Файл: Устройство персонального компьютера.pdf

Каждый пользователь хочет удобства при работе за компьютером, что бы устройства очень легко устанавливались, не прибегая к разборке самого системного блока для их установки, это и стало причиной появления универсального последовательного порта шины USB (Universal Serial Port).

Разъём USB в наши времена входит в состав любого компьютера, от стационарного, ноутбука, до планшета и смартфона, а также клавиатуры, мониторы и множество других устройств. Этот разъём обеспечивает простоту использования. В бюджетных материнских платах бывает так, что разъёмов USB не хватает для подключения всех устройств, но для этого можно воспользоваться разветвителем или по-другому USB концентратором, портов станет значительно больше. Благодаря USB шине, к системной плате подключают очень много устройств: 3g/4g модемы, принтеры и сканеры и т.д. Современным считается USB 3.0 (обладающим скоростью до 10 раз выше, чем у USB 2.0), но также ещё используются USB 2.0, а сама работа USB – это функция южного моста чипсета материнской платы. Как уже стало понятно, вся работа материнской платы завязана на работе её чипсета, а с каждым годом на материнскую плату ложится всё больше функциональных обязанностей.

2.6. Интегрированные компоненты материнской платы

В сегодняшние дни очень много компьютеров, особенное имеющие офисную принадлежность оборудованы интегрированным видеоадаптером, что позволяет выводить видеоизображение с материнской платы, не прибегая к использованию отдельной видеокарты, что помогает пользователю обеспечить большую вычислительную мощность, потратившись вместе видеокарты на более производительный процессор или больший объём оперативной памяти. На многих материнских платах появились сетевая и аудио платы, став базовой составляющей материнской платы. Поэтому при выборе материнской платы стоит ознакомиться с её спецификацией (разъёмы (звуковые, для проводного интернет подключения, USB), слоты, пропускная способность) которую можно найти на сайте производителя.

3. Центральный процессор

Процессор (центральный процессор) - это очень сложная микросхема обрабатывающая машинный код, отвечающая за выполнение различных операций и управление компьютерной периферией. Для краткого обозначения центрально процессора принята аббревиатура CPU - Central Processing Unit (центральное обрабатывающее устройство). Сам процессор состоит из десятка миллионов транзисторов при помощи, которых собраны отдельные логические схемы, находящиеся в специальном кремниевом корпусе. Именно из-за кристалла кремния очень часто его называют «Камень». В основе внутренних схем процессора лежит арифметико-логическое устройство, внутренняя память (регистры), и кэш-память (сверх память), которые в свою очередь образуют ядро процессора, а также схемы для управления всеми операциями и схемы управления с внешними устройствами – шинами. (как выглядит процессор можно увидеть в приложении рисунок 2)

3.1. Разрядность процессора

Входная информация, представленная данными и командами в процессор попадает через внешние шины. Обработка данных происходит в соответствие с командами в арифметико-логическом устройстве, а результат выводится при помощи устройств вывода. Чем больше разрядность всех схем процессора, тем большее количество информации, возможно, ему обработать за единицу времени. Делая вывод можно понять, что от разрядности центрального процессора на прямую зависит производительности компьютерной системы в целом.

3.2. Тактовая частота процессора

Важную роль играет кроме разрядности процессора так называемая тактовая частота, на которую сам процессор и рассчитан. Единицей измерения тактовой частоты является мегагерц (МГц). Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. Соответственно 1000 мегагерц или 1 гигагерц - это миллиард тактов в секунду. Случайный из фрагментов информации участвующий в вычислительной операции, центральный процессор выполняет за один такт, из этого следует, что чем тактовая частота выше, тем процессор быстрее сможет, обрабатывает поступающие в него данные. Работа компьютера возможна и на низких частотах, но дело в том, что процессор тратит на обработку гораздо больше времени, а вот при более высокой тактовой его частоте процессор работает быстрее. Современней процессоры работают в десятки раз быстрее, чем их предок Intel 8086 – процессор, используемый в первом персональном компьютере.

3.3 Количество ядер процессора

Без сомнения, что сегодняшние компьютеры являются многозадачными, то есть, не обделены способностью выполнять несколько операций одновременно. Хотя до недавнего времени работа одной запущенной программы блокировала работу других. При помощи быстрого переключения между задачами, рядовому пользователя очень часто казалось, что якобы его компьютер работает параллельно с несколькими программами. На самом деле в недалёком прошлом параллельное использование операций или более распространённый термин – многозадачность, обеспечивали только много процессорные системы, но они предназначались для корпоративной вычислительной техники и соответственно дорого стояли. Только с появлением двухъядерных процессоров можно было понять, что такое истинная многозадачность. Несколько ядер центрального процессора могут выполнять независимо друг от друга совершенно разные задачи. Если компьютер выполняет только одну задачу, то и её выполнение ускоряется за счёт разделения типовых операций.

3.4. Коэффициент внутреннего множителя частоты

Сигналы могут циркулировать внутри кристалла процессора, на высокой частоте, хотя обращаться с периферией компьютера на той же частоте процессоры пока не могут. В связи с этим частота, на которой работает материнская плата меньше частоты работы процессора, частоту, которую процессор получает от материнской платы можно назвать опорной, он же в свою очередь производит её умножение на внутренний коэффициент, результатом чего и является внутренняя частота, называющаяся внутренним множителем. Возможности коэффициента внутреннего множителя частоты очень часто используют оверклокеры (люди, зачастую энтузиасты, занимающиеся повышением производительности процессора ради производительности) для освобождения разгонного потенциала процессора.

3.5 Кэш-память процессора

Данные для последующей работы процессор получает из оперативной памяти, но внутри микросхем процессора сигналы обрабатываются с очень высокой частотой, а сами обращения к модулям ОЗУ проходят с частотой в разы меньше. Высокий коэффициент внутреннего множителя частоты становится эффективнее, когда вся информация находится внутри него, в сравнении, например, чем в оперативной памяти, то есть снаружи. В процессоре немного ячеек для обработки данных, называемые регистрами, в них он обычно почти ничего не хранит, а для ускорения, как работы процессора, так и вместе с ним компьютерной системы была интегрирована технология кеширования. Кэшем можно назвать небольшой набор ячеек памяти, в свою очередь выполняющих роль буфера. Когда происходит считывание из общей памяти, копия появляется в кэш-памяти центрального процессора. Нужно это для того, чтобы при потребности в тех же данных доступ к ним был прямо под рукой, то есть в буфере, что увеличивает быстродействие.

Кэш-память в нынешних процессорах имеет пирамидальный вид:

Кеш-память 1-го уровня – самая наименьшая по объёму, но в тоже время самая быстрая по скорости, входит в состав кристалла процессора. Производится по тем же технологиям, что и регистры процессора, очень дорогая, но это стоит её скорости и надёжности.

Кэш-память 2-го уровня – так же, как и 1-го уровня расположена на кристалле процессора и работает с частотой его ядра. В современных процессорах измеряется от сотен килобайт до нескольких мегабайт.

Кэш-память 3-го уровня медленнее предыдущих уровней этого вида памяти, но является быстро действенней оперативной памяти, что немаловажно, а измеряется десятками мегабайт.

Размеры кэш-памяти 1-го и 2-го уровней влияют как на производительность, так и на стоимость процессора. Третий уровень кэш-памяти — это своеобразный бонус в работе компьютера, но не один из производителей микропроцессоров им пренебрегать не спешит.

3.6 Разъём установки процессора (Socket)

Центральный процессор устанавливается на материнскую плату в специальное гнездо. Это место называется Socket и подойдёт только для определённого типа или семейства процессоров, которое у разных производителей тоже различны.

3.7 Архитектура и технологический процесс

Архитектура процессора – это его внутреннее устройство, различное расположение элементов так же обуславливает его характеристики. Сама архитектура присуща целому семейству процессоров, а изменения, внесённые и направленные на улучшения или исправления ошибок, имеют название степпинг.

Технологический процесс определяет размер комплектующих самого процессора и измеряется в нанометрах (нм), а меньшие размеры транзисторов определяют меньший размер самого процессора, на что и направлена разработка будущих CPU.

3.8 Энергопотребление и тепловыделение

Само энергопотребление на прямую зависит от технологии, по которым производятся процессоры. Меньшие размеры и повышенные частоты прямо пропорционально обуславливают энергопотребление и тепловыделение. Для понижения энергопотребления и тепловыделения выступает энергосберегающая автоматическая система регулировки нагрузки на процессор, соответственно при отсутствии в производительности какой-либо необходимости. Высокопроизводительные компьютеры в обязательном порядке имеют хорошую системы охлаждения процессора.

3.9 Охлаждение для центрального процессора

Так как процессор нагревается, ему требуется охлаждение, которое представляет железный радиатор зачастую в форме блина или башни (квадрата парящего на 4 и более столбах). Подбирается охлаждение в зависимости от тепловыделение процессора, которое обычно указано на сайте производителя что процессора что охлаждения, методов установки довольно много, поэтому с каждой материнской платой или процессорным охлаждением идет небольшая инструкция, упрощающая процесс установки. Характеристика на которую стоит обращать внимания имеет аббревиатуру TDP (тепловыделение) к примеру если процессор имеет TDP 65W, то для стабильного использования процессора требуется охлаждение с TDP как минимум 65W, а лучше больше. Примеры охлаждения можно найти в приложении

4. Оперативная память

Оперативная память - устройство для временного хранения данных, необходимых для работы операционной системы и всех программ обеспечивая более быструю передачу информации в процессор. Оперативная память один из важнейших факторов быстродействия компьютера, не обратив внимания на который не получится комфортно использовать компьютер. (как выглядит оперативная память можно увидеть на рисунке 4)

Основными характеристиками памяти, от которых зависит ее быстродействие, являются частота и тайминги. Скорость работы памяти не оказывает такого сильного влияния на общую производительность компьютера как процессор. Быстрая (высокочастотная) память нужна, прежде всего, для мощных профессиональных компьютеров.

4.1. Частота памяти

Частота оказывает наибольшее значение на скорость работы памяти. Но перед ее выбором необходимо убедиться, что процессор и материнская плата так же поддерживают необходимую частоту. В противном случае реальная частота работы памяти будет ниже и не сможет использоваться на всю мощность. Бюджетные материнские платы поддерживают низкую максимальную частоту памяти, например для DDR4 это 2133 МГц. Материнские платы среднего и высокого класса могут поддерживать память с более высокой частотой (более 3000 МГц).

А вот с процессорами дело обстоит иначе. Старые процессоры с поддержкой памяти DDR3 могут поддерживать память с максимальной частотой 1333, 1600 или 1866 МГц (в зависимости от модели). Для современных процессоров с поддержкой памяти DDR4 максимально поддерживаемая частота памяти может составлять 2400 МГц или выше.

Процессоры Intel 6-го поколения и выше, а также процессоры AMD Ryzen поддерживают память DDR4 с частотой 2400 МГц или выше. При этом в их модельном ряду есть не только мощные дорогие процессоры, но и процессоры среднего и бюджетного класса. Таким образом, можно установить в компьютер начальный процессор и небольшой объём оперативной памяти, что обеспечит уже работающим современным компьютером, а потом увеличить его производительность, добавив или заменив оперативную память и поставив более производительный процессор. Наиболее частой на сегодня является память DDR4 2400 МГц, которая поддерживается наиболее современными процессорами, материнскими платами.