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,
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-
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
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