3.4.3. Основные компоненты системного блока.

В системном блоке расположены системная плата, на которой размещена микросхема процессора, набор микросхем системной логики, называемый чипсетом (chipset), модули оперативной памяти, разъемы для подключения карт расширения внешних устройств и шины, которые соединяют все эти компоненты, как видно на рисунке 3.24.

Рис. 3.24. Системный блок с открытой крышкой

3.4.4. Системная плата.

Системная плата. Системная плата (ее еще называют главной или материнской платой) является важнейшей частью любого персонального компьютера (рис.3.25).

Рис. 3.25. Системная плата

Системная плата — это основная плата, которая не только содержит схемные компоненты компьютера, но и определяет его потенциальные возможности и эффективность работы. На системной плате, как правило, располагаются процессор, микросхемы системной логики (чипсеты) и BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода/вывода), память, интерфейсы внешних устройств хранения данных, последовательные и параллельные порты, шины расширения и все контроллеры, необходимые для взаимодействия со стандартными периферийными устройствами — монитором, мышью, клавиатурой и дисководами.

Первоочередная задача системной платы состоит в координации работы всех внутренних компонентов персонального компьютера, т.е. она является связующим звеном всех компонентов компьютера, как показано на рис. 3.26.

Рис.3.26. Материнская плата, как связующее звено

Все современные платы исполняются на основе чипсетов — наборов микросхем, обеспечивающих соединение всех основных компонентов системной платы. Чипсет состоит из двух микросхем, поддерживающих шины различных устройств процессора, памяти, видеосистемы, внешних устройств. Традиционно сложилось так, что эти микросхемы процессора называют северным мостом (Northbridge) и южным мостом (Southbridge).

Северный мост отвечает за связь процессора с памятью и памяти с видеосистемой (AGP). Южный мост обеспечивает поддержку интерфейсов внешних и внутренних устройств, в частности накопителей на жестких и гибких магнитных дисках, функции контроллера шины PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB и т.п. На большинстве системных плат ATX микросхема южного моста располагается рядом с разъемами IDE и накопителя на гибких дисках. На этой микросхеме, как правило, указывается и компания-изготовитель чипсета.

Лидерами на рынке чипсетов являются такие компании, как Intel, nViDiA, ViA, ATi, SiS.

Ведущих компаний производителей системный плат несколько больше: ASUS, ABIT, Gigabyte, Chaintech, Soltek, MSI, Albaron.

3.4.5. Процессор

Процессор — один из важнейших компонентов компьютера — управляет всеми его ресурсами и выполняемыми программами. Именно технические параметры процессора в значительной степени определяют возможности компьютера

Процессор — это специальная интегральная микросхема, расположенная на системной плате, которая выполняет все основные вычислительные операции и операции, связанные с управлением: складывает, вычитает, умножает, делит числа, хранящиеся в памяти компьютера. Процессор функционирует под управлением программных средств, преобразуя входную информацию в выходную. Преобразования осуществляются системой команд, последовательность которых задается программой решения соответствующей задачи. Именно программы сообщают процессору необходимую последовательность операций.

Современная модель процессора представляет собой сложнейшую систему, включающую множество устройств: блок управления, регистры, кэш-память, арифметико-логическое устройство, интерфейс системной шины и т. д. Все эти устройства состоят из множества отдельных элементов, называемых транзисторами. Каждый процессор включает в себя десятки миллионов таких элементов.

Если не касаться тонкостей реализации основных устройств процессора, принцип его функционирования можно описать следующим образом. Блок управления загружает команды и данные из оперативной памяти в кэш-память, а затем в регистры процессора. Далее арифметико-логическое устройство извлекает команды и данные из регистров и производит над ними заданные операции. Результаты выполнения команд сначала помещаются в кэш-память, а затем записываются в оперативную память.

Следует помнить, что перемещение данных между жестким диском, оперативной памятью и процессором осуществляется в двух направлениях (рис. 3.27). При выполнении программы процессор генерирует результирующие данные, которые передаются в оперативную память, а затем записываются на жесткий диск, благодаря чему сохраняются после выключения компьютера.

Между процессором и оперативной памятью передаются не только инструкции программ и данные. Процессор обладает способностью принимать сигналы, поступающие от внешних устройств, и в частности от клавиатуры и мыши, обрабатывать их и сообщать другим устройствам, предположим, монитору или звуковой карте, какие действия необходимо выполнить в соответствии с принятыми сигналами (например, отобразить на экране символ или воспроизвести аудиозапись).

Процессор связывается с оперативной памятью не напрямую, а через вспомогательный чип (микросхему), который называется северным мостом. Тот, в свою очередь, соединен такой же системой проводников с оперативной памятью. Обратите внимание, что при этом используется несколько десятков проводников, идущих от процессора к северному мосту и далее, от северного моста к модулям оперативной памяти, причем ширина каждого из них не превышают нескольких долей микрона. Такая система проводников, используемая для передачи данных, называется шиной. Шина, соединяющая процессор, северный мост и оперативную память, носит название системная шина.

Системная шина состоит из двух частей: шины данных, предназначенной для передачи данных и программ, и шины адресов, которую процессор использует для передачи северному мосту сведений о местонахождении в оперативной памяти требуемой информации. Обычно адресная шина состоит из 32 или 36 линий, а шина данных — из 64 линий. Северный мост действует подобно связующему звену между процессором и другими компонентами компьютера.

Основными параметрами процессоров являются его рабочая частота, тип ядра и технология производства, частота системной шины, форм-фактор, объем кэш-памяти. Высокая рабочая частота процессора и системной шины обуславливает необходимость использования системы охлаждения. Как правило, в персональных компьютерах применяется воздушная система охлаждения, состоящая из металлического радиатора (устанавливается непосредственно на корпусе процессора) и вентилятора (рис. 3.28). Именно по наличию вентилятора и радиатора можно определить, где расположена микросхема процессора. На сегодняшний день практически весь рынок процессоров для персональных компьютеров контролируют компании AMD и Intel. Выпускаемые ими процессоры (рис. 3.29) различаются как параметрами, так и ценой, и ориентированы на различные группы пользователей.

Рис. 3.28. Воздушное охлаждение ЦПУ	Рис.3.29. ЦПУ с теплораспределительной крышкой и без нее.

Кэш-память

Обмен данными внутри процессора происходит в несколько раз быстрее, чем обмен с другими устройствами, например с оперативной памятью. Для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — так называемую кэш-память. Это как бы «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память. Принимая блок данных из оперативной памяти, процессор заносит его одновременно и в кэш-память. «Удачные» обращения в кэш-память называют попаданиями в кэш. Процент попаданий тем выше, чем больше размер кэш-памяти, поэтому высокопроизводительные процессоры комплектуют повышенным объемом кэш-памяти.

Нередко кэш-память распределяют по нескольким уровням. Кэш первого уровня выполняется в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт. Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и исполняется на отдельном кристалле. Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора. 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.