Аппаратные средства ПК
МОСКОВСКАЯ С/Х АКАДЕМИЯ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА
РЕФЕРАТ
ПО ИНФОРМАТИКЕ
на тему
«АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ПК»
Выполнила студентка
плодоовощного факультета
заочного отделения
группы
Завьялова Наталия Аркадьевна
Москва 2003 г. СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-4" \h \z Вступление.. \h 4
ISA, PCI, PCMCIA, USB, AGP, ACPI \h 6
Чем многопроцессорная плата отличается от обычной?. \h 7
Особенности современных интегрированных материнских плат.. \h 7
Теденции на рынке материнских плат.. PAGEREF _Toc53215348 \h 8
Замечания по OEM и Retail \h 9
Концепция «черного ящика». \h 9
Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат.. \h 10
Чипы памяти – упаковка и особенности работы.. \h 22
Печатные платы для модулей памяти. PAGEREF _Toc53215372 \h 23
The Accelerated Graphics Port (AGP) \h 26
Производительность текстурных карт.. \h 27
Основные характеристики мониторов. \h 32
Технологии Жестких Дисков: Общие термины.. \h 35
IDE (Integrated Drive Electronics) \h 35
ATA (Advanced Technology Attachment) \h 35
PIO Mode (Programmed I/O Mode) \h 35
DMA (Direct Memory Access) \h 35
MTBF (Mean Time Between Failure) \h 36
Типы жестких дисков: от IDE до Fiber Channel \h 36
Причины перехода с IDE/ATA на SerialATA.. \h 41
Связь компьютера с «внешним миром». \h 45
NIC - Network Interface card.. \h 47
Характеристики сетевого адаптера. \h 47
Критерии выбора сетевого адаптера. \h 48
Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair) \h 48
Вступление
Можно дать бесконечное множество формулировок, так или иначе формализующих применение термина «персональный компьютер», например:
- персональный компьютер – это такой компьютер, который может себе позволить купить отдельный человек;
- персональный компьютер – это совокупность физических и логических механизмов позволяющих решать те или иные проблемы с помощью или без помощи человека;
- персональный компьютер – это совокупность устройств, реализующих прием, хранение, обработку и последующий вывод информации в доступном человеческому восприятию виде.
Список далеко не исчерпывающий, но философская наполненность термина «персональный компьютер» в рамках курса «Информатика» нас не интересует, а потому выберем именно третий вариант формулировки и рассмотрим состав современного ПК в общем виде, не прибегая к конкретике; впрочем, истории применявшихся стандартов будет уделено достаточно места и времени.
Прежде чем приступить к обзору аппаратных средств ПК, необходимо ограничить тему определенными рамками, иначе обзор выйдет за пределы требований к учебным рефератам: «Нельзя объять необъятное» (К. Прутков). Ограничение это – условное. Мы рассмотрим лишь основные моменты, обратим внимание на вопросы, прежде не упоминавшиеся в рефератах студентов, но важные с точки зрения «конечного пользователя», и совершенно опустим вопросы компетенции профессионалов.
Основными вопросами в описанных границах являются базовые компоненты и их свойства любого компьютера – независимо от его принадлежности к той или иной платформе (Intel vs. AMD). Таким образом, кстати, мы избежим и holy war – ненужного и совершенно бесполезного обсуждения преимуществ одной платформы над другой.
С точки зрения подготовленного «конечного пользователя» наиболее важными вопросами можно считать, несомненно,
- материнскую плату;
- видеоподсистему;
- подсистему оперативной памяти;
- подсистему долговременного хранения информации;
- подсистему связи компьютера «с внешним миром».
Именно эти подсистемы имеют первостепенное значение в выборе аппаратной конфигурации «конечным пользователем», когда он самостоятельно решает, как именно потратить свои деньги.
Однако за пределами рассмотрения оставим подсистему пользовательского ввода/вывода (клавиатуру, мышь etc.) как, несомненно, весьма объемную и важную, но требующую минимальных познаний от «конечного пользователя».
Материнская плата
Материнская плата – единственный компонент ПК, который всегда содержится в компьютере. Именно она несет основные функции по объединению абсолютно всех компонентов ПК в согласованно работающее устройство.
Материнская плата – это не просто конструктивный элемент; как правило, именно ее функциональность определяет «мощность» компьютера. В ее состав входят все базовые компоненты, которые обеспечивают работу остальных подсистем ПК. Самыми главными из которых являются
- так называемый «чипсет»;
- BIOS;
- набор системных шин;
- разъем процессора;
- ряд других (вспомогательных) подсистем, которые обеспечивают удобство и функциональность конкретной материнской платы: подсистема электропитания, подсистема мониторинга физических и электрических параметров и т.д.
Что такое Chipset?
Chip Set - набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, специально разработанных для "обвязки" микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной - все те компоненты, которые в целом и обеспечивают согласованную работу всех аппаратных средств ПК. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств, а так же подсистемы мониторинга физических параметров.
Внешне микросхемы Chipset'а выглядят как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до нескольких сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы - OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. При этом используется только код микросхемы внутри серии: например, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние разработки используют и собственные имена; в ряде случаев это - фирменное название (Neptun, Mercury, Triton, Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips).
Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных – с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео и т.п.
Что такое BIOS?
Это Basic Input/Output System - базовая система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ («постоянное запоминающее устройство» - отсюда и название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе (reset) системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера (как правило – лишь наличие) - видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и запускает загрузку операционной системы. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Window 9x/NT/2000/XP BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку оборудования и настройку чипсета.
Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup - программа настройки аппаратных составляющих компьютера. Видеоадаптеры и контроллеры HDD с интерфейсом, например, SCSI имеют собственные BIOS в отдельных ПЗУ; их также могут иметь и другие платы - интеллектуальные контроллеры дисков и портов, сетевые карты и т.п.
Обычно BIOS для современных системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом фирм - Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже - Phoenix Technology, Microid Research; в данное время наиболее популярен Award BIOS 6.00. Некоторые производители плат (например, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают BIOS'ы для своей продукции. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей - в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы.
Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают «перешивку» BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать собственные экранные заставки и т.п.
ISA, PCI, PCMCIA, USB, AGP, ACPI
Все перечисленные стандарты – это аппаратные, программные или комбинированные комплексы, объединяющие в единую, согласованно работающую систему аппаратные составляющие любого ПК.
ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название - AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения.
PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних компонент) – шина периферийных устройств. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32 (расширенный вариант - 64/64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других, «не ПиСи», платформах. 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом.
PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - ассоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) - внешняя шина компьютеров класса NoteBook. Современное название модуля PCMCIA - PC Card. Предельно проста, разрядность - 16/26 (адресное пространство - 64 Мб), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение устройства в процессе работы компьютера (то есть без отключения питания компьютера). Конструктив - миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера.
USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная магистраль) - современный интерфейс для подключения различных внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внешних устройств к одному USB-каналу (по принципу общей шины), реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость обмена – от 12 Мбит/с в версии 1.0 до 480 Мбит/с в версии 2.0.
AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. В системной памяти размещаются преимущественно текстуры трехмерных объектов, требующие быстрого доступа со стороны как процессора, так и видеоадаптера. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP-видеоадаптер.
ACPI (Advanced Configuration Power Interface - интерфейс расширенной конфигурации по питанию) - предложенная Microsoft единая система управления питанием для всех компьютеров, наподобие используемой в NoteBook. В частности, позволяет предусмотрено сохранение состояния системы перед отключением питания, с последующим его восстановлением без полной перезагрузки.
Что такое кэш?
Cache (запас) в контексте терминов материнской платы обозначает быстродействующую буферную память между процессором и основной памятью. Кэш служит для частичной компенсации разницы в скорости процессора и основной памяти – там хранятся наиболее часто используемые данные. Когда процессор первый раз обращается к ячейке памяти, ее содержимое параллельно копируется в кэш, и в случае повторного обращения в скором времени может быть с гораздо большей скоростью выбрано из малого, но очень быстродействующего кэша, чем из относительно медленной основной памяти.
Процессоры 486 и выше имеют также внутренний (Internal) кэш объемом 8-16 кб. Он также обозначается как Primary (первичный) или L1 (Level 1 - первый уровень) в отличие от внешнего (External), расположенного на плате и обозначаемого Secondary (вторичный) или L2, а в наиболее современных процессорах – даже L3. Применение кэша совместно с обычной памятью примерно на 3-15% ускоряет обработку информации (в первую очередь – мультимедийной) процессором.
Чем многопроцессорная плата отличается от обычной?
На многопроцессорную плату можно устанавливать более одного процессора. Процессоры «разделяют» общую память и системную шину, работая на одной системной частоте. Для каждого процессора имеется свой внешний кэш. Процессоры устанавливаются либо непосредственно на плату, либо на специальные модули-переходники.
Многопроцессорные системные платы IBM PC имеют симметричную (SMP) архитектуру, в которой оба процессора равноправны, и в равной мере способны выполнять код как ОС, так и приложений.
Выигрыш от многопроцессорной системы можно получить лишь при использовании систем, поддерживающих такую архитектуру - Windows NT/2000/XP/2003, Solaris, SCO UNIX MPX, UNIXWare, Linux, FreeBSD. При этом различные подзадачи могут независимо и одновременно выполняться на различных (или всех одновременно) процессорах. В случае «однопроцессорной» ОС или при отсутствии активных процессов с более чем одной подзадачей дополнительные процессоры выигрыша не дают.
Большинство многопроцессорных плат может работать с меньшим количеством процессоров, чем предусмотрено конструкцией. В этом случае неиспользуемые разъемы либо оставляются свободными, либо заполняются специальными заглушками.
Особенности современных интегрированных материнских плат
Контроллеры I/O
Давайте вернемся во «…времена укромные, теперь почти былинные», когда слоты были большими, а количество контактов в них — малым, процессор с частотой выше 100 MHz казался верхом совершенства и Достижением Технической Мысли, а монитор VGA бывал не только цветным, но даже черно-белым (с градациями серого). Именно тогда началась «экспансия системных плат» на рынок карт расширения. Первой жертвой стали контроллеры жестких дисков IDE, COM/LPT-портов и флоппи-дисководов. Однако прошло время, и производители чипсетов вполне закономерно пришли к выводу, что «слишком что-то много их расплодилось», и… Сказано — сделано: контроллеры IDE (а иногда и коммуникационных портов) были интегрированы в чипсеты. Сразу же, кстати, и интерес к их быстродействию пропал — какие-то они в подавляющем большинстве оказались удивительно одинаковые, даже независимо от конкретного набора микросхем и его производителя.
Звук
Как это ни странно, вторым «кандидатом на вылет» стала звуковая подсистема. Что действительно странно — ибо даже на сегодняшний момент времени она не является, строго говоря, необходимой, причем в довольно большом количестве случаев. Однако для того чтобы понять, почему «мишенью интеграторов» был выбран именно компьютерный звук, нам придется разобраться с одним «фундаментальным» принципом — а по какому критерию вообще выбираются «мишени» в этой битве? Очевидный ответ — по степени необходимости данного компонента системы с точки зрения рядового («среднестатистического», хоть и не любим мы это слово) потребителя. Зачет? А вот и нет — ответ неправильный. Неправильный потому, что слишком простой и оторванный от реалий рынка. Который (рынок то есть) обслуживает, конечно же, именно нас, покупателей — но интересы у него при этом сугубо свои и с пользовательскими совпадают отнюдь не всегда. Основной же интерес известен, причем давно: сделать — дешевле, продать — дороже. Если при этом есть шанс «выбить» из некоего сектора рынка сегодняшних «соседей» (которые, как показывает практика, чаще всего завтрашние конкуренты) — вообще замечательно.
С этой точки зрения, учитывая рост производительности процессоров и системных шин, именно аудиоподсистема и являлась первейшим кандидатом на поглощение. Копеечный AC'97-кодек, разумеется, не мог соперничать по быстродействию с каким-никаким, но все-таки полноценным DSP, который размещался на звуковых картах того времени — ведь все его функции, кроме собственно превращения цифрового сигнала в аналоговый, реализуются программно, за счет драйверов. Для «процессора с частотой выше 100 MHz» (но не намного выше) AC'97-кодек стал бы натуральной «гирей на ногах». С появлением CPU класса Celeron или K6-2, обладающих к тому же поддержкой расширенных наборов мультимедийных инструкций, «честное» аудио было на массовом рынке просто обречено. Как это, собственно, и произошло. Сейчас рынок дешевых аудиокарт, предназначенных не для игр или качественного проигрывания звуковых дорожек к фильмам, а «чтобы из динамиков что-то звучало» — фактически мертв. Кстати, появление стандарта AC'97 2.2, предусматривающего возможность воспроизведения до шести каналов, стало первым «тревожным звонком» и для тех звуковых карт, которые ориентируются преимущественно на домашние кинотеатры… И опять-таки вспомним концовку предыдущего абзаца — с повсеместным распространением AC'97 Audio вопрос качества и производительности звуковой подсистемы компьютера опять-таки стал уделом немногих «фанатов», из сферы интересов рядовых пользователей практически пропав.
Видео
А вот на заре становления встроенного видео, пожалуй, впервые за всю историю экспансии, возникало ощущение, что производители и разработчики чипсетов «разинули рот слишком широко». Первые ласточки в виде VIA MVP4 и i810 рядовые пользователи практически единогласно «забраковали». Причем сейчас, с высоты прошедших лет, уже понятно почему: очень грамотно «сработали» конкуренты в лице разработчиков видеокарт и видеочипов. А результаты «разгромных» тестов того же i810, с «грустными» коротенькими столбиками диаграмм, еле-еле дотягивающимися до половины производительности самых дешевых внешних видеокарт? Вот уж воистину — «…как молоды мы были…». Тогда казалось, что скоро и интерфейсы станут трехмерными, и окна — выпуклыми и отбрасывающими тени, и работать за компьютером можно будет чуть ли не в шлеме виртуальной реальности… Однако «трехмерный бум» прошел, и сейчас все вдруг обнаружили (какая, однако, свежая мысль!), что высокоскоростное 3D на пользовательском десктопе нам по-прежнему нужно для одной-единственной вещи — для игр. И вот — чипсет со встроенной графикой для платформы Socket 478 — Intel i845G, и платы на его основе — хиты продаж по всему миру, а nForce2 IGP (Socket A) стремительно набрали популярность у конечных пользователей и сборщиков десктопов среднего уровня. Остается констатировать, что «шила в мешке не утаишь» — пользователь все-таки осознал со временем «свой интерес». И снова все та же картина — отказ от понятия производительности, падение интереса к техническим характеристикам… Дескать — показывает, и ладно. Может, в этом подходе действительно «что-то есть»? Рискнем предположить, что мы даже знаем, что именно — здоровое стремление освободить свою голову от решения надуманных, по сути, проблем. «Оно» ведь действительно «показывает», причем сейчас — уже довольно неплохо…
Ethernet
Размер современных Ethernet-карт (ориентированных на установку в десктопы, разумеется; серверные решения мы не трогаем) и количество деталей на них, сокращающееся с каждым годом, напрямую ведут к мысли, что оставшееся займет на системной плате каких-то 3-4 квадратных сантиметра, а текстолит на внешнем устройстве, а также изготовление, транспортировка и установка самого этого устройства — тоже, между прочим, денег стоят. Как бы не бoльших, чем один чип, трансформатор и пара резисторов. Кроме того, практически любой южный мост современного чипсета уже содержит в себе самом 10/100 Ethernet-контроллер (за исключением PHY — physical layer-части). Пожалуй, единственный шанс убедить пользователей в необходимости сохранения данного класса устройств как самостоятельного — это порождение еще одного мифа — о повсеместной необходимости Gigabit Ethernet. Впрочем, и такие чипы многие производители успешно интегрируют на платы уже сейчас.
Теденции на рынке материнских плат
И все же, общие тенденции на рынке системных плат прослеживаются не только отрицательные. Так, например, стремление к уменьшению размера и (параллельно) увеличению степени интеграции. Надо сказать, что пользователи в этом отношении тоже «избавились от фрейдистских комплексов» и перестали считать функциональность и общую привлекательность платы прямой производной от ее размера. Между прочим, что интересно — уже давно присутствующий на рынке формат MicroATX сейчас серьезно рискует, так и не набрав популярность, уступить пальму первенства еще более миниатюрным платам — FlexATX и Mini-ITX. Как оказалось, размер mATX-корпуса многие уже считают «недостаточно micro», и все больше приглядываются к симпатичным и совсем уж крохотным «кубикам» вроде изящного Shuttle XPC и ему подобных. С другой стороны, что также показательно — функциональность продуктов от уменьшения размера, оказывается, ничуть не страдает — даже на площади 170x170 мм некоторые производители умудряются уместить не только стандартные для современной высокоинтегрированной системной платы встроенное видео, аудио и Ethernet, но и Video Out с поддержкой S-Video и контроллер FireWire. Вот эту тенденцию, несомненно, следует отметить как одну из самых положительных.
Замечания по OEM и Retail
Вторая тенденция, которая также распространяется на всех производителей без исключения, — это резкое («все более резкое», мы бы сказали) разграничение позиционирования Retail- («коробочных») и OEM-продуктов.
Современная Retail-плата — это практически «всеобъемлющая» функциональность, поддержка всех без исключения шин, стандартов и интерфейсов, громадное количество дополнительных микросхем (иногда оно вдвое превышает число микросхем чипсета!), плюс целая куча планок, шлейфов, кабелей, различных «вставок» (чаще всего предназначенных для установки в пятидюймовый отсек корпуса). «Золоченые» радиаторы, кулеры с весело перемигивающимися светодиодами… И, разумеется, все это поставляется в каком-нибудь симпатичном пластиковом «чемоданчике», снабжается как минимум тремя-четырьмя компакт-дисками (в том числе с полезным и довольно дорогостоящим при «отдельной» покупке ПО), подробным руководством пользователя, наклейками с голографическим логотипом производителя… и иногда даже настольным календарем или брелоком. При одном взгляде на такой продукт приходит в голову слово «шикарно».
И, по сути, именно для того чтобы создать как можно более длительное впечатление «шика», это все и делается. Почему? Да потому, что все большее количество покупателей отказывается от самосбора, предпочитая готовые системы. А раз так — значит, во-первых, оставшимся нужно предоставить действительно весомые аргументы в пользу покупки отдельных комплектующих, а во-вторых — при уменьшении рынка сбыта единственный способ не «прогореть» — это увеличение цен. Резко взвинтить цены на старые модели или выпускать новые с той же функциональностью, но в полтора раза большей стоимостью — могут «не понять». Лучший выход, позволяющий соблюсти реноме, — выпуск плат сверхоснащенных. И пусть они будут немного дороже в производстве — зато появится «официальный повод» поднять цены хотя бы до того уровня, чтобы не работать себе в убыток.
Совсем другая ситуация наблюдается на OEM-рынке, где цена является «альфой и омегой» и экономится каждая копейка. Ведь основные потребители OEM-продукции (мы не берем в качестве примера отечественный рынок, где «OEM в розницу» до сих пор остается массовым явлением) — это не конечные пользователи, а сборщики готовых систем. Какая им разница, сколько граммов платины «проинтегрировано» в радиатор на северном мосту чипсета? Какое им, в общем-то, дело до того, какой это вообще чипсет?! Платформа перспективная? Продукт надежный? Стоимость низкая? Функциональность достаточная? «Заворачивайте, я это беру!». И не беда, что чипсет поддерживает четыре порта USB, а на заднюю панель выведено всего два, и дополнительной планки в комплекте нет. Не беда, что сетевой контроллер — не «породистый» Intel, а «середнячковый» Realtek. Производителя готовой системы волнует одно — будет пользователь доволен приобретенным товаром или нет. И если решено, что у обычного пользователя USB-устройств бывает в среднем одно, а максимум два — то вот он и ответ на все вопросы по поводу «недостающих» портов. Не нужно это. Большинству — не нужно. А для меньшинства есть Retail — там с планками все в порядке, можете быть уверены…
Аутсорсинг
Что же касается собственно компаний, то тут мы наблюдаем не менее интересное явление — при сохранении (ну или совсем незначительном уменьшении) количества торговых марок — очень сильное сокращение числа реальных производителей. Причем продукты от этих нескольких брэндов как-то уж очень подозрительно одинаково выглядят. Имя этому явлению — аутсорсинг (от английского outsourcing — заключение субдоговора на выполнение работ с внешними фирмами). Переход многих производителей на аутсорсинг — следствие общей ситуации на рынке системных плат.
Концепция «черного ящика»
В конце концов, мы придем к тому, что оцениваться плата будет как типичный «черный ящик» — внешние размеры, набор спецификаций интегрированных и устанавливаемых в нее устройств, плюс список поддерживаемых внешних шин. А что там внутри — кому это интересно, если «оно» нормально работает и не выходит из строя? Впрочем, для поклонников эксклюзива наверняка оставят «что-нибудь вкусненькое», просто таких продуктов станет намного меньше, чем даже сейчас. И действительно — ну какое количество любителей качественного видео или аудио делают сейчас телевизоры или усилители своими руками? Вряд ли человек, собирающий себе компьютер в 2010 году, будет выглядеть в глазах окружающих как-то по-другому.
Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат
На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX и Mini-ITX. Все эти спецификации, определяющие форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов, и описаны ниже.
AT
Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации - AT и Baby AT. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается.
Таким образом единственные материнские платы, выполненные в форм-факторе AT, доступные в широкой продаже, это платы соответствующие форматы Baby AT. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий.
Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.
Сегодня этот формат плавно сходит со сцены. Часть фирм еще выпускает некоторые свои модели в двух вариантах – Baby AT и ATX, но это происходит все реже и реже. Тем более, что все больше новых возможностей, предоставляемых операционными системами, реализуются только на ATX материнских платах. Не говоря уже просто об удобстве работы – так, чаще всего на Baby AT платах все коннекторы собраны в одном месте, в результате чего либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и FDD – к передней. Гнезда для модулей памяти, заезжающие чуть ли не под блок питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства MiniTower, это, мягко говоря, неудобно. Вдобавок, неудачно решен вопрос с охлаждением – воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся в охлаждении части системы – процессору.
LPX
Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-profile. Задача была решена путем довольно новаторского предложения - введения стойки. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX оставляет 9х13'', для Mini LPX - 8x10''.
После появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором.
ATX
Неудивительно, что форм-фактор ATX во всех его модификациях стал самым популярным. И никто не может сказать, что она необоснованна. Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена как раз на исправление всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT. А решение, по сути, было очень простым – повернуть Baby AT плату на 90 градусов, и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. Вот что получилось в результате:
· Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы, за счет уменьшения кабелей в комплекте.
· Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT материнских платах порой приходится браться за отвертку.
· Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысив надежность системы.
· Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением - теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор.
· Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем, вместо двух, как на AT платах. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой, и т.д.
· Напряжение 3.3 В. Теперь напряжение питания 3.3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы (взять хотя бы карты PCI) поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.
Конкретный размер материнских плат описан в спецификации во многом исходя из удобства разработчиков – из стандартной пластины (24 х 18’’) получается либо две платы ATX (12 x 9.6’’), либо четыре – Mini-ATX (11.2 х 8.2’’). Кстати, учитывалась и совместимость со старыми корпусами - максимальная ширина ATX платы, 12’’, практически идентична длине плат AT, чтобы была возможность без особых усилий использовать ATX плату в AT корпусе. Однако сегодня это больше относится к области чистой теории – AT корпус еще надо умудриться найти. Также, по мере возможности крепежные отверстия в плате ATX полностью соответствуют форматам AT и Baby AT.
microATX
Форм-фактор ATX разрабатывался еще в пору расцвета Socket7 систем, и многое в нем сегодня несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как 3 ISA/3 PCI/1 смежный. Несколько неактуально не сегодняшний день, не так ли? ISA, отсутствие AGP, AMR, и т.д. Опять же, в любом случае, 7 слотов не используются в 99 процентах случаев, особенно сегодня, с такими чипсетами как MVP4, SiS 620, i810, и прочими готовящимися к выпуску подобными продуктами. В общем, для дешевых PC ATX – пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений в декабре 1997 года и была представлена спецификация формата microATX, модификация ATX платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения.
По сути, изменения, по сравнению с ATX, оказались минимальными. До 9.6 x 9.6’’ уменьшился размер платы, так что она стала полностью квадратной, уменьшился размер блока питания. Блок разъемов ввода/вывода остался неизменным, так что microATX плата может быть с минимальными доработками использована в ATX 2.01 корпусе.
NLX
Со временем спецификация LPX, подобно Baby AT, перестала удовлетворять требованиям времени. Выходили новые процессоры, появлялись новые технологии. И она уже не была в состоянии обеспечивать приемлемые пространственные и тепловые условия для новых низкопрофильных систем. В результате, подобно тому, как на смену Baby AT пришел ATX, так же в 1997 году, как развитие идеи LPX, учитывающее появление новых технологий, появилась спецификация форм-фактора NLX. Формата, нацеленного на применение в низкопрофильных корпусах. При ее создании брались во внимание как технические факторы (например, появление AGP и модулей DIMM, интеграция аудио/видео компонентов на материнской плате), так и необходимость обеспечить большее удобство в обслуживании. Так, для сборки/разборки многих систем на базе этого форм-фактора отвертка не требуется вообще.
Основные черты материнской платы NLX, это:
· Стойка для карт расширения, находящаяся на правом краю платы. Причем материнская плата свободно отсоединяется от стойки и выдвигается из корпуса, например, для замены процессора или памяти.
· Процессор, расположенный в левом переднем углу платы, прямо напротив вентилятора.
· Вообще, группировка высоких компонентов, вроде процессора и памяти, в левом конце платы, чтобы позволить размещение на стойке полноразмерных карт расширения.
· Нахождение на заднем конце платы блоков разъемов ввода/вывода одинарной (в области плат расширения) и двойной высоты, для размещения максимального количества коннекторов.
WTX
В этой спецификации разработчики попытались отойти от привычной модели, когда материнская плата крепится к корпусу посредством расположенных в определенных местах крепежных отверстий. Здесь она крепится к BAP, причем способ крепления оставлен на совести производителя платы, а стандартный BAP крепится к корпусу.
Помимо обычных вещей, вроде размеров платы (14х16.75''), характеристик блока питания (до 850 Вт), и т.д., спецификация WTX описывает архитектуру Flex Slot - в каком-то смысле, AMR для рабочих станций. Flex Slot предназначен для улучшения удобства обслуживания, придания дополнительной гибкости разработчикам, сокращению выхода материнской платы на рынок. На подобных картах могут размещаться любые PCI, SCSI или IEEE-1394 контроллеры, звук, сетевой интерфейс, параллельные и последовательные порты, USB, средства для контроля за состоянием системы.
FlexATX
И наконец, подобно тому, как из идей, заложенных в Baby AT и LPX появился ATX, так же развитием спецификаций microATX и NPX стало появление форм-фактора FlexATX. Это даже не отдельная спецификация, а всего лишь дополнение к спецификации microATX. Глядя на успех iMac, в котором, по сути, ничего нового кроме внешнего вида и не было, производители PC решили также пойти по этому пути.
Теоретически, с некоторыми доработками, FlexATX плата может быть использована в корпусах, соответствующих спецификациям ATX 2.03 или microATX 1.0. Но для сегодняшних корпусов плат хватает и без этого, речь шла как раз о вычурных пластиковых конструкциях, где и нужна такая компактность. Intel продемонстрировал несколько возможных вариантов подобных корпусов. Фантазия дизайнеров разгулялась на славу – вазы, пирамиды, деревья, спирали, каких только не было предложено. Несколько оборотов из спецификации, чтобы углубить впечатление: «эстетическое значение», «большее удовлетворение от владения системой». Неплохо для описания форм-фактора материнской платы PC?
Flex – на то он и flex. Спецификация чрезвычайна гибка, и оставляет на усмотрение производителя множество вещей, которые прежде строго описывались. Так, производитель сам будет определять размер и размещение блока питания, конструкцию карты ввода/вывода, переход на новые процессорные технологии методы достижения низкопрофильного дизайна. Практически, более-менее четко определены только габариты – 9 х 7.5''. Кстати, по поводу новых процессорных технологий – Intel на IDF демонстрировал систему на FlexATX плате с Pentium III, который вплоть до осени пока заявлен только как Slot-1, а на фото – смотрите сами, да и в спецификации подчеркивается, что FlexATX платы только для Socket процессоров...
И напоследок, еще одно интересное откровение от Intel – года через три, в следующих спецификациях, блок питания, возможно, вообще будет находиться снаружи корпуса PC.
Процессор
Процессор (микропроцессор) - это «сердце» компьютера.
В технической литературе, пресс-релизах, а также в предварительных анонсах разработчиков и производителей нередко используются кодовые наименования процессоров и их архитектур. Однако после официального объявления эти же изделия становятся известны уже под другими именами. При этом из маркетинговых соображений процессорам, созданным по разной технологии и имеющим отличия в архитектуре своих ядер, часто присваиваются одинаковые имена. Такое положение вещей дезорганизует не только начинающих пользователей, но нередко и специалистов.
Ниже представлена попытка классификации и расшифровки фирменных (торговых марок) и кодовых имен процессоров, а также их ядер с приведением кратких характеристик. В качестве основы использована статья http://www.ixbt.com/cpu/codenames.php с добавлением материалов, опубликованных на сайтах и в фирменной документации производителей[1].
Intel
Pentium – первые процессоры семейства P5 (март 1993 г.). Тогда Intel, чтобы не повторить ошибки с i486 (суд отклонил иск к AMD по поводу названия «486»), решила дать своему изделию имя, которое впоследствии стало нарицательным. Первое поколение Pentium носило кодовое имя P5, а также i80501, напряжение питания было 5В, расположение выводов – "матрица", тактовые частоты – 60 и 66 МГц, технология изготовления – 0,80-микронная, частота шины равна частоте ядра. Выпускались в конструктиве под Socket 4.
Развитием этого семейства стал P54, он же i80502, напряжение питания ядра было снижено с 5 В до 3,3 В, расположение выводов – "шахматная матрица", технология – 0,50 мкм, а затем 0,35 мкм. Тактовая частота ядра – 75-200 МГц, шины – 50, 60, 66 МГц. Объем кэш-памяти L1 – 16Кбайт. Впервые она была разделена – 8 Кбайт на данные и 8 Кбайт на инструкции. Разъем Socket 7. Архитектура IA32, набор команд не менялся со времен процессоров i386.
Pentium MMX (P55, январь 1997 г.) стали следующими процессорами фирмы Intel. Добавился новый набор из 57 команд MMX. Технология – 0,35 мкм. Напряжение питания ядра уменьшилось до 2,8 В. Процессоры потребовали изменения в архитектуре материнских плат, так как двойное электропитание потребовало установки дополнительного стабилизатора напряжения. Объем кэш-памяти L1 был увеличен в два раза и составил 32 Кбайта. Внутренняя тактовая частота – 166-233 МГц, частота шины – 66 МГц. Рассчитаны на Socket 7. Стали последними в линейке процессоров Pentium для компьютеров Desktop.
Tillamook – кодовое наименование ядра процессоров Pentium, созданных в январе 1997 г. Предназначены для применения в портативных компьютерах. Технология – 0,25 мкм. Отличаются пониженным напряжением ядра и рассеиваемой мощности. Кэш-память L1 – 32 Кбайта, набор команд MMX. Тактовые частоты от 133 до 266+ МГц с частотой шины 60-66 МГц. Тип упаковки – TCP и MMC. Существуют переходники для установки Tillamook в гнездо Super 7.
Pentium Pro – первые процессоры шестого поколения, выпущенные в ноябре 1995 г. Впервые применена кэш-память L2, объединенная в одном корпусе с ядром и работающая на частоте ядра процессора. Процессоры имели очень высокую себестоимость изготовления. Выпускались сначала по технологии 0,50 мкм, а затем по 0,35 мкм, что позволило увеличить объем кэш-памяти L2 с 256 до 512, 1024 и 2048 Кбайт. Тактовая частота – от 150 до 200 МГц. Частота шины – 60 и 66 МГц. Кэш-память L1 – 16 Кбайт. Разъем Socket 8. Поддерживали все инструкции процессоров Pentium, а также ряд новых инструкций (cmov, fcomi и т.д.). В архитектуру была введена двойная независимая шина (DIB). В дальнейшем все новшества унаследовали Pentium II. Архитектура Pentium Pro значительно опередила свое время.
Pentium II/III – семейство P6/6x86, первые представители появились в мае 1997 г. Семейство этих процессоров объединяет под общим именем процессоры, предназначенные для разных сегментов рынка: Pentium II (Klamath, Deschutes, Katmai) – для массового рынка ПК среднего уровня, Celeron (Covington, Mendocino, Dixon и т.д.) – для недорогих компьютеров, Xeon (Xeon, Tanner, Cascades и т.д.) – для высокопроизводительных серверов и рабочих станций. Имеет модификации для Slot 1, Slot 2, Socket 370, а также соответствующие варианты для мобильных компьютеров.
Klamath – наименование ядра первых процессоров линейки Pentium II (январь 1997 г.). Технология – 0,35 мкм. Тактовые частоты ядра – 233-300 МГц. Частота шины – 66 МГц, кэш-память L1 – 32 Кбайт, кэш-память L2 – 512 Кбайт. Последняя для снижения стоимости процессора размещена на процессорной плате и работает на половине частоты ядра процессора. Дополнен MMX-блоком. Питание ядра – 2,8 В, конструктив – картридж SECC, разъем – Slot 1.
Deschutes – наименование ядра (январь 1998 г.) процессоров линейки Pentium II, сменившего Klamath. Технология – 0,25 мкм, питание ядра – 2,0 В. Тактовая частота – 266-450+ МГц, частота шины – 66, 100 МГц, кэш-память L1 – 32 Кбайта, кэш-память L2, размещенная на плате процессора, – 512 Кбайт. Разъем – Slot 1. Конструктив – картридж SECC, который в старших моделях был сменен на SECC2 (кэш с одной стороны от ядра, а не с двух, как в стандартном Deschutes; измененное крепление кулера).
Tonga – одно из кодовых наименований мобильных процессоров Pentium II – Mobile Pentium II. Построен на 0,25 мкм ядре Deschutes. Впервые появился в апреле 1998 г. Тактовая частота ядра – 233-300+ МГц, шины – 66 МГц. Выпускался в конструктиве Mini Cartridge Connector и Mobile Module Connector 1 и 2 (MMC-1 и 2).
Katmai – наименование ядра (сентябрь 1999 г.) процессоров Pentium III, пришедшего на смену Deschutes. Добавлен блок SSE (Streaming SIMD Extensions), расширен набор команд MMX, усовершенствован механизм потокового доступа к памяти. Техпроцесс – 0,25 мкм, тактовая частота – 450-600 МГц, кэш-память L2, размещенная на процессорной плате, – 512 Кбайт. Разъем – Slot 1. Частота шины – 100 МГц, но в связи с задержкой Coppermine были выпущены модели 533 и 600 МГц, рассчитанные на частоту шины процессора 133 МГц.
Celeron – семейство процессоров, ориентированных на массовый рынок недорогих компьютеров. В это семейство входят модели, созданные на основе архитектур Covington, Mendocino, Dixon, Coppermine и более новых. Впервые появились в апреле 1998 года. Выпускались вначале для Slot 1, в дальнейшем – для Socket 370, 423 и 478.
Covington – первые варианты процессоров (апрель 1998 г.) линейки Celeron. Построены на ядре Deschutes. Технология – 0,25 мкм. Тактовая частота – 266-300 МГц, частота шины – 66 МГц, кэш L1 – 32 Кбайта. Для уменьшения себестоимости процессоры выпускались без кэш-памяти второго уровня и защитного картриджа. Питание ядра – 2,0 В. Интерфейс – облегченный Slot 1, конструктив – SEPP (Single Edge Pin Package). Процессоры характеризовались сравнительно низкой производительностью, но, благодаря отсутствию кэш-памяти L2, отличались высокой устойчивостью работы в режимах разгона.
Mendocino – наименование ядра (август 1998 г.) процессоров линейки Celeron. Имеет кэш-память L2 объемом 128 Кбайт, интегрированную в кристалл процессора и работающую на частоте ядра, благодаря чему обеспечивается высокая производительность. Тактовая частота – 300-533 МГц, частота шины – 66 МГц. Учитывая, что на рынке уже существовал процессор с частотой 300 МГц, первая модель процессора, созданная на основе ядра Mendocino и имевшая ту же частоту, получила наименование Celeron 300A. Технология – 0,25 мкм. Питание ядра – 2.0 В. Первоначальный форм-фактор Slot 1 (300-433 МГц) постепенно был вытеснен Socket 370 (300-533 МГц).
Dixon – наименование ядра, а также кодовое имя процессоров, ориентированных на применение в портативных компьютерах. Технология – 0,25 мкм, в дальнейшем – 0,18 мкм. Объем кэш-памяти первого уровня – 32 Кбайта. Как и в Mendocino, кэш-память L2 расположена на чипе, однако ее объем увеличен до 256 Кбайт. Тактовая частота – 300-500 МГц, частота шины – 66 МГц. Официальная классификация – мобильные процессоры Pentium II.
Coppermine – наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Технология – 0,18 мкм. Характеризуется наличием интегрированных на чипах процессоров 256 Кбайт кэш-памяти L2 для Pentium III и 128 Кбайт – для Celeron. Частота – от 533 МГц и выше. Наряду с FSB100 МГц версиями Pentium III выпущены и варианты FSB133 МГц. Последние процессоры, рассчитанные на Slot 1, постепенно были вытеснены изделиями в конструктиве FC-PGA 370, рассчитанными на разъем Socket 370. Частота шины для процессоров Celeron – 66 МГц, а начиная с модели Celeron 800 – 100 МГц. Напряжение питания ядра – от 1,5 В до 1,7 В.
Coppermine T – наименование ядра процессоров Pentium III и Celeron. Является переходной ступенью от ядра архитектуры Coppermine к ядру архитектуры Tualatin. Создан по технологии 0,18 мкм. Ориентирован на работу с чипсетами, поддерживающими процессоры с ядром Tualatin.
Tualatin-256K – кодовое наименование ядра и процессоров Socket 370 Pentium III, сделанных по 0,13 мкм техпроцессу. Это последние Pentium III. Отличаются от Coppermine более совершенными архитектурой и технологией производства. Характеризуются пониженным напряжением питания и меньшим энергопотреблением. Рабочая частота моделей для Desktop с FSB 100 МГц – 1,0, 1,1 ГГц, а с FSB 133 МГц – 1,13 ГГц и выше.
Tualatin-512K – кодовое наименование ядра и процессоров. Содержит ядро Tualatin, но имеет 512 Кбайт кэш-памяти L2. Процессоры предназначены исключительно для мобильных устройств, соответствующие версии для Desktop не запланированы, чтобы не конкурировать с Pentium 4. В архитектуре процессоров, созданных на основе ядра Tualatin-512K, осуществлена поддержка технологий энергосбережения. Стандартное напряжение ядра – 1,4 В и ниже.
Tualatin-512K DP – кодовое наименование ядра и процессоров для серверов и рабочих станций.
Pentium III-M – мобильные процессоры нового поколения, изготовленные с использованием 0,13-микронного технологического процесса. Имеют новые средства управления энергопотреблением SpeedStep, Deeper Sleep и т.п. Стандартное напряжение ядра – 1,4 В и ниже.
Pentium III-S – процессоры с ядром Tualatin, технология – 0,13 мкм, кэш L2 – 512 Кбайт, рабочие частоты – с 1,13 ГГц. Предназначены для двухпроцессорных конфигураций.
Timna – кодовое наименование процессоров, созданных на основе ядра Coppermine с кэш-памятью L2 128 Кбайт, интегрированными на чипе графическим ядром и контроллером оперативной памяти. Ориентированы на сверхдешевые PC и телеприставки. Выпуск отменен фирмой Intel вследствие бесперспективности изделия.
Banias – кодовое наименование процессоров, архитектура которых сходна с Timna. В чип интегрированы вычислительное ядро процессора, графическое ядро, а также северный мост чипсета. В отличие от Timna поддержка RDRAM не предусматривается. Кроме версии со стандартным питанием выпущены варианты Low Voltage и Ultra Low Voltage. В основу ядра нового процессора Banias положена модифицированная архитектура Pentium III, но без гиперконвейерной организации, присущей процессорам Pentium 4.
Xeon – официальное наименование линейки процессоров, ориентированных на использование в составе мощных серверов и рабочих станций.
Первые варианты были построены на ядре Deschutes. Являются заменой процессоров Pentium Pro. Технология – 0,25 мкм. Процессорный разъем Slot 2. Процессоры этого типа способны работать в мультипроцессорных конфигурациях. Кэш-память L2 имеет объем 512, 1024, 2048 Кбайт, что во многом определяет высокую стоимость и тепловыделение.
В процессе совершенствования технологии осуществлен выпуск разных моделей процессоров Intel Pentium III Xeon на основе ядра Coppermine с постепенным переходом на архитектуру Tualatin.
Первые модели на архитектуре Tualatin: Intel Pentium III Xeon DP (DP – double processor) – напряжение на ядре 1,10-1,15 В, техпроцесс 0,13 мкм, 512 Кбайт L2, 133 МГц FSB, чипсеты ServerWorks HE-SL и ServerWorks LE-3; Intel Pentium III Xeon MP (MP – multiprocessor) – 1 Мбайт L3 на кристалле для 8-процессорных систем и 512 Кбайт L3 на кристалле для 4-процессорных систем, 1,60 ГГц и выше.
Серверные варианты процессоров, построенных на основе архитектуры Pentium 4 с ядром Foster, получили наименование Intel Xeon. Первые представители этих процессоров имели рабочие частоты 1,7 ГГц и были рассчитаны на использование разъема Socket 603. Первоначально предназначены для рабочих станций высшего и среднего класса с поддержкой двухпроцессорных конфигураций. Поддержку работы Intel Xeon осуществляет чипсет i860, цена которого значительно выше цены i850, используемого совместно с процессорами Pentium 4.
Tanner – кодовое наименование Pentium III Xeon. Предназначен, в первую очередь, для High-End серверов. Тактовая частота от 500 МГц, частота системной шины 100 МГц, CSRAM-кэш второго уровня объемом 512, 1024 и 2048 Кбайт работает на частоте процессора. Поддерживается MMX и SSE, кэш-память L1 – 32 Кбайта.
Cascades – кодовое наименование Pentium III Xeon, созданного на базе технологического процесса 0,18 мкм. Является серверным вариантом Coppermine. На чипе содержится кэш L2 256 Кбайт, тактовая частота от 600 МГц, частота шины процессора – 133 МГц. Первые варианты работают только в двухпроцессорных конфигурациях и только на частоте системной шины 133 МГц. В конце 2000 года объем кэш-памяти L2 на чипе был увеличен до 2 Мбайт. Финальная тактовая частота – 900 МГц для полноценной версии, 1 ГГц – для версии с 256 Кбайт L2. Форм-фактор – Slot 2.
Pentium 4 – следующие после Coppermine принципиально новые IA-32 процессоры Intel для обычных PC. Вместо традиционных GTL+ и AGTL+ используется новая системная шина Quad Pumped 100 МГц, обеспечивающая передачу данных с частотой более 400 МГц и передачу адресов с частотой более 200 МГц. Кэш-память L1 – 8 Кбайт, L2 – 256 Кбайт. В архитектуру введен ряд усовершенствований, направленных на увеличение тактовой частоты и производительности. Введен новый набор инструкций SSE2. Первые модели на основе ядра Willamette с тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц выпущены 20 октября 2000 года. Разъем – Socket 423. Последняя модель рассчитана на частоту 2 ГГц, после чего ядро Willamette сменяет Northwood.
Willamette – наименование первого ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,18 мкм.
Northwood – наименование ядра процессоров Pentium 4, созданных по технологии 0,13 мкм; Socket 423 и 478. С внедрением этого ядра происходит окончательный переход на новый форм-фактор Socket 478. Объем кэш-памяти L2 увеличен до 512 Кбайт. Исходная тактовая частота – 2ГГц (маркировался как 2A ГГц, чтобы различался от 2 ГГц Willamate), позднее анонса появилась и младшая версия с частотой 1.6 ГГц. В мае 2002 года Northwood стал поддерживать 533 МГц системную шину (133 МГц QPB), позднее - FSB=667 и 800 MHz (166 и 200 MHz QPB)
Prescott — наследник ядра Northwood, будет изготавливаться по 90 нм технологии, частота FSB=667 и 800 MHz (166 и 200 MHz QPB), поддержка Hyper-Threading, Socket 478.
Tejas — наследник ядра Prescott, возможно, будет переведен на 65 нм техпроцесс. Анонс ожидается в первой половине 2004 года.
Nehalem — принципиально новое ядро, в отличие от чипа Prescott — улучшенной версии Pentium 4, и последующего за ним чипа Tejas. Nahalem будет производится во второй половине 2004 года по 90 нм техпроцессу, а позднее, в конце 2005 — будет переход на 65 нм техпроцесс. Пока что никаких конкретных подробностей об архитектуре ядра Nehalem нет, однако, есть соображения, что чип будет не только поддерживать технологию параллельной обработки данных Hyper-Threading, но также, возможно, будет способен обрабатывать большее число потоков данных. Предположительно, будет поддерживаться новая технология LaGrande (призванная обеспечить повышенную безопасность при перечдаче данных с использованием стойкой аппаратной криптографии).
Сколько транзисторов будет входить в состав процессора Nehalem? Вопрос в настоящее время открыт. Хотя, если следовать закону Мура, Nehalem, выполненный с соблюдением норм 90 нм техпроцесса, будет содержать от 150 млн. до 200 млн. транзисторов. Тактовые частоты к тому времени вполне могут вырасти до 7 — 8 ГГц.
Foster – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, построенных по идеологии и архитектуре Willamette. Тактовая частота – 100 МГц при передаче данных с частотой 400 МГц. Как и в случае с Cascades, объем кэша L2 остался тем же, что у Willamette. Основные отличия Foster от обычных Pentium 4 на ядре Willamette заключаются в поддержке двухпроцессорных конфигураций и использовании разъема Socket 603. Тактовая частота первых процессоров Xeon на ядре Foster начинается от 1,7 ГГц. Основу систем составят чипсеты i860 и GC-HE от ServerWorks. Планируется перевод архитектуры на технологию 0,13 мкм. Тогда же будет выпущена и новая версия Foster, содержащая дополнительный кэш третьего уровня.
Prestonia – кодовое наименование ядра и процессоров Pentium 4 в серверном варианте, созданных по технологии 0,13 мкм. Продолжение линейки Xeon. Микроархитектура NetBurst. Разработка ведется на основе ядра Foster, которое и будет заменено этим новым ядром в будущих процессорах Xeon. Основу систем составит специальный чипсет Plumas. Частота первых моделей процессора – 2,20 ГГц.
Gallatin – кодовое наименование ядра и процессоров, 0,13 мкм – развитие ядра Foster.
Merced – кодовое наименование ядра и первого процессора архитектуры IA-64, аппаратно совместим с архитектурой IA-32. Включает трехуровневую кэш-память объемом 2-4 Мбайт. Производительность примерно в три раза выше, чем у Tanner. Технология изготовления – 0,18 мкм, частота ядра – 667 МГц и выше, частота шины – 266 МГц. Превосходит Pentium Pro по операциям FPU в 20 раз. Физический интерфейс – Slot M. Поддерживает MMX и SSE. Официальное наименование – Itanium.
Itanium – торговая марка, под которой анонсирован 64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием Merced.
McKinley – кодовое наименование ядра и моделей второго поколения процессоров архитектуры IA-64. Тактовая частота ядра процессоров начинается с 1 ГГц. Предполагается, что производительность, по сравнению с Merced, возрастет вдвое, а пропускная способность шины данных, имеющей результирующую частоту 400 МГц, – втрое. McKinley будет иметь увеличенные по сравнению с Merced объем кэша второго уровня и скорость работы. Потребляемая мощность составит 150 Вт. Физический интерфейс – Slot M. Возможно, будет введена поддержка SSE2.
Itanium 2 – торговая марка, под которой анонсирован 64-разрядный процессор, ранее известный под кодовым наименованием McKinley. Itanium 2 работают на частоте 1 ГГц, обладают 3 Мб кэша L3.
Madison – преемник McKinley. Планируется к выходу в середине 2003 г. Построен по медной, 0,13 мкм технологии. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield на момент начала поставок составят как минимум, 1,5 ГГц, при этом, как известно, оба чипа будут обладать 6 Мб кэша L3 и будут изготавливаться с нормами 0,13 мкм техпроцесса - впервые для чипов класса Itanium.
Deerfield – кодовое наименование ядра и процессоров. Производиться будут по медной, 0,13 или 0,1 мкм технологии фирмы Motorola с использованием изоляции с низким числом k и SOI (HiP7). Ядро является преемником Foster. Процессоры рассчитаны на Slot M и позиционируются как недорогие процессоры архитектуры IA-64 для рабочих станций и серверов среднего уровня. Возможно, процессоры, созданные на основе ядра Deerfield, станут high-end процессорами пользовательского рынка. Тактовые частоты первых процессоров Madison и Deerfield на момент начала поставок составят как минимум, 1,5 ГГц, при этом, как известно, оба чипа будут обладать 6 Мб кэша L3 и будут изготавливаться с нормами 0,13 мкм техпроцесса - впервые для чипов класса Itanium.
«enhanced Madison» — по последним данным, теперь в роадмэпе появились две новинки — так называемый «enhanced Madison» и двухядерный чип Montecito (ранее упоминалось лишь название процессора). Под чипом «enhanced Madison», или Madison 9M, который готовится к выпуску в 2004 году, специалисты компании подразумевают новую версию процессора с расширенным до 9 Мб размером кэша L3.
Montecito — двухядерный чип на базе архитектуры IA-64. Об архитектуре процессора Montecito, который увидит свет в 2005 году, пока что толком ничего неизвестно, разве что только тот факт, что он станет первым из семейства Itanium, производимым с соблюдением норм 90 нм техпроцесса. Представители Intel также подчеркнули, что все новые процессоры, которые появятся после Itanium 2, будут иметь ту же базовую корпусную разводку PAC611 и поддерживать те же протоколы шин, что гарантирует преемственность новых поколений серверных систем, как минимум, на два ближайших года.
AMD
K5 – первые процессоры AMD, анонсированные в качестве конкурента Pentium. Разъем – Socket 7. Подобно Cyrix 6x86, использовали PR-рейтинг с показателями от 75 до 166 МГц. При этом используемая частота системной шины составляла от 50 до 66 МГц. Кэш-память L1 – 24 Кбайт (16 Кбайт для инструкций и 8 Кбайт для данных). Кэш-память L2 расположена на материнской плате и работает на частоте процессорной шины. К5 степпинг 0 имел кодовое имя "SSA5", а у степпингов 1, 3, 5 было кодовое имя "5k86". Стоит отметить, что до 5k86 существовал процессор AMD 5x86-P75, где P75 это рейтинг, а реальная частота была его была 133 МГц (33 x 4), процессор была рассчитан под Socket 5.
K6 – процессоры, анонсированные в качестве конкурента Pentium II. Первые модели производились по технологии 0,35 мкм, в дальнейшем – 0,25 мкм (кодовое имя "Little Foot"). Процессоры работали на частоте от 166 до 233 МГц. Были созданы на базе дизайна процессора 686 от приобретенной AMD компании NexGen. По сравнению со своими предшественниками получили модуль MMX, увеличился объем кэша L1 – до 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных).
K6-2 – следующее поколение K6 с кодовым именем "Chomper". Процессор вышел в мае 1998 года, основным усовершенствованием является поддержка дополнительного набора инструкций 3DNow! и частоты системной шины 100 МГц. Кэш-память L1 – 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш L2 находится на материнской плате и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 Мбайт, работая на частоте шины процессора. Первые модели имели частоту ядра 266 МГц.
K6-2+ – одни из последних Socket 7 процессоров AMD. И первые Socket 7 процессоры, сделанные с использованием 0,18 мкм техпроцесса.
K6-III (Sharptooth) – первые процессоры от AMD, имеющие кэш-память L2, объединенную с ядром. Последние процессоры, сделанные под платформу Socket 7. Фактически, представляют собой просто K6-2 с 256 Кбайт кэш-памятью L2 на чипе, работающей на той же частоте, что и ядро процессора. Кэш-память L1 имеет объем 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш-память L3 находится на материнской плате и может иметь объем от 512 Кбайт до 2 Мбайт, работая на частоте шины процессора. Первые модели, выпущенные в феврале 1999 года, были рассчитаны на 400 и 450 МГц.
Argon – кодовое название использованного в K7 ядра.
K7 – первые процессоры, архитектура и интерфейс которых отличаются от Intel. Объем кэш-памяти L1 – 128 Кбайт (по 64 Кбайт для инструкций и данных). Кэш-память L2 – 512 Кбайт, работающая на 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Процессорная шина – Alpha EV-6. Тактовая частота шины – 100 МГц с передачей данных при 200 МГц. Поддерживаемые наборы инструкций – MMX и расширенный по сравнению с K6-III набор 3DNow!. Форм-фактор – Slot A. Получил наименование Athlon. Были выпущены модели 500-1000 МГц. Ядро K75 – алюминиевые соединения, K76 – медные.
Magnolia – кодовое название 1 ГГц Athlon с ядром K76 до его выхода.
Thunderbird – наименование ядра процессоров Athlon, выпущенных по технологии 0,18 мкм с использованием технологии медных соединений. На чипе интегрированы 256 Кбайт полноскоростного exclusive кэша L2. В качестве переходного варианта некоторое время выпускался в форм-факторе Slot A. Однако основным форм-фактором является Socket A. Модель с частотой 1,33 ГГц демонстрирует большую производительность на офисных задачах, чем процессор Intel Pentium 4 с частотой 1,7 ГГц. Технологический потенциал ядра Thunderbird предоставляет возможность выпуска изделий с частотой до 2 ГГц.
Athlon – наименование процессоров, созданных на основе архитектур K7, К75, К76, Thunderbird в вариантах Slot A и Socket A (Socket 462). Высокопроизводительные процессоры, ориентированные на сектор компьютеров High-End.
Athlon XP – наименование процессоров, созданных на основе ядра Palomino, Socket A (Socket 462).
Duron – наименование линейки процессоров, ориентированных на сектор компьютеров Low-End. Являются конкурентами процессоров Celeron, однако обладают меньшей ценой и большей производительностью при равных рабочих частотах. Построены на варианте ядра Thunderbird с урезанной до 64 Кбайт кэш-памятью L2. Выпускаются только в форм-факторе Socket A.
Spitfire – кодовое наименование ядра и процессоров Duron.
Mustang – серверный вариант Athlon. Кэш-память L2 – 1-2 Мбайт, интегрированная в чип процессора. Процессор рассчитан на использование шины 266 МГц и памяти DDR SDRAM. Выпуск отменен.
Corvette – кодовое наименование мобильного варианта ядра Mustang. Переименован в Palomino.
Palomino – кодовое наименование ядра процессоров Athlon, пришедшего на смену архитектуре Thunderbird. Незначительные архитектурные изменения с целью улучшения скоростного потенциала процессора. Например, в составе ядра используются улучшенный блок предсказания ветвлений и аппаратная предварительная выборка из памяти. Процессоры на новом ядре не будут поддерживать SSE2. Информация о том, что конвейер в ядре Palomino будет содержать большее число ступеней, не подтверждается. Palomino будет быстрее, чем Thunderbird, работающий на той же частоте; используя этот факт AMD ввела новый рейтинг на основе разработанной технологии QuantiSpeed, по которому, например 1,733 МГц процессор Athlon XP получил рейтинг 2100+. Palomino работает на материнских платах, поддерживающих шину EV6 с частотой 266 МГц и выше. В производстве процессоров использована технология медных соединений. Младшие модели рассчитаны на тактовую частоту ядра 1,533 ГГц и выше.
Morgan – кодовое наименование ядра процессоров Duron. Отличается от Palomino не только объемом L2, но и тем, что будет производиться по технологии с использованием алюминиевых соединений.
Thoroughbred – улучшенная версия Palomino, созданная по технологии 0,13 мкм. Тактовая частота – более 2 ГГц.
Appaloosa – улучшенная версия Morgan, созданная по технологии 0,13 мкм.
Barton – версия Thoroughbred, улучшенная использованием технологии SOI (SOI – silicon-on-insulator – "кремний-на-изоляторе"). Использование этой технологии позволяет увеличить тактовые частоты приблизительно на 20% и уменьшить при этом энергопотребление.
Hammer – семейство 64-разрядных процессоров. В него входят ClawHammer и SledgeHammer. Семейство 64-разрядных процессоров Hammer базируется на архитектуре K7, в которую добавлены 64-разрядные регистры и дополнительные инструкции для работы с этими регистрами, а также новые серверные инструкции. Использование технологии SOI. Поддержка SSE2.
ClawHammer – первый 64-разрядный процессор AMD. В отличие от Itanium, этот процессор ориентирован главным образом на 32-разрядные инструкции. Одновременно с его выходом ожидается появление новой шины HyperTransport (Lightning Data Transport – LDT), используемой для связи с процессорами и устройствами ввода/вывода. LDT должна стать не заменой, а дополнением к системной шине EV6 или EV7. Обеспечена поддержка до двух процессоров. Предполагаемая скорость – 2 ГГц и выше. Технология производства – 0,13 мкм, SOI.
SledgeHammer – серверный вариант ClawHammer. Обеспечена поддержка до восьми процессоров. Технология производства – 0,13 мкм, SOI.
Cyrix
6x86 – наименование процессоров Cyrix. Для оценки производительности относительно процессора Pentium использовался P-Rating, показывающий частоту, на которой пришлось бы работать процессору Pentium для достижения такой же производительности. P-Rating 6x86 составлял от 120 до 200 МГц. Кэш первого уровня – 16 Кбайт. Частота шины процессора – от 50 до 75 МГц. Разъем – Socket 5 и Socket 7.
M1 – то же, что и 6x86.
MediaGX – ответвление в семействе процессоров Cyrix. Первый процессор, сделанный по идеологии PC-on-a-chip. К ядру 5х86 были добавлены контроллеры памяти и PCI, в чип интегрирован видеоускоритель с кадровым буфером в основной памяти PC. В последних моделях используется ядро 6x86. В чипе-компаньоне реализован мост PCI-ISA и интегрирован звук. PR-рейтинг от 180 до 233 МГц, кэш-память L1 – 16 Кбайт. Производился по техпроцессу 0,5 мкм.
6x86MX – переработанный с целью достижения большей производительности вариант 6x86. Кэш-память L1 – до 64 Кбайт. В состав архитектуры ядра был добавлен блок MMX. Появилась поддержка раздельного питания. Частота шины процессора – от 60 до 75 МГц. PR-рейтинг – от 166 до 266 МГц. Процессоры 6х86MX делала и компания IBM. Их изделия 6х86MX имели рейтинг от 166 до 333 и были рассчитаны на частоту шину 66, 75, 83 МГц. Позднее, по маркетинговым соображениям, Cyrix переименовал свои процессоры в MII, а IBM до конца сотрудничества продавала их под маркой 6x86MX.
MII – последний процессор Cyrix, начал производиться в марте 1998 года. Кэш-память L1 – 64 Кбайт (единый), L2, как обычно для Socket 7, находится на материнской плате и имеет объем от 512 Кбайт до 2 Мбайт, работая на частоте системной шины. Поддерживаемые наборы инструкций – MMX. Использует PR-рейтинг. При производстве применялся техпроцесс 0,25 мкм.
Cayenne – кодовое наименование ядра, используемого в Gobi и MediaPC.
Gobi (MII+) – процессор, рассчитанный на платформу Socket 370. Поддерживаемые наборы инструкций – MMX, 3D Now!. Значительно переработан блок операций с числами с плавающей запятой. Кэш-память L1 – 64 Кбайт, кэш-память L2 – 256 Кбайт на чипе, работающие на полной частоте ядра процессора.
Rise
mP6 – первые процессоры компании Rise. Предназначены для ноутбуков, использующих Socket 7. Отличаются очень малым тепловыделением. Кэш-память L1 – 16 Кбайт (по 8 Кбайт для данных и инструкций), L2 – от 512 Кбайт до 2 Мбайт, расположена на материнской плате, работает на частоте шины процессора. Поддерживается дополнительный набор инструкций MMX. При оценке производительности своих процессоров Rise, как и Cyrix, использует PR-рейтинг, составляющий от 166 до 366 МГц.
mP6 II – процессоры, отличающиеся от своих предшественников mP6 тем, что в чип интегрирована кэш-память L2 объемом 256 Кбайт. Была обещана поддержка SSE, производительность от PR-200 и выше. Однако в августе 1999 было объявлено об отмене планов по выходу процессора из-за значительного удорожания после добавления L2 в чип.
Tiger – mP6 II для платформы Socket 370. Кэш-память L1 – 16 Кбайт, L2 – 256 Кбайт, работающая на тактовой частоте ядра процессора. Выпуск отменен.
Centaur
Winchip С6 – процессоры, ориентированные на дешевые ПК. По производительности уступают своим конкурентам. Шина – 60, 66, 75 МГц, платформа – Socket 7. Технология – 0,35 мкм. Процессоры поддерживают набор инструкций MMX. Вышел в октябре 1997 г., работал на частотах от 180 до 240 МГц.
Winchip-2 – процессоры, производимые по техпроцессу 0,25 мкм. Кэш-память L1 – 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных), кэш-память L2 – 512-2048 Кбайт находится на материнской плате. Процессорами поддерживаются наборы инструкций MMX и 3DNow!. Платформа – Socket 7. От Winchip С6 отличаются значительно ускорившейся работой с числами с плавающей запятой. Появилась поддержка частоты системной шины 100 МГц. Первый процессор появился в ноябре 1998 года, частоты от 200 до 300 МГц.
Winchip-2A – процессоры Winchip-2 с исправленной ошибкой в реализации 3DNow!.
Winchip-3 – процессоры с кэш-памятью L1 объемом 64 Кбайт (по 32 Кбайт для инструкций и данных) и кэш-памятью L2 объемом 128 Кбайт на чипе, работающей на частоте ядра процессора. Кэш-память L3 – 512-2048 Кбайт, расположена на материнской плате. Планировались к выходу в первой половине 1999 г. с частотой 300 МГц и выше. В связи с покупкой Centaur фирмой VIA выход процессоров был отменен.
Winchip-4 – процессоры, выпуск которых планировался в конце 1999 г. Частоты – 400-500 МГц, а при переходе на 0,18 мкм техпроцесс – 500-700 МГц.
VIA
Samuel – кодовое наименование процессоров и ядра. Основой послужило ядро Winchip-4, доставшееся VIA в наследство от Centaur. Работают на частотах 500-700 МГц. Производятся National Semiconductors и TSMC с использованием 0,18 мкм техпроцесса. Процессоры используют набор SIMD 3D Now!. Форм-фактор – Socket-370. Кэш-память L1 – 128 Кбайт. Получили наименование Cyrix III. Тактовая частота ядра – 500-667 МГц.
C5A – то же, что и Samuel.
Samuel 2 – кодовое наименование процессоров и ядра, разработанных группой Centaur. Кэш-память L2 объемом 64 Кбайт. Тактовая частота ядра – 667-800+ МГц. Частота шины процессора 100/133 МГц, форм-фактор – Socket 370.
C5B – то же, что и Samuel 2.
Matthew – кодовое наименование интегрированных процессоров. Имеют в своем составе ядро Samuel2 с интегрированным видео и компонентами North Bridge.
Ezra – кодовое наименование процессоров и ядра. Совместная разработка групп Cyrix и Centaur. Первое действительно новое ядро VIA. Процессоры с поддержкой SSE. Кэш-память L1 – 128 Кбайт, кэш-память L2 – 64 Кбайта. Технология – 0,15 мкм c переходом на 0,13 мкм. Тактовая частота ядра – 750 МГц с последующим ростом выше 1 ГГц. TSMC подтвердила информацию о том, что она изготовила процессор Ezra с частотой 1 ГГц.
C5C – то же, что и Ezra.
Ezra-T – кодовое наименование процессоров и ядра. Совместимость по уровню сигналов с Tualatin, что позволяет их использовать в материнских платах с чипсетами, созданными под Tualatin. Технологический процесс 0,13 мкм, алюминиевые соединения. Кэш память L1 – 128 Кбайт, L2 – 64 Кбайт. Имеют меньшее, по сравнению с Ezra, энергопотребление. Поддержка MMX, 3D Now!. Тактовая частота ядра – от 800 МГц (6х133 МГц).
Nehemiah – кодовое наименование процессоров и ядра. Рассчитаны на работу при частотах 1,2+ ГГц. Кэш-память L1 – 128 Кбайт, кэш-память L2 – 256 Кбайт. Будут поддерживать инструкции Streaming SIMD Extensions (SSE) и 3DNow!. Конвейер в 17 стадий, напряжение питания ядра 1,2 В, техпроцесс 0,13 мкм с использованием медных соединений, площадь кристалла – 72 кв. мм.
C5X – то же, что и Nehemiah.
Esther – кодовое наименование процессоров и ядра. Кэш-память L1 – 128 Кбайт, L2 – 256 Кбайт. Конвейер 17 ступеней. Тактовая частота ядра 2 ГГц.
C5Y – то же, что и Esther.
SiS
550 – базовая модель процессоров серии 550. Основой послужило ядро mP6 от Rise с интегрированным видео и компонентами чипсета.
551 – модель процессора, созданная на основе SiS 550, с поддержкой флеш-карт и шифрования.
552 – модель процессора, созданная на основе SiS 551, с поддержкой аудио- и видеозахвата.
Transmeta
Crusoe – линейка процессоров, ориентированных на мобильные системы. Состоит из моделей TM3200 (L2=0), TM5400 (L2=256 Кбайт), TM5500 (L2=256 Кбайт), TM5600 (L2=512 Кбайт), TM5800 (L2=512 Кбайт), имеющих в своем составе интегрированные компоненты North Bridge. Характеризуются низким энергопотреблением.
Astro – кодовое имя высокопроизводительных процессоров со сверхнизким уровнем энергопотребления. Рабочая частота достигнет 1,4 ГГц при 0,5 Вт. В основе 256-разрядная архитектура.
Compaq
Alpha EV68 – кодовое имя высокопроизводительных процессоров с архитектурой, отличной от традиционной х86. Техпроцесс 0,18 мкм. Базируется на ядре Alpha EV6. Более 15 млн. транзисторов. Модель 1 ГГц объявлена в 2001 г.
Alpha EV7 – кодовое имя высокопроизводительных процессоров. Техпроцесс 0,18 мкм с использованием медных соединений. Базируется на ядре Alpha EV6. Более 100 млн. транзисторов, напряжение питания ядра 1,5 В, мощность тепловыделения 100 Вт, частота 1,2-1,3 ГГц, до 1,75 Мбайт L2, корпус с 1439 контактами. Возможно использование интегрированного контроллера памяти. Выпуск моделей запланирован на 2002 г. В связи с покупкой фирмой Intel в 2001 г. подразделений, патентов и технологий, связанных с процессорами Alpha EVxx, процессоры Alpha EV7 или Alpha EV8, возможно, будут последними разработками этого направления.
Alpha EV8 – кодовое имя высокопроизводительных процессоров с архитектурой, отличной от традиционной х86. Техпроцесс 0,13 мкм с использованием SOI. Более 250 млн. транзисторов, суперскалярное ядро (до 8 инструкций за 1 такт), мощность тепловыделения – 150 Вт, частота от 1,4 ГГц, кэш L2 будет составлять ориентировочно 2 Мбайт, корпус с 1800 контактами. Выпуск моделей запланирован на 2004 г. Возможно, последняя разработка этого направления.
Alpha EV9 – кодовое имя высокопроизводительных процессоров с архитектурой, отличной от традиционной х86. Техпроцесс 0,10 мкм, 500 млн. транзисторов, частота 2-3 ГГц. Выпуск моделей был запланирован на 2006 г.
Alpha EV10 – кодовое имя высокопроизводительных процессоров с архитектурой, отличной от традиционной х86. Техпроцесс 0,07 мкм, 1,5 млрд транзисторов, частота 3-4 ГГц. Выпуск моделей был запланирован на 2008 г.
Оперативная память
Основная часть этого материала посвящена Dynamic RAM (DRAM), применяемой на сегодняшний день в подавляющей части систем. По сравнению с SRAM (Static RAM), применяемой в кеше второго уровня, это - более дешевое решение, однако DRAM работает несколько медленнее из-за необходимости периодического обновления содержимого памяти во избежание потери информации. В настоящее время существуют следующие разновидности DRAM: Fast Page Mode (FPM) и Extended Data Out (EDO), отличающиеся способом доступа к данным и взаимодействием с центральным процессором. Более продвинутыми и технологичными являются Burst EDO (BEDO), Synchronous DRAM (SDRAM), Video RAM (VRAM), Window RAM (WRAM), Synchronous Graphics RAM (SGRAM) и RAMBUS RAM, SDRAM и DDR SDRAM.
В этот список не попали Static RAM (SRAM) и Read Only Memory (ROM). SRAM не нуждается в периодическом обновлении содержимого и применяется в кеше. ROM используется в основном для хранения BIOS, где информация должна сохраняться и при выключенном питании, что и позволяет этот тип памяти. ROM включает в себя также PROM, EPROM, EEPROM и FLASH ROM. Память типа EEPROM и FLASH ROM используется в системах BIOS и может быть обновлена при помощи утилит, поставляемых производителем.
Чипы памяти – упаковка и особенности работы
Модули памяти DRAM выпускаются в виде: DIP (dual in-line package), SOJ (small outline J-lead) и TSOP (thin, small outline package). DIP - это микросхема с двумя рядами выводов по обе стороны чипа и впаиваемая этими контактами в небольшие отверстия в печатной плате. Изначально, модули DIP устанавливались непосредственно в материнскую плату. Однако, в настоящее время, они используются в первую очередь в кеше второго уровня в устаревших материнских платах и вставляются в панельки, припаянные к материнской плате. SOJ - это «тот же DIP, вид сбоку», потому что их выводы просто загнуты на концах, как буква «J». Чипы типа TSOP отличаются небольшой толщиной и имеющие контакты, выведенные во все стороны. SOJ и TSOP разработаны для установки на печатных платах. Однако некоторые производители видеокарт монтируют контактные площадки для установки модулей типа SOJ на свои изделия.
Производители наносят на каждую микросхему маркировку, включающую название производителя, конфигурацию чипа, скорость доступа и дату производства. Эта маркировка наносится не на поверхность, а внедрена в пластмассовый корпус чипа. Единственный способ удалить эту маркировку - спилить ее шкуркой или напильником. Далее на чип наносится защитное покрытие, предающее ему презентабельный вид. Кроме того, некоторые производители наносят на верхнюю часть микросхемы небольшую рельефную точку для обозначения первого вывода чипа и для идентификации перемаркировок, выполненных кустарно.
Выпускаются чипы различной емкости (измеряемой в Мегабитах - 1Мегабайт=8*1Мегабит), например 1 Мегабит (в этом контексте обозначение Mb - это именно Мегабит), 4Mb, 16Mb, 64Mb, 128Mb, 256Mb, 512Mb и недавно появившиеся 1024Mb. Каждый чип содержит ячейки, в которых может храниться от 1 до 16 бит данных. Например, 16Mb-чип может быть сконфигурирован как 4Mbx4, 2Mbx8 или 1Mbx16, но в любом случае его общая емкость 16Mb. Таким образом, первое число маркировки у некоторых производителей указывает на общее количество ячеек в чипе, а второе - на число бит в ячейке. Число бит на ячейку также влияет на то, сколько бит передается одновременно при обращении к ней.
Ячейки в чипе расположены подобно двумерному массиву, доступ к ним осуществляется указанием номеров колонки и ряда. Каждая колонка содержит дополнительные схемы для усиления сигнала, выбора и перезарядки. Во время операции чтения, каждый выбранный бит посылается на соответствующий усилитель, после чего он попадает в линию ввода/вывода. Во время операции записи все происходит с точностью до наоборот.
Так как ячейки DRAM быстро теряют данные, хранимые в них, они должны регулярно обновляться. Это называется refresh, а число рядов, обновляемых за один цикл - refresh rate (частота регенерации). Чаще всего используются refresh rates равные 2K и 4K. Чипы, имеющие частоту регенерации 2К, могут обновлять большее количество ячеек за один раз, чем 4К и завершать процесс регенерации быстрее. Поэтому чипы с частотой регенерации 2К потребляют меньшую мощность. При выполнении операции чтения, регенерация выполняется автоматически, полученные на усилителе сигнала данные тут же записываются обратно. Этот алгоритм позволяет уменьшить число требуемых регенераций и увеличить быстродействие.
Несколько управляющих линий используется для указания, когда осуществляется доступ к ряду и колонке, к какому адресу осуществляется доступ и когда данные должны быть посланы или получены. Эти линии называются RAS и CAS (Row Address Select - указатель адреса ряда и Column Address Select - указатель адреса колонки), адресный буфер и DOUT/DIN (Data Out и Data In). Линии RAS и CAS указывают, когда осуществляется доступ к ряду или колонке. Адресный буфер содержит адрес необходимого ряда/колонки, к которым осуществляется доступ и линии DOUT/DIN указывают направление передачи данных.
Скорость работы чипа асинхронной памяти измеряется в наносекундах (ns). Эта скорость указывает, насколько быстро данные становятся доступными с момента получения сигнала от RAS. Сейчас основные скорости микросхем, присутствующих на рынке - 70, 60, 50 и 45ns. Синхронная память (SDRAM) использует внешнюю частоту материнской платы для циклов ожидания, и поэтому ее скорость измеряется в MHz, а не в наносекундах.
SDRAM (Synchronous DRAM) - наиболее перспективный из представленных на рынке типов памяти. Все операции в SDRAM синхронизированы с внешней частотой системы. Это позволяет отказаться от необходимости использования аналоговых сигналов RAS и CAS, требуемых для асинхронной DRAM, что увеличивает производительность. SDRAM позволяет использование частоты шины до 133MHz и выше. Это очень важно для общей производительности системы, так как частота шины ввода/вывода - узкое место для большинства компьютеров, ограничивающее функции современных систем.
Печатные платы для модулей памяти
Современные печатные платы состоят из нескольких слоев. Сигналы, питание и масса разведены по разным слоям для защиты и разделения. Стандартные печатные платы имеют четыре слоя, однако отдельные производители плат памяти (например, NEC, Samsung, Century, Unigen и Micron) используют шестислойные печатные платы. Пока идут споры, действительно ли это лучше, теория говорит, что два дополнительных слоя улучшает разделение линий данных, уменьшает возможность возникновения шумов и перетекания сигнала между линиями.
Следует обратить внимание на разводку и материал из которого изготовлена печатная плата. Например, обычная четырехслойная плата сделана с двумя сигнальными слоями с внешних сторон, питанием и массой - внутри. Это обеспечивает легкий доступ к сигнальным линиям, например, при ремонте. К сожалению, такая архитектура плохо защищена от шумов, возникающих снаружи и внутри. Лучшая конфигурация - расположение сигнальных слоев между слоями массы и питания, что позволяет защититься от внешних шумов и предотвратить внутренние шумы от смежных модулей.
Модули памяти
Многие думают, что модули памяти, которые они приобретают, произведены такими производителями полупроводников как Texas Instruments, Micron, NEC, Samsung, Toshiba, Motorola и т.д., чья маркировка стоит на чипах. Иногда это так, но существует множество производителей модулей памяти, которые сами чипов не производят. Вместо этого они приобретают компоненты для производства модулей памяти либо у производителей, либо у посредников. Случается, такие сборщики приклеивают наклейки на готовые модули для своей идентификации. Хотя нередко можно встретить модули вообще без опознавательных знаков, они сделаны третьими производителями.
Крупные производители модулей памяти имеют контракты с производителями чипов для получения высококачественных микросхем класса А. Обычно имя производителя микросхемы остается, однако некоторые производители модулей памяти имеют специальные договоренности, по которым производители микросхем наносят их маркировку вместо своей. Это - фабричная перемаркировка, никак не сказывающаяся на качестве чипа.
Модули памяти могут быть выполнены в виде SIPP (Single In-line Pin Package), SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO DIMM (Small Outline DIMM). Наиболее употребительны сегодня модули DIMM. SO DIMM чаще используется в ноутбуках. Выводы (контакты) модулей памяти могут быть позолочены или с оловянным покрытием в зависимости от материала, из которого выполнен слот для памяти. Для лучшей совместимости следует стремиться использовать модули памяти и слоты с покрытием из одинакового материала.
Модули DIMM подразделяются по напряжению питания и алгоритму работы. Стандартными для PC является небуферизированные модули с напряжением питания 3.3 вольта и менее, поэтому другие на рынке практически отсутствуют.
Число чипов на модуле определяется как размером микросхем памяти, так и емкостью всего модуля. Например, требуется 32Mb для модуля емкостью 4 Мегабайта (8 бит - байт, поэтому число мегабит необходимо разделить на 8). Таким образом, 256-мегабайтный модуль может содержать либо восемь 256Mb чипов, либо четыре 512Mb. В связи с тем, что появляются новые чипы большей емкости, становятся доступными и модули памяти большей емкости, которые позволяют увеличивать общий объем оперативной памяти системы.
Установка большого количества чипов на один модуль может привести к его перегреву и выходу из строя всего модуля.
DIMM - это не более, чем форм-фактор, и сам по себе вопрос, лучше они или хуже, чем SIMM, некорректен. Единственное заведомое достоинство 168-пинового модуля DIMM - это то, что в пентиумную плату их можно устанавливать по одному, в то время как модули SIMM ставятся парами. Очевидно, что это достоинство крайне несущественно. Однако для, скажем, EDO DIMM оно фактически единственное. Другое дело, что все практически все производимые в настоящее время модули DIMM оснащены памятью типа SDRAM.
Скорость памяти
SDRAM
Synchronous (синхронная) DRAM синхронизирована с системным таймером, управляющим центральным процессором. Часы, управляющие микропроцессором, также управляют работой SDRAM, уменьшая временные задержки в процессе циклов ожидания и ускоряя поиск данных. Эта синхронизация позволяет также контроллеру памяти точно знать время готовности данных. Таким образом, скорость доступа увеличивается благодаря тому, что данные доступны во время каждого такта таймера, в то время как у EDO RAM данные бывают доступны один раз за два такта, а у FPM - один раз за три такта. Технология SDRAM позволяет использовать множественные банки памяти, функционирующие одновременно, дополнительно к адресации целыми блоками. Но время SDRAM уже ушло.
RDRAM
RDRAM - многофункциональный протокол обмена данными между микросхемами, позволяющий передачу данных по упрощенной шине, работающей на высокой частоте. RDRAM представляет собой интегрированную на системном уровне технологию. Ключевыми элементами RDRAM являются:
· модули DRAM, базирующиеся на Rambus;
· ячейки Rambus ASIC (RACs);
· схема соединения чипов, называемая Rambus Channel.
RamBus, впервые использованный в графических рабочих станциях в 1995 году, уже практически вытеснен DDR вследствие высокой себестоимости.
DDR SDRAM
Synchronous DRAM II, или DDR (Double Data Rate - удвоенная скорость передачи данных) - следующее поколение существующей SDRAM. Уже давно, еще со времен 486 процессоров, отставание скорости системной шины PC от скорости убыстряющихся CPU все более увеличивалось. Именно тогда Intel впервые отказался от частоты процессоров, синхронной с частотой системной шины, и применил технологию умножения частоты FSB. Этот факт отразился даже в названии - 486DX2. Хотя частота системной шины осталась той же, несмотря на название, производительность процессора выросла почти вдвое.
В дальнейшем разброд в тактовой частоте различных системных компонентов только увеличивался: в то время, как частота системной шины выросла сначала до 66 МГц, а затем и до 100, шина PCI осталась все на тех же давних 33 МГц, для AGP стандартной является 66 МГц и т.д. Шина памяти же до самого последнего времени оставалась синхронной с системной шиной (название обязывает - Synchronous DRAM, SDRAM). - Так появились спецификации PC66, затем PC100, потом, с несколько большими организационными усилиями, PC133 SDRAM.
Однако за то время, за которое частота шины памяти увеличилась на треть и, соответственно, на столько же возросла ее пропускная способность (с 800 Мбайт/с до 1,064 Мбайт/с), частота процессоров увеличилась в два с половиной раза - с 400 МГц до 1 ГГц. Наблюдается некоторый дисбаланс, не так ли? Пропускная способность PC133 SDRAM составляет лишь 1,064 Мбайт/с, тогда как сегодняшним PC требуется по крайней мере: 1 Гбайт/с для процессора с частотой системной шины 133 МГц, столько же - для графической шины AGP 4X, 132 Мбайт/с для 33 МГц шины PCI. То есть, около 2.1 Гбайт/с - как и говорилось только что, дисбаланс более чем в два раза.
Однако дальнейшее увеличение частоты SDRAM при современном техническом уровне оснащения ее производителей невозможно: уже 166 МГц SDRAM получается слишком дорогой, особенно с учетом сегодняшних объемов оперативной памяти в PC. В то же время отказываться от синхронизации шины памяти с системной шиной по ряду причин не хотелось бы.
Технологии, пытающиеся залатать SDRAM путем добавления кэша SRAM, вроде ESDRAM, или же путем оптимизации ее работы, вроде VCM SDRAM, не помогли. На выручку пришла популярная в последнее время в компонентах PC технология передачи данных одновременно по двум фронтам сигнала, когда за один такт передаются сразу два пакета данных. В случае с используемой сегодня 64-бит шиной - это два 8-байтных пакета, 16 байт за такт. Или, в случае с той же 133 МГц шиной, уже не 1,064, а 2,128 Мбайт/с. Те самые 2.1 Гбайт/с, что и требуются для сегодняшних PC.
Причем по цене, мало отличающейся от обычной 133 МГц памяти: технология та же (включая методику упаковки чипов - TSOP, не microBGA, как у RDRAM), оборудование - то же, энергопотребление, практически не отличающееся от SDRAM, площадь чипа отличается лишь на несколько процентов. Именно это сочетание доступности с требующейся на сегодняшний день производительностью и заинтересовало в первую очередь прагматичную индустрию DRAM - точно так же в свое время они выбирали PC66, PC100, PC133…
Однако первыми чипы DDR использовали отнюдь не производители модулей памяти. Производителям видеокарт проще - на карте они в праве применять что угодно, лишь бы на выходе был стандартный сигнал. Да и ширина шины памяти все же всегда была узким местом скорее для графических чипов, чем для центральных процессоров. Так что, производители видеокарт гораздо раньше воспользовались появившейся в графических чипах поддержкой DDR SDRAM/SGRAM.- Уже через несколько месяцев после выхода первого такого чипа, GeForce 256, появились карты с DDR SDRAM и SGRAM чипами на борту.
А вот с модулями памяти DIMM DDR SDRAM положение несколько иное: их востребовать было некому - весь вопрос встал за чипсетами, обладающими поддержкой этого типа памяти и, соответственно, за материнскими платами на базе этих чипсетов. Первый пользовательский чипсет, обладающий поддержкой этого типа памяти, ожидался от VIA сначала осенью 99 г., затем зимой 2000, весной… И только в конце 2002 года «положила на лопатки» свою предшественницу SDRAM.
К сожалению, ничто на свете не дается даром и увеличение пропускной способности памяти вдвое сопровождалось изменением форм-фактора модулей. При сохранении тех же размеров модуля число контактов увеличилось со 168 до 184.
Стандарт модулей DIMM DDR SDRAM предполагает использование до 200 МГц и выше чипов, с результирующей частотой более 400 МГц и пропускной способностью более 3.2 Гбайт/с. С того момента, когда DDR SDRAM исчерпает свои возможности, в 2004 г. должен стартовать DDR-II.
Скорость DDR-II чипов, как предполагается, начнется с 200 МГц, но за счет того, что будет передаваться 4 пакета данных за такт, их пропускная способность должна составить 6.4 Гбайт/с.
Модули на этих чипах, как и модули на чипах DDR, также будут иметь свой собственный форм-фактор (230 контактов), и требовать новых чипсетов.
Видеоподсистема
Устройство, которое называется видеоадаптером, есть в каждом компьютере. В виде устройства, интегрированного в системную плату, либо в качестве самостоятельного компонента. Главная функция, выполняемая видеокартой, - преобразование полученной от центрального процессора информации и команд в формат, который воспринимается электроникой монитора, для создания изображения на экране. Монитор обычно является неотъемлемой частью любой системы, с помощью которого пользователь получает визуальную информацию.
Таким образом, связку видеоадаптера и монитора можно назвать видеоподсистемой компьютера.
То, как эти компоненты справляются со своей работой, и в каком виде пользователь получает видеоинформацию, включая графику, текст, живое видео, влияет на производительность как самого пользователя и его здоровье, так и на производительность всего компьютера в целом.
Видеокарты
Прежде чем стать изображением на мониторе, двоичные цифровые данные обрабатываются центральным процессором, затем через шину данных направляются в видеоадаптер, где они обрабатываются и преобразуются в аналоговые данные и уже после этого направляются в монитор и формируют изображение. Сначала данные в цифровом виде из шины попадают в видеопроцессор, где они начинают обрабатываться. После этого обработанные цифровые данные направляются в видеопамять, где создается образ изображения, которое должно быть выведено на дисплее. Затем, все еще в цифровом формате, данные, образующие образ, передаются в RAMDAC, где они конвертируются в аналоговый вид, после чего передаются в монитор, на котором выводится требуемое изображение.
Самым распространенным на сегодняшний день методом оптимизации работы видеоадаптеров является применение повышенной тактовой частоты, на которой работает графический процессор, видеопамять и RAMDAC, что позволяет увеличить скорость обмена информацией между компонентами платы.
Несколько лет назад графические процессоры работали с тактовой частотой, значения которой не превышали скорости работы шины системной памяти на материнской плате. Теперь ситуация изменилась: например, видеопроцессоры и видеопамять (DDR II) работают на тактовой частоте до 1GHz, а RAMDAC – до 600МГц.
The Accelerated Graphics Port (AGP)
AGP - Ускоренный Графический Порт. Шина персонального компьютера претерпела множество изменений в связи с повышаемыми к ней требованиями. AGP - это расширение шины PCI, чье назначение - обработка больших массивов данных 3D графики. Intel разрабатывала AGP для решения двух проблем перед внедрением 3D графики на PCI. Во-первых, 3D графике требуется как можно больше памяти информации текстурных карт (texture maps) и z-буфера (z-buffer). Чем больше текстурных карт доступно для 3D приложений, тем лучше выглядит конечный результат. При нормальных обстоятельствах z-буфер, который содержит информацию, относящуюся к представлению глубины изображения, использует ту же память, что и текстуры. Этот конфликт предоставляет разработчикам 3D множество вариантов для выбора оптимального решения, которое они привязывают к большой значимости памяти для текстур и z-буфера, и результаты напрямую влияют на качество выводимого изображения.
Разработчики PC имели ранее возможность использовать системную память для хранения информации о текстурах и z-буфера, но ограничением в этом подходе была передача такой информации через шину PCI. Производительность графической подсистемы и системной памяти ограничиваются физическими характеристиками шины PCI. Кроме того, ширина полосы пропускания PCI, или ее емкость, не достаточна для обработки графики в режиме реального времени. Чтобы решить эти проблемы, Intel разработала AGP.
Если определить кратко, что такое AGP, то это - прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Это решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI, и явно разрабатывалось, чтобы удовлетворить требованиям вывода 3D графики в режиме реального времени. AGP позволит более эффективно использовать память страничного буфера (frame buffer), тем самым увеличивая производительность 2D графики также, как увеличивая скорость прохождения потока данных 3D графики через систему.
Определением AGP, как вида прямого соединения между графической подсистемой и системной памятью, является соединение point-to-point (точка-точка). В действительности, AGP соединяет графическую подсистему с блоком управления системной памятью, разделяя этот доступ к памяти с центральным процессором компьютера (CPU).
Через AGP можно подключить только один тип устройств - это графическая плата. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены.
Производительность текстурных карт
Определение Intel, подтверждающее, что после реализации AGP становится стандартом, следует из того, что без такого решения достижение оптимальной производительности 3D графики в PC будет очень трудным. 3D графика в режиме реального времени требует прохождения очень большого потока данных графическую подсистему. Без AGP для решения этой проблемы требуется применение нестандартных устройств памяти, которые являются дорогостоящими. При применении AGP текстурная информация и данные z-буфера могут хранится в системной памяти. При более эффективном использовании системной памяти графические платы на базе AGP не требуют собственной памяти для хранения текстур и могут предлагаться уже по значительно более низким ценам.
Теоретически PCI могла бы выполнять те же функции, что и AGP, но производительность была бы недостаточной для большинства приложений. Intel разрабатывала AGP для функционирования на частоте 133 MHz и для управления памятью по совершенно другому принципу, чем это осуществляет PCI. В случае с PCI, любая информация, находящаяся в системной памяти, не является физически непрерывной. Это означает, что существует задержка при исполнении, пока информация считывается по своему физическому адресу в системной памяти и передается по нужному пути в графическую подсистему. В случае с AGP Intel создала механизм, в результате действия которого, физический адрес, по которому информация хранится в системной памяти, совершенно не важен для графической подсистемы. Это - ключевое решение, когда приложение использует системную память, чтобы получать и хранить необходимую информацию. В системе на основе AGP не имеет значения, как и где хранятся данные о текстурах, графическая подсистема имеет полный и беспроблемный доступ к требуемой информации.
Индустрия компьютерной графики как сообщество разработчиков аппаратных и программных средств поддержала и приняла спецификацию AGP. В отличие от PCI, где существует много соперничающих между собой различных устройств для управления шиной, в случае с AGP единственным устройством является графическая подсистема. Дизайн шины AGP призван преодолеть ограничения шины PCI при передаче данных в системной памяти. AGP позволяет улучшить физическую скорость передачи данных, работая на тактовой частоте до 133MHz, по сравнению с 33 MHz тактовой частоты шины PCI, и, кроме того, AGP обеспечивает согласованное управление памятью, которое допускает разбросанность данных в системной памяти и их быстрое считывание случайным образом. AGP позволяет увеличить не только производительность 3D графики в режиме реального времени за счет ускорения вывода текстур, но и уменьшает общую стоимость создающихся высокопроизводительных графических подсистем, за счет использования существующих архитектур системной памяти.
Что такое DirectX?
DirectX представляет собой набор из нескольких API (application programming interface - интерфейс программирования приложений), позволяющих разработчикам игр и других интерактивных приложений получать доступ к специфическим функциям аппаратного обеспечения без необходимости написания аппаратнозависимого программного кода. Последняя версия DirectX имеет порядковый номер 9.0 и включает в себя следующие API:
· DirectDraw - обеспечивает доступ к аппаратным средствам, отвечающим за изображение. Предлагается возможность работать с двумерной графикой и напрямую управлять видеопамятью, оверлеями и сменой видеостраниц.
· DirectSound - как видно из названия, этот компонент обеспечивает аппаратнонезависимый интерфейс воспроизведения звука. DirectSound позволяет приложениям полностью использовать возможности аппаратных компонентов, обеспечивающих работу со звуком, например, микширование без временных задержек.
· DirectInput - Обеспечивает аппаратнонезависимый ввод данных в систему в режиме реального времени. События, обрабатываемые DirectInput, формируются клавиатурой, мышкой и джойстиком.
· DirectPlay - представляет собой независимый протокол для осуществления связи между компьютерами. Может применяться для многопользовательских игр, связь в которых осуществляется через Интернет, локальную сеть или прямое последовательное соединение с помощью кабеля. Интерфейс, именуемый DirectPlay Lobby, позволяет создавать онлайновые места встреч в интернете, попадая в которые множество людей могут объединяться и совместно участвовать в играх.
· Direct3D - это подсистема создания трехмерных графических изображений. Состоит из API низкого уровня, который обеспечивает несколько базовых возможностей создания изображения, и API высокого уровня, который осуществляет комплекс операций, образующих изображение.
DirectX широко используется в современном поколении компьютерных игр. Каждая игрушка, имеющая логотип "for Windows", прежде, чем запуститься на Вашем компьютере, требует наличия установленного в системе DirectX. Вот почему DirectX это не просто "нечто для программистов", это принципиально необходимое нечто для игроков. DirectX используется для обработки событий, которые должны совершаться в каждой игре, таких, как вывод изображения на экран или считывание входных данных с клавиатуры, мыши или джойстика. С появлением все большего и большего числа игр, использующих DirectX, пользователи замечают некоторые отличия, например:
· Улучшенные многопользовательские игры Причина, почему хороших многопользовательских игр не так много, в том, что они очень сложны в создании. DirectPlay делает создание таких игр менее болезненной проблемой и упрощает их установку. Вот почему мы вправе ожидать увеличения количества новых классных многопользовательских игр.
· Завораживающие 3D-игры Вы знаете, почему трехмерные игры идут на Вашем компьютере так медленно? Причина в том, что изображение 3D-объектов на плоском экране требует огромного количества математических вычислений. Если эти вычисления осуществляются центральным процессором системы, то такие процессы обсчитываются слишком медленно, так как процессор выполняет еще и другие системные операции. Одним из решением этой проблемы является возложение задач по обработке трехмерных процессов на специальные 3D-видеоакселераторы.
· Упрощенная установка программ Игры, соответствующие спецификации DirectX, полностью используют возможности, предоставляемые интерфейсом Windows, и их установка также проста, как инсталляция Вашего любимого текстового процессора.
· Изображение в играх стало гораздо лучше Большинство игр, написанных для DOS, используют низкое разрешение изображения, обычно 320x240. Это объясняется тем, что такое разрешение максимально для стандартных VGA-видеокарт, поддерживающих отображение только 256 цветов. Для того, чтобы использовать более высокое, а следовательно, более качественное разрешение, такое, как 640x480, или 800x600, или даже 1600х1200, разработчикам необходимо писать игры, работающие с видеокартами стандарта Super VGA, а это означает увеличение объема работ.
DirectX поддерживает VGA и SVGA видеорежимы при 64К цветов (Hi-color) без дополнительных затрат ресурсов. С каждым днем производительность видеоадаптеров возрастает, следовательно, DirectX игры будут выглядеть все более реалистично и привлекательно.
МониторыПонятно, что критериев, определяющих правильный выбор монитора, очень много. Более того, для разных целей выбираются разные мониторы. Стоимость мониторов может очень существенно отличаться, их возможности и технические параметры тоже различны. ЭЛТСегодня самый распространенный тип мониторов - это CRT (Cathode Ray Tube)-мониторы. Как видно из названия, в основе всех подобных мониторов лежит катодно-лучевая трубка, но это дословный перевод, технически правильно говорить "электронно-лучевая трубка" (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов технология была создана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря, для осциллографа. Развитие этой технологии, применительно к созданию мониторов, за последние годы привело к производству все больших по размеру экранов с высоким качеством и при низкой стоимости. Сегодня найти в магазине 14" монитор очень сложно, а ведь года три-четыре назад это был стандарт. Сегодня стандартными являются 15" мониторы, и наблюдается явная тенденция в сторону 17" экранов. Скоро 17" мониторы станут стандартным устройством, особенно в свете существенного снижения цен на них, а на горизонте уже 19" мониторы и более. CRT- или ЭЛТ-монитор имеет стеклянную трубку, внутри которой вакуум, т.е. весь воздух удален. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором (Luminofor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т.п. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии CRT, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5 и мало по времени (кстати, белый фосфор - сильный яд). Для создания изображения в CRT-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате, электроны приобретают большую энергию, часть из которой расходуется на свечение люминофора. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т.е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся и мало кому интересны. Все мы знаем или слышали о том, что наши глаза реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз их не всегда может различить). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов – триады). Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофор, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и, в результате, формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет. Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно разница в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев, определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой. Итак, повторимся: каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково, и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки. LCDLCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллические мониторы) сделаны из вещества, которое находится в жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим телам. Фактически, это жидкости, обладающие анизотропией свойств (в частности, оптических), связанных с упорядоченностью в ориентации молекул. Жидкие кристаллы были открыты давным-давно, но изначально они использовались для других целей. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего сквозь них. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для калькуляторов и в кварцевых часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD-мониторы для настольных компьютеров. Далее речь пойдет только о традиционных LCD-мониторах, так называемых Nematic LCD. Экран LCD-монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. LCD-монитор имеет несколько слоев, где ключевую роль играют две панели сделанные из свободного от натрия и очень чистого стеклянного материала, называемого субстрат или подложка, которые собственно и содержат тонкий слой жидких кристаллов между собой. На панелях имеются бороздки, которые направляют кристаллы, сообщая им специальную ориентацию. Бороздки расположены таким образом, что они параллельны на каждой панели, но перпендикулярны между двумя панелями. Продольные бороздки получаются в результате размещения на стеклянной поверхности тонких пленок из прозрачного пластика, который затем специальным образом обрабатывается. Соприкасаясь с бороздками, молекулы в жидких кристаллах ориентируются одинаково во всех ячейках. Молекулы одной из разновидностей жидких кристаллов (нематиков) в отсутствии напряжения поворачивают вектор электрического (и магнитного) поля в такой световой волне на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной оси распространения пучка. Нанесение бороздок на поверхность стекла позволяет обеспечить одинаковые повороты плоскости поляризации для всех ячеек. Две панели расположены очень близко друг к другу. Жидкокристаллическая панель освещается источником света (в зависимости от того, где он расположен, жидкокристаллические панели работают на отражение или на прохождение света). Плоскость поляризации светового луча поворачивается на 90° при прохождении одной панели. При появлении электрического поля молекулы жидких кристаллов частично выстраиваются вдоль поля, и угол поворота плоскости поляризации света становится отличным от 90 градусов. Поворот плоскости поляризации светового луча незаметен для глаза, поэтому возникла необходимость добавить к стеклянным панелям еще два других слоя, представляющих собой поляризационные фильтры. Эти фильтры пропускают только ту компоненту светового пучка, у которой ось поляризации соответствует заданному. Поэтому при прохождении поляризатора пучок света будет ослаблен в зависимости от угла между его плоскостью поляризации и осью поляризатора. При отсутствии напряжения ячейка прозрачна вот по какой причине: первый поляризатор пропускает только свет с соответствующим вектором поляризации. Благодаря жидким кристаллам вектор поляризации света поворачивается, и к моменту прохождения пучка ко второму поляризатору он уже повернут так, что проходит через второй поляризатор без проблем. В присутствии электрического поля поворота вектора поляризации происходит на меньший угол, тем самым второй поляризатор становится только частично прозрачным для излучения. Если разность потенциалов будет такой, что поворота плоскости поляризации в жидких кристаллах не произойдет совсем, то световой луч будет полностью поглощен вторым поляризатором, и экран при освещении сзади будет спереди казаться черным (лучи подсветки поглощаются в экране полностью). Если расположить большое число электродов, которые создают разные электрические поля в отдельных местах экрана (ячейки), то появится возможность, при правильном управлении потенциалами этих электродов, отображать на экране буквы и другие элементы изображения. Электроды помещаются в прозрачный пластик и могут иметь любую форму. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно, на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD-монитора и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади, так, чтобы свет порождался в задней части LCD-дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение хорошего качества, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные компоненты. Комбинация трех основных цветов для каждой точки или пикселя экрана дает возможность воспроизвести любой цвет. Вообще-то, в случае с цветом есть несколько возможностей: можно сделать несколько фильтров друг за другом (что приводит к малой доле проходящего излучения), можно воспользоваться свойством жидко-кристаллической ячейки - при изменении напряженности электрического поля угол поворота плоскости поляризации излучения изменяется по-разному для компонент света с разной длиной волны. Эту особенность можно использовать для того, чтобы отражать (или поглощать) излучение заданной длины волны (проблема состоит в необходимости точно и быстро изменять напряжение). Какой именно механизм используется, зависит от конкретного производителя. Первый метод проще, второй эффективнее. К преимуществам LCD-мониторов можно отнести то, что они действительно плоские в буквальном смысле этого слова, а создаваемое на их экранах изображение отличается четкостью и насыщенностью цветов. Отсутствие искажений на экране и массы других проблем, свойственных традиционным CRT-мониторам. Добавим, что потребляемая и рассеиваемая мощность у LCD-мониторов существенно ниже, чем у CRT-мониторов. Ниже мы приводим сводную таблицу сравнения LCD-мониторов с активной матрицей и CRT-мониторов: |
|
Параметры |
Active Matrix LCD monitor |
CRT monitor |
|
Разрешение |
Одно разрешение с фиксированным размером пикселей. Оптимально можно использовать только в этом разрешении; в зависимости от поддерживаемых функций расширения или компрессии можно использовать более высокое или более низкое разрешение, но они не оптимальны. |
Поддерживаются различные разрешения. При всех поддерживаемых разрешениях монитор можно использовать оптимальным образом. Ограничение накладывается только приемлемостью частоты регенерации. |
|
Частота регенерации |
Оптимальная частота 60-75 Гц, чего достаточно для отсутствия мерцания. |
Только при частотах свыше 75 Гц отсутствует явно заметное мерцание. |
|
Точность отображения цвета |
Поддерживается True Color и имитируется требуемая цветовая температура. |
Поддерживается True Color и при этом на рынке имеется масса устройств калибровки цвета, что является несомненным плюсом. |
|
Формирование изображения |
Изображение формируется пикселями, число которых зависят только от конкретного разрешения LCD-панели. Шаг пикселей зависит только от размера самих пикселей, но не от расстояния между ними. Каждый пиксель формируется индивидуально, что обеспечивает великолепную фокусировку, ясность и четкость. Изображение получается более целостным и гладким. |
Пиксели формируются группой точек (триады) или полосок. Шаг точки или линии зависит от расстояния между точками или линиями одного цвета. В результате, четкость и ясность изображения сильно зависит от размера шага точки или шага линии и от качества CRT. |
|
Угол обзора |
В настоящее время стандартным является угол обзора 120o и выше; с дальнейшим развитием технологий следует ожидать увеличения угла обзора. |
Отличный обзор под любым углом. |
|
Энергопотребление и излучения |
Практически никаких опасных электромагнитных излучений нет. Уровень потребления энергии примерно на 70% ниже, чем у стандартных CRT-мониторов. |
Всегда присутствует электромагнитное излучение, однако его уровень зависит от того, соответствует ли CRT какому-либо стандарту безопасности. Потребление энергии в рабочем состоянии на уровне 80 Вт. |
|
Интерфейс монитора |
Цифровой интерфейс, однако большинство LCD-мониторов имеют встроенный аналоговый интерфейс для подключения к наиболее распространенным аналоговым выходам видеоадаптеров. |
Аналоговый интерфейс. |
|
Сфера применения |
Стандартный дисплей для мобильных систем. В последнее время начинает завоевывать место и в качестве монитора для настольных компьютеров. Идеально подходит в качестве дисплея для компьютеров, т.е. для работы в Интернет, с текстовыми процессорами и т.д. |
Стандартный монитор для настольных компьютеров. Крайне редко используются в мобильном виде. Идеально подходит для отображения видео и анимации. |
|
Главной проблемой развития технологий LCD для сектора настольных компьютеров, похоже, является размер монитора, который влияет на его стоимость. С ростом размеров дисплеев снижаются производственные возможности. В настоящее время максимальная диагональ LCD-монитора, пригодного к массовому производству, достигает 20", а недавно некоторые разработчики представили 43" модели и даже 64" модели TFT-LCD-мониторов, готовых к началу коммерческого производства. Но похоже, что исход битвы между CRT и LCD-мониторами за место на рынке уже предрешен. Причем не в пользу CRT-мониторов. Будущее, судя по всему, все же за LCD-мониторами с активной матрицей. Исход битвы стал ясен после того, как IBM объявила о выпуска монитора с матрицей, имеющей 200 пикселей на дюйм, то есть, с плотностью в два раза больше, чем у CRT-мониторов. Как утверждают эксперты, качество картинки отличается так же, как при печати на матричном и лазерном принтерах. Поэтому вопрос перехода к повсеместному использованию LCD-мониторов лишь в их цене. Тем не менее, существуют и другие технологии, которые создают и развивают разные производители, и некоторые из этих технологий носят название PDP (Plasma Display Panels), или просто "plasma", и FED (Field Emission Display). Основные характеристики мониторовТеперь логично перейти к размерам, разрешениям и частоте обновления. В случае с мониторами, размер - один из ключевых параметров. Монитор требует пространства для своей установки, а пользователь хочет комфортно работать с требуемым разрешением. Кроме этого, необходимо, чтобы монитор поддерживал приемлемую частоту регенерации или обновления экрана (refresh rate). При этом все три параметра - размер (size), разрешение (resolution) и частота регенерации (refresh rate) - должны всегда рассматриваться вместе, если вы хотите убедиться в качестве монитора, который решили купить, потому что все эти параметры жестко связаны между собой, и их значения должны соответствовать друг другу. Разрешение монитора (или разрешающая способность) связана с размером отображаемого изображения и выражается в количестве точек по ширине (по горизонтали) и высоте (по вертикали) отображаемого изображения. Например, если говорят, что монитор имеет разрешение 640x480, это означает, что изображение состоит из 640x480=307200 точек в прямоугольнике, чьи стороны соответствуют 640 точкам по ширине и 480 точкам по высоте. Понятно, что разрешение должно соответствовать размеру монитора, иначе изображение будет слишком маленьким, чтобы его разглядеть. Возможность использования конкретного разрешения зависит от различных факторов, среди которых возможности самого монитора, возможности видеокарты и объем доступной видеопамяти, которая ограничивает число отображаемых цветов. Выбор размера монитора жестко связан с тем, как вы используете свой компьютер: выбор зависит от того, какие приложения вы обычно используете, например, играете, используете текстовый процессор, занимаетесь анимацией, используете CAD и т.д. Понятно, что, в зависимости от того, какое приложение вы используете, вам требуется отображение с большей или меньшей детализацией. На рынке традиционных CRT-мониторов под размером обычно понимают размер диагонали монитора, при этом размер видимой пользователем области экрана обычно несколько меньше, в среднем, на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой "Viewable size", но иногда указывается только один размер, размер диагонали трубки. Обычно мониторы с большой диагональю трубки представляются в качестве лучшего решения, даже при наличии некоторых проблем, таких, как стоимость и требуемое пространство на рабочем столе. Как мы уже говорили, выбор размера, а, следовательно, и лучшего разрешения, зависит от того, как вы используете монитор: например, если вы крайне редко используете компьютер, лишь для того, чтобы написать письмо, то для вас лучшим решением может быть 14" монитор с разрешением 640x480; с другой стороны, если вам требуется больше рабочего пространства на экране при использовании текстового процессора, то для вас гораздо лучше подойдет 15" монитор с разрешением 800x600, который имеет еще и также преимущество над 14" монитором, как менее изогнутая поверхность экрана. Если вы пользуетесь электронными таблицами, занимающими большую площадь, и вам требуется одновременное использование нескольких документов, то стоит остановить свой выбор на 17" мониторе с разрешением 1024x768, а лучше с разрешением 1280x1024. Если вы профессионально занимаетесь версткой (DTP, Desk Top Publishing) или дизайном и моделированием в CAD-системах, то вам потребуется монитор с диагональю от 17" до 24" для работы в разрешениях от 1280x1024 до 1600x1200 точек. Большой монитор с поддержкой высокого разрешения позволит вам более комфортно работать, так как вам не потребуется увеличивать картинку, или перемещать отдельные ее части, или использовать виртуальный десктоп, когда несколько мониторов подключены к одной или нескольким видеокартам. Наличие большого монитора - это все равно, что смотреть через окно на мир: чем больше окно, тем больше вы видите без необходимости выглядывать наружу. Частота регенерации или обновления (кадровой развертки для CRT мониторов) экрана - это параметр, определяющий, как часто изображение на экране заново перерисовывается. Частота регенерации измеряется в Hz (Герцах, Гц), где один Гц соответствует одному циклу в секунду. Например, частота регенерации монитора в 100 Hz означает, что изображение обновляется 100 раз в секунду. Как мы уже говорили выше, в случае с традиционными CRT-мониторами время свечения люминофорных элементов очень мало, поэтому электронный луч должен проходить через каждый элемент люминофорного слоя достаточно часто, чтобы не было заметно мерцания изображения. Если частота такого обхода экрана становится меньше 70 Hz, то инерционности зрительного восприятия будет недостаточно для того, чтобы изображение не мерцало. Чем выше частота регенерации, тем более устойчивым выглядит изображение на экране. Мерцание изображения (flicker) приводит к утомлению глаз, головным болям и даже к ухудшению зрения. Заметим, что чем больше экран монитора, тем более заметно мерцание, особенно периферийным (боковым) зрением, так как угол обзора изображения увеличивается. Значение частоты регенерации зависит от используемого разрешения, от электрических параметров монитора и от возможностей видеоадаптера. Минимально безопасной частотой кадров считается 75 Hz, при этом существуют стандарты, определяющие значение минимально допустимой частоты регенерации. Считается, что чем выше значение частоты регенерации, тем лучше, однако исследования показали, что при частоте вертикальной развертки выше 110 Hz глаз человека уже не может заметить никакого мерцания. Ниже мы приводим таблицу с минимально допустимыми частотами регенерации мониторов по стандарту TCO’99 для разных разрешений:
Если вместо размера CRT используется видимый размер экрана, то данные в таблице выше также применимы. Заметим, что приведены минимально допустимые параметры, а рекомендованная частота регенерации – от 85 до 100 Hz. Частота регенерации выше 100 Гц не является рекомендованной и ведет к существенному удорожанию электроники монитора без какого либо оправдания цены со стороны физиологии человека. Далее, приведем справочную таблицу, в которой указаны физический и видимый размеры трубок CRT-мониторов, максимально поддерживаемое разрешение, рекомендуемое разрешение, а также необходимые объемы видеопамяти для отображения с 256, 65К и 16М цветов. Заметим, что мы не ведем речь о представлении 3D-графики, так как в этом случае необходимы дополнительные объемы памяти для Z-буферизации и для хранения текстур. |
|
Физический размер диагонали монитора |
Видимый размер диагонали монитора |
Максимальное разрешение |
Рекомендуемое разрешение |
Объем видеопамяти для 256 цветов |
Объем видеопамяти для 65K цветов |
Объем видеопамяти для 16М цветов |
|
14" |
12,5" - 13" |
1024x768 |
640x480 |
0,5 |
1 |
2 |
|
15" |
13,5" - 14" |
1280x1024 |
800x600 |
1 |
2 |
2 |
|
17" |
15,5" - 16" |
1600x1200 |
1024x768 |
1 |
2 |
4 |
|
19" |
17,5" - 18" |
1600x1200 |
1280x1024 |
2 |
4 |
4 |
|
21" |
19,5" - 20" |
1600x1200 |
1280x1024 |
2 |
4 |
4 |
|
24" |
21,5" - 22" |
1900x1200 |
1600x1200 |
2 |
4 |
8 |
Носители информации
Жесткие диски
Технологии Жестких Дисков: Общие термины
IDE (Integrated Drive Electronics)
Встроенная Электроника Диска - любой диск со встроенным контроллером. Это означает, что большинство схем по управлению диском встроено в "IDE Диск", а не в контроллер. Многие из нас считают, что любой ATA диск должен быть "IDE Диск".
ATA (Advanced Technology Attachment)
Технология Улучшенного Соединения. ATA диски - подкласс IDE дисков, которые используют шлейф с 40 или 80 контактами. Серия интерфейсов и протоколов, используемых для организации доступа к жестким дискам в компьютерах. Часто ATA сопоставляют (даже если это и неправильно) с IDE (ATA диск = IDE диск).
PIO Mode (Programmed I/O Mode)
Программируемый ввод/вывод. Определяет режим ввода/вывода для установленного ATA диска. Говоря проще, это означает скорость работы шины. Более высокий режим PIO, обеспечивает более быструю шину. Это понятие вышло из употребления при появлении UDMA.
DMA (Direct Memory Access)
Прямой Доступ к Памяти. Открывает доступ к памяти напрямую, не загружая центральный процессор. Это ускоряет работу устройства, передачу данных, и снимает значимую часть нагрузки с процессора.
Areal Density
Плотность Размещения. Измеряется в байт/квадратный дюйм. Чем плотность размещения больше, тем больше байт считает головка диска в секунду, т.е. тем больше скорость передачи. Это параметр указывает на то, как расположена информация на "блинах" диска. Чем больше плотность размещения, тем больше информации вместиться на "блин". Плотность размещения часто проверяется при покупке диска, и важна не менее, чем скорость вращения диска. А большая плотность означает больший объем жесткого диска, и большую скорость передачи.
Rotational Speed
Скорость вращения. Обычно, измеряется в оборотах в минуту (rpm - revolutions per minute). Для большинства существующих жестких дисков она составляет от 4200 rpm до 15000 rpm. Стандартный высокопроизводительный IDE диск работает на частоте вращения диска 7200 rpm. Скорость вращения - основная характеристика производительности диска. К примеру, если производительность какого-нибудь диска принять за константу, а затем увеличить скорость вращения, к примеру, вдвое, производительность также увеличится вдвое. Обычно высокая скорость вращения означает высокую производительность - эта основная характеристика, на которую стоит обратить внимание при покупке.
Seek time
Время поиска. Означает, сколько времени тратится на поиск дорожки диска. Эту характеристику часто не правильно толкуют. К примеру, часто компании публикуют данные, о своих дисках, как - время поиска дорожки диска (которое составляет 1-4 мс) и как - среднее время доступа к информации на диске (которое составляет 6-13 мс). Как правило, все диски, даже разных производителей, с примерно одинаковой ценой имеют также одинаковое время поиска (различия около миллисекунды), следовательно, не стоит делать выбор в пользу какого-нибудь производителя только по этому параметру.
MTBF (Mean Time Between Failure)
Время работы диска. Означает, как долго диск способен работать. Этот параметр игнорируется, т.к. обычно он намного превосходит все разумные пределы использования диска - ведь к этому времени, до которого доживет ваш диск, он будет абсолютным "тормозом".
Cache
Кэш. Место, буфер, через которое проходит информация между диском и ее конечным назначением. Большой кэш всегда означает большую производительность, но из-за дороговизны кэша во многих случаях его занижают. В некоторых случаях преимущество большого кэша сказывается больше на цене, чем на производительности. Поэтому не переплачивайте за кэш, если прирост производительности незначителен. Скорость вращения и плотность размещения играют большую роль в производительности жесткого диска.
A/V (Audio/Video).
Этот параметр означает, что диск оптимизирован для профессиональной обработки аудио/видео изображений. Т.к. они имеют большой объем, создается необходимость в последовательном, продолжительном чтении или записи, что приводит к увеличению температуры диска и в дальнейшем может привести к сбою. Как правило, для этого требуется также большой объем кэш-памяти. В настоящее время практически все современные диски оптимизированы таким образом, но не помечаются.
Типы жестких дисков: от IDE до Fiber Channel
Широко распространена ошибка в названии жестких дисков: под IDE подразумевают ATA. Это происходит из-за того, что контроллер IDE встроен в сам жесткий диск ATA. ATA это интерфейс (как и SCSI), который использует контроллер IDE.
В настоящее время практически все используют Ultra DMA, но многие пользователи наверное еще помнят использование жестких дисков "mode 3" или "mode 4". Это были ATA-2 диски, которые использовали PIO mode 3 или mode 4. Ниже представлена таблица эволюции интерфейса ATA начиная с 1993 г.
|
Тип интерфейса |
Скорость шины |
Год |
|
ATA-2 PIO 3 |
13.3Mб/с |
1993 |
|
ATA-2 PIO 4 |
16.6Mб/с |
1994 |
|
UDMA/33 |
33.3Mб/с |
1997 |
|
UDMA/66 |
66.6Mб/с |
1999 |
|
UDMA/100 |
100Мб/с |
2000 |
|
UDMA/133 |
133Мб/c |
2002 |
Интерфейсы
При покупке жесткого диска вам сперва необходимо определиться какой интерфейс будет у вашего диска. Может быть это будет IDE диск? А как на счет SCSI, IEEE 1394, USB? Интерфейсы различаются по скорости, цене, длине кабеля, гибкости и по многим другим факторам. Из чего следует, что было бы разумно дать описание интерфейсам жестких дисков.
UDMA
По мере того как технологии по производству дисков становились лучше и плотность размещения возрастала более чем на 20% за год, появилась потребность в новом стандарте-интерфейсе передачи данных. Такой, который позволит разместить два устройства на одном ATA шлейфе, что бы загрузка была минимальной. Скорости передачи 16,6Мб/с определенно не хватало и Quantum разработал стандарт Ultra-ATA/33 (UDMA/33), увеличив пропускную способность вдвое. Для того, чтобы достичь такого эффекта сигнал остался прежним, но данные передавались как по нарастающему, так и по заднему фронту импульса, а не как прежде только по нарастающему. Далее, по мере развития технологий, применяемых в дисках, появились стандарты ATA/66/100/133.
IDE/ATA
IDE - так обозначается типа диска, который использует интерфейс ATA. IDE - не дорогая электроника, которая использует ATA для подключения c помощью параллельного шлейфа, и создана для подключения устройств внутри компьютера. Т.е. для подключения внешнего или переносного устройства к компьютеру он плохо подходит: шлейф как правило имеет только 2 разъема и, по нашему опыту не более двух футов (один метр) длиной. Конечно же существуют и длинные шлейфы с большим количеством разъемов, но мы бы не рекомендовали пользоваться такими.
Как уже говорилось, ATA канал поддерживает до двух устройств - "master" и "slave". Обычно жесткий диск используется первым, и называется "master", "slave" используется для вторичного устройства, например, CD-ROM. По такому кабелю за один рабочий такт может работать только одно устройство, поэтому использование "slave"-устройства не рекомендуется. На современных материнских платах существует два разъема для подключения IDE устройств, поэтому мы рекомендуем установить жесткий диск как "master" на одном разъеме, а CD-ROM, или DVD-ROM как "master" на втором.
В настоящее время доступны три основных варианта IDE дисков: это ATA/33, ATA/66, и ATA/100 (или UDMA/33, UDMA/66, UDMA/100). Цифра в этой записи означает пиковое (максимальное) пропускную способность, измеряемую в Мб/с. ATA/66 и ATA/100 требуют специальный 80-контактнцый разъем для работы в полную силу (такой кабель обычно поставляется с материнской платой, поддерживающей такие режимы). Если же такой кабель не поставляется, то такие диски работают как через интерфейс ATA/33 и скорость передачи не превышает 33 Мб/с. Как уже говорилось выше, эти варианты так же называют как UDMA. Но, с другой стороны, неправильно приравнивать под одно значение такие понятия, как UDMA, ATA и IDE.
Все IDE диски ДОЛЖНЫ работать со всеми вариантами ATA. Т.е. любой ATA/100 диск будет работать с контроллером ATA/33, а диск ATA/33 - с контроллером ATA/100. Сигнал будет подаваться на уровне компонента низшего класса. В вышеописанном примере оба диска будут работать на ATA/33, это значит они будут передавать данные со скоростью 33Мб/с. Не исключено, что вы можете столкнуться с проблемой несовместимости IDE, когда определенный диск не будет работать с определенным шлейфом, или когда два диска от разных производителей не будут работать на одном канале IDE, но такого рода проблемы редкость в наше время.
Различие между производительностью ATA/33, 66 и 100, как правило, очень малы. На сегодняшний день не существует дисков ATA/100, способных работать со скоростью 66 Мб/с, и очень мало дисков, полностью использующих частоту ATA/33. Только дисковый кэш может улучшить частоту работы диска, при этом работа диска увеличивается, но не намного.
Главный недостаток дисков IDE: они не считаются профессиональными, т.е. диски для SCSI всегда быстрее. К примеру, можно приобрести IDE диск с 7200 об/мин, который является быстрейшим IDE диском… но для SCSI доступен диск с 15000 об/мин, который, все же, быстрее. Еще один недостаток - это относительно низкое значение MTBF у IDE, чем у SCSI.
Немного о перспективах. Жизнь ATA продлится при широком распространении последовательного ATA (Serial ATA). Этот интерфейс будет использовать только два провода (один для приема, другой для передачи) для обмена данными со скоростью 1.5 Гб/с и быстрее. Это более, чем в два раза быстрее, нежели у сегодняшних ATA/100 дисков! Недостаток - на один канал может быть помещено только одно устройство, но и он легко решаем - введением дополнительных каналов.
Плюсы
· Превосходная производительность за низкую цену · Большое распространение
Минусы
· Сейчас не доступны более быстрые диски · Маленькая длина кабеля · Только для внутреннего использования
SCSI
SCSI - это стандартный интерфейс для жестких дисков, которые чаще всего устанавливаются на рабочие станции и сервера. Диски с этим интерфейсом более дорогие, чем IDE. Это параллельный интерфейс, по которому обмен данных происходит быстрее, который поддерживает больше устройств и может работать на больших расстояниях (до 12 метров в известных SCSI устройствах), а также является многозадачным.
Узкая шина SCSI имеет 8 адресов, а широкая шина имеет 16 адресов. Сам контроллер резервирует один адрес, а остальные 15(7) доступны для устройств. Чем выше адрес у устройства, тем выше приоритет устройства, следовательно, благодаря этому каждое устройство имеет свой приоритет доступа к шине. Это позволяет более корректно настроить систему, но и вызывает некоторые сложности для неподготовленных пользователей.
Почему же UDMA со своей довольно неплохой пропускной способностью - 66Мб/с не может тягаться со SCSI. Одно из важных отличий SCSI от IDE - эффективность пропускной способности SCSI, которая была достигнута увеличением тактовых частот и небольшим изменением протокола.
|
Тип диска |
Скорость шины (Мб/с) |
Кол-во адресов |
Макс. Кол-во устройств |
|
SCSI-1 (узкий) |
5 |
8 |
8 |
|
Fast SCSI (узкий) |
10 |
8 |
8 |
|
Fast Wide SCSI (широкий) |
20 |
16 |
16 |
|
Ultra SCSI (узкий) |
20 |
8 |
8 |
|
Wide Ultra SCSI (широкий) |
40 |
16 |
16 |
|
Ultra2 SCSI (узкий) |
40 |
8 |
8 |
|
Wide Ultra2 SCSI (широкий) |
80 |
16 |
16 |
|
Ultra3 SCSI (широкий) |
160 |
16 |
16 |
Как видите, существует большое количество SCSI вариантов. Остановимся поподробней на самых распространенных: Ultra, Ultra2, Ultra160. Ultra SCSI работает со скоростью 20 Мб/с и поддерживает 8 адресов. Ultra2 - это расширенная версия Ultra, основное улучшение - скорость 40 Мб/с. Еще Ultra2 SCSI называют LVD (Low Voltage Differential) - Дифференциал Низкого потребления. Wide Ultra2 SCSI - работает со скоростью 80 Мб/с. Ultra160 SCSI (или Ultra3 SCSI) - это самая последняя широко распространенная версия SCSI, работающая со скоростью 160 Мб/с. Есть и более быстрые интерфейсы SCSI, но пока они представляют интерес лишь для профессионалов.
Устройства SCSI в основном совместимы с контроллерами и дисками, которые используют другой вариант SCSI, но 100% гарантии в совместимости нет. Может случиться так, что со старым диском на новом контроллере все остальные диски автоматически работают со скоростью старого. Это зависит от используемого контроллера. А так же при использовании шлейфа узкого типа на шине приводит к тому, что все устройства работают на скорости работы узкого шлейфа.
Со всеми нововведениями SCSI можно запутаться, особенно с кабелями. Что в них больше всего сбивает с толку, так это то, что они называются не по типу шины. Существуют два типа внутренних SCSI кабелей и четыре типа внешних, не включая LVD (у которого просто-напросто больше проводов). Смущает то, что любой внутренний SCSI кабель имеет 68 контактов и является "SCSI-3" кабелем. Это вовсе не означает, что диски на этом шлейфе являются устройствами "SCSI-3" или то, что он будет работать только с устройствами Ultra3. 68-контактный разъем "SCSI-3" может быть LVD и нормально соединять UltraWide или Ultra2Wide устройства.
SCSI часто называют "черной магией", т.к. грамотная настройка может обеспечить просто колдовскую производительность! Или наоборот, длина кабеля, или адресные конфликты могут быть источником головной боли. А вообще, SCSI - это проверенный, способ соединения жестких дисков для обеспечения высокой скорости.
Главное преимущество SCSI - это то, что этот стандарт разработан для высококачественных и высокопроизводительных жестких дисков. Это означает, что все быстрые и объемные диски проектируются для него. К примеру, жесткий диск от Seagate Cheetah, со скоростью вращения 15000 об/мин не доступен для IDE. Плюс ко всему, на одной шине может находиться 15 устройств при минимальных потерях в скорости.
Будущие SCSI устройства будут еще быстрее. Следующий шаг - это Ultra320, а в планах Ultra640.
Плюсы
· Масштабируемая производительность · Масштабируемый объем · Используется как для внешних, так и для внутренних устройств
Минусы
· Большая цена как контроллеров, так и устройств · Сложности в настройке
Fibre Channel
Оптический канал - это интерфейс, сильно отличающийся от IDE и SCSI. Его устройство напоминает устройство Ethernet и InfiniBand. Этот интерфейс в одинаковой мере предназначен для жестких дисков, для сети, и для другой периферии. Оптический канал часто используется для присоединения SCSI RAID (или просто RAID) к сети рабочих станций, или серверов.
Оптический канал на сегодняшний момент имеет реальную скорость 100 Мб/с и выше, но его теоретическая скорость составляет 1.06 Гб/с. Несколько компаний предлагают оптические каналы следующего поколения, со скоростью 2.12 Гб/с. Некоторые из супер-современных высококачественных решений на оптическом канале (кстати, даже самый слабый оптический канал является высококачественным и профессиональным решением) на рынке используют множество оптических каналов как один, за счет чего достигается большая пропускная способность.
В отличие от SCSI, оптический канал довольно гибкий. И если длина SCSI ограничена 12 метрами, то его длина оптического канала может достигать 10 километров, и даже значительно больше при использовании специальных дорогостоящих медных кабелей.
Плюсы · Высокая масштабируемость · Очень большая длина кабеля · Высокая скорость · Различное его применение · Множество компьютеров в сети могут иметь один RAID
Минусы · Высокая стоимость · Очень высокая стоимость · Постоянно растущая стоимость
IEEE 1394
IEEE 1394, или FireWire (название Apple), или iLink (название Sony), становится стандартом для передачи цифрового видео, но может использоваться для присоединения жестких дисков, сканеров, сети, цифровых камер, передачи профессионального аудио, и других процессов, требующих большой пропускной способности. FireWare на сегодняшний день ненамного дороже, чем другие форматы, но цена на него быстро падает.
FireWare поддерживает до 63 устройств на одном канале со скоростью 400 Мб/с. 1394b, первое его дополнение, будет поддерживать до 800 Мб/с на один канал. FireWare обеспечивает устройство энергией по необходимости, что делает этот стандарт очень удобным для внутренних устройств.
Сейчас вы не найдете жестких дисков, созданных для использования с этим стандартом, но они обязательно появятся в будущем. Ну а сейчас можно использовать специальный IDE/FireWare преобразователь. Также можно подключить видеокамеры, сканеры, принтеры. FireWare может использоваться для сетей, соединения нескольких компьютеров, при этом создается сеть FireWare, т.е. устройствами могут пользоваться все компьютеры одновременно. Некоторые новые ПК, а также практически все Mac имеют один или два порта FireWare.
Одно из замечательных свойств FireWare, кроме скорости и цены, это высокая стабильность и подключаемость. К примеру, можно на компьютере смотреть видео с диска FireWare, затем отключить диск, включить его, и смотреть видео без всякой настройки или установки драйверов. При этом нет необходимости выключать компьютер! Совместимость Plug&Play зависти от установленной операционной системы, но практически для всех ОС предусмотрена поддержка FireWare.
Будущее стандарта IEEE 1394 также в увеличении скорости. Стандарт 1394b уже набирает силу, так что проблем с этим не будет.
Плюсы
· Высокая подключаемость · Скорость · Нет устройств "master" · Возможно подключение к нескольким машинам одновременно
Минусы
· Высокая стоимость адаптеров жестких дисков
USB
USB 1 (Universal Serial Bus) - Универсальная Последовательная Шина - это распространенная на ПК шина для внешних устройств. В высокоскоростном варианте скорость составляет 12 Мбит/с, и 1.5 Мбит/с в низкоскоростном. При использовании высокоскоростного варианта, максимальная длина кабеля 5 метров, и только 3 метра при низкоскоростном. Пока что у USB не хватает скорости для работы с основным жестким диском, но ее вполне хватает для второстепенного, CD-R, сканеров, сети, и др. устройств.
Один USB канал поддерживает 127 устройств, используя USB хабы. USB использует контроллер "master", так что любой сигнал от одного устройства другому, скажем, от USB жесткого диска до USB CD-R, должен пройти через контроллер на компьютере, а затем до необходимого устройства. Это значительно уменьшает скорость. Кроме того, через USB не может быть подключено более одного компьютера, хотя два компьютера могут быть связаны через специальное устройство - USB мост.
USB также высоко подключаемый стандарт, т.е. можно подключать устройства, не выключая компьютер. Несмотря на это, поддержка этого стандарта ОС не столь хорошее. К примеру, под Windows 2000 каждая подключаемая мышь должна быть с драйвером. Будущее USB называется…. USB 2.0. Скорость увеличилась до 480 Мбит/с, а этого вполне достаточно для подключения как основного жесткого диска, так и второстепенного.
Плюсы
· Широкое распространение · Низкая цена · Высокая подключаемость
Минусы
· Плохой алгоритм связи между устройствами · Низкая скорость (не в USB 2) · Небольшая длина кабеля
Выбор интерфейса
Если вы покупаете компьютер для дома, или офиса, интерфейс IDE будет для вас оптимален как по цене, так и по скорости. USB - это хороший выбор при использовании внешнего CD-R, или сканера. IEEE 1394 хорош для простого и быстрого соединения внешнего жесткого диска к вашему компьютеру, или ноутбуку. Если же вам нужна рабочая станция, производительность которой сильно зависит от скорости жесткого диска, особенно при использовании RAID, то SCSI подойдет как нельзя лучше. Если же есть несколько рабочих станций, нуждающихся в одновременном доступе на высокой скорости к одному жесткому диску, то оптический канал вам подойдет лучше всего. При использовании RAID в этом случае, можно выбрать RAID как на оптическом канале, так и на SCSI RAID. Ну а для серверов, традиционно, лучшим выбором является SCSI. Для вспомогательного сервера подойдет даже IDE.
RAID
RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) - матрица независимых дисковых накопителей с избыточностью. RAID используется для увеличения надежности и увеличения скорости. Основные способы использования: RAID 0, 1, и 0+1. RAID 0 использует два жестких диска одновременно, осуществляет чтение и запись одновременно с обоих дисков. При этом возрастает производительность. RAID 1 тоже использует два диска, но данные из первого дика просто дублируются на втором через секунду. Это обеспечивает высокую надежность системы, ведь при повреждении одного диска, второй остается рабочим, и данные не теряются. RAID 0+1 использует четыре диска, первые два работают как и RAID 0, вторые - как RAID 1, т.е. дублируют. Существуют и другие варианты использования RAID, различным образом увеличивая надежность, к примеру, сравнение данных на дисках для проверки их сохранности.
Для машины, ориентированной на домашнее или рабочее пользование со средней производительностью, жесткий диск - 7200rpm с 2Мб кэша и ATA/66 или более быстрым интерфейсом даст неплохую производительность за сравнительно небольшие деньги. Вы, конечно можете сэкономить на диске с 5400 оборотами, но могу сказать с уверенностью - вы от этого не выиграете. Диски со SCSI интерфейсом дадут больше производительности, но, опять же, обойдутся гораздо дороже, нежели ATA.
Размер
40 ГБ будет более чем достаточно для обычного домашнего пользователя, как минимум на несколько лет вперед. Если вы коллекционируете MP3'шки, видео, или другие файлы, которые периодически скачиваются вами из Интернета, то вам лучше поискать диск емкостью 60-120ГБ. Если же занимаетесь сложным, многоступенчатым редактированием видео, то вам не помешает приобрести второй диск большой емкостью, как правило у него меньше оборотов, чем у ведущего диска. Если же ничего сверхъестественного с видео вы не делаете, то вам понадобится как минимум диск 120ГБ, а идеальным приобретением будет диск емкостью 160-200ГБ, которые значительно облегчит работу и условия работы.
Serial ATA
Причины перехода с IDE/ATA на SerialATA
Всем уже давно понятно, что времена стандарта IDE/ATA прошли. Пользователи всегда пытаются улучшить производительность своих систем, и негибкий параллельный ATA выделяется в компьютере как мамонт в зоопарке, а шлейфы бывают всегда слишком коротки и слишком ненадежны.
Вот как описал причину перехода с IDE/ATA на SerialATA один из специалистов (Vlady, http://admin.vlady.ru) в конференции talk.ru.comp.admin 23.09.2003 (широко используется профессиональный жаргон):
Именно технологические и "технические в железе" проблемы породили переход с параллельного на последовательный интерфейс.
Очень трудно передавать по нескольким шинам одновременно согласованный по времени сигнал. Гораздо проще нарастить скорость до заоблачной в одной свитой паре проводников.
Нет желания рисовать графики, поэтому я попробую объяснить физику процессов на пальцах. Ты поймешь, если будешь внимателен.
Рассмотрим обычный параллельный шлейф.
Сигнал просто передается по нескольким параллельным линиям, в каждой линии - свой сигнал, втупую означающий "0" или "1" передаваемой информации в этой линии.
Для понимания давай примем одно условие: мы планируем передавать по 8 (например) параллельным линиям одно двоичное число в секунду.
Тогда получается, что для того, чтобы передать двоичное число "00100000", надо изначально на всех линиях иметь 00000000 (то есть на всех физических жилах иметь 0 вольт), потом на одну секунду на третьей линии поднять сигнал в "единицу", подержать его 1 секунду, а потом снова вернуть на все линии "нули". То есть, физически, изначально имеем на всех линиях "ноль" вольт, потом подать на третью по счету линию 1 вольт (на остальных - так и остается "ноль"), подержать его целую секунду, и потом снова вернуть на все линии "ноль" вольт.
Допустим, мы хотим передавать больше информации, чем одно двоичное число в секунду. Тогда нам надо увеличивать скорость в каждой линии - два, три, пятьсот, миллион переключений из нуля в единицу и обратно в ноль в секунду. Но есть предел (не теоретический, а практический) увеличения скорости для проводника длиной 40см - когда скорость переключения в нем сильно возрастёт (то "есть частота переключения" из состояния "нуля" в "единицу" и потом обратно в "ноль" - понимаешь? то есть частота - запомнил? а где есть частота, там есть "длина волны", которая составляет "единицу делёную на частоту") и длина волны в каждом проводнике начнет приближаться к длине самого проводника (то есть к длине шлейфа), то возникают уже "радиоэффекты":
а) отражения сигнала от конца проводника ("стоячая волна”), которые сильно искажают сигнал вплоть до его полного исчезновения;
б) потери на излучение (то есть каждый проводник в шлейфе становится самой настоящей антенной, и энергия просто уходит в окружающее пространство с него;
в) и тому подобное (чтоб голову тебе не забивать).
И мы упрёмся, НАПРИМЕР, в миллион переключений в секунду в каждой жиле. То есть для восьми жил в параллельном шлейфе мы уткнемся в миллион двоичных чисел в секунду.
А в реале мы бы уткнулись в PIO4 (MW-0).
Но мы ж ненасытные, нам этого мало.
И тогда мы начинаем хитрить (вот где нужны графики!).
Но для рассмотрения нашей "хитрости" давай снова вернемся в скорость в шлейфе "одно двоичное число в секунду".
Мы не станем возвращать "единицу" в "ноль" в конце секунды!
Мы примем, что для ВТОРОЙ секунды "нулевым" состоянием в шлейфе является состояние 00100000! И сразу подадим нужное двоичное число, например, 00000010, но откорректировав его соответственно "исходному для второй секунды" "нулю". То есть в шлейфе окажется состояние линий 00100010.
"Ну и?" - скажет невнимательный читатель, - "Чего мы добились? За две секунды мы передали два двоичных числа, плюс получили головную боль с расчетом состояния для второй секунды".
"Э-э-э-э...." - подняв палец, скажу я, - "Мы добились того, что перешли из "физических" переключений в "логические" - состояние ТРЕТЬЕЙ линии за две секунды не изменилось, то есть мы не упрёмся в миллион физических переключений в секунду в этой (и в каждой из остальных!) линии и ПОКА не создадим радиоэффектов".
Внимательный читатель спросит: "А зачем нам ждать начала второй секунды, чтобы перевести шлейф во второе состояние? чего мы тянем с отправкой второго двоичного числа? давай сделаем это сразу, как только ЗАФИКСИРУЕТСЯ состояние "единицы" в третьей линии, то есть СРАЗУ, как только будет передано первое двоичное число?!"
"Правильно," - скажу я. Но синхронизацию давай всё же оставим – просто разделим секунду на миллион частей. Состояние третьей линии ЗАФИКСИРОВАЛОСЬ в "единице"? Следующее состояние не требует изменения состояния в третьей линии в "ноль"? “ВременнАя метка” разрешает дальнейшую передачу? Тогда передаем дальше – переводим седьмую линию в "единицу"!
Таким образом мы сможем колоссально поднять скорость в шлейфе.
Но не до беспредела.
Ввиду того, что из положения "ноль вольт" в положение "1 вольт" (и обратно) линия переходит НЕ МГНОВЕННО, а с небольшой задержкой, то существует время на ФИКСАЦИЮ состояния линии. Задержка обусловлена паразитными параметрами сигнальной линии - емкостями и индуктивностями не только самой линии, но и "передающего транзистора", и "принимающего транзистора". То есть при переходе из "нуля" в "единицу" сигнал выглядит как взлёт фейерверка - сначала быстро, но потом всё медленней и медленней. А при переходе из "единицы" в "ноль" сигнал КАК БЫ похож на падение метеорита - сначала быстро влетает в атмосферу, а потом всё больше и больше тормозится в ней; то есть полезный сигнал "вязнет" в паразитных параметрах. Разумеется, можно БЕСКОНЕЧНО ПЫТАТЬСЯ снизить паразитные параметры транзисторов... а что делать с медными проводниками линий? Да хоть с золотыми?! Кроме того, мы же снова приблизимся к состоянию, когда рядом расположенные проводники/линии будут превращаться в антенны друг для друга, и тем самым искажать сигнал друг другу. Разумеется, мы снова всех обхитрим - сделаем не 40-жильный провод с рядом расположенными "дельными" проводниками, а 80-жильный, где каждый "дельный" проводник отделен от соседнего "дельного" проводника "земляным" проводником - это намного снизит влияние соседних "дельных" проводников друг на друга.
Всеми этими ухищрениями мы сможем перейти с АТА-33 до АТА-133.
Но дальше - НЕКУДА.
"Стоп!" - скажет нетехнологичный читатель, - "Почему некуда? Давайте расширим сигнальную шину с 8 проводников до 16, или сразу до 64 линий. Давайте не просто проложим между каждыми "дельными" проводниками "земляной" проводник, а сделаем из каждого "дельного" и "земляного" провода свивку (витую пару) - для уменьшения наводок между "дельными" проводниками!".
А я у него спрошу: "А тебе хватит месячной зарплаты, чтобы купить хотя бы один ТАКОЙ шлейф? А два ТАКИХ шлейфа?".
.....
Переход на последовательную шину - благо для технологии.
Потому что требует гораздо меньших затрат: оптимизировать "передающий" и "принимающий" транзисторы, хорошенько свить и экранировать пару проводов (строго говоря – две пары). Никаких тебе взаимных помех. Максимальная скорость в витой паре теоретически и в реале обусловлена гораздо более простыми правилами, чем для шлейфа в 40 проводников.
Параллельная передача данных (посылка данных по нескольким параллельным маршрутам) подразумевает использование нескольких проводов, к тому же высокочастотный сигнал подвержен электромагнитным помехам. Serial ATA является последователем других успешных стандартов, базирующихся на принципе последовательной передачи данных. Среди них можно упомянуть Ethernet, USB, FireWire и даже AMD HyperTransport.
Serial ATA призван достичь нескольких целей. Он должен быть быстрым, легким в эксплуатации и самонастраивающимся. Еще одно ключевое требование - обратная совместимость. Serial ATA должен быть обратно совместим с Parallel ATA (что достигается с помощью специальных адаптеров). Новый стандарт должен быть распространен как можно шире, и в результате экспансии Serial ATA уже разрабатывается стандарт SAS (Serial Attached SCSI). Так что через пару лет Fiber Channel придется потесниться, поскольку SAS обеспечит скорость передачи 600 Мбайт/с.
Что нового в стандарте
Прежде всего, кабель у нового интерфейса принципиально отличается от прежнего 40- или 80-жильного широкого плоского: количество сигнальных проводов кабеля сокращено до четырех (есть еще и земля), и до метра увеличена его допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера, удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм. Внутри кабеля Serial ATA находятся 2 пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода ("земли"). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три "земляных" контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить "горячее" подключение (предусмотрено "горячее" подключение накопителей по Serial ATA без специальных адаптеров).
Еще одно преимущество Serial ATA - бОльшая полоса пропускания, чем у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA (примерно через 3 и 6 лет) увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.
Кроме того, поскольку к каждому кабелю Serial ATA может быть подключен только один накопитель (к параллельным можно подключать два накопителя одновременно), то запас скорости интерфейса сейчас кажется очень большим. Действительно, если нынешние IDE-винчестеры со скоростью чтения полезных данных с пластин до 50 Мбайт/с практически насытили интерфейс UltraATA/100 (два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100 дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности) и подступили вплотную к пределу интерфейса UltraATA/133, то добираться до 150 Мбайт/с одиночным дискам придется еще очень долго (по прикидкам - примерно лет 5, а то и больше), то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь. К тому же соседство на одном шлейфе больше не будет мешать дискам в силу устранения латентностей шины IDE на переключение между соседними устройствами, что также должно повысить скорость работы дисков в компьютерах при грамотной реализации контроллеров на системных платах.
Улучшено и электрическое обрамление интерфейса: теперь вместо более 20 пятивольтовых линий (а пятивольтовые сигналы в современных системах нередко требуют усложнения и удорожания схемотехники, поскольку большинство нынешних цифровых микросхем уже работают при более низких напряжениях питания) используются всего две дифференциальные линии с перепадом уровня всего 0,5 вольт, а это отлично согласуется с современными интегрированными решениями.
Еще одной важной особенностью Serial ATA является то, что изменения архитектуры интерфейса лежат только в области физического интерфейса, а по регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с нынешним параллельным ATA. Поэтому не будет необходимости кардинально менять драйверы. Более того, в некоторых случай новых драйверов для Serial ATA вообще не потребуется(!): архитектура Serial ATA прозрачна для BIOS и операционной системы. Кроме того, Serial ATA (в отличие от параллельных ATA) обладает средствами исправления ошибок (по ECC), и целостность передаваемых по кабелю данных будет гарантироваться.
Обратная совместимость последовательного ATA с параллельным будет реализовываться двумя способами: объединением чипсетов, поддерживающих параллельный ATA-интерфейс, с дискретными компонентами, реализующими Serial ATA физически, и применением адаптеров (dongles), превращающих параллельную шину АТА в последовательную, и наоборот.
В перспективе
Так же на данный момент ведутся разработки Serial ATA II. В спецификации Serial ATA II предусматриваются и другие усовершенствования и технологии, улучшающие производительность:
- внеочередное исполнение команд и разбивка/сборка потока данных
- полное управление окружением, включая управление вентилятором, индикаторами активности, температурным контролем и уведомлением о подключении новых устройств
- подключение через соединительную плату, что позволяет преодолеть ограничения, связанные с длиной шлейфа стандарта Serial ATA 1.0, и использовать съемные устройства с возможностью горячей замены
- возможность эффективного подключения большого количества дисковых накопителей
Разработка усовершенствованной спецификации Serial ATA II проходит в два этапа. На первом уточняются технические характеристики функций для серверных и сетевых устройств хранения данных, включая новые возможности нивелирования нагрузки на серверы, а также способы модернизации инфраструктуры путем оснащения корпусов устройств хранения данных средствами подключения через интерфейс Serial ATA. К таким средствам относятся функции диспетчерского обслуживания корпусов и поддержка объединительных плат. На вторую половину 2003 года намечено завершение второго этапа разработки спецификации Serial ATA II, призванной обеспечить прохождение сигналов на скоростях нового поколения, то есть 300 Мбайт/с. Приступить к освоению продукции на базе достижений второго этапа намечено на второе полугодие 2004 г. Serial ATA II полностью обратно совместим с первой версией шины. Будет использоваться тот же самый кабель, даже для скоростей 300 Мбайт/с (3 Гбит/с). По словам сотрудника Intel, работа над Serial ATA III пока не планируется. Первые продукты, поддерживающие интерфейс Serial ATA II, вероятно, поступят в продажу уже в следующем году и будут полностью совместимы с устройствами Serial ATA 1.0, а также обладать программной совместимостью с существующими сегодня операционными системами.
Поддержка технологии очередности команд (Native Command Queuing) - это новая ключевая особенность интерфейса Serial ATA II, которая позволяет использовать новые интеллектуальные алгоритмы и улучшить работу серверов начального уровня, сетевых систем хранения данных и высокопроизводительных ПК. Технология очередности команд является, видимо, самой долгожданной возможностью нового стандарта. Она позволяет дисковому накопителю одновременно принимать несколько запросов ввода/вывода от процессора и самостоятельно формировать очередность исполнения команд для достижения максимальной скорости обмена данными. Накопители с поддержкой интерфейса Serial ATA II смогут расставлять запросы в очередь и выполнять их самостоятельно, без участия центрального процессора или чипсета материнской платы.
Итого
Интерфейс Serial ATA обеспечивает дальнейшую возможность увеличения скорости передачи данных
|
Характеристика |
Поколение 1 |
Поколение 2 |
Поколение 3 |
|
Средняя скорость передачи данных |
150 Мб/с |
300 Мб/с |
600 Мб/с |
|
Средняя скорость работы шины данных |
1.5 Гб/с |
3 Гб/с |
6 Гб/с |
|
Ориентировочное время начала внедрения |
Конец 2002 |
Середина 2004 |
Середина 2007 |
С интерфейсом Serial ATA установка новых дисковых накопителей и модернизация системы становится удобной как никогда. Serial ATA использует простые разъемы типа socket вместо традиционных 40-штырьковых разъемов - подключить новый дисковый накопитель к системе теперь так же просто, как подключить телефон к зарядному устройству. Более тонкие и более длинные кабели более удобны в обращении, а возможность "горячего" подключения значительно упрощает переконфигурацию системы. С появлением Serial ATA исчезает необходимость переставлять крохотные джамперы master/slave на каждом дисковом накопителе. Накопители с интерфейсом Serial ATA повышают общую надежность системы, а технология "32-битной циклической избыточной проверки" (32-bit Cyclic Redundancy Checking) обеспечивает сохранность данных, команд и статусной информации. Более надежные кабельные соединения снижают вероятность наведенных помех, а небольшие размеры кабеля способствуют лучшей вентиляции системного блока.
Связь компьютера с «внешним миром»
Модем
Modem - модем (MOdulator-DEModalator модулятор-демодулятор). Устройство, которое преобразует цифровые сигналы компьютера в аналоговые сигналы для дальнейшей передачи по телефонным линиям, а затем осуществляет обратное преобразование.
Как работает модем
Модем представляет собой устройство, имеющее, с внешней точки зрения, цифровой интерфейс c компьютером (обычно последовательный порт RS-232) и аналоговый интерфейс с каналом связи (телефонной линией) - разъем для телефонного кабеля (RJ-12). "Внутри" модем представляет собой микрокомпьютер с достаточно мощным процессором (иногда несколькими), постоянной и оперативной памятью, и аналоговой частью, ответственной за сопряжение модема с телефонной сетью - устройство набора номера, усилитель, АЦП и ЦАП - Аналого-Цифровой и Цифро-Аналоговый Преобразователи, ответственные за преобразование сигнала из аналоговой формы (непрерывный сигнал-напряжение) в цифровую (отдельные отсчеты сигнала, дискретизованные по времени и квантованные по напряжению), и наоборот, соответственно. Практически все современные модемы производят обработку информации в цифровой форме, без сколь-либо сложной аналоговой предобработки, так как это позволяет добиться высокой стабильности и в значительной степени упростить разработку и анализ алгоритмов. При этом обычно частота дискретизации (скорость следования отдельных отсчетов оцифрованного сигнала) находится в пределах 7-12 тысяч отсчетов в секунду (килоГерц, kHz). Теоретически, частота дискретизации должна быть как минимум в два раза выше максимальной частоты сигнала, для того, чтобы сигнал был представим отдельными отсчетами без потерь. Количество уровней квантования для ЦАП и АЦП современных модемов достигает десятков тысяч. Обычно, поскольку с "цифровой стороны" ЦАП и АЦП пишутся или читаются в виде числа, говорят о количестве разрядов у ЦАП/АЦП, т.е., количестве разрядов двоичного числа, требуемого для представления всех возможных уровней, например, 16-разрядный АЦП может распознавать 65536 уровней, обозначаемых числами от -32768 до +32767.
Давайте посмотрим на это устройство вот с какой стороны: понятно, что его задача - пересылать информацию с одного компьютера на другой. В случае работы в Интернете - с компьютера клиента на компьютер провайдера, и наоборот. Дабы упростить себе жизнь, будем пока считать, что модем выполняет всего одну, примитивную функцию - модулятора-демодулятора цифрового сигнала (кстати, именно отсюда и взялось сокращение - модем). Будем считать, что он уже набрал номер, установил соединение, начал передавать и принимать данные, и нам интересен пока лишь процесс, как байты информации идут от удаленной стороны к нам, и наоборот. Как же это происходит?
Рассмотрим подробнее, как же модем кодирует сигнал и как помехи этому мешают. Наиболее популярные ныне протоколы передачи данных - V.34 и V.32 - используют амплитудно-фазовую модуляцию сигнала. Базовый сигнал - несущая синусоида определенной протоколом частоты при передаче модулируется, т.е. подвергаются изменению ее амплитуда, то есть уровень, и фаза (сдвиг фазы сигнала относительно немодулированной "исходной" синусоиды). При этом состояния сигнала, характеризующиеся неизменной амплитудой и фазой, последовательно сменяют друг друга. Каждое такое состояние кодирует небольшое количество битов данных и называется одним символом (не путать с буквами и цифрами). Скорость, с которой символы сменяют друг друга, называется символьной скоростью (Symbol rate в статистике модема). Она определяется протоколом, для V.32 она всегда равна 2400 символов в секунду, для V.34 может достигать 3429 символов в секунду. Таким образом, у нас уже два параметра - символьная скорость и частота несущей.
Когда один символ сменяется другим, происходит изменение (увеличение или уменьшение) амплитуды и сдвиг фазы ("вперед" или "назад") сигнала. Мгновенно ни амплитуда, ни фаза измениться не могут - это потребовало бы бесконечной скорости изменения сигнала (напряжения и тока) в канале, т.е. неограниченной полосы пропускания канала. Обычно же требуется передать максимум информации, заняв отведенный диапазон частот. Минимальный диапазон частот, требующийся для передачи сигнала, в котором фаза меняется максимально быстро (худший случай с точки зрения занятия полосы частот) вперед или назад, то есть, на половину периода несущей за один символьный интервал, в точности равен символьной скорости в Гц. Например, если фаза сигнала должна сдвигаться вперед на половину периода несущей за время передачи одного символа, частота сигнала в ходе этого перехода как минимум должна достигать ((исходной частоты несущей) + (символьная скорость)/2). В противном случае будет накапливаться "отставание" фазы сигнала от требуемой.
Для того, чтобы "вписать" сигнал в этот минимально необходимый диапазон частот, переходы между символами сглаживаются с тем, чтобы скорость изменения сигнала (и его частота, соответственно) не превышала это ограничение. Например, если требуется существенный сдвиг фазы "вперед", этот сдвиг происходит не мгновенно, а постепенно. В течение этого переходного периода частота сигнала в канале будет выше исходной частоты несущей (слышимый тон - выше), поскольку для сдвига фазы вперед требуется более быстрое изменение сигнала. И наоборот, для сдвига фазы назад требуется замедление изменения сигнала, и слышимый ухом тон - ниже. А поскольку такие переходы происходят часто (с символьной скоростью, т.е., более 2000 раз в секунду), и требуемые величины изменения фазы сигнала достаточно случайны, в результате, когда модем передает данные, мы слышим не ровный тон, или последовательность тонов, а "шипение", т.е., в среднем все частоты в рабочей полосе используются одинаково часто. Если рассмотреть спектр сигнала за длительный период времени, он будет равномерным, с центром, совпадающим с частотой исходной несущей, простирающимся в ширину симметрично влево и вправо от центральной частоты несущей на полосы частот, равные половине символьной скорости.
Таким образом, для рассматриваемых протоколов ширина спектра сигнала равна символьной скорости.
Остановимся пока на этом, и посмотрим, что же предоставляет нам телефонная линия. А предоставляет она нам обязательство пропускать наши сигналы до удаленного абонента в полосе частот от 300 до 3400 герц, и, будем надеяться, без искажений. Очевидно, что модем должен выбрать такую несущую и такую символьную скорость, чтобы несущая поместилась ровно посередине между 300 и 3400, а символьная скорость была в точности равна 3400-300. Это - необходимое и достаточное условие для того, чтобы спектр сигнала модема ровно занял весь предоставляемый канал. Если он займет меньше, значит часть канала будет неиспользована, и модем сможет передать меньше информации, чем мог бы. Если он займет больше, то часть спектра будет обрезана и удаленный модем его не получит, а, стало быть, не получит и части передаваемой информации. Вообще, есть теоретический предел пропускной способности канала, который нельзя превысить никакими силами. Сколько бы мы ни старались, и как бы мы ни приспосабливали форму нашего сигнала к параметрам линии, мы не сможем передать информации больше этого теоретического предела. Таким образом, главная задача модема - так приспособиться к каналу, чтобы передать через него все, что канал может пропустить.
Продолжим теперь про модуляцию. К паре параметров сигнала - центральной частоте и ширине спектра (т.е. частоте несущей и символьной скорости) нам надо знать про третий определяющий параметр - назовем его глубиной модуляции. Хотя это не до конца правильный термин в данном применении, но сильно похож. Он говорит о том, сколько разных состояний может быть у передаваемого сигнала. Вспомним, что модем передает один символ (не букву!), какое-то время. А затем - другой символ. Символы отличаются друг от друга. Так сколько же всего может быть разных символов? Это зависит, главным образом, от того, сколько разных амплитуд и фаз мы можем передать в канал так, чтобы с противоположной стороны их еще не путали друг с другом. Иными словами, сколько градаций по амплитуде и фазе мы можем выбрать так, чтобы с той стороны они еще однозначно отличались. Как несложно посчитать, например 16 градаций по амплитуде и 16 по фазе дают 16*16=256 различных состояний сигнала, с помощью которых можно закодировать 8 битов информации. В этом случае при символьной скорости, например, в 1000 символов в секунду мы получим скорость передачи информации ровно 8000 битов в секунду. Если глубина модуляции меньше, то есть число состояний сигнала всего 32, к примеру, то мы получим 5 бит за символ, то есть 5 килобит в секунду. Если символьная скорость возрастет до 2000, это будет уже 10 килобит в секунду.
На протоколе V.32 каждый символ соответствует группе бит. При этом эта группа, очевидно, состоит из целого числа бит - от 2 до 6. А поскольку символьная скорость равняется 2400 символов в секунду, добавление очередного бита в группу (и увеличение количества используемых символов в два раза, соответственно), приводит к увеличению битовой скорости на 2400бит/с. Именно поэтому поддерживаемые V.32 скорости - от 4800 до 14400 бит/с с шагом в 2400. Протокол V.34 кодирует символы не по одному, а группами по 8 (так называемыми "кадрами отображения", mapping frames). При этом каждая группа имеет некоторые параметры (амплитудную огибающую), общие для всех 8 символов. За счет этого на один символ может приходиться "дробное" количество бит. Однако из соображений совместимости, список поддерживаемых битовых скоростей и на V.34 состоит из скоростей, кратных 2400, даже если символьная скорость выбрана не 2400, а большая. Например, известная Вам скорость 33600 бит/сек получается при передаче 79 бит на группу из 8 символов на символьной скорости 3429.
А теперь опять посмотрим на то, что нам предоставляет линия. С точки зрения увеличения числа состояний сигнала, она предоставляет нам параметр, именуемый динамическим диапазоном. То есть разницу между самым громким и самым тихим сигналом, который линия еще может пропустить без искажений. Сверху это обычно ограничивается перегрузочной способностью канала, а снизу - уровнем шумов канала. Иначе это еще называют соотношением сигнал/шум (SNR), то есть во сколько раз сигнал на приемной стороне громче шума, к нему примешиваемого. При этом помнят о том, что увеличение громкости сигнала сверх предела, допускаемого линией, невозможно.
И, наконец, еще раз про помехи. Все они сводятся к тому, что модем либо временно перестает различать сигнал, либо вовсе теряется точка привязки, то есть происходит так называемый срыв синхронизации, и модем уже не может без специальных процедур восстановления (retrain) нормально отделять ни символы друг от друга, ни понять, насколько фаза сигнала отличается от образцовой.
Теперь краткое резюме всего изложенного.
1. Параметры канала (линии), предоставляемого нам, характеризуются центром и шириной полосы пропускания (в норме - 300-3400 герц), уровнем шумов и искажений, и максимальным уровнем сигнала, еще пропускаемого без заметных искажений. Сигнал/шум - это характеристика того, как сигнал прошел через канал, и что получилось на приемном конце.
2. Параметры сигнала модема характеризуются центром и шириной спектра (частота несущей плюс и минус половина символьной скорости), и глубиной модуляции, то есть числом возможных градаций состояний сигнала.
3. Параметры канала ограничивают в принципе скорость передачи информации с одной стороны, а модем работает тем лучше и тем быстрее ее передает, чем полнее он занимает канал, и чем ближе параметры генерируемого им сигнала совпадают с возможностями, предоставляемыми каналом.
4. Кроме предыдущего пункта, важное значение имеют помехи: при прочих равных условиях, они вынуждают модем делать передаваемые символы более грубыми, и передавать их более длительное время, то есть снижать в результате скорость передачи информации.
5. Запомните на будущее две простые формулы: 1. Символьная скорость умноженная на глубину модуляции есть битовая скорость. 2. Ширина канала, потребная для передачи сигнала, равна символьной скорости, при этом центр полосы пропускания канала равен частоте несущей.
NIC - Network Interface card
Сеть Ethernet (созданана фирмой Xerox в 1976 году, имеет шинную топологию, использует CSMA для управления трафиком в главной линии связи). Стандарт организации локальных сетей (ЛВС), описанный в спецификациях IEEE и других организаций. IEEE 802.3. Ethernet использует полосу 10 Mbps и метод доступа к среде CSMA/CD. Наиболее популярной реализацией Ethernet является 10Base-T. Развитием технологии Ethernet является Fast Ethernet (100 Мбит/сек).
Характеристики сетевого адаптера
|
Сетевая карта или сетевой адаптер - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской платы компьютера. Также существуют сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для нотебуков (notebook). Или интегрированные на материнской плате компьютера - они подключаются по какой либо локальной шине. Появились Ethernet сетевые карты подключаемые к USB (Universal Serial Bus) порту компьютера. Сетевые платы характеризуются своей - Разрядностью: 8 бит (самые старые), 16 бит и 32 бита. Следует ожидать появления 64 бит сетевых карт (если их уже не выпустили). - Шиной данных, по которой идет обмен информацией между материнской платой и сетевой картой: ISA, EISA, VL-Bus, PCI и др. - Микросхемой контроллера или чипом (Chip, chipset) , на котором данная плата изготовлена. И который определяет тип используемого совместимого драйвера и почти все остальное : разрядность, тип шины и т.д. - Поддерживаемой сетевой средой передачи (network media): установленными на карте разъемами для подключения к определенному сетевому кабелю. BNC для сетей 10Base-2, RJ45 для сетей 10Base-T и 100Base-TX, AUI для сетей 10Base-5 или разъемы для подключения к волоконной оптике. - Скоростью работы: Ethernet 10Mbit и/или Fast Ethernet 100Mbit, Gigabit Ethernet 1Gbit. - Также, карты на витую пару могут поддерживать или не поддерживать FullDuplex - ный режим работы. - MAC- адресом Для определения точки назначения пакетов (frames) в сети Ethernet используется MAC-адрес. Это уникальный серийный номер присваиваемый каждому сетевому устройству Ethernet для идентификации его в сети. MAC-адрес присваивается адаптеру его производителем, но может быть изменен с помощью программы. Делать это не рекомендуется (только в случае обнаружения двух устройств в сети с одним MAC- адресом). При работе сетевые адаптеры просматривают весь проходящий сетевой трафик и ищут в каждом пакете свой MAC-адрес. Если таковой находится, то устройство (адаптер) декодирует этот пакет. Существуют также специальные способы по рассылке пакетов всем устройствам сети одновременно (broadcasting). MAC-адрес имеет длину 6 байт и обычно записывается в шестнадцетиричном виде, например 12:34:56:78:90:AB Двоеточия могут и отсутствовать, но их наличие делает число более читаемым. Каждый производитель присваивает адреса из принадлежащего ему диапазона адресов. Первые три байта адреса определяют производителя. |
Критерии выбора сетевого адаптераПри выборе сетевого адаптера следует принять во внимание следующие соображения. · Тип шины данных, установленной в вашем компьютере (например, ISA, PCI). Старые компьютеры 286, 386 содержат только ISA, соответственно и карту вы можете установить только на шине ISA. 486 - ISA и VESA или ISA и PCI (хотя существуют платы поддерживающие все три ISA, VESA и PCI). Узнать это можно посмотрев в описании или посмотрев на саму материнскую плату, после того как откроете корпус компьютера. Вы можете установить сетевую карту в любой соответствующий свободный разъем. Pentium, Pentium Pro, Pentium-II, Pentium-III, Pentium-IV и более новые используют ISA, PCI, PCI-X и более новые шины данных, причем устаревшая шина ISA - для совместимости со старыми картами и уже пару лет как полностью удалена из компьютеров. · Тип сети к которой вы будете подключаться. Если, например, вы будете подключаться к сети на коаксиальном кабеле (10Base-2, "тонкий" Ethernet), то вам нужна сетевая карта с соответствующим разъемом (BNC, устарел). · Его стоимость, учитывая, что цена на самое передовое компьютерное оборудование падает очень быстро. А выйти из строя сетевая карта, при неблагоприятных обстоятельствах, может очень легко вне зависимости от того, сколько денег вы за нее заплатили. · Еще надо учитывать поддержку вашего адаптера различными операционными системами. В случае совместимых, например, с NE2000 ISA адаптеров проблем, обычно, не возникает, вы просто указываете "NE2000 Compatible" не задумываясь какая фирма его произвела. Существует еще целый ряд адаптеров, поддержка которых обеспечена практически во всех операционных системах. Для того, чтобы проверить какие сетевые карты поддерживает ваша ОС надо посмотреть в "Compatibility List". Часто в таком списке указан чип, который поддерживается, т.е. если приобретаемый сетевой адаптер сделан на основе этой микросхемы, то все будет работать. От использования некоторых сетевых карт приходится отказываться, так как никто не хочет выпустить драйвер именно для этой карты, именно для этой операционной системы. Исходя из вышеизложенного лично я (никому ничего не советую) придерживаюсь следующих принципов при выборе адаптера. · 32-х разрядные сетевые адаптеры. Если имеется поддержка PCI BUS-Mastering (PCI-Bus-Master-Mode), то это позволяет уменьшить нагрузку на процессор. |
Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair)
|
Кабель "Twisted Pair" - "Витая паpа", состоит из "паp" пpоводов, закpученных вокpуг дpуг дpуга и одновpеменно закpученных вокpуг дpугих паp, в пpеделах одной оболочки. Каждая паpа состоит из пpовода, именуемого "Ring" и пpовода "Tip". (названия пpоизошли из телефонии). Каждая паpа в оболочке имеет свой номеp, таким обpазом, каждый пpовод можно идентифициpовать как Ring1, Tip1, Ring2, Tip2 и т.д. Дополнительно к нумеpации пpоводов каждая паpа имеет свою уникальную цветовую схему: Синий/Белый для 1-ой паpы, оpанжевый/белый - для 2-й, зеленый/белый - для 3-й, коpичневый/белый - для 4-й и так далее 25 паp. Для каждой паpы пpоводов Ring-пpовод окpашен в основной цвет с полосками дополнительного, а Tip-пpовод - наобоpот. Hапpимеp, для паpы 1 Ring1-пpовод будет синий с белыми полосками, а Tip1-провод - белый с синими полосками. На практике, когда количество пар невелико (4 пары), часто не применяется окраска основного провода полосками цвета дополнительного. В этом случае провода имеют цвет в парах: Синий и белый с синими полосками Оранжевый и белый с оранжевыми полосками Зеленый и белый с зелеными полосками Коричневый и белый с коричневыми полосками. |
Для обозначения диаметра провода часто применяется американская мера - AWG (American Wire Gauge) (gauge-калибр, диаметр). Нормальный провод для использования в 10 Base-T соответствует 22 или 24 AWG. Причем чем меньше диаметр провода, тем больше эта величина. Согласно стандартам, провод делится на несколько категорий по своей "пропускной способности".
|
ANSI/EIA/TIA-568, ISO/IEC 11801 |
|
|
Тип провода |
Область применения |
|
Category 1 (Cat.1) |
Используется для телефонных коммуникаций и не подходит для передачи данных |
|
Cat.2 |
Используется для передачи данных со скорость до 4 Мбит в секунду (Mbps) включительно. |
|
Cat.3 |
Используется для передачи данных со скорость до 10 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 10Base-T |
|
Cat.4 |
Используется для передачи данных со скорость до 16 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях Token Ring |
|
Cat.5 |
Используется для передачи данных со скорость до 100 Мбит в секунду (Mbps) включительно. Применяется в сетях 100Base-TX и других, требующих такую скорость. |
|
Предварительные (draft) стандарты |
|
|
Тип провода |
Область применения |
|
Cat.5+ |
Сертифицирован для частоты до 300 МГц включительно. (IEC 46 Commity draft) |
|
Cat.6 |
Сертифицирован для частоты до 600 МГц включительно. (DIN 44312-5 Draft) |
Обычно на кабеле написано, к какой категории он относится. Например: "CATEGORY 5 UTP"
Заключение
Развитие электронной промышленности осуществляется такими быстрыми темпами, что буквально через один год сегодняшнее "чудо техники" становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств.
К тому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает круг задач, для решения которых он использует компьютер, следовательно, и 10 лет назад приобретенная "286-я машина", исправно работающая, удовлетворяющая запросы того или иного специалиста, является незаменимым его помощником в повседневном труде.
Источники информации
Интернет-ресурсы
1. http://admin.vlady.ru
2.
3.
4. http://www.ixbt.com
5. http://www.3dnews.ru
6. http://www.tco-info.com
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Печатные издания
- «Устройство мультимедийного компьютера» СПб: «Питер», 2001, 512 с.
- Э. Немет, Г. Снайдер, С. Сибасс, Т. Хейн «UNIX для профессионалов. Руководство системного администратора» СПб: «Питер», 2002, 923 с
- А. Микляев «Все настройки BIOS SETUP», «Альтекс-А», М., 2002, 192 с.
- М. Эбен, Б. Таймэн «FreeBSD. Администрирование», «Диа-Софт», М., 2003, 742 с.
- Х. Остерлох «TCP/IP», «Диа-Софт», М., 2003, 576 с.
- П. Альбитц, К. Ли, «DNS и BIND», СПб, «Символ», 2002, 694 с.
Консультанты
- С. Трусов, К.Т.Н., системный администратор группы «Новый Дом» (http://www.novydom.ru)
- В. Милеев, системный администратор компании «Admin Vlady» (http://admin.vlady.ru)
- В. Шаграев, системный администратор группы «СтройДизайнПром» (http://www.sdprom.ru)
[1] В приведенных данных могут содержаться отдельные неточности (прим. технического консультанта).