Крумина К.В., Корниенко М.В. Основы аппаратного обеспечения персонального компьютера

Подождите немного. Документ загружается.

ОСНОВЫ

АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

ОМСК 2005

Составители:

Крумина К.В. , к.э.н., доцент кафедры «Маркетинг и предпринимательство»;

Корниенко М.В., ассистент кафедры «Маркетинг и предпринимательство»;

Современное человеческое общество живет в период, характеризующийся небывалым

ростом информационных потоков. Современные экономические отношения предъявляют

повышенные требования к информационному обеспечению процессов принятия решений, а

также к уровню квалификации персонала в области информационных технологий. Вполне

очевидно, что к известным видам ресурсов – материальным, трудовым, энергетическим,

финансовым – прибавился новый - информационный.

Темпы широкомасштабного внедрения вычислительной техники во все аспекты

человеческой деятельности остро ставят вопрос о подготовке кадров, умеющих эффективно

использовать информационные ресурсы.

Данное учебное пособие ориентировано на студентов экономических специальностей с

целью овладения ими основами аппаратного обеспечения персонального компьютера.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ: ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ

1. Системный блок

1.1. Корпус системного блока

1.2. Блок питания

1.3. Материнская плата

1.4. Центральный процессор и система охлаждения процессора

1.5. Оперативная память

1.6. Накопители на жестких и гибких магнитных дисках

1.7. Накопители на компакт-дисках

1.8. Адаптеры

2. Монитор

3. Клавиатура и мышь

4. Внешние устройства

4.1. Принтеры

4.2. Модемы

4.3. Сканеры

4.4. Акустическая система.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПК:

ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ

Персональный компьютер IBM PC состоит из нескольких блоков, связанных соединительными

кабелями (минимальный набор): системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Кроме того, к компьютеру могут подключаться:

 принтер - для вывода на печать текстовой или графической информации;

 модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;

 сканер - для ввода текстовых и графических изображений;

 и другие устройства.

1. СИСТЕМНЫЙ БЛОК

Системный блок стационарного ПК представляет собой совокупность следующих

составляющих:

 Корпус системного блока;

 Блок питания;

 Материнская плата;

 Процессор;

 Оперативная память;

 Адаптеры;

 Накопители (или дисководы) для гибких магнитных дисков (дискеты);

 Накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на

несъемный жесткий магнитный диск (винчестер);

 Дисковод для компакт-дисков.

1.1. Корпус системного блока.

Главными параметрами, принимаемыми во внимание при выборе компьютерного корпуса,

всегда были форм-фактор, количество отсеков для оборудования, мощность источника питания

и внешний вид. Все они сохраняют свое значение и сейчас, но вместе с ними на первый план

выдвигаются также параметры эргономичности и надежности. Повышенное внимание к

эргономике и надёжности в немалой степени является следствием повышенного

тепловыделения (опасность перегрева, шум).

Итак, из чего состоит корпус (case)

персонального компьютера? Его основа – это

рама (1) к которой крепятся: блок питания (2),

панель крепления материнской платы (3),

передняя панель (4), а также секции для

дисководов. Секции используются двух типов:

для CD – ROM – размером 5,25” (5), для FDD –

размером 3,5” (6). Оба типа секций можно

использовать для жестких дисков, и крышки. В

компьютерах спецификации ATX их две: левая

и правая (снимаются они раздельно). Рама,

панель крепления материнской платы, корпус блока питания, секции накопителей – все это

изготавливается из алюминия или дюралюминия, передняя же, лицевая панель – из

пластмассы.

Основные типы корпусов.

Desktop - это настольный блок, предназначенный находится на столе под монитором (как

правило). Высота desktop, как правило, равна 20 см, ширина и длинна по 45 см, количество

5,25” секций 2 – 3, а 3,5” секций 1 – 2.Tower (башня) – это вертикальные блоки, они же

являются и самыми распространенными. Slimline. Этот тип корпуса есть Desktop, только более

тонкий. Ввиду этого для таких корпусов были разработаны специальный форм–фактор

материнских плат. Дело в том, что высота корпуса не позволяет устанавливать платы

расширения перпендикулярно материнской плате. Для решения этой проблемы была создана

карта адаптера. На материнской плате находится один общий разъем для подключения карты

адаптера, на которой уже находятся разъемы шин к которым подключаются карты расширения.

Вот и получается, что эти карты расположены параллельно материнской плате. Mini - Tower.

Первый и, пожалуй, самый маленький представитель семейства Tower – Mini – Tower. Его часто

ставят рядом с монитором на стол. Размеры корпуса позволяют разместить в нем только по

паре 5,25” и 3,5” секций. Кроме того, скученность компонентов внутри блока не позволяют как

следует охлаждать их. Для слабых по производительности компьютеров этот тип корпусов

очень подходит. Midi – Tower. Этот тип корпуса по сути дела увеличенный в высоту Mini –

Tower и является самым распространенным типом. Его размеры (см. табл.1) позволяют ставить

системные блоки как под стол, так и на него. Следует отметить и тот факт, что большее

пространство позволяет потоком воздуха лучше охлаждать компоненты компьютера. Big -

Tower (Full - Tower). У Big – Tower есть только один недостаток – это высота (правда, к

недостаткам можно отнести и несколько больший вес, чем у предыдущих корпусов). Итак,

высота не малая, порядка 63 см (см. табл.1). Big – Tower - прекрасное решение проблемы

перегрева процессора. Кроме того, этот корпус имеет 6 (а иногда и 7) секций размером 5,25” и

2 секции размером 3,5”. File Server. Разнообразие размеров довольно широко, но примерно:

высота от 73 см, ширина 30 – 35 см, а длина около 55 см. Требования к корпусам типа File Server

очень высокие, оно и ясно – ведь там будут установлены не обычные персональные

компьютеры, а сервера. Для серверов разрабатывают специальные многопроцессорные

материнские платы. Также в корпус устанавливают несколько жестких дисков. Секций для них

бывает порядка семи. Кроме этого, высокие требования предъявляются блоку питания.

Мощность блока питания составляет 650Вт и более. Кроме этого, большое количество

вращающихся механизмов увеличивают вибрацию. Сервер должен работать круглосуточно.

Исходя из всех этих требований и получается очень высокая цена на корпуса типа File Server.

Таблица1.

Размеры основных типов корпусов

Тип корпуса Высота ширина длина

Desktop 20см 45см 45см

Slimline 8см 35см 45см

Mini - Tower 45см 20см 45см

Midi - Tower 50см 20см 45см

Big - Tower 63см 20см 48см

File Server 73см 35см 55см

Касаясь выбора корпусов, отметим, что большинство фирм изготовителей предлагают

очень широкий ряд моделей с различными форм-факторами, разными блоками питания и

множеством вариантов дизайна. Лучше, как и при выборе всех остальных комплектующих,

ориентироваться на известные марки, широко представленные на рынке. Среди них Codegen,

Enlight, Denco, Elan Vital, Genius, InWin, MEC, UTT и некоторые другие.

1.2. Блок питания.

Блок питания - совокупность электронных и электротехнических устройств,

позволяющих преобразовать переменный электрический ток в постоянный, стабилизировать в

небольших пределах его величину и обеспечить электропитание компьютера.

Важнейшая часть корпуса, оказывающая влияние как на надежность, так и на уровень

шума — блок питания. Требования к мощности блока задаются конфигурацией компьютера, то

есть общим энергопотреблением всех комплектующих

Используемые в настоящее время в электронной аппаратуре блоки питания (БП) можно

разделить на нестабилизированные и стабилизированные. Последние отличаются наличием

специальной схемы, поддерживающей выходное напряжение постоянным вне зависимости от

колебаний напряжения на входе или мощности нагрузки. В свою очередь, стабилизированные

БП можно разделить на два класса по типу используемого стабилизатора: линейные и

импульсные.

Первым стандартным форматом компьютерных блоков питания был AT, соответствующие

ему БП и корпуса исчезли из продажи только несколько лет назад.

AT Блок питания стандарта AT обеспечивал компьютер четырьмя постоянными

напряжениями — +5, +12, –5 и –12 В. Однако по мере развития процессоров и всевозможной

периферии, во-первых, росла общая потребляемая компьютером мощность, во-вторых, все

больше сказывалось отсутствие в AT-блоках напряжения +3,3 В, которое приходилось получать

непосредственно на системной плате отдельным стабилизатором. Кроме того, формат корпусов

AT был не очень удобен для сборки компьютеров и не оптимизирован с точки зрения

охлаждения. Все это привело к разработке компанией Intel в 1995 г. формата ATX — нового

типа корпусов и блоков питания.

ATX В блоке питания ATX количество выходных напряжения увеличилось: добавились

напряжения +3,3 и +5 В SB (Stand By). Последнее было введено для реализации таких функций,

как «пробуждение» компьютера по сигналу из локальной сети, от модема, по нажатию клавиши

на клавиатуре или мыши, а также для реализации «дремлющего» режима S3 Suspend to RAM, в

котором все текущие данные хранятся в оперативной памяти даже при выключенном

компьютере. Очевидно, что напряжение +5 В SB должно присутствовать вне зависимости от

того, включен или выключен компьютер (если, конечно, он физически не отключен от розетки),

поэтому его стабилизатор — это практически отдельный миниатюрный маломощный блок

питания, функционирующий непрерывно. Если в формате AT кнопка включения компьютера

снимала с блока питания напряжение 220 В, то в ATX кнопка включения лишь дает на блок

питания команду остановить контроллер основного стабилизатора, но сам блок при этом

остается подключенным к сети, и в нем продолжает работать стабилизатор дежурного режима

+5 В SB. Для того чтобы отключить блок полностью, требуется либо воспользоваться

имеющейся на многих моделях клавишей на задней стенке блока, либо физически отключить

его от сети 220 В.

Критерии визуальной оценки качества блока питания

Так как для проведения объективного тестирования БП требуется соответствующая

аппаратура, и вообще это не всегда возможно, то достаточно важна визуальная оценки

качества блока.

Во-первых, надо обратить внимание на массу блока. Она у качественного блока питания,

как правило, 1,5–2 кг; если масса меньше, значит, производитель экономит на металле корпуса,

толщине и размерах радиаторов, и т. д. Как правило, блоки «в весе пера» относятся к низшей

ценовой категории и зачастую показывают допустимые параметры при мощности нагрузки не

более 60–70% от заявленной производителем.

Второй критерий, как уже говорилось выше, заявленные производителем токи нагрузки.

Если для 300Вт блока питания заявлен ток нагрузки, скажем, 12 А по шине +12 В — есть

серьезные основания полагать, что такой блок в работе уступит не только другим 300Вт

моделям, но даже многим 250Вт.

Третий критерий — сечение проводов блока. Его не обязательно измерять, поскольку все

провода маркируются надписью на изоляции в системе AWG (American Wire Gauge). Согласно

стандарту, нормальным сечением для проводов блока питания мощностью до 300 Вт считается

18AWG (кроме проводов питания накопителей и разъема ATX12V — они тоньше), в блоках

большей мощности рекомендуется при необходимости применять провода сечением 16AWG

(чем меньше цифра, тем больше сечение проводов). Если производитель блока питания

использует в разъеме питания системной платы или жестких дисков тонкие провода сечением

20AWG, это верный признак невысокого качества блока.

Также стоит обратить внимание на количество разъемов для питания периферии. Их

должно быть не только много, но, что более важно, они должны быть разнесены на разные

группы проводов. Если же на одной группе проводов находятся сразу по четыре разъема, да

еще и сечение проводов соответствует стандарту 20AWG, то это верный путь к проблемам при

попытках задействовать все четыре разъема.

И, разумеется, даже по внешнему виду самого блока в целом — качеству изготовления

корпуса, применяемым вентиляторам, типу решеток вентиляторов, наличию выключателя

питания — можно примерно определить ценовую категорию, к которой он относится, и

соответственно ожидать от него того или иного качества работы.

Перечислим некоторые наиболее популярные компании, выпускающие блоки питания:

InWin, Sirtec, Thermaltake, Chieftec, Delta Electronics, Lite_ON, FSP Group, Zalman, Enermax, Antec,

Codegen Group, Microtech

1.3. Материнская плата

Системная плата без сомнения представляет собой один из важных компонентов ПК,

поскольку объединяет все остальные части компьютера в единую систему. На материнскую

плату устанавливаются главные компоненты вычислительной системы:

 Центральный процессор и система его охлаждения;

 Оперативная память;

Рис.1 Материнская плата.

 Различные адаптеры;

 Подключаются накопители

данных.

Состав материнской платы (Рис.1):

1. Процессорное гнездо;

2. микросхемы системной логики

(чипсет);

3. Разъёмы для оперативной памяти;

4. Интерфейс шины AGP;

5. Интерфейсы шины PCI;

6. Интерфейсы подключения жестких

дисков и накопителей CD и DVD дисков;

7. Блок портов ввода/вывода;

8. Разъём подключения питания;

9. Интерфейс подключения дисковода.

Всякая современная системная

плата является многослойной. Обычно,

для изготовления платы используются

соединенные друг с другом два или

четыре слоя подложек (количество

слоёв достигает 8…10) – пластин из

изоляционного материала, например,

стекловолокна, между которыми

проложены проводники, объединяющие

электронную схему, смонтированную на

одной из сторон такой платы. Во

внутренних слоях располагаются линии электропитания и экрана от наводок и помех.

С потребительской же точки зрения, пожалуй, она играет наиболее существенную роль —

ведь именно системная плата определяет основные характеристики ПК и задает пределы

возможного улучшения его конфигурации. Характеристики системной платы, в свою очередь,

по большей части определяются набором микросхем системной логики (чипсетом).

Первоначально задача набора микросхем состояла в организации информационных

потоков между ЦП, памятью и шинами для подключения плат расширения. Однако, вследствие

высокой комплексности современных чипсетов, актуальные модели содержат контроллеры

практически всех распространенных типов — дисковые, сетевые и интерфейсные. Нередко в

набор микросхем встраивается и графический адаптер.

Интерфейсы и шины материнской платы

Все каналы передачи данных, применяемые в ПК, можно условно разделить на две группы

— внутренние (шины) и внешние (интерфейсы). Шины данных применяются для

соединения компонентов системной платы и подключения плат расширения, а интерфейсы —

для подключения внешних относительно системной платы или ПК в целом устройств:

накопителей, устройств ввода-вывода, коммуникационного оборудования и др.

Говоря о интерфейсах и шинах необходимо сказать о последовательной и параллельной

передаче данных. Параллельная передача означает, что биты информации передаются

одновременно, по 8 бит за один раз. Такая связь как правило однонаправлена, т.е. данные

передаются в одном направлении. При последовательной передаче связь осуществляется

побитно. Отдельные биты пересылаются (или принимаются) последовательно друг за другом,

при этом возможен обмен данными в двух направлениях. При параллельной передаче есть

ограничения расстояния передачи, чем дальше устройства тем больше вероятность ошибок,

последовательная передача подобного ограничения нет.

Шина PCI, занимавшая ранее в архитектуре системной платы центральное место и

обеспечивавшая не только передачу данных между платами расширения и контроллерами (в

том числе графическим и дисковым), но и соединявшая их с контроллером памяти, в

современных архитектурах отошла на второй план. Это произошло вследствие недостаточной

производительности классической 32-разрядной 33МГц шины PCI.

Заменой стало применение так называемой хабовой архитектуры, в которой набор

микросхем системной логики состоит из двух основных частей — микросхемы контроллера

памяти («северный мост»), обеспечивающей взаимодействие ОЗУ и ЦП, и универсального

контроллера ввода-вывода («южный мост»), обеспечивающего работу дисковых интерфейсов,

последовательных и параллельных портов, а также шины PCI. Для соединения между собой

«северного» и «южного мостов», а также для подключения графического адаптера были

разработаны высокоскоростные шины. Пропускная способность современных шин для

соединения компонентов набора микросхем достигает 1 Гбайт/с.

Что же касается графического адаптера, то для его подключения была разработана

спецификация AGP (Advanced Graphic Port), первую версию которой предложила компания Intel

в середине 1990х гг. прошлого века. В настоящее время актуальна третья версия стандарта,

обеспечивающая пропускную способность 2,1 Гбайт/с.

Однако уже в обозримом будущем следует ожидать отказа от использования AGP, и,

скорее всего, новых версий этой спецификации уже не будет: существующая с запасом

удовлетворяет требованиям современных графических адаптеров, а в перспективе ее, как это

ни удивительно, вновь заменит PCI. Заменят два новых стандарта, разработанных группой PСI-

SIG — PCI-X и PCI Express.

Шина PCI-X, широко распространенная в серверных архитектурах, представляет собой 64-

разрядную параллельную шину, обратно совместимую с PCI. Первая версия спецификации PCI-X

предусматривает частоту до 133 МГц, пропускную способность — до 1,06 Гбайт/с. В настоящее

время опубликована спецификация PCI-X 2.0, регламентирующая работу шины на частотах 266

и 533 МГц (2,1 и 4,2 Гбайт/с соответственно).

Заменить же интерфейс AGP и, возможно, некоторые межчиповые соединения призвана

шина PCI Express. Пропускная способность PCI Express достигает 4 Гбайт/с в 16-канальной

конфигурации.

Тенденция перехода на последовательные шины еще ярче просматривается в интерфейсах

для внешних устройств и накопителей. Для подключения периферийного оборудования

применяются интерфейсы USB 2.0 и FireWire (IEEE 1394) — пропускная способность 480 и 400

Мбит/с.

Очень перспективными представляются и последовательные дисковые интерфейсы. На

смену привычному параллельному ATA133 уже идет последовательный Serial ATA, к

преимуществам которого следует отнести не только более высокую скорость (150 Мбайт/с

против 133 Мбайт/с у ATA133), но и более удачную механическую конструкцию.

Подсистема памяти

Одной из первостепенных задач, возлагаемых на набор микросхем системной логики,

остается организация взаимодействия центрального процессора и ОЗУ. Подсистема памяти

оказывает огромное влияние на производительность ПК в целом: чем меньше объем ОЗУ, тем

чаще операционной системе придется считывать данные с жесткого диска, быстродействие

которого гораздо ниже, чем у системной памяти. Однако не менее важна для

производительности системы сбалансированность возможностей процессора и ОЗУ.

Современные процессоры Pentium 4 имеют 64_разрядные 533_МГц или 800_МГц шины,

обеспечивающие пропускную способность 4,26 и 6,4 Гбайт/с, а последние модели Athlon XP с

333_ и 400_МГц шинами — 2,7 и 3,2 Гбайт/с. Подсистема памяти должна иметь

соответствующее быстродействие, так как при меньшей производительности ресурсы ЦП

реализуются не полностью из-за простоев в ожидании данных.

Набор микросхем

Современная архитектура наборов микросхем для персональных компьютеров, называемая

хабовой, сложилась в 1997 году, когда компания Intel выпустила на рынок набор i810 из двух

микросхем (хабов) — контроллера памяти и контроллера ввода-вывода. За этими

контроллерами закрепились названия

«северный мост» и «южный мост»

соответственно. Схему информационных

потоков современной вычислительной

системы можно представить в виде креста,

состоящего из пяти основных элементов.

Центральную роль в наборе микросхем

играет «северный мост», организующий

потоки данных между процессором и

памятью и, как правило, содержащий AGP-

контроллер или встроенное графическое

ядро. На «севере», «юге», «западе» и

«востоке» от «северного моста» находятся

соответственно ЦП, контроллер ввода-

вывода («южный мост»), графический

контроллер и ОЗУ.

По такой схеме строится большинство

современных вычислительных систем

начального и среднего уровня. Благодаря

разделению набора на «северную» и «южную» составляющие изготовитель микросхем

получает возможность при появлении новых интерфейсов не обновлять полностью модельный

ряд, а подготовить лишь обновленную версию «южного моста» и укомплектовывать ею уже

существующие наборы микросхем.

Форм-фактор

Выбор, стоящий перед пользователями в данный момент, сложен вдвойне — ведь если

смена процессорного гнезда влечет за собой при модернизации замену не только ЦП, но и

системной платы, то из-за смены форм-фактора системных плат в будущем, скорее всего,

придется заменить ПК целиком. Новый стандарт — BTX (Balanced Technology eXtended) —

приходит на смену широко распространенному в настоящее время формату ATX (Advanced

Technology eXtended), представленному Intel несколькими годами ранее. Причинами разработки

нового форм-фактора стали появление новых типов плат расширения (PCI Express) и рост

тепловыделения компонентов ПК, причем основная причина — вторая. Системные платы нового

стандарта уже представлены некоторыми изготовителями и появятся в продаже в начале 2005

года. Современные производители материнских плат: ABIT, Acorp, AOpen, ASUS, Gigabyte, ECS,

MCI.

1.4. Центральный процессор и система охлаждения процессора.

Центральный процессор (CPU, central processing unit)-это основное устройство

компьютера, которое обеспечивает задаваемую программой обработку данных и представляет

собой, по существу, миниатюрную вычислительную машину, размещенную в одной

сверхбольшой интегральной схеме. На одном кристалле сверхчистого кремния с помощью

сложного, многоступенчатого и сверхточного процесса создано несколько миллионов

транзисторов и других схемных элементов, соединительные провода и точки внешних выводов.

Вообще на системной плате выполняется два типа операций – обмен данными и

вычисления. Вычислительной деятельностью занимается центральный процессор.

Микропроцессор понимает только специальный машинный язык, в котором имеются лишь нули

и единицы. Все программы, написанные на языках программирования высокого уровня

преобразуются в машинный язык посредством специальных программ-переводчиков –

трансляторов и интерпретаторов.

Производительность процессора и параметры её определяющие.

Главная характеристика процессора — его производительность. Определяется она

параметрами процессорного ядра, подсистемы памяти, процессорной шины. Быстродействие

процессорного ядра определяется разрядностью, тактовой частотой и количеством операций,

выполняемых за один такт. У подсистемы памяти, относящейся непосредственно к процессору

и выполняющей роль кэша для внешней памяти, — эффективностью кэширования. У шины —

пропускной способностью.

Разрядность показывает, сколько двоичных разрядов (битов) информации

обрабатывается (или передается) за один такт, а также - сколько двоичных разрядов может

быть использовано в процессоре для адресации оперативной памяти.

Чем больше разрядность процессора, тем более длинное слово (большая порция данных)

обрабатывается за один такт. Это преимущество может быть использовано в программном

обеспечении для повышения производительности. Большая длина слова дает и другое, не

менее важное преимущество — большее адресное пространство для памяти. Так, 8-разрядный

процессор имеет объем прямоадресуемой памяти 256 байт (28), 16-разрядный — 64 Кбайт (216),

32-разрядный — 4 Гбайт (232), 64_разрядный — 1,6Ч109 Гбайт (264).

Архитектура x86 прошла 2 этапа — 16-и 32-разрядный, и на данный момент начался третий

этап  64-разрядная архитектура

Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций (тактов) микропроцессор

может выполнить в одну секунду, то есть чем выше тактовая частота вашего компьютера, тем

быстрее он может работать. Тактовая частота измеряется в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).

Но следует помнить, что тактовая частота служит лишь относительным показателем

производительности процессора, поскольку схемные различия приводят к тому, что в

некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую другие расходуют несколько

тактов.

Увеличение тактовой частоты — это главный способ повышения производительности

процессоров. В основном рост достигается за счет совершенствования техпроцесса (чем

меньше размер транзистора, тем на более высокой частоте он способен работать). Но

процессор включает в себя миллионы транзисторов, образующих сложные электронные схемы,

увеличивающие задержки прохождения сигнала. Максимальное значение тактовой частоты в

этом случае лимитируется уже схемными задержками. Минимизация схемных задержек

осуществляется с помощью конвейерной архитектуры. Разбивая процесс обработки инструкций

на небольшие стадии, можно упростить соответствующие схемы и уменьшить задержки. В

конвейере происходит одновременное выполнение нескольких инструкций, находящихся на

разных стадиях (с отставанием на шаг друг от друга). При этом, чем длиннее конвейер (чем

больше у него стадий), тем меньшая работа делается за один такт и тем быстрее ее можно

сделать. То есть для достижения максимально высоких тактовых частот надо увеличивать

длину конвейера.

Количество операций за такт.

Производительность процессора равна тактовой частоте, умноженной на количество

выполняемых за такт операций (IPC — Instructions Per Cycle). Упомянутая выше конвейеризация

представляет собой по сути распараллеливание выполнения инструкций по времени (с

наложением). Теоретически, с помощью нее число выполняемых за такт операций доводится до

единицы (на практике среднее значение IPC остается меньше единицы из-за неизбежных

остановов конвейера).

Кэширование.

Динамическая оперативная память по своему быстродействию очень сильно отстает от

процессоров, почти на порядок (тактовые частоты процессоров — 2 ГГц, памяти — 200 МГц).

Применение такой памяти без катастрофических последствий для производительности

системы возможно только при иерархическом построении подсистемы памяти с

использованием дополнительной быстродействующей памяти в качестве кэша. Для

эффективного кэширования быстродействие кэша должно находиться на уровне процессора, а

частота попаданий должна приближаться к 100%.

Эффективность кэширования (частота попаданий) возрастает с ростом объема кэша;

однако, чем больше объем кэша, тем больше проблем с получением необходимого уровня его

быстродействия — можно получить быстродействующий кэш малого объема либо более

медленный большого объема. Поэтому и для построения кэша применяется иерархическая

структура, состоящая из кэша первого уровня (L1) с максимальным быстродействием и

относительно небольшим объемом (8—128 Кбайт), кэша второго уровня (L2) с меньшим

быстродействием, но большим объемом (обычно 256 или 512 Кбайт, иногда до нескольких

мегабайт) и иногда кэша третьего уровня L3 (512 Кбайт и выше). Увеличение объема кэшей L2 и

L3 является одним из основных способов повышения производительности процессоров (в

формуле производительности вклад КЭШа учитывается в IPC).

Системная шина и шина памяти.

Рассмотренные выше параметры определяют внутреннюю производительность

процессора, то есть его способность обрабатывать за единицу времени какое-то количество

информации. Внешняя производительность процессора, то есть скорость обмена данными с

другими устройствами через внешнюю шину данных, должна соответствовать внутренней.

Оценка сверху задается тактовой частотой и разрядностью процессора. Для процессора

Pentium 4 с частотой 2 ГГц это 8 Гбайт/с. На практике, в силу технических проблем, связанных с