Компоненты персонального компьютера

 

в вещественной форме, то есть имеют мантиссу, знак и порядок. Например, число  -567000000000000 в вещественной  форме представляется как  -0,567*10^15, где “-” - знак; 0,567-мантисса; 10-основание десятичной системы исчисления; 15-порядок.

 

   Для того чтобы сопроцессор  смог выполнять вычисления, каждое обрабатываемое сопроцессором число предварительно разбивается на составляющие ,каждая из которых направляется в отдельный аппаратный узел сопроцессора. Там они “встречаются” с аналогичными компонентами  другого  “разобранного” операнда, если таковой имеется. Вычисления в сопроцессоре затрагивают вначале каждый компонент в отдельности (мантисса, знак и порядок) и лишь затем, на заключительном этапе, результат вновь “собирается воедино”.

 

Важными характеристиками ЦП являются тактовая частота, скорость выполнения команд и разрядность шин данных и адреса. Все современные процессоры располагают 64-разрядной шиной данных. По разрядности адресной шины процессора можно судить об адресном пространстве памяти.

Адресное пространство памяти состоит из всех ячеек оперативной памяти, видеопамяти и памяти BIOS (Basic Input Output System – базовая система ввода-вывода), к которым может обращаться процессор.

 

Все процессы, связанные с вычислениями, обработкой и пересылками данных между электронными модулями компьютера, должны быть взаимосвязаны во времени, то есть синхронизированы.

Синхронизация центрального процессора и всех узлов компьютера осуществляется с помощью специального электронного узла – тактового генератора. Тактовый генератор формирует периодические последовательности тактовых импульсов, которые направляются и в ЦП, и в систему памяти, и во все остальные подсистемы компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (МГц). Например, тактовая частота одного из первых процессоров 8088 составляла 4,77 МГц, а тактовая частота современного процессора Pentium 3 Xeon – 500 МГц.

 

Однако необходимо отличать частоту тактового генератора и тактовую частоту процессора. В ЦП поступают тактовые сигналы с материнской платы (от тактового генератора), а необходимая для работы внутрипроцессорная  частота получается при умножении внешней частоты (частоты материнской платы) в специальном встроенном блоке умножения. Она-то и синхронизирует вычислительные процессы непосредственно в самом процессоре. Таким образом, если материнская плата может работать на фиксированной частоте, например 100 МГц, то процессор может синхронизироваться, например, частотой 450 МГц.

 

Частота синхронизации электронных компонентов на материнской плате (типичные значения 66, 75, 83, 100 МГц) синхронизирует обменные процессы вне процессора, например между оперативной памятью и ЦП, устройствами ввода-вывода и т.д. С ростом частоты синхронизации повышается скорость работы центрального процессора и компьютера в целом.

Для ускорения доступа к оперативной памяти и увеличения производительности в центральный процессор встроен модуль кэш-памяти, или просто кэш. Это промежуточная память между ЦП и оперативной памятью. Кэш малоёмкое, но более быстрое, чем оперативная память, хранилище данных.

 

Кэш память может быть встроенной в центральный процессор или вынесенной из него.

Внутренняя частота процессора Pentium всегда указывается в мегагерцах и следует в обозначении за названием прибора, например Pentium 200 (P 200) или Pentium Pro 133/66. В последнем случае в знаменателе указана тактовая частота на материнской плате.

Процессоры шестого поколения также оцениваться по шкале ICOMP Index 2.0/3.0 (Intel Comparative Microprocessor Performance –индекс сравнения оценки производительности процессоров Intel)

 

Процессоры Intel и их клоны – базовая основа  IBM

-совместимых компьютеров. Корпорация Intel является разработчиком шести  поколений процессоров, составляющих  аппаратное ядро ПК семейства IBM PC

.В настоящее время компания Intel ведёт разработки полностью 64-разрядного процессора седьмого поколения с кодовым именем Merced,который, предположительно, будет работать с тактовой скоростью 1000 МГц.

Клонами принято называть компьютеры и их компоненты, разработанные сторонними фирмами в соответствии с характеристиками и параметрами фирм - стандартизаторов. Изделия-клоны могут полностью имитировать оригинальные продукты и даже превосходить их по ряду показателей.

 

Начиная с1979 г, на свет появились  шесть поколений процессоров Intel .

Процессоры различных поколений имеют преемственность на аппаратном и программном уровнях.  В настоящее время ПК оснащаются процессорами Intel шестого поколения, например, Pentium Pro, Pentium2 .

Для удовлетворения массового спроса пользователей корпорация Intel разработала ряд интересных процессоров для “недорогих систем” с ограниченными возможностями расширения. В этих недорогих компьютерах можно разместить меньше периферийных устройств, их быстродействие ниже, чем у систем с “полноценными” Pentium2. В1998 г в производство компьютеров низко ценового уровня  было внедрено целое созвездие процессоров, объединённых общим названием  Celeron.

 

Процессоры шестого поколения Pentium3 и Pentium3 Xeon - это усовершенствованные варианты процессоров Pentium2  Pentium2 Xeon.

Наиболее популярны микросхемы процессоров Intel

-клонов корпорации AMD (Advanced Micro Devices).Эти  процессоры превосходят характеристики  некоторых Intel-прототипов. Например,AMD K6 MMX Enhanced , AMD K6 3D,  AMD K6-2, AMD K6+3D. К следующему  поколению относится процессор AMD K7,с тактовой частотой 500 МГц. Разъём и число выводов нового гнезда, в котором устанавливает процессор.

 

Другой представитель, поставляющий на мировой рынок процессоры-клоны высокого качества, -  корпорация Cyrix. Например, Cyrix M1 , Cyrix M2 и 6x86 MX , Cyrix Media GX.

Процессор IDT Win Chip 2 C6TM разработан компанией Centaur Technology.Он относится к клону процессоров Intel пятого поколения, поддерживающих технологию MMX. В 1998г были анонсированы процессоры Win Chip 2 и Win Chip2  3D.

 

 

Шины ПК

Электронные модули компьютера объединяются шинами нескольких типов. Существуют: шина процессора (называется хост - шина), шина оперативной памяти (шина ОЗУ), системные шины, периферийные шины.

Хост-шина - самая быстрая из шин ПК; она соединяет центральный процессор со всеми остальными компонентами  ПК. Шина ОЗУ также очень быстрая, но в отличие от хост-шины имеет меньшую пропускную способность.

В IBM- совместимых компьютерах используются следующие стандарты шин:

 

1) стандартная индустриальная шина ISA (Industrial Standard Architecture);

2) усовершенствованная шина ISA-EISA (Enhanced ISA);

3)  шина микроканальной архитектуры MCA (Micro Channel Architecture);

4) локальная шина, разработанная VESA,-VL-bus,или VESA-bus (VESA Local bus-стандарт локальной шины, разработанный VESA);

5) локальная шина для подключения периферийных устройств PCI(Peripheral Component Interconnect)

 

Графическая шина AGP (Accelerated Graphics Port) помогает системной шине  PCI разгрузиться от потока видеоданных. Для работы этой шины в систему добавлены некоторые аппаратно-программные компоненты.

 

 

 

Рис. 2. Блок схема ПК.

 

Система памяти

 

    Система памяти ПК  включает следующие компоненты: оперативную память,сверхоперативную  память, кэш-память,память базовой  системы ввода-вывода и память  системного конфигуратора и часов реального времени.

 

Оперативная память

 

   Оперативная память (или  оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) – это     основная  память компьютера, предназначенная  для хранения текущих данных  и выполняемых программ, а также  копий отдельных модулей операционной системы. Большинство программ в процессе выполнения резервуаров часть оперативной памяти для хранения своих данных. К данным, хранящимся в оперативной памяти, центральный процессор может обращаться непосредственно, используя хост-шину. После отключения питания компьютера все содержимое ОЗУ стирается.

 

    Каждая ячейка ОЗУ  может хранить данные объемом  в один байт и имеет свой      уникальный адрес. Для удобства  управления оперативная память  разбивается на банки (memory banks). Емкость и разрядность используемых в банках микросхем зависит от конструкции материнской платы.

    Микросхемы памяти имеют  четыре основные характеристики: тип, объем, структура и время  доступа.

¦ Тип  обозначает  статическую  или динамическую  память.

¦ Объем показывает емкость микросхемы.

 

¦ Структура –это количество ячеек памяти и разрядность каждой из них.

¦ Время доступа к ячейке памяти характеризует скорость работы микросхемы памяти и указывается в наносекундах (нс) в конце наименования микросхемы.

    Модули памяти состоят из микросхем, которые обмениваются данными с    процессором или устройствами ввода-вывода не одиночными битами, а байтами. Она имеет байтовую организацию с контролем или без контроля по четности. Контроль по четности –

это один из наиболее простых вариантов проверки достоверности считываемой   информации. Он предусматривает запись дополнительного бита данных в каждый байт. При считывании этот контрольный бит должен содержать тот же разряд (единицу или нуль), что и при записи. Успехи, достигнутые в технологической области производства микросхем памяти, привели к существенному повышению их надежности.Поэтому ячейки памяти для хранения контрольных битов достоверности  данных экономятся  для хранения данных.

 

    Объем оперативной памяти  в ПК достигает 16-64 Мбайт, а в мощных рабочих    станциях, серверах и мэйнфреймах она занимает десятки Гбайт.

    Хватает ли пользователям  для работы такого объема оперативной  памяти? Обычно говорят, что не  хватает.На самом деле для обслуживания  программ операционной   системы MS DOS пользователь довольствовался памятью до 640Кбайт.Ограничения объема оперативной памяти были связаны с возможностями операционной системы MS DOS.Как правило,компьютеры,работавшие под DOS,располагали оперативной памятью 1-4 Мбайт, которой было вполне достаточно пользователю для комфортной работы.

 

    Для операционной системы Windows 3.1 требуется уже не менее 4 Мбайт ОЗУ,а при использовании  графических программе менее 8 Мбайт. Для работы операционных систем Windows 95и Windows 98 необходимо иметь ОЗУ в пределах 16 и 32 Мбайт   соответственно.

 

Элементная база ОЗУ

 

     Как правило,оперативное  запоминающееся устройство организованно  на     микросхемах с динамическими  элементами DRAM (Dynamic Random Access Memory – динамическая  память с произвольным доступом).Каждая ячейка DRAM представляет систему из конденсаторов, накапливающих заряды, и электронных ключей, управляющих доступом к этим конденсаторам. Каждая из ячеек хранит информационный нуль или единицу. Нулю соответствует разряженное состояние ячейки, а единице – заряженное.

 

    Поскольку конденсаторам  свойственен саморазряд , то динамические  ячейки   периодически подзаряжаются, восполняя таким образом часть  потерянного за счет саморазряда  потенциала.

    В отличие от ячеек  динамической памяти, ячейки статической памяти SRAM (Static RAM – статическая память с  произвольным доступом) заряд не утрачивают, а теряют его только при отключении питания ПК. Ячейки SRAM обладают такой особенностью благодаря наличию в них триггеров–

электронных фиксаторов,сохраняющих      положение “включено” или “выключено”. Микросхемы SRAM очень громоздки, поэтому создать статическую память высокой емкости пока неудается.Статическая память используется для организации кэш-памяти,а динамическая (более дорогая,но и более вместительная) – для оперативной памяти ПК.

 

    К числу наиболее известных  модификаций оперативной динамической  памяти DRAM относится память с  элементами EDO DRAM (Extended Data Out Dynamic     Random Access Memory–динамическая оперативная  память с расширенным выводом данных).EDО-память сокращает время доступа к данным ОЗУ за счет уменьшения тактов синхронизации, а следовательно, времени, затрачиваемого на выборку данных из памяти.

    Микросхемы EDO DRAM были созданы  еще в 1994 году и работали в системах на базе компьютеров с процессорами i80486 и Pentium. Эта оперативная память была ориентированна на 32-разрядную локальную шину PCI 2.0 и тактовую частоту 33МГц. При использовании оперативной памяти EDO DRAM скорость обмена данными возрастала со 133 Мбайт /с до 164 Мбайт/с. Модель EDO DRAM можно эффективно использовать лишь до тактовых частот 66 МГц на материнской плате. Время доступа к этой памяти не 70-80 нс, как к обычной памяти DRAM, а 60 нс.

 

    Для работы компьютера  с более скоростной 64-разрядной шиной PCI 2.1 может быть использована ОЗУ с элементами памяти, выполненными по технологии усовершенствованной динамической памяти EDO. Эта память работает в режиме пакетной передачи BEDO (Burst EDO- динамическая оперативная память с расширенным выходом и режимом пакетной передачи данных).Модернизация памяти EDO состоит в следующем.Помимо предварительной выборки, свойственной этому типу памяти организуется много байтовая поэтапная групповая передача данных, называемая пакетной передачей данных. Время доступа к памяти BEDO не на много отличается от времени доступа к памяти EDO. В режиме BEDO пакетная передача должна поддерживаться не только чип сетом на материнской плате, но и микросхемами BEDO DRAM.     Оперативная память построенная не микросхемах BEDO DRAM, в персональных компьютерах не прижилась.

 

    Технология изготовления  модулей синхронной динамической  памяти SDRAM (  Synchronous DRAM- синхронная  динамическая память произвольной  выборки) позволяет значительно  уменьшить врем доступа к данным-до 30 нс и меньше . Микросхема синхронной памяти- это комплексный модуль, в котором реализуется множество функций, присущих классическому контроллеру оперативной памяти.Микросхемы SDRAM получают от контроллеров ПК команды и тактовые импульсы синхронизации, которые анализируются блоком управления функциями динамической памяти. Этот блок координирует работу SDRAM. Память самостоятельно генерирует сигналы управления и выполняет предназначенные команды записи считывания. Благодаря встроенной скоростной шине данных и прочим аппаратным узлам SDRAM работает синхронно с внешней тактовой частотой материнской платой.