Реферат: Компьютерное оборудование(hard)

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ «Компьютерноеоборудование»

Выполнил: Никоненко Е.В. 10б

Проверил: Плюхин И.А.

Челябинск 2003

Процессоры

Основой ПК является центральное процессорное устройство(ЦПУ,

CPU) или просто процессор.Процессор – это микросхема, которая вставляется в специальный разъем(slot1 или socket), ислужит для обработки информации и двух видов операций: числовые операции иоперации с плавающей точкой. Также в процессоре находится кэш память L1(level1) и L2(level2). Она используется для ускорения доступа к данным,находящимся в оперативной памяти. Процессоримеет ряд характеристик: тактовая частота ядра, частота системной шины,множитель.

Ниже, вкратце, будут рассмотрены процессорыот Intel8088 до IntelPen-

tium4, а также процессоры фирмы AMD.

В первых ПК IBMPCкласса XTиспользовались процессоры Intel8088(вдокументациях пишут – i8088)

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

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

Процессор следующего(пятого) поколениядолжен был называться i80586,

однако ему придумалисимпатичное имя – Pentium.

Следующим шагом вперед стал выпуск в начале1997 года процессора Pen-

tiumMMX(или P55). В немвпервые реализован новый набор из 57 команд MMX(MultiMediaeXtention– мультимедийноерасширение). Эти процессоры изготовлены по 0,35-микроннойтехнологии(«технология производства», чем меньше этот показатель, тем лучше –больше частота процессора и меньше тепловыделение.). Изменилось напряжениепитания: у ядра процессора оно уменьшилось до 2,8 В, а у его периферийных цепейосталось прежним – 3,3 В. Соответственно потребовались изменения вконструктивах материнских плат – требовалась установка дополнительногостабилизатора напряжения. Объем кэша L1 – 32 Кбайт.«Посадочная панель» для PentiumMMX– Socket7.

В 1995 году на рынок вышло шестое поколениепроцессоров. И первым процессором стал PentiumPro. Онпоявился осенью 1995 года. В нем впервые корпорация Intelприменила кэш L2, объединенный на одном кристалле с яд-

ром и оперирующий на частотепроцессора. Выпускался PentiumProкакпо 0,50-, так и по 0,35-микронной технологии. Размер кэша L2 доходил до 2048 Кбайт. Значения частоты системнойшины: 60 и 66 МГц. Установочный разъем – Socket 8.

Pentium II

В мае 1997 года появился процессор PentiumII–представитель семейства P6/

6x86. Он отличался от PentiumProналичием блока MMX. Первые PIIизготов-

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

ция PIIсвоеобразна: напоминает плату расширения, на которой отдельно смон-

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

Процессор PIIсоединяется ссистемным блоком специальным соединителем SEC1. Саму процессорную плату называют SECC(SingleEdgeConnectorCartridge).Ответной частью для соединителя SEC1 являетсяразъем Slot1, похо-

жийна разъем шины расширения. Под картриджем, закрывающим микросхемы, имеетсятермопластина. Она прижата к обоим чипам: процессора и кэш L2. К ней крепится вентилятор.

Фирма Intelприсваиваетразличным модификациям PIIслужебныекодовые имена. Ниже будут представлен революционный процессор Celeronи два пред-

ставителяэтой линейки.

Celeron– это семейство недорогих процессоров, изготовляемыхс кэшем

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

ton, Mendocino, <st1:City w:st=«on»><st1:place w:st=«on»>Dixon</st1:place></st1:City>.

1.

<st1:City w:st=«on»><st1:place w:st=«on»>Covington</st1:place></st1:City>– первый процессор линейки Celeron. Построен на ядре Deschutesпо0,25 мкм технологии. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэша L2 и защитногокартриджа. Тактовая частота: 266-300МГц, частота системной шины 66 МГц, кэш L1 – 32 Кбайт. Физический интерфейс – Slot 1.

2.

<st1:City w:st=«on»><st1:place w:st=«on»>Dixon</st1:place></st1:City>– следующий этап в истории Celeron. Это недорогой процессор, в первую очередьориентированный на применение в портативных ком-

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

Pentium III

Процессор PentiumIII(PIII) отличается от PIIпрежде всего наличием блока StreamingSIMDExtensions– потоковое расширение SIMD(SingleInstruction, Ma-

nyData– однаинструкция, много данных). PentiumIIIможетвыполнять 70 но-

выхинструкций SSE(иногда называемых MMX2). Выпускается по 0,18 и 0,13 мкм технологии. Нижеприводятся два процессора семейства Pentium III:

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

дификациямиFSB133(частота FSBравна 133 МГц), продаются и FSB100. Соеди

нительнаяпанель – Slot1.

2.CoppermineFC-PGA370 – дешевый вариант Coppermine, рассчитанный на использование в материнских платах сразъемом Socket370 и частотой системной шины100 МГц. По существу, это замена PentiumIIв цепочке Celeron–PentiumII– PentiumIII. Сточки зрения Intel, Coppermine — это PentiumIIIс соответствующимихарактеристиками.

Pentium IV

Процессороснован на ядре Willamette. Выпускается с частотамиот 1,3 до 2 ГГц и производится по технологической норме 0,18 мкм. Кэш L1 имеет объем 8 Кбайт, кэш L2 – 256 Кбайт. Системная шина Quad-Pumpedработает на частоте 400 МГц. В набордополнительных инструкций входят MMX, SSEи SSE2.

К описанию процесса появления PentiumIVнарынке подходит выражение «хотели как лучше, а получилось как всегда». Процессорполучился совсем не

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

комбольшим, инженеры Intelприняли решение «пустить под нож» некоторые не слишкомважные, по их мнению, части. Таким образом, была ампутирована половина кэша L1 и L2. Само собой,такая операция не прошла бесследно, и ито

говаяпроизводительность P4 оказалась значительно меньшеожидаемой. Тем не менее, PentiumIVявляется одним из самых быстрых процессоров насегодняш-

нийдень.

AMD

Основным конкурентом Intelна рынке процессоров является фирма AmericanMicroDevices(AMD).

Чтобы можно было сравнивать процессорыразных производителей, нужны стандартизированные тестирования, ставящиеиспытуемые образцы в одинако-

выеусловия. Показателем качества является результат сравнения производитель

ностииспытуемого образца с процессором Pentiumопределеннойчастоты. Эту тактовую частоту и берут за основу так называемого P-рейтинга (PR-рейтинг).Если, например, для процессора К5 получен рейтинг PR-166, это гарантирует, что данный процессор немедленнее процессора Pentium166,хотя тактовая час-

тота у AMD,может быть и меньше 166 МГц. Какой же процессор покупать? Все зависит оттолщины кошелька (AMDдешевле) и от предпочтенийпользова-

теля.

1.

Процессор К5 – первый процессор AMD, который вступил в конкуренцию с Intel. Частота системной шины составляет от 50 до 66 МГц.Кэш L1 – 24 Кбайт, кэш L2 расположен на материнской плате, работает на частотесистемной шины. Известны следующие версии процессора К5, выполненные потехнологии с шагом 0,6 мкм: К5-75, К5-90, К5-100 (здесь PR-рейтинг соответствовал частоте процессора). Лучшие характеристики получены для процессораК5, выполненных по технологии с шагом 0,35 мкм и имевших переработанное ядро.Тактовая частота от 90 до 115 МГц. Разъем – Socket 7.

2.

К7-Athlon. СоздаваяAthlon, разработчики предложили рынку свой вариант платформыдля IBMPC-совместимыхкомпьютеров. В марте 2000 г. этим процессором был преодолен барьер частоты 1ГГц (чуть раньше PentiumIII). Кэш L1 – 128 Кбайт,кэш L2 – от 512 Кбайт до 8 Мбайт. Частота системной шины –от 200 до 400 МГц и выше. Разъем – Slot Aили Socket462.

3.

К7 – Duron – ответAMD наIntel Celeron. Кэш L2 – 192 Кбайт, расположенного накристалле процессора. Частота FSB– до 200МГц. Работает в материнских платах, оборудованных специальным 462-контактнымразъемом SocketA.

Оперативнаяпамять

БезОЗУ (RAM) работа ПК невозможна. Обильная оперативная памятьделает доступными сложные мультимедийные программы. Увеличение ОЗУ можетвселить в стареющий ПК новую жизнь, удовлетворив запросы прожорливых программ иувеличив производительность ПК в большей степени, нежели заме-

наЦПУ или видеоадаптера.

Оперативнаяпамять компьютера состоит из основной (набирается модулями па-

мятинаматеринской плате), кэш памяти L2, чипов памятина платах расшире-

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

наосновную память. Поэтому, когда говорят «микросхемы ОЗУ», имеют в виду как разте самые модули, из которых формируется основная память. О ней далее и пойдетречь.

На материнских платах первых IBMPCустанавливались отдельные микро-

схемыпамяти. Сейчас микросхемы ОЗУ размещают блоками на специальных мо

дуляхпамяти – небольших платах с многочисленными контактами, расчитанны-

мина установку в щелевидные разъемы(слоты) материнской платы. Будучи вставленными в слоты, модули попадают подуправление контроллера памяти, расположенного на материнской плате. Тактвзаимодействия с ячейками памяти задается тактовой частотой материнской платы.Чем выше частота, тем быстрее должны происходить операции записи и считыванияданных.

Оперативная память энергозависима. Привыключении питания записанные в ОЗУ данные исчезают. В современных ПКиспользуют динамическое ОЗУ (DRAM– DynamicRandomAccessMemory). Память этого типаприходится периодически регенерировать, чтобы информация сохранялась. В этовремя ячейки памяти не доступны для операций с данными. Для памяти статическойрегенерация не требуется, поэтому статическая память быстрее динамической.Память динамического типа используют для построения основной памяти, ста-

тическую– для кэша L2.

Модули ОЗУ бывают разных типов:

1.

SIMM(Singleinlinememorymodule) – модуль памяти содносторонними контактами.

2.

DIMM(Dualinlinememorymodule) – модуль памяти сдвухсторонними контактами.

А) SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory).

Б) DDR SDRAM(Double Date Rate Synchronous DynamicAccess Memory).

3. RIMM(Rambusinlinememory module) –168-контактный модуль памяти RDRAMповышенной (1,6 Гбайт/с) пропускнойспособности (используя 16-битную шину, эта память передает информацию по обоимфронтам тактового импульса, то есть фактически удваивает частоту работы).

Памятьв ПК сгруппирована в банки памяти. Так называют минимальный блок памяти, скоторым компьютер становится работоспособным. Наращивают ОЗУ, полностью заполняя отдельные банки памяти.

Модули DIMMобычно строятся на базе микросхем синхроннойдинамической памяти (SDRAM).Синхронная память требует подачи тактовых импульсов с ма-

теринскойплаты, поэтому длительность всех операций задается тактами шины памяти.Процессор выставляет адрес памяти и может переключаться на другую задачу. Этодает некоторое повышение производительности.

Память SDRAMхарактеризируетсяпериодом тактовых импульсов (или часто-

той)тактовых импульсов. Если системная плата имеет тактовую частоту менее 100 МГц,то для нее подойдут модули SDRAMcпериодомтактовых импульсов 10 наносекунд. Дляшироко распространенных модулей спецификации PC100 и PC133 этотпараметр – 10 и 7 нс. Рабочая частота модулей памяти, отвечающих

спецификациямPC100 и PC133, увеличенасоответственно до 100 и 133 МГц, что обеспечивает пропускную способность 0,8Гбайт/с и 1,064 Мбайт/с.

Память DDRSDRAMработает вдвое быстрее обычной SDRAMза счет обра-

боткиинформации как по фронту, так и по срезу тактового сигнала. Модули DDRSDRAMустанавливаются в специальныеслоты на материнской плате типа DIMM. Пропускнаяспособность DDRпамяти может составлять 2,1 Гбайт/с при частоте 266МГц и 1,6 Гбайт/с при частоте 200 МГц.

Чипсеты–наборы микросхем.

Желая приобрести материнскую плату, преждевсего интересуются ее электри-

ческимихарактеристиками и конструктивными особенностями. Электрические характеристикиопределяются набором управляемых микросхем – чипсетами.Конструктивные особенности плат характеризуются форм-фактором.

Одним из крупнейших разработчиков ипроизводителей чипсетов является Intel.Появление процессоров Pentiumстимулировало разработку новых чипсетов

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

рию, заним следовал 82430NX(Neptune, 1994 г.). По своим характеристикам Neptuneбыл ориентирован на профессиональные применения.Однако быстрое развитие процессоров Pentiumвыявило потребность в чипсетах, ориентирован-

ныхнамассового потребителя.

В начале 1996 года корпорация пошла навстречупроизводителям компьютеров и одновременно решила разделить рынки SOHO(SmallOffice/HomeOffice) и корпоративных применений – миру были представленыновые наборы чипсетов: 82430VXи 82430HX. В наборе 82430HXреализованаподдержка многопроцес-

сорныхсистем, памяти с исправлением единичной ошибки(ЕСС), улучшены характеристикивзаимодействия процессора с кэш-памятью – все это важно для построения серверови профессиональных рабочих станций. В наборе 82430VXэти функции отсутствовали, зато он получился дешевле.

Однако вскоре 82430VXначал отставать от темпов появления большего числановинок, ориентированных на рынок мультимедийных машин. В результате ему насмену пришел набор 82430TX, который былразработан прежде всего для повышения производительности мультимедийныхкомпьютеров с процессорами PentiumMMX.

Затем пришла эпоха процессоров с разъемами Slot1 и Socket370.Основные чипсеты для них – это ныне устаревающий Intel440BX, новомодный Intel820 и альтернативный VIAApolloPro133A.

Чипсет i440BXбыл первым чипсетом, имеющим100-мегагерцовую системную шину. Но многие современные возможности чипсет не поддерживает. Так, основной проблемой, связаннойс его применением, является отсутствие поддержки частоты FSB133 МГц. В качестве замены i440BXкомпания Intelвы-

пустилачипсет i820, построенный на новой основе. Поскольку i820 изначально разрабатывался под процессоры с ядром Coppermine, вполне естественно, что им поддерживается133-мегагерцовая процессорная шина. Также в i820 введена поддержка режима AGP4x,обеспечивающего вдвое более высокую скорость передачи данных по шине AGP(1056 Гбайт/с). Незабытым остался и протокол UltraDMA/66.

Таким образом в i820 реализован широкий перечень возможностей. С одним

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

таетна частоте 400 МГц, частота передачи данных составляет 800 МГц. В итогепропускная способность шины памяти составляет (при 16-разрядной шине данных)1,6 Гбайт/с (800 Мбайт/с для PC100 SDRAM). Но структура RDRAMта

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

Такое положение дел с ценой и доступностью RDRAMзаставило Intelискать выход. Поскольку поддержка SDRAMв i820 предусмотрена не была, компания разработала специальныйконтролер-конвертор обращений по каналу Rambus(архитектура RDRAM) кпамяти SDRAM– MTH(MemoryTranslatorHub)

Егоустанавливают на системную плату. Однако этот контролер, называемый хабом, поддерживает только PC100 SDRAM, то естьнезависимо от частоты сис-

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

циязапросов, выполняемая MTH, такжетребует времени. Все это приводит к драматически низкой скорости работы i820 cSDRAM. Именно такое решение – использование i820 «с хабом» и памятью типаPC100 SDRAM ипредлагает сейчас Intelкак основное.

Типоразмеры(форм-фактор)

Имеются четыре основные типоразмераматеринских плат – АТ (babyAT), ATX, LPXи NLX. ПроизводствоAT(карта была неудобная в обслуживании), LPXне получил большего распространения из-за малогоколичества слотов на плате, а вот самым популярным на сегодняшний день являютсяматеринские платы форм-фактора ATX. Рассмотрим ее поподробнее:

1.

На плате интегрированы разъемы портов ввода-вывода.Если контроллеры портов ввода-вывода монтируют непосредственно на системныхплатах, вполне естественным выглядит решение расположить на них и разъемыпортов. Это заметно уменьшает количество соединительных проводов внутрикорпуса.

2.

Стали доступнеегнезда модулей памяти. Они переехали дальше от слотов плат расширения, отпроцессора и блока питания.

3.

Уменьшилось расстояние между платой и дисководом.Разъемы контроллеров IDEи FDDпереместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам.

4.

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

5.

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

Жесткие диски (HDD)

Типичныйдисковод жестких дисков состоит из гермоблока и платыэлектрони-

ки. В гермоблоке размещены все механические части, на плате всяуправляющая

электроника.В гермоблоке установлен шпиндель с одним илинесколькими дис-

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

ниваниядавления воздуха внутри и снаружи в крышках гермоблоковделаются небольшие окна, заклеенные тонкой пленкой.

Обмотку позиционераокружает статор, представляющий собой постоянный магнит. При подачи в обмоткутока определенной величины и полярности коромысло начинает поворачиваться всоответствующую сторону с соответству

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

При вращении дисков аэродинамическая силаподдерживает головки на неболь

шомрасстоянии от поверхности дисков. Головки никогда не соприкасаются с той зонойповерхности диска, где записаны данные. На хвостике позиционераобычно располодена так называемая магнитная защелка –маленький постоян-

ныймагнит, который при крайнем внутреннем положении головок притягивает-

сякповерхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так на-

зываемоепарковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясьс нею. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

К гермоблоку черезспециальные разъемы подключается съемная плата электро

ники. Наплате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с програм-

мой,рабочее ОЗУ, которое обычно используется в качестве дискового буфера, цифровойсигнальный процессор (DSP) дляподготовки записываемых и обработ

ки считанных сигналов и интерфейсная логика.

Подключение

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

IDE-устройствадругого типа (CD-ROM,ZIPи др.) лучше подключать ко второму IDE-каналу.

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

вает. Вэтом случае параметры дисковода вводят вручную.

Содержание:

1. Процессоры стр. 1

Pentium II стр. 1

Pentium III стр. 2

Pentium IV стр. 2

AMD стр. 3

2.Оперативная память стр.3

3.Чипсеты – наборы микросхем стр. 5

Типоразмеры стр. 6