Системный блок (основные компоненты)

Процессор Мозгом персонального компьютера является микропроцессор или центральный процессор CPU ( Central Processing Unit ). Микропроцессор выполняет вычисления и обработку данных и, как правило является одной из самых дорогостоящих микросхем компьютера. Во всех PC -совместимых компьютерах используются процессоры совместимые с семейством микросхем Intel , но выпускаются и проектируются они как самой фирмой Intel , так и компаниями AMD и Cyrix . Звёздный час фирм Intel и Microsoft наступил в 1981 году, когда фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC с процессором Intel 8088 (4,77 МГц) и операционной системой Microsoft Disk Operating System ( MS - DOS ) версия 1.0. С этого момента практически во все персональные компьютеры устанавливаются процессоры фирмы Intel и операционные системы Microsoft ... Ушедший 2000г. ознаменовался обострившейся борьбой на рынке процессоров между двумя наиболее крупными производителями. Речь идет о компаниях Intel и AMD. Безоговорочное многолетнее лидерство первой серьезно было поставлено под вопрос благодаря усилиям второй. Можно сказать, впервые в ушедшем году вопрос выбора процессора для компьютера потерял однозначность. До недавнего времени процессоры AMD при одинаковой тактовой частоте были дешевле своих аналогов от Intel , но, как правило, проигрывали им в производительности.

Главным образом это отставание происходило за счет менее эффективной работы при операциях с плавающей точкой. С выходом процессоров AMD седьмого поколения положение дел изменилось в корне. Цена же на 'улучшенные микроустройства ' при этом осталась ниже, чем на изделия от Intel . Обострившаяся конкуренция привела к значительному ускорению выхода в свет новых моделей процессоров со все более высокими тактовыми частотами. Был взят еще недавно казавшийся фантастическим барьер в 1 ГГц. По той же самой причине оба производителя были вынуждены значительно снижать цены на свои процессоры.

Острота взаимоотношений между Intel и AMD весьма благотворно сказалась на рядовых пользователях, получивших возможность значительно повысить производительность своих компьютеров за умеренные деньги.

Центральный процессор (CPU) это сложная микросхема, состоящая более чем из 10 000 000 транзисторов, которые получают команды (инструкции), выполняет их и осуществляет контроль за выполнением.

Процессор состоит из арифметическо-логического устройства, счётчика команд (который является одним из регистров процессора) и дешифратора. В процессоре имеются регистры для временного хранения информации. После запуска программы счётчик извлекает команду из памяти и отслеживает её очерёдность. Потом команда анализируется дешифратором, который определяет её тип. Тем временем счётчик готовится к извлечению следующей команды. Далее команда поступает в арифметико-логическое устройство, которое выполняет вычисления и проводит сравнения. Для ускорения работы процессора применяются различные усовершенствования: конвейер команд, параллельное выполнение, предсказания переходов.

Современные процессоры работают быстрее, чем оперативная память.

Поэтому в процессор встраивают КЭШ- -память небольшого объёма, но более производительную. Все данные и команды, которые процессор запрашивает из основной памяти, также записываются в КЭШ. КЭШ-память современных процессоров является двухили трёхуровневой. КЭШ-память первого уровня (L1) самая маленькая по объёму (16-64 Кб), но самая быстрая. КЭШ L2 и L3 ( до 2 Мб) имеет значительно больший объём, но не редко работает на пониженной частоте и уступает по производительности.

Современные микропроцессоры имеют тактовые частоты 200-600 Мгц , что означает их способность работать на скоростях 200-600 млн тактов в секунду и выполняет около милиарда команд в секунду.

Первый микропроцессор Intel 4004 работал на частоте 750 кГц, содержал 2300 транзисторов, а современная Alpha 21264 легко работает на частоте 600 МГц и содержит 15,2 млн транзисторов.

Системная (материнская) плата Основной характеристикой системных плат является их архитектура.

Основными шинами до недавнего времени считались ISA ( Industrial Standard Architecture ) и EISA ( Extended ISA ), работающие на частоте 8 МГц и имеющие разрядность 10 и 32 соответственно. Для обеспечения нормальной работы видеоадаптеров был разработан стандарт AGP 4 x (создание прямой магистрали операционная память-процессор-видеокарта для более высокой скорости передачи данных, следовательно, и уменьшение времени на обработку графики). С времен появления процессора Pentium была разработана самостоятельная шина PCI , которая на сегодняшний день является наиболее быстрой и перспективной (видеокарты здесь исключение, так как они работают на AGP шине и обеспечивают большую производительность, чем самые-самые старые на PCI шине) Оперативная память Здесь закон простой: чем больше, тем лучше.

Крайне сложно предсказать, на чем остановится прогресс. Все десять крупнейших производителей памяти, такие как Samsung , Toshiba и Hitachi , разрабатывающие Direct RDRAM, также продолжают развивать агрессивную политику, направленную на развитие альтернативных технологий памяти следующих поколений, таких как DDR и SLDRAM. В связи с этим образовалось любопытное объединение конкурентов. Тем не менее, несмотря на некоторую неизвестность, попытаемся дать общий обзор и объяснение того, что и где будет применяться в ближайшее время. В первой части материала описываются причины, которые заставляют переходить к новым технологиям памяти. Во второй части статьи приводится описание шести основных технологий, их сходства и различия.

Необходимость увеличения производительности системы памяти.

Быстрое развитие аппаратных средств и программного обеспечения привело к тому, что вопрос эффективности встает на первое место.

Фактически, несколько лет назад, Гордон Мур , президент корпорации Intel , предсказал, что мощность центрального процессора в персональном компьютере будет удваиваться каждые 18 месяцев (Закон Мура). Мур оказался прав. С 1980 года до настоящего момента тактовая частота процессора Intel , установленного в персональном компьютере возросла в 60 раз (с 5 до 300MHz). Однако, за то же время, частота, на которой работает системная память со страничной организацией (FPM), возросла всего в пять раз. Даже применение EDO RAM и SDRAM увеличило производительность системы памяти всего в десять раз. Таким образом, между производительностью памяти и процессора образовался разрыв. В то время как процессоры совершенствовались в архитектуре, производство памяти претерпевало лишь технологические изменения.

Емкость одной микросхемы DRAM увеличилась с 1Мбит до 64Мбит. Это позволило наращивать объем применяемой в компьютерах памяти, но изменения технологии в плане увеличения производительности DRAM не произошло.

Короче говоря, скорость передачи не увеличилась вслед за объемом. Что касается потребностей, то в следствии применения нового программного обеспечения и средств мультимедиа, потребность в быстродействующей памяти нарастала. С увеличением частоты процессора, и дополнительным использованием средств мультимедиа новым программным обеспечением, не далек тот день, когда для нормальной работы PC будут необходимы гигабайты памяти. На этот процесс также должно повлиять внедрение и развитие современных операционных систем, например Windows NT. Чтобы преодолеть возникший разрыв, производители аппаратных средств использовали различные методы. SRAM ( Static RAM) применялся в КЭШе для увеличения скорости выполнения некоторых программ обработки данных.

Однако для мультимедиа и графики его явно недостаточно. Кроме того, расширилась шина, по которой осуществляется обмен данными между процессором и DRAM. Однако теперь эти методы не справляются с нарастающими потребностями в скорости.

Теперь на первое место выходит необходимость синхронизации процессора с памятью, однако, существующая технология не позволяет осуществить этот процесс.

Следовательно, возникает необходимость в новых технологиях памяти, которые смогут преодолеть возникший разрыв. Кроме SDRAM, это DDR, SLDRAM, RDRAM, Concurrent RDRAM, и Direct RDRAM. Шесть технологий памяти будущего SDRAM Synchronous (синхронная) DRAM синхронизирована с системным таймером, управляющим центральным процессором. Часы, управляющие микропроцессором, также управляют работой SDRAM, уменьшая временные задержки в процессе циклов ожидания и ускоряя поиск данных. Эта синхронизация позволяет также контроллеру памяти точно знать время готовности данных. Таким образом, скорость доступа увеличивается благодаря тому, что данные доступны во время каждого такта таймера, в то время как у EDO RAM данные бывают доступны один раз за два такта, а у FPM - один раз за три такта.

Технология SDRAM позволяет использовать множественные банки памяти, функционирующие одновременно, дополнительно к адресации целыми блоками. SDRAM уже нашла широкое применение в действующих системах. SDRAM II ( DDR ) Synchronous DRAM II, или DDR ( Double Data Rate - удвоенная скорость передачи данных) - следующее поколение существующей SDRAM. DDR основана на тех же самых принципах, что и SDRAM, однако включает некоторые усовершенствования, позволяющие еще увеличить быстродействие.