Центральные (внутренние) устройства ПК

Вернемся к рассмотрению устройства системного блока компьютера как основного блока компьютера.

Системный блок стационарного ПК представляет собой прямоугольный каркас, в котором размещены все основные узлы компьютера:

Материнская плата

Микропроцессор

Память

Накопители на дисках

Контроллеры. Слоты (шины) расширения

Блок питания

Корпус

Порты

Кабели

Материнская (системная) плата

Так называют большую печатную плату одного из стандартных габаритов, которая несет на себе главные компоненты компьютерной системы: центральный микропроцессор, оперативную память, микросхемы поддержки, центральную магистраль, или шину, контроллер шины и несколько разъемов-гнезд (рисунок 4). Последние (часто их называют слотами, от английского slot – щель) служат для подключения к материнской плате других плат (контроллеры, платы расширения и др.) Часть слотов в исходной комплектации ПК остаются свободными.

Кроме того, на материнской плате находятся миниатюрные переключатели, с помощью которых производится настройка электрической схемы платы.

На системной плате расположены также соединители, к которым с помощью специальных кабелей подключаются дополнительные устройства.

Системная (материнская) плата является основой системного блока и определяет всю архитектуру ПК. Материнская плата – не только самая большая, но и самая главная плата в компьютере. Именно к ней подключаются все другие устройства, входящие в состав системного блока ПК.

Функции материнской платы – связь и координация действий всех устройств компьютера, передача сигнала от одного устройства к другому с помощью шины.

Одним из основных показателей материнских плат является базовый набор сверхбольших микросхем – « чипсет » ( c hipset), на которых реализована вся архитектура платы. От того, какой набор микросхем установлен на плате, напрямую зависят ее самые важные рабочие характеристики – скорость передачи данных, число поддерживаемых моделей процессоров, параметры работы с памятью и т.д.

Рисунок 4. Системная (материнская) плата

1. Слот для процессора. 2. Слоты для ОЗУ (оперативной памяти). 3-4. Разъемы для IDE-устройств (жесткий диск, CD-ROM, флоппи-дисковод). 5. Слот для видеокарты AGP. 6-7. PCi- и ISA-слоты (слоты расширения). 8. Набор контактов для соединения с кнопками и лампочками корпуса.

Микропроцессор 

Микропроцессор, иначе центральный процессор ( CPU, от англ. Central Processing Unit) – это основной рабочий компонент компьютера или главная микросхема компьютера, закрепленная на материнской плате.

Назначение микропроцессора.  Микропроцессор выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Принцип работы микропроцессора.  Микропроцессор считывает из ОЗУ байты информации, производит над ними элементарные математические и логические операции и записывает их обратно в ОЗУ. Скорость обмена информацией ОЗУ чрезвычайно высока и сравнима с быстродействием микропроцессора, который в состоянии выполнять более ста миллионов элементарных операций в секунду. Выполнение элементарных операций микропроцессор осуществляет в строгом соответствии с получаемыми из ОЗУ инструкциями (командами и программами, состоящими из команд). Иными словами, инструкциями для микропроцессора являются работающие на компьютере программы, называемые программным обеспечением.

Как устроен микропроцессор. Микропроцессор представляет собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной сверхбольшой интегральной схеме (СБИС). На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного, многоступенчатого и высокоточного технологического процесса создано несколько миллионов транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки подключения внешних выводов. В совокупности они образуют все логические блоки электронной вычислительной машины (ЭВМ): арифметически-логическое устройство, управляющее устройство, оперативное запоминающее устройство, устройства ввода-вывода.

Внешне микропроцессор выглядит (рисунки 5 и 6) как прямоугольная пластмассовая пластина размерами ~5*5*0, 5 см с многочисленными выводами (до 240). На современные высокоскоростные микропроцессоры устанавливается вентилятор, необходимый для охлаждения. Новые процессоры действительно имеют малые размеры, и с каждой новой серией они потребляют всё меньше мощности за счёт понижения питающего напряжения, но от этого они не перестают греться. И если раньше процессоры персональных компьютеров спокойно могли работать, охлаждаясь лишь пассивными радиаторами, то сегодня им требуются уже полноценные кулеры с большим радиатором и мощным вентилятором.

Кулер  (англ. cooler – охладитель) – жаргонное компьютерное название устройства – совокупности радиатора и вентилятора, устанавливаемого на электронные компоненты компьютера с повышенным тепловыделением (центральный процессор, блок питания).

Из каких устройств состоит микропроцессор. Можно условно выделить несколько важных устройств микропроцессора:

§ Собственно процессор – главное вычислительное устройство;

§ Сопроцессор – специальный блок для операций с «плавающей точкой» (или запятой). Применяется для особо точных и сложных расчетов, а также для работы с рядом графических программ. Математический сопроцессор увеличивает скорость вычислений с числами большой точности; примерно в 5-15 раз. В процессорах 486DX и PENTIUM сопроцессор уже внедрен в основной процессор.

 

Рисунок 5. Центральный микропроцессор

                                                            

Рисунок 6. Модели процессоров фирм Intel и AMD

§ Кэш-память. Во всех современных процессорах имеется кэш-память (по-английски – cache) – массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти. Тем самым заметно увеличивается общая производительность процессора.

При этом в современных процессорах кэш давно не является единым массивом памяти, как раньше, а разделен на несколько уровней.

Кэш-память первого уровня – небольшая сверхбыстрая (несколько десятков килобайт) сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов.

Кэш-память второго уровня – эта память чуть помедленнее, зато больше – от 128 до 512 килобайт. (Кэш – жаргон, «наличка», то, за чем не надо ходить далеко).

Трудно поверить, что все эти устройства размещаются на кристалле площадью не более 4 – 6 квадратных сантиметров!

Размер же отдельных логических элементов и вовсе поражает воображение – десятые доли микрона[1]! Например, в 1999 году большая часть процессоров производилась по 0, 25-микронной технологии, в 2000 г. ей на смену пришла 0, 18- и 0, 13-микронная. И ожидается, что в течение ближайшего времени плотность расположения элементов на кристалле увеличится вдвое.

Для соединения всех логических элементов используются миниатюрные металлические «дорожки». Этот своеобразный «скелет» процессора еще недавно делался из алюминия, однако в 2000 г. оба ведущих производителя процессоров перешли на новую, медную технологию.

Как правило, все эти элементы процессоров расположены на одном и том же кристалле кремния – и лишь в редких случаях кэш-память второго уровня выносится за пределы процессора. Обычно процессоры первого типа – «всё в одном» – квадратной формы (тип разъема « Сокет » – socket – гнездо). Процессоры второго типа куда более громоздки, прямоугольной формы, с разъемом для подключения к материнской плате типа « Слот » (от английского slot – щель).

Основные характеристики (параметры ) микропроцессора.

Поколения процессоров отличаются друг от друга скоростью работы, архитектурой, исполнением и внешним видом … – словом, буквально всем. Причем отличаются не только количественно, но и качественно. Так, при переходе от Pentium к Pentium II и затем – к Pentium III была значительно расширена система команд (инструкций) процессора.

За всю более чем тридцатилетнюю (с 1978 по 2009 г.г.) историю процессоров сменилось несколько поколений процессоров Intel: 8088, 286, 386, 486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium 4.

В характеристиках компьютера процессор ставят на первое место, так как он в наибольшей степени определяет производительность компьютера. Поэтому при покупке вначале выбирают именно его, а потом подбирают остальные устройства: чипсет, оперативную память, системную плату и т.д.

Модификации. В каждом поколении имеются модификации, отличающиеся друг от друга назначением и ценой. Например, в семействе  Pentium III имеются три вида процессоров – Xeon, который предназначен для работы на мощных серверах серьезных учреждений. Собственно Pentium III работает на производительных настольных компьютерах, а Celeron – на более простых домашних компьютерах. Схожая ситуация – и в конкурирующем с Intel семействе процессоров AMD. Для дорогих настольных компьютеров фирма предлагает процессоры Thuderbird (Athlon), а для недорогих домашних ПК предназначен другой процессор – Duron.

Форм-фактор. То есть – тип исполнения процессора, его «внешности» и способа подключения к материнской плате.

Сегодня в мире существуют два основных форм-фактора процессора – квадратной формы (тип разъема «сокет») и прямоугольной (тип разъема «слот»). Напомним, что на больших «слотовых» процессорах (таких, как ранние модели Pentium III или AMD Athlon) кэш-память второго уровня вынесена за пределы процессора и расположена на отдельном кристалле. В итоге процессор «разбухает» и требует для себя громоздкого корпуса. Однако большинство новых процессоров как Intel, так и AMD содержат кэш-память второго уровня прямо на процессорном кристалле – и, следовательно, исполняются в виде более компактного «сокета».

Скорость работы. У специалистов существует своя система измерения скорости работы процессора. Причем таких скоростей (измеряемых в миллионах операций в секунду – MIPS) может быть несколько – скорость работы с трехмерной графикой, скорость работы в офисных приложениях и так далее…

Не слишком удобно. Поэтому большинство пользователей, говоря о скорости процессора, подразумевают совсем другой показатель, который называется тактовой частотой.

Тактовая частота указывает, сколько инструкций, иными словами, элементарных операций (или тактов) микропроцессор выполняет в одну секунду. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц). Напомним, что герц – это одно колебание в секунду. Тактовая частота обозначается цифрой в названии процессора (например, Pentium II-233, то есть процессор поколения Pentium с тактовой частотой 233 МГц). Минимально необходимая частота для работы сегодняшнего процессора – 500 МГц. Максимальная частота для массовых процессоров в середине 2000 года превысила 1, 2 ГГц. Тактовая частота Pentium IV составляет от 2 до 3, 8 ГГц (ГГц – это гигагерц = 10⁹ Гц или 10⁶ МГц).

Кроме тактовой частоты есть еще дополнительные параметры, определяющие скорость работы процессора. Одним из наиболее важных параметров является размер кэш-памяти. Как было уже сказано, в эту память компьютер помещает все часто используемые данные, чтобы не обращаться слишком часто к более медленной оперативной памяти и жесткому диску.

Кэш-памяти в процессоре два вида. Самая быстрая – кэш-память первого уровня. Существует еще менее быстрая, но зато более объемная кэш-память второго уровня – и именно ее объемом различаются различные модификации процессоров. Так, в семействе Intel самый «богатый» кэш-памятью – мощный Xeon (2 Мбайт). У Pentium III размер кэша второго уровня почти в 10 раз меньше – 256 кбайт. А значит при работе с программами, требовательными к объему кэш-памяти, второй процессор будет работать чуть медленнее. Зато и стоимость его в два-три раза ниже: кэш-память – самый дорогой элемент в процессоре, и с увеличением ее объема стоимость кристалла возрастает в геометрической прогрессии!

Частота системной шины. Последний технологический параметр процессора, который будет рассмотрен в этой теме. Системная шина – это группа электрических соединений (проводников) для передачи данных, адресов и сигналов между различными компонентами компьютера. Иными словами, шиной называется та аппаратная магистраль, по которой бегут от устройства к устройству данные. Чем выше частота шины – тем больше данных поступает за единицу времени к процессору. Частота системной шины или разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации обрабатывается или передается за один такт, а также – сколько двоичных разрядов может быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Память

Постоянное повышение быстродействия процессоров и многозадачные операционные системы существенно поднимают требования и к другим компонентам компьютера. Важнейшим из них является память.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: