Аппаратное обеспечение современных компьютеров

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Информационное обеспечение, программирование
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    272,84 Кб
  • Опубликовано:
    2012-10-26
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Аппаратное обеспечение современных компьютеров

Курсовая работа

тема

Аппаратное обеспечение современных компьютеров

План

Вступление

. Внутренние устройства ПК

.1.Микропроцессор

.2 Кэш память

.3 Оперативная память

.4 Контроллеры и адаптеры

.5 Видеоадаптер

.6 Жесткий диск

.7 Внутренний динамик

.8 Звуковая карта

1.9 Устройства лазерной записи

1.9.1 Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM)

.9.2 Устройство однократной записи CD-R

.9.3 Устройство многократной записи CD-RW

1.9.4 Устройство многократной записи DVD-RW

1.10 Накопители на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках)

.11 BIOS (Basic Input - Output System) система материнской платы

Внешние устройства ПК

.1 Клавиатура

.2 Мышь

.3 Джойстик

.4 Монитор

.5 Принтер

.6 Сканер

.7. Плоттер

.8 Дигитайзер

.9. Модем

.10 Источник бесперебойного питания (ИБП)

Заключение.

Список использованной литературы.

Вступление

Слово «компьютер» означает «вычислитель». Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно.

В настоящее время индустрия производства компьютеров и программного обеспечения является одной из наиболее важных сфер экономики развитых и развивающихся стран. Причины стремительного роста индустрии персональных компьютеров:

. невысокая стоимость;

. сравнительная выгодность для многих деловых применений;

. простота использования;

. возможность индивидуального взаимодействия с компьютеров без посредников и ограничений;

. высокие возможности по переработке, хранению и выдаче информации;

. высокая надежность, простота ремонта и эксплуатации;

. возможность расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров;

. наличие программного обеспечения, охватывающего практически все сферы человеческой деятельности, а также мощных систем для разработки нового программного обеспечения.

Мощность компьютеров постоянно увеличивается, а область их применения постоянно расширяется. Компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет миллионам людей легко обмениваться информацией с компьютерами, находящимися в любой точке земного шара.

Так что же представляет собой это уникальное человеческое изобретение?

Первый признак, по которому разделяют компьютеры, - платформа. Можно выделить две основные платформы ПК:

Если снять корпус системного блока и посмотреть внутрь, то можно увидеть детали, соответствующее следующей схеме архитектуры ПК:

Данная схема является примером внутренней «начинки» компьютера, естественно, что при наличии или отсутствии тех или иных устройств схема изменится. Однако есть устройства, которые в любом случае установлены на современном персональном компьютере. О них-то и пойдёт дальнейший разговор.

1. Внутренние устройства ПК

1.1 Микропроцессор

Самым главным элементом в компьютере, его «мозгом» является микропроцессор - электронная схема, выполняющая все вычисления и обработку информации. Скорость его работы во многом определяет быстродействие компьютера. А началось всё с появлением скромной по своим возможностям микросхемы Intel 4004 - первого микропроцессора, созданного в 1971г. командой во главе с талантливым изобретателем, доктором Тедом Хоффом.

Изначально эта микросхема предназначалась для микрокалькуляторов и была изготовлена по заказу японской фирмы. К счастью для всех нас, фирма эта обанкротилась. С этого момента и началась эпоха персональных компьютеров. Прошло несколько десятилетий. Ученые выявили закономерность, назвав её «законом Мура»: ЕЖЕГОДНО МОЩНОСТЬ МИКРОПРОЦЕССОРОВ УДВАИВАЕТСЯ!

На первый взгляд процессор это просто выращенный по специальной технологии кристалл кремния. Однако камешек этот содержит в себе множество отдельных элементов - транзисторов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Процессор состоит из нескольких важных деталей: собственно процессора - «вычислителя» и сопроцессора - специального блока для операций с «плавающей точкой» (или запятой).

Применяется сопроцессор для особо точных и сложных расчётов, а также для работы с рядом графических программ.

Американская компания AMD официально представила новые 64-разрядные процессоры для настольных компьютеров Athlon 64 FX-55 и Athlon 64 4000+. Чипы изготавливаются по нормам 130-нанометровой технологии и оснащаются 1 Мб кэш-памяти второго уровня. Как отмечается в пресс-релизе, кристаллы Athlon 64 FX-55 ориентированы на использование, прежде всего, в мощных мультимедийных системах, тогда как процессоры Athlon 64 4000+ позиционируются в качестве базы для создания решений бизнес-класса.

Процессор Athlon 64 FX-55 работает на тактовой частоте 2,6 ГГц, тактовая частота чипов Athlon 64 4000+ составляет 2,4 ГГц.

Чипы Athlon 64 FX-55 и Athlon 64 4000+ позволяют работать как со стандартными 32-разрядными приложениями, так и с 64-битными программами. Кристаллы поддерживают технологию Cool’n’Quiet, предназначенную для снижения уровня шума при работе компьютера, а также антивирусную защиту EVP (Enhanced Virus Protection) для работы которой потребуется операционная система Microsoft Windows XP Service Pack 2 или Windows XP Media Center Edition.

Стали известны очередные подробности о планах Intel. Так, прояснилась ситуация с выходом двухъядерных процессоров Smithfield, которые будут объединять в себе два 0,09 мкм ядра, каждое из которых будет иметь 1 Мб кэша второго уровня. Таким образом, общая кэш-память будет составлять 2 Мб. Процессоры будут иметь поддержку не только антивирусной технологии Intel EDB (Execute Disable Bit, бит защиты от выполнения), но 64-битные расширения EM64T. Модельный ряд процессоров Smithfield будет представлен тремя моделями: - частота 2,8 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и EM64T; - частота 3,0 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и EM64T и Enhanced SpeedStep; - частота 3,2 ГГц, 2 Мб кэша, шина 800МГц, LGA 775, поддержка XD и EM64T и Enhanced SpeedStep;

Примечательно, что только старшие модели будут иметь поддержку технологии Enhanced SpeedStep, позволяющие динамически менять частоту процессора в зависимости от выполняемой задачи.

Также немного прояснилась ситуация с выходом процессоров Intel Pentium 6XX.

Каждое ядро двуядерных процессоров AMD Opteron и Intel Montecito, будет иметь свою собственную кэш-память. Это следует из заявления Камерона Макнэйри, исследователя корпорации Intel, и Мариуса Эверса, сотрудника AMD.

Использование нескольких ядер в одном процессоре позволяет повысить вычислительную мощность чипа при одновременном ограничении потребляемой им энергии. Ранее предполагалось, что кристаллы Intel Itanium нового поколения (кодовое название Montecito) получат 24 Мб общей кэш-памяти. Теоретически, наличие единого кэша увеличивает объем данных, к которым может обращаться процессорное ядро. Однако разделение кэшей существенно упрощает работу по проектированию кристаллов и, соответственно, сокращает время, необходимое для вывода конечных продуктов на рынок.

Вероятнее всего, каждое ядро Montecito будет оснащено 1 Мб кэша второго уровня и 12 Мб кэша третьего уровня. Впоследствии эти кэши могут быть объединены. Аналогично намерена поступить и компания AMD.

Следует заметить, что раздельные кэши для различных ядер использует и компания Sun в своих чипах UltraSparc IV.

1.2 Кэш память

В качестве элементной базы основной памяти в большинстве ЭВМ используются микросхемы динамических ОЗУ, на порядок уступающие по быстродействию центральному процессору. В результате, процессор вынужден простаивать несколько периодов тактовой частоты, пока информация из ИМС памяти установится на шине данных ЭВМ. Если же ОП выполнить на быстрых микросхемах статической памяти, стоимость ЭВМ возрастет весьма существенно.

Экономически приемлемое решение этой проблемы возможно при использовании двухуровневой памяти, когда между основной памятью и процессором размещается небольшая, но быстродействующая буферная память или кэш-память. Вместе с основной памятью она входит в иерархическую структуру и ее действие эквивалентно быстрому доступу к основной памяти. Использование кэш-памяти позволяет избежать полного заполнения всей машины быстрой RAM памятью. Обычно программа использует память какой либо ограниченной области, храня нужную информацию в кэш-памяти, работа с которой позволяет процессору обходиться без всяких циклов ожидания. В больших универсальных ЭВМ, основная память которых имеет емкость порядка 1-32 Гбайт, обычно используется кэш-память емкость 1-12 Мбайт, т.е. емкость кэш-память составляет порядка 1/100-1/500 емкости основной памяти, а быстродействие в 5-10 раз выше быстродействия основной памяти. Выбор объема кэш-памяти - всегда компромисс между стоимостными показателями ( в сравнении с ОП ) и ее емкостью, которая должна быть достаточно большой, чтобы среднее время доступа в системе, состоящей из основной и кэш-памяти, определялось временем доступа к последней. Реальная эффективность использования кэш-памяти зависит от характера решаемых задач и невозможно определить заранее, какой объем ее будет действительно оптимальным.

Не всякая кэш-память равнозначна. Большое значение имеет тот факт, как много информации может содержать кэш-память. Чем больше кэш-память, тем больше информации может быть в ней размещено, а следовательно, тем больше вероятность, что нужный байт будет содержаться в этой быстрой памяти. Очевидно, что самый лучший вариант - это когда объём кэш-памяти соответствует объёму всей оперативной памяти. В этом случае вся остальная память становится не нужной. Крайне противоположная ситуация - 1 байт кэш-памяти - тоже не имеет практического значения, так как вероятность того, что нужная информация окажется в этом байте, стремится к нулю.

Кэш-память, состоящая из m слов, сохраняет копии не менее, чем m-слов из всех слов основной памяти. Если копия, к адресу которой был выполнен доступ ЦП, существует в кэш-памяти, то считывание завершается уже при доступе к кэш-памяти. Отметим, что использование кэш-памяти основывается на принципах пространственной и временной локальности. В случае пространственной локальности основная память разбивается на блоки с фиксированным числом слов и обмен данными между основной памятью и кэш-памятью выполняется блоками. При доступе к некоторому адресу центральный процессор должен сначала определить содержит ли кэш-память копию блока с указанным адресом, и если имеется, то определить, с какого адреса кэш-памяти начинается этот блок. Эту информацию ЦП получает с помощью механизма преобразования адресов.

В зависимости от способа размещения данных основной памяти в кэш-памяти существует три типа кэш-памяти:

-    кэш с прямым отображением (размещением);

-         полностью ассоциативный кэш;

          множественный ассоциативный кэш или частично-ассоциативный.

Кэш с прямым отображением (размещением) является самым простым типом буфера. Адрес памяти однозначно определяет строку кэша, в которую будет помещен блок информации. При этом предполагается, что оперативная память разбита на блоки и каждому такому блоку в буфере отводится всего одна строка. Это простой и недорогой в реализации способ отображения. Основной его недостаток - жесткое закрепление за определенными блоками ОП одной строки в кэше. Поэтому, если программа поочередно обращается к словам из двух различных блоков, отображаемых на одну и ту же строку кэш-памяти, постоянно будет происходить обновление данной строки и вероятность попадания будет низкой

Кэш с полностью ассоциативным отображением позволяет преодолеть недостаток прямого, разрешая загрузку любого блока ОП в любую строку кэш-памяти. Логика управления выделяет в адресе ОП два поля: поле тега и поле слова. Поле тега совпадает с адресом блока ОП. Для проверки наличия копии блока в кэш-памяти, логика управления кэша должна одновременно проверить теги всех строк на совпадение с полем тега адреса. Ассоциативное отображение обеспечивает гибкость при выборе строки для вновь записываемого блока. Принципиальный недостаток этого способа - в необходимости использования дорогой ассоциативной памяти.

Множественно-ассоциативный тип или частично-ассоциативный тип отображения - это один из возможных компромиссов, сочетающий достоинства прямого и ассоциативного способов. Кэш-память ( и тегов и данных) разбивается на некоторое количество модулей. Зависимость между модулем и блоками ОП такая же жесткая, как и при прямом отображении. А вот размещение блоков по строкам модуля произвольное и для поиска нужной строки в пределах модуля используется ассоциативный принцип. Этот способ отображения наиболее широко распространен в современных микропроцессорах.

Отображение секторов ОП в кэш-памяти.

Данный тип отображения применяется во всех современных ЭВМ и состоит в том, что вся ОП разбивается на секторы, состоящие из фиксированного числа последовательных блоков. Кэш-память также разбивается на секторы, содержащие такое же количество строк. Расположение блоков в секторе ОП и секторе кэша полностью совпадает. Отображение сектора на кэш-память осуществляется ассоциативно, те любой сектор из ОП может быть помещен в любой сектор кэша. Таким образом, в процессе работы АЛУ обращается в поисках очередной команды к ОП, в результате чего, в кэш загружается( в случае отсутствия там блока, содержащего эту команду), целый сектор информации из ОП, причем по принципу локальности, за счет этого достигается значительное увеличение быстродействия системы.

Смешанная и разделенная кэш-память.

Внутренняя кэш-память использовалась ранее как для инструкций(команд), так и для данных. Такая память называлась смешанной, а ее архитектура - Принстонской, в которой в единой кэш-памяти, в соответствии с классическими принципами фон Неймана, хранились и команды и данные.

Сравнительно недавно стало обычным разделять кэш-память на две - отдельно для инструкций и отдельно для данных.

Преимуществом смешанной кэш-памяти является то, что при заданном объеме, ей свойственна более высокая вероятность попаданий, по сравнению с разделенной, поскольку в ней автоматически устанавливается оптимальный баланс между инструкциями и данными. Если в выполняемом фрагменте программы обращения к памяти связаны, в основном, с выборкой инструкций, а доля обращений к данным относительно мала, кэш-память имеет тенденцию заполнения инструкциями и наоборот.

С другой стороны, при раздельной кэш-памяти, выборка инструкций и данных может производиться одновременно, при этом исключаются возможные конфликты. Последнее особенно существенно в системах, использующих конвейеризацию команд, где процессор извлекает команды с опережением и заполняет ими буфер или конвейер.

Так, например, в процессоре Intel® 486 DX2 применялась смешанная кэш-память,

В Intel® Pentium® и в AMD Athlon™ с их суперскалярной организацией - раздельная. Более того, в этих процессорах помимо кэш-памяти инструкций и кэш-памяти данных используется также и адресная кэш-память. Этот вид кэша используется в устройствах управления памятью, в том числе для преобразования виртуальных адресов в физические.

Благодаря использованию нанотехнологий, для снижения потребляемой мощности, увеличения быстродействия ЭВМ( что достигается сокращением времени обмена данными между процессором и кэш-памятью) существует возможность, а более того имеются реальные примеры того, что кэш-память реализуют в одном кристале с процессором. Такая внутренняя кэш-память реализуется по технологии статического ОЗУ и является наиболее быстродействующей. Объем ее обычно составляет 64-128 Кбайт, причем дальнейшее увеличение ее объема приводит обычно к снижению быстродействия из-за усложнения схем управления и дешифрации адреса.

Альтернативой, широко применяемой в настоящее время, является вторая (внешняя) кэш-память большего объема, расположенная между внутренней кэш-памятью и ОП. В этой двухуровневой системе кэш-памяти, внутренней памяти отводится роль первого уровня L1, а внешней - второго L2. емкость L2 обычно на порядок и более выше, чем L1, а быстродействие и стоимость ниже. Память второго уровня также строится обычно как статическое ОЗУ. Емкость ее может составлять от 256 Кбайт до 1 Мбайта и технически реализуется как в виде отдельной микросхемы, однако может размещаться и на одном кристалле с процессором.

Самые современные процессоры от крупнейших производителей оснащаются сегодня кэш-памятью емкостью у Intel Pentium 4 на ядре Northwood - 512 Кбайт кэш-памяти L2, а процессоры Prescott будут выпускаться по 0,09-микронной технологии и получат кэш-память второго уровня удвоенного объема, который составит 1 Мбайт. Intel продолжает широко рекламировать свой "экстремальный" игровой процессор Pentium 4 Extreme Edition на основе модифицированного серверного ядра Gallatin с тактовой частотой 3,40 ГГц и кэш-памятью третьего уровня объемом 2 Мбайта. Она дополняет стандартный нортвудовский кэш L2 512 Кбайт и тоже работает на частоте ядра процессора (правда, с большей раза в два латентностью). Таким образом, в сумме новый Pentium 4 Extreme Edition имеет кэш-память объемом 2,5 Мбайт.

Дополнительная кэш-память третьего уровня ведет начало от серверных процессоров Xeon MP на 0,13-микронном ядре Gallatin и не имеет ничего общего с грядущим 90-нанометровым Prescott, однако этот кристалл (ядро) все же немного переработали с целью поддержки системной шины 800 МГц, уменьшения энергопотребления и др. и упаковали в стандартный корпус от текущих Pentium 4. В свою очередь AMD Athlon 64 и AMD Opteron работающие на более высокой частоте 2200 МГц, производятся по 0,13-микронной технологии (SOI) и содержат 105,9 млн. транзисторов и отличаются от предшествующих Athlon XP новым ядром с 64-битными возможностями вычислений (наряду с улучшенными 32-битными на базе прежнего ядра Athlon XP), кэш-памятью второго уровня объемом 1 Мбайт (причем кэш у Атлонов инклюзивный, то есть полный объем с учетом 128 Кбайт L1 составляет 1152 Кбайт).

При доступе к памяти, ЦП сначала обращается к кэш-памяти первого уровня. При промахе производится обращение к кэш-памяти второго уровня. Если информация отсутствует и в L2, производится обращение к ОП, и соответствующий блок заносится сначала в L2, а затем и в L1. Благодаря такой процедуре, часто запрашиваемая информация может быть легко восстановлена из кэш-памяти второго уровня.

Потенциальная экономия за счет применения L2 зависит от вероятности попаданий как в L1, так и L2. Однако, опыт Intel и AMD показывает, что использование кэш-памяти второго уровня существенно улучшает производительность. Именно поэтому во всех проанонсированых производителями новейших версиях процессоров применяется двухуровневая и даже трехуровневая организация кэш-памяти.

В настоящее время процессор AMD Athlon является самым быстрым процессором в мире. Процессор имеет следующие особенности:

Микроархитектура: Особенность процессора AMD Atlon™ - это девятипоточная суперскалярная архитектура оптимизованная для высоких частот. AMD Athlon™ содержит девять исполняемых потоков: три для адресных операций, три для целочисленных вычислений, и три для выполнения команд x87 .

Сводная таблица по объемам, принципам организации и тактовым частотам кэш-памяти у процессоров от Intel и AMD:


1.3 Оперативная память

: Определение

Аббревиатура SDRAM расшифровывается как Synchronous Dynamic Random Access Memory - синхронная динамическая память с произвольным доступом. Остановимся подробнее на каждом из этих определений. Под «синхронностью» обычно понимается строгая привязка управляющих сигналов и временных диаграмм функционирования памяти к частоте системной шины. Вообще говоря, в настоящее время изначальный смысл понятия синхронности становится несколько условным. Во-первых, частота шины памяти может отличаться от частоты системной шины (в качестве примера можно привести уже сравнительно давно существующий «асинхронный» режим работы памяти DDR SDRAM на платформах AMD K7 с чипсетами VIA KT333/400, в которых частоты системной шины процессора и шины памяти могут соотноситься как 133/166 или 166/200 МГц). Во-вторых, ныне существуют системы, в которых само понятие «системной шины» становится условным - речь идет о платформах класса AMD Athlon 64 с интегрированным в процессор контроллером памяти. Частота «системной шины» (под которой в данном случае понимается не шина HyperTransport для обмена данными с периферией, а непосредственно «шина» тактового генератора) в этих платформах является лишь опорной частотой, которую процессор умножает на заданный коэффициент для получения собственной частоты. При этом контроллер памяти всегда функционирует на той же частоте, что и сам процессор, а частота шины памяти задается целым делителем, который может не совпадать с первоначальным коэффициентом умножения частоты «системной шины». Так, например, режиму DDR-333 на процессоре AMD Athlon 64 3200+ будут соответствовать множитель частоты «системной шины» 10 (частота процессора и контроллера памяти 2000 МГц) и делитель частоты памяти 12 (частота шины памяти 166.7 МГц). Таким образом, под «синхронной» операцией SDRAM в настоящее время следует понимать строгую привязку временных интервалов отправки команд и данных по соответствующим интерфейсам устройства памяти к частоте шины памяти (проще говоря, все операции в ОЗУ совершаются строго по фронту/срезу синхросигнала интерфейса памяти). Так, отправка команд и чтение/запись данных может осуществляться на каждом такте шины памяти (по положительному перепаду - «фронту» синхросигнала; в случае памяти DDR/DDR2 передача данных происходит как по «фронту», так и по отрицательному перепаду - «срезу» синхросигнала), но не по произвольным временным интервалам (как это осуществлялось в асинхронной DRAM).

Понятие «динамической» памяти, DRAM, относится ко всем типам оперативной памяти, начиная с самой древней, «обычной» асинхронной динамической памяти и заканчивая современной DDR2. Этот термин вводится в противоположность понятия «статической» памяти (SRAM) и означает, что содержимое каждой ячейки памяти периодически необходимо обновлять (ввиду особенности ее конструкции, продиктованной экономическими соображениями). В то же время, статическая память, характеризующаяся более сложной и более дорогой конструкцией ячейки и применяемая в качестве кэш-памяти в процессорах (а ранее - и на материнских платах), свободна от циклов регенерации, т.к. в ее основе лежит не емкость (динамическая составляющая), а триггер (статическая составляющая).

Наконец, стоит также упомянуть о «памяти с произвольным доступом» - Random Access Memory, RAM. Традиционно, это понятие противопоставляется устройствам «памяти только на чтение» - Read-Only Memory, ROM. Тем не менее, противопоставление это не совсем верно, т.к. из него можно сделать вывод, что память типа ROM не является памятью с произвольным доступом. Это неверно, потому как доступ к устройствам ROM может осуществляться в произвольном, а не строго последовательном порядке. И на самом деле, наименование «RAM» изначально противопоставлялось ранним типам памяти, в которых операции чтения/записи могли осуществляться только в последовательном порядке. В связи с этим, более правильно назначение и принцип работы оперативной памяти отражает аббревиатура «RWM» (Read-Write Memory), которая, тем не менее, встречается намного реже. Заметим, что русскоязычным сокращениям RAM и ROM - ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) и ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), соответственно, подобная путаница не присуща.

Микросхемы SDRAM: Физическая организация и принцип работы

Общий принцип организации и функционирования микросхем динамической памяти (DRAM) практически един для всех ее типов - как первоначальной асинхронной, так и современной синхронной. Исключение составляют разве что экзотические варианты, тем не менее, существовавшие еще до появления SDRAM, вроде Direct Rambus DRAM (DRDRAM). Массив памяти DRAM можно рассматривать как матрицу (двумерный массив) элементов (строго говоря, это понятие относится к логическому уровню организации микросхемы памяти, рассмотренному в следующем разделе, но его необходимо ввести здесь для наглядности), каждый из которых содержит одну или несколько физических ячеек (в зависимости от конфигурации микросхемы), способных вмещать элементарную единицу информации - один бит данных. Ячейки представляют собой сочетание транзистора (ключа) и конденсатора (запоминающего элемента). Доступ к элементам матрицы осуществляется с помощью декодеров адреса строки и адреса столбца, которые управляются сигналами RAS# (сигнал выбора строки - Row Access Strobe) и CAS# (сигнал выбора столбца - Column Access Strobe).

Из соображений минимизации размера упаковки микросхемы, адреса строк и столбцов передаются по одним и тем же адресным линиям микросхемы - иными словами, говорят о мультиплексировании адресов строк и столбцов (упомянутые выше отличия в общих принципах функционирования микросхем DRDRAM от «обычных» синхронных/асинхронных DRAM проявляются, в частности, здесь - в этом типе микросхем памяти адреса строк и столбцов передаются по разным физическим интерфейсам). Так, например, 22-разрядный полный адрес ячейки может разделяться на два 11-разрядных адреса (строки и столбца), которые последовательно (через определенный интервал времени, см. раздел «Тайминги памяти») подаются на адресные линии микросхемы памяти. Одновременно со второй частью адреса (адреса столбца) по единому командно-адресному интерфейсу микросхемы SDRAM подается соответствующая команда (чтения или записи данных). Внутри микросхемы памяти адреса строки и столбца временно сохраняются в буферах (защелках) адреса строки и адреса столбца, соответственно.

Важно заметить, что с динамической матрицей памяти связан особый буфер статической природы, именуемый «усилителем уровня» (SenseAmp), размер которого равен размеру одной строки, необходимый для осуществления операций чтения и регенерации данных, содержащихся в ячейках памяти. Поскольку последние физически представляют собой конденсаторы, разряжающиеся при совершении каждой операции чтения, усилитель уровня обязан восстановить данные, хранящиеся в ячейке, после завершения цикла доступа (более подробно участие усилителя уровня в цикле чтения данных из микросхемы памяти рассмотрено ниже).

Кроме того, поскольку конденсаторы со временем теряют свой заряд (независимо от операций чтения), для предотвращения потери данных необходимо периодически обновлять содержимое ячеек. В современных типах памяти, которые поддерживают режимы автоматической регенерации (в «пробужденном» состоянии) и саморегенерации (в «спящем» состоянии), обычно это является задачей внутреннего контроллера регенерации, расположенного непосредственно в микросхеме памяти.

Схема обращения к ячейке памяти в самом общем случае может быть представлена следующим образом:

. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес строки. Наряду с этим подается сигнал RAS#, который помещает адрес в буфер (защелку) адреса строки.

. После стабилизации сигнала RAS#, декодер адреса строки выбирает нужную строку, и ее содержимое перемещается в усилитель уровня (при этом логическое состояние строки массива инвертируется).

. На адресные линии микросхемы памяти подается адрес столбца вместе с подачей сигнала CAS#, помещающего адрес в буфер (защелку) адреса столбца.

. Поскольку сигнал CAS# также служит сигналом вывода данных, по мере его стабилизации усилитель уровня отправляет выбранные (соответствующие адресу столбца) данные в буфер вывода.

. Сигналы CAS# и RAS# последовательно дезактивируются, что позволяет возобновить цикл доступа (по прошествии промежутка времени, в течение которого данные из усилителя уровня возвращаются обратно в массив ячеек строки, восстанавливая его прежнее логическое состояние).

Так выглядела реальная схема доступа к ячейке DRAM в самом первоначальном ее варианте, реализованном еще до появления первых реально используемых микросхем/модулей асинхронной памяти типа FPM (Fast Page Mode) DRAM. Тем не менее, нетрудно заметить, что эта схема является достаточно неоптимальной. Действительно, если нам требуется считать содержимое не одной, а сразу нескольких подряд расположенных ячеек, отличающихся только адресом столбца, но не адресом строки, то нет необходимости каждый раз подавать сигнал RAS# с одним и тем же адресом строки (т.е. выполнять шаги 1-2). Вместо этого, достаточно удерживать сигнал RAS# активным на протяжении промежутка времени, соответствующего, например, четырем последовательным циклам чтения (шаги 3-4, с последующей дезактивацией CAS#), после чего дезактивировать сигнал RAS#. Именно такая схема применялась в асинхронной памяти типа FPM DRAM и более поздней EDO (Enhanced Data Output) DRAM. Последняя отличалась опережающей подачей адреса следующего столбца, что позволяло достичь меньших задержек при операциях чтения.

В современных микросхемах SDRAM схема обращения к ячейкам памяти выглядит аналогично. Далее, в связи с обсуждением задержек при доступе в память (таймингов памяти), мы рассмотрим ее более подробно.

Модули памяти: Микросхема SPD

Еще до появления первого типа синхронной динамической оперативной памяти SDR SDRAM стандартом JEDEC предусматривается, что на каждом модуле памяти должна присутствовать небольшая специализированная микросхема ПЗУ, именуемая микросхемой «последовательного обнаружения присутствия» (Serial Presence Detect, SPD). Эта микросхема содержит основную информацию о типе и конфигурации модуля, временных задержках (таймингах, см. следующий раздел), которых необходимо придерживаться при выполнении той или иной операции на уровне микросхем памяти, а также прочую информацию, включающую в себя код производителя модуля, его серийный номер, дату изготовления и т.п. Последняя ревизия стандарта SPD модулей памяти DDR2 также включает в себя данные о температурном режиме функционирования модулей, которая может использоваться, например, для поддержания оптимального температурного режима посредством управления синхронизацией (регулированием скважности импульсов синхросигнала) памяти (так называемый «троттлинг памяти», DRAM Throttle). Более подробную информацию о микросхеме SPD и о том, как выглядит ее содержимое можно получить в нашей статье «SPD - схема последовательного детектирования», а также в серии наших исследований модулей оперативной памяти.

1.4 Контроллеры и адаптеры

Предложенный в конце 80-х годов интерфейс ATA (AT Attachment), известный также под названием IDE (Integrated Drive Electronics) очень быстро завоевал широкую популярность среди производителей и пользователей персональных компьютеров. Основными причинами быстрого и широкого распространения нового интерфейса послужили невысокая цена устройств, простота их установки и эксплуатации, а также высокий уровень совместимости устройств IDE. Спецификация АТА уступает по скорости обмена с дисками и ряду других параметров интерфейсу SCSI, однако для большинства пользователей производительность играет меньшую роль, по сравнению с совместимостью, простотой и стоимостью устройств.

АТА

Первоначальная версия стандарта IDE обеспечивала возможность подключения к компьютеру четырех винчестеров и позволяла обмениваться данными с диском на скорости до 10Мбайт/сек, однако реальная скорость ограничивалась прежде всего возможностями самого винчестера. Подключение четырех устройств, предусмотренное спецификацией IDE, в компьютерах семейства IBM PC AT, в спецификации ATA/IDE реализовано не было. Кроме того, совместное использование стандарта ATA и программного интерфейса Int 13 BIOS ограничивало размер дисковых устройств 528Мб. Природу этого ограничения, связанную с форматами чисел, используемых для адресации головок, секторов и цилиндров винчестера (CHS-адрес) в стандарте IDE и BIOS, можно понять из приведенной ниже таблицы и рисунка 3, иллюстрирующего взаимодействие операционной системы с диском IDE.

Как работает ATA(-2)?

Для понимания базовых концепций работы современных дисков ATA требуется сначала разобраться с основами технологии работы дисков. Когда операционная система читает данные с диска или записывает их, BIOS выдает команды и передает их винчестеру. Для операционных систем, отличающихся от DOS, ОС обычно заменяет функции BIOS своими встроенными функциями, но принцип работы от этого не меняется.

Способы передачи команд, их интерпретации, отклика на них и т. п. формируют основу Advanced ATA. Существуют 7 регистров (Task File), которые BIOS использует для чтения/записи при создании команд. Восьмой регистр используется для чтения и записи данных. Сигналами чтения/записи управляет BIOS, но их тактирование определяется контроллером и спецификациями ATA, задающими скорость отклика на те или иные сигналы. Существует 4 режима программируемого ввода/вывода (Programmed Input/Output - PIO) и 3 режима прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA). Скорость передачи (transfer rate) определяется быстротой работы регистров и частотой тактирования операций чтения/записи.

Что такое режимы PIO?

Режим программируемого ввода-вывода (PIO) определяет скорость обмена данными с винчестером. В самом медленном режиме (PIO mode 0) продолжительность цикла данных не превышает 600 нс. В каждом цикле осуществляется перенос 16 бит. Один сектор, содержит 256 слов (16 бит = 1 слово); 2048 секторов составляют 1 мегабайт. Простой расчет

цикл 1 сектор 1 Мегабайт 2000

* ---- * ------ * -------- = 3.3Mбайт/сек

нс 256 слов 2048 сект. 600нс

показывает скорость обмена данными. Таким образом, максимальная скорость обмена в режиме 0 может составлять 3.3 мегабайта в секунду.

В таблице 5 приведен список параметров для остальных режимов:

Таблица 5


Режимы ATA-2 (3 и 4) используют аппаратное управление потоком данных (IORDY). Это означает, что диск может использовать линию IORDY для замедления контроллера при необходимости. Контроллеры, не поддерживающие IORDY, могут приводить к потере данных при использовании быстрых режимов PIO; в этом случае следует использовать менее скоростные режимы. При получении команды Identify Drive диск возвращает, наряду с другими параметрами, информацию о поддерживаемых режимах PIO и DMA [Эти параметры можно определить с помощью программы WDTBLCHK.EXE, которую вы можете найти на приложенной к книге дискете.] .

Что такое режимы DMA?

DMA (прямой доступ к памяти - Direct Memory Access) означает,что данные передаются непосредственно между диском и памятью без использования процессора, в отличие от PIO. В многозадачных системах, подобных OS/2 или Linux, режим DMA оставляет процессор свободным в процессе обмена с диском и позволяет использовать его для решения других задач. При работе в DOS/Windows процессор вынужден ждать окончания обмена с диском, поэтому использование режимов DMA в этом случае не столь эффективно.

Существует два различных типа прямого доступа к памяти: DMA и busmastering DMA. Стандартный DMA использует установленный на системной плате контроллер DMA для выполнения арбитража запросов задач, захвата шины и передачи данных. В случае busmastering DMA, перечисленные операции выполняются контроллером. Безусловно, это увеличивает стоимость контроллера.

К несчастью, в системах ISA используются старые и медленные контроллеры DMA, неэффективные при работе с современными дисками. Платы VLB не могут использовать режим DMA и должны быть busmastering DMA.

Использование обычного режима DMA возможно только с контроллерами EISA и PCI: для EISA тип 'B' будет обеспечивать скорость обмена 4MB/s, для PCI тип 'F' от 6 до 8MB/s. Сегодня качественная программная поддержка DMA достаточно редка, как и контроллеры, поддерживающие DMA.

Возможные режимы DMA перечислены в таблице 6.

Таблица 6.


Отметим, что некоторые контроллеры способны использовать эти режимы DMA как способ обмена с диском без реального прямого доступа к памяти. В таких случаях режимы DMA используются просто как дополнение к режимам PIO.

1.5 Видеоадаптер

Видеоадаптер включает в себя видеопамять, в которой хранится изображение, отображаемое на экране монитора, постоянное запоминающее устройство, в котором записаны наборы шрифтов, отображаемые видеоадаптером в текстовых и графических режимах, а также функции BIOS для работы с видеоадаптером. Кроме того, видеоадаптер содержит сложное управляющее устройство, обеспечивающее обмен данными с компьютером, формирование изображения и выполняющее некоторые другие действия.

Видеоадаптеры могут работать в различных текстовых и графических режимах, различающихся разрешением, количеством отображаемых цветов и некоторыми другими характеристиками.

Сам видеоадаптер не отображает данные. Для этого к видеоадаптеру необходимо подключить монитор. Изображение, создаваемое компьютером, формируется видеоадаптером и передается на монитор для предоставления ее конечному пользователю.

Видеоадаптер CGA можно использовать с композитными мониторами (обычными цветными или черно-белыми бытовыми телевизорами), а также со специальными цифровыми цветными мониторами.

Затем прогресс пошел по пути увеличения разрешающей способности и количества одновременно отображаемых цветов. Были созданы видеоадаптеры EGA и VGA. Видеоадаптер EGA уже мог отображать 16-цветную графическую информацию с разрешением 640х350 пикселов, а VGA - даже с разрешением 800х600 пикселов. Кроме того, в видеоадаптере VGA появился графический режим с разрешением 320х200 пикселов при возможности одновременного отображения 256 различных цветов.

С видеоадаптером EGA можно было использовать либо цветной монитор, либо улучшенный цветной монитор. К видеоадаптерам VGA нужно подключать специальные многочастотные аналоговые мониторы.

Однако с появлением операционной системы Windows требования к видеоподсистеме компьютера многократно возросли. Ни видеоадаптер EGA, ни видеоадаптер VGA не обеспечивают необходимой разрешающей способности и количества одновременно отображаемых цветов. Поэтому многие фирмы приступили к выпуску собственных расширенных версий видеоадаптера VGA. Они получили общее название SVGA (Super VGA). Видеоадаптеры SVGA не являются устоявшимся стандартом, наподобие EGA и VGA. Различные фирмы выпускают адаптеры SVGA, имеющие различные возможности. При этом они не всегда совместимы друг с другом.

Появились видеоадаптеры SVGA, которые работают в режимах High Color и True Color. В режиме High Color видеоадаптер может одновременно отображать на экране 32768 или 65536 различных цветов. Режим True Color еще более многоцветный. В этом режиме видеоадаптер может одновременно отображать более чем 16,7 миллионов различных цветов. Качество изображения, достигаемое такими видеоадаптерами (при условии использования с ними соответствующих мониторов), почти не уступает качеству цветных слайдов.

Способность видеоадаптера отображать большое количество цветов с высоким разрешением тесно связана с объемом его видеопамяти. Чем больше объем видеопамяти адаптера, тем больше цветов он сможет отобразить и тем выше будет разрешающая способность.

Видеопамять адаптера CGA имела объем всего 16 Кбайт. На современных адаптерах устанавливают как минимум 256 Кбайт памяти. Такого объема видеопамяти достаточно для отображения 16 различных цветов при разрешении 800х600 пикселов. Режимы с большим разрешением или с большим количеством цветов недоступны.

Radeon HD4770 CrossFire - low-end

Применение связок из нескольких видеокарт или видеочипов для ускорения обработки трехмерной графики началось довольно давно, задолго до появления ныне известных нам CrossFire и SLI-технологий в современной реализации. Вначале такие конфигурации использовались лишь профессионалами, для узкого круга задач с применением специального ПО. Затем они постепенно перекочевали в hi-end нишу массового рынка благодаря компании 3dfx interactive и ее технологии SLI (впоследствии NVIDIA купила 3dfx со всем ее “приданым”), затем подключилась ATI со своими двухчиповыми решениями Fury MAXX. Но это было тогда. Нынешняя реализация технологии CrossFire и SLI существенно опередила своих предшественников. Цена, эффективность и отлаженность современных мультичиповых технологий достаточно хороши, чтобы ставить такие связки и в домашние компьютеры, для повседневного использования. Сегодня речь пойдет о технологии ATI CrossFireX и ее реализации на примере Radeon HD4770.

Видеокарта Inno3D iChill GeForce 9800 GT с кулером FreezerX

По сведениям от сотрудников сетевого ресурса Expreview, компания InnoVISION Multimedia Limited (Inno3D) подготовила к выпуску новую и очень оригинальную по исполнению версию графического адаптера NVIDIA GeForce 9800GT, которая войдёт в популярную среди заядлых геймеров продуктовую линейку iChill Series.

1.6 Жесткий диск

Перпендикулярная запись, гибридные накопители и прочие технологии

В сентябре этого года жесткому диску исполнилось пятьдесят лет. Внушительный возраст! За полвека винчестеры эволюционировали из монстров размером с двухстворчатый шкаф, весом более тонны и емкостью 5 Мб в сверхвысокотехнологичные устройства, которые могут уместиться в 0.8-дюймовом форм-факторе или хранить до 1 Тб информации.

Направление эволюции


С момента появления первых жестких дисков и до недавних пор совершенствование винчестеров в основном двигалось в одном направлении - в сторону увеличения плотности записи просто методом масштабирования. Естественно, во время этого процесса с жесткими дисками происходило множество других технологических изменений, но все они носили скорее вторичный характер. Вполне возможно, эволюция протекала бы в подобном ключе и до сегодняшнего дня, однако в дело вмешалась сама природа, поставив на пути дальнейшего роста плотности записи так называемый эффект супермагнетизма. компьютер диск жесткий лазерный

Чтобы вникнуть в суть этого явления, для начала следует вспомнить, не вдаваясь в тонкости, каким образом данные хранятся на винчестере. Итак, магнитный слой диска состоит из несчетного количества областей-доменов диаметром несколько нанометров, в каждом из которых магнитные моменты атомов имеют одинаковое направление. Все домены можно сгруппировать в частицы так, чтобы в каждой группе содержалось порядка сотни находящихся рядом областей. Такая частица имеет ярко выраженный суммарный магнитный момент, который можно произвольно изменить, подействовав внешним магнитным полем. Если все направления векторов намагниченности разделить на две группы (вдоль движения считывающей головки и против), то окажется, что каждая частица способна хранить один бит информации. Таким образом, чем больше магнитных частиц можно втиснуть на один квадратный дюйм поверхности, тем большей окажется плотность записи. До определенного момента можно заниматься подобным масштабированием, не сталкиваясь ни с какими проблемами, однако постепенно сила влияния соседних доменов друг на друга (особенно это касается граничных областей для частиц с противоположно-направленными векторами намагниченности) возрастает до таких значений, что некоторые из доменов начинают самопроизвольно менять направление магнитного момента. В худшем случае действие этого эффекта начинает лавинообразно распространяться на все большее количество соседних частиц, а что происходит после такой революции с записанной информацией, думаем, несложно представить. Печальнее всего то, что поврежденные данные уже не удастся никоим образом восстановить. С проблемой стабильности производители столкнулись пару лет назад, в результате чего оказались в беспросветном технологическом тупике.

Конечно, можно пойти несколько другим путем, оставить на время сами блины в покое и просто увеличивать их количество внутри одного накопителя. Впрочем, так продолжаться долго не может - ведь, во-первых, есть жесткое ограничение форм-фактора, не одобряющее увеличение корпуса по толщине. А во-вторых, большое количество блинов неминуемо влечет за собой повышенное тепловыделение, что уж точно ни к чему. Считается, что оптимальным количеством блинов является один или два, однако в погоне за рекордной емкостью в некоторые модели десктопных 3.5-дюймовых винчестеров умудряются втискивать до пяти пластин. В ноутбучные 2.5-дюймовые жесткие диски, правда, больше двух блинов не влезает, столько же удается разместить и внутри 1.8” винчестеров, используемых для всякой портативной электроники и бытовой техники. Самые компактные форм-факторы 1” и 0.8” предусматривают наличие всего одной пластины, ведь больше просто не получится впихнуть в корпус, толщина которого составляет всего 4-5 мм. Кстати, есть и другой вариант - разместить под одной оболочкой два и более независимых жестких диска, которые могли бы работать параллельно. Но такую систему будет совсем непросто собрать даже внутри 3.5-дюймового корпуса, да и сомнительно, что это будет экономически оправданным для домашних компьютеров.

Технология перпендикулярной записи

Как и многие другие гениальные идеи, основы технологии перпендикулярной записи были разработаны много лет назад, задолго до того, как ими заинтересовались как коммерческим продуктом. Первые эксперименты проводились вообще более ста лет назад, и только в 1976 году исследования были возобновлены и перпендикулярную запись стали рассматривать как возможного преемника продольной. Основное различие в технологиях состоит в том, что при перпендикулярной записи магнитные частицы выстроены под прямым углом к поверхности диска. Чтобы нагляднее представить себе эту картину, каждую частицу можно условно считать магнитиком в форме костяшки домино. Их можно укладывать друг за другом двумя способами - либо плашмя, либо поставив на ребро. Соответственно, первый вариант символизирует продольную запись, а второй - перпендикулярную. А заодно сразу становится понятно, почему вторым способом обеспечивается большая плотность. Конечно, для внедрения новой технологии потребовалось не только полностью переделать конструкцию магнитной головки, но и подобрать совершенно новый многослойный материал для изготовления пластин.

Будущее перпендикулярной записи

На сегодняшний день технология перпендикулярной записи пока лишь набирает обороты. Существенных затруднений на пути дальнейшего повышения плотности записи данных в ближайшие годы не предвидится, и производители крайне довольны таким ходом событий. Крупнейшие компании планируют в скором времени полностью перейти на перпендикулярную запись, отправив устаревшую «продольную» технологию на свалку истории. Рекорд плотности для нового типа записи составляет уже 245 Гбит на квадратный дюйм, правда, его смогли достигнуть лишь в Seagate, причем только в лабораторных условиях, хотя, по большому счету, нет никаких видимых препятствий для создания коммерческих продуктов. Конечно, сегодняшние жесткие диски с перпендикулярной записью оснащаются блинами с меньшей плотностью записи. В частности, первый серийный «перпендикулярный» винчестер Seagate Momentus 5400.3, выполненный в форм-факторе 2.5”, может похвастаться плотностью записи «всего-то» 130 Гбит на квадратный дюйм, однако при этом емкость накопителя составляет целых 160 Гбайт, а остальные характеристики ничем не уступают лучшим представителям винчестеров с продольной записью. Ожидается, что к 2010 году плотность для перпендикулярной записи достигнет 500 Гбит на квадратный дюйм, и это, вероятно, станет пределом для существующей технологии, после которого вновь появится риск возникновения супермагнитного эффекта.

Несмотря на то, что перпендикулярная запись обладает отличными перспективами, и, возможно, даже прогноз на 500-гигабитный предел окажется слишком пессимистичным, и этот показатель удастся приблизить к 1 Тбит на квадратный дюйм, инженеры все равно не собираются спокойно дожидаться столкновения с очередным супермагнитным пределом, активно работая над созданием новых технологий и совершенствованием существующих.

Скорее всего, следующим шагом на пути эволюции жестких дисков станет введение технологии HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), которая представляет собой улучшенный способ перпендикулярной записи. Отличие заключается в том, что перед записью требуемый участок будет нагреваться до температуры порядка ста градусов при помощи лазера (в течение одной пикосекунды). Такой простой на первый взгляд прием позволит заметно повысить стабильность магнитных частиц, а следовательно и увеличить плотность записи (как минимум до 1 Тбит на квадратный дюйм). Однако для реализации подобного механизма на практике придется разобраться с целым перечнем сопутствующих проблем. В первую очередь потребуется полностью переделать конструкцию головки (вероятно, даже установить две отдельные головки), а также подобрать принципиально новый сплав для блинов. Кроме того, современные шустрые винчестеры и без лазерного подогрева начинают испытывать ощутимые проблемы с тепловыделением, так что без введения специального механизма охлаждения вряд ли удастся обойтись. В любом случае, появления HAMR не стоит ожидать раньше 2010 года, а к тому времени технология явно успеет претерпеть немало изменений.

Перспективные технологии

Что будет с жесткими дисками лет через десять-пятнадцать, пока сложно прогнозировать, тем более если еще учитывать грядущую конкуренцию с флэш-накопителями… Впрочем, к этому вопросу мы еще вернемся, а пока рассмотрим пару технологий, которые в будущем могут лечь в основу идеального жесткого диска.

В принципе, современные технологии производства жестких дисков крайне нерационально используют возможности магнитных материалов, так как для хранения одного бита информации задействуется до сотни ячеек, каждая из которых лишь вносит свой вклад в суммарный магнитный момент. Все было бы совершенно иначе, если бы с каждой ячейки можно было считывать свой бит информации, это позволило бы сразу увеличить плотность записи в десятки раз. Однако для этого необходимо, чтобы магнитный материал имел строго организованную «ячеистую» структуру. Увы, используемые сегодня материалы этим свойством обделены. По большому счету, подобный материал можно просто-напросто создать методом литографии, только вот толку от него никакого не будет. Проблема в том, что новую технологию производства жестких дисков целесообразно разрабатывать, если плотность записи обещает быть, допустим, 1 Тбит на квадратный дюйм или выше, а чтобы добиться похожих результатов с помощью литографии, потребуется по приблизительным подсчетам 12 нм техпроцесс. К сожалению, ничего близкого даже на горизонте не видно, и когда технология производства сможет подобраться к данному значению, одному Богу известно. Впрочем, не все потеряно, так как вместо того, чтобы создавать требуемый материал искусственно, можно попытаться подобрать сплав, который просто по своей природе обладал бы так называемой самоорганизующейся структурой. Такие материалы выделены в отельную группу SOMA (Self-Ordered Magnetic Array), которая, естественно, представляет колоссальный интерес для компаний, производящих жесткие диски. В частности, в Seagate могут гордиться тем, что нашли один из похожих материалов (сплав железа и платины после особой обработки), диаметр ячейки у него составляет всего 2.4 нм. Теоретически максимальная плотность записи с использованием этого материала может оказаться порядка 50 Тбит на квадратный дюйм! Правда, пока все это только теоретически.

В исследовательских лабораториях рассматриваются и другие варианты замены классическому жесткому диску. В частности, были предложения даже отказаться от вращающихся блинов и сменить их форму на квадратную. Впрочем, все эти проекты выглядят на сегодня слишком фантастическими, чтобы говорить о них всерьез.

Гибридные и твердотельные

В последние годы в IT-сфере активно обсуждается вопрос: «Не пора ли жестким дискам на пенсию?». И в качества главного аргумента в пользу «пора» используется то, что основной конкурент - флэш-память - стремительно дешевеет и по многим важным характеристикам превосходит любые винчестеры.

Действительно, у накопителей на основе жестких дисков есть целый ряд неоспоримых недостатков, которые вряд ли удастся устранить в рамках существующей технологии. Во-первых, винчестеры потребляют на порядок больше электроэнергии, и даже никакие хитроумные программы энергосбережения не смогут приблизить их по этому параметру к флэшу. Во-вторых, жестким дискам требуется некоторое время на раскручивание блинов, что порядком замедляет загрузку компьютера. Также винчестеры проигрывают флэш-память по таким параметрам, как время реакции и количество запросов в секунду.

Другой недостаток жестких дисков заключается в их относительной хрупкости.

Однако мы несколько отошли от компьютерной индустрии, где как раз позиции флэша выглядят куда предпочтительнее. Начнем с того, что компания Samsung недавно представила первые полноценные твердотельные (они же SSD или Solid State Disk) жесткие диски, выполненные в классических форм-факторах (1.8” и 2.5”) и оборудованные стандартным ATA-интерфейсом. Они несут на борту 4, 8 или 16 Гбайт флэш-памяти типа NAND. Стоит заметить, что производители обещают скорость чтения на уровне 57 Мб/сек, а записи - 32 Мб/сек, что вполне сравнимо с показателями лучших «магнитных» винчестеров. Ожидается, что новые SSD-винчестеры займут место в дорогих ноутбуках и прочей передовой электронике, причем первые представители должны будут появиться в продаже уже в ближайшие месяцы. Кстати, учитывая последние достижения Samsung в области разработки OneNAND-памяти, которая теперь производится по 60 нм техпроцессу, твердотельные винчестеры смотрятся все заманчивее: новые чипы памяти обладают емкостью 2 Гб, скоростью чтения 108 Мб/сек, а записи - 17 Мб/сек (это совсем немало, так как при установке нескольких чипов скорость записи суммируется). Конечно, SSD-винчестеры не способны никоим образом конкурировать с классическими жесткими дисками по емкости, поэтому их вряд ли можно рассматривать как полноценную альтернативу в следующие несколько лет.

Совершенно другое дело - так называемые гибридные жесткие диски, которые совмещают в себе и магнитные блины, и флэш-память. Конечно, по существу они представляют собой самые обыкновенные жесткие диски, просто с колоссальным кэшем, однако этот самый кэш дает гибридному винчестеру огромные преимущества. С ним у накопителя резко понижается энергопотребление (чуть ли не на 50%), ускоряется загрузка операционной системы и популярных приложений (одним словом, повышается производительность системы), продлевается срок службы и так далее. К сожалению, почувствовать все преимущества новой технологии можно будет не раньше января следующего года, когда может, наконец-таки, появится на свет Windows Vista, которая и будет оптимизирована на работу с гибридными дисками. Распоряжаться флэш-памятью операционная система будет достаточно просто: в нее просто будут кэшироваться наиболее часто используемые данные, а также копироваться информация, необходимая для загрузки системы или выхода из спящего режима, что, собственно, и позволит добиться всех вышеуказанных преимуществ. Подобный жесткий диск уже выпустила компания Seagate - модель Momentus 5400 PSD, емкостью 160 Гб плюс 128 или 256 Мб NAND-флэша. Кстати, популярности гибридных дисков способствует тот факт, что сборщику компьютеров для получения заветного логотипа Microsoft «Vista Premium Ready» потребуется помимо соблюдения внушительного списка других обязательных условий наличие гибридного накопителя, содержащего как минимум 50 Мб флэш-памяти. Кроме того, твердотельным жестким дискам, видимо, первое время будет чаще отводиться роль внешнего кэша для обычного винчестера, чем самостоятельного накопителя.

Непрерывная эволюция

Помимо прорывов в плотности хранения данных, винчестеры продолжают непрерывно развиваться и в других направлениях. Внедряются системы сбережения электроэнергии, устанавливаются новые моторы с пониженным шумом, появляются даже экзотические модели, например, с поддержкой сверхнадежного аппаратного шифрования, совершенствуются интерфейсы, планируется в том числе частично отказаться от проводов, использовав UWB… В общем, слухи о том, что винчестерам пора на покой, явно преувеличены, и в ближайшие годы они так и будут основным хранилищем информации в компьютере.

У твердотельных жестких дисков есть еще одно важное преимущество - они работают абсолютно бесшумно. Теперь, если отказаться от оптического привода, можно собрать систему с нулевым уровнем шума.

Давняя мечта - терабайтный жесткий диск, наконец, воплощена, и благодарить за это надо корпорацию Hitachi.

Среди серьезных игроков на рынке жестких дисков не так давно произошли заметные перестановки: Seagate поглотил Maxtor, а Hitachi перекупил бизнес у IBM.

Для винчестеров микроскопических форм-факторов недавно был введен новый интерфейс со сверхкомпактным разъемом, названный CE-ATA.

Рекордным объемом для аудиоплееров на основе флэш-памяти является 8 Гб - маловато, чтобы тягаться с HDD-плеерами.

С учетом постоянного роста запросов к емкости накопителей прогнозируется, что скоро войдут в моду компактные внешние системы хранения данных, содержащие в себе порядка четырех жестких дисков.

1.7 Внутренний динамик

Внутренний динамик (PC Speaker) - устройство, предназначенное для вывода системных звуковых сообщений. Например, в начале загрузки компьютера происходит тестирование оборудования. Ниже приведена таблица звуковых сигналов, возникающих при самотестировании компьютера.


Кроме того, внутренний динамик может использоваться некоторыми DOS программами и играми.

1.8 Звуковая карта

Звуковая карта - устройство, необходимое для редактирования и вывода звука, посредством звуковых колонок. Существуют 8, 16 и 20 разрядные (битные) карты. Для домашнего компьютера хватает 16 битной звуковой карты, поскольку 20 битные - профессиональные карты для программистов, занимающихся музыкой на компьютере, да и стоит такая карта намного дороже других.

1.9 Устройства лазерной записи

1.9.1 Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM)

 Устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM) предназначено для чтения записей на компакт-дисках. Достоинства устройства - большая емкость дисков, быстрый доступ, надежность, универсальность, низкая стоимость. Основное понятие, характеризующее работу данного устройства - скорость. Самые первые CD-ROM - 1-скоростные. Сейчас появились 52-скоростные CD-ROM. Что значит 52 скоростной привод? Это значит, что он читает данные в 52 раза быстрее самого первого 1 скоростного (150 Кб/с) CD-ROM. Следовательно, 52 умножаем на 150… 7800 килобайт в секунду! Главный недостаток стандартных дисководов CD-ROM - не возможность записи информации. Для этого необходимы другие устройства:

1.9.2 Устройство однократной записи CD-R

CD-R - дисковод с возможностью однократной записи информации на специальный диск, в России их называют «болванками». Запись на эти диски осуществляется благодаря наличию на них особого светочувствительного слоя, выгорающего под воздействием высокотемпературного лазерного луча.

1.9.3 Устройство многократной записи CD-RW

CD-RW - дисковод с возможностью многократной записи информации. Это устройство работает совершенно по другому принципу и совсем другими дисками, чем CD-R.

1.9.4 Устройство многократной записи DVD-RW

Сегодня формат DVD находится на пике популярности. Доступная цена сделала его поистине народным. На рынке присутствует большое количество моделей приводов, умеющих работать с ним, - от простых, читающих DVD, до пишущих, поддерживающих практически все форматы DVD-дисков. В гонке за покупателем производитель выпускает новые модели, отличающиеся возможностью работы с носителями на более высоких скоростях. Тем самым увеличивается количество моделей и усложняется и без того непростая задача выбора.

В нашей тестовой лаборатории побывали 1 современный модель пишущиего DVD-привода.

DW1650

Привод пришел на замену популярной и очень удачной модели BENQ DW1640. Как и предшественник, основан он на чипсете от Phillips, только чуть более новом: PNX7862EL. Ниже приведены спецификации привода.

Спецификация

Интерфейс: IDE/ATAPI

Скорость чтения:

CD-ROM: 48x MaxROM: 16x Max

DVD-RW: 6x+RW: 8x+R/DVD-R: 16xR DL: 4x

DVD+R DL: 8х

Поддерживаемые форматы чтения:

DVD: DVD-ROM, DVD+R/RW, DVD-R/RW, DVD-Video, DVD+R9: CD-DA, CD-ROM XA, Photo CD, Video CD, Hybrid CD, CD-Text

Поддерживаемые форматы записи:with zero gap, DAO, SAO, Multisession,Writing (fixed & variable packet)

Время доступа:: 120 мс: 120 мс

Размер буфера данных: 2 MB

Размеры: 146x42x178 мм

Дизайн также не претерпел никаких изменений - 1650 является копией своего предшественника. На этикетке можно прочитать информацию о времени и месте производства, а также о текущей прошивке привода.

О ней поговорим немного подробнее

Пишущий DVD-привод, как и некоторые другие компоненты компьютера - материнская плата, винчестер, видеокарта, - представляет собой совокупность железной (оптическая система, контроллер, корпус и т.п.) и программной (прошивка) частей. И если такие параметры, как шум и вибрация зависят только от того, насколько качественно изготовлен привод, то качество чтения и записи зависят как от оптической системы, так и от прошивки. 1.10 Накопители на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках)

1.10 Накопители на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках)

Накопители на гибких дисках (дискетах, флоппи-дисках) позволяют переносить документы с одного компьютера на другой, хранить информацию.

Основным недостатком накопителя служит его малая емкость (всего 1,44 Мб) и ненадежность хранения информации. Однако именно этот способ для многих российских пользователей является единственной возможностью перенести информацию на другой компьютер. На компьютерах последних лет выпуска устанавливаются дисководы для дискет размером 3,5 дюйма (89мм).

Раньше использовались накопители размером 5,25 дюймов. Они, не смотря на свои размеры, обладают меньшей емкостью и менее надежны и долговечны.

Оба типа дискет обладают защитой от записи (перемычка на защитном корпусе дискеты). В последнее время стали появляться альтернативные устройства: внешние дисководы, с дисками емкостью до 1,5 Гб и намного большей скоростью чтения, нежели дисковод флоппи-дисков, однако они ещё мало распространены и весьма недёшевы.

1.11 BIOS (Basic Input - Output System) система материнской платы

BIOS (Basic Input - Output System) - базовая система ввода-вывода - микросхема, установленная на материнской плате. Именно здесь хранятся основные настройки компьютера. С помощью BIOS можно изменить скорость работы процессора, параметры работы для других внутренних и некоторых внешних устройств компьютера. BIOS - это первый и самый важный из мостиков, связующий между собой аппаратную и программную часть компьютера. Поэтому для современных BIOS немало важными особенностями является возможность её обновления, работы со стандартом Plag&Play (включи и работай), возможность загрузки компьютера с CD-ROM, сети и дисководов ZIP.

2 Внешние устройства ПК

2.1 Клавиатура

Клавиатура - устройство, предназначенное для ввода в компьютер информации от пользователя. Современная клавиатура состоит из 104 укреплённых в едином корпусе клавиш.

2.2 Мышь

Мышь - манипулятор для ввода информации в компьютер. Он необходим для работы с графическими пакетами, чертежами, при разработке схем и при работе в новых операционных системах. Основной характеристикой мыши является разрешающая способность, измеряемая в точках на дюйм (dpi). Неплохо иметь также специальный коврик под мышь, что обеспечивает её сохранность и долговечность. Самые простые и дешевые модели - оптико-механические. Более дорогие и надёжные модели «мышек» - оптические. А самым большим шиком считаются инфракрасные беспроводные мыши. Сочетания такого зверя с инфракрасной клавиатурой - верх компьютерного шика.

2.3 Джойстик

Джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопками, употребляется в компьютерных играх.

2.4 Монитор

Монитор (дисплей) - устройство, предназначенное для вывода на экран текстовой и графической информации. От качества монитора зависит сохранность зрения и обще утомляемость при работе. Мониторы имеют стандартный размер диагонали в 14,15,17,19,20 и 21 дюйм. Однако в настоящее время мониторы с 14 дюймовым экраном не выпускают. Для домашнего компьютера вполне хватит монитора с 15 или 17 дюймовым экраном.

2.5 Принтер

Принтер - устройство, предназначенное для вывода текстовой и графической информации на бумагу. Различают матричные, струйные и лазерные принтеры (расположены в порядке улучшения качества и скорости печати).

Принтеры бывают цветные (струйные и лазерные) и черно-белые (матричные и лазерные).

2.6 Сканер

Сканер - устройство для ввода в компьютер текстовой и графической информации. Сканеры бывают ручные, настольные и даже напольные. Ручные сканеры дешевле прочих, но качество и точность сканирования у них очень малы. Настольные планшетные сканеры позволяют достигать намного лучшего результата, но цена таких сканеров намного выше.

2.7 Плоттер

Плоттер - устройство, позволяющее выводить графическую информацию на бумагу или другие носители. Типовые задачи для плоттеров - выполнение различных чертежей, схем, рисунков, графиков, карт и т.п. Современные плоттеры классифицируются по формату использования бумаги и типу пишущего механизма. Цена плоттера и расходных материалов, как правило, достаточно высока. Но качество близко к полиграфическому и оправдывает все затраты.

2.8 Дигитайзер

Дигитайзер - приспособление для ввода графической информации в компьютер, а проще - для рисования. На планшете чувствительным к нажатию специального карандаша - стилуса. Изображение моментально с планшета переносится на экран монитора. В комплекте с дигитайзером поставляется 4-кнопочная «мышь». Формат планшетов - от А4 до А0. Естественно, что данное устройство очень дорого для обычного пользователя. А вот для дизайнеров и художников-полиграфистов это устройство незаменимый помощник, быстро окупающий себя.

2.9 Модем

Модем (модулятор-демодулятор)- устройство, позволяющее компьютеру выходить на связь с другим компьютером посредством телефонных линий. По своему внешнему виду и месту установки модемы подразделяются на внутренние (internal) и внешние (external). Внутренние модемы представляют собой электронную плату, устанавливаемую непосредственно в компьютер, а внешние - автономное устройство, подсоединяемое к одному из портов. Внешний модем стоит дороже внутреннего того же типа из-за внешней привлекательности и более легкой установки. Основной параметр в работе модема - скорость передачи данных. Она измеряется в bps (бит в секунду). Сегодня достаточно хорошим модемом считается модем со скоростью 33600 bps (около 230Kb в минуту). Также важными показателями в современных модемах является наличие режима коррекции ошибок и режима сжатия данных.

Первый режим обеспечивает дополнительные сигналы, посредством которых модемы осуществляют проверку данных на двух концах линии и отбрасывают немаркированную информацию, а второй сжимает информацию для более быстрой и четкой ее передачи, а затем восстанавливает ее на получающем модеме. Оба эти режима заметно увеличивают скорость и чистоту передачи информации, особенно в российских телефонных линиях.

Также существуют мировые стандарты скорости модема, сжатия данных и коррекции ошибок. Сейчас на мировом рынке модемов фактически правят 2 фирмы: ZyXEL и US Robotics. Они производят самые скоростные и самые качественные модемы. Очень дорогие суперсовременные модемы ZyXEL имеют возможность воспроизведения голоса, записанного в цифровом режиме и сжатия речевых сигналов, что позволяет использовать их в качестве автоответчиков.

Также некоторые модели ZyXEL и US Robotics Courier снабжены переключателем речь/данные, встроенным тестированием, определителем номера и другими полезными функциями.

Последние годы спрос на модемы стал достаточно высок, т.к. они необходимы практически каждому работающему на компьютере человеку. Модемы позволяют достаточно быстро передавать с одного компьютера на другой пакеты документов и связываться по электронной почте, а также обеспечивают доступ в глобальные мировые сети.

2.10 Источник бесперебойного питания (ИБП)

Источник бесперебойного питания (ИБП) - устройство, предназначенное для защиты компьютера от скачков напряжения или отключения электроэнергии.

Для надёжной работы компьютера ему необходимо устойчивое питание. Как показывает исследование фирмы IBM, за месяц практически каждый компьютер испытывает 128 нарушений электропитания - от скачков напряжения (которые могут привести к повреждению оборудования) до мгновенных и длительных понижений напряжения и отключения питания, которые могут вызвать потерю данных. ИБП при малейших колебаниях напряжения мгновенно переключает компьютер на аварийное питание от резервных батарей, позволяя продолжить работу при кратковременном отключении или корректно завершить работу при длительном отключении электроэнергии.

Конечно, ИБП не дёшевы, но они гораздо дешевле вашего оборудования и тем более той информации, которая хранится на ваших дисках. Лучшими в мире источниками бесперебойного питания считаются APC.

Заключение

В настоящее время компьютеры превратились в мощные высокопроизводительные устройства. По всем основным показателям (быстродействие, емкость оперативной и дисковой памяти и др.) они в сотни раз превосходят первоначальную модель, а стоят обычно даже дешевле. Если бы такими же темпами развивалось, скажем, автомобилестроение, то сейчас за несколько тысяч долларов предлагались бы автомобили, передвигающиеся со скоростью космических ракет и вмещающих сотни человек.

Я предпринял это исследование, так как мне очень интересна эта тема, я хотел больше знать о строении и функциях процессора, о том, как развивались, со временем, эти высокотехнологические шедевры и самое главное я хотел узнать, какой же микропроцессор самый высокопроизводительный на сегодняшний день. Для этого я провёл тестирование в основной части работы. Я сравнивал следующие процессоры: Intel Pentium 4 3,2 ГГц, Intel Pentium 4 3,2 ГГц Extreme Edition и процессоры AMD Athlon 64 FX-51, AMD Athlon 64 3200+, AMD Athlon XP 3200+. Прежде всего, следует отметить, что AMD удалось создать новую аппаратную платформу, которая призвана стать в самое ближайшее время технологической основой всех решений этой корпорации. Чтобы оценить серьезность намерений AMD, достаточно лишь отметить, что уже к середине 2005 года доля процессоров, основанных на 64-разрядных ядрах, превысит в спектре продукции AMD 50%. О поддержке 64-разрядной платформы AMD заявили едва ли не все ведущие производители аппаратного обеспечения, в том числе - разработчики наборов системной логики (nVidia, VIA, SiS, ULi), материнских плат (ASUS, MSI, TYAN, Gigabyte, ECS, AOPEN, EPoX и многие другие). Известные разработчики ПО, в том числе - Microsoft - тоже не остаются в стороне, планируя к выпуску 64-разрядные версии своих продуктов.

Тестирование показало, что новая платформа AMD в целом стабильна и совместима с имеющимися аппаратными и программными средствами. Как процессоры AMD Athlon 64 и Athlon 64 FX-51, так и процессоры Intel Pentium 4 и Pentium 4 Extreme Edition продемонстрировали высочайшую производительность. Победителя в этом соревновании нет - в некоторых приложениях побеждает Athlon 64 FX-51, в других же - Intel Pentium 4 3.2 ГГц Extreme Edition. Процессоры Athlon 64 3200+ и Pentium 4 3.2 ГГц также находятся примерно на одном уровне по скорости работы. Отдельно хочется отметить, что с выпуском Athlon 64, AMD полностью ликвидировала отставание, которое наметилось, между ее процессорами и процессорами Intel и в ряде случаев сумела опередить соперника. Но тут нужна оговорка. Процессоры AMD 64 тестировались в 32-разрядных приложениях, а хотя они рассчитаны на 64-разрядные, а то есть эти процессоры не показали всю свою мощь, на которую они способны. Но даже и временное отсутствие приложений, совместимых с AMD 64, не является препятствием для популяризации 64-разрядной платформы AMD. Как мы могли убедиться в ходе тестирования, процессоры Athlon 64/Athlon 64 FX-51 демонстрируют высочайшую, часто - рекордную производительность в 32-разрядных приложениях. Нет пока 64-разрядных программ, и не беда, используйте 32-разрядные, причем более эффективно, чем на процессорах AMD предыдущего поколения. А там, глядишь, и 64-разрядные подтянутся. Из этого следует, что на сегодняшний день есть два самых высокопроизводительных процессора: AMD Athlon FX-51 и Intel Pentium 4 3.2 ГГц Extreme Edition. Какой покупать - дело ваше. В тестах они показали практически одинаковую производительность. Но всё же кто хочет взять себе классный компьютер, то всё-таки брать его следует на базе процессора AMD Athlon 64 FX-51. И дело не в том, что мне понравилось его название. Просто не за горами выход 64-разрядных приложений, а то есть и в этих приложениях AMD Athlon 64 FX-51 будет демонстрировать высочайшую производительность, а Intel Pentium 4 3,2 ГГц Extreme Edition - нет. Поэтому я думаю, что следует взять процессор, который не придётся выкидывать, когда многие начнут переходить на 64-разрядные процессоры.

Тем пользователям, которые в основном работают в Word и Excel, а то есть в Office, я посоветую не брать рухлядь. Возьмите, хотя бы, Intel Pentium 4 1,5 ГГц, на котором в случае чего, можно будет достойно отредактировать фотографию или поиграть в игрушки. Мало ли что может случиться в жизни.

Также я не могу забыть и о компьютерах компании Apple - Macintosh. Это очень красивые и высокопроизводительные компьютеры. Я бы посоветовал покупать эти компьютеры для дизайнеров и обыкновенных пользователей, для тех, кто впервые покупает компьютер, да и вообще для всех.

Мне хотелось бы обсудить здесь еще один вопрос, который часто при сравнении PC и Macintosh пытаются обойти стороной: вопрос о стоимости. Обычно IBM PC компьютер стоит в два раза дешевле Macintosh аналогичной конфигурации. Чем же обусловлена такая разница и стоит ли приобретать Macintosh, если можно существенно и, главное, безболезненно сэкономить? Высокая цена объясняется качеством комплектующих и их гарантированной совместимостью. Все аппаратные составляющие проходят ряд дополнительных тестов и устанавливаются в Macintosh только в том случае, если удовлетворяют всем требованиям. Для Macintosh эталонное качество всех компонентов - железное правило, и оно проявляется во всем. Что же касается целесообразности покупки Macintosh, то привлекательная, на первый взгляд, возможность сэкономить на приобретении PC кустарной сборки может обойтись потребителю очень недешево. Во-первых, хотя бы потому, что велик риск получить детали совсем не лучшего качества. Во-вторых, у Macintosh меньше стоимость владения. В нее входит цена самого компьютера, программного обеспечения, приобретаемого за все время использования, оплата технического обслуживания. В комплекте с каждым Macintosh кроме операционной системы поставляется ПО для работы с видео, аудио и цифровыми фотографиями. С моделями, ориентированными на домашний и образовательный рынок, идет упрощенный офисный пакет Apple Works. Теперь о модернизации. Не секрет, что среднее время жизни типичного PC составляет полтора-два года, после чего ему приходится делать ряд оздоровительных процедур: ускорять процессор и устанавливать производительную видеосистему. А Macintosh, являясь на момент своего выхода в свет пределом технического совершенства, не устаревает морально четыре-пять лет. И всё это с великолепным дизайном самого компьютера, устойчиво работающей и дружелюбной операционной системой. В целом же сравнивать платформы PC и Macintosh - всё равно, что выбирать между автомобилями «Таврия» и «Тойота». Ездит и тот и другой. Но если владельцу первого приходится частенько заглядывать под капот, то обладатель второго может целиком посвятить себя вождению. Кому-то нравится заниматься ремонтом, а кому-то - с ветерком колесить по дорогам, и это - личное дело каждого. Выбирать вам!

Список использованной литературы

1.   А. Левин «Самоучитель работы на компьютере». - И.: КноРус, Москва 2001

2.       Энциклопедия Кирилл и Мефодий 2008

3.   Журнал «Страна игр», №22, 2000 год

.     Журнал «Мир ПК», №10, 2006 год

5.       Журнал «Мир ПК», №05, 2005 год

.         Журнал «Мир ПК», №08, 2005 год

7.   Компьютерный еженедельник «Компьютера», № 24, 2000 год

8.   http://www.terralab.ru

9.   http://www.ixbt.ru

10.     http://www.computerra.ru

11.     http://www.zdnet.ru

12.     http://www.composter.kiev.ua

13.     http://www.ism.ru

14.     http://www.svideocards.ru

15. http://www.hardvision.ru

Похожие работы на - Аппаратное обеспечение современных компьютеров

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!