Набор микросхем, который взаимодействует между компонентами компьютера, такими как ЦП, ОЗУ, ПЗУ
Обновлено: 04.07.2024
ЦП и блок питания защищены от непогоды и животных закрытой дверцей.
Связанные термины:
Скачать в формате PDF
Об этой странице
Рабочие процедуры промышленной системы управления
(1) адресные пространства PCI
ЦП и все устройства PCI должны иметь доступ к общей памяти. Драйверы устройств управляют устройствами PCI и передают информацию между ними, используя эту память. Как правило, эта разделяемая память содержит регистры управления и состояния устройства, которые используются для управления устройством и чтения его состояния. Например, драйвер устройства PCI SCSI может прочитать свой регистр состояния, чтобы узнать, готово ли устройство к записи блока информации, или он может записать в управляющий регистр, чтобы запустить устройство после его включения.
Системная память ЦП может использоваться для этой общей памяти, но в этом случае каждый раз, когда устройство PCI обращается к памяти, ЦП должен будет останавливаться, ожидая завершения. Доступ к памяти обычно ограничивается одним системным компонентом за раз. Это замедлит работу системы. Это не позволяет периферийным устройствам системы бесконтрольно обращаться к основной памяти. Это было бы очень опасно; неисправное устройство может сделать систему очень нестабильной.
Периферийные устройства имеют собственные области памяти. ЦП может получить доступ к этим пространствам, но доступ устройств к системной памяти очень строго контролируется с помощью каналов DMA (прямой доступ к памяти). Устройства ISA имеют доступ к двум адресным пространствам; ISA I/O (ввод/вывод) и память ISA. В большинстве современных микропроцессоров PCI должен состоять из трех элементов: ввода-вывода PCI, памяти PCI и пространства конфигурации PCI.
Некоторые микропроцессоры, например процессор Alpha AXP, не имеют естественного доступа к адресным пространствам, отличным от системного адресного пространства. Этот процессор использует наборы микросхем поддержки для доступа к другим адресным пространствам, таким как пространство конфигурации PCI, с помощью схемы разреженного отображения адресов, которая крадет часть большого виртуального адресного пространства и сопоставляет его с адресными пространствами PCI.
Кластерные вычисления
IV.A Оборудование узла кластера
Узел обработки кластера включает в себя все средства и функции, необходимые для выполнения полных вычислений. Узлы чаще всего структурированы либо как однопроцессорные системы, либо как SMP, хотя некоторые кластеры, особенно группы, включают узлы, которые были системами с распределенной общей памятью (DSM). Узлы отличаются архитектурой используемых микропроцессоров, количеством и организацией микропроцессоров, емкостью первичной и вторичной памяти и внутренней логической структурой межсоединений. Узлы стандартных кластеров, продаваемых в первую очередь для основных вычислительных сред, должны также включать стандартные интерфейсы для внешних устройств, которые обеспечивают взаимодействие с множеством компонентов, разработанных сторонними поставщиками. Использование интерфейса с высокой пропускной способностью позволяет настраивать кластеры практически без изменений в подсистеме узла, сводя к минимуму любые дополнительные затраты, связанные с каждым узлом. Ключевые элементы узла кратко обсуждаются ниже. Следует понимать, что эта технология быстро развивается и что конкретные устройства, представленные в качестве примеров, скорее всего, будут улучшены по своим эксплуатационным характеристикам или будут полностью заменены в ближайшем будущем.
Центральный процессор . ЦП представляет собой одиночный микропроцессор с интегральной схемой СБИС, возможно объединенный в MCM (многочиповый модуль) с одной или несколькими микросхемами кэш-памяти. ЦП выполняет последовательности двоичных инструкций, работающих с двоичными данными, обычно 32- или 64-битной длины. Хотя многие инструкции выполняются над внутренними данными, хранящимися в регистрах, получение новых данных из системы памяти является важным аспектом работы микропроцессора, требующим наличия одной или нескольких высокоскоростных кэш-памятей для минимизации среднего времени загрузки/сохранения. В кластерах используются как 32-разрядные, так и 64-разрядные архитектуры, самые популярные из которых основаны на семействе 32-разрядных процессоров Intel X86, а наиболее производительные — на базе 64-разрядных семейств Compaq Alpha или IBM RS6000. Первые товарные кластеры класса Beowulf включали микропроцессоры Intel 80486, работающие на частоте 100 МГц. Сегодня потомки этого чипа, включая Intel Pentium III и AMD K7 Athelon, имеют тактовую частоту более 1 ГГц. ЦП подключается к внутренней шине памяти для высокоскоростной передачи данных между памятью и ЦП, а также к внешней шине ввода-вывода, которая обеспечивает интерфейсы для вторичного хранилища и сетевых модулей управления.
Основная память. Хранит рабочие данные и программные инструкции для обработки ЦП.Это часть более крупной иерархии памяти, которая включает в себя высокоскоростную кэш-память, расположенную ближе к ЦП, и постоянное запоминающее устройство большой емкости с высокой плотностью, из которого он получает исходные данные и сохраняет окончательные результаты. В течение последних двух десятилетий в оперативной памяти доминировала технология DRAM, представляющая собой плотно упакованные массивы коммутируемых емкостных ячеек, встроенных в кремниевые пластины. Чипы DRAM, содержащие 256 Мбит данных, доступны с гигабитными чипами, которые станут обычным явлением в ближайшем будущем. Типичные узлы кластера поддерживают емкость основной памяти от 64 Мбайт до 1 Гбайт, хотя большие узлы SMP или DSM предоставляют больше. В последние годы DRAM претерпела значительные изменения, обеспечив более высокую пропускную способность, а также более высокую плотность, уменьшив, если не устранив узкое место между ЦП и его основной памятью.
Вторичное хранилище. Включает в себя набор устройств, обеспечивающих постоянное хранение большого объема данных. Вторичное хранилище служит нескольким целям в зависимости от использования содержащихся в нем данных. Он предоставляет все функции, как пользовательские приложения, так и инструменты операционной системы, которые управляют работой и вычислениями ЦП. Он предоставляет наборы данных, с которыми должны работать пользовательские задачи, и является основным хранилищем окончательных результатов пользовательских вычислений. Он поддерживает данные конфигурации, касающиеся настройки и рабочих параметров вычислительного узла, а также информацию об остальных устройствах кластера и их реляционных ролях. Поскольку большинство систем памяти поддерживают абстракцию виртуальной памяти, предоставляя логическую память, во много раз превышающую фактическую установленную физическую основную память, вторичное хранилище временно содержит те сегменты логического адресного пространства и связанные данные, которые не помещаются в существующую физическую основную память. В отличие от основной памяти, данные, хранящиеся на дополнительных устройствах хранения, сохраняются даже при отключении питания системы. Это энергонезависимое свойство позволяет архивировать данные неограниченное время. Основным типом компонента, обеспечивающим вторичное хранилище, является почтенный жесткий диск с его ранним происхождением в конце 1950-х годов, основанный на магнитном хранении (например, кассетной ленте) одного или нескольких дисков, вращающихся на одном шпинделе с высокой скоростью, доступ к которым осуществляется с помощью магнитной детекторной головки. радикально перемещался внутрь и наружу по поверхности диска, напоминая рычаг старого проигрывателя грампластинок. Современные жесткие диски обеспечивают много десятков гигабайт при умеренной стоимости и времени доступа порядка нескольких миллисекунд. Другие технологии используются для обеспечения более специализированных форм вторичного хранения, особенно для переносимости данных и безопасного постоянного архивного хранения. CD-ROM, созданные на основе исходных цифровых музыкальных носителей, обеспечивают примерно 600 Мбайт памяти по цене менее 1 доллара за диск, а возможность чтения-записи в настоящее время становится обычным явлением, хотя для кластерных систем это не так важно. Долговечные и относительно миниатюрные гибкие диски, содержащие всего 1,4 МБ, по-прежнему используются даже в кластерах, главным образом для первоначальной установки, настройки и загрузки.
Внешние интерфейсы. Выполняют три важные роли, связанные с работой кластеров и управлением ими. Они обеспечивают прямой пользовательский интерактивный доступ и контроль, они позволяют вводить данные приложений и передавать результаты на устройства за пределами системы, и они подключаются к сети взаимосвязи кластера и, таким образом, к другим узлам в кластере. Несмотря на то, что существует множество различных типов интерфейсов (просто посмотрите на количество сокетов на задней панели типичного ПК), PCI универсален как для ПК, так и для мейнфреймов, соединяя ЦП с множеством устройств управления интерфейсом. Шина PCI имеет четыре различные конфигурации, использующие 32- или 64-битные соединения с тактовой частотой 33 или 66 МГц и пиковой пропускной способностью 4 Гбит/с. Большинство контроллеров сетевого интерфейса (NIC) совместимы с одной или несколькими из этих форм PCI. Вполне вероятно, что в будущем новый стандарт внешнего интерфейса Infiniband заменит PCI, чтобы обеспечить более высокую пропускную способность и меньшую задержку между ЦП и внешними устройствами.
Компьютерное оборудование (обычно называемое просто аппаратным обеспечением, когда речь идет о вычислительном контексте) – это совокупность физических элементов, составляющих компьютерную систему. Компьютерное оборудование — это физические части или компоненты компьютера, такие как монитор, мышь, клавиатура, хранилище компьютерных данных, жесткий диск (HDD), графические карты, звуковые карты, память, материнская плата и т. д., все из которых физические объекты, которые осязаемы. Напротив, программное обеспечение — это инструкции, которые могут храниться и выполняться аппаратным обеспечением.
Программное обеспечение – это любой набор машиночитаемых инструкций, которые предписывают процессору компьютера выполнять определенные операции. Сочетание аппаратного и программного обеспечения образует пригодную для использования вычислительную систему.
Архитектура фон Неймана
Схема архитектуры фон Неймана.
Шаблоном для всех современных компьютеров является архитектура фон Неймана, подробно описанная в статье 1945 года венгерского математика Джона фон Неймана. В нем описывается архитектура конструкции электронного цифрового компьютера с подразделениями блока обработки, состоящего из арифметико-логического блока и регистров процессора, блока управления, содержащего регистр инструкций и программный счетчик, памяти для хранения как данных, так и инструкций, внешнего запоминающего устройства, и механизмы ввода и вывода. [3] Значение термина эволюционировало и означает компьютер с хранимой программой, в котором выборка инструкций и операция с данными не могут выполняться одновременно, поскольку они используют общую шину. Это называется узким местом фон Неймана и часто ограничивает производительность системы.
Продажи
Третий год подряд продажи через каналы B2B (продажи через дистрибьюторов и коммерческих реселлеров) в США выросли: к концу 2013 года они выросли почти на 6 % и составили 61,7 миллиарда долларов. Впечатляющий рост стал самым быстрым ростом продаж с момента окончания рецессии. Рост продаж ускорился во второй половине года, достигнув пика в четвертом квартале, увеличившись на 6,9 % по сравнению с четвертым кварталом 2012 года.
Разные системы
Сегодня используется несколько различных типов компьютерных систем.
Персональный компьютер
Аппаратное обеспечение современного персонального компьютера: 1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. Оперативная память 5. Карты расширения6. Источник питания 7.Привод оптических дисков8. Жесткий диск9. Клавиатура 10.Мышь.
Мейнфрейм IBM System z9.
Мейнфрейм – это гораздо более крупный компьютер, который обычно занимает комнату и может стоить во много сотен или тысяч раз больше, чем персональный компьютер. Они предназначены для выполнения большого количества расчетов для государственных органов и крупных предприятий.
Ведущие вычисления
В 1960-х и 1970-х годах все больше и больше отделов начали использовать более дешевые специализированные системы для конкретных целей, таких как управление процессами и автоматизация лабораторий.
Суперкомпьютер
Суперкомпьютер внешне похож на мейнфрейм, но вместо этого предназначен для выполнения чрезвычайно ресурсоемких вычислительных задач. По состоянию на ноябрь 2013 года самым быстрым суперкомпьютером в мире является Tianhe-2 в Гуанчжоу, Китай.
Термин суперкомпьютер не относится к конкретной технологии. Скорее это указывает на самые быстрые компьютеры, доступные в любой момент времени. В середине 2011 года самые быстрые суперкомпьютеры могли похвастаться скоростью, превышающей один петафлопс, или 1000 триллионов операций с плавающей запятой в секунду. Суперкомпьютеры быстры, но чрезвычайно дороги, поэтому они обычно используются крупными организациями для выполнения задач, требующих больших вычислительных ресурсов, связанных с большими наборами данных. Суперкомпьютеры обычно работают с военными и научными приложениями. Хотя они стоят миллионы долларов, они также используются для коммерческих приложений, где необходимо анализировать огромные объемы данных. Например, крупные банки используют суперкомпьютеры для расчета рисков и доходности различных инвестиционных стратегий, а организации здравоохранения используют их для анализа гигантских баз данных данных пациентов, чтобы определить оптимальные методы лечения различных заболеваний и проблем, с которыми сталкивается страна.
Обновление оборудования
При использовании компьютерного оборудования обновление означает добавление к компьютеру нового оборудования, которое повышает его производительность, увеличивает мощность или добавляет новые функции. Например, пользователь может выполнить обновление оборудования, заменив жесткий диск на твердотельный накопитель, чтобы повысить производительность или увеличить объем хранимых файлов. Кроме того, пользователь может увеличить объем оперативной памяти, чтобы компьютер работал более плавно. Пользователь мог добавить карту расширения USB 3.0, чтобы в полной мере использовать устройства USB 3.0. Выполнение таких обновлений оборудования может быть необходимо для старых компьютеров, чтобы они соответствовали системным требованиям программы.
Материнская плата для настольного персонального компьютера Acer с типичными компонентами и интерфейсами материнской платы. Эта модель была произведена Foxconn в 2007 году и соответствует компоновке ATX (известной как «форм-фактор»), обычно используемой для настольных компьютеров. Он предназначен для работы с процессором AMD Athlon 64
Материнская плата (иногда также называемая материнской платой, системной платой, планарной платой или платой логики, или, в просторечии, мобильным устройством) — это основная печатная плата (PCB), используемая в компьютерах и других расширяемых системах. Он поддерживает и обеспечивает связь между многими важными электронными компонентами системы, такими как центральный процессор (ЦП) и память, а также предоставляет разъемы для других периферийных устройств. В отличие от объединительной платы материнская плата содержит важные подсистемы, такие как процессор и другие компоненты.
Материнская плата конкретно относится к печатной плате с возможностью расширения, и, как следует из названия, эту плату часто называют «матерью» всех подключенных к ней компонентов, которые часто включают звуковые карты, видео карты, сетевые карты, жесткие диски или другие формы постоянного хранения; Карты ТВ-тюнера, карты с дополнительными разъемами USB или FireWire и множество других пользовательских компонентов (термин материнская плата применяется к устройствам с одной платой и без дополнительных расширений или возможностей, таких как платы управления в телевизорах). , стиральные машины и другие встраиваемые системы).
Intel D945GCPE Материнская плата microATX LGA775 для процессоров Intel Pentium 4, D, XE, Dual-Core, Core 2 (около 2007 г.)
История
До изобретения микропроцессора цифровой компьютер состоял из нескольких печатных плат в корпусе для карт с компонентами, соединенными объединительной панелью, набором соединенных между собой разъемов. В очень старых конструкциях провода представляли собой дискретные соединения между контактами разъема карты, но вскоре стандартной практикой стали печатные платы. Центральный процессор (ЦП), память и периферийные устройства размещались на отдельных печатных платах, которые вставлялись в заднюю панель.
В конце 1980-х и 1990-х годах перенос все большего числа периферийных функций на материнскую плату стал экономически выгодным. В конце 1980-х годов материнские платы персональных компьютеров стали включать в себя отдельные микросхемы (также называемые микросхемами Super I/O), способные поддерживать набор низкоскоростных периферийных устройств: клавиатуру, мышь, дисковод для гибких дисков, последовательные порты и параллельные порты. К концу 1990-х годов многие материнские платы персональных компьютеров поддерживали полный набор аудио-, видео-, накопительных и сетевых функций без каких-либо плат расширения; системы более высокого класса для 3D-игр и компьютерной графики обычно сохраняли только видеокарту в качестве отдельного компонента.
Самые популярные компьютеры, такие как Apple II и IBM PC, опубликовали схемы и другую документацию, которая позволяла быстро реконструировать и заменять материнские платы сторонних производителей. Обычно предназначенные для создания новых компьютеров, совместимых с образцами, многие материнские платы предлагали дополнительную производительность или другие функции и использовались для обновления оригинального оборудования производителя.
Дизайн
Материнская плата Octek Jaguar V 1993 года выпуска. На этой плате мало встроенной периферии, о чем свидетельствуют 6 слотов для карт ISA и отсутствие других встроенных разъемов для внешних интерфейсов
Материнская плата Samsung Galaxy SII; почти все функции устройства интегрированы в очень маленькую плату
Материнская плата обеспечивает электрические соединения, с помощью которых взаимодействуют другие компоненты системы. В отличие от объединительной платы, она также содержит центральный процессор и другие подсистемы и устройства.
Обычный настольный компьютер имеет микропроцессор, оперативную память и другие важные компоненты, подключенные к материнской плате. Другие компоненты, такие как внешнее хранилище, контроллеры для отображения видео и звука, а также периферийные устройства, могут быть подключены к материнской плате в виде съемных карт или с помощью кабелей. В современных компьютерах все чаще интегрируются некоторые из этих периферийных устройств в саму материнскую плату.
Важным компонентом материнской платы является набор микросхем, поддерживающий микропроцессор, который обеспечивает вспомогательные интерфейсы между ЦП и различными шинами и внешними компонентами. Этот чипсет в какой-то степени определяет функции и возможности материнской платы.
Современные материнские платы включают:
- Сокеты (или слоты), в которые можно установить один или несколько микропроцессоров. В случае ЦП в корпусах с шариковой решеткой, таких как VIA C3, ЦП припаивается непосредственно к материнской плате.
- Слоты, в которые должна быть установлена основная память системы (обычно в виде модулей DIMM, содержащих чипы DRAM)
- Набор микросхем, формирующий интерфейс между передней шиной ЦП, основной памятью и шинами периферийных устройств.
- Микросхемы энергонезависимой памяти (обычно Flash ROM в современных материнских платах), содержащие встроенное ПО или BIOS системы.
- Генератор часов, который вырабатывает системный тактовый сигнал для синхронизации различных компонентов.
- Слоты для карт расширения (интерфейс к системе через поддерживаемые чипсетом шины)
- Разъемы питания, которые получают электропитание от блока питания компьютера и передают его на ЦП, набор микросхем, основную память и карты расширения. Начиная с 2007 года некоторым видеокартам (например, GeForce 8 и Radeon R600) требуется больше энергии, чем может обеспечить материнская плата, поэтому были введены специальные разъемы для их непосредственного подключения к блоку питания.
- Разъемы для жестких дисков, обычно только SATA. Дисководы также подключаются к источнику питания.
Кроме того, почти все материнские платы имеют логику и разъемы для поддержки часто используемых устройств ввода, таких как разъемы PS/2 для мыши и клавиатуры. Ранние персональные компьютеры, такие как Apple II или IBM PC, включали только эту минимальную поддержку периферийных устройств на материнской плате. Иногда аппаратное обеспечение видеоинтерфейса также интегрировалось в материнскую плату; например, на Apple II и редко на IBM-совместимых компьютерах, таких как IBM PC Jr. Дополнительные периферийные устройства, такие как контроллеры дисков и последовательные порты, предоставлялись в качестве плат расширения.
Учитывая высокую расчетную тепловую мощность высокоскоростных компьютерных процессоров и компонентов, современные материнские платы почти всегда включают радиаторы и точки крепления вентиляторов для рассеивания избыточного тепла.
Форм-фактор
Материнские платы производятся различных размеров и форм, называемых форм-фактором компьютера, некоторые из которых зависят от конкретных производителей компьютеров. Однако материнские платы, используемые в IBM-совместимых системах, рассчитаны на различные размеры корпусов. По состоянию на 2007 год большинство материнских плат настольных компьютеров используют стандартный форм-фактор ATX — даже те, которые используются в компьютерах Macintosh и Sun, которые не были собраны из обычных компонентов. Материнская плата корпуса и форм-фактор блока питания должны совпадать, хотя некоторые материнские платы меньшего форм-фактора того же семейства подходят для корпусов большего размера. Например, корпус ATX обычно подходит для материнской платы microATX.
В портативных компьютерах обычно используются высокоинтегрированные, миниатюрные и специализированные материнские платы. Это одна из причин, по которой портативные компьютеры сложно модернизировать и дорого ремонтировать. Часто выход из строя одного компонента ноутбука требует замены всей материнской платы, которая обычно дороже материнской платы настольного компьютера из-за большого количества встроенных компонентов.
Сокеты процессора
Гнездо ЦП (центральный процессор) или слот — это электрический компонент, который крепится к печатной плате (PCB) и предназначен для размещения ЦП (также называемого микропроцессором). Это особый тип разъема для интегральной схемы, предназначенный для очень большого количества контактов. Сокет ЦП обеспечивает множество функций, включая физическую структуру для поддержки ЦП, поддержку радиатора, облегчение замены (а также снижение стоимости) и, что наиболее важно, формирование электрического интерфейса как с ЦП, так и с печатной платой. Разъемы ЦП на материнской плате чаще всего можно найти в большинстве настольных и серверных компьютеров (в ноутбуках обычно используются ЦП для поверхностного монтажа), особенно на базе архитектуры Intel x86. Тип сокета ЦП и набор микросхем материнской платы должны поддерживать серию и скорость ЦП.
Встроенные периферийные устройства
< /p>
Блок-схема современной материнской платы, которая поддерживает множество встроенных периферийных функций, а также несколько слотов расширения
Поскольку стоимость и размер интегральных схем неуклонно снижаются, теперь на материнскую плату можно включить поддержку многих периферийных устройств.Комбинируя множество функций на одной печатной плате, можно уменьшить физический размер и общую стоимость системы; Таким образом, материнские платы с высокой степенью интеграции особенно популярны в компьютерах малого форм-фактора и бюджетных компьютерах.
Слоты для периферийных карт
Обычная материнская плата будет иметь разное количество разъемов в зависимости от ее стандарта и форм-фактора.
Стандартная современная материнская плата ATX обычно имеет два или три разъема PCI-Express 16x для видеокарты, один или два устаревших слота PCI для различных карт расширения и один или два разъема PCI-E 1x (который заменил PCI) . Стандартная материнская плата EATX будет иметь от двух до четырех разъемов PCI-E 16x для видеокарт и различное количество слотов PCI и PCI-E 1x. Иногда он также может иметь слот PCI-E 4x (зависит от марки и модели).
Некоторые материнские платы имеют два или более разъема PCI-E 16x, что позволяет использовать более двух мониторов без специального оборудования или использовать специальную графическую технологию, называемую SLI (для Nvidia) и Crossfire (для AMD). Они позволяют соединить от 2 до 4 видеокарт, чтобы обеспечить лучшую производительность в интенсивных графических вычислительных задачах, таких как игры, редактирование видео и т. д.
Температура и надежность
Материнская плата ноутбука Vaio серии E
Материнские платы, как правило, имеют воздушное охлаждение с радиаторами, часто устанавливаемыми на более крупные микросхемы, такие как северный мост, в современных материнских платах. Недостаточное или неправильное охлаждение может привести к повреждению внутренних компонентов компьютера или к его сбою. Пассивного охлаждения или одного вентилятора, установленного на блоке питания, было достаточно для многих процессоров настольных компьютеров до конца 1990-х годов; с тех пор большинству из них требуются вентиляторы ЦП, установленные на радиаторах, из-за роста тактовой частоты и энергопотребления. Большинство материнских плат имеют разъемы для дополнительных корпусных вентиляторов и встроенные датчики температуры для определения температуры материнской платы и ЦП, а также управляемые разъемы вентиляторов, которые BIOS или операционная система могут использовать для регулирования скорости вращения вентиляторов. В качестве альтернативы компьютеры могут использовать систему водяного охлаждения вместо множества вентиляторов.
Некоторые компьютеры малого форм-фактора и ПК для домашних кинотеатров, предназначенные для бесшумной и энергоэффективной работы, имеют конструкцию без вентиляторов. Обычно это требует использования процессора с низким энергопотреблением, а также тщательной компоновки материнской платы и других компонентов с учетом размещения радиатора.
Исследование, проведенное в 2003 году, показало, что некоторые ложные сбои компьютеров и общие проблемы с надежностью (от искажения изображения на экране до ошибок чтения/записи ввода-вывода) могут быть связаны не с программным обеспечением или периферийным оборудованием, а со старением конденсаторов на материнских платах ПК. В конечном итоге выяснилось, что это результат неправильного состава электролита, проблема, получившая название конденсаторной чумы.
В материнских платах используются электролитические конденсаторы для фильтрации питания постоянного тока, распределяемого по плате. Эти конденсаторы стареют со скоростью, зависящей от температуры, поскольку их электролиты на водной основе медленно испаряются. Это может привести к потере емкости и последующим неисправностям материнской платы из-за нестабильности напряжения. Хотя большинство конденсаторов рассчитаны на 2000 часов работы при температуре 105 ° C (221 ° F), их ожидаемый расчетный срок службы примерно удваивается на каждые 10 ° C (50 ° F) ниже этого значения. При температуре 45 °C (113 °F) можно ожидать, что срок службы составит 15 лет. Это кажется разумным для материнской платы компьютера. Однако многие производители поставляют некачественные конденсаторы, которые значительно сокращают срок службы. Неадекватное охлаждение корпуса и повышенные температуры легко усугубляют эту проблему. Найти и заменить вышедшие из строя конденсаторы на материнских платах персональных компьютеров можно, но это требует много времени.
Загрязнение воздуха и надежность
Высокое количество отказов материнских плат в Китае и Индии, по-видимому, связано с «сернистым загрязнением воздуха, вызванным углем, сжигаемым для производства электроэнергии. По словам исследователей Intel, загрязнение воздуха разъедает электронные схемы.
Загрузка с использованием базовой системы ввода-вывода
Материнские платы содержат некоторое количество энергонезависимой памяти для инициализации системы и загрузки некоторого программного обеспечения для запуска, обычно операционной системы, с какого-либо внешнего периферийного устройства. Микрокомпьютеры, такие как Apple II и IBM PC, использовали микросхемы ПЗУ, установленные в разъемы на материнской плате. При включении питания центральный процессор загружал в свой программный счетчик адрес загрузочного ПЗУ и начинал выполнение инструкций из ПЗУ. Эти инструкции инициализировали и тестировали системное оборудование, отображали системную информацию на экране, выполняли проверки оперативной памяти, а затем загружали исходную программу с внешнего или периферийного устройства. Если ничего не было доступно, то компьютер выполнял задачи из других хранилищ памяти или отображал сообщение об ошибке, в зависимости от модели и конструкции компьютера и версии ПЗУ.Например, как Apple II, так и исходный IBM PC имели в ПЗУ Microsoft Cassette BASIC и запускали ее, если с диска нельзя было загрузить никакую программу.
В большинстве современных материнских плат для загрузки операционной системы используется BIOS, хранящийся в микросхеме EEPROM, припаянной к материнской плате или установленной на ней. Программы загрузки неоперационной системы по-прежнему поддерживаются на современных машинах, происходящих от IBM PC, но в настоящее время предполагается, что программой загрузки будет сложная операционная система, такая как MS Windows NT или Linux. Когда на материнскую плату впервые подается питание, микропрограмма BIOS проверяет и настраивает память, схемы и периферийные устройства. Эта самопроверка при включении питания (POST) может включать проверку некоторых из следующих вещей:
- Видеоадаптер
- Карты, вставленные в разъемы, например обычные PCI.
- Диск гибких дисков
- Температура, напряжение и скорость вращения вентилятора для мониторинга оборудования.
- CMOS, используемая для хранения конфигурации настройки BIOS
- Клавиатура и мышь
- Сетевой контроллер
- Приводы оптических дисков: CD-ROM или DVD-ROM
- Жесткий диск SCSI
- Жесткий диск IDE, EIDE или SATA
- Устройства безопасности, такие как сканер отпечатков пальцев или состояние переключателя с фиксацией для обнаружения вторжения.
- USB-устройства, например запоминающее устройство.
На новейших материнских платах BIOS может также исправлять микрокод центрального процессора, если BIOS обнаруживает, что установленный процессор является тем, для которого были опубликованы ошибки.
Компьютерное оборудование — это физическая часть компьютера, в отличие от компьютерного программного обеспечения, которое выполняется или работает на оборудовании. Аппаратное обеспечение компьютера меняется нечасто, тогда как программное обеспечение и данные изменяются часто. Термин «мягкий» относится к легко создаваемому, модифицированному или стираемому. Они отличаются от жестких физических компонентов компьютера.
Когда вы думаете о термине "компьютерное оборудование", вы, вероятно, думаете о внутренней части своего персонального компьютера дома или в классе. Однако компьютерное оборудование конкретно не относится к персональным компьютерам. Вместо этого это все типы компьютерных систем. Компьютерное оборудование используется во встроенных системах автомобилей, микроволновых печах, проигрывателях компакт-дисков, DVD-проигрывателях и многих других устройствах. В 2003 году только 0,2% всех проданных микропроцессоров предназначались для персональных компьютеров. Сколько других вещей в вашем доме или классе использует компьютерное оборудование?
Материнская плата¶
Материнская плата — это корпус или основной блок компьютера, через который взаимодействуют все остальные компоненты. Это центральная печатная плата, составляющая сложную электронную систему. Материнская плата обеспечивает электрические соединения, посредством которых взаимодействуют другие компоненты системы. Материнская плата включает в себя множество компонентов, таких как: центральный процессор (ЦП), оперативная память (ОЗУ), встроенное ПО, а также внутренние и внешние шины.
Центральный процессор¶
Центральный процессор (ЦП; иногда его называют просто процессором) — это машина, которая может выполнять компьютерные программы. Иногда его называют мозгом компьютера.
Есть четыре шага, которые используют почти все ЦП в своей работе: выборка, декодирование, выполнение и обратная запись. Первый шаг, выборка, включает в себя извлечение инструкции из памяти программы. На этапе декодирования инструкция разбивается на части, которые имеют значение для других частей ЦП. На этапе выполнения различные части ЦП, такие как арифметико-логическое устройство (ALU) и устройство с плавающей запятой (FPU), подключаются, чтобы они могли выполнять желаемую операцию. Последний шаг, обратная запись, просто записывает результаты шага выполнения в некоторую форму памяти.
Оперативная память¶
Оперативная память (ОЗУ) — это оперативная память, которая очищается при выключении компьютера. Оперативная память подключается непосредственно к материнской плате и используется для хранения запущенных в данный момент программ. Оперативная память — это набор интегральных схем, которые позволяют обращаться к хранимым данным в любом порядке (почему он называется случайным). Существует множество различных типов оперативной памяти. Различия между этими различными типами включают: доступ для записи и только для чтения, статический и динамический, энергозависимый и энергонезависимый и т. д.
Прошивка¶
Прошивка загружается из постоянной памяти (ПЗУ), запускаемой из базовой системы ввода-вывода (BIOS).Это компьютерная программа, встроенная в аппаратное устройство, например микроконтроллер. Как следует из названия, прошивка находится где-то между аппаратным и программным обеспечением. Как и программное обеспечение, это компьютерная программа, которая выполняется микропроцессором или микроконтроллером. Но он также тесно связан с аппаратным обеспечением и не имеет большого значения вне его. Большинство устройств, подключенных к современным системам, представляют собой самостоятельные компьютеры специального назначения, на которых работает собственное программное обеспечение. Некоторые из этих устройств хранят это программное обеспечение («прошивку») в ПЗУ внутри самого устройства.
Источник питания¶
Блок питания, как следует из его названия, — это устройство, которое подает питание на все компоненты компьютера. В его корпусе находится трансформатор, регулятор напряжения и (обычно) охлаждающий вентилятор. Блок питания преобразует около 100-120 вольт переменного тока в низковольтный постоянный ток для использования внутренними компонентами. Наиболее распространенные компьютерные блоки питания построены в соответствии с форм-фактором ATX. Это позволяет взаимозаменять различные блоки питания с различными компонентами внутри компьютера. Блоки питания ATX также предназначены для включения и выключения с помощью сигнала от материнской платы и обеспечивают поддержку современных функций, таких как режим ожидания.
Съемные носители¶
Если вы что-то вставляете в компьютер и вынимаете, скорее всего, это съемный носитель. Существует множество различных съемных носителей. Наиболее популярными, вероятно, являются приводы CD и DVD, которые в наши дни есть почти на каждом компьютере. Есть некоторые новые дисководы, такие как Blu-ray, которые могут хранить гораздо больший объем информации, чем обычные CD или DVD. Одним из видов съемных носителей, который становится менее популярным, являются дискеты.
Компакт-диски являются наиболее распространенным типом съемных носителей. Они недороги, но и имеют короткий срок службы. Есть несколько видов компакт-дисков. CD-ROM, что означает компакт-диск только для чтения, широко используются для распространения компьютерного программного обеспечения, хотя на них можно хранить данные любого типа. CD-R — это еще один вариант, на который можно записать только один раз, но который можно прочитать много раз. CD-RW (перезаписываемый) можно записывать более одного раза, а также читать более одного раза. Некоторые другие типы компакт-дисков, которые не так популярны, включают Super Audio CD (SACD), Video Compact Disc (VCD), Super Video Compact Disc (SVCD), PhotoCD, PictureCD, CD-i и Enhanced CD.
В компьютере есть два типа устройств, использующих компакт-диски: дисковод компакт-дисков и устройство записи компакт-дисков. Привод CD-ROM, используемый для чтения компакт-дисков. Привод записи компакт-дисков может читать и записывать компакт-диски. Приводы для записи компакт-дисков гораздо более популярны среди новых компьютеров, чем дисководы для компакт-дисков. Оба типа дисководов для компакт-дисков называются дисководами для оптических дисков, поскольку они используют лазерный луч или электромагнитные волны для чтения или записи данных на компакт-диск или с него.
DVD (цифровые универсальные диски) — еще один популярный формат оптических дисков. Основное применение DVD-дисков — хранение видео и данных. Большинство DVD-дисков имеют те же размеры, что и компакт-диски. Как и у компакт-дисков, существует множество различных вариаций. DVD-ROM содержит данные, которые можно только читать, но не записывать. DVD-R и DVD+R можно записать один раз, а затем использовать как DVD-ROM. Диски DVD-RAM, DVD-RW или DVD+RW содержат данные, которые можно многократно стирать и перезаписывать. Диски DVD-Video и DVD-Audio соответственно относятся к правильно отформатированному и структурированному видео- и аудиосодержимому. Устройства, использующие DVD, очень похожи на устройства, использующие компакт-диски. Существует привод DVD-ROM, а также устройство записи DVD, которые работают так же, как привод CD-ROM и устройство записи компакт-дисков. Существует также дисковод DVD-RAM, который считывает и записывает вариант DVD-RAM для DVD.
Blu-ray¶
Blu-ray – это новый формат оптических дисков. Его основные области применения — видео высокой четкости и хранение данных. Диск имеет те же размеры, что и CD или DVD. Термин «Blu-ray» происходит от синего лазера, используемого для чтения и записи на диск. Диски Blu-ray могут хранить гораздо больше данных, чем CD или DVD. Двухслойный диск Blu-ray может хранить до 50 ГБ, что почти в шесть раз превышает емкость двухслойного DVD (ВАУ!). Диски Blu-ray имеют аналогичные устройства, используемые для их чтения и записи, как и компакт-диски. Дисковод BD-ROM может читать только диски Blu-ray, а устройство записи BD может читать и записывать диски Blu-ray.
Диска¶
Диета – это тип хранилища данных, состоящий из диска с тонким гибким ("гибким") магнитным носителем данных, заключенного в квадратную или прямоугольную пластиковую оболочку. Дискеты читаются и записываются дисководом гибких дисков. Дискеты умирают и заменяются оптическими и флэш-накопителями. Многие новые компьютеры больше не поставляются с дисководами для гибких дисков, но есть много старых компьютеров с дисководами для гибких дисков.Хотя гибкие диски очень дешевы, объем памяти на них по сравнению с объемом памяти по цене флэш-накопителей делает использование гибких дисков неразумным.
Внутренняя память¶
Внутреннее хранилище — это аппаратное обеспечение, которое хранит данные внутри компьютера для последующего использования и остается постоянным, даже когда компьютер обесточен. Существует несколько различных типов внутренней памяти. Жесткие диски являются наиболее популярным типом внутренней памяти. Популярность твердотельных накопителей росла медленно. Контроллер дискового массива популярен, когда вам нужно больше памяти, чем может вместить один жесткий диск.
Жесткий диск¶
Жесткий диск (HDD) – это энергонезависимое запоминающее устройство, которое хранит закодированные в цифровом виде данные на быстро вращающихся дисках с магнитными поверхностями. В наши дни почти каждый новый компьютер поставляется с жестким диском, если только он не поставляется с новым твердотельным накопителем. Типичные жесткие диски для настольных ПК хранят от 120 до 400 ГБ, вращаются со скоростью 7200 об/мин и имеют скорость передачи данных 1 Гбит/с или выше. Доступ к жестким дискам осуществляется через шину одного из нескольких типов, включая параллельную шину ATA (также называемую IDE), последовательную шину ATA (SATA), SCSI, Serial Attached SCSI и Fibre Channel.
Твердотельный накопитель¶
Твердотельный накопитель (SSD) – это устройство хранения данных, в котором для хранения постоянных данных используется твердотельная память. SSD эмулирует жесткий диск, поэтому легко заменяет его в любом приложении. SSD начали появляться в ноутбуках, потому что они могут быть меньше, чем HDD. В настоящее время твердотельные накопители дороже на единицу емкости, чем жесткие диски, поэтому они не так быстро завоевали популярность.
Контроллер дискового массива¶
Контроллер дискового массива — это устройство, которое управляет физическими дисками и представляет их компьютеру как логические единицы. Он почти всегда реализует аппаратный RAID. RAID (избыточный массив независимых дисков) — это технология, использующая одновременное использование двух или более жестких дисков для достижения более высокого уровня производительности, надежности и/или увеличения объема данных. Контроллер дискового массива также предоставляет дополнительный дисковый кэш.
Хотите узнать, какое аппаратное обеспечение установлено на вашем компьютере? Станьте профессионалом в области компьютеров с нашим кратким руководством по этим важным компонентам и их функциям.
Проще говоря, компьютерное оборудование — это физические компоненты, необходимые для работы компьютерной системы. Он включает в себя все, что связано с печатной платой, работающей внутри ПК или ноутбука; включая материнскую плату, видеокарту, ЦП (центральный процессор), вентиляторы, веб-камеру, блок питания и т. д.
Хотя конструкция аппаратного обеспечения настольных ПК и ноутбуков различается из-за различий в размерах, в обоих случаях используются одни и те же основные компоненты. Без оборудования не было бы возможности запуска необходимого программного обеспечения, которое делает компьютеры такими полезными. Программное обеспечение определяется как виртуальные программы, которые работают на вашем компьютере; то есть операционная система, интернет-браузер, текстовые документы и т. д.
Хотя компьютер может работать только тогда, когда и аппаратное, и программное обеспечение работают вместе, скорость системы во многом зависит от используемого оборудования.
При сборке нового компьютера или просто замене старых деталей вам может понадобиться информация о конкретном аппаратном обеспечении вашего компьютера. Таким образом, цель этого руководства — помочь вам понять внутреннюю работу вашего компьютера.
Что такое материнская плата?
Системная плата — это центральная часть работы ПК. Он содержит ЦП и является концентратором, через который проходит все остальное оборудование. Материнская плата действует как мозг; распределение мощности там, где это необходимо, обмен данными и координация между всеми другими компонентами, что делает его одним из самых важных аппаратных средств компьютера.
При выборе материнской платы важно проверить, какие аппаратные порты поддерживает материнская плата. Крайне важно проверить, сколько портов USB и какого класса (USB 2.0, 3.0, 3.1), а также какие порты дисплея используются (HDMI, DVI, RGB) и сколько их имеется. Порты на материнской плате также помогут вам определить, какое другое оборудование будет совместимо с вашим компьютером, например, какой тип оперативной памяти и видеокарты вы можете использовать.
Что такое ЦП (центральный процессор/блок процессора)?
ЦП (центральный процессор или процессор) отвечает за обработку всей информации от программ, запускаемых на вашем компьютере. «Тактовая частота», или скорость, с которой процессор обрабатывает информацию, измеряется в гигагерцах (ГГц). Это означает, что процессор с высокой тактовой частотой, скорее всего, будет работать быстрее, чем процессор с аналогичными характеристиками той же марки и возраста.
Что такое оперативная память?
Оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ, — это аппаратное обеспечение, которое находится в слотах памяти на материнской плате. Роль ОЗУ заключается во временном хранении оперативной информации, созданной программами, и делать это таким образом, чтобы эти данные были немедленно доступны. Задачи, требующие случайной памяти, могут быть; рендеринг изображений для графического дизайна, редактирование видео или фотографий, многозадачность с несколькими открытыми приложениями (например, запуск игры на одном экране и общение в Discord на другом).
Требуемый объем оперативной памяти зависит от программ, которые вы будете запускать. Игры средней интенсивности обычно используют 8 ГБ памяти, когда они выполняются вместе с другими программами, но видео/графический дизайн может использовать более 16 ГБ ОЗУ. Узнайте, сколько памяти нужно вашему компьютеру.
Что такое жесткий диск?
Жесткий диск – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения постоянных и временных данных. Эти данные поступают в различных формах, но в основном это все, что сохраняется или устанавливается на компьютер: например, компьютерные программы, семейные фотографии, операционная система, текстовые документы и т. д. Узнайте больше о жестких дисках и о том, как они работают.
Существует два разных типа устройств хранения: традиционный жесткий диск (HDD) и более новые твердотельные накопители (SSD). Жесткие диски работают путем записи двоичных данных на вращающиеся магнитные диски, называемые пластинами, которые вращаются с высокой скоростью, в то время как твердотельный накопитель хранит данные с помощью статических микросхем флэш-памяти. Узнайте больше о компьютерной памяти и о том, как работают твердотельные накопители.
Что такое графический процессор (GPU)?
Что особенно важно для 3D-рендеринга, GPU делает именно то, что следует из его названия, и обрабатывает огромные пакеты графических данных. Вы обнаружите, что видеокарта вашего компьютера имеет по крайней мере один графический процессор. В отличие от основных встроенных графических возможностей, предоставляемых материнскими платами ПК, выделенные графические карты взаимодействуют с материнской платой через слот расширения для работы почти исключительно с графическим рендерингом. Это также означает, что вы можете обновить видеокарту, если хотите повысить производительность своего ПК.
Не только это, но и то, что современные графические процессоры выполняют широкую вычислительную нагрузку, помимо рендеринга, что делает их расширением центрального процессора.
Что такое блок питания (БП)?
Блок питания, обычно называемый блоком питания, не просто обеспечивает питание вашего компьютера. Это точка, в которой питание поступает в вашу систему от внешнего источника питания, а затем распределяется материнской платой по отдельным компонентам аппаратного обеспечения. Однако не все блоки питания сделаны одинаково, и без блока питания правильной мощности ваша система не будет работать.
Современному компьютеру обычно требуется блок питания мощностью от 500 до 850 Вт для эффективного питания всего оборудования, хотя размер блока питания полностью зависит от энергопотребления системы. Для компьютеров, которые используются для выполнения ресурсоемких задач, таких как графический дизайн или игры, потребуются более мощные компоненты, поэтому для удовлетворения этих дополнительных потребностей потребуется более мощный блок питания.
Без необходимого количества энергии компоненты не смогут работать эффективно, а компьютер может зависать или вообще не загружаться. Рекомендуется иметь источник питания, который более чем покрывает использование вашей системы. Вы не только защищаете себя от сбоя системы, но и защищаете себя от необходимости приобретать новый блок питания при переходе на более мощные компоненты ПК.
Понимание вашего компьютера и его аппаратных компонентов может оказаться очень полезным, когда придет время модернизировать или заменить какие-либо детали или при сборке компьютера. Если возникнет проблема с внутренней работой вашего компьютера, вы лучше поймете важность каждого компонента, необходимость их хорошего рабочего состояния и способы решения любых проблем.
© Micron Technology, Inc., 2017. Все права защищены. Информация, продукты и технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления. Ни Crucial, ни Micron Technology, Inc. не несут ответственности за упущения или ошибки в типографике или фотографии. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Все остальные товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.
Читайте также: