Реферат: Техническое и информационное обеспечение ПК

Следующим шагом стало появление в 1998г. процессоров с поддержкой технологии ММХ (Multimedia Extentions). Технология ММХ - большой шаг вперед. Система команд Pentium пополнилась, стараниями инженеров Intel, 57 новыми инструкциями, которые ускоряют вычисления, обычные для аудио, двух- и трехмерной графики, синтеза речи и ее распознавания, а также в коммуникационных алгоритмах. Процессоры с архитектурой ММХ обладают вычислительными мощностями, позволяющими выполнять мультимедийные и коммуникационные задачи, сохраняя при этом запас производительности для выполнения других задач и приложений. Эти инструкции ускоряют выполнение мультимедийных операций, например, работу графических и коммуникационных программ, написанных с учетом технологии ММХ. Кроме того, быстродействие нового процессора Pentium MMX повышено по сравнению с Pentium за счет большего кэш 1-уровня – 32Кб (16Кб для кода и 16Кб для данных) и оптимизированной внутренней архитектуры. Задачи по обработке изображений на ММХ-машинах просчитываются на 50% быстрее, чем на ПК с обычными Pentium. Даже если приложение не имеет специальной поддержки технологии ММХ, на ММХ-процессорах оно все равно будет работать быстрее на 7-11%.

Некоторые особенности процессора Pentium ММХ: встроенный кэш 32Кб; технология – 0,35микрон; количество транзисторов~4,5млн.; выпускались с тактовыми частотами 133, 150, 166, 200, 233МГц.

Технологию ММХ поддерживают также процессоры фирмы Cyrix. Улучшенная архитектура процессора Cyrix 6х86Мх способствует повышению производительности 16- и 32-разрядных приложений. Кроме того, в этом кристалле применена собственная реализация фирмы Cyrix технологии ММХ. 6х86Мх имеет дополнительные команды, дающие в итоге больший выигрыш в скорости работы (по сравнению с ММХ), если программное обеспечение определит, что работает с 6х86Мх и сможет использовать эти команды. Например, операции множественного накопления, часто использующиеся в приложениях с 3D-графикой, выполняются за 2 такта вместо 3 тактов у Intel. Процессор 6х86Мх на 150-200% быстрее, чем аналогичный по тактовой частоте 6х86.

Некоторые особенности Cyrix 6х86Мх: встроенный кэш 1-го уровня 64Кб; технология – 0,25микрон; количество транзисторов~6,5млн.; тактовые частоты – 180, 200, 225, 233МГц.

Линейный ряд микропроцессоров Pentium получил дальнейшее развитие с представлением фирмой Intel в 1997г. процессора Pentium II. Если считать Pentium MMX обычным Pentium, только с ММХ – расширениями в наборе команд, то есть основания утверждать, что Pentium II – это усовершенствованный Pentium Pro с ММХ – расширениями. Действительно, в ядре процессора Pentium II гораздо меньше микро архитектурных отличий от Pentium Pro, чем между Pentium и Pentium Pro. Помимо введения блока, ответственного за выполнение операций ММХ, в новом процессоре удвоен объем кэш-памяти 1-го уровня (16Кб для команд и 16Кб для данных) и увеличено число внутренних буферов. Как и Pentium Pro, Pentium II выпускается с установленной кэш-памятью 2-го уровня, однако, в целях снижения стоимости процессора, она вынесена за пределы кристалла. Кэш 2-го уровня расположен рядом с процессором на плате картриджа SEC (Single Edge Contract) устанавливаемого в Slot 1 и функционирует на более низкой частоте, чем сам процессор, но быстрее, чем если бы он находился на системной плате.

Некоторые особенности процессора Pentium II: встроенный кэш 1-го уровня 32Кб; второго – 512Кб; технология 0,35микрон; внутренняя шина 300бит; количество транзисторов~7,5млн.; тактовые частоты 233, 266, 300, 333МГц; частота внешней шины – 66Мгц. Дальнейшее развитие этот модельный ряд получил в процессорах Pentium II работающих на тактовых частотах 350, 400, 450, 500МГц и использующих внешнюю шину на 100МГц.

Фирма Cyrix ответила на появление процессоров Pentium II выпуском процессора MII (5х86МII), сопоставимого с Pentium II 300МГц и использующего внешнюю шину 100МГц. Этот процессор устанавливается на материнскую плату с разъемом Socket 7. В 1998г. появился микропроцессор Cyrix Cayenne (Mxi), который является конкурентом Pentium II 400МГц. Он содержит специальные инструкции фирмы Cyrix для работы с 3D-графикой и задачами с плавающей запятой. Используется набор команд, совместимый с 3D-Now (фирмы AMD). Но польза от этих инструкций видна лишь в программах, написанных в расчете на них.

В офисных приложениях (большинство технических программ) эти процессоры имеют хорошую скорость, но вот для обработки графики современных игр они мало пригодны из-за медленного встроенного сопроцессора (для обработки чисел с плавающей запятой).

Фирма AMD также выпустила свой аналог процессора Pentium II. Это процессор К6, хотя и не имеющий более высокой производительности, но стоящий значительно дешевле. Процессор Pentium II потребовал серьезной перепланировки системной платы (Slot 1), тогда как К6 (как и MII) устанавливается в разъем Socket 7, предназначенный для обычного Pentium. Нужно отметить, что для полного использования возможностей процессора на плате должно быть предусмотрено «двойное питание» и соответствующий BIOS. Размер кэш 1-го уровня – 64Кб (32Кб для команд и 32Кб для данных). Такой размер позволяет преодолеть присущие стандарту Socket 7 ограничения в эффективности обмена с памятью, не позволявшие до последнего времени совместимым с Pentium процессорам достигать в реальных приложениях производительности Pentium Pro даже при сравнимом процессорном быстродействии.

Недостатком К6 является работа с ММХ - приложениями. Производительность при выполнении стандартных тестов на 5% ниже средней производительности ПК  процессором Pentium II, а в графических тестах ММХ она отставала уже на 20%. Но в тестах с выполнением фильтрации изображений и цветовым преобразованием процессор К6 показал примерно такие же результаты, как и Pentium II. Нужно отметить, что на рынке процессор К6 позиционируется как аналог упрощенного Pentium II – процессора Pentium Celeron.

Некоторые особенности AMD K6: встроенный кэш 1-го уровня 64Кб; технология изготовления 0,35 микрон; количество транзисторов~8,8млн.; тактовые частоты 166, 200, 233МГц.

Следующий процессор фирмы AMD – К6-3D (К6-2), позиционируется как прямой конкурент процессору Pentium II компании Intel. Процессор К6-3D содержит набор дополнительных команд для оптимизации работы с трехмерной графикой и звуком и имеет усовершенствованный сопроцессор. Процессор устанавливается в материнские платы с разъемом Socket 7. Технология изготовления – 0,25микрон, тактовая частота 266, 300, 350, 400, 450, 475МГц, количество транзисторов – 3,3млн., частота системной шины от 66 до 100МГц. Важнейшее усовершенствование в процессорах К6-2 – применение технологии 3DNow, функциональные возможности которой превосходят возможности технологии ММХ. В сотрудничестве с Cyrix и IDT AMD разработала для этой технологии, называвшейся раньше технологией AMD-3, набор из 21 команды, призванный повысить производительность 3D процессоров. Целью разработок было обеспечить провайдеров услуг Интернета единым набором команд на базе платформы Socket 7, ускоряющим расчеты с плавающей запятой, тем самым повышая производительность при работе с графикой.

Фирма Intel, не желая терять нишу дешевых настольных компьютеров, разработала модификацию Pentium II под названием Celeron. По существу, это 266 или 300МГц процессор Pentium II, чей картридж вставляется в разъем Slot 1. Но для его удешевления удален внешний контейнер и кэш 2-го уровня (все последующие, начиная с 300МГц процессоры с буквой А все же имеют кэш 2-го уровня 128Кб). И хотя Celeron можно установить в стандартную плату для Pentium II, был разработан более экономичный корпус PPGA (Plastic Pin Grid Array). Эти процессоры устанавливаются в «плоский» 370 – контактный процессорный разъем, известный как Socket-370. Это позволило уменьшить стоимость всего системного блока за счет использования более дешевой материнской платы. Сегодня процессоры Celeron производятся в 2 вариантах: как для Socket 370, так и для Slot 1.

Весной 1999г. фирма Intel выпустила процессор Pentium III (картридж SECC-2). Одним из новшеств стало использование потокового расширения - SIMD. К типу SIMD относится большинство мультимедийных инструкций ММХ, позволяющих оптимизировать обработку звука, видео и др. информации, что требует целочисленных вычислений. Было добавлено около 70 новых инструкций, которые предназначены для ускорения написанных в расчете на них игр, вспомогательных модулей Интернет, графических приложений и программ распознавания речи. Также были внесены изменения в блок взаимодействия с системной шиной: появилось 8 новых инструкций кэширования, увеличились внешние буферы. Однако процессор Pentium III сохранил прежнюю архитектуру  ядра Р6. Изготовленные по 0,25 микронной технологии, процессоры работают на частотах 450, 500, 550, 600МГц. После перехода на 0,18микронную технологию рабочие частоты будут доведены до 800МГц. Имеют встроенный кэш 1-го уровня 32Кб, 2-го – 512Кб и рассчитаны на работу с внешней шиной 100МГц, а также поддерживают технологию SSE. Разработчики уверяют, что Pentium III способен радикально повысить скорость работы в Интернет. Кроме того, одним из самых перспективных направлений является качественное распознавание речи и перевод устных фраз в письменную форму. За счет команд предварительной выборки и поточного запоминания Pentium III может существенно ускорить обработку данных по алгоритму Витерби, применяемым для распознавания речи. Ускорение видео для 3D было достигнуто еще внедрением набора инструкций ММХ, но и для SSE остался обширный фронт работ: по информации Интел, процессор без труда справится с кодировкой видео по стандарту MPEG-2 в режиме реального времени. Что касается офисных приложений, то вряд ли новые инструкции приведут к ощутимому приросту производительности. Согласно результатам предварительного тестирования, которое проводила сама Интел, показатель Business Winstone 99 под Windows 98 вырос на 1% для процессора Pentium III 450МГц по сравнению с P II 450МГц.

25 октября 1999г. компания Интел выпустила новую модель процессора Р III, известную под названием Coppermine. Главной особенностью чипа является размещение кэш 2-го уровня на одном кристалле с процессорным ядром. Впервые кэш на одном кристалле с CPU появился у Celeron, благодаря чему этот процессор получил столь широкое использование. По данным Интел, Coppermine ~20% быстрее P III при той же тактовой частоте.

Некоторые особенности Coppermine: интегрированная кэш-память 2-го уровня 256Кб работающей на частоте процессора; технология – 0,18микрон; использование внешней шины 133МГц; тактовые частоты 600, 677, 733МГц.

Появление в 1999г. процессора AMD Athlon (К7), явилось одним из самых ярких событий на рынке процессоров. Работающий на тактовых частотах 500, 550, 600, 750МГц, процессор имеет 3 блока вычислений с плавающей точкой, блок 3DNow, блок ММХ и очень мощный математический сопроцессор. Кэш 1-го уровня 128Кб, кэш 2-го уровня от 512Кб до 8Мб с частотой от 1/3 до 1/1 частоты процессора, поддержка кэш 3-го уровня на МП. Изготавливаются по 0,25микронной технологии и рассчитаны на работу с внешней шиной 200МГц. По результатам SPECfp_base95 производительность Athlon 550МГц на 46% выше, чем у P III с той же тактовой частотой и объемом кэш-памяти.

4.3. Внутренняя память, оперативная, постоянная, сверхоперативная.

Внутренняя память ПК делится на оперативную – ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), постоянную – ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и сверхоперативную (кэш-память).

ОЗУ – устройство, предназначенное для хранения и текущего изменения информации при работе ПК. Например, при запуске какой-либо программы она сначала считывается с винчестера или др. носителя в ОЗУ. Здесь она может сама себя изменять – стирать, дописывать, переписывать значения переменных, что необходимо для работы программ. ОЗУ работает с очень большой скоростью, современные чипы ОЗУ характеризуются временем доступа 8-10 наносекунд. Особенность ОЗУ – информация теряется сразу после выключения питания.

В современных ПК используются чипы ОЗУ в виде SIMM, DIMM. В перспективе будут использоваться модули RIMM.

Модули SIMM бывают двух видов:

30-и контактные (8 – разрядная шина данных) – использовались в АТ286 – 486 платах;

72-х контактные (16 – разрядная шина данных) – используются в большинстве 486 и во всех Pentium платах. В платах, выпущенных после 1998г. разъемы для них могут отсутствовать, в этом случае на них стоят только разъемы для DIMM.

Модули DIMM имеют 168 контактов (32 – разрядная шина данных) и получили наибольшее распространение в современных ПК на базе процессоров Pentium II, Pentium Celeron, Pentium III и аналогичных им.

По структуре памяти ОЗУ делится на:

FPM – Fast Page Mode;

EDO RAM – Extended Data Output RAM;

BEDO RAM – Burst EDO RAM;

SDRAM – Synchronous Dynamic RAM.

Память FPM долгое время считалась стандартной. Она применялась еще в АТ286, а также в модулях SIMM 30p и SIMM 72p.

Микросхемы динамической оперативной памяти – EDO RAM – отличались несколько лучшими характеристиками (быстродействие 60-70нс), чем память FPM. В EDO RAM добавлен набор регистров, благодаря которым данные на выходе могут удерживаться даже в течение следующего запроса к микросхеме. Такого эффекта можно добиться на обыкновенных FPM DRAM только в режиме чередования адресов. Немаловажным фактором использования такой памяти является то, что она полностью совместима по выводам с современными SIMM – модулями стандартной FPM DRAM. Микросхемы EDO RAM выпускались и в виде модулей DIMM. EDO RAM стала фактическим стандартом для систем на базе Pentium, Pentium Pro.

Микросхемы BEDO RAM распространены значительно меньше, чем EDO RAM. Найти их сегодня в свободной продаже практически невозможно. Хотя при соответствующей аппаратной поддержке BEDO RAM способна обеспечить такую же производительность, как и SDRAM.

Микросхемы SDRAM обладают быстродействием (8-12 нс.), необходимом для использования в ПК с процессорной шиной 100МГц, что обуславливает их применение в современных системах на процессорах Pentium Deshutes, AMD R6, Cyrix 6x86MX. При стандартных частотах 66МГц она имеет большой запас, что положительно влияет на общую устойчивость ПК. Последние разработки SDRAM могут работать и на частоте 133МГц.

ПЗУ (ROM) – постоянное запоминающее устройство, используется, как правило, для хранения BIOS – базовой системы ввода-вывода, а также программ тестирования, выполняющихся при начальной загрузке ПК. Микросхемы ПЗУ выпускаются как специализирующимися на них фирмами, такими как AMI, Award, Phoenix, так и непосредственно производителями ПК – IBM, Compaq и др.

Сверхоперативной памятью (кэш – памятью) называется память, расположенная «между» процессором и ОЗУ. Кэш – память является очень быстрой и используется для хранения наиболее часто используемых участков оперативной памяти. Это могут быть как данные, так и команды процессора. Кэш – память, расположенная на одном кристалле с ядром процессора, называется кэш – памятью 1-го уровня (L1). В случае если кэш-память расположена на картридже процессора, а не на одном с ним кристалле, она называется кэш-памятью 2-го уровня (L2). Кэш-память может располагаться также и на материнской плате в виде самостоятельных микросхем. По типу корпуса кэш-память делится на DIP и COAST. По объему кэш-память относительно невелика, как правило, от 16Кб до 512Кб. Кэш-память различается также по своей тактовой частоте. Чем ближе тактовая частота работы кэш-памяти к частоте самого процессора, тем выше быстродействие ПК.

5.   Внешние устройства.

5.1. Дисплеи. Клавиатуры.

Дисплей является внешним устройством вывода визуальной информации.

Дисплеи (мониторы) по своим характеристикам делятся на следующие типы: EGA, CGA, VGA, SVGA. В силу того, что мониторы EGA, CGA, VGA морально устарели и больше не выпускаются, не имеет смысла их рассматривать.

SVGA – разрешающая способность и цветовая палитра определяются как возможностями самого монитора, так и возможностями контроллера SVGA. Качество изображения, получаемого на экране монитора, зависит от параметров ЭЛТ и управляющих ею электронных схем. К основным параметрам относятся: размеры экрана и «зерна» и связанное с ними оптическое разрешение, определяющее количество отображаемой информации и возможную степень ее детализации; скорость обновления изображения (частота кадровой развертки), определяющая степень подавления мерцания. На восприятие изображения оказывает существенное влияние и то, насколько экран черный (от этого зависит контрастность) и плоский (выше естественность, шире угол обзора, меньше бликов).

Размер экрана подразделяется на 14-дюймовый (36см), 15-дюймовый (39см), 17-дюймовый (44см), 19-дюймовый (49см) и 21-дюймовый (54см). Эти цифры указывают размер ЭЛТ по диагонали. Следующим фактором, определяющим качество изображения – размер зерен его экрана (0.22, 0.26, 0.28, 0.29, 0.31). Чем меньше зерно, тем лучше изображение.

Подавляющее большинство современных мониторов обладает довольно высокими электрическими характеристиками. За последнее время существенно выросли скорости вертикальной развертки (не менее 75-85Гц при максимальных рекомендованных разрешениях и намного больше при более низких). Увеличилось количество регулировок, что позволяет в большинстве случаев снизить всевозможные нелинейности.

В последнее время в продаже появились мониторы с жидкокристаллическим экраном – LCD мониторы. Их преимущества перед обычными – абсолютно плоский экран, отсутствие геометрических искажений. Недостаток – очень высокая цена и относительно малый угол обзора.

Клавиатура является внешним устройством ввода информации в ПК.

Как известно, клавиатура пока является основным устройством ввода информации в компьютер. Это устройство представляет собой совокупность механических датчиков, воспринимающих давление на клавиши и замыкающих тем или иным способом определённую электрическую цепь.

Сначала использовались 83-х клавишные клавиатуры, затем вместе с АТ появилась 84-х клавишная. Подавляющее большинство современных IBM PC совместимых используют расширенную клавиатуру. Основные улучшения по сравнению с АТ-клавиатурой касается общего числа (101 и выше) и расположения клавиш. Наиболее стандартным является расположение QWERTY: порядка 60 клавиш с буквами, цифрами, знаками пунктуации и другими символами и ещё около 40 функциональных клавиш.

В настоящее время наиболее распространены два вида клавиатур: с механическим и мембранным переключателями. В первом случае датчик представляет собой традиционный механизм с контактами из специального сплава. Несмотря на то, что эта технология используется уже несколько десятилетий, фирмы- производители постоянно работают над её модификацией и улучшением. Стоит отметить, что в клавиатурах известных фирм контакты переключателей позолоченные, что значительно улучшает электрическую проводимость.

Технология, основанная на мембранных переключателях, считается более прогрессивной, хотя особых преимуществ не даёт.

Наиболее удобными в использовании являются эргономичные клавиатуры, используемые профессиональными операторами. Также удобны в использовании беспроводные клавиатуры, связанные с ПК с помощью инфракрасных лучей.

5.2. Гибкие диски. Жесткие диски.

Гибкие диски (дискеты) позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии информации, содержащейся на жёстком диске.

Существуют два типа дисководов: дисковод, рассчитанный на дискеты размером 3,5 дюйма и устаревшая модель рассчитанная на дискеты 5,25 дюйма.

Сейчас в компьютерах используются накопители для дискет размером 3,5 дюйма (89 мм) и ёмкостью 0,7 и 1,44 Мбайта. Эти дискеты заключены в жёсткий пластмассовый конверт, что значительно повышает их надёжность и долговечность. Поэтому дискеты 5,25 дюйма практически вытеснены.

На дискете 3,5 дюйма имеется специальный переключатель - защёлка, разрешающая или запрещающая запись на дискету. Запись разрешена, если отверстие закрыто, и запрещена, если оно открыто.

Перед первым использованием дискету необходимо специальным образом инициализировать. Это делается с помощью программы DOS Format или специальной Windows программой. Дискеты производятся практически всеми ведущими компьютерными компаниями.

Накопители на жёстких дисках (винчестеры) предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: операционных систем, оболочек, офисных приложений, специализированных пакетов программ, и другого ПО.

Объем информации, который позволяет записать современный винчестер, очень велик – от 800Мб до 20Гб. Кроме того, винчестеры работают на несколько порядков быстрее дисководов. На винчестер программы переписываются с дискет или другого накопителя информации.

Винчестер содержит один или несколько собственно магнитных дисков (носителей), у которых для записи используются обе поверхности или только одна. Количество магнитных головок равно количеству рабочих поверхностей. Стоимость носителей и магнитных головок составляет значительную часть общей стоимости НЖМД, поэтому основным способом повышения емкости является увеличение объема информации, записываемой на одном носителе, а не количество носителей и головок.

Наиболее перспективный подход связан с увеличением плотности записи, что возможно только при применении магниторезистивных головок. Повышенная плотность записи дает и еще одно важное преимущество – более высокую скорость считывания и записи данных (внутреннюю скорость передачи) при прочих равных условиях. Уже сейчас предлагаются НЖМД с очень высокой плотностью записи – 1,7; 2,2 и даже 3,2 Гб на носитель, достигнутой за счет применения магниторезистивных головок и цифрового канала записи PRML.

Для лучших моделей НЖМД интерфейса IDE частота вращения составляет 7200об/мин, а среднее время поиска 9мс или чуть меньше. Эти значения являются следствием компромисса между производительностью и стоимостью. Более высокие параметры – частота вращения 10000об/мин и время поиска 5мс – достигаются только в НЖМД высокого класса с интерфейсом SCSI, используемых, как правило, в файл-серверах, графических рабочих станциях и в других областях, требующих минимального времени доступа к информации. Современные НЖМД являются надежными устройствами. Средняя наработка на отказ составляет не менее 500 000ч, срок службы – 5-7лет.

5.3. Принтеры. Плоттеры.

Для печати подготовленного на ПК текста и графики применяются специальные печатающие устройства – принтеры. По способу действия они делятся на матричные, струйные, лазерные, лепестковые и термопечатающие. Сначала наибольшее распространение получили матричные и лазерные принтеры, а с 1993г. – и струйные. Первые надежны в эксплуатации и относительно недороги, вторые – обеспечивают высокое качество печати при самой высокой скорости, третьи обладают хорошими показателями по всем этим параметрам.

Матричные принтеры используют ударно-игольчатый принцип печати. По качеству печати матричные принтеры серьезно уступают струйным и лазерным. Они значительно более шумные, т.к. механизм печати базируется на ударном способе (в разных моделях 9 или 24 ударных игл). Сегодня почти все подобные принтеры монохромные. Матричные принтеры, как правило, применяются там, где важны скорость, простота и дешевизна процесса печати. Другим плюсом является возможность печати на многослойных бланках (распечатка одновременно до 6 копий на листах проложенных через копировальную бумагу). Исключительно дешевы и расходные материалы (краска, лента). Сегодня матричные принтеры используются там, где требуется печатать большой объем документов и при этом необходимо сразу получить несколько копий – платежных поручений, билетов, накладных, счетов, наклеек с адресами или штрих-кодами и других финансовых, торговых и складских документов.

Струйный принтер использует технологию, основанную на выстреливании капли жидкости из специального сопла. Печатающая головка, содержащая чернила, имеет группу из мельчайших сопел, каждое из которых в диаметре тоньше человеческого волоса. Позади каждого сопла на миниатюрном резисторе расположен микро резервуар с чернилами. Когда резистор нагревается проходящим по нему электрическим током, окружающие его чернила вскипают, образуя при этом небольшой пузырек пара. Этот расширяющийся пузырек выталкивает из сопла на бумагу мельчайшие капли чернил, вылетающие со скоростью около 700км/ч. после того, как капля выброшена на бумагу, паровой пузырек сжимается, а резистор в это время ожидает следующего нагрева под действием другого токового импульса. Такой цикл занимает долю секунды, позволяя тем самым принтеру печатать быстро и бесшумно, выталкивая капельки диаметром не более 0,16мм. Другая технология струйной печати основана на использовании головки из множества тонкослойных пьезоэлементов, включенных в многослойную керамическую конструкцию. Каждый такой элемент имеет толщину всего 20мк. Источником давления служит мембрана, приводимая в колебательное движение пьезоэлектрическим способом. Отсутствие тепла создает ряд преимуществ. Простой и хорошо управляемый электрический процесс позволяет более прицельно выстреливать чернила на бумагу.

Страницы: 1, 2, 3