Лекции по информатике

Ненулевой параметр на дисках WD и большое значение параметра на дисках Hitachi могут указывать на аппаратные проблемы с диском.

05 Reallocated Sector Count (накапливающий) содержит количество секторов, переназначенных винчестером в резервную область. Ключевой параметр в оценке состояния.

Note: Когда диск в процессе работы натыкается на нечитаемый / плохо читаемый / незаписываемый / плохо записываемый сектор, он может посчитать его невосполнимо повреждённым. Специально для таких случаев производитель предусматривает на каждом диске резервную область. При наличии повреждённого сектора диск помечает его как нечитаемый и использует вместо него сектор в резервной области, сделав соответствующие пометки в специальном списке дефектов поверхности (G-List). Такая операция по назначению нового сектора на роль старого называется переназначение (Remap), а используемый вместо повреждённого сектор - переназначенным. Новый сектор получает логический номер старого, и теперь при обращении к сектору с этим номером запрос будет перенаправляться в резервную область. Таким образом, хоть сектор и вышел из строя, объём диска не изменяется до поры до времени (т.к. объём резервной области не бесконечен), однако резервная область может содержать несколько тысяч секторов, и диск возможно заменить задолго до этого.

Если атрибут достиг 10 и продолжает расти, то диск нужно менять, ведь это означает прогрессирующий процесс деградации состояния и остановить этот процесс возможности уже нет.

07 Seek Error Rate (текущий) содержит частоту возникновения ошибок при позиционировании блока магнитных головок. Описание формирования этого атрибута почти полностью совпадает с описанием для атрибута 01 Raw Read Error Rate.

0А Spin Retry Count (накапливающий) содержит количество повторов запуска шпинделя, если первая попытка оказалась неудачной. Основные причины увеличения параметра - плохой контакт диска с БП или невозможность БП выдать нужный ток. Диск может стартовать не сразу из-за проблем с ним самим, но такое бывает очень редко, и такую возможность нужно рассматривать в последнюю очередь.

0B Calibration Retry Count (Recalibration Retries) (накапливающий) содержит количество повторных попыток сброса накопителя (установки головок на нулевую дорожку) при неудачной первой попытке. Растущее, значение параметра может означать проблемы с диском.

B7 SATA Downshift Error Count (накапливающий) содержит количество неудачных попыток понижения режима SATA. Накопитель, работающий в режимах SATA2/3 из-за ошибок может попытаться «договориться» с SATA контроллером о менее скоростном режиме.

B8 End-to-End Error (накапливающий) содержит количество ошибок, возникших при передаче данных через кэш винчестера. Ненулевое значение указывает на проблемы с диском.

BB Reported Uncorrected Sector Count (UNC Error) (накапливающий) содержит количество секторов, которые были признаны кандидатами на переназначение за всю историю жизни диска. Причём если сектор становится кандидатом повторно, значение атрибута тоже увеличивается. Ненулевое значение явно указывает на ненормальное состояние диска.

BC Command Timeout (накапливающий) содержит количество операций, выполнение которых было отменено из-за превышения максимально допустимого времени ожидания отклика. Такие ошибки могут возникать из-за плохого качества кабелей, контактов, используемых переходников, удлинителей и т.д., несовместимости диска с конкретным контроллером. Ненулевое значение атрибута говорит о потенциальной болезни диска.

С2 Temperature (HDA Temperature, HDD Temperature) (текущий/накапливающий) содержит текущую температуру диска. Температура считывается с датчика, который на разных моделях может располагаться в разных местах. Поле вместе с текущей также может содержать максимальную и минимальную температуры, зафиксированные за всё время эксплуатации винчестера.

С3 Hardware ECC Recovered (накапливающий) содержит количество ошибок, которые были скорректированы аппаратными средствами диска. Особенности, присущие этому атрибуту на разных дисках, полностью соответствуют таковым атрибутов 01 и 07.

С4 Reallocated Event Count (накапливающий) содержит количество операций переназначения секторов. Косвенно говорит о здоровье диска. Чем больше значение - тем хуже. Однако нельзя однозначно судить о здоровье диска по этому параметру, не рассматривая другие атрибуты.

С5 Current Pending Sector Count (текущий) содержит количество секторов-кандидатов на переназначение в резервную область. Натыкаясь в процессе работы на «нехороший» сектор диск помечает его как кандидат на переназначение, заносит его в специальный внутренний список и увеличивает параметр С5. Из этого следует, что на диске могут быть повреждённые секторы, о которых он ещё не знает, ведь на пластинах вполне могут быть области, которые винчестер какое-то время не использует.

При попытке записи в сектор диск сначала проверяет, не находится ли этот сектор в списке кандидатов. Если сектор там не найден, запись проходит обычным порядком. Если же найден, проводится тестирование этого сектора записью-чтением. Если все тестовые операции проходят

11

нормально, то диск считает, что сектор исправен. Если же тестирование заканчивается неудачей, диск выполняет операцию переназначения, а также делает пометки в G-list.

С6 Offline Uncorrectable Sector Count (Uncorrectable Sector Count) (текущий) означает то же самое, что и атрибут С5, но отличие в том, что атрибут содержит количество секторов-кандидатов, обнаруженных при одном из видов самотестирования диска - оффлайн тестировании, которое диск запускает в простое. Ненулевое значение говорит о неполадках на диске (точно так же, как С5).

С8 Write Error Rate (MultiZone Error Rate) (текущий) содержит частоту возникновения ошибок при записи. Ненулевое значение говорит о проблемах с диском, в частности, у дисков WD большие цифры могут означать умирающие головки.

Основные характеристики HDD: объём, скорость вращения шпинделя, интерфейс, объём кэш буфера. Скорость вращения шпинделя - количество оборотов шпинделя в минуту (rpm - Round Per Minute). От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время для настольных компьютеров выпускаются винчестеры со скоростями вращения: 5400, 7200 и 10000rpm.

Кэш буфер - промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он варьируется от 8 до 64Mb.

Рис.11. Логотипы производителей жёстких дисков: Samsung, Seagate и Western Digtal (соответственно).

Твердотельный накопитель (SSD - Solid-State Drive) - энергонезависимое запоминающее устройство без движущихся механических частей. SSD накопитель состоит из микросхем NAND памяти и контроллера.

Рис.12. Структура SSD.

Архитектура NAND - тип флэш памяти с организацией запоминающих ячеек, соответствующей логической операции «И-НЕ». NAND дает ноль (открытое состояния транзистора) в случае, когда все значения равны нулю, и единицу (закрытое состояния транзистора) во всех остальных.

Существуют два типа NAND памяти:

MLC (Multi Level Cell - многоуровневая ячейка) - позволяет хранить более 1 бита в ячейке. MLC более выгодна с экономической точки зрения, однако менее долговечна и характеризуется пониженной (по сравнению с SLC) скоростью обмена данными;

SLC (Single Level Cell - одноуровневая ячейка) - каждая ячейка хранит 1 бит. SLC память обладает лучшими техническими характеристиками, однако имеет высокую стоимость.

12

Рис.13. Логотипы производителей контроллеров SSD:

Indilinx, JMicron, Marvell и LSI SandForce (соответственно). Преимущества SSD по сравнению с HDD:

-низкая задержка и высокая скорость чтения/записи;

-низкая потребляемая мощность;

-полное отсутствие шума;

-высокая механическая стойкость;

-широкий диапазон рабочих температур;

-устойчивое время считывания файлов вне зависимости от их расположения и фрагментации;

-малый размер и вес.

Недостатки полупроводниковых накопителей SSD по сравнению с HDD:

-ограниченное количество циклов перезаписи;

-высокая цена;

-чувствительность к магнитным и электрическим полям.

CD (Compact Disc) - оптический носитель информации (пластиковый диск с отверстием в центре), процесс записи и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера с длиной волны 780nm.

DVD (Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск; также Digital Video Disc - цифровой видеодиск) - оптический носитель информации, схожий с CD, однако имеющий больший объём за счёт использования лазера с длиной волны 650nm.

Note: Стандарт записи DVD-R(W) был разработан в 1997 году группой компаний, входящих в DVD Forum, как официальная спецификация записываемых (перезаписываемых) дисков. Однако цена лицензии на эту технологию была слишком высока, и поэтому несколько производителей пишущих приводов и носителей для записи объединились в DVD+R(W) Alliance, который и разработал в середине 2002 года стандарт DVD+R(W), стоимость лицензии на который была ниже. Поначалу болванки (чистые диски для записи) DVD+R(W) были дороже, чем болванки DVD-R(W), но теперь цены сравнялись. Все современные приводы для DVD могут читать оба формата дисков, и большинство пишущих приводов также могут записывать оба типа болванок.

Blu-ray Disc, BR (Blue-ray - синий луч и Disc - диск; написание blu вместо blue намеренное) и HD DVD (High-Density DVD - DVD высокой ёмкости)- оптический носитель информации, используемый для записи с повышенной плотностью хранения цифровых данных лазером с длиной волны 405nm. Стандарт Blu-ray разработан консорциумом BDA, HD DVD - компаниями Toshiba, NEC и Sanyo.

13

Видеоадаптер

Видеоадаптер (VGA - Video Graphic Adapter), видеокарта - электронное устройство, преобразующее машинные команды (данные) в видеосигнал.

VGA включает в себя GPU, VRAM и интерфейсы подключения к системной шине (PCI-E) и устройствам вывода (DVI, D-Sub).

Рис.14. Функциональная схема VGA.

Графический процессор (GPU - Graphic Processor Unit GPU) - унифицированное электронное устройство преобразующее машинные команды в изображение. По архитектуре современные GPU значительно сложнее CPU, однако имеют схожие характеристики производительности (частота, количество блоков, битность шины памяти).

GPU работает с полигонной графикой:

-объект формируется из набора плоских многоугольников (полигонов), которые разбиваются на простейшие треугольники (для алгоритмов закраски изображения необходимо, чтобы полигоны были плоскими, а треугольники таковы по определению);

-цвет специальными алгоритмами закраски накладывается на полигоны, как правило, с использованием заранее подготовленных плоских изображений - текстур.

Рис.15. Структура центрального процессора.

-Вершинные конвейеры (Vertex Pipeline) рассчитывают геометрию и определяют положение вершин, образующих каркас объекта;

-Конвейеры сборки полигонов (Triangle Pipeline) собирают полигоны объекта из треугольников;

-Пиксельные конвейеры (Pixel Pipeline) закрашивают полигоны, разбивают объект на пикселы, а также осуществляют различные операции с текстурами;

-Конвейеры растровых операций (ROP - Raster Operations Pipes) определяют и отбрасывают пикселы, которые не будут видны, а также реализуют полу прозрачность. В данных блоках также осуществляется: сглаживание (Antialiasing) - удаление "лесенки" на изогнутых линиях добавлением немного других оттенков и плавный переход (Blending) от одного цвета к другому, или преобразование одной геометрической формы в другую;

-Кадровый буфер (Frame Buffer) необходим для хранения готовых объектов, чтобы вывод и

14

формирование картинки не зависели друг от друга.

Note: Современные графические процессоры не ограничиваются простым выводом изображения, они выполняют дополнительную обработку, разгружая центральный процессор.

Видеопамять (VRAM - Video RAM) - часть оперативной памяти или отдельная (смонтированная на VGA) память для хранения данных, которые используются при формировании изображения GPU. Note: В качестве видеопамяти используются DDR память c маркировкой GDDR (Graphic DDR: GDDR2/3/4/5).

По назначению VGA можно разделить на:

-профессиональные 3D карты ориентированные на производство 3D объектов и видео;

-профессиональные 2D карты для систем наблюдения и диагностики;

-пользовательские карты ориентированные на 3D игры, воспроизведение видео и широкий круг непрофессиональных задач.

По типу монтажа GPU:

-встроенные - чип GPU конструктивно совмещён в одном корпусе с другим электронным устройством (SB или CPU);

-совмещенные - чип GPU смонтирован на одной плате (материнской плате) с другими элементами, но имеет собственную видео память и схему питания (чаще всего такой тип используется в ноутбуках);

-дискретные видеокарты - GPU, видеопамять и система питания смонтированы на отдельной плате расширения.

Основные производители видеокарт (AMD и nVidia) регулярно обновляют модельный ряд, поэтому roadmap графических решений сложнее чем CPU.

Рис.16. Логотипы производителей видеоадаптеров. Note: При выборе видеокарты следует обратить внимание:

-на характеристики GPU - недорогие GPU имеют малую пропускную способность и не могут полноценно задействовать большие объёмы видеопамяти;

-объём и тип видеопамяти - низкая скорость или малый объём видеопамяти ограничивают возможности GPU;

-потребляемая мощность VGA - отсутствие необходимой мощности может вывести из строя не только видеокарту, но и другие элементы компьютера.

Системная логика

Набор системной логики (Chipset) - набор микросхем, обеспечивающих подключение CPU к RAM и контроллерам периферийных устройств. Современные наборы системной логики строятся на базе двух чипов: северного (NB - Northbridge ) и южного (SB - Southbridge) мостов.

Северный мост (NB - Northbridge), MCH (Memory Controller Hub), системный контроллер - обеспечивает подключение CPU к узлам, использующим высокопроизводительные шины RAM и VGA. Note: Современные NB уже встроены в CPU.

Южный мост (SB - Southbridge), ICH (I/O Controller Hub), периферийный контроллер - содержит контроллеры периферийных устройств (HDD, Ethernet, Audio), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (PCI, PCI-Express и USB), а также шина LPC для подключения мультиконтроллера (Super I/O).

15

Рис.17. Логотипы производителей системной логики: AMD, Intel, nVidia и VIA (соответственно).

Интерфейсы

Интерфейс (Interface) - совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Интерфейс (шина) в архитектуре компьютера - подсистема, передающая данные между функциональными блоками. В отличие от подключения точка-точка, к интерфейсу можно подключать несколько устройств по одному набору проводников.

PCI (Peripheral Component Interconnect) - интерфейс ввода/вывода плат расширения. Стандарт интерфейса PCI определяет:

-физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

-электрические параметры (например, напряжения);

-логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине).

Note: PCI устройства с точки зрения пользователя самонастраиваемы (Plug & Play), т.к. после старта ПК системное программное обеспечение самостоятельно настраивает каждое подключенное по PCI устройство.

AGP (Accelerated Graphics Port) - специализированный интерфейс подключения видеокарт.

PCI Express, PCI-E – интерфейс подключения плат расширения, использующий логическую модель PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

Рис.18. Слоты PCI-E x16, PCI-E x1, AGP и PCI.

PATA (Parallel Advanced Technology Attachment) - параллельный интерфейс подключения накопителей (HDD/SSD и СD/DVD/Blu-ray/HD DVD приводов). В настоящее время вытеснен SATA.

SATA (Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. Скорость обмена SATA зависит от версии стандарта SATA1 1.5Gb/s, SATA2 3.0Gb/s, SATA3 6.0Gb/s. eSATA (External SATA) - разновидность SATA для подключения внешних устройств в режиме горячей замены.

Note: стандарты SATA1/2/3 физически и по протоколу обратно совместимы.

16

Рис.19. Схематический вид ATA разъёмов.

USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) - последовательный интерфейс подключения периферийных устройств и передачи данных. Разработка спецификаций USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USBIF), объединяющей разработчиков и производителей оборудования с шиной USB.

Рис.20. Схематический вид USB разъёмов. Note: USB1.0 спецификация выпущена в 1996:

- два режима передачи данных:

-режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) - 12Mb/s; -режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) - 1.5Mb/s;

-максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью - 5м;

-максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью - 3м;

-максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) - 127;

-возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB;

-напряжение питания для периферийных устройств - 5В

-максимальный ток, потребляемый периферийным устройством - 500мА.

USB1.1 спецификация выпущена в 1998:

-исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. USB2.0 спецификация выпущена в 2000:

-введение режима Hi-Speed - 25-480Mb/s (видео устройства, устройства хранения информации). USB3.0 спецификация выпущена в 2008 году:

-добавлены еще четыре линии связи (две витых пары), новые контакты в разъемах расположены отдельно от старых на другом контактном ряду;

-повышена максимальная скорость передачи информации до 4,8Gb/s;

-увеличена силой тока до 900 мА.

17

Материнская плата

Материнская плата (Motherboard, Mainboard, MB) - многослойная печатная плата, на которую устанавливаются основные компоненты ПК (CPU, RAM, EPROM, контроллеры интерфейсов). Форм-фактор (Formfactor) материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета и слотов оперативной памяти, а так же типы разъемов питания.

Форм-фактор носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию для обеспечения совместимости материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Note: Существующие стандарты форм-фактора:

- АТХ, micro-ATX, mini-ITX, nano-ITX, BTX, micro-BTX, pico-BTX.

Рис.21. Логотипы производителей материнских плат: ASRock, ASUS, Biostar, Gigabyte и MSI (соответственно).

Рис.22. Материнская плата Gigabyte GA-880GA-UD3H.

18

Системы охлаждения

Система охлаждения - набор средств для отвода тепловой энергии, возникающей в процессе работы. Замкнутая система охлаждения состоит:

1.Термоинтерфейс (термопаста, термоклей);

2.Радиатор (штампованный или точёный, алюминиевый или медный);

3.Теплоотвод (тепловые трубки, трубки с жидкостью) и теплоблок (контактная площадка);

4.Вентилятор.

Термоинтерфейс - теплопроводящее вещество для заполнения микроскопических зазоров между охлаждаемой поверхностью и радиатором/теплоблоком. Наиболее распространенным типом термоинтерфейса являются термопроводные пасты.

Теплопроводная паста (термопаста) - пластичное вещество с высокой теплопроводностью, используемое для уменьшения теплового сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями. Самыми распространенными термопроводными пастами отечественного производства являются КПТ-8 и АлСил-3.

Note: требования к термоинтесфейсу:

-малое тепловое сопротивление;

-стабильность свойств с течением времени;

-стабильность свойств в диапазоне температур от -40 до 200°С;

-удобство нанесения и удаления.

Радиатор (Radiator - излучатель) - устройство для рассеивания тепла в воздухе (излучением и конвекцией), воздушный теплообменник. Основные характеристики радиатора:площадь рассеивания, проницаемость и термическое сопротивление.

Теплоотвод - устройство переносящее тепло от теплоблока к удалённому радиатору. В качестве теплоотводов используются тепловые трубки или жидкость.

Тепловые трубки (Heat Pipe) - трубки из теплопроводящего металла с легко испаряющейся жидкостью внутри, которая переносит тепло от нагреваемого конца к охлаждаемому и обратно.

Вентилятор (Fan) - устройство для перемещения газа со степенью сжатия менее 1,15.

В общем случае вентилятор - ротор с закрепленными на нём лопастями, которые при вращении отбрасывают воздух.

Note: в ПК используют вентиляторы на моторах двух типов:

-Ball Bearing – мотор на шарикоподшипнике;

-Sleave Bearing – мотор на втулочном подшипнике.

Основные характеристики вентилятора воздушное (в CFM - Cubic Feet per Minute) и шумовое давление (Sone, dB) нелинейно связаны с количеством оборотов (RPM – Round Per Minute). Производители систем охлаждения: Arctic Cooling, Cooler Master, Enermax, Glacial Tech, Scythe, Thermalrigth, Zalman.

Рис.23. Логотипы производителей систем охлаждений.

19

Монитор

Монитор (Monitor), дисплей - универсальное устройство для визуального отображения информации. По строению различают:

-ЭЛТ (CRT) монитор - на основе электронно-лучевой трубки (Cathode Ray Tube);

-ЖК (LCD) монитор - жидкокристаллические мониторы (Liquid Crystal Display);

-проектор - видео проектор и экран, размещённые отдельно или в одном корпусе;

-AMOLED монитор - на органических светоизлучающих диодах (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode).

Основные параметры монитора:

-соотношение сторон экрана - стандартный (4:3) и широкоформатный (16:9, 16:10);

-размерэкрана - определяется как длина диагонали в дюймах;

-разрешение - число пикселей по вертикали и горизонтали;

-глубина цвета - количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32 битного);

-размер пикселя;

-частота обновления экрана (частота развертки для CRT);

-время отклика пикселей и угол обзора (только для LCD).

Note: Полное время отклика (FRT - Full Response Time) - сумма времени зажигания точки, т.е. перехода от чёрного цвета к белому.

Время отклика (G2GT - Gray-to-Gray Time) - время перехода от одного оттенка серого цвета к другому. Используется производителями, т.к. имеет меньшее значение и реалистично описывает динамику. Технологии компенсации времени отклика (RTC - Response Time Compensation Technology) заключается в подаче высокого напряжения при изменении ориентации молекул, что формально уменьшает время отклика, но приводит к малозаметным артефактам изображения.

По типу интерфейсного кабеля: аналоговые S-Video/D-Sub и цифровые DVI/HDMI/DisplayPort.

Рис. 24. Цифровые разъёмы DisplayPort (левый верхний), HDMI (центральный верхний) и DVI (правый верхний), аналоговые D-Sub (левый левый) и S-Video (правый нижний).

Жидкокристаллический дисплей (LCD - Liquid Crystal Display) - плоский дисплей на основе жидких кристаллов. Конструктивно дисплей состоит из LCD матрицы, источников света (CCFL лампы или LED диоды) и корпуса с металлической рамой жёсткости. LCD матрица состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух перпендикулярных поляризационных фильтров (поляризаторов).

20