Центральный процессор (CPU)

Процессор (или микропроцессор) — это микросхема, которая производит арифметические и логические операции и осуществляет управление всеми системами и элементами компьютера. Процессор — мозг компьютера, его командный центр. Его главной задачей является получение команд от программы и их обработка (выполнение). Главными характеристиками процессора являются разрядность и тактовая частота (тактовую частоту иногда называют скоростью процессора и компьютера).

Поясняя термин "разрядность процессора" следует заметить, что внутри процессора есть области, которые называются регистрами. Они выполняют функции внутренней памяти, где процессор хранит обрабатываемые данные. Компьютер может оперировать одновременно ограниченным набором единиц информации, который зависит от его разрядности (возможностей внутренних регистров). Если то же самое сказать другими словами, то разряд — это единица информации. Если компьютер за один раз может обработать 8 разрядов информации, то его процессор 8-разрядный, если 32 разряда, то процессор 32-разрядный и т. д. Микропроцессор Pentium IV является 64-разрядным процессором.

Теперь о быстродействии компьютера (и процессора), что часто отождествляют, хотя это не одно и то же. Быстродействие процессора определяется его тактовой частотой. В применении к процессору тактовая частота означает количество операций, которые процессор может выполнить в секунду. Иными словами, чем больше тактов или операций в секунду может выполнять процессор, тем быстрее он работает. Например, процессор с тактовой частотой 1000 МГц выполняет 1000 миллионов операций в секунду. Чем выше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Сегодня мы можете купить не только обычный, но и двухядерный процессор, который представляет собой два процессора, объединенных в одном чипе. В отличие от одноядерного, двухядерный процессор может работать с многопоточными приложениями, его операционная система умеет распределять программные потоки отдельно по каждому ядру. Это, в свою очередь, увеличивает его производительность без роста потребления энергии.

Первые процессоры Pentium 4 имели ядро Willamette (18-микронный техпроцесс) и 256 кб кэша второго уровня. Ранние модели выпускались с разъемом Socket 423, который был довольно быстро вытеснен более компактным Socket 478. Все процессоры на ядре Willamette работали на 400-МГц системной шине, выпускались модели с частотой от 1,3 ГГц (только Socket 423) и 1,4 ГГц до 2,0 ГГц с шагом 0,1 ГГц. На смену первым моделям Pentium 4 пришло поколение на ядре Northwood (13-микронный техпроцесс), младшие модели которых отличаются от Willamette только удвоенным объемом кэша — 512 кб. Они имели частоту от 1,6 ГГц до 2,6 ГГц на 400-МГц шине (с шагом 0,2 ГГц) и от 2,26 ГГц до 2,8 ГГц на шине 533 МГц (с шагом 0,13 ГГц).

Первая двухядерная платформа Intel включает в себя процессор Intel® Pentium® Extreme Edition 840 с тактовой частотой 3,2 ГГц и набор микросхем Intel® 955X Express. Параметры такого процессора:

q Частота системной шины: 800 МГц.

q Кэш-память: 2 МБ кэш-памяти 2 уровня (по 1МБ на каждое ядро).

q Производственная технология: 90-нанометровая.

Внедрение новой технологии (90-нанометровой) позволило значительно уменьшить размер чипа и сократить рассеиваемую мощность, а также привело к повышению частоты работы этого процессора по сравнению со своими предшественниками.

Параметры процессора:

q Название и номер модели (рейтинг). В зависимости от модели процессора в его названии может указываться тактовая частота или условный рейтинг производительности.

q Тип разъема (форм-фактор). Каждая модель процессора устанавливается в разъем соответствующего типа и с соответствующим количеством контактов. Так, для процессоров компании Intel используются разъемы Socket 370, Socket 478 и Socket T (LGA 775).

q Частота FSB. Для обмена данными с другими устройствами процессор использует шину FSB (Front Side Bus). В процессорах семейства AMD Athlon 64 данные обмениваются по шине HT (HyperTransport), которая работает на частотах, в несколько раз превышающих частоту FSB.

q Множитель, или коэффициент умножения. Ядро центрального процессора работает на тактовой частоте, являющейся произведением частоты FSB на коэффициент умножения.

q Тактовая частота. Параметр, показывающий реальную частоту работы ядра процессора (скорость работы процессора).

q Объем кэш-памяти. Процессор работает значительно быстрее, чем оперативная память, и при обращении к ней ему приходится некоторое время простаивать в ожидании результата. Чтобы снизить простои, непосредственно на кристалле процессора устанавливается небольшой объем очень быстрой памяти, называемой кэш-памятью. Современные процессоры имеют двухуровневую организацию интегрированной кэш-памяти. У кэш-памяти первого уровня (L1) наивысшая скорость и небольшой объем (обычно 16-32 Кb). Кэш-память второго уровня (L2) обладает несколько меньшим быстродействием, но объем может составлять от 128 Кb до 1 Мb.

Примечание

По сообщениям СМИ с 2009 года все производимые для персональных компьютеров процессоры (даже начального уровня) будут многоядерными (т.е. будут иметь два процессорных ядра или даже больше). По этой причине в данный момент всё разрабатываемое и модернизируемое программное обеспечение, критичное к производительности процессора, оптимизируется для работы на таких процессорах.

Оперативная память

Для обозначения внутренней (оперативной) памяти компьютера в литературе используют аббревиатуру ОЗУ — оперативное запоминающее устройство (или по-английски RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом). Количество и быстродействие оперативной памяти ПК оказывают серьезное влияние на работоспособность и производительность современных компьютеров.

Новый термин

Оперативная память (ОЗУ, RAM) служит для того, чтобы хранить всю информацию, поступающую в компьютер во время его работы. Любая программа, с которой мы собираемся работать, сначала записывается (загружается) в оперативную память. В памяти также хранятся все данные и результаты вычислений, которые производятся процессором во время выполнения программы. Информация в оперативной памяти сохраняется до тех пор, пока включен компьютер. При выключении компьютера вся информация из оперативной памяти стирается.

Оперативная память в своей спецификации характеризуется временем доступа, которое показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти (чем меньше, тем лучше). Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах). В компьютере ОЗУ размещается на стандартных панельках, называемых модулями.

Объем оперативной памяти, установленной в ПК, измеряется в мегабайтах. На сегодня современный стандарт по объему ОЗУ для бюджетного ПК начинается от 1 Гб.

Современная оперативная память ПК в прайс – листе выглядит так: Kingston SODIMM DDR2-667 2GB. Это означает следующее:

q Производитель – Kingston;

q Объем модуля памяти -2048 MB;

q Тип памяти - SODIMM DDR2;

q Частота памяти - 667 MHz;

q Напряжение питания - 1.8 V;

q Гарантия - 99 месяцев.

Память типа DDR2 очень популярна в 2007 году, однако в 2008 эволюция стандартов памяти предложит переход на DDR3. Основные характеристики модулей типа DDR3:

q рабочее напряжение 1,5 В;

q наличие датчика температуры, размещенного непосредственно на кристаллах чипов памяти;

q поддержка PASR (Partial Array Self Refresh) и ASR (Auto Self Refresh) режимов работы для снижения энергопотребления;

q чипы памяти заключены в 78-ball FBGA и 96-ball FBGA корпуса.

К преимуществам DDR3 (рис. 1.2) перед DDR2 следует отнести более низкое напряжение питания (1,5 В против 1,8 В и наличие встроенных в чипы температурных датчиков.

Оперативная память DDR3 будет иметь рабочий диапазон частот от 800 до 1600 МГц. При её разработке учитываются потребности энергосбережения, память будет иметь два энергосберегающих режима — PASR (Partial Array Self Refresh) и ASR (Auto Self Refresh).

 

Рис. 1.2.. Так выглядит память типа DDR3

Что касается объема ОЗУ, то в 2008 году ведущие производители ноутбуков компании Dell, Hewlett-Packard и Toshiba будут устанавливать в конфигурации своих продуктов 4 ГБ оперативной памяти. Сегодня в аппараты подобного класса устанавливается 1, реже 2 ГБ ОЗУ. Данный шаг обусловлен грядущим удешевлением DRAM-модулей.

Жесткий диск

Внешне жесткий диск представляет собой металлическую коробку, внутри которой расположен сам диск, магнитные головки чтения-записи, механизмы вращения диска и перемещения головок. Хотя всегда говорят "один диск", но на самом деле дисков (нанизанных на общую ось) у винчестера может быть несколько. Запись информации производится на обе стороны каждого диска. Соответственно, имеется необходимое количество магнитных головок. При включенном компьютере диски винчестера постоянно крутятся, даже когда нет обращения к винчестеру. Таким образом экономится время, затрачиваемое на его разгон.

Со временем для пользователя самым ценным оборудованием становится жесткий диск. Дело в том, что на нем накапливается то, что не купишь за деньги — личная информация. Если, к примеру, выйдет из строя материнская плата, то мы либо починим ее, либо купим новую. Но если сломается винчестер, на котором годами собирались нужные вам данные то, это будет очень неприятно.

В 1956 году компания IBM выпустила первый жесткий диск. С тех пор прошло много времени и винчестеры сильно изменились. В процессе эволюции накопителей постоянно улучшались различные характеристики: повышалась скорость и плотность записи, уменьшались габариты и шум, совершенствовались и интерфейсы винчестеров. До недавнего времени существовало два типа интерфейсов: IDE — недорогое, но и не очень быстрое решение для домашних и офисных станций (настольных ПК) и SCSI — скоростное и недешевое решение для профессиональной работы на ПК (например, для серверов). Пропускная способность IDE в различных стандартах составляет от 33 Мб/с (ATA33) до 133 Мб/с (ATA133), а у SCSI — 160 Мб/с и 320 Мб/с. Относительно недавно на рынке появился новый персонаж — интерфейс Serial ATA, который представляет собой развитие интерфейса ATA (Advanced Technology Attachment) от параллельной к последовательной шинной архитектуре. Новый интерфейс работает во всех операционных системах, так как поддерживает обратную совместимость со старыми стандартами IDE (то есть с Parallel ATA). Пропускная способность нового интерфейса ATA увеличилась и теперь составляет 150 Мб/с (с перспективой развития до 600 Мб/с). Причем, если раньше для подключения IDE-винчестера использовался 80-жильный кабель, то сейчас для интерфейса Serial ATA достаточно 4-жильного кабеля, который занимает намного меньше места — так что внутри корпуса освобождается место, улучшается циркуляция воздуха. Ниже приведены основные технические параметры винчестера SATA-2 Seagate Maxtor 20 80Gb, STM380215AS:

q Производитель – Seagate;

q Объем - 80 Гбайт;

q Форм-фактор - 3.5;

q Тип интерфейса - SATA-2;

q Частота вращения - 7200 RPM;

q Размер буфера - 2 Мб;

q Время поиска - 11 мсек.

 

 

 

Рис. 1.3. Внешний вид винчестера с интерфейсом IDE

RAID

RAID расшифровывается как "избыточный массив недорогих дисков" (Redundant Array of Inexpensive Disks) и позволяет эффективно размещать данные на нескольких жёстких дисках. Большинство современных материнских плат поддерживают режимы RAID 0, 1, 0+1 и даже RAID 5.

Выбор режима RAID влияет на число требующихся жёстких дисков, ёмкость получающегося массива, надёжность и производительность. Вкратце распишем основные режимы.

q Вариант удвоения скорости: RAID 0 (чередование, striping). Данные разбиваются на блоки, которые записываются поочерёдно на два (или больше) жёстких диска. В результате мы получаем почти удвоение (2 HDD) скоростей чтения и записи. Объём массива равен сумме объёмов жёстких дисков. Главный недостаток: если один жёсткий диск выйдет из строя, то потеряются данные всего массива.

q Надежность: RAID 1 (зеркалирование, mirroring). Одни и те же данные записываются сразу на два жёстких диска. Если один выйдет из строя, то данные можно будет считать со второго. Главный недостаток: объём массива равен объёму одного жёсткого диска, поскольку второй накопитель является копией первого.

Массивы RAID 0 и 1 нагружают процессор слабо. Геймерам, которые не планируют хранить на компьютере архивы, можно порекомендовать RAID 0 из-за его высокой производительности. А если на вашем компьютере немало ценных данных, то выбирайте режим RAID 1.