Разработка вычислительной системы 60 GFLOPS
АНОО "Нижегородский колледж теплоснабжения и автоматических систем управления"
Контрольная работа
Тема: "Разработка вычислительной системы 60 GFLOPS"
Специальности 230113 Компьютерные системы и комплексы
По дисциплине: "МДК 03.01. Техническое обслуживание компьютерных систем и комплексов"
Студент: Хамидуллин А.А.
Группа: КС4
Научный руководитель Белокрылин О.А.
Нижний Новгород 2015 г.
Содержание
Введение
Глава 1. Характеристики элементов вычислительной машины
Глава 2. Практическая часть курсовой работы
Заключение
Библиографический список
Введение
Целью данной курсовой работы является проектирование вычислительной системы мощностью 60 GFLOPS. Объектом исследования является вычислительная система, предметом исследования является офисный компьютер. В состав проектирования входят следующие задачи:
1.Выбор процессора и расчет его мощности на 60 GFLOPS.
2.Выбор материнской платы с учетом выбора процессора.
.Подбор системы охлаждения для процессора.
.Выбор физической памяти для хранения информации.
.Выбор оперативной памяти.
.Подбор корпуса и блока питания под все комплектующие.
Актуальность данной курсовой работы обусловлена тем, что в настоящее время требуется все больше и больше вычислительных мощностей, но не всем она нужна. Спрос на компьютеры средней мощности еще не упал, и не все компаниям требуются суперкомпьютеры с большой мощностью и за большие деньги. Малым компаниям нужны бюджетные вычислительные машины, которые будут выполнять обработку офисной работы.
Степень разработанности исследованной системы:
Каким должен быть продуктивная и работоспособная офисная вычислительная машина? Прежде всего в ней нет места дополнительным утилитам как в игровой машине или домашней, но при это она должна обеспечивать практичную и корректную работу офисных приложений - от банального текстового редактора до разнообразных бухгалтерских программ. Есть мнение, что на роль офисного компьютера подойдет любая машина минимальной конфигурации, которую можно купить за самые скромные деньги. На самом же деле это совсем не правильный подход для выбора компьютера. Конечно, приобретение в контору машин, собранных из самых дорогих и высокопроизводительных комплектующих - это бессмысленная трата средств. Однако экономия тоже должна быть рациональной. При выборе любого промышленного оборудования (а компьютер в офисе - это средство производства) необходимо четко понимать, для решения каких задач предназначено это оборудование. Бухгалтеру требуется одна конфигурация, а художнику, рисующему рекламные объявления - совсем другая. Поэтому первый пункт требований к офисному ПК - соответствие аппаратных средств решаемым задачам.
Второе по порядку, но не по значению, требование - это надежность. Не секрет, что многие компании, купившие у случайного поставщика дешевые машины, уже через пару месяцев жалеют об этом, поскольку в итоге регулярное обслуживание и ремонт такой покупки обходятся в значительные суммы. Здесь действует иное правило: лучше приобрести менее производительные компьютеры, но более качественные и надежные. Постоянные аппаратные сбои мешают работать, очень сильно раздражают сотрудников и приводят к созданию нездорового психологического климата в коллективе. Здесь необходимо подчеркнуть, что категорически не рекомендуется приобретать машины, собранные, что называется, "на коленке". Помимо того, что "самосбор" немало запутывает финансовую отчетность, никто не может гарантировать стабильной работы таких компьютеров и обеспечивать их техническое обслуживание. Иными словами, в офисе должны стоять ПК, собранные специализированными фирмами, а не системными администраторами в свободное от работы время.
И, наконец, третье важнейшее требование - это эргономичность. Поскольку люди "сидячих" профессий проводят за компьютером большую часть рабочего дня, неудобная клавиатура или дешевый монитор не только серьезно сказываются на производительности труда и сильно утомляют, но и, в конечном итоге, могут вынудить человека отказаться от работы в такой компании, даже несмотря на привлекательную зарплату. Здоровье, как известно, не купишь.
Гипотезы:
Предполагаемым результатом данной курсовой работы является создание вычислительной системы мощность которой будет способна выполнять повседневные офисные операции и будет бюджетным выходом для компаний.
Методы исследования:
.Анализа литературы.
2.Сравнение.
.Синтез.
В процессе разработки проходил анализ официальных статей от производителей и других статей касающихся элементов вычислительной системы в которых описывались их различные параметры и возможности.
Сравнение заключалось в том, что при выборе и подборе комплектующих деталей машины, требовалось оценить параметры, технические характеристики и цены элементов вычислительной системы. Находить более подходящие компоненты для дальнейшего исследования. Далее сравнение использовалось при оценки различных моделей процессоров, системы охлаждения, материнских плат, жестких дисков, оперативной памяти, блоков питания и корпуса.
Метод синтеза использовался, когда все выбранные элементы и их расчеты были выполнены, и таким образом получить целую вычислительную машину в виде офисного компьютера.
Краткое описание структуры:
.В 1 главе описывается теоретические сведение о элементах курсовой работы.
2.Во 2 главе описывает процесс проектирование, подбора, вычисления и анализ элементов курсовой работы.
.В заключении описываются итоги проделанной курсовой работы.
.В библиографическом списке приведены ссылки на источники информации.
.В приложении приведены графические изображения компонентов.
Глава 1. Характеристики элементов вычислительной машины
Для достижения цели курсовой работы были подобраны элементы вычислительной машины.
Процессор:
Центра́льный проце́ссор (ЦП; также центра́льное проце́ссорное устро́йство - ЦПУ) - электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (код программ), главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.
Основные характеристики процессора являются тактовая частота и производительность.
Тактовая частота - это промежуток времени между двумя последовательными импульсами, которые подаёт "генератор тактовых частот". Тактовую частоту измеряют в мега (МГц) и гигагерцах (ГГц), 1МГц равен 1000000 тактов в сек., а 1ГГц равен тысяче МГц. Может быть, в скором времени появятся процессоры в 1 ТГц (терагерц - 1000 ГГц). Каждая производимая операция занимает какое-то количество тактов. Поэтому чем выше тактовая частота процессора, тем быстрее он выполняет задачу или задачи.
FLOPS - внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.
Системная плата:
Системная плата - важнейший элемент компьютера. Она служит для соединения всех компонентов системного блока, а также устройств, подключаемых к ПК, в единое целое.
Форм-фактор системной платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для компьютера, места её крепления к шасси <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8>; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D0%B2%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%B2%D1%8B%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0>, разъёма процессора <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D1%8A%D1%91%D0%BC_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%80%D0%B0_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BA%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0>, слотов для оперативной памяти <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C>, а также тип разъема для подключения блока питания <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA_%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F>.
Чипсет материнской платы - это блоки микросхем (дословно чип сет, то есть набор чипов), отвечающих за работу всех остальных компьютерных комплектующих. От него также зависит производительность и скорость работы ПК.
Основной характеристикой производительности чипсета в этой архитектуре является шина данных (System Bus), предназначенная для обмена информацией между различными составляющими компьютер частями. Все компоненты работают с чипсетом через шины, причем каждый со своей скоростью. Это наглядно видно на схеме чипсетов
Производительность же всего ПК зависит именно от скорости той шины, которая связывает его с самим чипсетом. В терминологии чипсетов Интел эта шина обозначается как FSB (Front Side Bus).
В описании материнской платы она именуется "частотой шины" или "пропускной способностью" шины. Разберем подробнее эти характеристики шины данных. Она определяется двумя показателями - частотой и шириной.
Частота - это скорость передачи данных, которая измеряется в мегагерцах (МГц, MHz) или гигагерцах (ГГц, GHz). Чем выше этот показатель, тем выше производительность всей системы в целом (например, 3 ГГц).
Ширина - количество байт, которое шина имеет возможность передать за один раз в байтах (например, 2 Бт). Чем больше ширина, тем большее количество информации шина сможет передать за определенный промежуток времени. При умножении двух этих величин мы получаем третью, которая как раз и указывается на схемах - пропускная способность, которая измеряется в гигабайтах в секунду (Гб/с, Gb/s). Из нашего примера производим умножение 3 ГГц на 2 Байта и получаем 6 Гб/с.
Система охлаждения:
RPM - число оборотов в минуту. Чем оно больше, тем выше производительность вентилятора (см. ниже), и тем сильнее он сможет охладить радиатор. Но и тем шумнее он будет.
CFM - производительность вентилятора (количество подаваемого воздуха, кубических футов в минуту). Вентилятор размером 40х40 миллиметров имеет производительность до 7 CFM, 50х50 - до 10 CFM, 60х60 - до 15 и больше CFM.1 кубический метр равен 35,3 кубического фута.
dB - уровень шума (децибел). Мощные кулеры с большими вентиляторами шумят сильнее. Приемлемым уровнем шума считается 25-30 dB, но 30 dB - уже довольно-таки сильный шум, и те, кто приобретает кулеры с таким уровнем шума, должны быть готовы потерпеть ради достижения своей цели.
Тип подшипника. В подавляющем большинстве случаев это либо подшипник качения (Ball Bearing), либо подшипник скольжения (Sleeve Bearing). Вентиляторы на подшипнике качения имеют целый ряд преимуществ - меньшие потери на трение, большая долговечность, большая развиваемая скорость вращения. Но у его оппонента есть преимущества - дешевизна, простота изготовления, малая восприимчивость к механическим воздействиям и меньший уровень шума. Стандартом сейчас становятся вентиляторы на подшипнике качения из-за лучших эксплуатационных качеств.
Разъем подключения. Сейчас используются 3 типа разъёмов для подключения кулеров - расположенные на материнских платах 4-pin c PWM-регулировкой скорости вращения и 3-pin c регулировкой путём изменения напряжения, а также для этого может использоваться стандартный 4-pin разъём блока питания.
Конструкция. Здесь значимыми параметрами будут площадь поверхности ребер и материал радиатора. С площадью все ясно - чем больше, тем лучше (при грамотном проектировании, конечно). Материал чаще всего используется самый простой - алюминиевые сплавы, однако наиболее совершенные радиаторы изготавливаются с медным основанием, либо целиком из меди, что позволяет добиться лучшего теплоотвода от поверхности процессора. При выборе медного радиатора следует обращать внимание на способ крепления ребер к основанию. Если ребра приклеены термоклеем, то этот радиатор будет проигрывать по эффективности тому, у которого ребра припаяны.
Оперативно запоминающее устройство:
Операти́вная па́мять (оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)) - энергозависимая <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%BE%D0%BD%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%81%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C> часть системы компьютерной памяти <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B0%D0%BC%D1%8F%D1%82%D1%8C>, в которой во время работы компьютера хранится выполняемый машинный код (программы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0>), а также входные, выходные и промежуточные данные, обрабатываемые процессором <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D1%80>.
Объем - характеристика, которая указывает на физический объем памяти ОЗУ для архива данных. Измеряется в Мб.
Тип памяти - на рынке имеются: DDR, DDR2, DDR3. Но последний практически полностью вытеснил остальные. Тип ОЗУ, должен совмещаться с типом, поддерживающий материнской платой <#"justify">Компьютерный блок питания (БП) - это вторичный источник электропитания, то есть устройство преобразующее электричество, поставляемое сетью, в приемлемое для снабжения энергией различных узлов компьютера. Качественные блоки питания также выполняют функцию стабилизации и защиты от помех питающего напряжения. Как правило, берется переменный ток из сети с напряжением 170-240В (обычная электросеть), и преобразуется в постоянный ток с напряжением до 12В.
Мощность рассчитывается исходя из характеристик каждого комплектующего подключаемого к данному блоку питания. В частности, можно указать (примерно) минимальную мощность, которую потребляют компоненты системного блока: материнская плата с процессором - 50-60W, CD-ROM - 30W, жесткий диск - 30W, карты расширения - 20-25W каждая, память <#"center">Глава 2. Практическая часть курсовой работы
Для выполнение второй части практической работы, мне были даны технические данные процессора, для правильного подбора по заданию.
Для подбора процессор на 60 GFLOPS нужно воспользоваться формулой: количество ядер * количество операций * частоту работы процессора (ГГц) = …GFLOPS (1). Выполнялось вычисление по (Формуле 1):
*8*3,8ГГц=60 GFLOPS
Исходя из формулы подошло только два процессора.
Анализ и сравнение подобранных процессоров:
1.AMD4 A4 6320 OEM
2.Intel Core I3 Haswell
вычислительная система процессор память
Таблица 1.
Название: AMD4 A4 6320 OEMНазвание: Intel Core i3 HaswelЧастота работы: 3.8ГГцЧастота работы: 3.8 ГГцГнездо: Socket FM2Гнездо: LGA 1150Количество ядер: 2 ядраКоличество ядер: 2 ядра
Так как, помимо подбора процессора с производительностью 60 GFLOPS, нужно сделать бюджетный офисный компьютер, выбран первый вариант процессора, т.к. цена первого составляет 2789руб., а цена второго 11310 руб.
После подборки процессора, нужно подобрать системную плату под выбранный процессор. Так как выбран процессор производителя AMD, нужно гнездо начинающийся на FM, AM, S.
Анализ и сравнение подходящие материнские платы:
1.ASUS A58 M-K
2.Biostar Hi-Fi A85S3 Ver.6.1
Таблица 2.
Название: ASUS A58 M-KНазвание: Biostar Hi-Fi A85S3 Ver.6.1Гнездно: FM2Гнездо: FM2Слот памяти: DDR3*2Слот памяти: DDR3*2Форм-фактор: Micro ATXФорм-фактор: Micro ATXРазмеры: 226 x 183Размеры: 226 x 175Тип порта SATA: 4x SATA 3Gb/s Тип порта SATA: 6x SATA 6GB/s Тип порта PCI-E: 1x PCI-E x16Тип порта PCI-E: 1x PCI-E x16Количество USB: 8x USBКоличество USB: 10x USBРазъем питания: 24+4 pinРазъем питания: 24+4 pin
Исходя из данных характеристик, более подходящий первый вариант, т.к. офисному компьютеру не нужно большое количество высокоскоростного SATA, большого количества USB, и не подходящая цена для бюджетного компьютера.
Поскольку в первом варианте встроенная видеокарта, ее необязательно вносить в список детализации нашего компьютера.
После подбора системной платы, подбирается оперативная память.
Анализ и сравнение подходящих оперативных память:
.Kingston HX318C10F
2.Samsung DDR3 1600 DIMM
Таблица 3.
Название: Kingston HX318C10FНазвание: Samsung DDR3 1600 DIMM Тип памяти: DDR3 Тип памяти: DDR3 Форм-фактор: DIMM 240-контактный Форм-фактор: DIMM 240-контактный Тактовая частота: 1866 МГц Тактовая частота: 1600 МГцНапряжение питания: 1.5 ВНапряжение питания: 1.5 В
Поскольку характеристики практически идентичны друг другу, будем отталкиваться от цены и производителя. Больше подходит ОЗУ производителя SAMSUNG.
После выбора основных компонентов, остается подобрать блок питания и корпус, но прежде стоит выбрать систему охлаждения.
Для офисного компьютера достаточно только охлаждение процессора.
Анализ и сравнение подходящих кулеров для процессора:
1.Arctic Cooling Alpine 64 Pro Rev.2
2.Thermalright AXP-100 Muscle
Таблица 4.
Название: Arctic Cooling Alpine 64 Pro Rev.2Название: Thermalright AXP-100 MuscleГнездо: AM2, AM2+, AM3/AM3+/FM1, S939 Гнездо: AM2, AM2+, AM3/AM3+/FM1, FM2/FM2+Материал: алюминий Материал: алюминий+медьВоздушный поток: 36.7 CFM Воздушный поток: 22 - 30 CFMУровень шума: 3.5 дБ Уровень шума: 26 - 44.5 дБТип коннектора: 4-pin PWM Тип коннектора: 4-pin PWM
У кулера производителя Thermalright высокий уровень шума и слабый воздушный поток, но хороший материал. У производителя Arctic Cooling больше поток воздуха, меньше уровень шума, но материал только алюминий. Для нашего процессора достаточно только кулер из алюминия, и более бюджетный вариант, по этому больше подойдет система охлаждения марки Arctic Cooling.
Осталось подобрать блок питания и корпус нашей вычислительной системы. Самым бюджетным вариантом будет подобрать корпус совмещенным с блоком питания.
Рассчитать мощность блока питания можно суммируя мощность всех компонентов вычислительной системы.
Анализ и сравнение подобранные корпуса с блоками питания:
1.IN WIN EMR023 350W Black
2.IN WIN EMR002 350W Black
Таблица 5.
Название: IN WIN EMR002 350W BlackНазвание: IN WIN EMR023 350W BlackБлок питания: 350 Вт Блок питания: 350 Вт Материал: стальМатериал: стальТипоразмер: Mini-TowerТипоразмер: Mini-TowerРазъемы на лицевой панели: USB x2, наушники, микрофонРазъемы на лицевой панели: USB x2, наушники, микрофон
Оба корпуса с блоками питания абсолютно идентичны и по цене, и по характеристикам, так что подходят оба варианта. Выберем IN WIN EMR023 350W Black.
Характеристики собранной при курсовой работе вычислительной системы:
Таблица 6.
КонфигурацияCaseMinitower INWIN EMR002 Micro ATX 350W (24+4пин) CPUCPU AMD A4-6320 (AD6320O) 3.8 GHz/2core/SVGA Radeon HD 8370D/ 1 Mb/65W/5 GT/s Socket FM2CoolerArctic Cooling Alpine 64 Pro rev.2 CoolerRAMCrucial DDR-III DIMM 2GbM/BASUS A58M-K (RTL) SocketFM2+ PCI-E Dsub+DVI GbLAN SATARAID MicroATX 2DDR-III
Заключение
Вычислительные машину представляют одно из самых главных достижение человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценивать. Области применения вычислительных систем безграничны. Они используются как на заводах так и в хирургии. В нынешнее время практически в каждой семье есть компьютер, а то и не по одному. Вычислительные системы помогают нам изучать мир и заглядывать в будущее.
В ходе курсовой работы были достигнуты цели по теоретическому и практическому изучению сбора и подбора комплектующий вычислительных систем.
Было проанализировано большое количество статей и книг. Произведены сравнения и вычисления, с помощью которых была собрана вычислительная машина по заданной цели.
Библиографический список
1."Процессор AMD" <http://www.nix66.ru/catalog/processor-AMD-A4-6320-OEM_249643-076068.html> (7.09.2015)
."Материнская плата ASUS" http://www.dns-shop.ru/catalog/i1002749/materinskaya-plata-asus-a58m-k#descriprion <http://www.dns-shop.ru/catalog/i1002749/materinskaya-plata-asus-a58m-k> (07.09.2015)
3."Корпус IN WIN" https: // market. yandex.ru/product/5078061? hid=91028&track=tabs <https://market.yandex.ru/product/5078061?hid=91028&track=tabs> (07.09.2015)
."Кулер Artic Cooling" https: // market. yandex.ru/product/4743027? clid=773&utm_medium=display&itm_sourse=ohmdsa&utm_campaign=nn <https://market.yandex.ru/product/4743027?clid=773&utm_medium=display&itm_sourse=ohmdsa&utm_campaign=nn> (07.09.2015)
5."Оперативная память Samsung" https: // market. yandex.ru/product/7627770? hid=91033 <https://market.yandex.ru/product/7627770?hid=91033> (07.09.2015)