Устройства, расположенные на материнской плате

Внутренние устройства системного блока ПК.

Тактовый генератор (ТГ) – генерирует чередующиеся импульсы высокого и низкого напряжения. Импульс генератора одним схемам сообщает, когда надо начинать передавать данные, а другим сообщает о прибытии данных предыдущего импульса, т. е. синхронизирует работу всех устройств компьютера. В современных ПК всем устройствам выдаются разные по частоте последовательности импульсов. ЦП и память получают импульсы частотой 100-133 МГц. Внутри ЦП генерируются более быстрые сигналы, синхронизированные с внешними импульсами. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение частоты на коэффициент 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и т. д.

Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, созданная в едином полупроводниковом кристалле с применением полупроводниковой технологии. Микропроцессор характеризуется тактовой частотой, разрядностью, архитектурой.

- Тактовая частота – определяется максимальным временем выполнения элементарного действия микропроцессора.

- Разрядность – это количество разрядов двоичного кода, которые могут обрабатываться или передаваться одновременно.

- Под архитектурой понимают принципы действия МП, состав и взаимное содержание его узлов.

Наиболее легкодоступные характеристики процессора – это его марка и тактовая частота. Теоретически марка определяет фирму, которая разработала и изготовила МП, а тактовая частота дает оценку его производительности. Если процессор маркирован как Pentium-4 1,6ГГц, то Pentium-4 – это марка процессора, модель Pentium выпускается фирмой Intel. Значение 1,6ГГц – это тактовая частота. Такты – это интервалы времени работы процессора, любая выполняемая операция занимает целое число тактов. При тактовой частоте 1ГГц процессор может менять свое состояние миллиард раз в секунду. Говоря о тактовой частоте процессора, часто употребляется термин внутренняя частота. Процессор устанавливается на материнскую плату, поэтому частота его работы задается извне. Стандартные частоты материнской платы – 66, 100 и 133МГц. Это меньше тактовой частоты МП. Но процессор устроен таким образом, что каждый внешний такт преобразуется в несколько внутренних, в соответствии с заданным коэффициентом умножения. Рост производительности процессоров обеспечивается ростом этого коэффициента.

Наибольшее распространение в России получили ПК платформы IBM PC. Первый ПК эта компания выпустила в 1981 году на базе процессора Intel 8086.

Процессоры разных поколений сначала нумеровались:

Intel 8086 – первый процессор семейства (16-разрядная архитектура, т. е. работал с данными, которые занимают 16 бит),

Intel 80286 - процессор второго поколения (24- разрядная архитектура, в нем был реализован режим защищенной работы, аппаратная поддержка виртуальной памяти, мультизадачность),

Intel 80386 – процессор третьего поколения (первый 32 разрядный процессор),

Intel 80486 – процессор четвертого поколения (первый процессор со встроенным математическим сопроцессором и конвейеризацией вычислений).

Процессор пятого поколения получил собственное имя – Pentium 5 (P5). Это связано с тем, что по американскому законодательству цифровой код или обозначение продукции (как 80486) не может рассматриваться как торговая марка. С появлением этого процессора закончилось прямое копирование процессорных технологий. Сегодня каждый изготовитель процессоров представляет на рынок собственные технологии. Процессоры, которые называются Pentium или Celeron выпускаются фирмой Intel. Модели Celeron имеют более низкую стоимость, и более низкую производительность. Процессоры Athlon и Duron выпускаются компанией AMD. Duron имеют более низкую производительность. Процессоры других марок, кто бы их не выпускал, имеют недостаточную производительность. Они рассматриваются как дешевые решения и рассчитаны на использование в переносных ПК, где основное значение имеет низкое энергопотребление. Торговая марка и тактовая частота не позволяют однозначно оценить производи­тельность процессора. На нее влияет ряд дополнительных факторов.

Внутренняя память ПК состоит из нескольких разновидностей памяти. Они отличаются друг от друга по объему, быстродействию, стоимости, назначению, энергозависимости. Существование нескольких видов памяти позволяет снять противоречие между высокой стоимостью памяти одного вида и низким быстродействием памяти другого вида.

Физические принципы организации памяти. Существует много различных типов внутренней памяти, но сточки зрения физического принципа различают динамическую (DRAM) и статическую (SRAM) память.

Самый быстродействующий тип электронной памяти — энергозависимая динамическая память. Именно она применяется в компьютерах и других цифровых устройствах в качестве оперативной памяти — ОЗУ (RAM — Random Access Memory) память с прямым доступом.
Информационная ячейка такой памяти представляет собой миниатюрный конденсатор — пару проводников, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии и способных накапливать и удерживать в течение некоторого времени электрический заряд. Наличие заряда в ячейке памяти интерпретируется компьютером, как логическая единица, отсутствие заряда — как логический нуль.

Время удержания заряда невелико и исчисляется миллисекундами. Даже современные материалы, из которых изготавливают разделяющие проводники изоляторы, не увеличивают времени саморазряда микроконденсаторов. Слишком уж невелики физические размеры ячеек и слишком невелики электрические заряды между парами проводников.
Для поддержания уровня зарядов и, соответственно, сохранения информации в ячейках микросхемы контроллер памяти постоянно подзаряжает конденсаторы. При обновлении содержимого памяти одни пары проводников разряжаются, другие, наоборот, получают заряд. Процесс происходит непрерывно, динамически и до тех пор, пока не отключено питание компьютера. Соответственно, и информация в микросхемах оперативной памяти сохраняется, только пока компьютер не обесточен.

Недостатки:

1. Как при заряде, так и при разряде конденсаторов неизбежны переходные процессы, следовательно, будет уменьшаться скорость записи данных.

2. Заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, следовательно, ячейки памяти надо все время подзаряжать.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и соответственно – дороже.

Остается добавить, что каждая ячейка электронной памяти, независимо от ее типа, имеет строго фиксированный системный адрес. Но доступ к любой ячейке — прямой, компьютеру не приходится последовательно проверять состояние всех ячеек, чтобы считать нужный бит информации.

Микросхемы динамической памяти используются в качестве основной памяти для хранения данных и программ (оперативная память). Микросхемы статической памяти используют в кэш памяти для оптимизации работы процессора.

Иначе устроена энергонезависимая статическая электронная память.
В самом простом случае это набор проводников, одни из которых остаются целыми, а другие разрушаются, препятствуя движению электрического тока. Такой тип памяти называется ПЗУ или ROM (Read Only Memory) — память только для чтения.
Статическим этот тип памяти называется потому, что для сохранения информации в ячейках микросхемы не приходится постоянно подавать на них электрический сигнал, а считывание информации происходит по мере потребности и при прохождении (или не прохождении) через ячейки электрического тока. Целый проводник ячейки распознается контроллером, как логический нуль, разорванный проводник, как логическая единица.
Микросхемы ROM когда–то применялись в персональных компьютерах для хранения базовой системы ввода–вывода — BIOS. Сегодня для хранения BIOS используется перезаписываемая флэш-память, поскольку память ROM не позволяет обновлять содержимое ячеек. ПЗУ – хранит тестирующие и загрузочные программы, которые начинают работать сразу же после включения ПК.

КЭШ память – это высокоскоростная память, в которой хранятся копии недавно используемых данных из основной памяти. Если программ повторно выполняет эти же инструкции или модифицирует те же числа, а в большинстве случаев так и бывает, КЭШ повышает быстродействие, т. к. скорость процессора во многом зависит от того, насколько быстро происходит обмен данными с оперативной памятью. Многие команды включают чтение данных из оперативной памяти или запись в нее. Выполнение операции чтения или записи заканчивается в момент завершения передачи данных. Если процес­сору приходится ждать, скорость работы падает. Частота работы обычной памя­ти меньше, чем внутренняя частота процессора, поэтому задержки неизбежны. Эксперименты показывают, что производительность процессора при этом сни­жается в десять и более раз. Ускорить работу позволяет дополнительная кэш­ память, отданная в полное распоряжение процессора.

Объем кэш-памяти меньше объема основной памяти, но запись и чтение данных в ней выполняется намного быстрее. Данные в кэш-памяти дублируют данные, имеющиеся в основной памяти. В ходе работы процессору часто нужны одни и те же данные. Если эти данные есть в кэш-памяти, «медленные» операции чте­ния и записи в основную память не нужны. При чтении из основной памяти данные одновременно заносятся в кэш. Повторное обращение к ним процессор выполнит намного быстрее.

Кэш-память впервые появилась в компьютерах с процессором 80486. Тогда она устанавливалась на материнской плате. Сегодня процессоры имеют несколько уровней кэш-памяти. Чем меньше номер уровня, тем легче доступ процессора к кэшу и выше быстродействие. По историческим и техническим причинам наиболее распространено двухуровневое кэширование. Быстрее всего работает кэш-память первого уровня, интегрированная в процессор. Она имеет неболь­шой объем, причем команды и данные кэшируются по отдельности. Кэш пер­вого уровня всегда работает на той же частоте, что и процессор. У современных процессоров кэш второго уровня также располагается в кристалле и работает на частоте процессора.

Если объем обрабатываемых данных меньше размера кэш-памяти, произ­водительность процессора существенно повышается. Например, процессор Athlon обеспечивает пятикратный рост производительности, если данные цели­ком помещаются в кэш-память первого уровня, и четырехкратный — если загру­жена кэш-память второго уровня.

Современный процессор обычно содержит 256-512 Кбайт кэш-памяти вто­рого уровня. Некоторые процессоры работают и с кэш-памятью третьего уров­ня (располагается на материнской плате).

Энергозависимая память CMOS - КМОП (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – служит для запоминания конфигурации компьютера (текущего времени, даты, выбранного текущего диска и т. д.). Это маленькая память (64К), которая не может терять свою информацию. Для непрерывной работы этой памяти на материнской плате устанавливается специальная батарея питания или аккумулятор.

Дата добавления: 2014-01-05