Основы аппаратного обеспечения

ОСНОВЫ АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

Конспект лекций

 

Омск 2005

УДК 004.3 (075)

ББК 32.973.26 я73

К 84

 

 

Рецензенты:

 

Ю.И. Михеев, канд. техн. наук;

А.А. Кузнецов, канд. техн. наук.

 

 

Крумина К.В., Корниенко М.В.

 

К 84 Основы аппаратного обеспечения персонального компьютера: Конспект лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005, 80 с.

 

Подробно описана аппаратная часть персональных компьютеров. Рассмотрены принципы действия отдельных устройств, даны характеристики наиболее часто используемых в настоящее время моделей.

Предназначено студентам дистанционной формы обучения.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.

 

 

УДК 004.3 (075)

ББК 32.973.26 я73

 

 

ã Крумина К.В., Корниенко М.В., 2005

ã Омский государственный

технический университет, 2005

ВВЕДЕНИЕ

 

Современное общество живет в период небывалого роста информацион-ных потоков. Экономические отношения предъявляют повышенные требо-вания к информационному обеспечению процессов принятия решений, а так-же к уровню квалификации персонала в области информационных техно-логий. Вполне очевидно, что к известным видам ресурсов – материальным, трудовым, энергетическим, финансовым – прибавился новый – информа-ционный.

Темпы широкомасштабного внедрения вычислительной техники во все аспекты человеческой деятельности остро ставят вопрос о подготовке кадров, умеющих эффективно использовать информационные ресурсы.

Данное учебное пособие ориентировано на студентов экономических специальностей с целью овладения основами аппаратного обеспечения персонального компьютера.

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА:

ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ

Персональный компьютер IBM PC состоит из нескольких блоков, связанных соединительными кабелями (минимальный набор): системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Кроме того, к компьютеру могут подключаться:

– принтер - для вывода на печать текстовой или графической информации;

– модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефон-ную сеть;

– сканер - для ввода текстовых и графических изображений;

– другие устройства.

 

Системный блок

Системный блок стационарного ПК представляет собой совокупность следующих составляющих:

– корпус системного блока;

– блок питания;

– материнская плата;

– процессор;

– оперативная память;

– адаптеры;

– накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков (дискеты);

– накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);

– дисковод для компакт-дисков.

Корпус системного блока

Главными параметрами при выборе компьютерного корпуса всегда были форм-фактор, количество отсеков для оборудования, мощность источника питания и внешний вид. Все они сохраняют свое значение и сейчас, но вместе с ними на первый план выдвигаются параметры эргономичности и надежности. Особое внимание к эргономике и надёжности в немалой степени обусловлено повышенным тепловыделением (опасностью перегрева, шумом).

Итак, из чего состоит корпус (case) персонального компьютера? Его основа – это рама (1), к которой крепятся: блок питания (2), панель крепления материнской платы (3), передняя панель (4), а также секции для дисководов. Секции используются двух типов: для CD – ROM – размером 5,25” (5), для FDD – размером 3,5” (6). Оба типа секций можно использовать для жестких дисков и крышки. В компьютерах спецификации ATX их две: левая и правая (снимаются они раздельно). Рама, панель крепления материнской платы, корпус блока питания, секции накопителей – все это изготавливается из алюминия или дюралюминия, передняя же, лицевая панель – из пластмассы.

Основные типы корпусов

Desktop – это настольный блок, предназначенный находиться под монитором (как правило). Высота desktop, как правило, равна 20 см, ширина и длина 45 см, количество 5,25” секций 2 – 3, а 3,5” секций 1 – 2.

Tower (башня) – это вертикальные блоки, самые распространенные.

 

Slimline – тот же Desktop, только более тонкий. Для подобных корпусов был разработан специальный форм–фактор материнских плат. Высота корпуса не позволяет устанавливать платы расширения перпендикулярно материнской плате, поэтому была создана карта адаптера. На материнской плате находится один общий разъем для подключения карты адаптера, на которой уже находятся разъемы шин, к которым подключаются карты расширения. Получается, что эти карты расположены параллельно материнской плате.

Mini - Tower – первый и, пожалуй, самый «маленький» представитель семейства Tower – Mini – Tower. Его часто ставят рядом с монитором на стол. Размеры корпуса позволяют разместить в нем только по паре 5,25” и 3,5” секций. Кроме того, скученность компонентов внутри блока не позволяет как следует охлаждать их. Для слабых по производительности компьютеров подходит этот тип корпусов.

Midi – Tower – этоувеличенный в высоту Mini – Tower, он является самым распространенным типом. Его размеры (см. табл.1) позволяют ставить системные блоки как под стол, так и на него. Следует отметить, что большее пространство дает возможность потокам воздуха лучше охлаждать компоненты компьютера.

Big - Tower (Full - Tower). У Big – Tower есть только один недостаток – это высота около 63 см (см. табл.1) (правда, к недостаткам можно отнести и несколько больший вес, чем у других корпусов). Big – Tower - прекрасное решение проблемы перегрева процессора. Кроме того, этот корпус имеет 6 (иногда и 7) секций размером 5,25” и 2 секции размером 3,5”.

File Server. Разнообразие размеров довольно широко: высота от 73 см, ширина 30 – 35 см, а длина около 55 см. Требования к корпусам типа File Server очень высокие, так как там будут установлены не обычные персональные компьютеры, а сервера. Для серверов разрабатывают специальные многопроцессорные материнские платы. В корпус устанавливают несколько жестких дисков. Секций для них бывает порядка семи. Высокие требования предъявляются блоку питания. Мощность блока питания составляет 650 Вт и более. Большое количество вращающихся механизмов увеличивает вибрацию. Сервер должен работать круглосуточно. Исходя из всех этих требований получается очень высокая цена на корпуса типа File Server.

Таблица1

Размеры основных типов корпусов

Тип корпуса	Высота	Ширина	Длина
Desktop	20см	45см	45см
Slimline	8см	35см	45см
Mini - Tower	45см	20см	45см
Midi - Tower	50см	20см	45см
Big - Tower	63см	20см	48см
File Server	73см	35см	55см

 

Касаясь выбора корпусов, отметим, что большинство фирм изготовителей предлагают очень широкий ряд моделей с различными форм-факторами, разными блоками питания и множеством вариантов дизайна. Лучше, как и при выборе всех остальных комплектующих, ориентироваться на известные марки, широко представленные на рынке. Среди них Codegen, Enlight, Denco, Elan Vital, Genius, InWin, MEC, UTT и некоторые другие.

 

Блок питания

Блок питания –совокупность электронных и электротехнических устройств, позволяющих преобразовать переменный электрический ток в постоянный, стабилизировать в небольших пределах его величину и обеспечить электропитание компьютера.

Важнейшая часть корпуса, оказывающая влияние как на надежность, так и на уровень шума, — блок питания. Требования к мощности блока задаются конфигурацией компьютера, то есть общим энергопотреблением всех комплектующих.

Используемые в настоящее время в электронной аппаратуре блоки питания (БП) можно разделить на нестабилизированные и стабилизированные. Последние отличаются наличием специальной схемы, поддерживающей выходное напряжение постоянным вне зависимости от колебаний напряжения на входе или мощности нагрузки. В свою очередь, стабилизированные БП можно разделить на два класса по типу используемого стабилизатора: линейные и импульсные.

Первым стандартным форматом компьютерных блоков питания был AT, соответствующие ему БП и корпуса исчезли из продажи только несколько лет назад.

AT. Блок питания стандарта AT обеспечивал компьютер четырьмя постоянными напряжениями: +5, +12, –5 и –12 В. Однако по мере развития процессоров и всевозможной периферии, во-первых, росла общая потребляемая компьютером мощность, во-вторых, все больше сказывалось отсутствие в AT-блоках напряжения +3,3 В, которое приходилось получать непосредственно на системной плате отдельным стабилизатором. Кроме того, формат корпусов AT был не очень удобен для сборки компьютеров и не оптимизирован с точки зрения охлаждения. Все это привело к разработке компанией Intel в 1995 г. формата ATX — нового типа корпусов и блоков питания.

ATX. В блоке питания ATX количество выходных напряжения увеличилось: добавились напряжения +3,3 и +5 В SB (Stand By). Последнее было введено для реализации таких функций, как «пробуждение» компьютера по сигналу из локальной сети, от модема, по нажатию клавиши на клавиатуре или мыши, а также для реализации «дремлющего» режима S3 Suspend to RAM, в котором все текущие данные хранятся в оперативной памяти даже при выключенном компьютере. Очевидно, что напряжение +5 В SB должно присутствовать вне зависимости от того, включен или выключен компьютер (если, конечно, он физически не отключен от розетки), поэтому его стабилизатор — это практически отдельный миниатюрный маломощный блок питания, функционирующий непрерывно. Если в формате AT кнопка включения компьютера снимала с блока питания напряжение 220 В, то в ATX кнопка включения лишь дает на блок питания команду остановить контроллер основного стабилизатора, но сам блок при этом остается подключенным к сети, и в нем продолжает работать стабилизатор дежурного режима +5 В SB. Для того чтобы отключить блок полностью, требуется либо воспользоваться имеющейся на многих моделях клавишей на задней стенке блока, либо физически отключить его от сети 220 В.

Материнская плата

Системная плата, без сомнения, представляет собой один из важных компонентов ПК, поскольку объединяет все остальные части компьютера в единую систему. На материнскую плату устанавливаются главные компоненты вычислительной системы:

– центральный процессор и система его охлаждения;

– оперативная память;

– различные адаптеры;

– подключение накопителей данных.

 

 

 

 

1 – процессорное гнездо;

2 – микросхемы системной ло-гики (чипсет);

3 – разъёмы для оперативной па-мяти;

4 – интерфейс шины AGP;

5 – интерфейсы шины PCI;

6 – интерфейсы подключения жестких дисков и накопителей CD и DVD дисков;

7 – блок портов ввода/вывода;

8 – разъём подключения питания;

9 – интерфейс подключения дисковода

 

Всякая современная системная плата является многослойной. Обычно для изготовления платы используются соединенные друг с другом два или четыре слоя подложек (количество слоёв достигает 8…10) – пластин из изоляцион-ного материала, например, стекловолокна, между которыми проложены проводники, объединяющие электронную схему, смонтированную на одной из сторон такой платы. Во внутренних слоях располагаются линии электропитания и экрана от наводок и помех.

С потребительской же точки зрения, пожалуй, она играет наиболее существенную роль — ведь именно системная плата определяет основные характеристики ПК и задает пределы возможного улучшения его конфигурации. Характеристики системной платы, в свою очередь, по большей части определяются набором микросхем системной логики (чипсетом).

Первоначально задача набора микросхем состояла в организации информационных потоков между ЦП, памятью и шинами для подключения плат расширения. Однако, вследствие высокой комплексности современных чипсетов, актуальные модели содержат контроллеры практически всех распространенных типов — дисковые, сетевые и интерфейсные. Нередко в набор микросхем встраивается и графический адаптер.

Подсистема памяти

Одной из первостепенных задач, возлагаемых на набор микросхем системной логики, остается организация взаимодействия центрального процессора и ОЗУ. Подсистема памяти оказывает огромное влияние на производительность ПК в целом: чем меньше объем ОЗУ, тем чаще операционной системе придется считывать данные с жесткого диска, быстродействие которого гораздо ниже, чем у системной памяти. Однако не менее важна для производительности системы сбалансированность возможностей процессора и ОЗУ. Современные процессоры Pentium 4 имеют 64-разрядные 533-МГц или 800‑МГц шины, обеспечивающие пропускную способность 4,26 и 6,4 Гбайт/с, а последние модели Athlon XP с 333 и 400 МГц шинами — 2,7 и 3,2 Гбайт/с. Подсистема памяти должна иметь соответствующее быстродействие, так как при меньшей производительности ресурсы ЦП реализуются не полностью из-за простоев в ожидании данных.

Набор микросхем

Современная архитектура наборов микросхем для персональных компьютеров, называемая хабовой, сложилась в 1997 году, когда компания Intel выпустила на рынок набор i810 из двух микросхем (хабов) — контроллера памяти и контроллера ввода-вывода. За этими контроллерами закрепились названия «северный мост» и «южный мост» соответственно. Схему информационных потоков современной вычислительной системы можно представить в виде креста, состоящего из пяти основных элементов. Центральную роль в наборе микросхем играет «северный мост», организующий потоки данных между процессором

Рис. 3. Классический хабовый дизайн

и памятью и, как правило, содержащий AGP-контроллер или

встроенное графическое ядро. На «севере», «юге», «западе» и «востоке» от «северного моста» находятся соответственно ЦП, контроллер ввода-вывода («южный мост»), графический контроллер и ОЗУ.

По такой схеме строится большинство современных вычислительных систем начального и среднего уровня. Благодаря разделению набора на «северную» и «южную» составляющие изготовитель микросхем получает возможность при появлении новых интерфейсов не обновлять полностью модельный ряд, а подготовить лишь обновленную версию «южного моста» и укомплектовывать ею уже существующие наборы микросхем.

Форм-фактор

Выбор, стоящий перед пользователями в данный момент, сложен вдвойне — ведь если смена процессорного гнезда влечет за собой при модернизации замену не только ЦП, но и системной платы, то из-за смены форм-фактора системных плат в будущем, скорее всего, придется заменить ПК целиком. Новый стандарт — BTX (Balanced Technology eXtended) — приходит на смену широко распространенному в настоящее время формату ATX (Advanced Technology eXtended), представленному Intel несколькими годами ранее. Причинами разработки нового форм-фактора стали появление новых типов плат расширения (PCI Express) и рост тепловыделения компонентов ПК, причем основная причина — вторая. Системные платы нового стандарта уже представлены некоторыми изготовителями и появятся в продаже в начале 2005 года. Современные производители материнских плат: ABIT, Acorp, AOpen, ASUS, Gigabyte, ECS, MCI.

Количество операций за такт

 

Производительность процессора равна тактовой частоте, умноженной на количество выполняемых за такт операций (IPC — Instructions Per Cycle). Упомянутая выше конвейеризация представляет собой по сути распараллеливание выполнения инструкций по времени (с наложением). Теоретически, с помощью нее число выполняемых за такт операций доводится до единицы (на практике среднее значение IPC остается меньше единицы из-за неизбежных остановов конвейера).

Кэширование

 

Динамическая оперативная память по своему быстродействию очень сильно отстает от процессоров, почти на порядок (тактовые частоты процессоров — 2 ГГц, памяти — 200 МГц). Применение такой памяти без катастрофических последствий для производительности системы возможно только при иерархическом построении подсистемы памяти с использованием дополнительной быстродействующей памяти в качестве кэша. Для эффективного кэширования быстродействие кэша должно находиться на уровне процессора, а частота попаданий должна приближаться к 100 %.

Эффективность кэширования (частота попаданий) возрастает с ростом объема кэша; однако, чем больше объем кэша, тем больше проблем с получением необходимого уровня его быстродействия — можно получить быстродействующий кэш малого объема либо более медленный большого объема. Поэтому и для построения кэша применяется иерархическая структура, состоящая из кэша первого уровня (L1) с максимальным быстродействием и относительно небольшим объемом (8—128 Кбайт), кэша второго уровня (L2) с меньшим быстродействием, но большим объемом (обычно 256 или 512 Кбайт, иногда до нескольких мегабайт) и иногда кэша третьего уровня L3 (512 Кбайт и выше). Увеличение объема кэшей L2 и L3 является одним из основных способов повышения производительности процессоров (в формуле производительности вклад КЭШа учитывается в IPC).

Сегментация процессоров

В силу огромного рынка именно процессоры для ПК находятся на острие как конкурентной борьбы, так и технического прогресса. Создаваемые для них базовые архитектурные решения служат основой для создания целой цепочки процессоров, охватывающей несколько сегментов рынка и простирающейся от ноутбуков через ПК к серверам и рабочим станциям. В каждом сегменте (мобильный, ПК, серверы/рабочие станции) решения могут дополнительно масштабироваться по уровням — от начального до высокопроизводительного. Соответствие моделей процессоров и сегментов рынка представлено в табл. 2.

Таблица 2

Сегмент рынка и модели процессоров производителей

Сегмент рынка	Intel	AMD
Модели процессоров
Производительные компьютеры и серверы начального уровня	Pentium 4 Extreme Edition, Pentium 4 с ядром Prescott	Athlon 64 FX
Рабочие станции	Pentium 4 с ядром Prescott и ядром Northwood	Athlon 64
Компьютеры начального уровня	Celeron D и Celeron	Sempron (Athlon XP)

Разъём для установки

 

Кроме характеристик производительности процессора, ещё одной очень важной характеристикой процессора является разъём для установки на материнской плате. Он меняется в зависимости от фирмы производителя процессора и времени выпуска. В данный момент происходит переход у производителей с одних разъёмов к другим. Так компания Intel сейчас производит перевод своих процессоров из гнезда Socket 478 в Разъём LGA 775. В Socket 478 останутся только устаревшие процессоры и процессоры нижней ценовой категории начального уровня производительности. Компания AMD для производительных компьютеров и серверов начального уровня определяет Socket 939, для рабочих станций ¾ Socket 939 и Socket 754, а для компьютеров начального уровня ¾ Socket 754 и Socket A (462).

Характеристики современных процессоров представлены в табл 3.

Таблица 3

Характеристики некоторых современных процессоров

	Intel Pentium 4	Intel Pentium 4	Intel Celeron	AMD Athlon 64	AMD Athlon XP
Процессорное ядро	Prescott	Northwood	Northwood	ClawHammer, Newcastle	Barton
Процессорное гнездо	Socket 478 / 775	Socket 754 / 939	Socket A
Частота ядра, ГГц	До 3,4	До 3,4	До 3,4	1,8—2,2	До 2,2
Число транзисторов, млн шт.				105,9	54,3
Площадь ядра, мм^2
Кэш данных L1, Кбайт
Кэш L2, Кбайт

Радиаторы

Радиатор служит для рассеивания тепла охлаждаемого объекта (ядра процессора) в окружающей среде и должен соприкасаться с объектом. Так как количество передаваемого от одного тела к другому тепла зависит от площади поверхности, то площадь контакта радиатора и процессора должна быть как можно больше. Сторона, которой радиатор прилегает к процессору, называется основанием, или подошвой. Тепло от ядра переходит к основанию и затем распределяется по всей поверхности радиатора (причем неравномерно) и отводится в окружающую среду. Если на радиаторе не установлен вентилятор, то тепло отводится в основном излучением. Увеличить эффективность излучения можно, увеличив площадь поверхности радиатора. Это достигается применением радиаторов сложной формы: на основание устанавливаются ребра, с которых и происходит отвод тепла в окружающую среду. Чтобы радиатор эффективно рассеивал тепло, он должен обладать высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Эти две физические величины определяются материалом радиатора. Идеального материала среди недорогих и распространенных металлов для радиатора не существует. При изготовлении радиаторов используют алюминий и медь, дополнительно делают покрытие из золота и серебра (для улучшения характеристик).

Кроме материала радиатора, большое значение имеет его конструкция. Конфигурация ребер, их высота, длина, расположение на основании рассчитываются индивидуально для каждой модели охладителя. Но цель у разработчиков одна: воздух должен беспрепятственно и равномерно проходить вдоль всей поверхности радиатора. Турбулентность (завихрения воздушного потока) в радиаторе, как правило, улучшает отвод тепла от ребер и основания к воздушному потоку, но снижает скорость этого потока. Так что определенно сказать, положительно ли она влияет на охлаждение или нет применительно ко всем радиаторам, нельзя.

Вентиляторы

Современный охладитель для процессора невозможно представить без вентилятора. Основные показатели, характеризующие вентилятор, — это скорость воздушного потока, объем воздуха, пропускаемый им в минуту, потребляемая мощность, частота вращения лопастей и уровень шума.

Чем быстрее вращаются лопасти вентилятора, тем больше его производительность. Но, к сожалению, пропорционально частоте вращения вентилятора меняется и уровень его шума. Уровень шума измеряется в децибелах (сокращенно дБ или dB). Сейчас «бесшумными» считаются системы охлаждения с уровнем шума около 23 дБ. Охладитель с уровнем шума 30 дБ может «вывести из себя» самого терпеливого пользователя.

Тепловой интерфейс

Уже отмечалось, что передача тепла от одного тела к другому зависит от площади поверхности соприкосновения. Соответственно чем она больше, тем выше эффективность работы охладителя. К сожалению, ни основание радиатора, ни ядро процессора не имеют идеально гладкой поверхности. Небольшие шероховатости, углубления и царапины образуют воздушные подушки, а воздух имеет очень малую теплопроводность. Для улучшения теплового контакта применяют различные тепловые интерфейсы: термопасты и прокладки. Эти интерфейсы имеют высокую теплопроводность и при контакте заполняют собой неровности поверхности, исключая появление воздушной прослойки.

Оперативная память.

Оперативная память или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - от английского Random Access Memory - память произвольного доступа. Это устройство компьютера, предназначенное для хранения выполняющихся в текущий момент времени программ, а также данных, необходимых для их выполнения.

RAM реализована также на интегральных микросхемах. Существует два типа таких микросхем памяти: статическая и динамическая.

Ячейку статической памяти образуют так называемые триггерные схемы. Входным импульсом они устанавливаются в одно из двух возможных состояний – «0» или «1». Данные в памяти хранятся лишь при постоянном электропитании. Про такое запоминающее устройство говорят, что оно энергозависимо. Данные стираются после выключения или перезагрузки компьютера. Основная характеристика ОЗУ с точки зрения пользователя – объем. Память можно наращивать, прикупая микросхемы и ставя их в отведенные для них места на материнской плате компьютера.

У первых персональных компьютеров объем памяти не превышал 640 Кбайт — 1 Мбайт, а у современного типового ПК имеется 256—512 Мбайт памяти. За два десятилетия память компьютеров расширилась в 250—500 раз и продолжает расширяться.

Темпы роста объемов динамической памяти (DRAM), используемой в качестве оперативной памяти компьютеров, вполне соответствуют темпам роста производительности процессоров, то есть их способности оперативно обрабатывать все большие объемы информации. Однако для реализации этой возможности быстродействие памяти должно соответствовать быстродействию процессоров. К сожалению, быстродействие DRAM растет очень медленно. Время произвольного доступа за два десятилетия уменьшилось всего в несколько раз, в то время как частота работы процессоров возросла более чем в тысячу раз.

Существуют два пути повышения производительности оперативной памяти: увеличение ширины шины памяти или ее частоты.

Основные типы оперативной памяти:

SDRAM. Уже устаревшая, крайне редко применяемая в настоящее время. Такая память имеет маркировку PC100 или PC133 с пропускной способностью 800 Мбайт/с и 1,06 Гбайт/с соответственно.

DDR. Память DDR получила такое название потому, что позволяет при той же тактовой частоте передавать данные вдвое быстрее, чем классическая SDRAM, по два раза за такт. Такая память получила название DDR200 (по эффективной частоте передачи данных), нередко используется и обозначение PC1600 (по пропускной способности шины памяти, т. е. пропускная способность 1,6 Гбайт/с). Соответственно ячейки DRAM в памяти DDR266 работают на частоте 133 МГц и имеют обозначение РС2100, в DDR333 — 166 МГц (РС2700), а в DDR400 — 200 МГц (РС3200). Эффективная частота модулей памяти, выпускаемых в настоящее время в больших количествах, достигла 550 МГц (частота ячеек DRAM в ней составляет 275 МГц). Дальнейшее наращивание частот весьма проблематично; возможно, удастся преодолеть барьер в 300 МГц, но дальнейшее развитие практически невозможно, и никакого запаса производительности технология DDR уже не имеет. Индустрии необходим новый стандарт памяти, который позволил бы увеличивать эффективную частоту и соответственно производительность модулей памяти еще некоторое время. Таким стандартом и стала память DDR2.

DDR2. Так же, как и в DDR-памяти, микросхема выдает данные на буферы ввода-вывода по широкой внутренней 64-бит шине с частотой 100 МГц. Однако теперь они уходят из буфера по еще более быстрой и еще более высокочастотной шине ¾ из буфера к контроллеру памяти ведет 16-бит шина, работающая на удвоенной частоте — 200 МГц, что вместе с передачей данных дважды за такт обеспечивает эффективную частоту модуля памяти 400 МГц. Такой модуль памяти обозначается DDR2-400, его название образовано по аналогии с памятью DDR: в соответствии с эффективной частотой передачи данных к контроллеру памяти.

Таким образом, используя массивы ячеек DRAM с одинаковой частотой (100 МГц), в разных типах памяти достигается различная производительность модуля памяти. Для SDRAM это 800 Мбайт/с, для DDR уже вдвое больше — 1600 Мбайт/с, а память DDR2 обеспечивает 3200 Мбайт/с.

Дисководы (Floppy Disk Drive, FDD)

 

Относятся к устройствам для долговременного хранения данных и являются старейшими устройствами компьютера, в качестве носителя информации применяются дискеты диаметром 3,5 дюйма (объем дискеты от 1,44 MB до 2,88 MB, в зависимости от типа дисковода и дискеты).

Дисковод состоит из четырёх основных элементов: рабочий двигатель, рабочие головки, шаговые двигатели, управляющая электроника.

Рабочий двигатель. Двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета. Обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты ¾ 300 об/мин. Для запуска двигателю необходимо в среднем 400 мс.

Рабочие головки. Дисковод оснащается двумя комбинированными головками (для чтения и записи каждая), которые располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Так как обычно дискеты двухсторонние, т. е. имеют две рабочие поверхности, то одна головка – предназначена для верхней, а другая головка для нижней рабочей поверхности дискеты.

Шаговые двигатели. Позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Двигатели перемещают головки над рабочей поверхностью для считывания данных.

Управляющая электроника. Электронные схемы размещаются в нижней части дисковода. Они выполняют функции передачи сигналов к контроллеру, т. е. отвечают за преобразование информации, которую считывают или записывают головки.

На данный момент дисководы морально и физически устарели, они не отвечают современным требованиям к накопителям информации, особенно к объёму переносимой информации. Современные производители компьютеров всё реже включают дисковод в базовую комплектацию.

Записывающие накопители CD

В настоящее время массовому пользователю стали доступны приводы CD-ROM с возможностью записи (CD-R) и перезаписи (CD-RW) информации. Благодаря невысокой цене привода и чистых носителей для однократной записи, эти устройства стали широко применяться для архивирования данных, резервного копирования, хранения больших объемов информации и т. п..

Для однократной записи применяют диски, называемые «золотыми» по цвету наиболее распространенного покрытия, хотя встречаются покрытия синего и зеленого цвета с техническими названиями Cyanine, Pthalocyanine и Azo. Под покрытием находится отражающая поверхность, сделанная из тончайшей золотой пленки. При записи луч лазера с длиной волны 780 нм (как и при чтении, но с большей в 10 раз мощностью) «прожигает» эту пленку, так что прозрачность слоя изменяется, формируя последовательность нулей и единиц. Очевидно, что однажды записанный диск уже невозможно перезаписать. Золото в качестве подложки применяется потому, что оно имеет максимальную отражательную способность, а ослабление отраженного сигнала недопустимо.

Носители на CD с однократной записью обладают очень высокой надежностью. Стандартный объем диска составляет 74 минуты (при записи аудиоданных), или 700 Мбайт. Существуют диски диаметром 120 мм и емкостью 63 и 74 минуты; с диаметром 80 мм и емкостью 18 и 21 минута. Важным достоинством CD-R дисков является возможность их чтения на любом приводе CD-ROM.

Виды структур DVD

Адаптеры.

Адаптеры используются для поддержки взаимодействия различных устройств. Так как формы представления данных и управляющих сигналов, используемых в различных устройствах ПК, существенно различаются, то необходимы согласующие устройства. Эту роль и выполняют адаптеры. Они оформлены в виде печатных плат, которые с одной стороны имеют специфический разъем для связи с соответствующим устройством. Эти платы также называются контроллерами, потому что самая важная установленная на них микросхема носит это название. Эта микросхема лишь немногим ниже по рангу такого интеллектуала, как сам центральный процессор. На самой плате размещаются микросхемы и другие элементы, которые и выполняют необходимые преобразования. В качестве примеров можно рассмотреть видеоадаптеры (видеоплаты, видеокарты) и сетевые адаптеры (сетевые карты), звуковые адаптеры.

Видеокарта

Видеокарта – устройство, обеспечивающее вывод информации на монитор. Необходимость в видеокарте объясняется тем, что мониторы управляются аналоговыми сигналами, а компьютер работает с числами, т. е. видеокарта преобразовывает числовые сигналы в аналоговые.

Происходящее на рынке графических адаптеров в немалой степени напоминает ситуацию на рынке системных плат: основные тенденции и направления развития определяются действиями двух лидирующих изготовителей процессоров — графических и центральных. На рынок системных плат противоборство Intel и AMD влияет в меньшей степени, поскольку кроме ЦП эти платы содержат наборы микросхем системной логики и другие компоненты, прямо не зависящие от процессорных технологий. Возможности же современного графического адаптера почти полностью определяются его базовой микросхемой (графическим процессором), поэтому их развитие проходит в русле конкурентной борьбы компаний ATI и NVIDIA — лидирующих разработчиков графических технологий и микросхем.

В настоящее время на рынке присутствует почти три десятка моделей графических микросхем, выпускаемых серийно ATI и NVIDIA (количество адаптеров на них можно примерно оценить путем умножения этой цифры на число производителей графических плат). Не следует забывать и о продукции компаний Matrox, SiS, Trident и S3.

Что касается профессиональных графических адаптеров, применяемых в высокопроизводительных рабочих станциях для решения задач трехмерного моделирования и автоматического проектирования (CAD), то можно считать, что изделиям, построенным на базе самых высокопроизводительных микросхем ATI и NVIDIA, противостоят специализированные микросхемы, например компании 3Dlabs. Однако самые мощные, профессиональные графические контроллеры для рабочих станций, равно как и самые миниатюрные — встраиваемые в наборы микросхем системной логики и портативные компьютеры, — здесь рассматривать не будем.

Архитектура видеоадаптера

Необходимость в создании отдельного контроллера, обеспечивающего вывод изображения, была вызвана тем, что использовавшиеся в первых ПК мониторы были построены по ЭЛТ-технологии. Для управления электронно-лучевой трубкой необходим аналоговый сигнал — преобразование цифровой информации об изображении в аналоговый управляющий сигнал, что стало первой задачей графических адаптеров. Любой, в том числе и современный графический адаптер содержит три цифроаналоговых преобразователя-ЦАП (по одному на каждый из основных цветов) и память — так называемый кадровый буфер. Информация о каждой точке экрана считывается последовательно из кадрового буфера и превращается в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем. Модуль, состоящий из кадрового буфера (RAM) и трех ЦАП (DAC), носит название RAMDAC. Для построения изображения с разрешением 1600´1200 при частоте обновления экрана 75 Гц необходимо 144 млн обращений к кадровому буферу в секунду, т. е. RAMDAC должен работать на частоте 144 МГц. Современные графические адаптеры оснащаются 400 МГц RAMDAC, которые обеспечивают получение изображения с гораздо большим разрешением. Что касается цветопередачи, то для формирования изображения с 16 млн цветов необходимо использовать 24 бит информации на точку — 8 бит на каждый цветовой канал. Используемые в настоящее время RAMDAC оборудованы, как правило, 10-разрядными ЦАП. Необходимо отметить, что современные графические микросхемы оснащаются, как правило, сразу двумя RAMDAC, что позволяет вывести изображение одновременно на два монитора.

Интерфейсы и память

Объем информации, обрабатываемый RAMDAC, достаточно велик — легко посчитать, что для разрешения 1600´1200 при частоте 75 Гц и 24 бит цвете необходимо обработать 432 Мбайта за каждую секунду. Первые графические адаптеры имели интерфейс PCI и делили ресурсы этой шины с другими P