Характеристики системной платы.

1. Назначение: соединение всех узлов компьютера в одно устройство. Таким образом, материнская плата – это набор проводников между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств.

2. Особенность: можно отключить интегрированное на системную плату устройство или установить в слот внешний адаптер, но нельзя отключить подсистему BIOS (используется для инициализации процесса и начального старта системы) часы реального времени микросхему CMOS.

3. Конструкция: выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы (количество слоев может достигать 12, но чаще всего равно8). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги, которые соединяют ножки микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой.

4. Производитель: ASUSTeK (Asus– для состоятельных покупателей); Gigabyte; Microstar; Intel; ABit; Chaintech; Elitegroup; Supermicro и др.

5. Разъем под процессор: плоская установка (Socket- появился с Intel 486 и используется до сих пор) и вертикальная (Slot1,2 – был разработан специально для Pentium II, Slot A – AMD)

2. Количество контактов с процессором: Для процессоров Pentium первого и частично второго поколения использовались системные платы с разъемами Socket 4,5,7. Наиболее популярность приобрел вариант с цифрой 7, под него был выпущен процессор Pentium MMX, положивший начало реальному мультимедийному использованию компьютеров. Компьютеры с данным разъемом под процессор имеют место и до сих пор, с той лишь особенностью, что приходится использовать операционную систему Windows98, и не слишком навороченное программно обеспечение, а в целом они способны выполнять основные офисные работы, Socket 370( Pentium III), Socket 462 ( разработка корпорации AMD и с этого момента системные платы стали разрабатываться под конкретного производителя процессоров) Socket 478 (Pentium IV), LGA 775 ( для линейки процессоров Core2), Socket 939(Athlon 64 FX), Socket F (1207-контактов для процессоров AMD Opteron) .

3. Чипсет. Тип чипсета влияет на самые важные характеристики с.п. — скорость передачи данных, число поддерживаемых моделей процессоров, параметры работы с памятью и т. д. Упрощенный принцип работы системной платы представлен на рисунке

При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое – вычислительное устройство, готовое выполнять команды пользователя. Под чипсетом понимают не одну микросхему, а целый набор микросхем (как правило это 2, 3 микросхемы.

Главные составляющие любого чипсета называются “мостами”: северный мост и южный мост. Северный мост соединяет между собой процессор, оперативную память и видеошину AGP(PCI Express) – предназначена для выполения более скоростных функций. Он всегда находится под охлаждением (активным – вентилятор, пассивным – радиатор) и ближе всего к процессору. Размеры северного моста могут быть больше, чем процессор, за счет того, что количество ножек к этой микросхемы уже давно превысило тысячный рубеж. Южный мост отвечает за связь с шиной PCI, и всеми подключенными к ПК периферийными устройствами. Также южный мост поддерживает работу подсистемы BIOS.

Почти для каждого нового процессора и типов (модернизаций) модулей памяти выпускаются свои чипсеты. Чипсеты фирмы Intel только под процессоры Intel. Чипсеты фирм Nforse (NVidia), ATI, Via и Sis подходят как под процессоры фирмы AMD так и под Intel.

4. Модель материнской платы – код производителя. Обычно в прайс-листах располагается между описанием чипсета и системной шиной. (Например, P 4165 G).

5. Системная шина(Front Side Buse) (магисталь). Шина - это вся совокупность линий (проводников), по которой обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. FSB – специальная шина для связи микропроцессора с оперативной памятью. Она работает на частоте от100 до 1066 МГц и пропускной способностью более 1 Гбайт/ с. (Максимальная частота определяется частотой процессора=Частота системной шины*множитель (множитель в ЦП фиксирован, он находится в микропроцессорной памяти (наименьшим значением являются 4, 4.5, 5 и т.д).

6. Поддерживаемая частота оперативной памяти и вид ОП. Вид ОП DDR(тактовая частота 400МГц, пропускная способность 3200 Мб/с), DDR2(Сегодня наиболее распространена память, работающая на частоте 333 МГц и 400 МГц, и обозначаемая как DDR2-667 (РС2-5400/5300) и DDR2-800 (РС2-6400) соответственно), DDR3(Память стандарта DDR третьего поколения. эффективные частоты DDR3 будут располагаться в диапазоне 800 МГц - 1600 МГц (при тактовых частотах 400 МГц - 800 МГц), таким образом, маркировка DDR3 в зависимости от скорости будет: DDR3-800, DDR3-1066, DDR3-1333, DDR3-1600) Данные типы памяти не совместимы между собой. Частота указывается в прайс-листе рядом с названием памяти. Лучше ставить две в половину, чем одну, но полную.

7. Разъем под винчестер. Ide(более медленный) , Sata(более быстрый) Sata2 (совместим с Sata)

Технология Sata Raid – технология позволяет большое количество винчестеров, CD, DVD приводов.

8. Поддержка видеокарты. AGP(Advanced Graphic Port) - графический порт, специально разработанный под видеокарту – устаревшая модель порта (или для недорогих версий компьютеров). НОВАЯ: PCI-Express x16 ( Crosshair на чипсетах Intel и SII – на Nvidia) – поддержка одновременной работы 2-х видеокарт с распараллеливанием процессов обработки графики. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.

9. Наличие на МП выхода на монитор. SVGA – аналоговый выход на монитор, т.е. встроенный графический чип. При экономии средств видеокарту можно не покупать, т.к. только для работы хватит. DVI – цифровой выход на монитор.

! Если у монитора большая вилка для подключения его к системному блоку – его нельзя подключить к SVGA.

10. Наличие встроенного звукового чипа. (Audio).( по аналогии с 9. При экономии средств звуковую карту можно не покупать, только для прослушивания музыки не профессионально хватит). Audio 8CH - возможность подключения звука вокруг.

11. Наличие возможности подключения компьютера к сети. (LAN). Наличие разъема RJ-45 под витую пару и контроллера сетевой платы (чип, отвечающий за работу в сети).

4 GB AN – поддержка сети со скоростью передачи 4 Гбит/ с.

12. Форм-фактор – размер МП. Стандартизированный размеры МП (ширина и длина). Отличие между различными форм-факторами заключается в расположении процессора и разъемов интерфейсов, что влечет за собой необходимость использования различных корпусов. Бывает: AT (устаревший стандарт, использовался для компьютеров с процессорами от первого поколения (Intel 8086) до шестого (Pentium III), Baby AT (уменьшенный стандарт в 2, 3 раза форм-фактора AT, появился с разработкой процессоров Intel 80286), ATX(переход на данный форм-фактор произошел с появлением процессоров шестого поколения Pentium II, III вплоть до Pentium IV шел компромисс между форм-факторами AT и ATX) и MicroATX (1997г., вариант уменьшенной платы ATX, предназначенный для небольших и недорогих систем), Flex-ATX(Форм-фактор flex-ATX отличается от micro-ATX меньшими размерами, а также поддержкой процессоров только гнездовой конструкции. Таким образом, в плате flex-ATX могут быть использованы гнезда Socket 7 или Socket A для процессоров AMD, Socket 370 для процессоров Intel Celeron и Pentium III, а также новое гнездо Socket 423 для Pentium 4. Плата flex-ATX не поддерживает разъемов Slot 1, Slot 2 или Slot A, которые служат для установки процессоров Pentium II/III и Athlon.).

13. Поддержка видеокамеры. Интерфейс IEE 1394 = Fire Wire – “огненный провод” – самый высокоскоростной интерфейс обмена данными с периферийными устройствами.

14. Подключение ПК к TV. Video out – выход на TV.

Задание: охарактеризуйте СП

Asroock, Socket 478, i865G, P 4165G(FSB 800, DDR 400, Sata, AGP, SVGA, Audio, LAN, m ATX)

Ø Центральный процессор(ЦП) – центральное устройство ПК, предназначенное для управления работой всех блоков машины и для выполнения арифметических и логических операций над информацией. Название центральный процессор произошло от того, что в ПК процессоров (микропроцессоров) очень много. Например, один управляет работой винчестера, второй работает с видеографикой, третий выполняет все функции по работе с компакт – дисками и т.д. Управляет всем этим центральный процессор). В старых 8-разрядных ПК ЦП был один и без него не обходился не один процесс. Он был загружен рутинной работой и, на выполнение каких-либо операций у него не хватало времени. Как следствие этого 8-разрядные ПК могли выполнять только одну задачу и о многозадачности как сейчас, речи не шло. Выпуск в 1981 году корпорацией IBM своего первого ПК привел к кардинальному изменению ситуации. Рутинные операции были переложены на периферийные контроллеры – устройства, контролирующие работу одного периферийного устройства. Контроллеру посылаются команды, что надо сделать, и он отчитывается ЦП о выполнении их. Вначале контроллеры были пары простых микросхем, позднее их снабдили 8-разрядными процессорами. Так, в современных ПК, накопитель на магнитном диске может самостоятельно, не отвлекая ЦП от других дел, получить данные, правильно их записать на магнитный диск, а конце работы отчитаться о выполнении задания.) Таким образом, в современный ПК ЦП большую часть времени командует подчиненными устройствами (МП, контроллерами). В результате у него имеется резерв времени для выполнения многозадачной работы.

Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС – получила свое название не из-за размеров, а из-за количества элементов на ней. 42 000 000– Pentium 4. Intel Itanium2 – 592 000 000 (процессор для серверов)). Процессор состоит из набора одинаковых транзисторов. Транзисторы группируются в блоки. В области оперативной памяти (КЭШа и регистров. Регистры – специальные ячейки, в которые помещаются команды, выполняемые процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Множество команд, которые может выполнить процессор – система команд процессора. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ) транзисторы группируются плотно и создается картина светлого прямоугольника. В последних разработках процессоров используются технологии, в которых размер транзистора (их активных зон) составляет 90, 80, 60 и 45 нм. Чем меньше размеры транзисторов, тем меньше потребляемая мощность и выше тактовая частота, что позволяет изготавливать более производительные процессоры.

Конструктивно, процессор - это кристалл кремния очень маленьких размеров (площадью от 1до 2 квадратных см). Для изготовления кристаллов кремния используют обычный песок, на котором мы загораем на пляже. Его расплавляют и многократно очищают от примесей. В готовой заготовке (большом кристалле) на десять тысяч кристаллов кремния приходится не более одного постороннего атома, так как только в этом случае транзисторы в процессоре будут работать правильно. Толщина пленки, из которой строится процессор =0,13 микрометра. В современных технологических процессах используют пластины диаметром 300 мм. Пластины нарезаются из цилиндрической заготовки алмазными резцами и очень тщательно шлифуются лучше, чем зеркала и линзы. Далее на пластины наносят светочувствительный слой, как на обычную фотопленку, засвечивая в нужных местах, и травят специальными химическими растворами. Эти процедуры неоднократно повторяются, а между ними на поверхность пластины напыляют различные слои металла или диэлектрика. В результате всех этих операций получается пластина, на которой имеется несколько сотен кристаллов процессоров. После осмотра пластину режут алмазным стеклорезом на кусочки – кристаллы процессоров. Затем годные процессоры припаивают к корпусу, приваривают к нему микропроволочки, закрывают защитной крышкой или наносят специальный слой пластмассы или краски. После испытаний упаковывают в тару и отправляют потребителю.

Закон Мура.Гордон Мур, один из основателей корпорации Intel, занимаясь разработкой микропроцессоров, подметил определенную закономерность в увеличении количества транзисторов на кристалле (частота процессора) – в зависимости от времени и производительности процессора.

Закон:при разработке новых полупроводниковых микропроцессоров можно прогнозировать, что примерно каждые 18 месяцев количество транзисторов на кристалле (частота процессора) будет удваиваться.

В состав центрального процессора входят:

· Устройство управления(УУ) – формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления, обусловленные спецификой выполняемой операции; формирует адрес ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера

· Арифметико-логическое устройство (АЛУ) в комплекте с математическим сопроцессором – предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией

· Микропроцессорная память(МПП) – предназначена для кратковременного хранения , записи и выдачи информации, непосредственно используемой в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах для обеспечения быстродействия работы машины, т.к. основная память – ОП – не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации из-за длины ячейки в 1 байт(регистр- быстродействующая ячейка памяти произвольной длины)

· Интерфейсная система – предназначена для сопряжения и связи с другими устройствами ПК. Включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и управления портами ввода-вывода(I/O port) и системной шиной.

Центральный процессор (Central Processing Unit - CPU), который выполняет все основные операции, часто оснащен дополнительными сопроцессорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцессор (floating point unit)(разрядность 80 бит, такая разрядность необходима для хранения чисел в формате с плавающей запятой) для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцессор для обработки графических изображений, сопроцессор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами.

Основными параметрами процессоров являются:

• тактовая частота,
• разрядность,
• производительность,
• рабочее напряжение,
• коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,
• размер кэш памяти (буферной памяти).

§ Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемых процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров достигают отметки более 4 ГГц(для многоядерных процессоров) (1 ГГц = 103 МГц).

§ Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Чем выше разрядность – тем выше производительность компьютера.

§ Производительность процессора = Количество исполняемых за такт инструкций x Тактовую частоту.

§ Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения, разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева.

§ Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. На сегодня тактовая частота материнских плат составляет не более 1066 МГц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.

§ Кэш-память(cache memory). Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Различают кэш-память

1. первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт),

2. второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом более Мбайт),

3. третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате. Некоторые процессоры, преимущественно те, которые предназначены для высокопроизводительных игровых или серверных систем, содержат кэш-память третьего уровня L3, например Itanium).

В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.

Процессоры Intel, используемые в IBM-совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд - CISC-процессоров 0,(CISC - Complex Instruction Set Computing). В противоположность CISC-процессорам разработаны процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд намного меньше, и каждая команда выполняется быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простых команд, выполняются намного быстрее на RISC-процессорах. Обратная сторона сокращенной системы команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не всегда эффективной последовательностью более простых команд. Поэтому CISC-процессоры используются в универсальных компьютерных системах, а RISC-процессоры - в специализированных. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD изготовляет процессоры семейства AMD-K6, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих процессоров выполненное по RISC-архитектуре, а внешняя структура - по архитектуре CISC).