Технология сборки, настройки, технического обслуживания домашнего мультимедийного персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Технология сборки, настройки, технического обслуживания домашнего мультимедийного персонального компьютера

Структура

Введение

Обоснование выбора комплектующих элементов

Периферийные устройства современного ПК. Обоснование выбора периферийного оборудования

Расчет системы охлаждения, технология сборки и настройки

Технология монтажа и настройки компьютерной сети

Техническое обслуживание и ремонт ПК

Расчет себестоимости сборки ПК

Литература

сборка настройка обслуживание персональный компьютер

Введение

Современный персональный компьютер класса IBM PC представляет собой сложнейшую систему, состоящую из разнородных компонентов. Однако сложность такой системы есть «вещь в себе»: обычного пользователя, по большому счету, не интересует ни архитектура процессора, ни особенности системной шины, -- его заботит конечный результат, то есть эффективность компьютера в целом.

На уровне взаимодействия с пользователем компьютер ныне предстает устройством не более сложным, чем современная бытовая техника, например «навороченный» домашний кинотеатр. Благодаря развитию аппаратных средств и программного обеспечения управление компьютером сводится к относительно простым приемам, сродни управлению автомобилем.

Обратите внимание, сколько за последние годы появилось за рулем автомобилей женщин: как правило, в иномарках. Это объясняется тем, что для вождения приличной машины надо всего лишь знать правила движения и овладеть парой десятков стандартных приемов управления. Но если вспомнить начальный этап развития автомобильной техники, то придется признать, что эксплуатация машины требовала солидных инженерных знаний. Кстати, и профессия автомобильного «рулевого» тогда называлась «механик-водитель».

Аналогично, ранее для управления компьютерами требовались специально обученные люди -- операторы ЭВМ. Ныне эта профессия в сфере ПК практически исчезла, поскольку компьютером способен управлять любой человек. Продолжая аналогию, можно утверждать, что сегодня компьютер (автомобиль), стал универсальным аппаратом утилитарного назначения, способным без чрезмерных усилий со стороны пользователя выполнить стандартную работу (доставить груз из пункта А в пункт Б).

Специфика ПК позволяет прийти к заключению, что на момент покупки существует потенциальная возможность подобрать «идеальную» конфигурацию компьютера, в полной мере отвечающую запросам пользователя. Никакое другое техническое средство, известное человеку, не обладает такими возможностями. Конечно, в автомобилестроении на базе стандартной платформы тюнинговые фирмы способны соорудить машину в соответствии с требованиями заказчика. Однако диапазон возможных изменений по сравнению с компьютером очень узок. Многие компоненты выполняются в единичном экземпляре и не вписываются в стандарты. Цена тюнингового автомобиля несопоставима с базовым. Напротив, «тюнинговый» компьютер часто оказывается дешевле предложенного продавцом базового варианта.

Ключевым этапом при подборе идеального компьютера является правильная формулировка запросов пользователя. Собирать систему самому совсем необязательно: любая приличная фирма с радостью соберет компьютер «на заказ», если ей предъявить листок со списком требуемых компонентов. Проблема здесь заключается в том, что такой список желательно составить самостоятельно.

Тому есть, по крайней мере, две причины. Первая тривиальна: никто лучше вас не может знать ваши пожелания. Иногда их трудно выразить словами, а тем более -- принятыми в компьютерной среде терминами. Поэтому проще сунуть бумажку менеджеру и сказать: «Хочу это!» -- не вдаваясь в объяснения. Вторая причина вытекает из первой. Если в качестве консультанта при подборе конфигурации вы изберете менеджера компьютерного салона, то имейте в виду, что его задача -- продать товар, а вовсе не осчастливить вас идеальным компьютером. К тому же среди менеджеров практически нет специалистов достаточной квалификации, потому что люди с нужным уровнем знаний заняты на более высокооплачиваемой работе. Если среди ваших родственников, друзей или знакомых есть компьютерный специалист, считайте, что вам повезло.

Преимущества самостоятельной разработки конфигурации компьютерной системы зачастую нивелируются необходимостью сравнительно глубоко изучить принципы работы и устройство компонентов, иметь представление о текущем состоянии компьютерного рынка. Если для вас такой путь неприемлем, придется смириться с «неидеальностью» купленного компьютера.

Обоснование выбора комплектующих элементов

Системная плата

Для данного курсового проекта дана материнская плата ABIT NV8, внешний вид которой представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Внешний вид материнской DFI UP NF4 ULTRA-D.

В комплект поставки входит:

один 80 жильный IDE шлейф, флоппи-шлейф и четыре SATA шлейфа;

заглушка для корпуса;

планка с двумя USB-портами;

руководство по установке и руководство пользователя;

дискета с RAID-драйвером и CD с драйверами чипсета и утилитами;

наклейка со схемой расположения джамперов на плате.

В набор программного обеспечения, которое поставляется с DFI UP NF4 ULTRA-D, входят две программы: Abit EQ и Abit FlashMenu. FlashMenu - программа для скачивания и прошивки BIOS из Windows. Abit EQ - программа мониторинга таких параметров системы как температуры, скорости вращения вентиляторов и напряжения.

Характеристики системной платы DFI UP NF4 ULTRA-D.

Процессор

Имеющаяся материнская плата ABIT NV8 поддерживает AMD Socket 754 Athlon 64/Sempron Processors With 1.6GHz system bus using Hyper Transport™ technology Supports AMD CPU Cool 'n' Quiet Technology

Чипсет

В материнской плате используется чипсет NVIDIA NF4-4x.

Оперативная память

Материнская плата имеет 2 x 184-pin DIMM слота поддерживают до 2Гб PC3200/PC2700/PC2100/PC1600 DDR SDRAM памяти.

Слоты расширения

На материнской плате имеются такие слоты расширения как:

1 x PCI-E x16.

3 x PCI-E x1

3 x PCI позволяющие устанавливать такие устройства как: модем, TV-тюнер, звуковая карта и другие устройства.

Контроллер EIDE

Контроллер поддерживает 2 слота UltraDMA 133/100/66/33, 4 канала Serial ATA 150 и поддерживает RAID массив: RAID 0, RAID1.

Звук

В материнской плате имеется интегрированная микросхема Realtek ALC850 поддерживающая 7.1 канал.

Сеть

В материнской плате имеется Gigabit Lan PCI Controller поддерживающих 10/100/1000 BASE-T Ethernet.

Порты ввода/вывода

Материнская плата имеет следующие порты ввода/вывода:

1 x LPT

1 x COM

1 x PS/2 клавиатура

1 x PS/2 мышь

1 x RJ45 (Gigabit Ethernet)

1 x S/PDIF выход

1 x Surround L/R аудио разъем

1 x CNTR/LFE аудио разъем

4 x USB 2.0/1.1

BIOS

Phoenix Award BIOS v6.00

Форм-фактор

ATX

Структурная схема чипсета Abit NV8 приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - структурная схема чипсета системной платы ABIT NV8.

Архитектура системной платы

Важнейшим узлом компьютера после процессора является системная плата (system board), иногда называемая материнской (motherboard), основной или главной платой (main board). Существует несколько наиболее распространенных форм-факторов учитываемых при разработке системных плат. Форм-фактор (form factor) представляет собой физические параметры платы и определяет тип корпуса, в котором она может быть установлена. Форм-факторы системных плат могут быть стандартными (т. е. взаимозаменяемыми) или нестандартными. Нестандартные, к сожалению, являются препятствием для модернизации компьютера, поэтому от их использования лучше отказаться.

Основное назначение системной платы - соединение всех узлов компьютера в одно устройство. Конструктивно системная плата выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы, количество слоев может достигать 12.

Основой построения электроники системной платы является чипсет - набор микросхем системной логики, посредством которых процессор связан с окружающими его устройствами. Чипсет выполняет служебные функции по распределению сигналов между всеми узлами. 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 выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях.

Описание магистральных шин современного чипсета AMD.

Шина процессора: (FSB) предназначена для связи процессора с контроллером видео и памяти. Работает на частотах 533/800/1000 Мгц. Основной особенностью является технология, позволяющая увеличить скорость обмена данными, - это способность считывать данные 2 раза за один такт, т. е. стало возможным использовать эффективную частоту системной шины до 1000МГц. Учитывая 64-х битную шину, пропускная способность достигает 2 Гб/сек.

Шина памяти: предназначена для подключения двухканальных модулей памяти DDR. Работает на частотах 400/533/667 МГц с пропускной способностью до 10Гб/с. Можно установить несколько модулей, но столько, сколько предусматривает конкретная системная плата.

PCI-Express x16: PCI Express представляет собой быструю последовательную шину, архитектура которой обратно совместима с существующими программными драйверами и средствами управления параллельной шины PCI. При использовании шины PCI Express данные передаются в полнодуплексном режиме (т. е. одновременно выполняется прием и передача данных) по двум парным проводам, которые называются полосой или трассой. Можно объединить до 32 каналов, создавая параллельный интерфейс с независимым управлением последовательными каналами связи. С пропускной способностью до 8,5 Гб/с.

Чипсет -MCP



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 Структурная схема современного чипсета AMD.

AGP (Accelerated Graphics Port - Ускоренный графический порт). Этот интерфейс предназначен исключительно для подключения видеоадаптеров. Шина AGP позволяет видеоадаптеру связываться с оперативной памятью непосредственно, разгружая тем самым системную шину. В оперативной памяти размещаются параметры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа как со стороны процессора, так и со стороны видеоадаптера. Максимальная пропускная способность шины AGP в режиме восьмикратного умножения AGP 8х - до 2 Гбайт/с. Конструктивно выглядит как отдельный разъем на материнской плате. Никакие другие компоненты, кроме видеоадаптеров, к AGP подключить нельзя.

Высокоскоростная шина ввода-вывода HyperTransport: (HT) предназначена для использования в компьютерных системах, прежде всего в качестве внутренней локальной шины. В сравнении с шиной PCI интерфейс HyperTransport позволяет снизить число проводников на системной плате, устранить задержки, связанные с монополизацией шины устройствами с низкой производительностью, уменьшить энергопотребление и в целом многократно повысить пропускную способность.

Как и многие современные интерфейсы, шина HyperTransport организована на различных уровнях:

на физическом уровне шина представлена линиями данных, управления, тактовыми, а также контроллерами и стандартными электрическими сигналами;

на уровне передачи данных определяется порядок инициализации и конфигурирования устройств, установления и прекращения сеанса связи, циклического контроля адекватности данных, выделения пакетов для передачи данных;

на уровне протокола определены команды выделения виртуальных каналов связи, правила управления потоком данных;

на уровне транзакций команды протокола конкретизированы в управляющие сигналы, например чтения или записи;

на уровне сессии определены правила управления энергопотреблением и прочие команды общего характера.

Описание интерфейсов современного чипсета AMD.

Все компоненты персонального компьютера соединяются между собой через стандартные интерфейсы. Краткая характеристика интерфейсов.

PCI (Peripheral Component Interconnect - Соединение внешних компонентов). Поддерживает тактовую частоту до 33 МГц (вариант PCI 2.1 - до 66 МГц), имеет максимальную пропускную способность до 132 Мбайт/с на частоте 33 МГц для 32-разрядной шины (264 Мбайт/с для 32-разрядных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных на частоте 66 МГц).Интерфейс PCI обеспечивает поддержку режимов Bus Mastering и автоматической конфигурации компонентов при установке (Plug-and-Play). Все слоты PCI на материнской плате сгруппированы в сегменты, число разъемов в сегменте ограничено четырьмя. Если сегментов несколько, они соединяются посредством так называемых мостов (bridge). В настоящее время пока интерфейс PCI является самым распространенным интерфейсом для подключения к материнской плате различных компонентов - звуковых карт, контроллеров SCSI, модемов, TV тюнеров и других устройств.

PCI Express. Это расширенная версия шины PCI. В отличие от параллельной шины PCI, шина PCI Express является высокоскоростной шиной с переключаемой архитектурой. Связь по PCI Express осуществляется по-следовательно по двум парам проводов, которые обеспечивают пропускную способность до 500 Мб/с.

Serial ATA (Последовательный ATA) - развитие интерфейса АТА. В отличие от параллельного интерфейса АТА, интерфейс Serial ATA является последовательным, и вместо отношения master-slave (ведущий-ведомый) используется архитектура point to point (точка-точка), т.е. каждое устройство Serial ATA имеет собственный интерфейс. Даже первое поколение (Generation I) Serial ATA позволяет передавать информацию со скоростью 1,2 Гбит/с, т.е. 150 Мбайт/с. Интерфейс Serial ATA использует четырехпроводный кабель до одного метра длиной по сравнению с 0,45 м (18") '80-жильного плоского кабеля, используемого в АТА-66.

IDE/ATA (Integrated Drive Electronics - Встроенная электроника накопителя; AT Attachment - Подключение к AT). Этот интерфейс предназначен только для подключения жестких дисков и других накопителей. В большинстве случаев контроллер IDE/ATA встроен в системную плату и поддерживает два разъема IDE: Primary - Первичный и Secondary - Вторичный, к каждому из которых можно подключать по два устройства (Master и Slave - ведущий и ведомый). Максимальная пропускная способность интерфейса IDE -до 100 Мбайт/с (по протоколу Ultra DMA-100). Для обеспечения совместимости с накопителями, отличными от жестких дисков, существует протокол обмена данными ATAPI (ATA Packet Interface Пакетный интерфейс ATA).

USB 1.1 (Universal Serial Bus - Универсальная последовательная шина). К одному USB-каналу можно цепочкой подключить до 127 внешних устройств. Обмен данными по шине USB 1.1 проходит в пакетном режиме при максимальной пропускной способности до 12 Мбит/с.

Интерфейс USB 2.0 является логическим развитием шины USB. Интерфейс USB 2.0 полностью совместим с USB, т.е. любое устройство USB будет работать и для USB 2.0 Максимальная пропускная способность шины USB 2.0 составляет 480 Мбит/с, Высокая пропускная способность данного интерфейса позволяет подключать профессиональные принтеры и сканеры, быстродействующие устройства хранения информации.

Интерфейс IEEE1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 - Стандарт института инженеров по электротехнике и электронике № 1394) имеет другое название FireWire (Огненный провод). С.помощью интерфейса IEEE1394 могут подключаться как внутренние, так и внешние устройства (всего до 127 устройств на один контроллер). Максимальная пропускная способность достигает 800 Мбит/с. Главными достоинствами интерфейса IEЕЕ 1394 являются скорость и простота подключения нескольких устройств по единому шестижильному кабелю: две жилы обеспечивают питание, четыре - служат для обмена данными. Этот интерфейс рекомендуется для соединения с высокоскоростными внешними устройствами - цифровыми видеокамерами, видеомагнитофонами, различными накопителями.

RS-232C - интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту COM (COMmunication - Связь). Для поддержки портов (до четырёх) с этим последовательным интерфейсом на системной плате имеется специализированная микросхема UART16550A. Физически разъем СОМ-порта может быть 25-контактным (оригинальный интерфейс RS-232) или девятиконтактным. Гарантированный обмен данными обеспечивается по кабелю длиной 30 метров и более.

IEEE1284 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1284 - Институт инженеров по электротехнике и электронике, стандарт № 1294). Этот стандарт описывает спецификации скоростных параллельных интерфейсов SPP (Standard Parallel Port - Стандартный параллельный порт), EPP (Enhanced Parallel Port - Улучшенный параллельный порт) и ЕСР (Extended Capabilities Port - Порт с. расширенными возможностями). Интерфейс IEEE 1284 обычно используется для подключения принтеров, сканеров, цифровых фотокамер и других внешних запоминающих устройств через параллельные порты компьютера (LPT). Встроенный контроллер параллельного порта имеется на материнской плате. Со стороны порта установлен стандартный разъем DB-25, со стороны устройства обычно применяют разъем Centronics. Интерфейс поддерживает одностороннюю (SPP) или двустороннюю (ЕРР, ЕСР) передачу данных при пиковой пропускной способности до 5 Мбайт/с (ЕСР).

Интерфейс PS/2 использует однополярный сигнал с уровнем +5 В. Передача данных происходит в синхронном режиме. Контроллер 8242В также используют для подключения мыши в шину PS/2.

Ethernet: На сегодняшний день Ethernet (Fast Ethernet) занимает 1 место основного стандарта для построения локальных сетей. Это объясняется его давней официальной стандартизацией (в 1980 г.), простотой и относительной дешевизной оборудования (благодаря массовому рынку). Стандарт непрерывно развивался и в 1988 г. был принят вариант Gigabit Ethernet (спецификация IEEE 802.3z), предназначенный для построения локальных сетей с пропускной способностью канала до 1000 Мбит/с.

Сравнительный анализ современного чипсета NVIDIA nForce4-4x и чипсета nForce4 sli

Таблица1

Характеристика	NVIDIA nForce4-4x	NVIDIA nForce4 SLI
Процессор	AMD	AMD
Частота системной шины, МГц	1000/800	1000/800/
Максимальный размер ОЗУ, Гб	2	8
Тип памяти	DDR 400/333/266	DDR2 667/566/400

Вывод: Больше

Чипсет nForce4-4x, соответствует требованием, налагаемым на него во время создания проекта.

Процессор

(Сначала процессор, затем обзор)

Параметры выбранного процессора

Для построения системы выбран процессор серии ATHLON с ядром Manchester (Рисунок 1.2) с рейтинговой частотой ядра 3800, реальная частота ядра процессора 2000МГц. Размер Кеш памяти второго уровня 1024кб, частота шины 1000МГц.

Рисунок 1.2

Дополнительные характеристики AMD ATHLON-64 X2 3800 +

- модель - 10

- частота шины - 1000МГц;

- техпроцесс - 0,09

- Socket - 939;

- напряжение питания ядра - 1,35-1.4В

- типичное тепловыделение - 89 Вт;

- максимальная температура - 71 °C

Появление 64-разрядных процессоров стало основанием для отказа от использования рейтинга процессора. Знак "+" в конце каждого номера модели означает дополнительные возможности повышения производительности, которые характерны для передовых разработок корпорации AMD".

В 2004 г. корпорация AMD, чтобы повысить престиж торговой марки Athlon, для упрощенных и дешевых (бюджетных) моделей процессоров стала использовать наименование Sempron. Название Athlon теперь присваивается только процессорам, конкурирующим с высокопроизводительными процессорами корпорации Intel.

Для серверных применений выпускается линейка процессоров Athlon MP, а для использования в ноутбуках -- Mobile Athlon XP-M.

Архитектура современного процессора.

Архитектура современного процессора выглядит таким образом:

блок управления;

регистры команд и данных;

арифметико-логические устройства (АЛУ);

блок операций с действительными числами (FPU);

буферная память первого уровня (отдельно для команд и данных);

буферная память (кэш) второго уровня;

интерфейс системной шины.

Половину можно вырезать

Алгоритм работы процессора можно представить следующим образом. Блок управления загружает из оперативной памяти инструкции и данные, помещая их в кэш второго уровня. Отсюда инструкции поступают в свой кэш первого уровня, а данные - в свой. Из кэша первого уровня команды и данные помещаются в регистры. Арифметико-логическое устройство берет из регистров инструкцию (что надо выполнять) и данные (операнды) и выполняет над ними заданные операции. Результат помещается обратно в регистры. Если операция считается законченной, данные перемещаются в кэш первого уровня, затем второго и наконец записываются в оперативную память. Такая последовательность работы образует операционный поток процессора.

Есть только два пути улучшать производительность процессоров - повышать частоту и повышать число исполняемых инструкций за такт. Архитектура процессоров Pentium 4 была рассчитана на первый путь, но внедрение технологии Hyper Threading - это переключение на второй путь. Появление технологии Hyper Threading влечет несколько интересных следствий: изменение методов программирования приложений, привнесение многопроцессорности в массовые системы, увеличение производительности процессоров. Необходима поддержка со стороны «домашних» операционных систем и, самое главное, необходимость перекомпиляции (а в некоторых случаях и смены алгоритма) приложений, чтобы они в полной мере смогли воспользоваться преимуществами Hyper Threading. Теоретически, наличие Hyper Threading делает возможной действительно параллельную работу операционной системы и приложений - а не по очереди, как сейчас.

Динамическая оперативная память по быстродействию примерно на порядок уступает современным процессорам (400 МГц против более чем 3000 МГц). Если бы процессор получал данные непосредственно из оперативной памяти, он работал бы вхолостую большую часть времени. Для устранения этого противоречия в архитектуре процессора предусмотрена буферная память (в англоязычной литературе именуется Cash), выполненная на быстрых элементах, работающих на частоте ядра. Инструкции и данные заранее помещаются в кэш-память в соответствии с командами блока предсказания процессора. Малый объем кэша позволяет практически мгновенно использовать хранящиеся в нем данные, а большой объем увеличивает вероятность нахождения в нем нужных данных. Поэтому кэш разделяют на две части: меньший по объему первого уровня (Level 1, L1) и значительно больший второго уровня (Level 2, L2). Если необходимые данные оказались в кэш-памяти, говорят о «попадании», в противном случае -- о «промахе». В современных процессорах вероятность попадания в кэш составляет 92-98%. Существует прямая зависимость между общей величиной кэша (L1 + L2) и производительностью процессора: при прочих равных параметрах процессор с большим кэшем работает эффективней.

В архитектуре процессоров Pentium 4 (Celeron 4) корпорацией Intel применен, «технологический» принцип конструирования (увеличение частоты ядра процессора). Архитектура процессоров компании AMD больше опирается на «интеллектуальный» принцип организации работы. Различие в двух подходах четко прослеживается при сравнении длины конвейеров: 20 стадий у Pentium 4 и 12 стадий у Athlon XP.

Опираясь на длинный конвейер, Pentium 4 может работать на очень высоких частотах и показывает выдающиеся результаты в задачах обработки потоковых данных, когда их последовательность легко предсказуема и конвейер нагружен непрерывно. С другой стороны, Athlon XP лучше работает с разрозненными, хаотичными данными, характерными для игр и других интерактивных приложений. Более гибкий механизм предсказаний и распараллеливания кода, сравнительно короткий, быстро очищаемый при необходимости конвейер, позволяют Athlon XP при равной рабочей частоте демонстрировать в среднем лучшую производительность, чем Pentium 4.

Изготовители процессоров пытаются повысить привлекательность своей продукции для разработчиков программ и пользователей за счет внедрения блоков аппаратного выполнения специализированных инструкций. Эти инструкции обычно ориентированы на обработку мультимедийных данных. Первой ввела расширенный набор команд ММХ (Multi Media extension) корпорация Intel в своем процессоре Pentium ММХ.

Компания AMD ответила внедрением в архитектуру процессоров Кб-2 блока 3D Now, который работал с командами типа SIMD (Single Instruction - Multiple Data), позволявшими распараллелить обработку однородных данных. В процессорах Pentium III появились блоки поддержки расширенного набора инструкций потоковой обработки SSE (Streaming SIMD Extension), в процессорах Pentium 4 - SSE2. В свою очередь, компания AMD предусмотрела поддержку SSE в процессорах Athlon XP и ввела расширенную систему команд 3D Now! Professional.

Польза от наличия в процессоре блоков ММХ, SSE и тому подобных полностью зависит от поддержки таких инструкций в программах. Если при написании приложения расширенные системы команд не использовались, то все блоки их обработки в процессоре будут бездействовать.

Архитектурные решения для ускорения работы процессора: конвейерное выполнение операций.

Операции выборки из оперативной памяти являются самыми медленными, поэтому выборка команд и данных происходит заранее (с упреждением). Буфер выборки с упреждением обычно служит первым блоком первой стадии конвейера операций. На второй стадии декодируется поступившая команда и определяется состав и тип операндов. На третьей стадии данные вызываются из регистров. На четвертой стадии операнды обрабатываются в тракте данных (включающем АЛУ). На пятой стадии данные записываются обратно в регистр. Все стадии работают параллельно, в результате во время каждого цикла завершается выполнение одной новой команды. Впервые конвейер появился в процессорах Intel 80486.

Конвейер операций за счет упрощения отдельных блоков способен быстрее выполнять операции, чем сложное АЛУ. Меньшее число элементов позволяет быстрее переходить из одного состояния в другое. Чем длиннее конвейер, тем выше частотный потенциал процессора.

предсказание (трассировка) дальнейшего хода программы

Для обеспечения непрерывной работы конвейера необходимо снабжать его непрерывным потоком команд и данных. Но код программ не может содержать непрерывные последовательности инструкций. Часто в программах встречаются операции ветвления алгоритма. Единственной возможностью обеспечить непрерывность работы конвейера остается выполнение инструкций, на которые указывает команда перехода где-то дальше, хотя адрес перехода еще неизвестен (механизм предсказания ветвлений). Архитектура блоков изменения последовательности и предсказания ветвлений является одной из самых сложных и ответственных в общей конфигурации процессора. Ведь в случае ошибки в предсказании приходится очищать весь конвейер и начинать работу заново, что негативно сказывается на производительности процессора.

параллельное исполнение инструкций.

Если архитектурой процессора предусмотрено более одного конвейера, ее называют скалярной. Такая архитектура была впервые реализована в процессорах Intel Pentium (два конвейера из пяти стадий каждый). В настоящее время применяют суперскалярную архитектуру, которая предусматривает один конвейер, включающий на одной из стадий несколько параллельных исполнительных блоков. Суперскалярную архитектуру ныне имеют практически все современные процессоры.

многопоточность:

Технология предусматривает одновременное исполнение двух потоков программы на одном процессоре. Для этого используют особенности архитектуры Pentium 4, имеющей длинный основной конвейер и несколько отдельных исполнительных блоков: для операций над данными с плавающей точкой, для инструкций обработки мультимедийных данных (ММХ) и так далее. Пока основной конвейер занят выполнением одной нити программы, другие блоки можно занять выполнением второй нити. Для этого часть регистров процессора выделена отдельно и с точки зрения операционной системы выглядит как второй, независимый процессор. Тем самым программы, написанные в расчете на многопроцессорные системы, будут выполняться быстрее на однопроцессорной, по многопоточной системе. По результатам тестов независимых экспертов технология Hyper Threading дает прирост производительности на реальных (не оптимизированных) задачах 1-3%. На оптимизированных приложениях ускорение достигает 30%.

Основные параметры процессора, влияющие на его производительность:

- разрядность процессора (измеряется в байтах) определяет максимальную длину слова, обрабатываемого за один такт, что прямо влияет на производительность. Кроме того, разрядность определяет и максимальный объем адресуемой памяти. Сегодня большинство моделей процессоров для ПК имеют 32-разрядную архитектуру (максимум 4 Гбайт адресуемой памяти), с появлением процессоров Athlon 64 компании AMD начался переход на 64-разрядную архитектуру (объем адресуемой памяти 1,6х109 Гбайт). Для полного использования преимуществ 64-разрядной архитектуры необходима переделка 32-разрядных приложений под 64-разрядный код.

- рабочая частота выступает одним из ключевых параметров, определяющих производительность центрального процессора, но не единственным.

- количество инструкций, выполняемых за один цикл:

Использование двуядерных процессоров в настольных системах теоретически способно увеличить скорость выполнения ряда приложений, эффективно использующих многопоточность. Ввиду того, что технология виртуальной многопоточности Hyper-Threading присутствует в процессорах уже довольно давно, разработчики ПО сейчас предлагают множество программ, способных получить выигрыш от двуядерной архитектуры.

поддержка специальных команд:

Изготовители процессоров повышаю производительность своей продукции для разработчиков программ и пользователей за счет внедрения блоков аппаратного выполнения специализированных инструкций. Эти инструкции обычно ориентированы на обработку мультимедийных данных. Первым расширенным набором команд компании AMD был 3DNow. Выбранный процессор AMD Athlon 2800XP+ поддерживает набор команд 3DNow.

механизм кэширования инструкций и данных:

Динамическая оперативная память по быстродействию примерно на порядок уступает современным процессорам. Если бы процессор получал данные непосредственно из оперативной памяти, он работал бы вхолостую большую часть времени. Для устранения этого противоречия в архитектуре процессора предусмотрена буферная память (Cash), выполненная на быстрых элементах, работающих на частоте ядра. Инструкции и данные заранее помещаются в кэш-память в соответствии с командами блока предсказания процессора. Малый объем кэша позволяет практически мгновенно использовать хранящиеся в нем данные, а большой объем увеличивает вероятность нахождения в нем нужных данных. Поэтому кэш разделяют на две части: меньший по объему первого уровня (Level 1, L1) и значительно больший второго уровня (Level 2, L2).

Если необходимые данные оказались в кэш-памяти, говорят о «попадании», в противном случае -- о «промахе». В современных процессорах вероятность попадания в кэш составляет 92-98%.

возможности системной шины и шины памяти:

Сам по себе процессор может быть сколь угодно мощным, но абсолютно бесполезным, если он не умеет эффективно взаимодействовать с другими компонентами компьютера. Внешняя производительность процессора (то есть скорость обмена данными с другими компонентами) во многом определяется возможностями системной шины и шины памяти.

Особенности архитектуры современных процессоров AMD

Процессоры корпорации AMD

Для всех процессоров AMD, начиная с Athlon и Duron, нужна системная плата, которая не совместима с процессорами Intel. Процессоры имеют разъемы: Socket А (462), Socket 754, Socket 939 и Socket 940. В настоящее время корпорацией AMD выпускаются процессоры 8-го поколения (Athlon 64, Opteron и др.) и 7-го поколения (Athlon XP, Athlon MP и др.).

Процессоры Duron

Торговая марка Duron использовалась корпорацией AMD для продажи упрощенных вариантов базовых процессоров Athlon и Athlon XP, аналогично как это делает корпорация Intel, продавая процессоры Celeron. Но, в отличие от конкурентов, процессоры производились на отдельных технологических линиях, являясь принципиальным подобием Athlon. Принцип упрощения, в основном, касается уменьшения тактовой частоты и размера кэша второго уровня. В остальном процессоры Duron соответствуют тому полноценному процессору, на базе которого выпускаются.

Процессоры Athlon

Первые процессоры седьмого поколения от корпорации AMD, которые имели первоначальное название К7, для более успешного продвижения на рынке получили торговое наименование Athlon.

Были выпущены процессоры с ядром К7, К75 и К76 с частотами от 500 до 1000 МГц и кэшем второго уровня 512 Кбайт. Такие процессоры устанавливались в картриджи, предназначенные для разъема Slot А, который механически похож на Slot 1 от Intel, но не совместим с ним по шинам.

Следующий процессор Athlon с ядром Thunderbird был упакован в корпус, предназначенный для установки в Socket A (Socket 462), который стал оригинальной собственной разработкой корпорации AMD. Процессор имел встроенный в ядро кэш второго уровня объемом 256 Кбайт, работающий на полной частоте ядра. Выпускались два варианта процессора -- с поддержкой шины 200 и 266 МГц (тактовая частота 100 и 133 МГц).

После выхода операционной системы Windows XP процессоры Athlon получили ядро Palomino и название Athlon XP. Процессоры Athlon XP выпускаются в двух модификациях -- с ядром Thoroughbred и Barton, различающихся лишь использованным технологическим процессом и размером кэша второго уровня.

Процессоры Athlon в маркировке используют рейтинговую частоту процессора, т.е. когда указывается частота аналогичного по производительности процессора Intel, а не реальная частота. То есть, если на корпусе процессора присутствуют цифры 2000+ -- это означает, что данный процессор Athlon имеет производительность, присущую процессору Pentium 2000 МГц, хотя, на самом деле, тактовая частота его составляет всего 1667 МГц.

Процессоры Sempron

Процессоры Sempron по принципу разработки и продвижению на рынок, практически, полностью соответствует процессорам Celeron (даже названия как-то близки друг другу).

Пока производятся процессоры Sempron с ядрами, аналогичными Thoroughbred и Barton от Athlon XP, а также варианты 64-разрядного Athlon, под маркой Sempron D.

64-разрядные процессоры AMD

Процессор AMD Opteron и разные модификации Athlon 64 относятся к восьмому поколению процессоров х86, как и Intel Itanium. Особенность этого поколения процессоров -- 64-разрядная обработка данных (все процессоры х86, начиная с 1986, являются 32-разрядными). Разработчиками процессоров гарантируется, что все старое программное обеспечение, предназначенное для 32-разрядных процессоров, может работать и на новых процессорах. Причем одновременно могут выполняться как 32-разрядные программы, так и 64-разрядные.

В 64-разрядных процессорах используется технология HyperTransport, которая позволяет увеличить общую производительность системы за счет сокращения узких мест в подсистеме ввода-вывода, что приводит к повышению скорости обработки данных и уменьшению времени отклика.

Интересной новинкой стал интегрированный контроллер памяти DDR, что ускоряет доступ к памяти, т. к для этого теперь не требуются промежуточные элементы (чипсет). Такой способ работы с памятью позволяет обеспечить более быструю загрузку приложений, улучшенную поддержку многозадачности и эффективность выполнения приложений.

Процессор Athlon 64

Процессор Athlon 64 появился чуть позднее своего серверного собрата (Opteron), когда уже было выпущено несколько моделей Opteron и, видимо, была отработана технология разработки и производства. Этот процессор изначально был предназначен для использования в настольных ПК, чтобы повысить производительность, не прибегая к экстремальному увеличению тактовой частоты ядра, шины и памяти. Плюс, технология AMD64 обеспечивает одновременную поддержку 32- и 64-разрядных вычислительных сред, что является явным достоинством на переходной период от 32-к 64-разрядному программному обеспечению.

Процессор Athlon 64 FX

Развитием 64-разрядной технологии для настольных компьютеров стал выпуск процессоров Athlon FX. Эти процессоры являются упрощенной версией процессоров Opteron для настольных компьютеров. Особенность этих процессоров -- двухканальная память, что серьезно увеличивает общую производительность системы.

Процессоры Opteron

Процессор Opteron позволяет одновременно вести обработку 32-разрядных и 64-разрядных данных. В процессоре Opteron используется архитектура AMD64, в которой применена технология Direct Connect. Шина HyperTransport позволяет повысить производительность серверов, соединяя вместе до 8 процессоров.

серия 100 предназначена для использования в однопроцессорных серверах и рабочих станциях;

серия 200 предназначена для использования в серверах и рабочих станциях, содержащих до двух процессоров;

серия 800 предназначена для использования в серверах и рабочих станциях, содержащих до восьми процессоров.

Компания AMD продолжает наращивать тактовые частоты своих процессоров, совершенствуя процессорные ядра и технологический процесс. Функциональность современных ЦП AMD расширять пока особой необходимости нет, так как аналоги всех технологий, вводимых в последнее время Intel, в процессорах AMD уже есть.

Таким образом, среди достижений AMD за последнее время надо отметить только небольшое улучшение технологического процесса и связанную с этим незначительную модернизацию процессорного ядра.

Технология Dual Stress Liner (DSL)

Она позволила увеличить скорость срабатывания полупроводниковых транзисторов на 24%.

Суть данной технологии проста: практически Dual Stress Liner аналогична технологии растянутого кремния, освоенной компанией Intel вместе с внедрением 90-нм технологического процесса, т. е. идея Dual Stress Liner состоит в применении кремния с деформированной атомной решеткой для увеличения скорости срабатывания транзисторов и уменьшения их тепловыделения. В одном случае атомы кремния «растягиваются», а в другом -- «сжимаются» путем их помещения на подложку с растянутой или сжатой кристаллической решеткой. Отличия же Dual Stress Liner от растянутого кремния, используемого Intel, состоят в том, что технология AMD и IBM применима к транзисторам обоих типов, NMOS и PMOS (с п- и р-каналами) только лишь с использованием нитрида кремния, т. е. DSL работает без дорогого и экзотичного кремниево-германиевого соединения, которое в настоящее время используется в технологии «напряженного» кремния.

Благодаря такой двойственности, выигрыш от технологии Dual Stress Liner превышает эффект от использования растянутого кремния в технологическом процессе Intel. В то время как Dual Stress Liner позволяет нарастить скорость срабатывания транзисторов на 24%, аналогичный показатель для технологии растянутого кремния лишь 15-20%. И, что немаловажно, новая технология AMD и IBM не вызывает снижения процента выхода годных полупроводниковых кристаллов и не увеличивает их себестоимость.

Процессорное ядро версии Е

Внедрение в технологический процесс DSL позволило AMD провести модернизацию ядра, применяющегося в процессорах семейства Athlon 64. Новое ядро, версия Е, стало первым опытом AMD по практическому применению Dual Stress Liner в ЦП для настольных PC. Именно эта новая технология, используемая одновременно с уже хорошо зарекомендовавшим себя 90-нм процессом и применением SOI (silicon-on-insulator), дает AMD возможность продолжить наращивание тактовых частот своих процессоров.

Согласно ожиданиям инженеров AMD, одновременное применение Dual Stress Liner и SOI должно позволить увеличить частотный потенциал процессоров Athlon 64 примерно на 16%, т. е. в абсолютном исчислении это означает, что штатные тактовые частоты процессоров с ядром новой версии Е достигнут 2,8 ГГц.

Помимо использования нового технологического процесса, инженеры AMD внесли в ядро версии Е и ряд других полезных изменений.

Во-первых, в новом ядре версии Е появился набор команд SSE3, который в реализации AMD имеет 11 новых операций, в их числе:

ADDPS, HSUBPS, HADDPD, HSUBPD -- горизонтальные операции с 55Е2-регистрами, почему-то забытые при разработке набора инструкций SSE2. Эти команды могут быть чрезвычайно полезны при обработке трехмерной графики, так как позволяют упростить такую распространенную операцию, как вычисление скалярного произведения векторов.

ADDSUBPS, ADDSUBPD, MOVSHDUP, MOVSLDUP, MOVDDUP инструкции для работы с комплексными числами. Данные команды могут оказаться полезными при расчете волновых процессов и работе со звуком -- в общем, там, где применяется быстрое даскретное преобразование Фурье.

FISTTP -- новая инструкция арифметического сопроцессора, обеспечивающая преобразование стека сопроцессора в целый тип. Эта операция по каким-то не-понятцым причинам в системе команд х87 ранее отсутствовала.

LDDQU -- инструкция для загрузки 128-бит невыравненных данных. Может оказаться полезной для ускорения процесса сжатия видео.

Заметим, что еще две SSES-операции, реализованные в Pentium 4, MONITOR и MWAIT, в новом ядре AMD отсутствуют, поскольку они предназначаются исключительно для управления технологией Hyper-Threading, которая в процессорах Athlon 64 не реализована.

В результате новые процессоры семейства Athlon 64, в которых используется новое ядро, обладают наиболее полным на сегодня набором SIMD-инструкций, таких, как системы команд SDNow!, MMX, SSE2 и SSE3.

Впрочем, ожидать качественного скачка производительности от появления в Athlon 64 системы команд SSE3 вряд ли стоит. Арсенал приложений, использующих команды SSE3, пока, к сожалению, ограничен и специфичен.

С выходом нового процессорного ядра версии Е инженеры AMD оптимизировали и встроенный в него контроллер памяти. Целью было не только наращивание производительности, но и расширение совместимости контроллера памяти с различными модулями DIMM и их конфигурациями. Так, предыдущее 90-нм ядро процессоров Athlon 64, известное как Winchester, имело ограниченную работоспособность при использовании четырех модулей DDR400 SDRAM. При установке в систему с процессором Athlon 64 на ядре Winchester четырех односторонних модулей памяти работа с ними допускалась лишь при использовании тайминга 2Т, что приводило к снижению производительности относительно обычного уровня на несколько процентов. При использовании же четырех двусторонних модулей память в режиме DDR400 работать не могла вообще: ее частота автоматически снижалась до 333 МГц.

В новом ядре версии Е инженеры AMD эти ограничения устранили. Процессоры Athlon 64 на новом ядре могут работать с четырьмя односторонними модулями DDR400 SDRAM без каких бы то ни было оговорок, а при использовании в системе четырех двусторонних модулей памяти DDR400 допускается их работа на частоте 400 МГц, но при тайминге 2Т.

Кроме расширения совместимости контроллера памяти, была проделана работа и по увеличению его производительности. Среди реализованных улучшений следует отметить усовершенствование аппаратного механизма предвыборки данных и увеличение числа буферов **Tite combining с двух до четырех.

Благодаря этому процессоры Athlon 64 на новом ядре должны превосходить по производительности работающие на такой же тактовой частоте аналоги на более ранних ядрах. Причем преимущество в производительности будет более осязаемым, если в системе установлено четыре модуля памяти.

Ядро версии Е можно встретить в трех вариантах: Venice, San Diego и Palermo. Отличительный признак ядра Venice -- наличие кэш-памяти второго уровня объемом 512 Кбайт. Это ядро предназначается для использования в процессорах Athlon 64 для гнезда Socket 939, и, следовательно, имеет двухканальный контроллер памяти и шину HyperTransport, работающую на частоте 1 ГГц. Ядро San Diego -- улучшенная версия, отличающаяся от Venice увеличенной до 1 Мбайт кэш-памятью. Это ядро найдет применение в старших моделях процессоров Athlon 64 Socket 939 и в Athlon 64 FX. Ядро же Palermo, напротив, представляет собой упрощенную версию Venice, ориентированную на использование в ЦП серии Sempron для гнезда Socket 754. Соответственно, контроллер памяти в Palermo имеет одноканальную структуру, Ь2-кэш этих процессоров сокращен до 128 и 256 Кбайт, частота шины HyperTransport уменьшена до 800 МГц, а кроме того, в этом процессорном ядре отключены 64-бит расширения AMD64.

Параметры выбранного куллера.

Данный процессор будет использовать BOXверсию куллера (рисунок 1.2.1) со следующими параметрами:

Рисунок 1.2.1 Куллер BOXовый.

Кулер BOX

Назначение: Вентилятор охлаждения для процессора

Тип разъема: Socket 939

Предназначен для моделей: AMD ATHLON-64 X2 3800+

Скорость вращения, об./мин.: 3000 +/- 10%

Функциональность выбранного процессора в сравнении с современной архитектурой

В процессоре использована Суперскалярная, суперконвеерная x86 микроархитектура с возможностью обработки девяти инструкций за такт, оптимизированная для высокой производительности, технология 3DNow!™ Professional для достижения лидирующей производительности 3D операций, первой технологии расширяющей возможности суперскалярной обработки SIMD. Сейчас широко используется серия процессоров Athlon64. процессоры этой серии имеют новые инструкции.

Вывод: выбранный процессор не поддерживает весь набор современных инструкций, но подходит для решения необходимых задач.

Сравнение выбранного процессора с сопоставимым процессором Intel.

Сравнение процессора AMD ATHLON-64 X2 3800+ BOX (Socket939) с процессором CPU Intel Pentium D 830 3.0 ГГц/ 2Мб/ 800МГц BOX 775-LGA показано в таблице 2

Таблица 2

Характеристики	CPU AMD ATLON-64 X2 3800+	Intel Pentium D 830 3.0 Ггц
Архитектура	Поддержка технологии HyperTransport	Поддержка технологии HyperTransport
Технология, мкм	0,09	0,13
Ядро	Manchester	Smithfield
Частота шины, МГц	1000	1000
Частота ядра процессора, МГц	2000	3000
Кэш	Кэш L1 256kb Кэш L2 1024Kb	Кэш L1 16 Кб Кэш L2 2048 Кб
Напряжение, В	1.35 ~ 1.4 В	1.25 - 1.4 В
Разъем	Socket 939	Socket 775

Результаты сравнения (таблица 2) показали, что в новых процессорах частота ядра процессора выше, в некоторых моделях больше Кэш память L2. У процессоров разные разъемы, напряжение питания, тактовые частоты системной шины. Из этого следует, что происходит постоянное совершенствование технологий и соответственно увеличение производительности процессоров.

Оперативная память

Виды памяти

Постоянная память (ПЗУ -- постоянное запоминающее устройство) обычно содержит такую информацию, которая не должна меняться в ходе выполнения микропроцессором различных программ. Постоянная память имеет также название ROM (Read Only Memory), которое указывает на то, что обеспечиваются только режимы считывания и хранения. Постоянная память энергонезависима, т. е. может сохранять информацию и при отключенном питании. Все микросхемы постоянной памяти по способу занесения в них информации делятся на программируемые изготовителем (ROM), однократно программируемые пользователем (Programmable ROM) и многократно программируемые пользователем (Erasable PROM). Последние, в свою очередь, подразделяются на стираемые электрически и с помощью ультрафиолетового облучения. К элементам EPROM с электрическим стиранием информации относятся, например, микросхемы флэш-памяти (flash). От обычных EPROM они отличаются высокой скоростью доступа и быстрым стиранием записанной информации. Данный тип памяти сегодня широко используется для хранения BIOS и другой постоянной информации.

Оперативная память (ОЗУ -- оперативное запоминающее устройство) предназначена для хранения информации, к которой приходится часто обращаться, и обеспечивает режимы ее записи, считывания и хранения. Этот вид памяти называют также памятью с произвольным доступом (Random Access Memory, RAM). По способу хранения информации оперативная память бывает статической и динамической.

Виды оперативной памяти

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory или синхронная динамическая память с произвольным доступом). Главное преимущество SDRAM заключается в способности обрабатывать следующие обращения к памяти, не дожидаясь окончания предыдущей операции. При обращении к памяти команды и данные синхронизируются по фронту тактового сигнала.

Бывает трех стандартов, PC66, PC100, PC133. PС133 является практически стандартом для 99% систем на базе Socket 370, а также для небольшого процента систем на базе Pentium 4.

Конструктив

DDR SDRAM память с удвоенной частотой передачи данных - DDR (Double Data Rate) SDRAM. В памяти этого типа обработка команд происходит по-прежнему синхронно с фронтом тактового сигнала, а вот передача данных синхронизируется как с фронтом, так с тылом тактового импульса. Другой важной особенностью памяти DDR SDRAM является архитектура с двукратной выборкой. Суть ее в том, что разрядность шины данных внутри модуля памяти в два раза больше, чем внешней шины. Тем самым обмен данными происходит пакетами, состоящими минимум из двух блоков, разрядность каждого из которых совпадает с разрядностью внешней шины.

Самый распространенный пока еще тип оперативной памяти. Такая память применяется в подавляющем большинстве систем на базе Pentium 4 и AMD Athlon. На данный момент существует 4 стандарта такой памяти: DDR200, DDR266, DDR333 и DDR400. Память DDR обозначается по-разному. Два разных обозначения - по частоте работы памяти и пропускной способности - используются равнозначно.

DDR266 или PC2100 -- частота шины памяти 266 МГц, пиковая пропускная способность 2.1 Гбайт/с;

DDR333 или PC2700 -- частота шины памяти 333 МГц, пиковая пропускная способность 2.7 Гбайт/с;

DDR400 или PC3200 -- частота шины памяти 400 МГц, пиковая пропускная способность 3.2 Гбайт/с;

Любая память DDR обратно совместима по частоте, т.е., например, модуль памяти DDR333 будет совершенно нормально функционировать на частотах 200 и 266 МГц. Ширина шины данных у обычной DDR составляет 64 бит, а при использовании двухканального контроллера она может быть увеличена вдвое.

В данном проекте выбрана память Kingston DDR DIMM 512Mb PC-3200> (рисунок .1.3.2)



Рисунок1.3.2

Емкость памяти равна 512Mb, рабочая частота - 400 MHz, пропускная способность 3200 Мб/сек.

DDR-II SDRAM: Характерной особенностью такой памяти является удвоение частоты буферов ввода-вывода при неизменной внутренней частоте ядра. При этом за каждый такт передается два блока данных (как в обычной памяти DDR). В итоге по сравнению с частотой синхронизации ядра ввод-вывод данных осуществляется на четырехкратной скорости.

RDRAM (Rambus DRAM): В настоящее время уже не используется. Память типа Rambus DRAM заметно отличается от рассмотренной выше DDR SDRAM по своей архитектуре. Чипы в модуле подключаются к каналу, состоящему из 16-битных шин адресов и данных, на модуле памяти образуется 32 независимых банка памяти и вероятность возникновения конфликтов при обращении к произвольным адресам многочисленных банков гораздо ниже.

Так что память Rambus DRAM самая быстрая, и, как следствие, самая дорогая память. Существует четыре типа RDRAM: PC800, PC1066, PC3200 и PC4200. Первые два типа обозначаются по частоте работы памяти, а последние два - по пропускной способности. Каждый из этих типов памяти отличается по внутренней частоте шины и ее полосе пропускания.