1.9. Элементы конструкции пк

Конструктивно ПК выполнен в виде центрального системного блока, к которому через разъемы — стыки подключаются внешние устройства: дополнительные блоки памяти, клавиатура, дисплей, принтер и т. д.

С истемный блок обычно включает в себя системную плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами — адаптерами внешних устройств.

На системной плате (часто ее называют материнской платой — mother board), в свою очередь, размещаются:

□ микропроцессор;

□ системные микросхемы (чипсеты);

□ генератор тактовых импульсов;

□ модули (микросхемы) ОЗУ и ПЗУ;

□ микросхема CMOS-памяти;

□ адаптеры клавиатуры,

НЖМД и НГМД;

□ контроллер прерываний;

□ таймер и т. д.

Многие из них подсоединяются к материнской плате с помощью разъемов.

2. Функциональные характеристики пк

Основными функциональными характеристиками ПК являются:

1. Производительность, быстродействие, тактовая частота.

2. Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса.

3. Типы системного и локальных интерфейсов.

4. Емкость оперативной памяти.

5. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках.

6. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестера).

7. Наличие, виды и емкость кэш-памяти.

8. Тип видеомонитора (дисплея) и видеоадаптера.

9. Наличие и тип принтера.

10. Наличие и тип накопителя на CD-ROM, DVD.

11. Наличие и тип сетевого адаптера, модема.

12. Наличие и виды мультимедийных аудио-видео средств.

13. Имеющееся программное обеспечение и вид операционной системы.

14. Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров.

15. Возможность работы в вычислительной сети.

16. Возможность работы в многозадачном режиме.

17. Надежность.

18. Стоимость.

19. Габаритные размеры и вес. Далее – более подробно.

2.1. Производительность, быстродействие, тактовая частота

Производительность современных компьютеров измеряют обычно в миллионах операций в секунду. Единицами измерения служат:

□ МИПС (MIPS — Mega Instruction Per Second) — для операций над числами, представленными в форме с фиксированной запятой (точкой);

□ МФлоПС (MFloPC — Mega FLoating point Operation Per Second) — для операций над числами, представленными в форме с плавающей запятой (точкой).

Оценка производительности ПК всегда приблизительная, т.к. ориентируется на усредненные или на конкретные виды операций. В 70-е годы были разработаны усредненные наборы операций (т.н. смеси Гибсона) для разных типов задач: экономических, технических, математических, в которые разные команды входили в определенном процентном отношении. По ним определяют быстродействие ПК для этих типов задач.

Существуют более новые тесты: тестовые наборы фирм-изготовителей для определения быстродействия своих изделий — показатель iCOMP — Intel Comparative Microprocessor Performance; специализированные тесты для конкретных областей применения компьютеров — Winstone97-Business для офисной группы задач, тесты WinBench97 для других видов задач.

Для компьютеров, выполняющих самые разные задания, эти оценки будут весьма неточными. Поэтому для характеристики ПК вместо производительности обычно указывают тактовую частоту, более объективно определяющую быстродействие машины, так как каждая операция требует для своего выполнения вполне определенного количества тактов. Зная ее, можно точно определить время выполнения машинной операции.

Например, если тактовый генератор с частотой 100 МГц обеспечивает выполнение 20 млн. коротких машинных операций в секунду; то тактовый генератор с частотой 1000 МГц будет выполнять 200 млн. коротких операций в секунду.

2.2. Разрядность микропроцессора и кодовых шин интерфейса

Разрядность — это максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция, в том числе и операция передачи информации; чем больше разрядность, тем больше и производительность ПК.

2.3. Типы системного и локальных интерфейсов

Разные типы интерфейсов обеспечивают разные скорости передачи информации между узлами машины, позволяют подключать разное количество внешних устройств и различные их виды (подробнее – следующих лекциях).

2.4. Емкость оперативной памяти

Емкость оперативной памяти измеряется обычно в мегабайтах (1 Мб = 1024 Кб = 1024² байт). Увеличение емкости основной памяти в 2 раза увеличивает эффективную производительность компьютера при решении сложных задач примерно в ~ 1,7 раза.

2.5. Емкость накопителя на жестких магнитных дисках (винчестерах)

Емкость винчестера измеряется обычно в гигабайтах (1 Гбайт = 1024 Мбайт).

Многие программные продукты требуют для работы до 1 Гбайт внешней памяти.

2.6. Тип и емкость накопителей на гибких магнитных дисках

Сейчас применяются накопители на гибких магнитных дисках, использующие дискеты диаметром 3,5 дюйма, имеющие стандартную емкость 1,44 Мбайт.

2.7. Наличие, виды и емкость кэш-памяти

Кэш-память — это буферная, недоступная для пользователя быстродействующая память, автоматически используемая компьютером для ускорения операции с информацией, хранящейся в более медленно действующих запоминающих устройствах.

Наличие кэш-памяти в 256 Кбайт увеличивает производительность ПК на ~ 20 %.

2.8. Аппаратная и программная совместимость с другими типами ПК

Аппаратная и программная совместимость с другими типами компьютеров означает возможность использования на компьютере, соответственно, тех же технических элементов и программного обеспечения, что и на других типах машин.

2.9. Возможность работы в многозадачном режиме

Многозадачный режим позволяет выполнять вычисления одновременно по нескольким программам (многопрограммный режим) или для нескольких пользователей (многопользовательский режим), что позволяет существенно увеличить эффективное быстродействие компьютера.

2.10. Надежность — это способность системы выполнять полностью и правильно все заданные ей функции.

3. Микропроцессоры Intel Начнем с микропроцессоров пятого поколения

Выпуск высокопроизводительных МП Pentium Р5 начался в 1993 г. Это был первый процессор с двухконвейерной структурой. Он имел тактовые частоты 60 и 66 МГц. Частота шины совпадала с тактовой частотой процессора. Процессоры содержали более 3.1 млн. транзисторов и выпускались по технологии 0.80 мкм, а позже – 0.60 мкм. Размер кэша L1 составлял 16 Кб - 8 Кб на данные и 8 Кб на инструкции. L2 размещался на материнской плате и мог иметь объем до 1 Мб. Процессор выпускался для разъема Socket 4. Эти МП имеют пятиступенную конвейерную структуру, обеспечивающую многократное совмещение тактов выполнения последовательных команд, и кэш-буфер для команд условной передачи управления, позволяющий предсказывать направление ветвления программ; по эффективному быстродействию они приближаются к RISC МП, выполняющим каждую команду как бы за один такт.

Микропроцессоры шестого поколения

P entium PRO (Р6) был выпущен 1 ноября 1995 года. От предыдущего поколения отличало применение технологии динамического исполнения инструкций - изменения порядка их исполнения, и архитектура двойной независимой шины. Добавилась еще одна шина, которая соединила процессор с L2, встроенным в ядро, работающий на частоте процессора. Первоначальный размер L2 имел 256 Кб, позже достиг 1024 Кб. Максимальный размер – 2048 Кб. L1 остался прежним: 8 Кб + 8 Кб.

МП имел тактовые частоты 150, 166, 180, 200 МГц.

Шина работала на частоте 60-66 МГц.

Процессор с тактовой частотой 150 МГц производился с использованием техпроцесса 0.60 мкм, более поздние модели – 0.35 мкм. Кристалл процессора состоял из 5.5 млн. транзисторов, кэш-память содержала от 15.5 до 31 млн. транзисторов.

P entium II OverDrive – процессор, вышедший в 1998 г., был предназначен для замены Pentium PRO на старых материнских платах. Имел частоту 333 МГц. Кэш первого уровня – 16 Кб на данные + 16 Кб на инструкции, кэш второго уровня имел размер 512 Кб, был интегрирован в ядро и работал на частоте процессора. Шина тактировалась частотой 66 МГц. МП содержал 7.5 млн. транзисторов и производился по техпроцессу 0.25 мкм.

Важным отличием Pentium II является архитектура двойной независимой шины. Процессор обменивается данными с кэшем L2 по специализированной высокоскоростной шине, отделенной от системной шины. Системная шина работает на частоте материнской платы, и это существенно снижает эффективное быстродействие машины. Наличие же высокоскоростной шины ускоряет обмен с кэш-памятью.

М П Celeron (Covington) стали новой веткой в направлении технологии МП, направленной на удешевление продукции. Он был выпущен как альтернативный вариант Pentium II в 1998 г. работал на частоте от 266 до 533 МГц. Celeron (Mendocino) был шагом к Pentium III, но, работая на шине 66 МГц, не мог показать все преимущества интегрированного высокоскоростного L1. Так как L1 был интегрирован в ядро, значительно увеличилось количество транзисторов, из которых состоит процессор - 19 млн. Техпроцесс остался прежним – 0.25 мкм.

Pentium III (Coppermine) был выпущен в 1999 г. Новый МП имел полноскоростной интегрированный в ядро L2 размером 256 Кб. Выпускался с использованием техпроцесса 0.18 мкм с 28 млн. тр. L1 кэш остался без изменений. МП поддерживал наборы команд MMX и SSE. Был последним процессором для Slot 1. Частота шины 100 и 133 МГц.

В октябре 2001 г. Intel переводит процессор Celeron на новое ядро – Tualatin. От Pentium III он отличался лишь более медленной 100 МГц шиной, оставив неизменным объем L2 и снизив частоту FSB до 100 МГц. Процессоры выпускались с тактовыми частотами от 900 МГц до 1400 МГц, состояли из 44 млн. транзисторов, поддерживали MMX, SSE. Техпроцесс 0.13 мкм.

П ервым из Pentium 4 был МП Willamette 423. Появившись в 2000 г. с частотой 1.4 ГГц, эти МП на техпроцесса 0.18 мкм, достигли частоты 2 ГГц. Он состоял из 42 млн. транзисторов.

Pentium 4 Northwood – следующее ядро, на котором выпускались МП Pentium 4. Переход на 0.13 мкм техпроцесс позволил наращивать тактовую частоту, и увеличить кэш второго уровня до 512 Кб. Увеличилось и количество транзисторов до 55 млн. Первые МП - в августа 2001 г. с частотой 2.0 ГГц и частотой системной шины 400 МГц. Эти МП от 1.6 до 3.2 ГГц. В 2003 г. выпускается МП на ядре Northwood с частотой системной шины 800 МГц и тактовой – в 3.0 ГГц.

Следующим этапом МП Celeron, это ядро Northwood (с урезанной до 128 Кб кэш - памятью 2-го уровня). Первым был МП с 2.0 ГГц (сентябрь 2002). Он полностью повторяет характеристики Pentium 4 Northwood, за исключением шины на 400 МГц и кэш - памятью второго уровня размером 128 Кб.

В конце 2003 г. Intel представила новое ядро Pentium 4 – Prescott. Ядро МП изготовлено на 0.09 мкм технологии, состоит из 125 млн. транз., содержит 1 Мб кэш-память 2-го уровня, кэш 1-го уровня увеличена до 32 Кб. Ядро обладает поддержкой технологии Hyper-Threading 2 - развитие «многопроцессорности» в одном чипе.

В МП добавлен новый набор инструкций, включающий 15 новых инструкций по переводу чисел с плавающей запятой в целые, арифметику комплексных чисел, специальные команды для декодирования видео, SIMD-инструкции для формата с плавающей запятой и процесс синхронизации потоков.

Первые МП с этим ядром предназначены для работы на частотах 3.2 и 3.4 ГГц.

На базе ядра Prescott продолжен выпуск МП Celeron. Они поддерживают системную шину с частотой 533 МГц, а объем их кэш - памяти увеличен до 256 кб. Celeron на ядре Prescott имеют частоты 2.8 и 3.06 ГГц.

Pentium 4 Extreme Edition оснащен технологией Hyper-Threading, работает на системной шине 800 МГц, имеет тактовую частоту ядра 3.2 ГГц. Но главным его отличием стала интегрированная в кристалл кэш-память 3-го уровня L3 объемом 2 Мб. Она дополняет стандартный кэш L2 512 кбайт и также работает на частоте ядра МП.

В 2006 г. появились недорогие процессоры Intel с двумя ядрами, которые называются Pentium D и имеют номера 920, 930, 940 и 950. В то же время появился Pentium Extreme Edition 955 на базе двухъядерной наработки Presler. Он представляет систему из четырех логических процессоров с двумя модулями кэш-памяти второго уровня размером по 2 Мбайт (один L2 на ядро). Сам микропроцессор будет работает на тактовой частоте 3,46 ГГц и поддерживать шину с частотой 1066 МГц. Процессор поддерживается системными платами с набором микросхем Intel 975X Express (Intel D975XBX с тремя графическими портами PCI Express).

AMD выпустила Athlon 64 FX-60 на базе 2-х ядер SanDiego на частоте 2,6 ГГц.

В результатах тестов SiSoftware Sandra 2005 SR3 картина такая: в программных кодах eXtreme Edition 955 впереди, но в целочисленных вычислениях лучший Athlon 64 FX-60.

Похожая ситуация и в тесте PCMark05, когда на компьютере запускаются сразу четыре разноцелевых приложения, лидером становится Pentium eXtreme Edition 955, во всех других тестовых сценариях впереди был Athlon 64 FX-60.

Современные процессоры Intel (лето 2007 г)

В таблицы включены лишь процессоры середины – конца 2007г. и только их ключевые характеристики.

• Core 2 Extreme X6800 – 2,93 ГГц, 4 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

• Core 2 Duo E6600 – 2,4 ГГц, 4 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

• Core 2 Duo E6400 – 2,13 ГГц, 2 Мб кэша L2, 1066 МГц FSB

• Core Duo T2500 – 2 ГГц, 2 Мб кэша L2, 667 МГц FSB

• Core Duo U2500 – 1,06 ГГц, 2 Мб кэша L2, 533 МГц.

В начале ноября 2007г. Intel представила первые 16 моделей 45-нм процессоров семейства Penryn, из которых лишь одна модель относилась к настольному сегменту, а остальные были серверными CPU.

Н а выставке Consumer Electronics Show в дополнение к 16 моделям Penryn производитель анонсировал еще ровно столько же, но разбивка по сегментам у новинок уже совершенно другая.

Пять двухъядерных чипов пополнят мобильные предложения Intel, в их числе один представитель серии Extreme, с разблокированным коэффициентом умножения. Все вновь представленные мобильные процессоры работают на частоте FSB 800 МГц:

• • Core 2 Extreme X9000: 2,8 ГГц, 6 МБ кэш L2, $851

  • Core 2 Duo T9500: 2,6 ГГц, 6 МБ кэш L2, $530

  • Core 2 Duo T9300: 2,5 ГГц, 6 МБ кэш L2, $316

  • Core 2 Duo T8300: 2,4 ГГц, 3 МБ кэш L2, $241

  • Core 2 Duo T8100: 2,1 ГГц, 3 МБ кэш L2, $209

Для пользователей настольных ПК предназначены сразу семь новых моделей, работающих при частоте FSB 1333 МГц. Три из них представляют четырёхъядерные CPU, а четыре - двухъядерные:

• Core 2 Quad Q9550: 2,83 ГГц, 12 МБ кэш L2, $530

• Core 2 Quad Q9450: 2,66 ГГц, 12 МБ кэш L2, $316

• Core 2 Quad Q9350: 2,50 ГГц, 6 МБ кэш L2, $266

• Core 2 Duo E8500: 3,16 ГГц, 6 МБ кэш L2, $266

• Core 2 Duo E8400: 3,0 ГГц, 6 МБ кэш L2, $183

• Core 2 Duo E8200: 2,66 ГГц, 6 МБ кэш L2, $163

• Core 2 Duo E8190: аналог предыдущей, но без поддержки виртуализации и Intel Trusted Execution

Наконец, серверная серия Xeon пополнилась тремя четырёхъядерными и одной двухъядерной моделями CPU для серверов начального уровня с FSB 1333 МГц:

• Xeon X3360: 2,83 ГГц, 12 МБ кэш L2, $530

• Xeon X3350: 2,66 ГГц, 12 МБ кэш L2, $316

• Xeon X3320: 2,5 ГГц, 6 МБ кэш L2, $266

• Xeon E3110: 3,0 ГГц, 6 МБ кэш L2, $188

В марте 2007г. на рынке появятся Core 2 Duo E4700 (2,6 ГГц) и Pentium Dual Core E2220 (2,4 ГГц).

В ближайшие полгода - Core 2 Duo E8300 (2,83 ГГц), который сменит E8200, предлагая более высокую частоту за те же 163 доллара.

В третьем квартале состоится выпуск Core 2 Quad Q9650/Q9400 и Core 2 Duo E8600. Два из этих трёх процессоров возьмут отметку в 3 ГГц, что ранее в семействе Core 2 было привилегией CPU серии Extreme.