Файл: Устройство персонального компьютера (Компоненты системного блока).pdf

Технология Hyper-Threading

Данная технология позволяет разделить физическое ядро процессора на два логических. Поддерживающий технологию Hyper-Threading процессор обладает двумя наборами общих регистров, регистров управления и другими системными компонентами на ядро, но при этом логические процессоры используют обую кэш-память, вычислительные блоки и шины ввода/вывода. При выполнении команд каждый процессор обрабатывает один поток.

Рисунок 7 - Графическое изображение работы технологии Hyper-Threading

Технология позволяет процессору с технологией Hyper-Threading работать примерно на 25% или быстрее по сравнению с обычным однопроцессорным компьютером.

2.4 Система охлаждения

Неотъемлемый компонент современного персонального компьютера, обеспечивающий его максимальную производительность и бесперебойную работу.

Рисунок 8 - Башенный кулер центрального процессора установленный на материнской плате

Первые персональные компьютера как правило или не имели систем охлаждения или она была в самом простом исполнении, в силу того что компоненты рассеивали небольшое количество тепла при работе. Достаточно было иметь несколько отверстий в корпусе компьютера и силы конвекции уносили лишнее тепло из корпуса. Такая система охлаждения называется пассивной и применяется до сих пор в некоторых ноутбуках и всех без исключения планшетах и смартфонах. Пассивная система может быть представлена как рассеивающим корпусом элемента или микросхемы, так и алюминиевыми или медными радиаторами, установленными на охлаждаемых компонентах.

Но самые производительные и энергоёмкие персональные компьютеры выделяют гораздо большее количество тепла и для его отвода и рассеивания применяются активные или пассивно-активные системы охлаждения. Активными они называются по причине использовании в конструкции активных элементов – вентиляторов. Активные элементы могут быть использованы как совместно, так и отдельно от пассивных элементов.

Система жидкостного охлаждения состоит из:

• Ватерблока – устройства, снимающего тепло с охлаждаемого элемента и передающего его рабочей жидкости
• Помпы – насоса, обеспечивающего циркуляцию рабочей жидкости
• Радиатора – устройства, снимающего тепло с рабочей жидкости и рассеивающего его в атмосферу пассивно или при помощи вентиляторов
• Резервуара рабочей жидкости – предназначенного для увеличения общей тепловой инерции системы, упрощения обслуживания и компенсации теплового расширения. Такой элемент присутствует только в обслуживаемых СЖО.

Шлангов и труб, по которым циркулирует рабочая жидкость

Рисунок 9 - СЖО, установленная на процессор и видеокарту в системном блоке

Жидкость, используемая в СЖО, должна обладать высокой теплоёмкостью для уменьшения общего количества жидкости и высокой теплопроводностью для эффективного отбора тепла с нагревающегося компонента.

При выборе системы охлаждения персонального компьютера необходимо учитывать как рассеиваемую мощность отдельных компонентов, так и мощность системы в целом чтобы поддерживать оптимальную температуру во всех режимах работы.

2.5 Видеоадаптеры

Видеоадаптер или видеокарта – это устройство, отвечающее за расчёт и формирование изображения, построение трёхмерной графики, может быть представлена как отдельная печатная плата с системой охлаждения, устанавливаемая в слот PCI-Express или как интегрированное в материнскую плату или процессор решение.

Как отдельный класс устройств видеоадаптер появился в 1981 г. Им стал MDA - Monochrome Display Adapter для IBM PC и предназначался он для отображения текстовой информации, до этого момента расчёты графики проводились исключительно центральным процессором.

Рисунок 10 - Схематичное устройство видеокарты

Современная видеокарта состоит из:

Графический процессор – или ГП занимается расчётами графики. Является основой всей графический подсистемы, определяет её возможности и быстродействие. Вычислительные мощности графических процессоров не уступают, а зачастую превосходят в этом параметре центральные процессоры благодаря большему числу транзисторов и наличию универсальных вычислительных блоков.

Видео ПЗУ – память, в которой хранится базовая система ввода вывода (BIOS) видеокарты, обеспечивающее её инициализацию и установки начальных параметров. После инициализации видеокарта работает независимо от BIOS, к нему обращается только центральный процессор.

Видео ОЗУ – используется для хранения генерируемого и постоянно изменяемого изображения, с которым работает графический процессор. Также в ней хранятся невидимые на экране элементы изображения. Современные видеокарты комплектуются модулями памяти GDDR5, GDDR6, HBM и HBM2

Система питания – отвечает за преобразования и распределение дополнительного питания на ГП и видеопамять подаваемого через отдельный коннектор, и используется только на производительных видеокартах, где питания, подаваемого через разъем недостаточно.

RAMDAC - Random Access Memory Digital-to-Analog Converter или Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор.

TMDS (Transition-minimized differential signaling) — дифференциальная передача сигналов с минимизацией перепадов уровней передатчик цифрового сигнала без ЦАП-преобразований. Используется при DVI-D, HDMI, DisplayPort подключениях. Современные мониторы выполняются по ЖК технологиям и работают с цифровым изображением в отличии от аналогового сигнала в ЭЛТ мониторах.

Система охлаждения – необходима для поддержания температур работы ГП, видеопамять и системы питания ниже критической температуры и на высокопроизводительных графических картах определяет её физические размеры.

Интерфейсы – разъемы, посредством которых возможно подключение мониторов и которые определяют максимально возможное разрешение и частоту обновления изображения.

Основные характеристики видеокарт

Частота графического процессора – определяет скорость работы ГП

Объем видеопамяти – указывает объем ОЗУ видеокарты

Тип видеопамяти – определяет скорость и время отклика ОЗУ

Частота видеопамяти – определяет скорость работы ОЗУ

Разрядность шины видеопамяти – определяет количество бит информации, передаваемой за такт

2.6 ОЗУ

Оперативное запоминающее устройство – является энергозависимой памятью компьютера, что подразумевает её работу только при наличии питания. Она необходима для хранения данных, с которыми процессор будет работать непосредственно или к которой будет обращаться кэш память процессора. По быстродействию является третей по скорости памяти уступая место регистрам и кэшу процессора, но при этом она гораздо быстрее модулей памяти других запоминающих устройств. Для примера скорость работы современного модуля памяти стандарта DDR4 может достигать 25,6 Гб/с, что примерно в 8 раз выше самых быстрых SSD дисков, подключаемых к слоту M.2 скорость записи там достигает значений 3 Гб/сек. При этом гигабайт оперативной памяти обходится значительно дороже чем SSD диска и несравнимо дороже HDD диска.

Оперативную память также называют памятью с произвольным доступом (RAM – Random Access Memory). Это означает что обращение к данным в память может производиться в произвольном порядке, а не в порядке их записи. Жёсткие диски могут быть использованы в качестве виртуальной оперативной памяти, но при этом не относятся к категории RAM и их применение лишь частично удовлетворяет потребности в увеличении количества память, так как жестки диск работает гораздо медленнее оперативной памяти и имеет большую задержку доступа к данным .

Рисунок 11 - Модули ОЗУ DDR4 DIMM (слева) и SO-DIMM (справа)

В персональном компьютере оперативная память может быть представлена как в форматах DIMM (dual in-line memory module) – которые устанавливаются в настольные ПК, SO-DIMM (small outline DIMM) – уменьшенный формат для установки в ноутбуки, так и в самых мобильных решениях она распаяна на материнской плате, такое решение обусловлено максимальной экономией пространства.

2.7 Накопители на жестких дисках

Накопитель на жестких дисках (hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD) или просто жёсткий диск является долговременной энергонезависимой памятью компьютера и предназначен для долгосрочного хранения данных. Предполагается что данные на жестком диске будут храниться пока пользователь их не сотрёт или не перезапишет.

Основными элементами жёсткого диска являются алюминиевые или некристаллические стекловидные пластины, которые в отличии от гибких дискет нельзя согнуть, отсюда и название жёсткий диск.

Рисунок 12 - Устройство жёсткого диска

Данные на жёсткий диск записываются и считываются головками чтения/записи с вращающейся поверхности диска. Внутри может быть установлена одна или несколько пластин, и данные могут быть записаны на обеих сторонах пластины.

Скорость работы жёсткого диска зависит от таких параметров как: скорость вращения шпинделя (ось на которой установлены диски); объём буферной памяти; интерфейс подключения, например SATA 1.5 Гбит\сек, SATA 3 Гбит\сек или SATA 6 Гбит\сек,

Основные форм факторы жёстких дисков которые применяются в персональных компьютерах это 3,5 дюйма – для настольных компьютеров и 2,5 дюйма – для портативных. И до настоящего времени является основным и самым массовым способом хранения информации, так как имеет самую выгодную стоимость за 1 Гб памяти.

2.8 Твердотельные накопители

Твердотельный накопитель (Solid-State Drive, SSD) как и жёсткий диск является долговременной энергонезависимой памятью компьютера. Ключевое различие заключается в том, что твердотельные накопители не имеют движущихся механических частей, запоминающее устройство в них организовано на полупроводниковой памяти с управляющим контроллером и такой накопитель может быть размещён непосредственно на материнской плате.

Рисунок 13 - SSD формата M.2 и 2.5 SATA

За счёт использование полупроводниковой памяти твердотельные накопители имеют большую скорость чтения/записи чем жёсткие диски, она может достигать нескольких гигабайт в секунду, в то время как жёсткие диски обеспечивали скорость 100-150 мегабайт в секунду. Также сократилось время доступа к блокам памяти от 100 до 1000 раз. И несмотря на то, что гигабайт твердотельного накопителя стоит больше гигабайта жёсткого диска, первые имеют лучшее соотношение цены и скорости работы на текущий момент, что делает их более предпочтительными в ситуации когда скорость работы важнее объема хранимой информации.

2.9 Платы расширения

Плата (карта) расширения (expansion card) – печатная плата устанавливая в слот расширения материнской платы и выполняющее определённую функцию, расширяя тем самым возможности компьютера.

К платам расширения относятся:

- сетевые карты

- аудиокарты

- контроллеры с дополнительными разъёмами USB, SATA, M2 и др.

- SSD накопители

- карты видеозахвата

Хотя ранее карты расширения могли быть установлены не только в персональный компьютер, но и в ноутбук, со временем в последних необходимость в этом пропала, так как всё необходимое стало возможно подключить через USB порт, и в настоящее время платы расширения могут быть установлены только в настольном компьютере.

2.10 Оптические приводы

Привод оптических дисков (optical disc drive (ODD)) – электромеханическое устройство для считывания и записи информации посредством лазера.

В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках встречается редко, так как в современном мире информация распространяется зачастую посредством интернета, а в случаях малой скорости или его отсутствия предпочтительнее использовать Flash накопители так как они меньше по размерам и практически не подвержены износу при постоянном использовании.

2.11 Блок питания

Блок питания преобразует поступающее из сети напряжение переменного тока 220 В или 120 В в напряжение постоянного тока и отвечает за стабилизацию напряжения и защиты от помех напряжения.

Блоки питания устанавливаемые в системные блоки формируют питающие напряжения постоянного тока 3,3 В и 5 В для питания микросхем, 12 В для питания двигателей жёстких дисков, приводов или вентиляторов, также подаётся на процессор и видеокарту, где отдельная силовая часть понижает это напряжение до рабочего. Внешние блоки питания моноблоков и ноутбуков формируют как правило единственное напряжение постоянного тока, заданное производителем и находящееся в пределах от 12-20 В, далее напряжение будет понижено в соответствии с рабочим для каждого компонента непосредственно на материнской плате.