot А, обеспечивается за счет использования соответствующих Socket- процессоров с помощью специальных плат-переходников. 2.4.1 Основные характеристики материнской платы Поддерживаемые процессоры. Каждый процессор характеризуется определенным набором параметров. Важнейшими являются тактовые частоты — внутренние и внешние, напряжение питания - одно или несколько, величины напряжений и т. д. Процессоры имеют определенные конструктивные отличия, тесно связанные с особенностям их внутренней структуры. Обычно для идентификации процессора достаточны следующие данные: фирма-изготовитель процессора; тип процессора, например Pentium, Pentium II/III, AMD Athlon и т. д.; разъем подключения (Socket 7, Slot 1, Socket 370 и т. д.); внешняя и внутренняя частота. Чипсет. В настоящее время на материнских платах используются самые разные чипсеты, которые влияют как на производительность материнской платы и ее функциональные возможности, так и на стоимость платы, а в конечном счете, на цену компьютера. Набор микросхем или чипсет, на базе которого строится материнская плата. Чипсет - самые большие (после процессора) микросхемы в компьютере, и самые большие из припаянных к материнской плате. Какие функции выполняет чипсет? Чипсет обеспечивает связь между основными узлами, расположенными на материнской плате, в первую очередь между процессором и памятью. Поэтому, естественно, от чипсета так же зависит производительность компьютера в целом, т.к. если, к примеру, чипсет медленно работает с памятью, то и система работает медленнее, нежели система с тем же процессором и памятью, но другим, более быстро работающим с памятью чипсетом. Но функция связывания всех компонентов в единую систему не единственная функция чипсета. Кроме того, современный чипсет содержит целый ряд основных, базовых контроллеров различных устройств, подключаемых к материнской плате. Контроллер дисковода (его называют FDC - Floppy Disk Controller, а сам дисковод FDD - Floppy Disk Drive), к нему можно подключить 2 дисковода; 33 Контроллер жесткого диска (контроллер принято называть IDE Controller, а жесткий диск - HDD - Hard Disk Drive), причем встроенный в чипсет контроллер поддерживает 2 порта для подключения жестких дисков, а к каждому порту можно подключить по 2 диска, т.е. к стандартной материнской плате можно подключить до 4 жестких дисков. Контроллер порта принтера (еще его называют параллельный порт или LPT порт). Как ясно из названия к этому порту подключают принтер, так же нередко в этот порт подключают сканер. Коммуникационные порты (2 шт.), говорят так же о последовательных портах, COM - портах. К этим портам может подключаться мышь, модем (устройство для связи с другими компьютерами по телефонным линиям), некоторые экзотические принтеры (обычно от мобильных компьютеров) и т.д. Контроллер клавиатуры и контроллер специального порта мыши. Разъем такого вида принято называть PS/2. Поэтому говорят о PS/2 порте мыши и клавиатуры. Контроллер Универсальной Последовательной Шины (USB, Universal Serial Bus). Это достаточно новая шина, и интересная тем, что позволяет к одному порту подключить последовательно 127 устройств! Но, при 34 этом нужно отметить, что текущая реализация USB в чипсетах обеспечивает весьма низкую скорость обмена с устройствами, но уже разработана новая версия шины USB, и в 2001 году она вероятно должна быть реализована в чипсетах. Обычно чипсет состоит из нескольких микросхем, чаще всего из двух. Эти микросхемы принято называть мостами (bridge). Одна микросхема обеспечивает связь компонентов системной платы, ее обычно называют Северным мостом (North bridge), другая микросхема называется Южным мостом (South bridge), она ответственна в первую очередь за интегрированные в чипсет контроллеры. Бывают и другие названия микросхем чипсета (Hub, хаб, но об этом, как ни будь позже). Бывают чипсеты состоящие так же из 1, 3, 4 микросхем. От чипсета, на базе, которого построена материнская плата, зависят все возможности, которые плата предоставляет. В частности тип используемого процессора, тип и количество оперативной памяти зависят в первую очередь от чипсета. Итак, ясно, что чипсет является как бы сердцем материнской платы, и, безусловно, важнейшим ее компонентом. Системные шины и частотные параметры. С помощью существующих перемычек па плате или средствами BIOS можно установить необходимые тактовые частоты процессора: внешнюю — для процессора и его шины (FSB), внутреннюю — для процессора и кэш-памяти L1, L2. Например, одни платы поддерживают 50, 60, 66 МГц, вторые — 66, 100 МГц, третьи осуществляют поддержку 100, 133 МГц. Ну а некоторые позволяют устанавливать не только стандартные частоты — это обычно 60, 66, 100,133 МГц, соответствующие рекомендованным режимам, но и дополнительные частоты, позволяющие устанавливать форсированные режимы (overclocking). Объем и тип внешней кэш-памяти (L2) для процессоров с разъемом Socket 7 . От объема и типа кэш-памяти, как известно, зависит общая производительность ПК. Большинство материнских плат имеют объем кэш-памяти 512 Кбайт с возможностью расширения до 1 Мбайт или даже до 2 Мбайт. Объем, тип и количество разъемов оперативной памяти . Большинство современных материнских плат позволяют установить как минимум память до 256 Мбайт DIMM SDRAM, а некоторые — до 1 Гбайт и даже до 1,5 Гбайт. 35 Контроллеры и адаптеры. Современные материнские платы уже включают в себя контроллеры жестких и гибких дисков, а некоторые из плат еще и аудио и видеоадаптеры. С одной стороны, это обеспечивает компактность ПК и полное отсутствие каких-либо конфликтов между устройствами. С другой стороны — сложнее выполнить модернизацию. Количество и типы разъемов (AGP, PCI, ISA, AMR) для плат контроллеров . Определяют количество и стандарт (AGP, PCI, ISA, AMR) подключения контроллеров, которые могут быть установлены в разъемы (слоты) материнской платы. Это определяет функциональные возможности ПК. Необходимое число и типы слотов зависят как от уже существующих на плате интегрированных контроллеров, так и от решаемых на ПК задач. 2.4.2 Форм-факторы материнских плат Материнские платы классифицируются по так называемому форм-фактору (Form Factor). Форм-фактор определяет не только размеры материнских плат, но и ряд специфических характеристик, определяющих их функциональные и эксплуатационные свойства. При этом каждый формат требует соответствующего корпуса и блока питания. На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат - AT, ATX, LPX и NLX. Форм-фактор АТ Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации - AT и Baby AT. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на 36 больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается. Таким образом единственные материнские платы, выполненные в форм- факторе AT, доступные в широкой продаже, это платы соответствующие форматы Baby AT. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры типа DIN5, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы. Сегодня этот формат плавно сходит со сцены. Часть фирм еще выпускает некоторые свои модели в двух вариантах - Baby AT и более новом - ATX, но это происходит все реже и реже. Не говоря уже просто об удобстве работы - так, чаще всего на Baby AT платах все коннекторы собраны в одном месте, в результате чего либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и FDD - к передней. Гнезда для модулей памяти, заезжающие чуть ли не под блок питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства MiniTower, это, мягко говоря, неудобно. Вдобавок, неудачно решен вопрос с охлаждением - воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся в охлаждении части системы - процессору. Достоинства: 1. хорошо организованная стандартизация, широко развернутое производство позволяют использовать большой выбор корпусов и блоков питания; 2. простой и дешевый в производстве дизайн. Недостатки: 1. неэффективное охлаждение современных компонентов, может возникнуть потребность в дополнительных вентиляторах; 2. расположение процессора может вызвать проблемы с установкой плат расширения большой длины, например полноразмерных — 330х120 мм; 37 3. разъемы ввода/вывода подключаются к материнской плате посредством большого числа соответствующих кабелей имеющих несколько стандартов распайки. Форм-фактор LPX Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использование в маленьких корпусах для построения дешевых PC. Задача была решена путем довольно новаторского предложения - введения стойки. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения 38 непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX оставляет 9 х 13'', для Mini LPX - 8 x 10''. Разумеется, этот форм фактор не был предназначен для широкой замены Baby AT в массовом РС: его предназначение - дешевые системы. Затем появился форм-фактор NLX, который начал вытеснять LPX. Форм-фактор АТX Неудивительно, что форм-фактор ATX во всех его модификациях стал популярным. Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена как раз на исправление всех тех недостатков, что выявились со временем у форм- фактора AT. А решение, по сути, было очень простым - повернуть Baby AT плату на 90 градусов, и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области - форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX - высокая интеграция компонентов. Вот что получилось в результате: * Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков - портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы, за счет уменьшения кабелей в комплекте. * Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов 39 для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT материнских платах порой приходится браться за отвертку. * Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысив надежность системы. * Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением - теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор. Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20- контактный разъем, вместо двух, как на AT платах. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания - включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой, и т.д. * Напряжение 3.3 В. Теперь напряжение питания 3.3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы, (взять хотя бы карты PCI) поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает. Достоинства: 1. благодаря конструкции блока питания и расположению процессора и памяти обеспечивается эффективная система охлаждения элементов; 2. легкий доступ к памяти и процессору для модернизации; 3. фиксированное расположение разъемов устройств ввода/вывода на плате, отсутствие проблем при установке. 40 Форм-фактор Micro ATX Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета Socket 7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный. Несколько неактуально не сегодняшний день, не так ли? ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чипсетами как MVP4, SiS 620, i810, и прочими готовящимися к выпуску подобными продуктами. В общем, для дешевых PC ATX - пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений в декабре 1997 года и была представлена спецификация формата micro ATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения. Достоинства: 1. меньший по сравнению с АТХ размер, уменьшающий цену платы; 2. благодаря конструкции блока питания и расположению процессора и памяти обеспечивается эффективная система охлаждения; 3. легкий доступ к памяти и процессору; 4. разъемы I/O расположены на плате, что облегчает процесс сборки и настройки; 5. в качестве корпуса и блока питания могут использоваться стандартные АТХ или меньшие по размеру Mini АТХ. Недостатки: 1. изменение размера повлекло за собой уменьшение количества слотов расширения; 41 2. сложный дизайн материнской платы, что сказывается на ее цене. Контрольные вопросы 1 Что называют системной платой и почему еѐ называют материнской? 2 Какие типы разъемов нашли наибольшее распространение? 3 Какие современные интерфейсы используются в материнских платах? 4Что называют «чипсет» и их назначение? 5 Перечислите контролеры, которые устанавливаются на материнских платах? 6 Опишите форм-фактор АТ. 7 Опишите форм-фактор LPX. 8 Опишите форм-фактор АТX. 9 Опишите форм-фактор Micro ATX. 42 2 .5 Оперативная память. Основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками компьютера. ОП содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначено для приема, хранения и выдачи информации и представляет собой самую быстродействующую запоминающую систему компьютера. Оперативная намять обозначается RAM (Random Access Memory — память с Произвольным доступом). Процессор имеет возможность выполнять программы только после того, как они загружены в оперативную рабочую память, т.е. и память, доступную для программ пользователя. CPU имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти, а к внешней памяти (на гибких или жестких дисках) — через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти. Работа программ, загруженных с внешнего носителя, возможна только после того, как она будет скопирована в RAM. Однако оперативная намять имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что она временная, т.е. при отключении питания оперативная память полностью очищается. При этом данные, не записанные на внешний носитель, будут утеряны. Основная задача RAM — предоставлять необходимую информацию в виде двоичных кодов по запросам CPU, т.е. данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Существует два типа ОЗУ: статическое и динамическое. Статическое ОЗУ (Static RAM, SRAM) конструируется с использованием D-триггеров. Информация в ОЗУ сохраняется на протяжении всего времени, пока к нему подается питание: секунды, минуты, часы и даже дни. Статическое ОЗУ работает очень быстро. Обычно время доступа составляет несколько наносекунд. По этой причине статическое ОЗУ часто используется в качестве кэш-памяти второго уровня. В динамическом ОЗУ (Dynamic RAM, DRAM), напротив, триггеры не используются. Динамическое ОЗУ представляет собой массив ячеек, каждая из 43 которых содержит транзистор и крошечный конденсатор. Конденсаторы могут быть заряженными и разряженными, что позволяет хранить нули и единицы. Поскольку электрический заряд имеет тенденцию исчезать, каждый бит в динамическом ОЗУ должен обновляться (перезаряжаться) каждые несколько миллисекунд, чтобы предотвратить утечку данных. Поскольку об обновлении должна заботиться внешняя логика, динамическое ОЗУ требует более сложного сопряжения, чем статическое, хотя этот недостаток компенсируется большим объемом. Поскольку динамическому ОЗУ нужен только 1 транзистор и 1 конденсатор на бит (статическому ОЗУ требуется в лучшем случае6 транзисторов на бит), динамическое ОЗУ имеет очень высокую плотность записи (много битов на одну микросхему). По этой причине основная память почти всегда строится на основе динамических ОЗУ. Однако динамические ОЗУ работают очень медленно (время доступа занимает десятки наносекунд). Таким образом, сочетание кэш- памяти на основе статического ОЗУ и основной памяти на основе динамического ОЗУ соединяет в себе преимущества обоих устройств. Конструктивно оперативная память выполняется и виде модулей микросхем, что позволяет дополнять объем оперативной памяти, которая используется не только в ПК, но и в самых разных периферийных устройствах— от видеокарт до лазерных принтеров. Микросхемы оперативной памяти и этом случае могут принадлежать к разным модификациям, но все они относятся к типу динамической оперативной памяти(DRAM). Синхронные динамические ОЗУ (Synchronous DRAM, SDRAM). Синхронное динамическое ОЗУ управляется одним синхронизирующим сигналом. Данное устройство представляет собой гибрид статического и динамического ОЗУ. Основное преимущество синхронного динамического ОЗУ состоит в том, что оно исключает зависимость микросхемы памяти от управляющих сигналов. ЦП сообщает памяти, сколько циклов следует выполнить, а затем запускает эти циклы. Каждый цикл на выходе дает 4, 8 или 16 бит в зависимости от количества выходных строк. Устранение зависимости от управляющих сигналов приводит к увеличению скорости передачи данных между ЦП и памятью. 44 Следующим этапом в развитии памяти SDRAM стала память DDR (Double Data Rate — передача данных с двойной скоростью). DDR SDRAM (от англ. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных) — тип компьютерной памяти используемой в вычислительной технике в качестве оперативной и видеопамяти. При использовании DDR SDRAM достигается удвоенная скорость работы, нежели в SDRAM, за счѐт считывания команд и данных не только по фронту, как в SDRAM, но и по спаду тактового сигнала. За счѐт этого удваивается скорость передачи данных без увеличения частоты тактового сигнала шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). |