1 Загальна частина

1. Елементна база сучасної комп’ютерної системи.

Комп’ютерна система - це автоматичний пристрій, призначений для виконання послідовних дій відповідно до закладеної програми (задачі).

Сучасна елементна комп'ютерна система містить центральний процесор, первинне і вторинне пристрої зберігання даних (пам'ять), пристрої введення і виведення, а також комунікаційні пристрої (Рисунок 1.1) .

ц

Шини

Рисунок 1.1 - Компоненти апаратного забезпечення комп'ютера

У сучасному комп'ютері можна виділити шість основних компонентів: Центральний процесор обробляє дані і управляє іншими пристроями комп'ютера. Первинна пам'ять зберігає виконуються в даний момент програми і оброблювані дані. Вторинна пам'ять зберігає програми і дані для подальшого використання. Пристрої введення перетворюють дані та інструкції в форму, зручну для обробки в комп'ютері, пристрої виведення представляють інформацію, оброблену комп'ютером, у вигляді, зручному для людського сприйняття комунікаційні пристрої управляють прийомом і передачею даних в локальних і глобальних мережах.

Материнська плата, відома також як головна плата системна плата, на якій містяться основні компоненти комп'ютера, що забезпечують логіку роботи.

На материнській платі монтується чіпсет, це мікросхеми, які забезпечують і контролюють логіку функціонування плати, на платі також розташовуються роз'єми для підключення центрального процесора, графічної плати, звукової плати, жорсткий дисків, оперативної пам'яті і інші роз’єми.

Всі основні електронні схеми комп'ютера і необхідні додаткові пристрої включаються в материнську плату, або підключаються до неї за допомогою слотів розширення. Найважливішою частиною материнської плати є чіпсет, який складається, як правило, з двох частин — північного моста (Northbridge) і південного моста (Southbridge). Зазвичай північний і південний міст розташовані на окремих мікросхемах. Саме північний і південний мости визначають, в значній мірі, особливості материнської плати і те, які пристрої можуть підключатися до неї.

Сучасна материнська плата ПК, як правило, включає чіпсет, що здійснює взаємодію центрального процесора з ОЗП і основною оперативною пам'яттю, з портами вводу/виводу, із слотами розширення PCI Express, PCI, а також, зазвичай, з USB, SATA і IDE/ATA. Більшість пристроїв, які можуть приєднуватися до материнської плати, роблять це за допомогою одного або декількох слотів розширення або сокетів, а деякі сучасні материнські плати підтримують бездротові пристрої, що використовують протоколи IrDA, Bluetooth, або 802.11 (Wi-Fi).

На системній платі містяться вмонтовані:

1. Слоти DIMM для установки модулів пам'яті типу SDRAM, DDR, DDR2. (різні для кожного типу пам'яті). Найчастіше їх 3-4, хоча на компактних платах можна зустріти тільки 1 або 2 таких слоти;

2. Спеціалізований роз’єм типу AGP або PCI-Express для установки відеокарти. Втім, останнім часом, з поголовним переходом на відеоінтерфейс останнього типу, часто-густо зустрічаються плати з двома, а то і з трьома відеорознімами. Також зустрічаються і системні плати (з найдешевших) без відеорознімів взагалі - їхні чипсети мають вбудоване графічне ядро, і зовнішня графічна карта для них необов'язкова;

3. Поруч із слотами для відеокарт зазвичай знаходяться слоти для підключення додаткових карт розширення стандартів PCI або PCI-Express х1.

4. Інтерфейси (IDE і/або сучасніший Serial ATA) для підключення дискових накопичувачів — твердих дисків і оптичних приводів.

5. Модуль живлення (частіше всього два типи - 24-контактний ATX і 4-контактний ATX12V для додаткової лінії +12 V) і дво-, трьо- або чотирифазний модуль регулювання напруги VRM (Voltage Regulation Module), що складається з силових транзисторів, дроселів і конденсаторів. Цей модуль перетворює, стабілізує і фільтрує напругу, що подається від блоку живлення;

6. контакти для підключення системного динаміка, кнопок і індикаторів на передній панелі корпусу, і роз’єми для підключення вентиляторів, і контактні колодки для підключення додаткових аудіорознімів і роз’ємів USB і FireWire.

Комп’ютерна шина служить для передачі даних між окремими функціональними блоками комп'ютера і є сукупністю сигнальних ліній, які мають певні електричні характеристики і протоколи передачі інформації. Шини можуть розрізнятися розрядністю, способом передачі сигналу (послідовні або паралельні, синхронні або асинхронні), пропускною здатністю, кількістю і типами підтримуваних пристроїв, протоколом роботи, призначенням (внутрішня або інтерфейсна).

PCI— шина вводу/виводу для підключення периферійних пристроїв до материнської плати комп'ютера. PCI-пристрої з погляду користувача налаштовуються самостійно (plug and play). Після старту комп'ютера системне програмне забезпечення обстежує конфігураційний простір PCI кожного пристрою, підключеного до шини й розподіляє ресурси. Кожен пристрій може зажадати до семи діапазонів в адресному просторі пам'яті PCI або в адресному просторі вводу-виводу PCI. Крім того, пристрої можуть мати ПЗП, що містить код для процесорів x86 або PA-RISC, Open Firmware (системне ПЗ комп'ютерів на базі SPARC) або драйвер EFI.

Налаштування переривань здійснюється також системним програмним забезпеченням (на відміну від шини ISA, де налаштування переривань здійснювалося перемикачами на карті). Запит на переривання на шині PCI передається за допомогою зміни рівня сигналу на одній з ліній IRQ, тому є можливість роботи декількох пристроїв з однією лінією запиту переривання; звичайно системне програмного забезпечення намагається виділити кожному пристрою окреме переривання для збільшення продуктивності.

PCI Express або PCIe або PCI-E, (також відома як 3GIO for 3rd Generation I/O; не плутати з PCI-X або PXI) — комп'ютерна шина, що використовує програмну модель шини PCI і високопродуктивний фізичний протокол, заснований на послідовній передачі даних.

Для підключення пристрою PCI Express використовується двонаправлене послідовне з'єднання типу точка-точка, зване lane; це різко відрізняється від PCI, в якій всі пристрої підключаються до загальної 32-розрядної паралельної однонаправленої шини.

З'єднання між двома пристроями PCI Express називається link, і складається з одного (званого 1x) або декількох (2x, 4x, 8x, 12x, 16x і 32x) двонаправлених послідовних з'єднань lane. Кожен пристрій повинен підтримувати з'єднання 1x.

На електричному рівні кожне з'єднання використовує низьковольтну диференціальну передачу сигналу (LVDS), прийом і передача інформації проводиться кожним пристроєм PCI Express по окремих двох провідниках, таким чином, в простому випадку, пристрій підключається до комутатора PCI Express всього лише чотирма провідниками.

Прикладом сучасної материнської плати виступає Gigabyte GA-UD5P (рисунок 1.2):

Рисунок 1.2 – Передній вид материнської плати Gigabyte GA- UD5P

Таблиця 1.1 – Характеристика материнської плати Gigabyte GA- UD5P

Опис	Характеристика
Роз'єм CPU	Socket AM3
Північний міст	AMD 790FX
Південний міст	AMD SB750
Графічний інтерфейс	2xPCI-E x16 (x16+x16)
Оперативна пам’ять DIMM	4xDDR3
IDE (Parallel ATA) (чіпсет / доп. контролер)	1/-
Serial ATA (чіпсет / доп. контролер)	6/4
Aудіокодек	Realtek ALC889A
Ethernet	Realtek RTL8111DL PCI-E (GbE)

Продовження табл. 1.1

Опис	Характеристика
LAN	2 Порта
Форм-фактор	ATX, 305 x 245 мм
Додаток	Замість звичайних електролітичних конденсаторів використані твердотільні полімерні. На платі є роз'єм S / PDIF-In. У комплекті присутні планка з двома роз'ємами e-SATA і розніманням живлення IDE і кабель-перехідник SATA -> e-SATA Форм-фактор ATX, 305 x 245 мм

Мікропроцесор — інтегральна схема, яка виконує функції центрального процесора (ЦП) або спеціалізованого процесора.

Одним із сучасних мікропроцесорів виступає AMD Phenom II 42 TWKR (рисунок 1.3). Цей мікропроцесор створений спеціально для лабораторій, які займаються експериментальним розгоном МП.

Рисунок 1.3 – Передня кришка AMD Phenom II 42 TWKR

Чотирьохядерний Phenom II 42 TWKR Black Edition працює на частоті 2,0 Ггц, що й засвідчує число "42 ". Розгінний потенціал цієї моделі перевищує показники моделі Phenom II X4 955 Black Edition приблизно на 100 МГц. А при використанні екстремального охолодження на всі 200 МГц.

Рисунок 1.4 – Характеристика Phenom II 42 TWKR при екстремальному розгоні

Унікальність показників Phenom II 42 TWKR (рисунок 1.4) полягає в тому, середні і максимальні значення становить 2.00 ГГц до 6.6 ГГц при азотному охолоджені, і максимальний показник розгону при охолодженні гелієм становить 6.89 ГГц, що вважається рекордом. Phenom II 42 TWKR має 3 рівневу пам'ять:

1. 1-й рівень даних 4х64 Кб.

2. 1-й рівень інструкцій 4х64 Кб.

3. 2-й рівень 4х512 Кб

4. 3-й рівень 6 Мб.

Другий тип сучасних мікропроцесорів, для стаціонарного використання, прикладом якого є Intel Core i7 (рисунок 1.5).

Intel Core i7 — сімейство процесорів x86-64 від Intel, в якому було вперше використано мікроархітектуру Intel Nehalem. Є наступником сімейства Intel Core 2. Ідентифікатор Core i7 застосовується і до початкового сімейства з робочою назвою Bloomfield.

Рисунок 1.5 – Сімейство процесорів Intel Core i7

Можливості Core i7:

1. FSB замінена на QuickPath. Це означає, що материнська плата має використовувати чіпсет, що підтримує QuickPath.

2. Контролер пам'яті:

1. Контролер пам'яті знаходиться в самому процесорі, а не в окремому чіпсеті. Таким чином, процесор має прямий доступ до пам'яті. Частина де знаходиться контролер називається позаядерною, тому контролер функціонує на відмінній від ядер тактовій частоті.

б) Як наслідок розміщення контролера пам'яті, Core i7 підтримує лише DDR3.

в) Контролер пам'яті підтримує до 3-х каналів пам'яті, і в кожному може бути один або два блоки пам'яті DDR3 DIMM. Тому материнські плати для Core i7 підтримують до 6 планок пам'яті, а не 4, як Core 2.

2) Кеші:

а) 32 КБ L1 кешу для інструкцій і 32 КБ L1 кешу для даних на ядро.

б) 256 КБ L2 кешу (комбіновано для інструкцій і даних) на ядро.

в) 8 МБ L3 кешу (комбіновано для інструкцій і даних) на всі ядра.

3) Core i7 є однокристальним: всі чотири ядра, контролер пам'яті, і всі кеші знаходяться на одному кристалі.

4) «Turbo Boost» технологія, що дозволяє всім активним ядрам інтелектуально збільшувати свою частоту кроками по 133 МГц понад базову частоту допоки процесор не перевищив норм по тепловиділенню і енергоспоживанню.

5) Ядра Core i7 можуть використовувати Hyper-threading, коли за один раз іноді виконуються інструкції двох різних ниток виконання. Ця можливість була представлена в архітектурі NetBurst, але від неї відмовились в Core.

6) Core i7 не призначений для багатопроцесорних материнських плат, тому присутній лише один інтерфейс QuickPath.

7) 45 нм тех.процес.

8) 731 мільйонів транзисторів.

9) Площа кристалу 263 мм².

10) Управління живленням може розміщати невикористані ядра в режимі нульової потужності.

11) Підтримка наборів команд SSE4.2 і SSE4.1.

Оперативна пам'ять (RAM) - енергозалежна частина системи комп'ютерної пам'яті, в якій тимчасово зберігаються дані та команди, необхідні процесору для виконання ним операції. Обов'язковою умовою є адресується (кожне машинне слово має індивідуальний адресу) пам'яті. Передача даних в / з оперативну пам'ять процесором проводиться безпосередньо, або через надшвидку пам'ять.

Сучасна DDR3 SDRAM рисунок 1.6 (від англ. Double Data Rate 3 Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронна динамічна пам'ять із довільним доступом та подвоєною швидкістю передачі даних, третє покоління). Це тип оперативної пам'яті, що використовується в обчислювальній техніці в якості оперативної та відео- пам'яті.

В DDR3 зменшено на 40% споживання енергії порівняно з модулями DDR2 SDRAM, що обумовлено зменшеною (1,5 В, в порівнянні з 1,8 В для DDR2 SDRAM та 2,5 В для DDR-SDRAM) напругою живлення гнізд пам'яті.

Модулі DIMM з пам'яттю DDR3, що мають 240 контактів, не сумісні з модулями пам'яті DDR2 електрично і механічно. Ключ розташований в іншому місці, тому модулі DDR3 не можуть бути встановлені в слоти DDR2, зроблено це з метою запобігання помилкової установки одних модулів замість інших і їх можливого пошкодження внаслідок неспівпадання електричних параметрів.

Рисунок 1.6 – Порівняння DDR 3 та DDR 2

У перехідний період виробники випускали материнські плати, які підтримували установку і модулів DDR2, і DDR3 (рисунок 1.6) , маючи відповідні роз'єми (слоти) під кожен із двох типів, але одночасна робота модулів різних типів не допускалася.

Жорсткий диск HDD(рисунок 1.7) , також вінчестер, — постійний запам'ятовувальний пристрій комп’ютерної системи. Постійний, означає, що на відміну від оперативної пам'яті, продовжує зберігати дані після вимикання струму.

Конструкція. Кожен твердий диск складається з трьох блоків:

1)Перший блок. На першому блоці зберігається вся інформація. 1-й блок являє собою один або декілька скляних або алюмінієвих дисків, вкритих з двох сторін магнітним шаром, на який записується інформація.

2)Другий блок — механіка твердого диску. Другий блок забезпечує обертання першого блоку (тобто самих дисків) і точне позиціонування головок зчитування.

3)Третій блок— електронна логіка твердого диску.

Інтерфейс — набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилають по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил обміну. Сучасні накопичувачі можуть використати інтерфейси ATA (AT Attachment, він же IDE — Integrated Drive Electronic, він же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO і Fibre Channel.

Рисунок 1.7 – Cтруктура жорсткого диску