Устройства, располагаемые на материнской плате

1. Оперативная память (RAM – Random Access Memory).

С физической точки зрения различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Динамическая память – это основной вид оперативной памяти (ОЗУ) компьютера, наиболее распространенный и экономически доступный вид, но она требует перезаписи (регенерации данных) миллионы раз в секунду и вызывает непроизводительный расход ресурсов системы.

Каждая ячейка памяти (байт) имеет свой адрес. Адресация в процессорах Intel Pentium – 32-разрядная, т. е. можно создать до 2³² (до 4,3 миллиарда адресов) или максимально можно обратиться к полю памяти в 4,3 ГБ.

В настоящее время в компьютерах применяются модули оперативной памяти от 128 до 2048 МБ: однорядные (SIMM) и двухрядные (DIMM). Время доступа в современной ОЗУ – от 10 до 7 наносекунд и менее. При увеличении ёмкости оперативной памяти в 2 раза производительность компьютера возрастает на 75%.

Статическая память выполняется на триггерах, в которых хранится не заряд, а состояние (включен - выключен), поэтому не требует времени на перезапись и обеспечивает более высокое быстродействие, но сложнее и дороже. Она используется в качестве вспомогательной (кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы PC (от нескольких сот килобайт до единиц мегабайт).

2. Процессор, внутренние ячейки которого называются регистрами.

Данные, поступающие в некоторые специальные регистры процессора становятся адресами или командами, модифицируются в нем, в результате чего процессор обеспечивает управ­ление работой PC.

С устройствами компьютера процессор соответственно связан шинами, их три типа:

- шина данных;

- адресная шина;

- командная шина.

Шина данных обеспечивает передачу данных из ОЗУ в процессор и обратно и имеет 64 разряда, или на обработку одновременно поступает 8 байтов данных.

Адресная шина Intel Pentium имеет 32 разряда (файловая таблица адресов FAT 32).

Командная шина обычно имеет 32 разряда, но существуют 64-разрядные и даже 128-разрядные командные шины.

Совместимость процессоров заключается в том, что должны быть одинаковыми или близкими системы команд.

Процессоры могут иметь расширенную и сокращенную систему команд.

Процессоры Intel Pentium имеют расширенную систему (более 1000 команд). Это CISC-процессоры (Complex Instruction Set Computing). Они применяются в основном для универсальных вычислительных машин.

В середине 80-х появились процессоры с сокращенной системой команд RISC (Reduced Instruction Set Computing). Так как команд меньше, каждая из них выполняется процессорами много быстрее. Однако при необходимости выполнение сложных команд достигается путём эмулирования их последовательностью простых команд. Скорость выполнения команд в этом случае соответственно падает. Такие процессоры используются в специализированных системах.

Группы процессоров, имеющих ограниченную совместимость, рассматривают как семейства процессоров. Например, все процессоры Intel Pentium относятся к семейству х86. Родоначальником был 16-разрядный процессор Intel 8086, на базе которого создавалась первая модель компьютера IBM PC (PC XT) в 1983 г.

Затем были выпущены компьютеры PC AT с процессорами Intel 80286 (1985 г.), Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium 60, 66, 75, 90, 100, 120, 133, 166, 200, 233 . Более поздняя линейка процессоров: Intel Pentium MMX, Intel Pentium Pro, Intel Pentium 2, Intel Pentium 3.

В настоящее время выпускаются: Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, Intel Core i7 и Intel Atom.

Все эти модели, а также процессоры фирм AMD (Athlon X2 Dual-Core, Phenom X4 Quadro-Core) и VIA (VIA Nano) также относятся к семейству х86 и обладают совместимостью по принципу "сверху вниз".

Основные параметры процессоров: рабочее напряжение, разрядность, рабочая тактовая частота, коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты и размер кэш-памяти.

Ранние модели процессоров имели рабочее напряжение 5 В, а в настоящее время оно составляет менее 1,5 В.

Современные процессоры, начиная с 80386, имеют 32-разрядную архитектуру и имеют максимальную частоту до 3,6 ГГц.

Тактовая частота сигналов от материнской платы, передаваемая через шину составляет в настоящее время из-за физических ограничений 100-133 МГц.

Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение тактовой частоты в 3 – 6 раз и более. С учетом внутреннего умножения рабочая тактовая частота процессора составляет 533 - 800 МГц и более (до 1333 МГц).

Созданные к настоящему времени так называемые «двухъядерные» процессоры (Intel Core 2 Duo), позволяют значительно повысить частоту обработки данных. В частности, процессор Core 2 Duo с штатной частотой 1,86 ГГц обеспечивает частоту обработки более 3 ГГц.

3. Кэш-память

Для ускорения работы (уменьшения количества обращений к сравнительно "медленной" оперативной памяти) внутри процессора создают кэш-память. Чем больше кэш-память, тем больше производительность процессора (от 16 до 128 КБ). Это - кэш-память первого уровня.

Кэш-память второго уровня исполняется, как правило, на отдельном кристалле и работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора и имеет емкость от 512 КБ до 4 МБ.

Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. Наличие такой памяти ёмкостью 256 КБ увеличивает производительность компьютера на 20%.

Кэш-память третьего уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.

Кэш-память третьего уровня выполняется на микросхемах типа SRAM и размещается на материнской плате. Ее размер также может достигать нескольких МБ, но работает она на частоте материнской платы.