13

блок. Кроме того, импульсный блок питания очень чувствителен к резким перепадам напряжения и частоты питающего тока, что может привести к его выходу из строя.

Поэтому компьютеры обычно включают в электрическую сеть через специальные сетевые фильтры, а зачастую – через источники бесперебойного питания (ИБП).

Тема: “Внутренние устройства системного блока”.

I. Материнская плата и расположенные на ней устройства.

Материнская плата (Main Board) – основная плата персонального компьютера. С другой стороны ее можно рассматривать как набор разъемов, позволяющих объединить в единое целое все внутренние устройства системного блока.

Форм-фактор материнской платы должен обязательно соответствовать форм-фактору корпуса.

В вертикальных корпусах материнская плата располагается вертикально вдоль правой стенки корпуса; в горизонтальных – горизонтально вдоль днища.

На материнской плате размещаются различные устройства и системы: 1) Процессор.

Процессор – основная микросхема компьютера, выполняющая большинство математических и логических операций. Конструктивно он состоит из ячеек, называемых регистрами.

Данные в регистрах могут храниться и изменяться. Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом основано исполнение программ.

14

Во время работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он интерпретирует непосредственно как данные, часть данных – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнять процессор над данными,

образует систему команд процессора.

Различают процессоры с расширенной и сокращенной системой команд.

Процессоры с расширенной системой команд или CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computing) имеют широкий набор системных команд, сложную архитектуру, длинную формальную запись команды (в байтах) и высокую среднюю продолжительность исполнения одной команды, измеренную в тактах работы процессора. Так, например, система команд процессора Intel Pentium в настоящее время насчитывает более тысячи различных команд.

Процессоры с сокращенной системой команд или RISC-процессоры

(Reduced Instruction Set Computing) имеют намного меньшее количество ко-

манд, каждая из которых выполняется намного быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простейших команд, выполняются этими процессорами намного быстрее. Но сложные операции приходится заменять далеко не эффективной последовательностью простейших команд сокращенного набора. К таким процессорам относятся процессоры фирмы AMD.

CISC-процессоры используют в универсальных вычислительных системах; RISC-процессоры используют в основном в специализированных вычислительных системах или устройствах, ориентированных на выполнение единообразных операций.

Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Программа, написанная для одного процессора, может исполняться другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.

15

Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров. Процессоры внутри семейства обладают совместимостью по принципу “сверху вниз”, – это пример неполной совместимости, когда каждый новый процессор понимает все команды своих предшественников, но не наоборот.

Основные параметры процессора:

a)Рабочее напряжение обеспечивается материнской платой. По мере развития процессоров происходит постепенное понижение рабочего напряжения, от 5 В в ранних моделях до 2,2 В и ниже. Понижение рабочего напряжения позволяет уменьшить расстояния между структурными элементами в кристалле процессора, не опасаясь электрического пробоя. Пропорционально квадрату напряжения уменьшается тепловыделение в процессоре, а это позволяет увеличить его производительность без угрозы перегрева.

b)Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Первые процессоры Intel были 16-разрядными; начиная с 386-го они имеют 32 – разрядную архитектуру.

Внастоящее время осуществляется переход к 64 – разрядной архитектуре

(AMD Athlon).

c)Рабочая тактовая частота – число тактов процессора в секунду. Для первых процессоров Intel она составляла 4770 тыс. тактов в секунду (4,77 МГц), а сейчас перевалила за 6 млрд. тактов в секунду (6 ГГц).

Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор проводников и микросхем. По чисто физическим причинам материнская плата не может работать со столь высокими частотами, как процессор. В настоящее время собственная частота материнской платы обычно не превышает 800 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент (множитель) 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5 и т. д.

Этот параметр называют коэффициентом внутреннего умножения тактовой частоты.

16

d) Размер кэш-памяти. Кэш-память – это буферная область внутри процессора. Иногда ее называют “сверхоперативной памятью”.

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например, с оперативной памятью. Кэш позволяет уменьшить количество обращений к оперативной памяти. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор одновременно заносит его в кэш – память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэшпамять, и только, если там нет нужных данных, происходит обращение в оперативную память. “Удачные” обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий в кэш тем выше, чем больше объем кэш-памяти.

Кэш – память распределяют по нескольким уровням: 1 уровень – в том же кристалле, что и сам процессор;

2 уровень – на отдельном кристалле в одном узле с процессором; 3 уровень – на быстродействующих микросхемах на материнской плате

вблизи процессора.

Для увеличения производительности компьютеров (используемых, например, в качестве серверов) сначала стали создавать материнские платы, поддерживающие одновременную работу нескольких процессоров. Так появились сначала двух- , а затем четырёхпроцессорные компьютеры.

Позже появилась новая технология – многоядерные процессоры. Гораздо проще и дешевле совместить несколько ядер в одном процессоре, чем создавать многопроцессорный компьютер. Как и в случае с многопроцессорным компьютером, количество ядер в процессоре проще всего выполнить равным степени числа 2. В настоящее время широко используются двухядерные процессоры; уже появляются четырехядерные процессоры. Но для того, чтобы производительность двухядерного процессора выросла вдвое по сравнению с таким же одноядерным, необходимо, чтобы на материнской плате было установлено два одинаковых двухрядных модуля оперативной памяти (см. ниже) и каждое ядро процессора обслуживало один из них.