Компьютерное оборудование(hard)

   
РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ «Компьютерное
оборудование»

                        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),
и служит для обработки информации и двух видов операций: числовые операции и
операции с плавающей точкой. Также в процессоре находится кэш память L1(level
1)  и L2(level 2). Она используется для ускорения доступа к данным,
находящимся в  оперативной памяти. Процессор имеет ряд характеристик: тактовая
частота ядра, частота системной шины, множитель.

      Ниже, вкратце, будут
рассмотрены процессоры от Intel 8088  до Intel Pen-

tium 4, а также процессоры фирмы AMD.

      В первых ПК IBM PC класса
XT использовались процессоры Intel 8088(в
документациях пишут – i8088)

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

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

      Процессор следующего(пятого)
поколения должен был называться i80586,

однако ему придумали
симпатичное имя – Pentium.

    Следующим шагом вперед
стал выпуск в начале 1997 года процессора Pen-

tium MMX(или P55). В нем
впервые реализован новый набор из 57 команд MMX(MultiMedia eXtention – мультимедийное расширение). Эти процессоры
изготовлены по 0,35-микронной технологии(«технология производства», чем меньше
этот показатель, тем лучше – больше частота процессора и меньше
тепловыделение.). Изменилось напряжение питания: у ядра процессора оно
уменьшилось до 2,8 В, а у его периферийных цепей осталось прежним – 3,3 В. Соответственно
потребовались изменения в конструктивах материнских плат – требовалась
установка дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэша L1 –
32 Кбайт. «Посадочная панель» для Pentium MMX –
Socket 7.

    В 1995 году на рынок
вышло шестое поколение процессоров. И первым процессором стал Pentium Pro. Он появился осенью 1995 года. В нем впервые
корпорация Intel применила кэш L2, объединенный
на одном кристалле с яд-

ром и оперирующий на частоте
процессора. Выпускался Pentium Pro как по 0,50-, так и по 0,35-микронной технологии.
Размер кэша L2 доходил до 2048 Кбайт. Значения частоты системной
шины: 60 и 66 МГц. Установочный разъем – Socket 8.  

         Pentium II

    В мае 1997 года появился
процессор Pentium II – представитель семейства P6/

6x86. Он
отличался от Pentium Pro наличием блока MMX. Первые 
PII изготов-

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

ция 
PII своеобразна: напоминает плату расширения,  на которой
отдельно смон-

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

   
Процессор PII соединяется
с системным блоком специальным соединителем SEC1. Саму
процессорную плату называют SECC(Single Edge Connector Cartridge). Ответной частью для соединителя SEC1
является разъем Slot 1, похо-

жий
на разъем шины расширения. Под картриджем, закрывающим микросхемы, имеется
термопластина. Она прижата к обоим чипам: процессора и кэш L2. К
ней крепится вентилятор.

   
Фирма Intel присваивает
различным модификациям PII служебные кодовые имена. Ниже будут представлен
революционный процессор Celeron и два пред-

ставителя
этой линейки.

         Celeron
– это семейство недорогих процессоров, изготовляемых с кэшем

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

 ton, Mendocino, Dixon.

1.  
Covington – первый процессор линейки Celeron. Построен
на ядре Deschutes по
0,25 мкм технологии. Для уменьшения себестоимости выпускался без кэша L2  и
защитного картриджа. Тактовая частота: 266-300МГц, частота системной шины 66
МГц, кэш L1 – 32 Кбайт. Физический интерфейс – Slot 1.

2.  
Dixon – следующий этап в истории Celeron. Это
недорогой процессор, в первую очередь ориентированный 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 Pentium III(PIII) отличается
от PII прежде всего наличием блока Streaming SIMD Extensions – потоковое расширение SIMD(Single Instruction, Ma-

ny Data
– одна инструкция, много данных). Pentium III может выполнять
70 но-

вых
инструкций SSE(иногда называемых MMX2).
Выпускается по 0,18 и 0,13 мкм технологии. Ниже приводятся два процессора
семейства Pentium III:

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

дификациями
FSB133(частота FSB равна 133 МГц), продаются и FSB100. Соеди

нительная
панель – Slot 1.

2.Coppermine FC-PGA 370 – дешевый
вариант Coppermine, рассчитанный на использование в материнских платах с
разъемом Socket 370 и частотой системной шины 100 МГц. По существу,
это замена Pentium II в цепочке Celeron
– Pentium II – Pentium
III. С точки зрения Intel, Coppermine  - это Pentium III с соответствующими характеристиками.

Pentium IV   

Процессор
основан на ядре Willamette. Выпускается с частотами от 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-Pumped работает на
частоте 400 МГц. В набор дополнительных инструкций входят MMX, SSE и SSE2.

   
К описанию процесса появления Pentium IV на рынке подходит выражение
«хотели как лучше, а получилось как всегда». Процессор получился совсем не

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

ком
большим, инженеры Intel приняли
решение «пустить под нож» некоторые не слишком важные, по их мнению, части.
Таким образом, была ампутирована половина кэша L1 и L2.
Само собой, такая операция не прошла бесследно, и ито

говая
производительность P4 оказалась значительно меньше ожидаемой. Тем не
менее, Pentium IV является одним из самых
быстрых процессоров на сегодняш-

ний
день.

                  AMD

   
Основным конкурентом Intel на рынке процессоров является фирма American Micro Devices (AMD).

  
Чтобы можно было сравнивать процессоры разных производителей, нужны стандартизированные
тестирования, ставящие испытуемые образцы в одинако-

вые
условия. Показателем качества является результат сравнения производитель

ности
испытуемого образца с процессором Pentium определенной частоты. 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 не
медленнее процессора Pentium 166, хотя тактовая час-

тота 
у AMD, может быть и меньше 166 МГц. Какой же процессор
покупать? Все зависит от толщины кошелька (AMD дешевле) и
от предпочтений пользова-

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 частоте системной шины. Известны следующие
версии процессора К5, выполненные по технологии с шагом 0,6 мкм: К5-75, К5-90,
К5-100 (здесь PR-рейтинг соответствовал частоте процессора).  Лучшие
характеристики получены для процессора К5, 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. Создавая
Athlon, разработчики предложили рынку свой вариант платформы
для IBM PC-совместимых компьютеров. В
марте 2000 г. этим процессором был преодолен барьер частоты 1 ГГц (чуть раньше Pentium III). Кэш L1 – 128 Кбайт, кэш L2 – от 512
Кбайт до 8 Мбайт. Частота системной шины – от 200 до 400 МГц и выше. Разъем – Slot A
или Socket 462.

3.  
К7 – Duron – ответ AMD на Intel Celeron. Кэш L2 –
192 Кбайт, расположенного на кристалле процессора. Частота FSB –
до 200 МГц. Работает в материнских платах, оборудованных специальным
462-контактным разъемом Socket A.

         Оперативная память

Без
ОЗУ (RAM) работа ПК невозможна. Обильная оперативная память
делает доступными сложные мультимедийные программы. Увеличение ОЗУ может
вселить в стареющий ПК новую жизнь, удовлетворив запросы прожорливых программ и
увеличив производительность ПК в большей степени, нежели заме-

на
ЦПУ или видеоадаптера.

Оперативная
память компьютера состоит из основной (набирается модулями па-

мяти
на материнской плате), кэш памяти L2, чипов памяти на платах
расшире-

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

на
основную память. Поэтому, когда говорят «микросхемы ОЗУ», имеют в виду как раз
те самые модули, из которых формируется основная память. О ней далее и пойдет
речь.

 
На материнских платах первых IBM PC устанавливались отдельные
микро-

схемы
памяти. Сейчас микросхемы ОЗУ размещают блоками на специальных мо

дулях
памяти – небольших платах с многочисленными контактами, расчитанны-

ми
на установку в щелевидные  разъемы (слоты) материнской платы. Будучи
вставленными в слоты, модули попадают под управление контроллера памяти,
расположенного на материнской плате. Такт взаимодействия с ячейками памяти
задается тактовой частотой материнской платы. Чем выше частота, тем быстрее
должны происходить операции записи и считывания данных.

  
Оперативная память энергозависима. При выключении питания записанные в ОЗУ
данные исчезают. В современных ПК используют  динамическое ОЗУ (DRAM
– Dynamic Random Access Memory). Память этого типа приходится периодически
регенерировать, чтобы информация сохранялась. В это время ячейки памяти не
доступны для операций с данными. Для памяти статической регенерация 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(Single inline memory module) – модуль памяти с односторонними контактами.

2.  
DIMM(Dual inline memory module) – модуль памяти с двухсторонними контактами.

А) SDRAM(Synchronous
Dynamic Random Access Memory).

Б) DDR
SDRAM(Double Date Rate Synchronous Dynamic Access Memory).

3. RIMM(Rambus inline memory 
module) – 168-контактный модуль памяти             RDRAM повышенной (1,6
Гбайт/с) пропускной способности (используя 16-битную шину, эта память передает
информацию по обоим фронтам тактового импульса, то есть фактически удваивает
частоту работы).

Память
в ПК сгруппирована в банки памяти. Так называют минимальный блок памяти, с
которым компьютер становится работоспособным. Наращивают ОЗУ,  полностью
заполняя отдельные банки памяти.

 
Модули DIMM обычно строятся на базе микросхем синхронной
динамической памяти (SDRAM). Синхронная память требует подачи тактовых импульсов
с ма-

теринской
платы, поэтому длительность всех операций задается тактами шины памяти.
Процессор выставляет адрес памяти и может переключаться на другую задачу. Это
дает некоторое повышение производительности.

  
Память SDRAM характеризируется
периодом тактовых импульсов (или часто-

той)
тактовых импульсов. Если системная плата имеет тактовую частоту менее 100 МГц,
то для нее подойдут модули SDRAM c периодом тактовых импульсов 10 наносекунд.  Для широко
распространенных модулей спецификации PC100 и PC133 этот
параметр – 10 и 7 нс. Рабочая частота модулей памяти, отвечающих

спецификациям
PC100 и PC133, увеличена соответственно до 100 и 133 МГц, что
обеспечивает пропускную способность 0,8 Гбайт/с и 1,064 Мбайт/с.

 
Память DDR SDRAM работает вдвое быстрее обычной SDRAM
за счет  обра-

ботки
информации как по фронту, так и по срезу тактового сигнала. Модули DDR SDRAM устанавливаются
в специальные слоты на материнской плате типа DIMM. Пропускная
способность DDR памяти
может составлять 2,1 Гбайт/с при частоте 266 МГц и 1,6 Гбайт/с при частоте 200
МГц.

         Чипсеты – наборы микросхем.

 
Желая приобрести материнскую плату, прежде всего интересуются ее электри-

ческими
характеристиками и конструктивными особенностями. Электрические характеристики
определяются набором управляемых микросхем – чипсетами. Конструктивные
особенности плат характеризуются форм-фактором.

  
Одним из крупнейших разработчиков и производителей чипсетов является Intel.Появление
процессоров Pentium стимулировало разработку новых чипсетов

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

рию,
за ним следовал 82430NX (Neptune, 1994 г.). По своим характеристикам Neptune
был ориентирован на профессиональные применения. Однако быстрое развитие
процессоров Pentium выявило потребность в чипсетах, ориентирован-

ных
на массового потребителя.

 
В начале 1996 года корпорация пошла навстречу производителям компьютеров и
одновременно решила разделить рынки SOHO(Small
Office/Home Office) и корпоративных
применений – миру были представлены новые наборы чипсетов: 82430VX и 82430HX. В наборе
82430HX реализована
поддержка многопроцес-

сорных
систем, памяти с исправлением единичной ошибки(ЕСС), улучшены характеристики
взаимодействия процессора с кэш-памятью – все это важно для построения серверов
и профессиональных рабочих станций. В наборе 82430VX эти функции
отсутствовали, зато он получился дешевле.

 
Однако вскоре 82430VX начал отставать от темпов появления большего числа
новинок, ориентированных на рынок мультимедийных машин. В результате ему на
смену пришел набор 82430TX, который был разработан прежде всего для повышения
производительности мультимедийных компьютеров с процессорами Pentium MMX.

 
Затем пришла эпоха процессоров с разъемами Slot 1 и Socket
370. Основные чипсеты для них – это ныне устаревающий Intel 440BX,
новомодный Intel 820 и альтернативный VIA Apollo Pro133A.

 
Чипсет i440BX был
первым чипсетом, имеющим 100-мегагерцовую системную шину. Но многие современные
возможности чипсет не поддерживает. Так, основной проблемой, связанной с его
применением, является отсутствие поддержки частоты FSB 133 МГц. В
качестве замены i440BX компания
Intel вы-

пустила
чипсет i820, построенный на новой основе. Поскольку i820 изначально
разрабатывался под процессоры с ядром Coppermine, вполне естественно,
что им поддерживается 133-мегагерцовая процессорная шина. Также в i820 введена
поддержка режима AGP 4x, 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 чипсета основной упор был
сделан на память RDRAM. Обмен данными в RDRAM
идет по обоим фронтам сигнала (с
удвоенной частотой). Результата таков – память в i820 рабо-

тает
на частоте 400 МГц, частота передачи данных составляет 800 МГц. В итоге
пропускная способность шины памяти составляет (при 16-разрядной шине данных)
1,6 Гбайт/с (800 Мбайт/с для PC100 SDRAM). Но структура RDRAM та

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

  
Такое положение дел с ценой и доступностью RDRAM заставило Intel
искать выход. Поскольку поддержка SDRAM в i820  предусмотрена не была, компания разработала
специальный контролер-конвертор обращений по каналу Rambus(архитектура
RDRAM) к памяти SDRAM – MTH(Memory Translator Hub)

Его
устанавливают на системную плату. Однако этот контролер, называемый хабом,
поддерживает только PC100 SDRAM, то есть независимо от частоты сис-

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

ция
запросов, выполняемая MTH, также требует времени. Все это приводит к
драматически низкой скорости работы i820 c SDRAM.
Именно такое решение – использование i820 «с хабом» и памятью типа PC100
SDRAM  и предлагает
сейчас Intel как основное.

         Типоразмеры(форм-фактор)

 
Имеются четыре основные типоразмера материнских плат – АТ (baby AT), ATX, LPX и NLX. Производство AT (карта была
неудобная в обслуживании), LPX не получил большего распространения из-за малого
количества слотов на плате, а вот самым популярным на сегодняшний день являются
материнские платы форм-фактора ATX.  Рассмотрим ее поподробнее:

1.  
На плате интегрированы разъемы
портов ввода-вывода. Если контроллеры портов ввода-вывода монтируют
непосредственно на системных платах, вполне естественным выглядит решение
расположить на них и разъемы портов. Это заметно уменьшает количество
соединительных проводов внутри корпуса.

2.  
 Стали доступнее гнезда модулей
памяти. Они переехали дальше от слотов плат расширения, от процессора и блока
питания.

3.  
Уменьшилось расстояние между
платой и дисководом. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к
ним устройствам.

4.  
Слоты процессора и плат расширения
разнесены. Гнездо процессора перенесено с передней части платы на заднюю, ближе
к блоку питания. Это позволяет устанавливать в слоты полноразмерные платы –
процессор им не мешает.

5.  
Напряжение питания 3,3 В, весьма
широко используемое современными компонентами системы, подводится от блока
питания. В АТ-платах для его получения требовался преобразователь,
устанавливаемый на материнской плате. В АТХ-платах необходимость в нем отпала.

Жесткие диски (HDD)

Типичный
дисковод жестких дисков состоит из гермоблока и платы электрони-

ки.
В гермоблоке размещены все механические части, на плате вся управляющая

электроника.
В гермоблоке установлен шпиндель с одним или несколькими дис-

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

нивания
давления воздуха внутри и снаружи в крышках гермоблоков делаются небольшие
окна, заклеенные тонкой пленкой.

  
Обмотку позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный магнит.
При подачи в обмотку тока определенной величины и полярности коромысло начинает
поворачиваться в соответствующую сторону  с соответству

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

 
При вращении дисков аэродинамическая сила поддерживает головки на неболь

шом
расстоянии от поверхности дисков. Головки никогда не соприкасаются с той зоной
поверхности диска, где записаны данные. На хвостике позиционера обычно
располодена так называемая магнитная защелка – маленький постоян-

ный
магнит, который при крайнем внутреннем положении головок притягивает-

ся
к поверхности статора и фиксирует коромысло в этом положении. Это так на-

зываемое
парковочное положение головок, которые при этом лежат на поверхности диска, соприкасаясь
с нею. В посадочной зоне дисков информация не записывается.

 К
гермоблоку через специальные разъемы подключается съемная плата электро

ники.
На плате расположены основной процессор винчестера, ПЗУ с програм-

мой,
рабочее ОЗУ, которое обычно используется в качестве дискового буфера, цифровой
сигнальный процессор (DSP) для подготовки записываемых и обработ

ки 
считанных сигналов и интерфейсная логика.

   Подключение

Современные
материнские платы имеют встроенный адаптер IDE, содержащий
два канала, к каждому из которых можно подключить два IDE-устройства.
Одно из устройств должно 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-устройства другого типа (CD-ROM,ZIP и др.) лучше
подключать ко второму IDE-каналу.

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

вает.
В этом 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

4.
Жесткие диски                                                                                  стр.
6

    
Подключение                                                                             
стр. 7

5. 
Список литературы                                                                         стр.
8

Список литературы:

1. 
Ю. Новиков и А. Черепанов «Персональные
компьютеры» учебный курс.

2. 
Журнал «Игромания» № 10(49) 2001