ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 1164
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем выше вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.
Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате).
В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных – как адресные данные, а часть – как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.
Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.
Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров. Так, например, все процессоры Intel Pentium относятся к так называемому семейству х86. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086, на базе которого собиралась первая модель компьютера IBM PC. Впоследствии выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium 60,66,75,90,100,133; несколько моделей процессоров Intel Pentium MMX, модели Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Celeron, Intel Xeon, Intel Pentium III, Intel Pentium 4, модели AMD, Cyrex и другие. Все эти модели, и не только они, а также многие модели процессоров компаний AMD и Cyrix относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу «сверху вниз».
3.4. Внутренняя память
Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, расположенные на материнской плате. К ним относятся оперативная память, постоянная память и энергонезависимая память.
Оперативная память (RAM – Random AccessMemory) – память с произвольным доступом – массив кристаллических ячеек, способных хранить данные.
В оперативной памяти хранятся данные и команды, которые в ближайшее время могут понадобиться для вычислений процессору или ожидают передачи другим подсистемам компьютера (видеокарте, жесткому диску и т.п.). Оперативная память передает информацию на порядки быстрее, чем накопители (жесткие диски или оптические накопители), и нужна для обеспечения непрерывности вычислений без задержек на получение данных. Без оперативной памяти современный компьютер также неработоспособен (ранние модели персональных компьютеров могли содержать чипы оперативной памяти прямо на материнской плате), как и без остальных основных комплектующих.
Физически оперативная память представляет собой линейный носитель информации. Под линейностью подразумевается то, что байты памяти пронумерованы, начиная с нуля, и для доступа к каждому байту процессору необходимо указать его порядковый номер. Этот номер называется адресом. Обмен информацией между процессором и памятью происходит следующим образом: на шине адреса процессор выставляет адрес, затем – если происходит операция чтения из памяти – на шине данных появляются данные, выставленные оперативной памятью, если же происходит запись – процессор сам выставляет на шину данных новое значение.
По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать электрический заряд. Недостатки памяти DRAM: более медленная запись и чтение данных, требует постоянной подзарядки. Преимущества: простота реализации и низкая стоимость.
Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не заряд, а состояние (включенный/выключенный). Преимущества памяти SRAM: значительно большее быстродействие. Недостатки: технологически более сложный процесс изготовления, и соответственно, большая стоимость.
Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической – для кэш-памяти.
Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панелях, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.
В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процессор обращается по специальному стартовому адресу за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при отключенном компьютере. Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода (BIOS – Basic Input Output System). Основное назначение программ этого пакета состоит в том, чтобы проверить состав и работоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководом гибких дисков. Программы, входящие в BIOS, позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.
Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами BIOS, но такими средствами невозможно обеспечить роботу со всеми возможными устройствами (в связи с их огромным разнообразием и наличием большого количества разных параметров). Но для своей работы BIOS требует всю информацию о текущей конфигурации системы. По очевидной причине эту информацию нельзя сохранять ни в оперативной памяти, ни в постоянной. Специально для этих целей на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти, которая называется CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не исчезает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.
Микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. В этой памяти сохраняются данные о гибких и жестких дисках, процессоре и т.д. Тот факт, что компьютер четко отслеживает дату и время, также связан с тем, что эта информация постоянно хранится (и обновляется) в памяти CMOS. Таким образом, программы BIOS считывают данные о составе компьютерной системы из микросхемы CMOS, после чего они могут осуществлять обращение к другим устройствам компьютера.
3.5. Видеокарта
Видеокарта представляет собой устройство, предназначенное для обработки и вывода графической информации (интерфейса операционной системы и программ, видео и т.д.) на устройство отображения (монитор). Размеры видеокарт зависят от того класса, к которому они относятся: карты начального – Low-End – класса имеют длину около 15-18 см, Middle-End – 20 см, длина High-End достигает 25-27 см. Печатная плата видеоадаптера состоит из нескольких слоев, каждый из которых содержит тонкие токопроводящие дорожки. Дорожки на плате объединяют между собой графическое ядро (GPU – графический процессор, видеоядро), видеопамять, раздельные подсистемы питания ядра и памяти, интерфейсный разъем для подключения к материнской плате, а также разъемы для подключения мониторов и телевизора.
Ключевым компонентом любой современной видеокарты является графический процессор, который занимается расчетами выводимой на экран информации и трехмерных сцен. Графический процессор представляет собой чип расположенный на плате, кристалл которого содержит сотни миллионов транзисторов. Каждый такой чип состоит из вычислительных блоков, контроллеров шины и памяти, блоков для вывода видеоинформации (RAMDAC). Вся эта структура определяется архитектурой ядра, которая вначале разрабатывается для самого мощного видеоадаптера в семействе-поколении, затем такое ядро упрощается для менее производительных решений методом исключения определенных блоков. Частота графического процессора задается, исходя из возможностей чипа или маркетинговых соображений разработчиков.
В зависимости от того, какое графическое ядро положено в основу видеокарты, определяются ее характеристики: поддержка тех или иных технологий визуализации и рендеринга, тип памяти и ширина ее шины. На данный момент ведущими разработчиками графических процессоров являются компании NVIDIA, с серией видеокарт GeForce, и AMD с ее линейкой Radeon.
На видеокарте, как и на материнской плате, имеется микросхема BIOS, в которой хранится информация о видеоадаптере, экранные шрифты и так далее, но в отличие от материнской платы в BIOS видеоадаптера зайти практически нельзя, его можно лишь сохранить, изменить и затем прошить заново.
Для хранения изображений, текстур и другой необходимой информации на плате видеокарты установлены чипы памяти, соединенные с графическим процессором специальной шиной, ширина которой определяется в битах: 64, 128, 256, 320, 384, 512. Необходимая разрядность шины, поддерживаемая видеопроцессором, получается путем установки определенного количества микросхем с интерфейсом 16 или 32 бит. Шиной в 16 бит снабжены чипы первого стандарта графической памяти GDDR и второго поколения – GDDR2, шиной в 32 бит снабжены чипы как первого поколения, так и третьего – GDDR3, а также вышедшего совсем недавно четвертого – GDDR4. Чем больше общая ширина шины, тем выше пропускная способность памяти, а это, в свою очередь, влияет на производительность.
Чипы памяти располагаются возле графического процессора на лицевой стороне платы, но в зависимости от объема, типа памяти шины также могут быть расположены и на обратной стороне. Объем каждого чипа в отдельности измеряется в мегабитах, и после установки производителем на видеокарту определенного количества микросхем получается необходимый объем памяти: 128, 256, 512, 1024 и т.д. МБайт. Чем больше объем, тем больше можно хранить необходимой информации, а значит, качественнее можно будет выставить настройки графики.
Следующий пункт, отвечающий за характеристики видеопамяти, – ее рабочая частота, влияющая на пропускную способность. Так как современная память использует технологию DDR (Double Data Rate – удвоенная скорость передачи данных), то в качестве значений может указываться как реальная частота, так и эффективная, то есть равная удвоенной реальной. Реальную частоту памяти можно вычислить по времени доступа, указанному в маркировке чипов. Например, в видеокарте Chaintech GeForce 7600GT установлены чипы со временем доступа 1,2 нс, тогда реальная частота равна 1000/1,2=833 МГц или округленно 800 МГц, а эффективная будет 800*2=1600 МГц. Иногда производители устанавливают более скоростную память, но работающую на меньшей, чем положено, частоте, тем самым оставляя возможность для разгона. На видеокартах с памятью GDDR и GDDR2 эффективные частоты могут достигать 1000 МГц, на картах с GDDR3 частоты достигают 2200 МГц, а с GDDR4 – более 2 ГГц.
Каждая видеокарта имеет разъемы для подключения мониторов и телевизора. Обычные ЭЛТ и TFT-мониторы подключаются к VGA-разъему – D-Sub, через который вся информация передается в аналоговом виде. Недостатком такого метода является малая помехозащищенность, появление артефактов и замыливание изображения, так как в видеокарте картинка формируется в цифровом виде, потом в специальном блоке – RAMDAC (RAM – память произвольного доступа и DAC – цифро-аналоговый преобразователь) преобразуется в аналоговый вид, и уже в мониторе операция повторяется в обратном порядке.
Для повышения качества передаваемого сигнала предназначен цифровой интерфейс – DVI, информация по которому передается в цифровом виде, без потерь. Подобные интерфейсы устанавливаются в TFT-мониторах, проекторах и в каждой современной видеокарте.
ТВ-выход S-Video позволяет вывести видеосигнал на телевизор или другое устройство, оборудованное соответствующим входом.
3.6. Жесткий диск
Жесткий диск (винчестер)представляет собой сложное устройство для хранения данных, в основу которого положен принцип магнитной записи электрических сигналов.