Компьютерное оборудование(hard)

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ «Компьютерное оборудование» Выполнил:Никоненко Е.В. 10б Проверил: Плюхин И.А. Челябинск 2003 Процессоры Основой ПК является центральное процессорное устройство(ЦПУ,

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ «Компьютерное оборудование»

Выполнил:Никоненко Е.В. 10б

Проверил: Плюхин И.А.

Челябинск 2003

Процессоры

Основой ПК является центральное процессорное устройство(ЦПУ,

CPU) или просто процессор. Процессор – это микросхема, которая вставляется в специальный разъем(slot1 или socket), и служит для обработки информации и двух видов операций: числовые операции и операции с плавающей точкой. Также в процессоре находится кэш память L1(level 1) и L2(level 2). Она используется для ускорения доступа к данным, находящимся в оперативной памяти. Процессор имеет ряд характеристик: тактовая частота ядра, частота системной шины, множитель.

Ниже, вкратце, будут рассмотрены процессоры от Intel 8088 до Intel Pen-

tium 4, а также процессоры фирмы AMD.

В первых ПК IBM PC класса XT использовались процессоры Intel 8088(в документациях пишут – i8088)

За период с 1981 по 1995 гг. сменилось четыре поколения процессоров: на смену i8088 пришел i80286, затем i80386, и, наконец, процессор i80486, или, как его называют проще, - 486-й. Всю линию этих процессоров стали назы-

вать линией i80x86. Производительность процессоров удваивалась примерно каждые два года.

Процессор следующего(пятого) поколения должен был называться i80586,

однако ему придумали симпатичное имя – Pentium.

Следующим шагом вперед стал выпуск в начале 1997 года процессора Pen-

tium MMX(или P55). В нем впервые реализован новый набор из 57 команд MMX(MultiMedia eXtention – мультимедийное расширение). Эти процессоры изготовлены по 0,35-микронной технологии(«технология производства», чем меньше этот показатель, тем лучше – больше частота процессора и меньше тепловыделение.). Изменилось напряжение питания: у ядра процессора оно уменьшилось до 2,8 В, а у его периферийных цепей осталось прежним – 3,3 В. Соответственно потребовались изменения в конструктивах материнских плат – требовалась установка дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэша L1 – 32 Кбайт. «Посадочная панель» для Pentium MMX – Socket 7.

В 1995 году на рынок вышло шестое поколение процессоров. И первым процессором стал Pentium Pro. Он появился осенью 1995 года. В нем впервые корпорация Intel применила кэш L2, объединенный на одном кристалле с яд-

ром и оперирующий на частоте процессора. Выпускался Pentium Pro как по 0,50-, так и по 0,35-микронной технологии. Размер кэша L2 доходил до 2048 Кбайт. Значения частоты системной шины: 60 и 66 МГц. Установочный разъем – Socket 8.

Pentium II

В мае 1997 года появился процессор Pentium II – представитель семейства P6/

6x86. Он отличался от Pentium Pro наличием блока MMX. Первые PII изготов-

лялись по 0,35 мкм технологии, но затем шаг уменьшился до 0,25 мкм.Конструк

ция PII своеобразна: напоминает плату расширения, на которой отдельно смон-

тированы интегральные микросхемы с ядром процессора(кристалл процессора) и кэш-памятью L2.

Процессор PII соединяется с системным блоком специальным соединителем SEC1. Саму процессорную плату называют SECC(Single Edge Connector Cartridge). Ответной частью для соединителя SEC1 является разъем Slot 1, похо-

жий на разъем шины расширения. Под картриджем, закрывающим микросхемы, имеется термопластина. Она прижата к обоим чипам: процессора и кэш L2. К ней крепится вентилятор.

Фирма Intel присваивает различным модификациям PII служебные кодовые имена. Ниже будут представлен революционный процессор Celeron и два пред-

ставителя этой линейки.

Celeron – это семейство недорогих процессоров, изготовляемых с кэшем

L2 или без него. До настоящего времени выпускались или выпускаются Coving-

ton, Mendocino, Dixon.

1. Covington – первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutes по 0,25 мкм технологии. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэша L2 и защитного картриджа. Тактовая частота: 266-300МГц, частота системной шины 66 МГц, кэш L1 – 32 Кбайт. Физический интерфейс – Slot 1.

2. Dixon – следующий этап в истории Celeron. Это недорогой процессор, в первую очередь ориентированный на применение в портативных ком-

пьютерах. Технология – 0,25 мкм. Объем кэша L1 – 32 Кбайт, L2-256 Кбайт. Тактовая частота – от 300 до 500 МГц, частота системной шины – 66 МГц.

Pentium III

Процессор Pentium III(PIII) отличается от PII прежде всего наличием блока Streaming SIMD Extensions – потоковое расширение SIMD(Single Instruction, Ma-

ny Data – одна инструкция, много данных). Pentium III может выполнять 70 но-

вых инструкций SSE(иногда называемых MMX2). Выпускается по 0,18 и 0,13 мкм технологии. Ниже приводятся два процессора семейства Pentium III:

1.Coppermine – процессор Pentium III, сделанный на базе технологической нормы 0,18 мкм. Кэш L2 интегрирован с процессором на одном кристалле, имеет объем 128-256 Кбайт. Тактовая частота – от 600 МГц и выше. Наряду с мо

дификациями FSB133(частота FSB равна 133 МГц), продаются и FSB100. Соеди

нительная панель – Slot 1.

2.Coppermine FC-PGA 370 – дешевый вариант Coppermine, рассчитанный на использование в материнских платах с разъемом Socket 370 и частотой системной шины 100 МГц. По существу, это замена Pentium II в цепочке Celeron – Pentium II – Pentium III. С точки зрения Intel, Coppermine - это Pentium III с соответствующими характеристиками.

Pentium IV

Процессор основан на ядре Willamette. Выпускается с частотами от 1,3 до 2 ГГц и производится по технологической норме 0,18 мкм. Кэш L1 имеет объем 8 Кбайт, кэш L2 – 256 Кбайт. Системная шина Quad-Pumped работает на частоте 400 МГц. В набор дополнительных инструкций входят MMX, SSE и SSE2.

К описанию процесса появления Pentium IV на рынке подходит выражение «хотели как лучше, а получилось как всегда». Процессор получился совсем не

таким, как обещали пресс-релизы Intel. Из-за того, что ядро P4 получилось слиш

ком большим, инженеры Intel приняли решение «пустить под нож» некоторые не слишком важные, по их мнению, части. Таким образом, была ампутирована половина кэша L1 и L2. Само собой, такая операция не прошла бесследно, и ито

говая производительность P4 оказалась значительно меньше ожидаемой. Тем не менее, Pentium IV является одним из самых быстрых процессоров на сегодняш-

ний день.

AMD

Основным конкурентом Intel на рынке процессоров является фирма American Micro Devices (AMD).

Чтобы можно было сравнивать процессоры разных производителей, нужны стандартизированные тестирования, ставящие испытуемые образцы в одинако-

вые условия. Показателем качества является результат сравнения производитель

ности испытуемого образца с процессором Pentium определенной частоты. Эту тактовую частоту и берут за основу так называемого P-рейтинга (PR-рейтинг). Если, например, для процессора К5 получен рейтинг PR-166, это гарантирует, что данный процессор не медленнее процессора Pentium 166, хотя тактовая час-

тота у AMD, может быть и меньше 166 МГц. Какой же процессор покупать? Все зависит от толщины кошелька (AMD дешевле) и от предпочтений пользова-

теля.

1. Процессор К5 – первый процессор AMD, который вступил в конкуренцию с Intel. Частота системной шины составляет от 50 до 66 МГц. Кэш L1 – 24 Кбайт, кэш L2 расположен на материнской плате, работает на частоте системной шины. Известны следующие версии процессора К5, выполненные по технологии с шагом 0,6 мкм: К5-75, К5-90, К5-100 (здесь PR-рейтинг соответствовал частоте процессора). Лучшие характеристики получены для процессора К5, выполненных по технологии с шагом 0,35 мкм и имевших переработанное ядро. Тактовая частота от 90 до 115 МГц. Разъем – Socket 7.

2. К7-Athlon. Создавая Athlon, разработчики предложили рынку свой вариант платформы для IBM PC-совместимых компьютеров. В марте 2000 г. этим процессором был преодолен барьер частоты 1 ГГц (чуть раньше Pentium III). Кэш L1 – 128 Кбайт, кэш L2 – от 512 Кбайт до 8 Мбайт. Частота системной шины – от 200 до 400 МГц и выше. Разъем – Slot A или Socket 462.

3. К7 – Duron – ответ AMD на Intel Celeron. Кэш L2 – 192 Кбайт, расположенного на кристалле процессора. Частота FSB – до 200 МГц. Работает в материнских платах, оборудованных специальным 462-контактным разъемом Socket A.

Оперативная память

Без ОЗУ (RAM) работа ПК невозможна. Обильная оперативная память делает доступными сложные мультимедийные программы. Увеличение ОЗУ может вселить в стареющий ПК новую жизнь, удовлетворив запросы прожорливых программ и увеличив производительность ПК в большей степени, нежели заме-

на ЦПУ или видеоадаптера.

Оперативная память компьютера состоит из основной (набирается модулями па-

мяти на материнской плате), кэш памяти L2, чипов памяти на платах расшире-

ния, памяти BIOS. Основной объем оперативной памяти приходится, разумеется

на основную память. Поэтому, когда говорят «микросхемы ОЗУ», имеют в виду как раз те самые модули, из которых формируется основная память. О ней далее и пойдет речь.

На материнских платах первых IBM PC устанавливались отдельные микро-

схемы памяти. Сейчас микросхемы ОЗУ размещают блоками на специальных мо

дулях памяти – небольших платах с многочисленными контактами, расчитанны-

ми на установку в щелевидные разъемы (слоты) материнской платы. Будучи вставленными в слоты, модули попадают под управление контроллера памяти, расположенного на материнской плате. Такт взаимодействия с ячейками памяти задается тактовой частотой материнской платы. Чем выше частота, тем быстрее должны происходить операции записи и считывания данных.

Оперативная память энергозависима. При выключении питания записанные в ОЗУ данные исчезают. В современных ПК используют динамическое ОЗУ (DRAM – Dynamic Random Access Memory). Память этого типа приходится периодически регенерировать, чтобы информация сохранялась. В это время ячейки памяти не доступны для операций с данными. Для памяти статической регенерация не требуется, поэтому статическая память быстрее динамической. Память динамического типа используют для построения основной памяти, ста-

тическую – для кэша L2.

Модули ОЗУ бывают разных типов:

1. SIMM(Single inline memory module) – модуль памяти с односторонними контактами.

2. DIMM(Dual inline memory module) – модуль памяти с двухсторонними контактами.

А) SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory).

Б) DDR SDRAM(Double Date Rate Synchronous Dynamic Access Memory).

3. RIMM(Rambus inline memory module) – 168-контактный модуль памяти RDRAM повышенной (1,6 Гбайт/с) пропускной способности (используя 16-битную шину, эта память передает информацию по обоим фронтам тактового импульса, то есть фактически удваивает частоту работы).

Память в ПК сгруппирована в банки памяти. Так называют минимальный блок памяти, с которым компьютер становится работоспособным. Наращивают ОЗУ, полностью заполняя отдельные банки памяти.

Модули DIMM обычно строятся на базе микросхем синхронной динамической памяти (SDRAM). Синхронная память требует подачи тактовых импульсов с ма-

теринской платы, поэтому длительность всех операций задается тактами шины памяти. Процессор выставляет адрес памяти и может переключаться на другую задачу. Это дает некоторое повышение производительности.

Память SDRAM характеризируется периодом тактовых импульсов (или часто-

той) тактовых импульсов. Если системная плата имеет тактовую частоту менее 100 МГц, то для нее подойдут модули SDRAM c периодом тактовых импульсов 10 наносекунд. Для широко распространенных модулей спецификации PC100 и PC133 этот параметр – 10 и 7 нс. Рабочая частота модулей памяти, отвечающих

спецификациям PC100 и PC133, увеличена соответственно до 100 и 133 МГц, что обеспечивает пропускную способность 0,8 Гбайт/с и 1,064 Мбайт/с.

Память DDR SDRAM работает вдвое быстрее обычной SDRAM за счет обра-

ботки информации как по фронту, так и по срезу тактового сигнала. Модули DDR SDRAM устанавливаются в специальные слоты на материнской плате типа DIMM. Пропускная способность DDR памяти может составлять 2,1 Гбайт/с при частоте 266 МГц и 1,6 Гбайт/с при частоте 200 МГц.

Чипсеты – наборы микросхем.

Желая приобрести материнскую плату, прежде всего интересуются ее электри-

ческими характеристиками и конструктивными особенностями. Электрические характеристики определяются набором управляемых микросхем – чипсетами. Конструктивные особенности плат характеризуются форм-фактором.

Одним из крупнейших разработчиков и производителей чипсетов является Intel.Появление процессоров Pentium стимулировало разработку новых чипсетов

Для Pentium-60 предназначался чипсет Mercury(1993 г.), ныне ушедший в исто-

рию, за ним следовал 82430NX (Neptune, 1994 г.). По своим характеристикам Neptune был ориентирован на профессиональные применения. Однако быстрое развитие процессоров Pentium выявило потребность в чипсетах, ориентирован-

ных на массового потребителя.

В начале 1996 года корпорация пошла навстречу производителям компьютеров и одновременно решила разделить рынки SOHO(Small Office/Home Office) и корпоративных применений – миру были представлены новые наборы чипсетов: 82430VX и 82430HX. В наборе 82430HX реализована поддержка многопроцес-

сорных систем, памяти с исправлением единичной ошибки(ЕСС), улучшены характеристики взаимодействия процессора с кэш-памятью – все это важно для построения серверов и профессиональных рабочих станций. В наборе 82430VX эти функции отсутствовали, зато он получился дешевле.

Однако вскоре 82430VX начал отставать от темпов появления большего числа новинок, ориентированных на рынок мультимедийных машин. В результате ему на смену пришел набор 82430TX, который был разработан прежде всего для повышения производительности мультимедийных компьютеров с процессорами Pentium MMX.

Затем пришла эпоха процессоров с разъемами Slot 1 и Socket 370. Основные чипсеты для них – это ныне устаревающий Intel 440BX, новомодный Intel 820 и альтернативный VIA Apollo Pro133A.

Чипсет i440BX был первым чипсетом, имеющим 100-мегагерцовую системную шину. Но многие современные возможности чипсет не поддерживает. Так, основной проблемой, связанной с его применением, является отсутствие поддержки частоты FSB 133 МГц. В качестве замены i440BX компания Intel вы-

пустила чипсет i820, построенный на новой основе. Поскольку i820 изначально разрабатывался под процессоры с ядром Coppermine, вполне естественно, что им поддерживается 133-мегагерцовая процессорная шина. Также в i820 введена поддержка режима AGP 4x, обеспечивающего вдвое более высокую скорость передачи данных по шине AGP (1056 Гбайт/с). Незабытым остался и протокол UltraDMA/66.

Таким образом в i820 реализован широкий перечень возможностей. С одним

«но». Это «но» - поддерживаемая память. При разработке чипсета основной упор был сделан на память RDRAM. Обмен данными в RDRAM идет по обоим фронтам сигнала (с удвоенной частотой). Результата таков – память в i820 рабо-

тает на частоте 400 МГц, частота передачи данных составляет 800 МГц. В итоге пропускная способность шины памяти составляет (при 16-разрядной шине данных) 1,6 Гбайт/с (800 Мбайт/с для PC100 SDRAM). Но структура RDRAM та

кова, что время доступа здесь примерно вдвое больше, чем для SDRAM. Плюс дорогая цена RDRAM.

Такое положение дел с ценой и доступностью RDRAM заставило Intel искать выход. Поскольку поддержка SDRAM в i820 предусмотрена не была, компания разработала специальный контролер-конвертор обращений по каналу Rambus(архитектура RDRAM) к памяти SDRAM – MTH(Memory Translator Hub)

Его устанавливают на системную плату. Однако этот контролер, называемый хабом, поддерживает только PC100 SDRAM, то есть независимо от частоты сис-

темной шины память работает всегда на частоте 100МГц. Плюс к этому трансля

ция запросов, выполняемая MTH, также требует времени. Все это приводит к драматически низкой скорости работы i820 c SDRAM. Именно такое решение – использование i820 «с хабом» и памятью типа PC100 SDRAM и предлагает сейчас Intel как основное.

Типоразмеры(форм-фактор)

Имеются четыре основные типоразмера материнских плат – АТ (baby AT), ATX, LPX и NLX. Производство AT (карта была неудобная в обслуживании), LPX не получил большего распространения из-за малого количества слотов на плате, а вот самым популярным на сегодняшний день являются материнские платы форм-фактора ATX. Рассмотрим ее поподробнее:

1. На плате интегрированы разъемы портов ввода-вывода. Если контроллеры портов ввода-вывода монтируют непосредственно на системных платах, вполне естественным выглядит решение расположить на них и разъемы портов. Это заметно уменьшает количество соединительных проводов внутри корпуса.

2. Стали доступнее гнезда модулей памяти. Они переехали дальше от слотов плат расширения, от процессора и блока питания.

3. Уменьшилось расстояние между платой и дисководом. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам.

4. Слоты процессора и плат расширения разнесены. Гнездо процессора перенесено с передней части платы на заднюю, ближе к блоку питания. Это позволяет устанавливать в слоты полноразмерные платы – процессор им не мешает.

5. Напряжение питания 3,3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы, подводится от блока питания. В АТ-платах для его получения требовался преобразователь, устанавливаемый на материнской плате. В АТХ-платах необходимость в нем отпала.

Жесткие диски ( HDD )

Типичный дисковод жестких дисков состоит из гермоблока и платы электрони-

ки. В гермоблоке размещены все механические части, на плате вся управляющая

электроника. В гермоблоке установлен шпиндель с одним или несколькими дис-

ками («блинами»). Диски изготовлены из алюминия и покрыты тонким слоем окиси хрома. Сбоку шпинделя находится поворотный позиционер(подобен крану со стрелой-коромыслом). С одной стороны коромысла располодены обращенные к дискам легкие магнитные головки, а с другой – короткий хвостик с обмоткой электромагнитного привода. При поворотах коромысла позиционера головки совершают движение по дуге между центром и периферий дисков. Под «блинами» расположен двигатель, который вращает их с большой скоростью. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует по периметру гермоблока. Пыль губительна для поверхности дисков, поэтому блок герметизирован, воздух в нем постоянно очищается фильтром. Для вырав-

нивания давления воздуха внутри и снаружи в крышках гермоблоков делаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой.

Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подачи в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться в соответствующую сторону с соответству

ющим ускорением. Динамически изменяя ток в обмотке, можно устанавливать позиционер в любое положение.

При вращении дисков аэродинамическая сила поддерживает головки на неболь

шом расстоянии от поверхности дисков. Головки никогда не соприкасаются с той зоной поверхности диска, где записаны данные. На хвостике позиционера обычно располодена так называемая магнитная защелка – маленький постоян-

ный магнит, который при крайнем внутреннем положении головок притягивает-

ся к поверхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так на-

зываемое парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь с нею. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

К гермоблоку через специальные разъемы подключается съемная плата электро

ники. На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с програм-

мой, рабочее ОЗУ, которое обычно используется в качестве дискового буфера, цифровой сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработ

ки считанных сигналов и интерфейсная логика.

Подключение

Современные материнские платы имеют встроенный адаптер IDE, содержащий два канала, к каждому из которых можно подключить два IDE-устройства. Одно из устройств должно быть сконфигурировано при помощи контактных перемычек (джамперов) как «master» (ведущее), а другое – как «slave»(ведомое). Как установить перемычки, обычно показано на рисунках на корпусе «харда» или в технической документации.

IDE-устройства другого типа (CD-ROM,ZIP и др.) лучше подключать ко второму IDE-каналу.

Современные BIOS по умолчанию сами определяют наличие и свойства IDE-дисководов, однако иногда случается, что функция автоопределения не срабаты

вает. В этом случае параметры дисковода вводят вручную.

Содержание:

1. Процессоры стр. 1

Pentium II стр. 1

Pentium III стр. 2

Pentium IV стр. 2

AMD стр. 3

2. Оперативная память стр. 3

3. Чипсеты – наборы микросхем стр. 5

Типоразмеры стр. 6

4. Жесткие диски стр. 6

Подключение стр. 7

5. Список литературы стр. 8

Список литературы:

1. Ю. Новиков и А. Черепанов «Персональные компьютеры» учебный курс.

2. Журнал «Игромания» № 10(49) 2001