Аппаратная часть компьютера. Аппаратная часть компьютера
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
Рис.2.23.Аккумуляторная батарея Срок службы хорошей аккумуляторной батареи – не менее трех лет. К выбору материнской платы необходимо подходить продуманно, поскольку именно от нее зависит не только работа остальных устройств, но и возможность дальнейшей модернизации компьютера. Старайтесь выбирать материнскую плату, которая имеет современный чипсет. Процессор Процессор (Central Processing Unit, CPU) – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой. Процессор (рис. 2.24) представляет собой интегральную микросхему (пластину кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие его функции. Кристалл-пластинка обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырями (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).  Рис.2.24. Процессор: лицевая (слева) и оборотная (справа) стороны Процессор имеет множество характеристик, с помощью которых можно сравнивать различные модели процессоров от разных производителей. Наличие нескольких производителей влияет на разнообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться производителями. В настоящее время на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров – AMD и Intel. Вот некоторые представители этих типов: Intel Celeron, Intel Core 2 Duo, AMD Athlon, Athlon 64 X2 и др. Они отличаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием. Рынок предлагает большой выбор процессоров разной частоты, начиная с младших (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер. Выпускаются процессоры трех видов – для персональных компьютеров, для серверов и для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.). Процессоры третьего направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что важно для данного типа устройств. Быстродействие процессора зависит от многих факторов, основными из которых являются шины обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и др. Некоторые из них рассмотрены далее. Частота ядра Частота ядра – это показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Она не характеризует его быстродействие: в зависимости от конструкции ядра и его наполнения различными аппаратными блоками, ядро за один такт способно выполнять разное количество команд, поэтому бывает, что процессоры с разной частотой имеют одинаковую производительность. По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составляет 1 млрд операций в секунду. На практике этот показатель вычислить сложно, поскольку на него влияет количество выполняемых за такт операций, сложность операции, пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т.д. Шины. Этот термин следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, контроллером памяти, видеокартой, жестким диском и т.д. Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы: чем они выше, тем больше данных проходит через нее за единицу времени, а значит, больше будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, процессоры AMD имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют различную разрядность. Это связано с технологическими особенностями, поскольку не все компоненты способны функционировать с частотой самой быстрой шины. Именно здесь кроется первая и главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем скорости его работы. На самом деле все зависит от пропускной способности шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 Бит или 8 Байт информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, пропускная способность шины составит 8 Байт х 100 000 000 тактов, что равно приблизительно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше, что означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора простаивает. С другой стороны, существуют шины, например между процессором и кэш-памятью первого уровня, которые позволяют наиболее эффективно обмениваться данными, что достигается за счет их работы на одной частоте. Разрядность. Разрядность процессора определяет количество информации, которое он может обработать за один такт: чем она выше, тем больше информации он сможет обработать. Однако это не означает, что скорость процессора повышается. Разрядность влияет на объем адресуемых данных (а, соответственно, и на объем используемой оперативной памяти), хотя может повышать и скорость выполнения целочисленных операций. Разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти. Стоит отметить, что разрядность процессора не означает, что он работает именно с ней. Это просто обозначает, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды, а в то же время работать с разрядностью 80 или 128 Бит при операциях с плавающей точкой. На сегодня используются 32– и 64-разрядные процессоры. При этом если раньше 64-битные процессоры использовались только в серверных решениях, то теперь они часто встречаются в обычных компьютерах. Кэш-память. Скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков, которая зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров с целью максимально ускорить работу аппаратных блоков изобрели и внедрили кэш-память. Главное отличие кэш-памяти от оперативной памяти компьютера – скорость работы. На практике скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше скорости работы оперативной памяти, что связано с технологическим процессом их изготовления и условиями функционирования. Существует несколько типов кэш-памяти. Наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, затем – второго и третьего. Обязательными обычно являются только первые две позиции, хотя можно сделать кэш-память четвертого, пятого уровня и т.д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной. Размер кэш-памяти может быть разным – в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше второго или третьего. Кроме того, кэш-память первого уровня самая быстродействующая, поскольку работает на частоте ядра процессора. Размер кэш-памяти процессоров Intel заметно больше, чем AMD. Это связано с алгоритмом работы кэш-памяти. У процессоров AMD кэш-память имеет эксклюзивный тип, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. Кэш-память процессоров Intel может хранить повторяющиеся данные, что объясняет ее увеличенный размер. Кэш-память, как и обычная, имеет разрядность, от которой зависит ее быстродействие, поскольку большая разрядность позволяет передавать больше данных за один такт. Процессоры различных производителей работают с кэш-памятью по-разному: одни используют большую разрядность, например 256 Бит, вторые – малую, но в режиме одновременного чтения и записи. Количество ядер. Недавно на рынке процессоров появились модели, содержащие несколько ядер. В отличие от виртуальных ядер, которые предлагает технология HyperThreading, на процессорной пластине располагается несколько физических ядер. На сегодня получают распространение процессоры, у которых имеется четыре независимых ядра. Первые двухъядерные процессоры имели два независимых ядра, то есть ядра с одинаковым строением, включая кэш-память первого и второго уровня. Сегодня ядра имеют общую кэш-память второго уровня, что позволяет увеличить производительность процессора. Использование многоядерного процессора дает заметное повышение производительности компьютера. Такой процессор практически невозможно загрузить работой на 100 % из-за некоторых технологических аспектов. Это означает, что ситуация, когда приложение настолько заняло процессор, что компьютер не реагирует ни на какие действия и его приходится перезагружать с помощью кнопки Reset, не возникнет. Производительность процессора не всегда увеличивается: использование нескольких ядер подразумевает соответствующие приложения. На сегодня достаточно мало приложений, написанных с учетом многоядерности. Это означает, что обычно загружается только одно ядро. Однако многоядерность обязательно будет востребована. Маркировка. Раньше процессоры можно было легко идентифицировать по названию и тактовой частоте. Однако с появлением процессоров с разной архитектурой (разными ядрами) подобная маркировка процессоров оказалась малоэффективной. Неразберихи добавили также процессоры AMD, которые в качестве тактовой частоты используют Pentium-рейтинг, а не реальную частоту процессора. Сейчас существует определенный способ маркировки процессоров Intel, который можно расшифровать по таблице соответствий. Для процессоров AMD подобная маркировка пока не используется. Интерфейс. Этот термин означает конструкцию процессора, которая, в свою очередь, определяет особую форму процессорного слота на материнской плате. За время существования процессоров сменилось множество процессорных слотов, что было вызвано постоянным усложнением конструкции процессора и увеличением количества контактов на его пластине. Процессоры разных производителей также имеют различное количество контактов. Несколько лет назад была введена маркировка для процессоров Intel, которая сменила показатель частоты процессора на незнакомый пользователям, но понятный производителям номер. Процессоры AMD придерживаются старого способа маркировки, который включает название процессора, его Pentium-рейтинг и дополнительный код из цифр и букв, с помощью которого можно узнать о ядре, технологическом процессе, степпингах и других показателях. Система охлаждения При повышении температуры любые электронные составляющие могут выйти из строя.[5] В первую очередь это касается процессора. Современные процессоры сильно нагреваются, особенно те, которые созданы с применением устаревших технологий. Тепловыделение таких процессоров может составлять до 130 Вт. Именно поэтому важно обеспечить эффективную систему охлаждения. До недавнего времени существовал один способ охлаждения процессора – применение радиаторов. Для охлаждения радиатора использовался вентилятор. Сегодня эту проблему можно решить несколькими способами. Воздушное охлаждение применяется в 90% компьютеров. Для охлаждения процессора используется радиатор, который, в свою очередь, охлаждается закрепленным на нем вентилятором с высокой скоростью вращения. В сборке такое устройство называется кулером (рис.2.25).  Рис.2.25.Кулер Сам по себе радиатор не охлаждает процессор, а только увеличивает площадь рассеивания тепла и создает условия для эффективного прохождения воздуха, поступающего от вентилятора. Что касается материала, то наибольшой популярностью пользуются медные радиаторы, которые позволяют рассеивать тепло на 20–30 % эффективнее, чем алюминиевые. В последнее время часто используется воздушное охлаждение с применением тепловых трубок. Тепловая трубка – это герметичное устройство с теплоносителем, которое позволяет переносить тепло, используя для этого молекулярный механизм переноса пара. На практике это выглядит следующим образом. Нагретый, например, радиатором процессора теплоноситель (жидкость) тепловой трубы превращается в пар и переносится в ее холодную часть, где конденсируется и охлаждается, после чего возвращается в исходную точку. Получается замкнутый цикл и практически безупречная и вечная система. Конструкция охлаждающей системы с применением тепловых трубок может быть различной – в зависимости от количества переносимого тепла и наличия свободного места для ее организации. Однако чем больше тепловых трубок участвует в системе охлаждения, тем больше рассеивается тепла. Подобная система охлаждения, реализованная для процессора, напоминает обычный кулер, только большего размера (рис.2.26), и устанавливается, как правило, в мощные рабочие станции и серверы. Ее предпочитают любители экстремального разгона.  Рис.2.26.Кулер на основе тепловых трубок Жидкостное охлаждение применяется сравнительно давно. Существует несколько его способов. Один из них заключается в следующем. На процессор устанавливается металлический радиатор, представляющий собой теплообменник особой конструкции (рис. 2.27): металлическая трубка определенное количество раз изгибается внутри радиатора, покрывая всю его площадь. К концам трубки присоединяется водяная помпа, которая с некоторой скоростью перекачивает дистиллированную воду или другую жидкость. Холодная жидкость, протекая через трубку в теплообменнике, охлаждает его и одновременно процессор. Далее вода попадает в специальный резервуар, снабженный одним или двумя вентиляторами, где охлаждается для следующего цикла. Подбирая скорость перекачивания воды, конструкцию теплообменника и его охлаждение, можно добиться максимальной производительности системы.  |