4.4. Конструктивы процессоров

Современные процессоры отличаются большим разнообразием конструктивов. Процессоры Pentium II изготавливались в конструктиве SECC и SEPP. Для этих процессоров был разработан Slot 1 — щелевой разъем с 242 контактами. В этот же слот устанавливаются и процессоры Celeron, и некоторые из Pentium III. Слот позволяет работать с частотой системной шины 66 или 100 М Гц. Для Slot 1 (в Pentium III,-4 не используется) предназначены процессоры с разными названиями «упаковки»:

1. SECC — картридж процессоров Pentium II. Представляет собой печатную плату с установленными компонентами. К микросхемам ядра и кэша прилегает термопластина, распределяющая тепло, к которой снаружи крепится вентилятор (или иное охлаждающее устройство). Спереди картридж закрыт крышкой.

2. SECC 2 – картридж для тех же процессоров, который появился начиная с частоты 350 МГц. От предыдущего отличается тем, что не имеет термопластины – внешние «холодильники» прижимаются прямо к корпусам микросхем ядра и кэша» что снижает тепловое сопротивление и повышает эффективность охлаждения. Сами процессоры, устанавливаемые на SECC 2, могут быть как в корпусах PLGA (Plastic Land Grid Array), так и в OLGA (Organic Land Grid Array).

3. SEPP (Single Edge Processor Package) — картридж процессоров Celeron, не имеющий ни термопластины, ни крышки. Внешний радиатор прижимается прямо к корпусу ядра, а микросхем вторичного кэша у процессоров Celeron нет.

В процессорах Celeron идея упаковки в картридж себя изжила — одну микросхему ядра легко упаковать и в обычный корпус со штырьковыми выводами. Так появился Celeron в корпусе PPGA (Plastic Pin Grid Array), напоминающий по виду Pentium в форм-факторе Socket 370 (по числу выводов). Он имеет 6 полных рядов контактов.

Процессоры Pentium III выпускались в Socket 370, - 423, а Pentium 4 выпускается в конструктиве PPGA (Socket-423, Socket-478), а также новом варианте LGA 775.

4.5. Процессоры Itanium

В конце 2001 года Intel представила Itanium — первый процессор, построенный с использованием архитектуры нового поколения, совместно разработанной двумя компаниями. Хотя эта 64-разрядная архитектура основана на многолетних исследованиях Intel, HP и других компаний и университетов, она радикально отличается от всего, что было до сих пор представлено на рынке.

Intel Itanium не является 64-разрядным расширением 32-разрядной архитектуры х86 компании Intel. Он представляет собой нечто абсолютно новое – передовую архитектуру.

Архитектура Intel Itanium воплощает концепцию EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing — вычисления с явным параллелизмом команд). Концепция EPIC разработана совместно фирмами Intel и Hewlett-Packard; по их заявлениям, EPIC — концепция той же значимости, что CISC и RISC. В Itanium используется новый 64-разрядный набор команд, разработанный также совместно фирмами Intel и HP. К тому же Itanium полностью совместим с архитектурой 32-разрядных процессоров. Подобно тому, как 32-разрядные процессоры умели переключаться между защищенным и реальным режимами, так и процессоры Itanium посредством выбора режима выполняют либо инструкции 32-разрядного х86, либо свои 64-разрядные инструкции.

В процессоре Itanium используется методика предположения. Она заключается в том, что инструкции и данные загружаются в процессор (используя процессор как кэш) до того, как они могут понадобиться, а в некоторых случаях, даже если они и не должны понадобиться. Такая ранняя загрузка должна происходить во время простоя процессора. Преимущество этой методики в том, что при совпадении загруженных данных с теми, которые потребовались для дальнейшей работы, исчезает время ожидания на их загрузку из памяти.

Itanium имеет три кэша. Два кэша, L1, L2, находятся на кристалле процессора. Кэш третьего уровня, L3, расположен на картридже и имеет объем 4 МБ.

Довольно большой процент площади кристалла (около 10%) занят модулем работы с плавающей точкой (FPU). Для такой работы у процессора есть 128 82-битных регистров. Что дает переход на 64-битный процессор? Одно — это возможность обрабатывать 8-байтную информацию за такт процессора. Кроме процессора, этот режим должна поддерживать системная шина.

Другое — возможность использования 64 бит для адресации памяти. 32-битный процессор может адресовать 232 т. е. приблизительно 4,3 млрд байт. А 64-битный — 264, т. е. около 18,4 квинтильона байт.

С 2006 года началось производство нового процессора. Официально он называется Intel Core 2 Duo processor E6700, сообщая о себе в тестовой программе: "Intel(R) Core(TM)2 CPU 6700 2.66GHz". Новый модельный ряд процессора от фирмы Intel появился в 2006 году. Его характеристики вместе с другими новейшими процессорами отражены в табл. 10.

Процессоры компании AMD являются альтернативой процессорам компании Intel для IBM совместимых компьютеров. Их основные характеристики приведены ранее изданном учебном пособии¹.

Таблица 10

Характеристики последних моделей процессоров

	Intel Core 2 Due 6700	Intel Pentium XE-955	Intel Pentium 4	AMD Athlon 64 FX-62	AMD Athlon 64 3500+
Номинальная частота, Мгц	2660	3460	3600	2800	2200
Технологический процесс, мкм	0,065	0,065	0,09	0,09	0,13
Число ядер	2	2	1	2	1
ММХ					
CMOV					
3DNow!					
3DNow! Ext					
SSE					
SSE2					
SSE3					
Hyper Threading					
X86 64-bit Ext					
Extended Name(полное имя)	Intel ® Core™2 CPU 6700 @ 2,66GHz	Genuine Intel ® CPU 3,46Ghz	Genuine Intel ® CPU 3,60Ghz	AMD Athlon ™64 FX-62 Dual Core Processor	AMD Athlon ™64 Processor
Кэш-память L1 code (на каждое ядро), Кбайт	32	12	12	64	64
Кэш-память L1 data (на каждое ядро), Кбайт	32	16	16	64	64
Кэш-память L2 (на каждое ядро), Кбайт	40961	2048	1024	1024	512
Процессорный разъем	LGA 775	LGA 775	LGA 775	Socket AM2	Socket-939

¹На оба ядра, но распределение объема кэш-памяти между ядрами происходит динамически.

○ – есть; ● – нет.

Y. Жесткий диск-винчестер

Самый первый жесткий диск появился в США в 1956 году и состоял из пятидесяти 24-дюймовых (60-сантиметровых) пластин. Он позволял хранить всего лишь 4,4 Мбайт данных и имел поистине астрономическую стоимость.

По настоящему компьютер стал персональным только с появлением в системном блоке жесткого диска. Изначально он получил название винчестер в связи с тем, что цифровые размеры и обозначение первого жесткого диска «30/30» случайно совпало с калибром популярной американской винтовки. В 1971 году в лабораториях IBM был изобретен флоппи-диск, а в 1973 году IBM представила жесткий диск с кодовым названием Winchester. Поэтому изобретателем жесткого диска для мини-ЭВМ и ПК является компания IBM, которая впервые разработала его для своей модели IBM-3340 (1973 г.). Жесткие диски являются носителями с прямым методом доступа, что обеспечивает высокую скорость доступа к данным (файлам).

В 1980 году компания Seagate представила жесткий диск емкостью 5 Мбайт, имевший форм-фактор 5,25-дюйма. Столь малые по тем временам размеры накопителей позволили использовать их в первых персональных компьютерах. 5,25-дюймовый размер сразу же приобрел широчайшую популярность и применялся в ПК на протяжении многих последующих лет. Первые жесткие диски такого размера объемом в 5 и 10 Мбайт появились на IBM PC XT в 1983 году. Со временем форм-фактор 3,5 дюйма вытеснил 5,25-дюймовые диски и получил абсолютное признание в среде настольных ПК, а последние представители форм-фактора 5,25 дюйма были выпущены в 1997–99 годах.

Сегодня основными производителями дисков форм-фактора 3,5 дюйма для настольных компьютеров являются компании Maxtor (и влившиеся в нее Quantum), Samsung, Seagate, Hitachi (IBM продала этот сектор рынка данной компании) и Western Digital. Что касается всех прочих производителей, то они выпускают жесткие диски меньших размеров и их доля на рынке пока значительно меньше. Анализируя состояние рынка HDD в последние годы, можно отметить, что основным его сегментом по-прежнему остаются жесткие диски форм-фактора 3,5дюйма для настольных ПК, а лидирует здесь компания Seagate, которая в 2004–2005 гг. осуществила около 27% всех поставок винчестеров.

Именно жесткий диск позволяет постоянно хранить не только операционную систему, но и файлы пользователя, а также обеспечивает возможность в любой момент инсталлировать все новое и новое программное обеспечение, появлявшееся на рынке. Тем не менее, официально он называется HDD (Hard Disk Drive). Первый винчестер для персонального компьютера имел емкость 5 Мегабайт (для IBM PC/XT, 1983 г.) и казалось, что этой емкости вполне достаточно, чтобы закрыть все потребности пользователя ПК. Но, прошло чуть более 20 лет, и емкость HDD увеличилась в сотни тысяч раз и составляет сегодня от 100 до 800 Гигабайт.

По своему устройству и физическому принципу действия жесткий диск подобен дискетам и встроенному для его чтения–записи дисководу FDD (Floppy Disk Drive). Накопитель на жестком диске внешне представляет собой прочный металлический корпус. Он полностью герметичен и защищает дисковод от частичек пыли, которые при попадании в узкий зазор между головкой и поверхностью диска могут повредить чувствительный магнитный слой и вывести диск из строя. Внутри корпуса находятся сами диски, на которых хранится информация, головки, которые записывают и считывают информацию с дисков, а также двигатели, приводящие все это в движение. Кроме того, корпус HDD экранирует накопитель от электромагнитных помех.

Диски винчестера представляют собой пластины (как правило, на основе алюминиевых сплавов) с нанесенными на них ферромагнитными слоями. Новейшие модели жестких дисков работают со слоем толщиной порядка десяти микрон. Такое покрытие более прочно и, кроме того, позволяет значительно увеличить плотность записи. Технология его нанесения близка к той, которая используется при производстве интегральных микросхем.

Магнитные головки считывают и записывают информацию на диски по следующему принципу. Цифровая информация преобразуется в переменный электрический ток, поступающий на магнитную головку, а затем передается на магнитный диск, но уже в виде магнитного поля, которое диск может воспринять и «запомнить». Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с его направлением. Таким образом сохраняется записанная на диск информация.

Работа магнитных головок осуществляется следующим образом. Головки для чтения–записи закреплены на одном кронштейне, и все одновременно перемещаются с помощью высокоточного шагового двигателя и как бы «плывут» над поверхностью дисков на расстоянии в доли микрона, не касаясь его. На поверхности дисков в результате записи информации образуются намагниченные участки в форме концентрических окружностей. Они называются магнитными дорожками. Перемещаясь, головки останавливаются над каждой следующей дорожкой. Совокупность дорожек, расположенных друг под другом на всех поверхностях, называют цилиндром. Все головки накопителя перемещаются одновременно, осуществляя доступ к одноименным цилиндрам с одинаковыми номерами.

Основными отличиями от FDD является то, что HDD имеет на одной оси 2–3 диска (соответственно от 4 до 6 поверхностей) с высокой плотностью расположения дорожек на одной рабочей поверхности, что и сказывается на его большой емкости. Иногда наружные поверхности крайних дисков (или одного из них) не используются, что позволяет уменьшить высоту накопителя, но при этом количество рабочих поверхностей уменьшается и может оказаться нечетным.

Как отмечалось, в корпусе винчестера располагается собственный привод (двигатель) и небольшая плата, обеспечивающая поддержку в работе на аппаратном и программном уровнях, что определяет винчестер как самостоятельное устройство, которое легко переставить на другой компьютер и использовать всю имеющую на нем информацию (рис. 13).

Винчестеры отличаются между собой, прежде всего, форм-фактором, т.е. габаритами дисковых пластин. На первых поколениях ПК использовался форм-фактор 5,25 дюйма. Сегодня для настольных систем применяются 3,5 дюйма, а для ноутбуков 2,5 дюйма. Просматривается дальнейшая тенденция уменьшения размеров дисковых пластин, и сегодня на рынке предлагаются HDD с пластинами менее одного дюйма. Малогабаритные винчестера активно внедряются на портативных компьютерных устройствах: сверхтонких ноутбуках, планшетных ПК, карманных компьютерах.

Рис. 13. Общий вид винчестера.

Основными характеристиками винчестера являются:

• Самым главным параметром естественно является его емкость. На современных компьютерах она составляет 80, 120, 160, 200 и более Гбайт (уже имеются винчестера емкостью 800 Гбайт).

• Скорость вращения дисков накопителя (шпинделя). Сегодня широко применяются HDD со скоростью 5400, 7200 об/мин. На рынок проникают и более производительные винчестера со скоростью 10000, 15000 об/мин, но они, как правило, используются для серверов.

• Объем буферной памяти (иногда называют кэш-памятью) является одной из важнейших характеристик диска и в большинстве моделей составляет от 2 до 8 Мбайт, но в последнее время начали выпускаться HDD с буфером 16 Мбайт. В эту область памяти помещаются на временное хранение наиболее часто используемые данные, что сказывается на быстродействии компьютера.

• Скорость работы жесткого диска. Она характеризуется двумя параметрами: скорость чтения–записи данных и среднее время доступа к данным. Время доступа современных дисков варьируется от 10-12 миллисекунд (мс) до 4–5 мс. Скорость чтения–записи составляет от 66 Мбайт/с до133 и более. Скорость работы жесткого диска прежде всего зависит от угловой скорости вращения шпинделя.

• Стоимость одного Гбайта информации. Она составляет сегодня 0,25-0,5$. Следует отметить, что эта стоимость постоянно снижается. И чем большего объема приобретается винчестер, тем цена одного Гбайта ниже. К примеру, сегодня розничная цена винчестера фирмы Seagate емкостью 160 Гбайт составляет 2 100 руб.(80$), а 320 Гбайт – 3 300 руб.(127$).

• Способ подключения к материнской плате или тип интерфейса.