Разъемы подключения дисководов и внешних устройств.
Вспомогательные микросхемы и устройства.
Самым крупным производителем системных плат является фирма Intel. Большинство технологических и технических новшеств для системных плат было введено именно этой фирмой. На массовом рынке производством системных плат занимаются фирмы, Asus, Gigabyte, Supermicro, Biostar и другие.
В последние годы производители стараются обеспечить экологичность системных плат, реализовывая экономичные режимы энергопотребления, учитывая запрет на использование вредных веществ в соответствии с принятой в 2006 году директивой Европейского союза[2].
Блок питания (БП) ПК обеспечивает электропитание всех устройств системного блока. Чем больше устройств предполагается разместить в ПК, тем более мощным должен быть БП. В современных IBM-совместимых ПК мощность блока питания достигает 300 ватт и более. В переносных полнофункциональных ПК, помимо БП от электросети используются аккумуляторы, которые обеспечивают автономную работу течении нескольких часов.
В процессе работы электронные компоненты ПК могут сильно нагреваться. Для их охлаждения используются вентиляторы. Отдельные вентиляторы всегда устанавливаются в блоке питания и для охлаждения процессора. Нередко дополнительные вентиляторы устанавливаются для охлаждения видеоадаптера и жестких дисков. В некоторые корпуса можно встроить специальные термодатчики.
Процессоры ЭВМ
Процессор ЭВМ правильнее называть центральным процессором, так как в компьютере может быть несколько специализированных процессоров, управляющих работой отдельных устройств. Центральный процессор является главным устройством, которое управляет всем процессом обработки информации в компьютере.
Он представляет собой сверхбольшую интегральную схему – кремниевый кристалл, выращенный по специальной технологии и содержащий огромное количество определенным образом связанных между собой элементов.
Важной характеристикой процессора является его производительность. Производительность определяется скоростью выполнения команд программы и в значительной степени определяется его тактовой частотой – количеством циклов работы устройства в единицу времени. Чем выше тактовая частота работы устройства, тем обычно выше производительность процессора.
Тактовая частота современных процессоров измеряется в ГГц (гигагерцах – 109 тактов в секунду). В 1965 году один из основателей компании Intel Гордон Мур сформулировал так называемый «закон Мура», согласно которому производительность процессора увеличивается не менее, чем в два раза каждые полтора года. Несмотря на то, что нет точного подтверждения этой зависимости, закон известен и принимается большинством людей, имеющих отношение к компьютерной технике, так как наглядно иллюстрирует небывалые темпы роста этой области индустрии.
В то же время на производительность оказывают влияние много других факторов. Производительность процессоров прямо зависит от размера кристалла, который в свою очередь определяется плотностью расположения элементов на нем. Чем меньше пути прохождения электронов, тем быстрее работает процессор. При уменьшении размеров процессоры потребляют меньше энергии, быстрее работают и становятся дешевле.
Одним из основных путей уменьшения размеров кристаллов и, соответственно, увеличения плотности расположения элементов является снижение норм толщины проводников. В настоящее время большинство производителей изготавливают процессоры по 45-ти и даже 32-нанометровой технологии. Планируется переход на производство 22-нанометровых элементов, что может существенно увеличить производительность современных ПК.
Для увеличения производительности в современных процессорах реализуется конвейерность или параллельное выполнение нескольких команд. Каждая команда делится на отдельные микрооперации, после выполнения первой микрооперации одной команды процессор приступает к выполнению начала следующей команды и т.д. Таким образом, может одновременно обрабатываться несколько команд программы. В некоторых ЭВМ в процессоре имеется несколько конвейеров, тогда его называют суперскалярным.
Еще одна характеристика процессора – разрядность – это число двоичных разрядов, обрабатываемых одновременно при выполнении одной команды. Большее число современных процессоров являются 32-х и 64-разрядными.
К характеристикам процессора относится наличие и параметры кэш-памяти – массива сверхбыстрой оперативной памяти, являющейся промежуточной между оперативным запоминающим устройством и процессором. Кэш-память позволяет увеличить производительность процессора, так как в нее помещаются из более медленной оперативной памяти блоки данных, которые обрабатываются процессором в текущий момент. Кэш-память разделяется на несколько уровней (см. «Внутренние запоминающие устройства ЭВМ»).
Важной является также архитектура микропроцессора, которая определяет, какие данные он может обрабатывать, какие машинные инструкции входят в набор выполняемых им команд. По архитектуре процессоры отличаются системой команд – полный перечень команд, которые способна выполнять данная ЭВМ. Часто различают CISC-процессоры (Common Instruction Set Computer) – процессоры с полным набором команд и RISC-процессоры (Reduced Instruction Set Computer) – процессоры с сокращенным набором команд.
Традиционно, в мэйнфреймах использовались CISC-процессоры, а в мини-ЭВМ – RISC-процессоры. С середины 90х гг. грань между CISC и RISC-процессорами стирается и на сегодняшний момент в CISC-процессорах используется много конструктивных решений, ранее характерных только для RISC-процессоров.
С введением суперскалярной архитектуры и повышением тактовой частоты компьютеры с RISC-архитектурой стали достигать большей производительности, чем CISC-процессоры. Кроме того, за счет уменьшения числа элементов в кристалле процессора может быть снижено его энергопотребление. Большая часть современных процессоров основаны на суперскалярной RISC-архитектуре.
Существует множество видов процессоров. Наиболее распространенными являются так называемые Intel-совместимые процессоры, которые используются в IBM-совместимых ПК. Самыми производительными из них на текущий момент являются процессоры линейки Intel Core i7 и процессоры семейства AMD Phenom II.
Внутренние запоминающие устройства ЭВМ
Внутренние запоминающие устройства (ЗУ) непосредственно взаимодействуют с процессором. К ним относятся:
- оперативная память (ОП) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
- кэш-память;
- регистровая память процессора.
Основные операции, выполняемые запоминающими устройствами - это запись и считывание информации, которые в совокупности называются обращением к памяти.
Наиболее важные характеристики памяти - это ее емкость (объем хранимой информации) и время доступа. Все внутренние ЗУ являются электронными устройствами и имеют высокое быстродействие и относительно небольшую емкость.
Оперативная память (ОП) называется памятью с прямым доступом (RAM – Random Access Memory), т.е. при обработке информации процессором может произойти обращение к любой ячейке оперативной памяти независимо от порядка расположения ячеек.
Назначение оперативной памяти – временное хранение и передача данных и команд, необходимых для выполнения операций процессором в данный момент. ОП является энергозависимой памятью, информация в ней сохраняется только при включенном компьютере. Поэтому перед выключением компьютера всю нужную информацию необходимо сохранить на каком-либо устройстве внешней памяти, иначе они будут потеряны.
Физически ОП в ПК представлена набором микросхем или модулей памяти, вставляемых в разъемы системной платы. Обычно используется память динамического типа (DRAM), которая, являясь недорогой, позволяет размещать в небольшом пространстве достаточно большое по емкости ЗУ. На сегодняшний день в качестве модулей памяти предлагается использовать оперативную память типа DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных). Она выпускается в виде 184-контактных модулей, емкость достигает 8 Гбайт, а частота – 2400 МГц и больше. Ведущими производителями являются фирмы Transcend, Kingston, Western Digital, A-DATA и другие.
Скорость обработки данных в компьютере существенно зависит от времени доступа к ОП. Чем больше время задержки сигнала (тайминг или латентность) при передаче данных из ОП в процессор, тем ниже производительность компьютера. Так как цикл работы динамической памяти больше цикла работы процессора, обращение к ОП может существенно замедлить обработку данных. Поэтому в современных компьютерах используется промежуточный буфер между процессором и ОП – кэш-память, которая выполнена на базе более быстрых статических модулях памяти.
В общем случае под кэш-памятью понимается быстродействующая память, предназначенная для ускорения доступа к данным, размещенным в памяти, обладающей меньшим быстродействием. Принцип ее работы состоит в том, что по мере работы устройства кэш-память заполняется блоками данных из памяти, обладающей меньшим быстродействием, и при последующих обращениях к медленной памяти сначала проверяется наличие этих данных в кэш-памяти. Если нужные данные уже размещены в ней, то их загрузка осуществляется существенно быстрее. Если нужных данных в кэш-памяти нет, то происходит обращение к медленно действующей памяти, и считанные из нее блоки данных загружаются в кэш-память вместо неиспользуемого в данный момент фрагмента данных кэш-памяти. Разработаны различные механизмы, позволяющие так спланировать загрузку-выгрузку данных из кэш-памяти, чтобы обеспечить оптимизацию времени доступа к данным медленно действующей памяти.
В современных компьютерах кэш-память разделена на несколько уровней. Кэш-память первого уровня (L1)является самой быстрой, расположена внутри процессора на том же кристалле и функционирует со скоростью процессора. Во многих случаях L1 разделена на две части: кэш команд и кэш данных. Емкость L1 обычно небольшая (от 64 до 384 Кбайт).
Второй уровень кэш-памяти (L2) обычно существенно больше по емкости (от сотен Кбайт до 12 Мбайт) и может располагаться также внутри процессора на кристалле (в более старых процессорах – отдельно в виде микросхем на системной плате). Емкость L2 имеет большое значение для процессора, оказывая существенное влияние на его производительность.
Кэш-память третьего уровня (L3) больше по емкости (может превышать 24 Мбайт), еще медленнее, чем кэш второго уровня, но значительно быстрее, чем ОП.
В некоторых высокопроизводительных ЭВМ имеется кэш-память четвертого уровня, которая выполняется в виде отдельной микросхемы.
Помимо процессора, собственную кэш-память имеют различные внешние устройства (например, накопители на дисках). Она не относится к внутренним ЗУ и является специализированной памятью конкретного устройства. Кроме того, в современных операционных системах всегда используется кэширование дисков. Для этого выделяется область оперативной памяти, через которую происходит обмен данными с накопителем.
Регистровая память процессора ‑ внутренняя память процессора, в которой собственно и происходит преобразование данных, получаемых из ОП или кэш-памяти. Это самая быстродействующая память, но и самая малая по емкости (несколько регистров по 32 бита и по 64 бита).
К внутренним ЗУ относится также постоянная память (ПЗУ), которая предназначена для хранения неизменяющейся информации: содержащихся в базовой системе ввода-вывода – BIOS – программ, необходимых для запуска работы компьютера. Она обеспечивает хранение информации и выполняет только операцию считывания, поэтому называется постоянной (ROM – Read Only Memory). Постоянная память является энергонезависимой и сохраняет информацию после отключения электропитания. Информация записывается в микросхему ПЗУ при ее изготовлении и остается неизменной, но при необходимости содержимое BIOS можно перезаписать с целью обновления.