Тема: Основные составляющие блоки компьютеров

Содержание темы:: Параметры современных материнских плат: материнские платы АТ, материнские платы АТХ, их отличие. Процессоры Pentium, AMD K5, CYRIX 6x86, Media GX, Pentium Pro и Pentium II. Современная линия компьютеров Power Macintosh на базе новейшего RISC-процессора следующего поколения PowerPC G3 и их производительность по сравнению с PC-совместимыми компьютерами на базе процессора Pentium II; их ориентация на выполнение графических задач и multimedia-приложений. Типы основной памяти компьютера. Современные накопители на гибких и жестких дисках. Контроллеры и адаптеры устройств. Типы мониторов. Источники бесперебойного питания. Виды форматирования жесткого диска.

Наращивание системных ресурсов в PC-совместимых компьютерах. Карты upgrade с процессором PowerPC G3 для увеличения производительности компьютеров Power Macintosh предыдущих поколений. Две линии карт с процессорами различных тактовых частот, а также размерами КЭШа 2-го уровня и частотной шины, по которой происходит обмен данными с КЭШем 2-го уровня.

На системной плате устанавливаются следующие обязательные компоненты: процессор(ы) и сопроцессор. Память: постоянная(ROM или Flash BIOS), оперативная (DRAM), кэш (SRAM). Обязательные системные средства ввода/вывода. Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения. Кварцевый генератор синхронизации со схемой формирования сброса системы по сигналу Power Good от блока питания или кнопки reset.

Новый стандарт AТХ на конструктиве системной платы и корпуса PC оп­ределяет размеры плат 305х244 мм (Mini ATX - 284х20Н мм) и существенно упрощает соединения, задавая достаточно условное местоположение ключевых компонентов системной платы.

Основные новшества компоновки AТХ: все внешние разъемы (клавиатуры и встроенной периферии) располага­ются в два этажа и группированы у правого края платы. Для них в АТХ-корпусе предусмотрено одно большое окно, процессор может располагаться под блоком питания, и тогда его радиатор может обдуваться потоком воздуха внутреннего вентилятора блока пита­ния или дополнительным, устанавливаемым снаружи блока питания. Рас­стояние (по высоте) до блока питания позволяет менять процессор, не снимая системной платы.

Разъемы адаптеров НГМД и TDE располагаются у правого переднего края платы, что позволяет хорошо разместить кабели в корпусе и сократить их длину, что немаловажно для режимов PIO Mode 4 и Vlr.raDMA-33 порта. Модули памяти устанавливаются в легкодоступном месте. В дополнение к традиционному набору питающих напряжений введен источник питания 3,3/3,6В; позволяющий упразднить один из VRM на системной плате и существенно уменьшить мощность, рассеиваемую ос­тавшимися VRM. Для блока питания определен сигнал программно-управляемого отключения питания, что является эффективной защитой от преждевременного) выключения питания при незакрытых приложениях. Полное отключение питания обеспечивается выключателем блока питания, который снова переместился на заднюю панель корпуса. Блок литания имеет “дежурный” маломощный источник +5V Standl для питания цепей управления потреблением и устройств, активных и спящем режиме (например, факс-модема, способного по звонку “разбудить” машину). Питание подается через один 20-штырькоБЪ1Й разъем. Некоторые плат “переходного периода” имеют дополнительно и пару разъемов для питания от традиционных блоков. При этом, конечно, теряется возможное программного отключения питания и снижения мощности, рассеиваемое VRM.

Дополнительные стабилизаторы напряжения питания для низковольтных процессоров VRM (Voltage Regulation Module).Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве системных плат устанавливают и контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков (IDE, SCSI), графический адаптер, аудио канал, а также адаптеры СОМ- и LPT-портов, “мыши” и другие. Контроллеры, требующие интенсивного обме­на данными (IDE, SCSI, графический адаптер), используют преимущества локального подключения к шине процессора. Цель размещения других конт­роллеров на системной плате — сокращение общего числа плат компьютера.

Питание к традиционным платам подается через два 6-штырьковых разъема, по традиции, восходящей к PC/XT, обозначаемых как PS8 и PS9. Несмотря на то что их ответные части — розетки; расположенные на кабелях блока питания; имеют различное расположение ключевых выступов, механически оказывается возможным их неправильное подключение. Чтобы их не перепутать, есть легко запоминающееся правило: четыре черных провода (общий провод питания) под­соединенных разъемов должны находиться рядом (рис. 3.3). На 180 градусов разъемы, к счастью, перевернуть невозможно.

Питание к платам ATX подается через один 20-штырьковый разъем, имею­щий надежный ключ, что исключает возможность ошибки подключения. На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX. Все эти спецификации, определяющие форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов, и описаны ниже.

Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена как раз на исправление всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT. А решение, по сути, было очень простым – повернуть Baby AT плату на 90 градусов, и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. Вот что получилось в результате: интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB.

Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета Socket 7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный. Несколько неактуально не сегодняшний день, не так ли? ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чип сетами как MVP4, SiS 620, i810, и прочими готовящимися к выпуску подобными продуктами. В общем, для дешевых PC ATX – пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений в декабре 1997 года и была представлена спецификация формата microATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения.

По сути, изменения, по сравнению с ATX, оказались минимальными. До 9.6 x 9.6’’ уменьшился размер платы, так что она стала полностью квадратной, уменьшился размер блока питания. Блок разъемов ввода/вывода остался неизменным, так что microATX плата может быть с минимальными доработками использована в ATX 2.01 корпусе.

Модуль DRAM (в данном случае - асинхронного) имеет следующие контакты: линии ввода/вывода - служат непосредственно для передачи данных и вместе составляют шину данных. Их количество обычно определяется типом модуля. Модули с четностью имеют дополнительные линии ввода/вывода для битов четности; адресные линии - служат для передачи адреса, по которому находятся считываемые/записываемые данные. Как правило, их то же количество, что и у составляющих модуль чипов; RAS - регистры строки, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному RAS, подается адрес строки, в которой содержатся данные. Двух банковые модули организованы именно посредством дополнительных RAS; CAS - регистры столбца, сигнал на этой линии означает, что на адресные линии чипов, подключенных к данному CAS, подается адрес столбца, в котором содержатся данные; Write Enable - сигнал на этой линии означает, что возможна запись данных; PRD - контакты, заземление или не заземление которых несет информацию Presense Detect (в частности, емкость и время доступа модуля). Напряжение питания; Земля. Линии Output Enable, имеющиеся у всех чипов, в модуле памяти, как правило, заземляются. Имеет ли DIMM принципиальные преимущества перед SIMM? Единственное принципиальное отличие обозначено в названиях - Single и Dual In-Line Memory Module соответственно. Если вы возьмете в руки 72-пиновый SIMM, то легко увидите, что он имеет по 72 контакта с каждой стороны! Объясняется это просто - смежные контакты с разных сторон являются в действительности одним и тем же контактом. Задумано все было, скорее всего, с целью облегчить установку модулей в разъемы, сохраняя при этом высокое качество электрического соединения. DIMM в этом смысле более экономичен - с каждой стороны 168-пинового модуля всего 84 контакта. Разумеется, здесь контакты с разных сторон модуля электрически независимы. Естественно, что "единица длины" у DIMM используется более эффективно. Понятно также, что для того, чтобы такое стало возможно, нужны как минимум чипы нового по сравнению с используемым (поначалу) в SIMM поколения.

Фирма AMD традиционно выпускает процессоры, совместимые с передовыми моделями от Intel. Эти процессоры обычно появляются несколько позже, но вбирают в себя достижения, реализованные Intel в более поздних моделях. Про­цессоры класса 486 фирмы AMD совместимы с моделями Intel. Наибольший интерес представляют процессоры семейства Enhanced Ат486® и АтЗХвб™, представляющие вершину достижений, реализованных в рамках шины 486 про­цессора (Pentium OverDrive, конечно, их несколько превосходит, но его цена менее привлекательна). Их отличает экономичность потребления — питание по­ниженным напряжением, наличие развитых средств управления пот­реблением, более широкое применение политики обратной записи первичного КЭШа. Процессоры используют умножение частоты на коэффициент 2, 3 и даже 4, который может снижаться заземлением вывода CLKMUL. Процессоры имеют возможность снижения энергопотребления в нерабочем режиме (аналогичные средства появились в процессорах Pentium начиная толь­ко со 2-го поколения). По сигналу STOPCLKS процессор выгружает буферы за­писи и входит в режим Stop Grant, в котором прекращается тактирование большинства узлов процессора, что вызывает снижение потребления. Б этом состоянии он прекращает исполнение инструкций и не обслуживает прерыва­ния, однако продолжает слежение за шиной данных, отслеживая кэш-попадания. Из этого состояния процессор выходит по снятию сигнала STOPCLKft. Управление сигналом STOPCLK#, совместно с использованием режима SMM, реализует меха­низм расширенного управления питания АРМ. Cx486DX имеет по сравнению с другими более эффективный FPU. Процессоры Cx486DX2-66 и Cx486DX4-100 имеют кэш с обратной записью (WB), по параметрам близки к соответствующим моделям AMD.

CYRIX 5х86-100 и 5х86-120 по внутренней архитектуре приближаются к пятому поколению (имеют, например, динамическое предсказание ветвле­ний), но внешнюю шину 486 процессора с расширенным режимом (кэш работает с обратной записью). Их производительность существенно выше 486-х процессоров Intel и AMD с такими же тактовыми частотами. Проблемы с установкой этого процессора обычно связаны с отсутствием его поддержки конкретной версией BIOS.

Процессоры фирмы IBM: 486BL3, 486BL3 (Blue Lighting - молния) - вариант 486SX с 2-3-крат­ным умножением частоты без Burst Mode,-питание 3,3 В и Пониженное потребление. За звучным названием не стоят какие-либо серьезные пре­имущества. Несмотря на обозначение, процессоры 486SLC и 486DLC предназначены для замены 386SX и 386DX соответственно — их корпуса и интерфейс к стандар­тной шине 486 процессоров отношения не имеют.

Процессоры фирмы Texas Instruments: TIDX2-80uTIDX4-100 близки к аналогичным 486-м процессорам AMD. Демонстрация работы компьютера Compaq Presario PC на скорости в 1 ГГц стала возможной благодаря применению разработанной компанией KryoTech технологии SuperG с помощью которой "сверх охлаждался" процессор AMD Athlon. Для достижения такой скорости, запатентованная фирмой KryoTech система охлаждения "термически разгоняет" процессор AMD Athlon, позволяя ему работать на частоте 1ГГц, или один миллиард циклов в секунду.

В отличие от AMD, Cyrix продолжает в 6x86MX схему обозначений PR. 6x86MX-PR233 работает при тактовой частоте всего 187,5 МГц, тем не менее опережая на тестах Business Winstone Pentium MMX/233 или 200-МГц Pentium Pro как под Windows 95, так и под Windows NT. Этим он и заслужил свое обозначение PR233. На самом деле, в наших испытаниях на тестах Business Winstone 6x86MX-PR233 работал на 10-11% быстрее, чем Pentium MMX/233, хотя в тестах High-End Winstone он был всего на 3% быстрее в конфигурации с 32 Мбайт памяти и значительно отстал в конфигурации с 64 Мбайт памяти. В тестах же Business Winstone он оказался даже наравне с Pentium II 233MHz.

Однако, как и AMD K6, процессор 6x86 отстает по производительности при операциях MMX и FP - при работе с этими функциями он даже медленнее, чем К6. В результате, его производительность при работе с 3D-графикой довольно низка. При эмуляции функций 3D-графики 6x86MX-PR233 продемонстрировал всего 63% от быстродействия Pentium MMX 233MHz. Даже с хорошей графической платой разница оставалась значительной - 27%, что делает модели 6x86MX худшими для приложений этого типа.

К7 - первый из семейства микропроцессоров х86 7-го поколения, в котором присутствуют конструктивные решения, до сих пор не применявшиеся в процессорах архитектуры х86 и сулящие выигрыш в быстродействии даже при одинаковых тактовых частотах. Наиболее впечатляющим из них является, конечно, 200-мегагерцовая системная шина, однако есть и другие, менее заметные на первый взгляд новшества, ставящие К7 выше процессоров 6-го поколения.

Новая архитектура узла вычислений с плавающей точкой (fpu). К7 содержит 3 узла вычислений с плавающей точкой (fpu), любой из которых способен принимать на вход инструкции каждый такт работы процессора. При этом один узел предназначен исключительно для выполнения команды FSTORE! Назначение этого узла - обеспечивать обмен между регистрами и памятью в то время, как процессор выполняет другие инструкции. Такой подход, хотя и не повышает пиковую производительность, позволяет достичь более высокой средней производительности, что во многих случаях важнее. Остальные два fpu состоят из блока сложения (adder) и блока умножения (multiplier). Оба блока используют конвейеры (fully pipelined). Архитектура каждого fpu такова, что он может принимать на вход каждый такт одну инструкцию сложения и одну умножения, что дает пиковую производительность 1000MFLOPS при 500МГц. Ближайшим аналогом с точки зрения архитектуры является Pentium II, у которого также присутствуют adder и multiplier. Однако существуют два основных отличия. Во-первых, у PII только adder является полностью конвейеризованным (fully pipelined), multiplier же может принимать инструкцию на вход только каждый второй такт. Во-вторых, каждый узел fpu PII может принимать только одну инструкцию за такт, таким образом, пиковая производительность составляет 500MFLOPS при 500МГц. Вышесказанное ни в коем случае не является нападками на достойную архитектуру семейства Р6, которое до сих пор остается единственным семейством процессоров с конвейерным fpu. Да, чуть не забыл... Rise mP6, возможно, будет иметь архитектуру fpu, похожую на ту, что используется в К7, однако максимальная тактовая частота в 200МГц не позволяет этому процессору претендовать на место не только в "высшем обществе", но даже и в "среднем классе", поэтому сравнивать mP6 с К7 некорректно.

Огромный кэш L1. Если помните, Pentium MMX-166 показывал такую же производительность на приложениях, не использующих инструкции ММХ, как и классический Pentium-200. В чем причина? А причина в том, что чип ММХ имел в 2 раза больше КЭШа L1 (32К против 16К). Это также объясняет, почему К6-200 приблизительно равен по производительности Pentium MMX-233 - он имеет 64К КЭШа. К тому, что в К7 кэш L1 увеличился еще в 2 раза - до 128К. Это еще не гарантирует эффективного роста производительности процессора с увеличением тактовой частоты, но, по крайней мере, устраняет опасность простоя, из-за обмена с памятью.

Модернизируемый кэш L2. У К7 кэш L2 будет размещен, по примеру PII, в картридже, а не интегрирован в кристалл, как у К6-3. Результатом этого является возможность "модернизации" КЭШа. Первоначально его частота будет составлять 1/3 частоты процессора. В дальнейшем планируется выпуск версий с КЭШем L2, работающим на частоте процессора, и, возможно, на половинной частоте. То же и с размером. К7 может нести кэш L2 размером от 512К в "нижних" моделях до 8МВ в серверных моделях "high-end" (впечатляюще, Xeon на сегодня имеет до 2МВ, но цена...).

AMD разрабатывает и собственный недорогой чип сет под К7. Он состоит из северного моста (Northbridge) Irongate и южного моста (Southbridge) Cobra. На Comdex'98 демо-сэмпл К7 работал на системной плате с подозрительным названием Gomez.

Intel Pentium III: чип, произведенный по технологии 0.25 мкм; ядро Katmai, представляющее собой Deschutes плюс модуль SSE; работает в Slot-1-системных платах, но требует обновления BIOS; L1-кэш - 32Кбайта (16 - на данные, 16 - на инструкции); L2-кэш - 512Кбайт. Расположен вне процессорного ядра, но в процессорном картридже, и работает на половинной частоте ядра; процессорный картридж SECC2; один конвейер SSE, работающий с набором из 70 инструкций, оперирующих четырьмя парами вещественных чисел одинарной точности одновременно; напряжение 2В; частоты - 450 и 500 МГц (системная шина - 100 МГц); SSE поддерживается DirectX 6.1 и выше.

Процессор Intel Pentium III. Во-первых, необходимо иметь в виду, что для запуска системы на новом процессоре новая системная плата не требуется. BIOS должен уметь правильно распознавать новое ядро и иметь соответствующий микрокод. Что касается напряжения питания Pentium III, то, вопреки всем ожиданиям, оно пока оказалось старым - 2 Вольта. Однако для поддержки будущих моделей Pentium III все же необходима материнская плата с питанием от 1.8 В - именно такое напряжение вскорости будут требовать эти процессоры.

Новый процессор, как и все предыдущие Pentium II, работает на частоте системной шины 100 МГц. Умножение у него по старой доброй традиции зафиксировано, поэтому разгон возможен только повышением частоты FSB.

Статическая кэш-память на системной плате стали широко применяться с про­цессорами 386, 486 и Pentium, производительность которых сильно оторвалась от быстродействия динамической памяти. Кэш на системной плате 486 и Pen­tium является вторичным (Level 2), поскольку первый уровень кэширования реализуется внутри процессора. У процессоров Pentium Pro и Pentium II вто­ричный кэш с системной платы перекочевал на микросхему (картридж) про­цессора. В качестве кэш-памяти применяются следующие типы статической памяти: Async SRAM, она же A-SRAM или просто SRAM — традиционная асинх­ронная память; Sync Burst SRAM, или SB SRAM — пакетная синхронная память, PB SRAM — пакетно-конвейерная синхронная память. Конструктивно, вторичный кэш может быть запаян на системную плату или (и) иметь возможность дополнительной установки микросхем в DTP-корпусах и сокеты (только асинхронная память) либо модулей COAST в специальный слот (па них может быть установлена память любого типа). Кроме собственно памяти КЭШа, может потребоваться и установка дополнительной мик­росхемы Tag SRAM (асинхронной для любых типов памяти данных КЭШа).

Тип устанавливаемых модулей либо однозначно задается системной платой) либо устанавливается перемычками (автоматически распознается редко). Размер КЭШа часто приходится задавать перемычками. Требуемое быстродействие микросхем определяется тактовой частотой. Вторичный кэш может быть запрещен и BIOS Setup; кроме того, часто может задаваться его политика записи, заметно влияющая на производи­тельность полсистемы памяти. Хотя вторичный кэш и не является строго обязательным элементом PC, его установка (и применение разновидностей синхронного) позволяет существенно повысить производительность компьютера в целом.

Первичный кэш (LI Cache) встроен во все процессоры класса 486 и старше, он имеется и у некоторых моделей 386. Объем его невелик (8-32 Кбайт), и для повышения производительности для данных и команд часто используется раз­дельный кэш (так называемая Гарвардская архитектура — противоположность Принстонской, использующей общую память для команд и данных). Быстродействие его таково, что он работает на внутренней тактовой частоте процессора (CPU Clock), уже достигшей 333 МГц. Вторичный кэш (L2 Cache) обычно ус­танавливается на системной плате. Типовым для компьютеров на процессоре i486 считается объем 64-256 Кбайт, для Pentium — 256-512 Кбайт, новые чип сеты поддерживают до 2 Мбайт L2 Cache. Его быстродействие обеспечивает ра­боту на внешней тактовой частоте процессора - частоте системной шины (Host Bus Clock), типовое значение которой от диапазона 50-66 МГц уже переходит к 75, 83 и даже 100-1.25 МГц. В Pentium Pro синхронный L2 Cache располо­жен в одном корпусе с процессором и работает на его внутренней частоте.

Внутренний кэш. Внутреннее кэширование обращений к памяти применяется б процессорах, на­чиная с 486. С кэшированием связаны новые функции процессоров, биты ре­гистров и внешние сигналы. Процессоры 486 и Pentium имеют внутренний кэш первого уровня, в Pen­tium Pro и Pentium II имеется и вторичный кэш.

Лекция по техническим средствам информатизации №6.

Дата добавления: 2014-10-17