Антон Трасковский

Реклама
Антон Трасковский
УСТРОЙСТВО, МОДЕРНИЗАЦИЯ, РЕМОНТ IBM PC
Санкт-Петербург
«БХВ-Петербург»
2004
УДК 681.3.06 ББК 32.973 Т65
Трасковский А. В.
Устройство, модернизация, ремонт IBM PC. — СПб.: БХВ-Петербург,
2004. — 608 с: ил.
ISBN 5-94157-273-5
Книга поможет вам разобраться в устройстве IBM-совместимых компьютеров, научит самостоятельно модернизировать свой компьютер и при необходимости ремонтировать его в домашних условиях. У вас не хватает
средств на покупку современного мощного компьютера? Книга посоветует,
как найти неплохую альтернативу по доступной цене. Вы не хотите, чтобы
кто-то чужой копался в вашем компьютере? Теперь вы сумеете самостоятельно заменить любое из установленных устройств. После установки новой
платы компьютер перестал работать? Книга подскажет, как правильно
поступить в этой ситуации — вы легко найдете источник проблемы и устраните его. Кроме того, прочитав книгу, вы сможете давать советы по модернизации своим друзьям, и они будут считать Вас компьютерным гением.
Для широкого круга пользователей
УДК 681.3.06 ББК 32.973
Группа подготовки издания:
Главный редактор
Екатерина Кондукова
Зам. главного редактора
Евгений Рыбаков
Зав. редакцией
Григорий Добин
Редактор
Юрий Рожко
Компьютерная верстка
Ольги Сергиенко
Корректор
Зинаида Дмитриева
Дизайн обложки
Игоря Цырульникова
Зав. производством
Николай Тверских
Лицензия ИД № 02429 от 24.07.00. Подписано в печать 25.02.04.
Формат 70х100 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 49.
Доп. тираж 5000 экз. Заказ № 115 "БХВ-Петербург", 190005, СанктПетербург, Измайловский пр., 29.
Гигиеническое заключение на продукцию, товар №
77.99.02.953.Д.001537.03.02 от 13.03.2002 г. выдано Департаментом ГСЭН
Минздрава России.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в Академической типографии "Наука" РАН
199034, Санкт-Петербург, 9 линия, 12.
ISBN 5-94157-273-5 © Трасковский а. в., 2003
© Оформление, издательство "БХВ-Петербург", 2003
-1-
Содержание
Предисловие
Для кого эта книга?
Что такое апгрейд?
Почему компьютер ломается?
Как пользоваться книгой?
Введение
Облик современного компьютера
Центральный процессор
Материнская плата
Жесткий диск
Видеоплата
Оперативная память
Перспективы развития
ЧАСТЬ I.
УСТРОЙСТВО IBM-СОВМЕСТИМОГО КОМПЬЮТЕРА
Глава 1.
ПК и термины
Проблема профессионального жаргона
"Теоретические" термины
"Физические" термины
Основные принципы устройства и работы ПК
Чем живет компьютер
Глава 2.
Из чего состоит ПК
Глава 3.
Системный блок
-2-
Разновидности системных блоков
Компоненты системного блока
Материнская плата и блок питания
Отсеки для накопителей
Кнопки управления
Вентиляторы охлаждения
Блок питания
Устройство блока питания
Рекомендации по выбору системного блока
Блок бесперебойного питания
Устройство и принципы работы UPS
Производители UPS
Сетевые фильтры
Проблемы, характерные для компьютерных корпусов
Глава 4.
Клавиатура
Устройство и принципы работы
Рекомендации по выбору клавиатуры
Производители клавиатур
Проблемы, характерные для клавиатур
Глава 5.
Мышь и другие манипуляторы
Разновидности мышей
Принципы устройства и работы мышей
Trackball, Touch Pad и другие мутанты
Рекомендации по выбору мыши
Немного о коврике
Проблемы, характерные для мышей
Глава 6.
Монитор
Устройство и принципы работы монитора
Монитор с электронно-лучевой трубкой
Жидкокристаллический монитор
-3-
Рекомендации по выбору монитора
Излучение — опасно ли оно?
Немного о шлемах виртуальной реальности
Производители мониторов
Проблемы, характерные для мониторов
Глава 7.
Материнская плата
Разновидности материнских плат
Конструкция материнской платы
Компоненты материнской платы
Чипсет
Разъем для процессора
Шины расширения (описание, разъемы)
Шина ISA
Шина PCI
Шина AGP
Разъемы для модулей памяти
Разъемы для подключения накопителей
Разъемы для устройств IDE
Разъем для флоппи-дисковода
Разъемы для подключения внешних устройств
Разъемы для подключения клавиатуры и мыши
Разъемы портов СОМ
Разъем порта LPT
Разъемы шины USB
Разъем шины FireWire
Разъем инфракрасного порта IrDA
Микросхема BIOS
Устройства конфигурирования
Перемычки
Переключатели
Функции BIOS
Подключение напряжения питания
Разъемы для питания
Фильтрующие конденсаторы
Микросхема регулятора напряжения
Нестандартные компоненты материнской платы
-4-
Принципы работы материнской платы
Рекомендации по выбору материнской платы
Производители материнских плат и чипсетов
Производители BIOS
Проблемы, характерные для материнских плат
Глава 8.
Процессор
Компьютер один, а процессоров много?
Устройство центрального процессора
Производители процессоров
Процессоры Intel
Устаревшие процессоры Intel (краткая история)
Современные процессоры Intel
Intel Pentium II Klamath
Intel Pentium II Deschutes
Intel Pentium III Katmai
Intel Pentium III Coppermine
Intel Pentium III Tualatin
Intel Pentium 4 Willamette
Intel Pentium 4 Northwood
Процессоры Intel Celeron
Intel Celeron Covington
Intel Celeron Mendocino
Intel Celeron Coppermine 128
Intel Celeron Tualatin
Intel Celeron Willamette 128
Процессоры AMD
Старые процессоры AMD (краткая история)
Современные процессоры AMD
AMD K6-2
AMD K6-III
AMD Athlon K7
AMD Athlon Thunderbird
AMD Athlon XP Palomino
AMD Athlon XP Thoroughbred
Современные процессоры AMD Duron
AMD Duron Spitfire
-5-
AMD Duron Morgan
Процессоры VIA
VIA Cyrix III Samuel
VIA Cyrix III Samuel 2
Маркировка процессоров
AMD 5x86
AMD K5
AMD K6AMDK6-2
AMD K6-2+
AMDK6-III
AMD K6-III+
AMD Athlon K7
AMD Athlon Thunderbird Slot A
AMD Athlon Thunderbird Socket A
AMD Athlon XP
AMD Duron (Spitfire)
AMD Duron (Morgan)
Intel Pentium II
Intel Pentium III
Celeron
VIA Cyrix III
Рекомендации по выбору процессора
Система охлаждения процессора
Проблемы, характерные для процессоров
Глава 9.
Оперативная память
Принципы работы памяти
Разновидности памяти
Модули памяти
Маркировка модулей памяти
Немного о кэш-памяти
Рекомендации по выбору оперативной памяти
Производители модулей и чипов памяти
Характерные проблемы с оперативной памятью
Глава 10.
-6-
Жесткий диск
Устройство и принцип работы жесткого диска
Корпус винчестера
Носитель информации
Магнитные головки
Устройство позиционирования
Плата электроники
Принцип работы
Методы хранения информации
Форматирование жесткого диска
Метод кодировки данных
Метод адресации данных
Интерфейсы современных жестких дисков
Интерфейс IDE (ATA)
Интерфейс SCSI
IDE против SCSI
Контроллеры жестких дисков
Производители жестких дисков
Рекомендации по выбору жесткого диска
Характерные проблемы с жесткими дисками
Глава 11.
Дисковод для гибких дисков
Дискеты
Устройство и принцип работы дисковода
Iomega Zip и другие "монстры"
Проблемы, характерные для флоппи-дисководов
Глава 12.
Дисковод для компакт-дисков
Компакт-диски
Устройство и принципы работы CD-ROM
Рекомендации по выбору дисковода CD-ROM
Немного о DVD
Производители CD-ROM и DVD-ROM
Производители CD-R
Проблемы, характерные для CD-ROM
-7-
Глава 13.
Звуковая плата
Устройство и принципы работы звуковой платы
Блок преобразования
Блок синтезатора
Блок МРU
Блок микшера
Оценка качества звуковых плат
Современные технологии звука
Интегрированные звуковые платы
Технология интегрированного звука
Практическое применение интегрированного звука
Акустические системы
Рекомендации по выбору звуковой платы
Производители звуковых плат
Проблемы, характерные для звуковых плат
Глава 14.
Видеоплата
Устройство и принцип работы видеоплаты
Видеопроцессор
Видеопамять
Микросхема ПЗУ
Цифро-аналоговый преобразователь
Разъем, соединяющий плату с монитором
Современный видеоинтерфейс AGP
Интегрированные видеоплаты
Рекомендации по выбору видеоплаты
Производители видеоплат
Проблемы, характерные для видеоплат
Глава 15.
Модем
Устройство и принципы работы модемов
Рекомендации по выбору модема
Производители модемов
-8-
Проблемы, характерные для модемов
Глава 16.
FM/TV-тюнер
TV-тюнер
FM-тюнер
Антенны
Характеристики антенны
Установка антенны
Рекомендации по выбору тюнера
Проблемы, характерные для тюнеров
Глава 17.
Принтер
Устройство и принципы работы
Матричный принтер
Струйный принтер
Лазерный принтер
Рекомендации по выбору принтера
Производители принтеров
Проблемы, характерные для принтеров
Глава 18.
Сканер и другие устройства ввода изображений
Устройство и принципы работы
Рекомендации по выбору сканера
Производители сканеров
Немного о других устройствах ввода изображений
Web-камера
Цифровой фотоаппарат
Проблемы, характерные для сканеров
ЧАСТЬ II.
МОДЕРНИЗАЦИЯ КОМПЬЮТЕРА
-9-
Глава 19.
Общие принципы модернизации
Процесс устаревания
Соотношение цена/качество
Субъективность оценки
Доверять ли рекламе?
Как правильно читать прайс-лист
Материнская плата
Процессор
Модули памяти
Жесткий диск
Приводы CD-ROM
Видеоплата
Звуковая плата
Монитор
Как вести себя в компьютерном магазине
Можно ли избежать модернизации?
Гарантийное обслуживание
Где можно прочитать о тестировании устройств
Глава 20.
Определение конфигурации компьютера
Средства Windows
Программы тестирования
Глава 21.
Разработка конфигурации нового компьютера
Основные правила разработки конфигурации ПК
Домашний компьютер
Центральный процессор
Материнская плата
Оперативная память
Жесткий диск
Видеоплата
Звуковая плата
- 10 -
Монитор
Мышь
CD-ROM
Другие устройства
Офисный компьютер
Центральный процессор
Материнская плата
Оперативная память
Жесткий диск
Видеоплата
Монитор
Мышь
CD-ROM
Другие устройства
Глава 22.
Подготовка к модернизации
Техника безопасности
Инструменты и приборы
Загрузочная дискета
Резервирование информации
Глава 23.
Замена компонентов компьютера
Замена компьютерного корпуса
Замена (подключение) клавиатуры
Замена (подключение) мыши
Замена (подключение) монитора
Замена (подключение) материнской платы
Замена (подключение) процессора
Замена (подключение) модулей памяти
Замена (подключение) жесткого диска
Замена (подключение) флоппи-дисковода
Замена (подключение) привода CD-ROM
Замена (подключение) звуковой платы
Замена (подключение) видеоплаты
Замена (подключение) модема
- 11 -
Замена (подключение) тюнера
Замена (подключение) принтера
Замена (подключение) сканера
Глава 24.
Настройка компьютера
Настройка BIOS
Основные разделы программы BIOS Setup
Универсальные пароли BIOS
AWARD BIOS
AMI BIOS
Настройка операционной системы
Переустановка операционной системы
Программы настройки операционной системы
ЧАСТЬ III.
РЕМОНТ И ОБСЛУЖИВАНИЕ КОМПЬЮТЕРА
Глава 25.
Неужели поломался?
Классификация неисправностей
Характерные ошибки пользователя
Как себя вести при поломке компьютера
Глава 26.
Поиск неисправностей
Правила поиска неисправностей
Диагностика при помощи POST-платы
Звуковые сигналы
Звуковые сигналы AWARD BIOS
Звуковые сигналы AMI BIOS
Звуковые сигналы Phoenix BIOS
Диагностические сообщения на экране монитора
Глава 27.
- 12 -
Ремонт компонентов ПК
Основы ремонта: инструменты, приборы
Техника безопасности
Глава 28.
Внутренние устройства
Блок питания
Индикаторы и кнопки системного блока
Дисководы со сменными носителями
Жесткие диски
Материнские платы и платы расширения
Глава 29.
Периферийные устройства
Клавиатура
Мышь
Монитор
Принтер
Глава 30.
Соединительные кабели
Разводка основных разъемов ПК
9-контактный разъем последовательного порта
25-контактный разъем последовательного порта
Разъем параллельного порта
Разъем шины USB
Разъем клавиатурыРазъем игрового порта (MIDI)
Разъем шины IEEE 1394 (FireWire, iLink, Lynx)
Разъем монитора
Разъем питания материнской платы
Рекомендации по заземлению компьютера
Глава 31.
Профилактика неисправностей
- 13 -
Удаление пыли
Смазка вентиляторов
Программы мониторинга
Антивирусная защита
Глоссарий
Предисловие
Для кого эта книга?
Постепенно персональный компьютер становится настолько
же обычным предметом домашнего обихода как, например,
телевизор или музыкальный центр. В основном это произошло
благодаря широким возможностям IBM-совместимых ПК: они
способны "превращаться" в музыкальный центр, для чего
достаточно установить звуковую плату и акустическую систему; в
телевизор, для чего следует установить тюнер, принимающий
каналы не хуже обычного телевизора; в офисную систему, для чего
нужно установить принтер и сканер. Сегодня многие пользователи
считают, что компьютер должен быть дома даже в том случае, если
вы его включаете несколько раз в неделю, например, для получения
электронной почты. Прошли такие времена, когда наличие дома
компьютера означало, что его владелец "очень умный" и очень
способный человек. Теперь для работы на ПК достаточно освоить
такие навыки, как использование мыши и клавиатуры, все
остальное можно изучить при необходимости.
Все хорошо, пока вся работа на компьютере заключается в
установке новых игр или удалении старых, переустановке
операционной системы и т. п. Но приходит момент, когда старый
компьютер перестает удовлетворять требованиям современных игр,
из-за чего они либо вообще не запускаются на данном компьютере,
либо в процессе игры приходится использовать самые низкие
экранные разрешения, отключать звук и различные игровые эффекты. Еще больше усугубляют ситуацию друзья и знакомые, у
которых имеется в наличии более мощный компьютер, на котором
в свою очередь эти игрушки прекрасно работают (запускаются и не
тормозят). Очень распространена ситуация, когда ваш приятель
купил новый компьютер и хвастается, что та самая игра, в которую
вы хотели бы поиграть, прекрасно на нем работает, а ваш
- 14 -
компьютер, к сожалению, не подходит по требованиям, которые
предъявляются этой игрой. Остается только "кусать локти" или
идти в магазин в надежде поменять хотя бы какую-нибудь часть
компьютера для улучшения его параметров. Этот процесс
улучшения иногда затягивается настолько, что в конечном итоге
получается совершенно новый компьютер. Главное здесь то, что
покупать все "запчасти" можно по отдельности, постепенно доводя
своего электронного друга до предела мечтаний.
Если вы хотя бы раз в жизни посещали компьютерный
магазин, то знаете, насколько может быть разнообразным
ассортимент предлагаемого товара. Возьмем, например, модем: на
прилавке даже небольшого магазинчика может быть не менее 6—7
моделей, что несколько смущает начинающих пользователей. Что
купить? Какой модем лучше? На эти вопросы вряд ли ответят даже
сами продавцы. Однозначного ответа просто не существует: одни
модели обладают одними характеристиками, другие — совершенно
иными. Главное, что все они способны предоставить вам
возможность посещения сети Интернет на скорости, предлагаемой
провайдером. Вот тут-то и начинаются "брожения мысли": один из
приятелей предлагает вам купить одну модель модема, другой
приятель отзывается по поводу этой же модели неласковым словом.
В итоге вы идете в компьютерный магазин в надежде, что продавец
сможет объяснить вам причину такого разногласия, а он вместо
того, чтобы убедить вас в покупке одной из двух моделей,
предлагает вам совершенно другую, третью модель, которая, по его
мнению, лучше предыдущих.
В таком случае перед покупателем стоит выбор: либо
полагаться на мнение более опытных товарищей или продавцов,
либо самостоятельно пытаться разобраться во всей этой
"какофонии" названий, моделей и т. п. Данная книга написана
специально для второй категории людей, которые не желают
расставаться со своими "кровными" из-за непонятных
преимуществ, так красочно расписанных продавцом
компьютерного магазина. Книга написана также и для тех, кто
хочет, помимо работы в операционной системе, самостоятельно
научиться устанавливать различные устройства, такие как модем,
жесткий диск, видеоплата и др.
Что такое апгрейд?
- 15 -
Термин "апгрейд" произошел от английского слова "Upgrade",
что можно перевести как модернизация. Действительно этот
термин обозначает процесс модернизации ПК, т. е. улучшение его
характеристик за счет замены отдельных компонентов. Процесс
модернизации выглядит как замена, например, жесткого диска
емкостью 10 Гбайт на жесткий диск емкостью 40 Гбайт. При этом
за счет применения в новом винчестере более совершенных
технологий скорость его работы будет значительно более высокой,
чем у старого.
Один из основных принципов модернизации: новое
устройство должно добавлять в ПК новые возможности или должно
увеличивать скорость работы
с программами, которые до этого либо работали слишком
медленно, либо вообще не запускались из-за нехватки, например,
оперативной памяти. Замена устройства на менее скоростное
устройство не является модернизацией, т. к. потенциально
уменьшает возможности ПК, поэтому подобная замена допустима
только в случае поломки такого же, только старого устройства.
Если вы вдруг решили самостоятельно провести
модернизацию своего компьютера, то вам очень пригодятся знания,
которые вы сможете почерпнуть из этой книги. Дело в том, что, для
того чтобы сэкономить средства и не купить "кота в мешке",
следует разбираться в тонкостях работы всех компонентов
компьютера, таких, например, как жесткий диск или оперативная
память. Еще один момент: знать, как правильно установить тот же
модуль оперативной памяти недостаточно, помимо этого
обязательно нужно знать об особенностях функционирования того
или иного стандарта. Это поможет выбрать именно такую память,
которая лучше бы соответствовала требованиям тех программ,
которые вы обычно используете. Например, несмотря на очевидное
преимущество памяти DDR перед SDRAM, вторая вполне сможет
удовлетворить требования даже самых современных игр (имеется в
виду ее пропускная способность). Даже если ваши доходы
позволяют приобрести самый современный компьютер, такой
подход предоставит вам возможность за те же деньги купить
больше дополнительных устройств. Например, вместо обычного
привода CD-ROM вы сможете купить себе пишущий CD-RW,
который позволит вам копировать любой диск на пустые
- 16 -
"болванки" и создавать, например, очень дешевую коллекцию
фильмов, ведь в таком случае можно не покупать диски, а брать их
напрокат.
Почему компьютер ломается?
Ответ на такой вопрос найти не так уж и сложно, как кажется
на первый взгляд. Да, конечно, персональный компьютер это дитя
высоких технологий, но ведь к этой категории можно отнести и
большинство современных бытовых приборов, те же стиральные
машины, так называемые "полные автоматы", которые практически
без нашей помощи способны самостоятельно произвести все
операции по стирке белья и нам только остается запрограммировать этот процесс. К той же категории относятся современные
телевизоры, которые самостоятельно настраиваются на
телевизионные каналы, вещающие в вашем регионе, нам же
остается лишь дать команду на их поиск.
Ни у кого не возникает простой мысли: "А почему это вдруг
сломался телевизор или стиральная машина", потому что все знают
— вышел ресурс какой-нибудь запчасти или же была нарушена
техника безопасности при эксплуатации, например, во время
работы телевизора опрокинули вазу, вода из которой пролилась
внутрь корпуса и что-нибудь замкнула. Могу вас заверить, что с точки зрения эксплуатации персональный
компьютер такой же бытовой прибор, как и телевизор или
стиральная машина.
Ни один компьютер не застрахован на 100% от сбоев в
программах и операционной системе, перепадов напряжения в
электросети, а также от несанкционированного доступа и
компьютерных вирусов. Любой компьютер рано или поздно
подвергается модернизации (замене старых) или добавлению новых
компонентов. В большинстве случаев это все происходит вполне
безболезненно, не вызывая особых проблем. Хотя иногда после
подобных экспериментов компьютер начинает регулярно зависать,
а то и вовсе на нем становится почти невозможно работать из-за
ужасных "тормозов", даже несмотря на установку с виду более
быстрого процессора или жесткого диска.
Абсолютно все электронные компоненты компьютера
подвержены изменению всех характеристик под воздействием
- 17 -
температуры, электрического тока и т. п., что вполне объясняет
неожиданное странное поведение ПК после долгих лет отличной
работы. Особенно сильна нагрузка при частом включении/выключении компьютера, именно поэтому в последнее время
становится популярным так называемый режим "сна", при котором
питание от компонентов компьютера не отключается либо
отключается частично.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод:
неисправность необязательно может быть связана со сгоранием
элементов, разрывом проводников или коротким замыканием. Для
каждого элемента имеется свой физический ресурс, иногда его еще
называют временем наработки на отказ, по истечении которого
работоспособность элемента не гарантируется. В результате,
например, микросхема независимо от состояния сигнала на входе
может постоянно выдавать один и тот же сигнал на выходе или,
наоборот, не выдавать вообще никакого сигнала. Все то же самое,
что и для обычного телевизора или стиральной машины, т. к.
любой современный бытовой прибор изготавливается на базе
различных микропроцессоров, созданных специально для этого
прибора. Чаще всего ломаются те компоненты ПК, которые имеют
в составе своей конструкции механически движущиеся элементы
— жесткий диск, дисковод, вентилятор и т. п.
Иногда специалисты, которые настраивают компьютер перед
продажей, отключают все интегрированные устройства, не
используемые в текущей конфигурации, что может привести к
появлению ряда неприятных нюансов при подключении
дополнительных устройств. Например, если отключен контроллер
USB-шины, то у вас не будут работать абсолютно все устройства,
которые подключаются к этой шине, например, сканер или
принтер. Это нельзя назвать поломкой, но для вас все равно
присутствует фактор, который требуется решать либо
самостоятельно при помощи, например, данной книги, либо
посредством сторонних специалистов. Стоит согласиться, что это
весьма неприятно и последовательность ваших действий будет
практически идентичной, как при поиске настоящих
неисправностей: сначала поиск причины отказа от работы
устройства, потом определение пути исправления данной ситуации
и т. д.
- 18 -
Как пользоваться книгой?
Прежде чем открывать корпус компьютера, следует четко
представлять, как он функционирует, из каких компонентов
состоит, как они взаимосвязаны и для чего они предназначены. Для
чего это нужно? Вспомните, что делают любознательные дети,
когда хотят узнать устройство игрушки? Правильно — они
разбирают ее несчастную. Но, к сожалению, помимо положительных моментов (наконец-то я узнал...) имеются довольно
неприятные — игрушка больше никогда не сможет работать из-за
повреждения корпуса и механизма. Такую ли судьбу вы планируете
для своего компьютера? Скорее всего, нет.
Все-таки, думаю, вы никуда не торопитесь и можете немного
потерпеть, пока не прочтете данную книгу об устройстве этого
сложного и в то же время очень интересного устройства. Если же
вам не терпится "прикоснуться" к высоким технологиям, то
аккуратно отсоедините все провода, подключенные к системному
блоку, открутите четыре винта (иногда их шесть штук),
расположенных по углам корпуса, и снимите крышку. Под ней вы и
увидите именно то самое, что называют внутренностью
компьютера. Стало страшно? Тогда установите крышку обратно и
читайте книгу дальше, хотя бы для того, чтобы узнать, как
правильно подключить отсоединенные вами провода.
Книга разделена на три части, которые представляют собой
логически завершенные по смыслу материалы. В части I
рассказывается об устройстве персонального IBM-совместимого
компьютера. В основном рассматриваются наиболее современные
технологии, точнее те из них, которые часто встречаются сегодня.
Такие устройства, например, как видеоплаты для шины ISA,
принципиально не представлены, т. к. они фактически прекратили
свое существование. Помимо практических выкладок, таких как
физическое устройство платы, интерфейс, рассматриваются все
стандарты, с которыми может столкнуться пользователь. Например,
спецификации интерфейса АТА: Ultra ATA/33, Ultra ATA/66, Ultra
ATA/100 (называемые также Ultra DMA/33, Ultra DMA/66, Ultra
DMA/100) и т. д. Параллельно с описанием устройства той или
иной платы (устройства) даются рекомендации по выбору или заостряется ваше внимание на специфических особенностях
конкретной модели.
- 19 -
Содержимое части II книги поможет вам самостоятельно
снять старую плату (устройство) и установить новую, т. е.
совершить модернизацию вашего компьютера. При этом будет
описано множество моментов, с которыми вам наверняка предстоит
столкнуться. Например, определение конфигурации вашего
старого компьютера, установка драйверов и настройка
операционной системы.
Часть III книги логически завершает описание об устройстве
компьютера и его модернизации. В ней приводятся основные
способы поиска и идентификации практически всех встречающихся
проблем (неисправностей), а также основные методы их
устранения. Это поможет вам исправить ту неприятную ситуацию,
когда после установки новой платы или процессора ваш компьютер
вышел из строя. На самом деле большую часть подобных
неисправностей поправить очень и очень легко. Нужно просто
знать с какой стороны подойти к проблеме. Советы, приведенные в
этой части книги, помогут вам быстро, а главное самостоятельно
восстановить ваш компьютер в прежнее рабочее состояние.
Вместо того чтобы приводить советы по ремонту конкретных
моделей устройств, в книге приводятся общие советы, которые
помогут вам самостоятельно локализовать неисправность даже в
случае нестандартной ситуации, например, при наличии
малораспространенной модели устройства.
Введение
Облик современного компьютера
Сегодня наступило "смутное время" — старые компьютеры,
выпущенные или собранные 2—3 года тому назад, вполне успешно
соседствуют с намного более мощными "монстрами" сегодняшнего
дня выпуска. Цены на комплектующие ПК постоянно скачут: то
подлетают вверх, как это было не так давно с модулями
оперативной памяти, то падают вниз, как это происходит постоянно
практически одновременно с появлением совершенно новых моделей процессоров, видеоплат, жестких дисков и т. д. Из-за этого
каждый пользователь может выбрать для себя вполне приличный
компьютер за небольшие деньги либо приобрести самое
современное "чудо техники" за относительно огромную сумму.
- 20 -
Несмотря на то, что производители практически "похоронили"
некоторые модели устройств, прекратив их выпуск и драйверную
поддержку, они продолжают успешно использоваться широкими
слоями населения. Это вносит еще большую путаницу в ситуацию
на компьютерном рынке. Как видите, облик современного ПК
описать довольно сложно, из-за постоянного его изменения, но всетаки попытаемся это сделать.
Будем считать, что современный компьютер — это такой
компьютер, который собран из самых современных компонентов, т.
е. выпущенных буквально месяц-два назад или, в крайнем случае, в
течение полугода, если это устройство из-за своих особенностей
редко обновляется (например, модемы).
В общем, ситуацию на современном компьютерном рынке
можно представить таким образом: несмотря на регулярный выпуск
все более продвинутых моделей устройств для IBM-совместимых
компьютеров, рынок продолжает оставаться насыщенным
практически всеми предыдущими моделями, тем самым,
предоставляя покупателю наиболее важную возможность —
возможность выбора. Даже когда конкретная модель устройства
перестает выпускаться, практически "бездонные" склады компьютерных
магазинов продолжают поставлять в розничную продажу эти
модели длительное время.
Практически все современные устройства, такие как
процессоры, жесткие диски и т. д., несмотря на широко
разрекламированные их возможности, обладают целым рядом
неприятных, но очень досадных нюансов. Например, отсутствие
определенных нововведений, поддерживающих эти устройства в
уже распространенных версиях операционной системы Windows, a
также программах и самых популярных играх, делает покупку
подобных устройств пустой тратой денег. Тем более что большая
часть игр вполне прилично работает на старых ПК, которые были
приобретены еще 1—2 года назад.
Стоит обратить внимание на то, что анонсирование новых
моделей какого-нибудь устройства происходит намного раньше,
чем его первые экземпляры начинают поступать в розничную
продажу. И тем более проходит достаточно много времени до того
момента, когда мы увидим это "чудо техники" на российских
прилавках.
- 21 -
Рассмотрим немного подробнее некоторые особенно важные
компоненты, которые прямым образом влияют на
производительность компьютера.
Центральный процессор
Так уж повелось, что больше всего разговоров или споров
ведется вокруг выпуска новых моделей процессоров. В основном
сегодня борьба идет вокруг процессоров, которые выпускаются
двумя производителями — Intel и AMD.
Тактовая частота процессоров от Intel уже давно превысила
отметку в 1 ГГц, вокруг которой было столько шума, и уже
вплотную подбирается к отметке 3 ГГц. Стратегия компании
строится на принципе: чем выше тактовая частота процессора, тем
быстрее он работает. На самом деле это не совсем верно, т. к. в
настоящих условиях самое главное — это оптимизация архитектуры процессора под современные программы. В случае с
процессорами Pentium 4 приходится прибегать к оптимизации
программ под особенности архитектуры процессора, что делает
компьютеры на его базе немного менее совместимыми с
оригинальной технологией IBM PC.
Тактовая частота процессоров от AMD значительно ниже
аналогичных по скорости работы процессоров от Intel, хотя, как
уже говорилось, рабочая частота указывает на реальную
производительность лишь косвенно. Согласно многочисленным
статьям, которые регулярно публикуются в компьютерных статьях
и на всевозможных сайтах, процессоры с торговой маркой Athlon
всегда работали быстрее с теми программами, которые не были
специально оптимизированы под конкретную модель процессора.
Это говорит о некотором преимуществе процессоров AMD над
Intel, но понять это, и тем более воспринять, способны немногие
пользователи ПК.
Стоит отметить, что анонсирование новых моделей
процессоров происходит значительно раньше, чем они появляются
в продаже. Производители немного торопятся удивить своих
потребителей невиданной мощностью, выдумывая все более новые
подходы к чувствительным ко всему новому сердцам
пользователей ПК.
Сегодня нет смысла приобретать даже за небольшую цену
- 22 -
процессоры:
□ с поддержкой частоты системной шины ниже 100 МГц;
□ с разъемом Socket 370, хотя его разновидность FC-PGA,
скорее всего, еще долго будет встречаться в продаже;
□ с тактовой частотой ниже 1 ГГц.
Материнская плата
Производители материнских плат, а также чипсетов для этих
плат находятся в самом тяжелом положении. Дело в том, что им
приходится в своих новых "произведениях" учитывать все
появившиеся технологии, относящиеся, например, к процессору
или видеоплате и к другим устройствам. Ситуация усугубляется
необходимостью поддержки практически уже ушедших, но еще
широко применяющихся стандартов, а также каких-нибудь новых
технологий, о которых еще только говорят, но, возможно, они
будут поддержаны (хотя есть вероятность, что и нет), к примеру,
новыми видеоплатами. Такая ситуация произошла, например, с
поддержкой стандарта ATX 8х, которая сначала появилась в
новейших материнских платах, а уже после стали появляться
первые модели видеоплат с поддержкой этого режима работы.
Таким образом, производители пытаются немного опередить время
и избежать необходимости срочного выпуска новой модели платы,
т. к. уже неоднократно они "обжигались" на этом, как говорится,
"поспешишь — людей насмешишь".
Производителей материнских плат существует великое
множество, как и моделей, которые предлагаются на компьютерном
рынке. Имеется несколько категорий плат: high-end, которая
отличается высокой ценой, и low-end, которая отличается не только
более низкой ценой, но и зачастую меньшими возможностями, что
особенно ощущается при сборке компьютера, предназначенного
для профессиональных сфер деятельности: видеомонтаж и. т. п.
Материнские платы практически единственное устройство, цена
которого может находиться в самых широких пределах при
одинаковых возможностях самой платы. Обычно пропорционально
снижению цены уменьшаются и возможности устройства
(например, видеоплаты), с материнскими платами иногда
получается совсем наоборот: дорогая плата известного производителя запросто может обладать меньшими возможностями,
- 23 -
чем более дешевая плата малоизвестного производителя родом,
например, из Китая. Это, кстати, относится абсолютно ко всем
компонентам ПК — от мыши до монитора. Чьей продукции
доверять — дело покупателя, потому что и
в первом, и во втором случае имеется шанс "нарваться" на
бракованный экземпляр.
Интегрированные устройства по своим возможностям
приближаются все ближе и ближе к устройствам, выполненным в
виде отдельных плат расширения, это стало возможным благодаря
резко возросшей скорости работы процессоров, которые теперь
способны исполнять роль не только центрального, но звукового и
видеопроцессора.
Сегодня нет смысла приобретать даже за небольшую цену
материнские платы:
□ форм-фактора AT;
□ с поддержкой оперативной памяти типа SDRAM; □ с
поддержкой оперативной памяти менее 512 Мбайт; □ с поддержкой
интерфейса АТА младше Ultra ATA/66;
□ с поддержкой процессоров, рассчитанных на работу с
системной шиной 66 МГц.
Жесткий диск
Скорость работы жестких дисков практически достигла своего
предела, потому что все упирается в возможности механической
части этого устройства. Емкость жестких дисков стала
увеличиваться очень быстро благодаря внедрению новых
технологий не только в процесс записи, но и в технологический
процесс изготовления дисков с магнитным покрытием. Жесткие
диски при этом остались прежних размеров, что еще больше
увеличило скорость их работы, ведь плотность записи при этом
стала выше. Интересно наблюдать за лицами покупателей, когда
для сравнения на полке магазина выкладываются винчестеры
емкостью 1 и 40 Гбайт (они одного размера). Интересен факт, что
если года 2—3 назад увеличение емкости винчестера в два раза
приводило к росту их цены в два-три раза, то сегодня диски емкостью, например, 10 и 20 Гбайт друг от друга отличаются
немного, что позволяет предположить о скорой "смерти" всех
винчестеров малой емкости.
- 24 -
Стоимость жестких дисков сегодня практически не
поднимается вверх, тогда как себестоимость каждого байта
информации, хранящейся на данном диске, уменьшается с
выпуском более емких винчестеров. Надежность работы жестких
дисков, несмотря на столь резкие перемены, остается на прежнем
уровне, ведь очень многое зависит от механического привода. Речь
идет о непредсказуемости выхода из строя винчестеров. Конечно,
для каждой модели имеется статистика, по которой можно судить о
долговечности его работы, но слишком уж часто сегодня
встречаются исключения, когда относительно новый жесткий диск
сохраняет свою работоспособность намного меньше своего
значительно более старшего предшественника.
Сегодня нет смысла приобретать даже за невысокую цену
жесткий диск: □ емкостью менее чем 20 Гбайт;
□ с интерфейсом менее скоростным, чем Ultra ATA/66.
Видеоплата
Единственным интерфейсом для видеоплат окончательно
стала шина AGP, которая постепенно становится все более
скоростной. Некогда популярный интерфейс PCI сегодня
используется в основном для менее скоростных устройств: модема,
звуковой платы и т. п.
Объем видеопамяти практически сравнялся со средним
объемом оперативной памяти для офисных компьютеров, он стал
равен 128 Мбайт, что позволяет постепенно отказываться от
использования основной памяти для хранения текстур
изображения.
Интересен факт, что сегодня больше всего шума происходит
вокруг выпуска новых моделей видеопроцессоров, чего не было
года 2—3 назад (тогда особое внимание к себе привлекали
центральные процессоры, чья тактовая частота упорно стремилась
к отметке 1 ГГц). Как всегда выделяют два основных гиганта
видеоиндустрии: NVIDIA и ATi, которые выпускают самые
мощные на сегодняшний день видеоплаты.
Сегодня нет смысла приобретать даже за небольшую цену
видеоплату:
□ с интерфейсом PCI или тем более ISA;
□ с интерфейсом AGP с поддержкой режима младше, чем 4х.
- 25 -
Оперативная память
Оперативная память сегодня переживает настоящую
революцию: виной тому явился переход с традиционной памяти
SDRAM на более современную DDR-технологию, которая
позволяет увеличить производительность уже не на 10—15%, как
это было, например, с переходом со стандарта РС100 на РС133, а в
целых два, а то и три раза. Вот они какие "новые технологии". Если
года два назад было достаточно установить однажды модуль
памяти и время от времени заниматься модернизацией процессора,
то теперь особое внимание стоит обратить и на регулярную замену
оперативной памяти, которая на сегодняшний день является самым
"узким местом", снижающим общую производительность
компьютера.
Оперативная память DDR SDRAM с самого начала позволяла
увеличить скорость работы компьютера, тогда как ее основной
конкурент (память RDRAM) длительное время имела
единственную отличительную черту: высокую цену, при скорости
работы сравнимой с обыкновенной памятью SDRAM PC 133. На
сегодняшний день, наконец-то, разработаны и выпущены действительно очень скоростные стандарты на эту память,
что позволяет надеяться на постепенный приход RDRAM в
домашние компьютеры (правда, реально это будет возможно
только после снижения цены на модули RIMM).
Сегодня нет смысла приобретать даже за небольшую цену
оперативную память:
□ выполненную в виде модулей SIMM;
□ SDRAM любой модификации;
□ DDR SDRAM стандарта младше, чем DDR266.
Обратите внимание, что все советы, приведенные в данной
книге, ни в коем случае не должны стать для вас догмой, которой
следует придерживаться при любых обстоятельствах, это просто
рекомендации, причем эти рекомендации даются без учета вашего
бюджета.
Перспективы развития
Перспективы развития персонального компьютера на
- 26 -
сегодняшний день видны в одной плоскости: высокими темпами
наращиваются скорость работы, емкость всех видов памяти и
накопителей. Если еще год назад восторженно говорили о наконецто достигнутом рубеже тактовой частоты процессоров 1 ГГц, то
сегодня все те же специалисты занимаются прогнозами о
достижении к 20хх году тактовой частоты 15 ГГц. Для чего это
нужно, понять очень сложно, скорее всего, производители не
столько озабочены удовлетворением потребности покупателей,
сколько соревнуются между собой. Дух соперничества можно
заметить не только в выпуске процессоров, но и в производстве
видеоплат, звуковых плат, модемов и других устройств, которые
значительно расширяют возможности персонального компьютера.
Существенное повышение скорости работы отдельных
устройств предъявляет очень высокие требования к качеству
выполнения соединяющих узлов (разъемов), а также
соединительных кабелей. Если в прежние времена для
подключения, например, того же жесткого диска было достаточно
подсоединить соответствующий кабель к диску и разъему на
материнской плате, то сегодня следует обращать особое внимание
на то, к какому разъему на плате вы его подключаете, а также какой
кабель вы используете. Вполне возможно, что ради достижения
очередной ступени (имеется в виду скорость работы устройств)
придется постепенно отказываться от разъемов, которые, несмотря
на свою внешнюю безобидность, вносят немало проблем в
реализацию протоколов обмена данными между наиболее
скоростными устройствами, такими как жесткий диск, оперативная
память, видеоплата и т. п. Дело в том, что любой разъем вносит в
схему соединения определенную емкость, которая резко
возрастает с повышением рабочей частоты.
Может так получиться, что скоро стандартом "де-факто"
станут интегрированные устройства, которые по сравнению со
своими "собратьями", выполненными в виде плат расширения,
станут значительно более скоростными из-за того, что все
соединения с системной шиной материнской платы у них будут
выполнены в виде неразрывных проводников, практически не
вносящих в схему ПК емкости.
Интересной тенденцией является и то, что современный
компьютер становится все более понятным начинающему
пользователю (в смысле эксплуатации). Все меньше и меньше
- 27 -
приходится тратить умственной энергии на обучение, например,
рисованию на компьютере, т. к. выпущено немало программ,
имеющих сравнительно простой интерфейс и подробное описание
работы.
ЧАСТЬ I.
Устройство IBM-совместимого компьютера
Глава 1.
Глава 2.
Глава 3.
Глава 4.
Глава 5.
Глава 6.
Глава 7.
Глава 8.
Глава 9.
Глава 10.
Глава 11.
Глава 12.
Глава 13.
Глава 14.
Глава 15.
Глава 16.
Глава 17.
Глава 18.
ПК и термины
Из чего состоит ПК
Системный блок
Клавиатура
Мышь и другие манипуляторы
Монитор
Материнская плата
Процессор
Оперативная память
Жесткий диск
Дисковод для гибких дисков
Дисковод для компакт-дисков
Звуковая плата
Видеоплата
Модем
FM/TV-тюнер
Принтер
Сканер и другие устройства ввода изображений
ГЛАВА 1
ПК и термины
Если вы когда-нибудь читали компьютерные журналы или
публикации в Интернете (ответ наверняка утвердительный), то,
скорее всего, обращали внимание на огромное количество
специфических терминов, жаргонных словечек и т. п. Без
предварительной подготовки такие статьи остаются выше
понимания начинающего пользователя, даже если он всем сердцем
(умом и т. д.) стремится понять эту "диковинную штуку" —
- 28 -
персональный компьютер.
Нашей первой задачей будет рассмотрение основной части тех
терминов, которые наиболее часто встречаются, что поможет вам
быстрее ориентироваться в любой статье или книге (особенно когда
речь пойдет об устройстве и работе отдельных компонентов
компьютера).
Проблема профессионального жаргона
Одна из причин, которая вызывает раздражение начинающих
пользователей, — это профессиональный жаргон, с которым
приходится сталкиваться при изучении ПК. Помимо жаргона
встречается большое количество сокращений, которые в принципе
являются своеобразной формой жаргона. Жаргон служит, по
крайней мере, двум целям. Первая (положительная) заключается в
том, что это форма сокращения. После того как вы узнали, что
означает тот или иной жаргонный элемент, его упоминание
заставляет вас вспомнить описание данного устройства. Жаргон
применяется для более эффективного обмена информацией. Второе
назначение жаргона заключается в том, что специалисты в данной
области используют его как психологическое оружие, барьер для
"непосвященных". Незнакомое слово пугает начинающего
пользователя и в то же время заставляет еще больше доверять
"дяденьке-мастеру", который владеет в совершенстве
жаргоном, что вовсе не говорит о его профессионализме.
Примечание
Уровень применения профессионального жаргона,
используемого в области ПК, очень высок. Если вы неожиданно
встретили незнакомое слово или фразу (выражение), обязательно
уточните у знакомого специалиста или в каком-нибудь
компьютерном магазине его значение, это поможет вам в
дальнейшем при прочтении статей и книг по компьютерной
тематике.
Очень часто жаргонное слово — это английское название
компонентов ПК, но так уж повелось, что применяются в основном
именно эти слова, а не их аналоги из русского языка. Скорее всего,
причина заключается в том, что в русском языке не нашлось
коротких аналогов английским терминам, а компьютерщики народ
ленивый — им подавай чего-нибудь покороче да попроще.
- 29 -
Впрочем, большинство подобных терминов уже укоренилось и считаются общепринятыми.
Вот некоторые жаргонные словечки и термины.
Блины — носители информации в жестком диске.
Болванка — компакт-диск, предназначенный для записи на
приводе CD-RW.
Писалка — привод CD-RW.
Слот — название происходит от английского слова "Slot". Это
обычный щелевой разъем, который предназначен для установки
платы расширения. Как и для любого другого разъема, нередко ту
часть, которая имеет розетки, называют "мамой" (female), в данном
случае она находится на материнской плате, а часть,
расположенную на плате расширения и имеющую вилки, —
"папой" (male). Фактически слот представляет собой шину
компьютера, выведенную на контакты разъема для возможности
подключения к ней совместимых устройств. Каждая шина,
применяемая в ПК, использует свой оригинальный тип слотов.
Сокет — название происходит от английского слова "Socket".
Это обычное гнездо для установки микросхем. Его контакты, как
правило, рассчитаны на установку микросхем со штырьковыми
выводами. Яркий пример — центральный процессор. Обычно в
названии сокета прибавляется набор цифр, характеризующих
данную разновидность разъема. Например, Socket 7 или Socket 370.
Джампер — название происходит от английского слова
"Jumper". Представляет собой обычную перемычку,
устанавливаемую на торчащие из печатной платы штырьковые
контакты. Используется для изменения конфигурации устройства,
играя роль выключателя или переключателя режимов работы.
Яркий пример — перемычки на жестком диске, которые
определяют режим его работы (Master или Slave).
"Теоретические" термины
Начнем с теоретических основ, которые, как говорится,
являются основой любого серьезного дела, а то, что мы собираемся
изучать (модернизацию и ремонт), никак нельзя назвать делом
простым.
Прежде всего стоит разъяснить термин, над значением
которого мало кто задумывается, — "персональный компьютер".
- 30 -
Понятие "персональный" появилось в давние времена, когда об
IBM PC (Personal Computer) еще никто не слышал, а компьютеры
стоили десятки тысяч долларов. Было время, когда компьютер
представлял собой значительных размеров шкаф и обслуживать его
мог только специально обученный персонал. Программирование
осуществлялось путем переключения целого набора выключателей,
имеющих два положения: включено и выключено. Компьютер мог
начать процесс вычислений только после того, как все
переключатели установлены в требуемое положение и дана
команда запуска. Методы вывода результатов также не блистали
простотой понимания, и для их расшифровки требовалось не
меньше знаний, чем для задания программы.
Но прогресс не остановишь, и постепенно размеры
компьютера стали сравнимы с размером письменного стола. Для
"общения" с человеком начали использовать электронно-лучевую
трубку (проще говоря, монитор), на которой отображались как
введенные команды, так и результаты вычислений. Программы
стали вводиться при помощи небольших переключателей, объединенных в клавиатуру. Отныне, чтобы управлять компьютером,
вполне достаточно было одного человека, который как вводил
программу, так и анализировал полученные результаты и, при
необходимости, вводил изменения. Наступила эра персональных
компьютеров. Теперь любой человек, имеющий достаточный
уровень подготовки, мог персонально заниматься работой на
компьютере.
Практически все современные компьютеры являются
персональными, т. к. для работы на них вполне достаточно иметь
одну пару рук, одну пару глаз и один мозг, состоящий из двух
полушарий. Это как раз и есть комплект, входящий в состав любого
человека (пользователя компьютера). Но название "персональный
компьютер" очень длинное как при произношении, так и при
написании, поэтому его стали сокращать — "ПК". Сегодня этот
термин представляет собой сокращенное название целого класса
устройств — это настольные, переносные, портативные, миникомпьютеры. Мы же будем применять его при описании свойств
самого распространенного компьютера IBM PC.
Компьютер IBM PC — это самый первый ПК, который
получил широкое распространение в качестве офисного и
домашнего компьютера. Существует масса других компьютеров,
- 31 -
например, Spectrum, Amiga, Macintosh и т. д. Но они не столь
популярны, чем IBM PC. Почему? Ответ на вопрос мы сможем
найти, обратившись к истории этого компьютера.
Руководство компании IBM стояло перед сложным выбором:
требовалось создать совершенно новый компьютер, обладающий
целым рядом признаков, отличающих его от других компьютеров,
имеющихся в то время на рынке. Казалось бы, что тут сложного?
Берешь какой-нибудь микропроцессор, который еще не применялся
для создания персонального компьютера (а в то время имелось
огромное количество пока невостребованных разработок), и
создаешь на его основе новый компьютер. Так и делали все
остальные разработчики. Но для этого пути существовала одна
серьезная и практически непреодолимая преграда. Далеко не все
процессоры были программно совместимы, т. е. для каждого типа
компьютеров приходилось разрабатывать собственные программы,
учитывающие особенности используемого процессора.
Последствия этой проблемы весьма ощутимы для пользователя.
Ведь приобретая компьютер, мы надеется на то, что сможем
использовать его так, как только нам захочется. Но для этого
требуются специальные программы, позволяющие, например,
печатать тексты, рисовать, слушать музыку и т. д. То есть
компьютер должен обладать серьезной поддержкой компаний,
которые занимаются разработкой программного обеспечения.
Добиться такой поддержки очень сложно — производители
программ должны быть уверены в том, что данный компьютер
будет хорошо продаваться, иначе существует риск работы
"впустую".
Данная проблема была решена довольно оригинально.
Компания IBM не стала идти навстречу капризам моды и все-таки
создала компьютер абсолютно несовместимый со всеми
остальными, но при этом она обеспечила свою разработку мощной
программной поддержкой, заключив соглашение с компанией
Microsoft (знакомое название?). Практически сразу же после
появления на рынке первых компьютеров IBM PC было
разработано большое количество разнообразных программ,
которые позволяли использовать новый ПК практически для любых
задач (в офисе, дома и т. д.). Такой мощной поддержки у других
компьютеров не было, поэтому IBM PC достаточно быстро занял
прочную позицию на рынке.
- 32 -
Из вышесказанного следует правило: все компьютеры,
выпущенные по технологии впервые разработанной и
запатентованной компанией IBM, способны выполнять одни и те
же программы. Если вы купили такой компьютер, то вам больше не
надо беспокоиться, что новые программы, написанные уже после
покупки, не будут на нем работать, потому что производители
компьютера внесли в него какие-нибудь изменения. Это называется
программной совместимостью. Вот мы и пришли к объяснению
второго термина, о котором упоминалось в самом начале этой
главы. Термин "IBM-совместимый" означает, что компьютер
использует ту же систему команд, что и "фирменный" компьютер
IBM PC. В свою очередь команды, как известно, являются
составляющими любой программы. Естественно, что современные
компьютеры имеют намного более сложное устройство, чем
первый компьютер, но, несмотря на это, они способны выполнять
практически любые программы, написанные задолго до их
появления.
Сегодня выпускается немало различных моделей
компьютеров, которые отличаются друг от друга
функциональными возможностями и ценой, но не все способны
"играть роль" IBM-совместимого компьютера. Что для этого
нужно? Прежде всего, компьютер обязан выполнять программы,
написанные для "фирменного" IBM PC, все остальные программы,
например, предназначенные для компьютера Spectrum, он, как
правило, выполнять не может.
"Физические" термины
Очень много незнакомых терминов встречается при описании
работы как отдельных компонентов, так и всего компьютера в
целом. В рекламных проспектах, в статьях много говорят о какомто аппаратном мониторинге, который то работает, то нет, о всяких
буферах, захватах, пакетах и т. п. Разъясним некоторые из этих
терминов.
Аппаратный мониторинг — Hardware Monitoring —
специальная технология, предназначенная для постоянного
контроля основных технических параметров, таких как напряжения
питания, рабочая температура процессора и материнской платы,
скорость вращения вентиляторов. Она помогает своевременно
предупредить о неисправности компьютера и предотвратить случайную потерю информации.
- 33 -
Буфер — устройство, предназначенное для временного
хранения. В частности, буфер отложенной записи — это буфер, в
котором процессор хранит данные, предназначенные для записи в
то или иное устройство компьютера при условии занятости шины
данных. После записи данных в этот буфер процессор начинает
обрабатывать следующую команду. Как только шина освободится,
в первую очередь производится запись данных из буфера в
устройство (уже без участия процессора). Если же шина данных
свободна, то запись осуществляется прямо в устройство.
Захват шины — режим Bus-Mastering, который означает
возможность управления шиной каким-либо устройством без
участия центрального процессора. Во время передачи информации
устройство, поддерживающее режим Bus-Mastering, "захватывает"
шину и становится главным. Такой подход используется для
освобождения ресурсов процессора в моменты перемещения
больших объемов данных (например, видеоизображения).
Конвейерный режим работы — режим, предусматривающий
возможность начала нового цикла, не дожидаясь физического
завершения обмена данными предыдущего цикла. Это позволяет
сократить количество тактов ожидания, необходимых для
согласования с относительно медленной памятью и портами.
Мультиплексирование — метод передачи нескольких типов
данных по одной шине (имеется в виду ряд физических
проводников, организованных в шину). Например, сначала по шине передается адрес, затем по
этой же шине передаются данные.
Пакетный режим передачи данных — это режим, при котором
адрес передается только один раз, а все последующие адреса
вычисляются контроллером устройства, пока не будет передан
сигнал окончания процесса обмена данными.
Режимы энергопотребления компьютера — этот термин
появился вместе с первыми ноутбуками (переносными или
мобильными компьютерами), т. к. для их питания использовались
аккумуляторы, имеющие строго ограниченный ресурс работы в
отличие от обычной электросети. Поэтому для экономии энергии,
накопленной в аккумуляторах, стали применять различные способы
энергосбережения, например, отключать монитор во время
бездействия пользователя. Применительно к этим режимам
используют также термины "режим сна" и "режим ожидания".
- 34 -
Выделяют четыре режима энергопотребления:
1. Full On Mode — режим полной мощности.
2. Doze Mode — режим, при котором осуществляется
снижение энергопотребления компьютера на 80%, при этом
тактовая частота центрального процессора уменьшается примерно
на 60—80% от начального уровня.
3. Standby Mode — режим снижения энергопотребления на
92%, при этом тактовая частота центрального процессора
уменьшается до минимума (вплоть до останова).
4. Suspend Mode — режим снижения энергопотребления на
99%, при этом напряжение питания отключается практически ото
всех компонентов за исключением модулей памяти, в которых
сохраняется текущее состояние компьютера (все запущенные
программы, открытые файлы и т. п.).
Все остальные встречающиеся термины рассмотрим по мере
их появления в тексте.
Основные принципы устройства и работы ПК
Для описания внутреннего устройства ПК часто применяется
термин "архитектура компьютера", означающий его логическую
организацию, структуру и ресурсы, которые могут быть
использованы либо подключенными устройствами, либо
запущенными программами.
Главным отличием IBM-совместимых компьютеров от других
(Spectrum и т. п.) является использование принципов открытой
архитектуры, позволяющих создать вместо очень дорогого
компьютера "обычный" конструктор для взрослых.
Открытая архитектура — это архитектура, основу которой
составляет ряд решений интерфейсов и шин, предназначенных для
объединения самых различных устройств в единую систему.
Большинство же конкурирующих компаний не решились пойти на
такой смелый шаг, опасаясь потерять часть прибыли из-за
производства клонов. Благодаря открытой архитектуре компания
IBM и ее компьютер IBM PC так быстро стали очень популярными.
Персональный компьютер состоит из следующих
функциональных блоков:
□ центральный процессор;
□ основная память;
□ периферийные устройства.
Все блоки компьютера связаны между собой при помощи
- 35 -
системной шины, которую иногда называют системной
магистралью. Основной обязанностью системной шины является
передача информации между процессором и остальными
компонентами компьютера. По этой шине передаются не только
данные, но и адреса и управляющие сигналы. Таким образом,
упрощенно системную шину можно представить как совокупность
сигнальных линий, объединенных по их назначению (данные,
адреса, управление). Основной характеристикой этих линий
является их разрядность (разрядность адресной шины и шины
данных).
Шина представляет собой своеобразный канал для передачи
данных. Объединение устройств определенной шиной (например,
шиной данных или адреса) приводит к тому, что все эти устройства
могут обмениваться друг с другом по шине любыми данными (в
строго определенном формате). Физически шина представляет
собой целую паутину печатных проводников на системной плате
либо устройстве. Для полноценной работы устройства подключаемого к какой-либо шине компьютера (или нескольким сразу)
требуется аппаратная поддержка данной шины со стороны
устройства — наличие контактов, соответствующих контактам
шины на системной плате, и поддержка протокола передачи
данных по шине (как архитектурой устройства, так и программным
кодом драйверов устройства). Для того чтобы ускорить работу
компьютера, системная шина была разделена на "шину адреса" и
"шину данных". По шине адреса передаются данные о логическом
адресе размещаемых данных, а по шине данных — сами данные.
Это позволяет передавать следующий адрес в то время, когда по
шине данных еще происходит передача информации. Кроме того,
можно назвать и "шину управления", которая служит для передачи
соответственно управляющих сигналов.
Преимущество шинной организации проявляется в
возможности стандартизации алгоритмов взаимодействия
центрального процессора с периферийными устройствами, а
значит, и стандартизировать их устройство и способ подключения.
С другой стороны, в каждый момент времени посредством
системной шины могут "общаться" только два устройства, а
остальные должны в это время простаивать, ожидая, когда
освободится шина. Это накладывает серьезное ограничение на
производительность компьютера. Именно по этой причине
- 36 -
производители стремятся увеличить пропускную способность
системной шины. Архитектура компьютера IBM PC вполне
оправдывает все свои недостатки.
Пропускная способность — это наибольшее количество
данных, которое можно передать, например, по шине. Пропускная
способность любой шины зависит от ее рабочей частоты: чем выше
частота, тем выше пропускная способность. Кроме того,
пропускная способность шины зависит также и от ее разрядности.
Частота системной шины — это частота, на которой
процессор работает со всеми внешними для него устройствами.
Например, на этой частоте работает оперативная память
компьютера, при помощи коэффициентов умножения вычисляется
рабочая частота центрального процессора, шины PCI и AGP.
Частота может принимать значения 66, 100, 133 МГц. Иногда
говорят о больших значениях вроде 200, 266, 333 или 400 МГц, но
это больше относится к пропускной способности, чем к реальной
скорости работы шины. Дело в том, что в последнее время стали
популярны режимы, когда данные передаются либо по обоим
фронтам тактирующего сигнала, либо вообще в три блока в течение
одного импульса. Это позволяет при сохранении прежней рабочей
частоты, например, 133 МГц, получить пропускную способность,
равную пропускной способности стандартной шины с тактовой
частотой 266 МГц (в первом случае) или 400 МГц (во втором
случае). Обычно называют вторую цифру, которая имеет большее
значение — это делается исключительно для "украшения"
рекламных проспектов.
Процесс взаимодействия центрального процессора и основной
памяти сводится к двум операциям: запись информации в память и
чтение информации из памяти.
При записи процессор по специальным проводникам передает
адрес, по которому будет располагаться записываемая информация
(шина адреса); по другим проводникам передает управляющий
сигнал (шина управления), который указывает на начало процесса
записи; по еще одной группе проводников передает записываемую
информацию (шина данных). При чтении по шине адреса
передается адрес основной памяти, по которому располагается
требуемая информация, и после передачи управляющего сигнала,
указывающего на начало чтения, на шину данных поступает вся
необходимая информация.
- 37 -
Число одновременно передаваемых по шине адреса и шине
данных битов называется разрядностью соответствующей шины и
является важной характеристикой любого компьютера. Разрядность
шины адреса определяет максимальное общее количество доступной памяти (так
называемое адресное пространство процессора), а разрядность
шины данных — максимальную порцию информации, которую
можно получить из памяти за один рабочий такт. Следует отметить,
что на современных компьютерах объем оперативной памяти, как
правило, значительно меньше, чем максимально возможный для
процессора.
Процессор и основная память находятся на одной большой
плате, которая называется материнской. Для подключения к ней
периферийных устройств (клавиатуры, мыши, жестких дисков)
служат специальные схемы, которые либо оформляются в виде
отдельных плат, либо располагаются прямо на материнской плате.
Они называются контроллерами. Отдельные платы (их часто
именуют платами расширения) подключаются к общей системе при
помощи специальных разъемов на материнской плате, которые
называются слотами (от англ. Slot — щель), а к их внешнему
разъему подключается внешнее устройство. Внешние разъемы
обычно называют портами ввода/вывода, что говорит об их
главном предназначении — принимать или выдавать информацию.
Таким образом, все устройства подключаются к системной шине не
напрямую, а посредством контроллеров. Например, жесткие диски,
имеющие интерфейс IDE (иначе АТА), подключаются через
контроллер IDE.
Шина расширения — шина, предназначенная для
подключения тех устройств, которые расширяют стандартные
возможности компьютера, например, для подключения звуковой
платы. Шины расширения предоставляют возможность получения
доступа к системным ресурсам компьютера: пространство памяти,
порты ввода/вывода, прерывания, каналы прямого доступа к
памяти. Производителям устройств расширения приходится точно
следовать протоколам, принятым для каждой шины, выдерживая
жесткие частотные, временные и нагрузочные параметры. Любые
отклонения приводят к несовместимости с некоторыми
материнскими платами. Подключение некорректно работающего
устройства к шине расширения может привести к нестабильной
- 38 -
работе всего компьютера в целом.
Порт ввода/вывода — представляет собой устройство
сопряжения в архитектуре компьютера, через которое можно
ввести данные из периферийного устройства или, наоборот,
вывести их. Физически порт ввода/вывода, как правило,
представляет собой разъем, находящийся на материнской плате
либо на задней панели системного блока, с определенным
количеством и назначением выводов.
Системную шину можно сравнить с телефонной сетью, к
которой параллельно подключено большое количество абонентов
(блоков компьютера). "Обращение" центрального процессора к
какому-нибудь устройству очень похоже на вызов абонента. Все
устройства, подключенные к системной шине, имеют свой
"уникальный номер" (адрес). Когда требуется обратиться к любому
из них, в системную шину передается сигнал запроса, после чего
устройство передает на шину обратный сигнал, который
может принимать либо форму "занято", либо "свободно". Работу по
определению своего номера и ответу на запрос берет на себя
контроллер устройства.
Кроме указанных устройств на материнской плате
установлено большое количество микросхем (chip), составляющих
в совокупности определенный набор микросхем, иначе чипсет,
который служит для обеспечения обмена данными между
центральным процессором и периферийными устройствами.
Чипсет позволяет организовать совместную работу самых
разнообразных устройств, обладающих несовместимыми на первый
взгляд техническими параметрами. В этом есть вся "соль" открытой
архитектуры компьютера — придерживаясь минимального набора
правил, вы можете самостоятельно собрать работоспособное
устройство и запросто подключить его к компьютеру.
Очень часто можно услышать такие термины, как "южный
мост" и "северный мост". Они представляют собой две самые
главные части любого чипсета (рис. 1.1). Северный мост (North
Bridge) получил свое название из-за того, что логическая часть
электронной схемы, представляющей его, располагается ближе
всего к центральному процессору. Южный мост (South Bridge)
"общается" с центральным процессором только через северный
мост, поэтому логически он располагается дальше, т. е. "на юге".
- 39 -
Рис. 1.1. Общая структура персонального компьютера
Примечание
За рубежом традиционно сравнивают размещение
(перемещение) различных компонентов (устройств) с
расположением частей света. Поэтому компоненты, которые
архитектурно или конструктивно размещены ниже (например, на
материнской плате), называются южными, и наоборот. Также,
например, перемещение спутниковой тарелки вправо или влево от
исходной позиции называют перемещением на восток или на запад.
Но на этом состав чипсета не ограничивается, т. к. имеется
еще очень важная его часть, которая называется Super I/O
(Input/Output). Такое разделение далеко не случайно, любая деталь в архитектуре
персонального компьютера имеет под собой сугубо практическую
подоплеку.
Северный мост является наиболее главным звеном любого
чипсета, т. к. он отвечает за работу самых производительных
устройств компьютера, подключенных либо напрямую к системной
шине (например, основная память), либо к одной из самых мощных
локальных шин (PCI или AGP).
Южный мост выполняет более простые функции, в основном
занимаясь работой устройств, подключенных к медленной шине
ISA. Правда, в последнее время из-за того, что упомянутая шина
практически отжила свой век, на "плечи" южного моста стали
перекладывать часть функций северного моста. Таких, например,
как работа устройств IDE (жестких дисков, приводов CD-ROM),
шины USB и CMOS-памяти.
Блок Super I/O обычно выполняет функции обслуживания
практически всех портов ввода/вывода. Этот блок является
наиболее "древней частью" материнской платы, т. к. большая часть
этих портов существовала еще на самом первом компьютере IBM
PC. К ним подключаются такие устройства, как клавиатура, мышь,
принтер, дисковод для гибких дисков и т. п.
- 40 -
Такая организация чипсета позволяет вносить изменения не во
всю схему, а только в ту ее часть, где требуется ввести, например,
поддержку новых стандартов. Как можно догадаться, в основном
перерабатывается северный мост, а остальные два блока остаются
практически неизменными.
Компания Intel однажды предложила несколько иную схему
организации чипсета. В отличие от стандартного способа, при
котором для соединения использовалась шина PCI, было
предложено применить отдельный канал, имеющий вдвое большую
пропускную способность. При этом северный мост получил
название Graphics and AGP Memory Controller Hub (GMCH), а
южный мост стал называться Input/Output Controller Hub (ICH). Так
что если встретите где-нибудь столь непривычные термины, не
пугайтесь, это все тот же чипсет, но в том виде, как его понимает
Intel.
От качества исполнения чипсета, а также материнской платы
зависит то, насколько удачно будет реализована идея открытой
архитектуры. Все, наверное, наслышаны о различных проблемах
пользователей IBM-совместимых компьютеров: то одно не
работает, то другое. Все эти неприятности только из-за
несоблюдения некоторыми производителями общепринятых
правил (стандартов), которые разрабатываются, по традиции,
несколькими ведущими разработчиками в данной области и
должны использоваться всеми остальными менее известными
производителями.
Наиболее важный компонент любого компьютера — это
центральный процессор (Central Processing Unit, CPU), который, по
сути, является "мозгом" всей системы. Он "думает" над всеми
задачами и примерами, которые "задают" ему подключенные
устройства. Например, на клавиатуре вы нажимаете на какуюнибудь клавишу, а на экране монитора рисуется символ, соответствующий нажатой клавише. При этом процессор
улавливает факт нажатия определенной клавиши, ищет ее значение
в специальной таблице, записанной в памяти компьютера,
определяет способ отображения символа на экране и, в конце
концов, выводит этот символ на экран монитора. Благодаря
постоянно работающим программам процессор "знает", каким
образом нужно "общаться" с клавиатурой и с другими
компонентами (основной памятью, монитором и т. п.).
- 41 -
Процессор "общается" со всеми подключенными
устройствами при помощи чипсета. Как видно из рис. 1.1, ни одно
устройство не имеет прямого доступа к процессору, так же, как и
он, не может "добраться" до этих устройств без участия
электронной схемы чипсета. Сделано это для согласования, вопервых, скорости работы, т. к. процессор обычно работает
значительно быстрее других устройств. Во-вторых, для
согласования уровней сигналов, т. к. некоторые устройства,
например клавиатура, могут использовать значительно более
мощные сигналы, чем процессор, так что их прямое соединение
может привести к неисправности схемы процессора.
Важнейшими характеристиками центрального процессора
являются:
□ тактовая частота;
□ разрядность;
□ адресное пространство.
Тактовая частота характеризует быстродействие компьютера.
Режим работы процессора задается микросхемой, которая
называется генератором тактовой частоты. На выполнение каждой
операции отводится определенное количество тактов. Естественно,
что чем выше тактовая частота, тем быстрее процессор выполняет
программы, хотя общая производительность ПК связана с тактовой
частотой лишь косвенно.
Разрядность процессора указывает на количество
одновременно обрабатываемых бит информации, т. к. обычно
команды выполняются не по одному биту, а одновременно
группами по 8, 16, 32 или 64 бита. Чем больше разрядность
процессора, тем больше информации он может обработать за один
рабочий такт — от этого зависит такой параметр, как
производительность процессора.
Адресное пространство процессора указывает на
максимальный объем памяти, который процессор способен
обслужить. Определяется этот параметр разрядностью шины
адреса.
Любой компьютер обладает памятью, которая по качеству
хранения информации может успешно соперничать даже с самыми
гениальными людьми. Человеку свойственно со временем забывать
о событиях, произошедших много лет назад, компьютер в этом
смысле более "злопамятный" — в его памяти сохраняется
- 42 -
практически все, что происходит внутри его "организма".
Основная память компьютера состоит из оперативных и
постоянных запоминающих устройств. При описании первого типа
часто применяется аббревиатура ОЗУ, а для второго — ПЗУ.
Оперативная память предназначена для записи, хранения и
считывания программ, исходных данных, промежуточных и
окончательных результатов. Все ячейки памяти объединены в
группы по 8 бит (1 байт) и каждая такая группа имеет свой
уникальный адрес, по которому к ней можно в любое время
обратиться. ОЗУ используется для временного хранения программ
и данных. Объем оперативной памяти является очень важной
характеристикой компьютера, т. к. он влияет на скорость работы
компьютера и на работоспособность программ. Некоторые
программы не запускаются, если обнаруживают недостаточный для
них объем памяти.
Часть оперативной памяти располагается на видеоплате и
используется для хранения текущей информации, выводимой на
экран монитора, она называется видеопамятью.
Постоянная память используется для хранения данных,
которые, как правило, не требуют своего регулярного изменения.
Содержимое этой памяти определенным образом "прошивается" в
микросхеме при ее изготовлении. В ПЗУ обычно находятся такие
программы, как:
□ программа управления работой внутренней схемы
процессора;
□ программы управления клавиатурой, принтером и т. п.;
□ программы запуска и подготовки к выключению
компьютера;
□ программы тестирования устройств, проверяющие при
каждом включении компьютера правильность их работы;
□ информация о том, в какой части загрузочного диска могут
находиться системные файлы операционной системы.
Важной особенностью постоянной памяти является то, что она
предназначена только для считывания информации.
Системная шина, как уже говорилось, это группа
электрических соединений (проводников) для передачи данных,
адресов и управляющих сигналов между компонентами
компьютера. Для обеспечения взаимозаменяемости устройств,
изготавливаемых различными производителями и по разным
- 43 -
технологиям, количество, назначение и размещение этих
проводников стандартизировано. В первых компьютерах IBM PC
системная шина изготавливалась по стандарту ISA, который
представляет собой первую шину промышленно
стандартизованную. Она применяется до сих пор, хотя производители, начиная с 1998 года, делают все возможное для ее
устранения из конфигурации компьютера, т. к. она является
тормозящим фактором для дальнейшего развития
производительности. Следует отметить, что на современных
материнских платах слотов ISA уже нет.
Шина ISA представляет собой совокупность из 16 линий для
передачи данных, 24 линии для передачи адреса, 15 линий для
аппаратных прерываний и 7 линий для организации прямого
доступа к основной памяти. Остальные проводники отведены для
передачи управляющих сигналов и электропитания.
Не так давно для обмена информацией использовался
программный режим передачи данных. При передаче данных
между внешними устройствами (например, жестким диском) и
основной памятью сигналы проходят через системную шину с
участием центрального процессора. На время обмена процессор
приостанавливает выполнение всех основных программ (например,
игры), что сильно снижает производительность компьютера. Для
устранения этого "узкого места" стали применять так называемые
локальные шины, позволяющие любому устройству получить
прямой доступ к основной памяти компьютера.
Промежуточный уровень между системной шиной и шиной
ISA занимает шина PCI, выполняющая особую роль в архитектуре
персонального компьютера. Она не зависит от типа центрального
процессора и его тактовой частоты. От предназначения шины
произошло и ее название — Peripheral Component Interconnect, что
переводится как связь периферийных устройств. Имеется в виду
связь с центральным процессором, т. к. все внешние устройства
традиционно подключаются к компьютеру посредством шины ISA,
которая, в свою очередь, как уже было сказано, через шину PCI
связывается с системной шиной.
Для длительного хранения информации, не зависящей от
электропитания, которая подлежит периодическому изменению,
используют так называемые накопители. Объем накопителя, как
правило, в сотни раз превышает объем оперативной памяти или
- 44 -
вообще не ограничен в случае, когда используется устройство со
сменными носителями. Любой накопитель можно рассматривать
как совокупность носителя информации и соответствующего
привода. Различают накопители со сменными и несменными
носителями.
Привод представляет собой сочетание механизма
чтения/записи с электронной схемой управления. Его конструкция
определяется принципом действия и видом носителя. Носитель,
который, по сути, является средой хранения информации, может
быть либо дисковым, либо ленточным; по принципу запоминания
— магнитным, магнитооптическим и оптическим. Ленточные
носители используются только в магнитных накопителях, в отличие
от дисковых носителей, в которых применяются все три вида
записи. Дисковый носитель может представлять собой гибкий или
жесткий диск. Гибкие диски в настоящее время выпускаются в виде
дискет или иначе флоппи-дисков (от англ. Floppy — хлюпающий).
Собственно носитель представляет собой плоский диск из
специальной пленки, обладающей достаточной прочностью и
стабильностью размеров. Он покрыт ферромагнитным слоем и
помещен в защитный конверт (оболочка дискеты).
Привод для гибких дисков (для его описания часто
употребляют термин НГМД— Накопитель на Гибких Магнитных
Дисках) представляет собой электронно-механическое устройство
стандартных габаритов, в корпусе которого размещены:
□ электродвигатель, который вращает шпиндель;
□ блок магнитных головок и механизм его позиционирования;
□ печатная плата со схемами питания дисковода, управления
механизмом позиционирования, усилителей записи и считывания,
формирования выходных сигналов.
Конструктивной особенностью НГМД является то, что диск
приводится во вращение только после поступления команды на
чтение или запись, а в остальное время он неподвижен. Кроме того,
головка чтения/записи во время работы механически контактирует
с поверхностью носителя. В системном блоке дисковод
закрепляется так, что щель приемника дискет "выглядывает" на
лицевой панели.
Накопитель на жестких дисках (для его описания часто
употребляют термин НЖМД — Накопитель на Жестких
Магнитных Дисках) является устройством с несменным носителем.
- 45 -
Его конструктивная схема сходна с дисководом, но ее реализация
существенно отличается. От жесткого диска требуется в сотни раз
большие емкость и скорость обмена данными. Поэтому информация записывается не на один диск, а на целый набор дисков,
идеально плоских с отполированным слоем ферромагнитного
материала. При этом запись производится на обе поверхности
(кроме крайних дисков).
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что в жестких
дисках работает несколько магнитных головок, собранных в
единый блок. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой
скоростью до тех пор, пока компьютер включен. В этом случае
механический контакт головок и дисков недопустим. Каждая
головка "плавает" над поверхностью диска на расстоянии 0,5— 0,13
мкм.
Накопители выпускают несколько десятков компанийпроизводителей. Чтобы обеспечить взаимозаменяемость всех
устройств, разработаны стандарты на их габариты и электрические
характеристики. Последние определяют, например, назначение
проводников, их размещение в разъемах, электрические параметры
сигналов — все это принято называть интерфейсом. Сегодня
наиболее распространенными являются стандарты EIDE и SCSI.
Интерфейс — это совокупность правил взаимодействия
устройств и программ между собой или пользователем и средств,
реализующих это взаимодействие. Понятие интерфейс включает
как аппаратные, так и программные средства. Аппаратный или
интерфейс устройств — это и линии связи между устройствами, и
устройства сопряжения, и способ преобразования передаваемых от
устройства к устройству сигналов. В случае с программными
средствами — это, прежде всего, сами программы, кроме того,
внешний вид программы, включая дизайн (т. е. наличие и
размещение меню, кнопок и т. д.), позволяющий облегчить работу с
данной программой. По способу передачи информации различают
параллельные и последовательные интерфейсы. В параллельном
интерфейсе данные передаются по нескольким идущим
параллельно проводникам одновременно. Как правило, проводников восемь, что соответствует одному байту информации, или
кратно восьми — кратно байту. В IBM-совместимых компьютерах
используется стандартный параллельный интерфейс Centronics
(аппаратно он реализуется в виде разъемов LPT на задней панели
- 46 -
системного блока). В последовательном интерфейсе все биты
каждого байта передаются друг за другом чаще всего по одной
линии. В IBM-совместимых компьютерах обычно используется
стандартный последовательный интерфейс RS-232C (аппаратно он
реализуется в виде разъемов СОМ на задней панели системного
блока). В современных компьютерах все большее распространение
получает последовательный интерфейс USB (Universal Serial Bus),
имеющий большую пропускную способность, чем RS-232C.
Наиболее важной характеристикой любого интерфейса является его
пропускная способность. У параллельного интерфейса пропускная
способность значительно выше, чем у последовательного
интерфейса, при условии идентичности быстродействия приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных
линий. Поэтому RS-232C используется в основном для
нетребовательных устройств, например, мыши. Повышать
быстродействие интерфейса за счет увеличения тактовой частоты
практически не имеет смысла, т. к. волновые свойства
используемых кабелей оставляют желать лучшего. В случае с
параллельным интерфейсом ограничивает скорость передачи
следующий фактор: все проводники имеют разброс во времени
прохождения сигналов — от передатчика до приемника сигналы по
разным линиям приходят неравномерно, одни немного раньше, а
другие позже. Для надежной передачи данных электронную схему
обмена создают с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из основных факторов,
ограничивающих повышение пропускной способности
параллельного интерфейса.
Для любого интерфейса, физически соединяющего два
устройства, различают три возможных режима работы —
дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим
позволяет передавать по одному каналу связи информацию в обоих
направлениях. Полудуплексный режим позволяет передавать
информацию в обе стороны по одному каналу, но только по
очереди: сначала в одну сторону, потом уже в другую.
Полудуплексный интерфейс обязательно имеет схему
переключения направления канала. Симплексный режим
предполагает только одностороннюю передачу информации.
Другим немаловажным параметром любого интерфейса
является допустимое удаление подключаемых устройств. Оно
- 47 -
ограничивается частотными свойствами соединительного кабеля и
помехозащищенностью интерфейса. Интересно то, что приходится учитывать помехи, возникающие от
соседних линий интерфейса (так называемые перекрестные
помехи). Для устранения перекрестных помех в качестве
соединительного кабеля можно использовать витую пару для
каждого из соединений.
Теперь немного о платах расширения. Формы представления
данных, используемых в персональном компьютере, существенно
различаются. Так же как различаются по своим физическим
принципам работы все устройства, подключаемые человеком к
компьютеру (монитор, принтер, клавиатура и т. д.).
По вышеуказанной причине для поддержки взаимодействия
устройств необходимо выполнять преобразование форм
представления информации. Эту задачу осуществляют
специальные устройства, которые обычно называют адаптерами.
Конструктивно они выполняются в виде печатных плат, которые с
одной стороны имеют стандартный разъем для сопряжения с
шиной, а с другой — специфический разъем (или разъемы) для
связи с соответствующим устройством. По мере
совершенствования технологий необходимость в адаптерах
отпадает, потому что часть функций по преобразованию сигналов
берет на себя электронная схема подключаемого устройства, а некоторые функции выполняют компоненты материнской платы. В
виде плат расширения, как правило, выпускают такие устройства,
как видеоплата, платы портов ввода/вывода, сетевые платы,
модемы, звуковые платы и т. п.
Контроллер ввода/вывода представляет собой устройство,
которое обслуживает разнообразные внешние устройства, такие как
принтер, клавиатура, мышь и т. п. Подключение их к системной
шине осуществляется через специальные схемные элементы,
называемые портами. Различают параллельные и последовательные
порты. Параллельный порт позволяет передать за один рабочий
такт, по крайней мере, один байт, поскольку каждому биту выделен
отдельный проводник (контакт), поэтому все составляющие байта
передаются одновременно, параллельно. Последовательный порт
содержит для передачи данных только одну пару проводников, и
потому биты, составляющие сигнал, проходят через порт
последовательно.
- 48 -
Наиболее часто контроллер ввода/вывода способен
обслуживать три параллельных порта (LPT1 ... LPT3) и четыре
последовательных (СОМ1 ... COM4). Для LPT-портов используют
25-контактные разъемы, для СОМ-портов 9- или 25-контактные.
Разъемы выходят на заднюю панель системного блока, и уже к ним
подключаются соединительные кабели внешних устройств. Общее
число разъемов, как правило, меньше числа портов.
Одна из немногих вещей, дошедших до нас в неизменном виде
с начала 80-х годов, когда только стала зарождаться архитектура
IBM-совместимых компьютеров, — это два последовательных
порта. Даже параллельный порт и тот модифицировался,
практически ни на одном из современных PC вы не увидите
"чистого" SPP (Standard Parallel Port) порта — это будет его либо
модификация ЕРР (Enhanced Parallel Port), либо ЕСР (Extended
Capabilities Port). He найдете вы на последних материнских платах
и привычного разъема для клавиатуры — его заменило
компромиссное решение — PS/2-порт. Таким образом,
единственное, что осталось неизменным в течение вот уже почти 20
лет, — это два СОМ-порта на материнской плате.
Наиболее современные интерфейсы, которые должны со
временем полностью заменить старые варианты (СОМ и LPT),
называются USB и FireWire, чтобы не вдаваться в подробности их
функционирования, просто приведем их сравнительные
характеристики (табл. 1.1).
Таблица 1.1. Сравнение современных внешних интерфейсов
Сердцем компьютера является тактовый генератор, который
занимается генерацией специальных импульсов, подаваемых на
предназначенный для этого вход устройства. Даже несмотря на то,
что на электронную схему компьютера будет подаваться все
необходимые напряжения питания, она не будет работать до тех
пор, пока на вход центрального процессора и других компонентов
- 49 -
не начнут подаваться тактирующие импульсы. Иногда их называют
синхроимпульсами, потому что синхронно с ними передаются абсолютно все сигналы, которые только имеются в компьютере.
Всю важность синхронизирующих (тактовых) импульсов
передать в двух словах очень сложно. Они играют главенствующую
роль при согласовании скорости работы различных устройств, что
позволяет организовать совместную работу таких медленных
устройств, как дисковод для гибких дисков, например, с очень
быстрой основной памятью. Основной единицей измерения
скорости работы также является тактовый импульс (например, процесс чтения данных начинается через три такта после запроса или
данные доставляются от одного устройства другому в течение
одного тактового импульса). Синхронизация работы всех устройств
относительно одного общего тактового сигнала позволяет
обеспечить быстрый взаимный доступ. Например, если на вход процессора поступил тактовый импульс, то
можно с уверенностью сказать, что в этот самый момент такой же
импульс поступил на вход основной памяти, что позволяет открыть
канал доступа процессора к памяти. Все сигналы (данных или
адреса) обязательно "привязываются" к тактовым импульсам, что
позволяет синхронизировать моменты "готовности" всех устройств.
Ведь внутреннее устройство всех компонентов отличается друг от
друга так же, как и их технические параметры (электрические,
временные и т. п.). Устройство готово принять или выдать данные
только в том случае, когда его электронная схема не занята
обработкой внутренних служебных сигналов.
Питание для электронных компонентов компьютера
поставляется при помощи соединительных кабелей от блока
питания. Для того чтобы быть уверенным в качестве приходящего
питания, все поступающие на плату напряжения (обычно это +5, —
5, +12 и —12 В) обязательно "фильтруются" при помощи целого
ряда конденсаторов, которые за счет своей емкости сглаживают все
возникающие скачки напряжения.
Сегодня очень модно говорить об уменьшении напряжения
питания процессоров и других устройств, а блоки питания
продолжают выдавать все те же напряжения, что и раньше (сделано
это для совместимости со старым оборудованием). Адаптацией
новых "железок" к суровым условиям стандартизации занимается
так называемый модуль регулятора напряжения, именуемый иначе
- 50 -
как VRM (Voltage Regulator Module). Регулятор предназначен для
формирования нужных напряжений питания процессора, модулей
памяти и микросхем чипсета. Позволяет настраивать материнскую
плату под различные модели процессоров, использующих разное
напряжение питания, а еще используется при разгоне (при
небольшом увеличении напряжения процессоры иногда
разгоняются значительно лучше). Качественные регуляторы
обеспечивают регулировку напряжения в широких пределах (от 1,3
до 3,5 В с шагом 0,1 В), простые же экземпляры, как правило,
имеют более "грубый" шаг, например, 0,5 В. В качестве
дополнительных услуг регулятор VRM предоставляет возможность
обеспечения стабильности рабочих напряжений на плате, чего
может не обеспечивать дешевый блок питания.
Такого краткого описания вполне достаточно, чтобы в общих
чертах передать принцип работы любого компьютера — все
остальные подробности вы найдете далее в этой главе, либо в
главах, посвященных описанию отдельных компонентов ПК.
Чем живет компьютер...
Несмотря на то, что компьютер очень сложен в своем
устройстве, понять его устройство и принцип работы не так уж и
сложно. Главное, не доходить до уровня мистицизма. Компьютер
не способен мыслить и действовать самостоятельно. Все происходящие в нем процессы
описываются в работающих программах, которые написаны такими
же людьми, как и мы. Даже функции жизнеобеспечения
компьютера (регенерация памяти и т. п.) действуют только потому,
что это предусмотрели его разработчики, создав соответствующие
программы обслуживания. Без программы компьютер не умнее
обычного утюга.
Компьютер — это электронная вычислительная машина
(ЭВМ). Это означает, что все узлы компьютера состоят из
электронных компонентов, а не из механических деталей.
Простейшим примером вычислительной машины является
логарифмическая линейка. Сколько поколений ученых и простых
школьников пользовалось преимуществами этой далеко не
электронной штуковины? Немало было изобретено механических
устройств, предназначенных для вычислений. Наиболее
распространенное из них — арифмометр. Но, несмотря на
популярность этих устройств, компьютеры все-таки стали делать на
- 51 -
электронных компонентах. Почему? Проблема в том, что все механические устройства могут вычислять только по заранее
заложенным в них алгоритмам, а формул, по которым производятся
вычисления в разных науках просто бесконечно много.
Представляете, какого размера будет устройство для вычисления,
например, всех формул по школьному курсу физики. Ведь для
каждой формулы должен иметься собственный вычислительный
узел. Теоретически, конечно, можно создать конструкцию вычислительного узла для каждой существующей формулы, но на практике
это нереально. Электронную машину перестроить значительно
легче. Нужно всего лишь задать другую программу.
Идея программирования стара как мир. Давным-давно один
француз, Жозеф Жаккар (1752—1834), придумал использовать в
ткацком станке подобие перфокарты — дощечку с дырочками. Эта
дощечка закладывалась в специальную щель в ткацком станке.
Рычажки, которые попадали в дырочки, двигались свободно, а те,
которые не попадали в них, блокировали рычаги станка. В
результате ткань получалась с узором, заданным расположением
дырочек в дощечке.
Примерно так же работает компьютер: вся информация в нем
представлена в виде "есть дырка", что соответствует логической
единице, либо "нет дырки", что представляет собой логический
ноль. Простейшей единицей информации является так называемый
бит (bit) (от англ. binary digit — двоичная цифра). Иногда бит
сравнивают с лампочкой или выключателем, которые могут быть в
двух состояниях: включено (единица) или выключено (ноль). Как
правило, в компьютере обмен информацией осуществляется не
отдельными битами, а группами по восемь бит, которые
называются байтами.
Вы уже знаете, что ни один процессор, каким бы он мощным
ни был, не сможет работать без программы. То же самое относится
абсолютно ко всем электронным компонентам. Единственная
функция "интеллектуальности",
которую обычно встраивают в любую микросхему, — это
функция поиска программы действий. Абсолютно все процессоры,
используемые в IBM-совместимых компьютерах, при включении
питания начинают поиск столь необходимой им программы в блоке
под названием BIOS. Разработчикам остается только разместить в
нем те программы, которые позволят центральному процессору
- 52 -
сначала разобраться во всех подключенных устройствах, а затем
успешно организовать их совместную работу.
Программы подразделяют на два типа: □ системные; □
прикладные.
Системные программы направлены в основном на облегчение
работы пользователя на персональном компьютере. Например,
программа проверки диска самостоятельно ищет и исправляет
ошибки в каталогах, расположенных на диске, проверяет
достоверность данных о свободном месте на диске и т. д.
Пользователю при этом нет необходимости знать о тонкостях
устройства того же жесткого диска и используемой файловой
системы.
Прикладные программы направлены в основном на
облегчение работы пользователя с различными файлами,
объектами,' устройствами, например, с текстовыми файлами,
принтером или сканером.
В отдельной категории стоит операционная система, которая
выполняет самые разнообразные функции: от системных операций
вроде проверки диска или реестра до прикладных задач вроде
калькулятора, простейшего графического редактора и т. п. В общей
сложности операционная система играет роль своеобразного
буфера между аппаратным обеспечением персонального
компьютера и программами, которые использует пользователь.
Иначе можно сказать, что она представляет собой интерфейс между
"железом" и пользователем.
ГЛАВА 2
Из чего состоит ПК
Наиболее важные показатели любого компьютера — это то,
какие программы он может выполнять, с какой скоростью он это
делает, сколько информации (игр, музыки, видеофильмов) может
разместить в себе, а также какие устройства могут быть
подключены. Все эти характеристики зависят от комплектации
компьютера, например, процессора, оперативной памяти, жесткого
диска и т. д.
Начиная с первых моделей компьютера IBM PC,
предусматривалось использование в основном готовых узлов и
деталей. При этом один компонент ПК подключается к другому,
просто вставляется в разъем или привинчивается. Есть, конечно,
разъемы, с которыми приходится повозиться, но в подавляющем
- 53 -
большинстве все устройства относительно легко можно устанавливать, снимать или заменять.
Персональный компьютер (имеется в виду IBM-совместимый
компьютер) это не единое устройство, он построен по модульному
принципу, что позволяет заменять, устанавливать или удалять
различные его компоненты, не подвергая риску всю систему. При
этом ваши навыки работы с отдельными узлами могут быть
минимальными, а ваши действия с компьютером схожи с игрой с
обычным детским конструктором.
До сегодняшнего дня дошли практически все конструктивные
решения, принятые для первого IBM PC. Мало того, они
практически не изменились и продолжают использоваться в той
"девственной" форме, которую придали им разработчики первых
моделей этого компьютера.
История знает немало примеров, когда название нового
продукта, ставшего популярным, становится нарицательным.
Например, слово "саундбластер" (Sound Blaster) обозначает любую
звуковую плату, несмотря на то, что это всего лишь название одной
из самых первых моделей звуковых плат, выпущенных компанией
Creative Labs.
Самый главный отличительный признак всех IBMсовместимых компьютеров — это использование того или иного
типа корпуса для размещения основных компонентов. От этого
зависит то, какие платы (устройства) могут быть использованы в
данной модели компьютера. В переносных компьютерах,
выполненных в виде небольшого чемоданчика, нельзя
использовать, например, звуковую плату PCI, т. к. она просто не
поместится в корпус. Даже среди настольных компьютеров,
имеющих достаточно большой корпус, существует проблема, когда
в некоторые типы корпусов не входят те или иные полноразмерные
платы расширения, и приходится вновь отправляться в магазин за
новой покупкой.
Итак, мы определили, что системный блок является основным
компонентом любого настольного компьютера. Почему
настольного? Да потому, что сегодня получили достаточно
широкое распространение и другие компьютеры, например, так
называемые ноутбуки (note book) (портативные компьютеры).
Несмотря на то, что они функционально нисколько не уступают
своим настольным аналогам, их высокая стоимость не доступна для
- 54 -
среднего пользователя. К тому же применение других более тонких
технологий для изготовления этих устройств не позволяет
использовать компоненты ноутбука для установки в настольный
компьютер и наоборот. Так что же содержится внутри системного
блока?
В системном блоке размещается так называемая материнская
плата (Motherboard), на которой расположены все основные
компоненты компьютера: процессор, порты ввода/вывода,
оперативная память и т. д., а также щелевые разъемы (слоты) для
подключения практически любых дополнительных устройств,
выполненных в виде плат расширения.
Материнская плата (системная плата) — название происходит
от соответствующих английских слов Motherboard и System Board.
Это самая большая печатная плата в компьютере. На ней
устанавливаются все необходимые для работы компьютера
устройства: центральный процессор, оперативная память,
микросхема BIOS, обслуживающая логика и т. д.
Применительно к материнским платам встречаются такие
понятия, как:
□ форм-фактор, позволяющий ввести различия между
стандартами этого и так уже вдоль и поперек стандартного
компонента компьютера. Наиболее распространены два формфактора — AT и АТХ. Первый вариант постепенно уходит в
прошлое, в то время как второй укрепляет свои позиции на рынке
настольных компьютеров с каждым днем все больше и больше.
Более подробно различия форм-факторов рассмотрены далее;
□ чипсет — представляет собой набор микросхем
составляющих "скелет" материнской платы. Функционально
компоненты, входящие в состав чипсета, представляют собой
единую электронную схему.
Как вы уже поняли, материнская плата является обязательным
компонентом любого компьютера. Все устройства, которые можно
подключить к
компьютеру, соединяются с ним при помощи разъемов,
находящихся на этой плате, — других способов просто нет.
Настройка компонентов материнской платы производится при
помощи перемычек (джамперов) или так называемых DIPпереключателей (DIP Switches). Джамперы (Jumpers) переставляют
с помощью длинного пинцета и только при выключенном
- 55 -
напряжении питания. В противном случае можно запросто
случайно задеть "не те" контакты и привести плату в нерабочее
состояние. Недостаток джамперной технологии — мелкие
перемычки, как правило, черного цвета, плохо заметны, особенно
при слабом освещении, к тому же их небольшой размер требует
поистине хирургической точности при установке. DIPпереключатели на практике значительно удобнее: их намного
лучше видно без дополнительного освещения и нет риска потерять
мелкую перемычку. Кроме того, достаточно тем же пинцетом или
другим узким предметом (отверткой или ручкой) переместить
переключатель в другое положение — и все готово.
Во многих материнских платах применяют и безджамперную
технологию, которая позволяет обойтись без единой перемычки
или переключателя, т. е. все настраивается автоматически. А те
настройки, которые, по мнению производителей, должны быть
доступны пользователю, выполнены в виде опций программы Setup
базовой системы ввода/вывода (BIOS Setup). Хороша технология,
ничего не скажешь! Да вот без недостатков никак не обходится:
если вы умудритесь установить какие-нибудь недопустимые для
вашего "железа" параметры и компьютер перестанет включаться
вообще, то единственным способом спасти своего "электронного
друга" останется аппаратное обнуление CMOS-памяти при помощи
традиционной перемычки.
Внутри системного блока ближе к передней панели имеются
отсеки для установки дисковода для гибких дисков, жесткого
диска, привода CD-ROM и других устройств. В качестве
стандартных размеров для всех внутренних устройств были
приняты размеры применяемых в первых компьютерах дисководов
— 5,25 и 3,5" (знак " означает единицу измерения "дюйм", равный
примерно 2,54 см). Установка "трехдюймовых" устройств в отсек
размером 5,25" возможна, но только при наличии специальной
переходной рамки. Ближе к задней панели расположен отсек, в
котором находится блок питания.
На задней панели системного блока имеются прямоугольные
щелевидные отверстия, обычно прикрытые металлической планкой.
Они предназначены для вывода наружу внешних разъемов,
установленных практически на каждой плате расширения. При
помощи металлической скобы все платы прикручиваются к
системному блоку, что препятствует их самопроизвольному
- 56 -
выпадению из разъемов. Размеры системного блока ограничивают
возможные размеры плат расширения, поэтому на их размер
введены довольно жесткие нормативы.
На передней панели системного блока имеются: кнопка
включения питания POWER, кнопка сброса RESET, иногда еще
одна, например, TURBO или SLEEP.
Существует несколько модификаций системных блоков,
подробно их особенности мы рассмотрим в соответствующей главе.
В настоящее время наиболее распространены две модификации —
Mini-Tower и Midi-Tower. Первая применяется для устаревшего
форм-фактора AT, а вторая для современного продвигаемого всеми
известными производителями форм-фактора АТХ.
Блоки питания всех широко распространенных корпусов
имеют стандартную конструкцию, но в зависимости от размера
корпуса они могут быть рассчитаны на различную мощность и
количество разъемов для питания устройств. На разъемы питания
выводятся стандартные напряжения +5, —5, + 12 и -12 В, которые
используются для большинства устройств: материнской платы,
дисководов, жестких дисков и т. д.
Примечание
Следует отметить, что для питания материнской платы
используются все питающие напряжения, идущие с блока питания:
+5, -5, +12 и -12 В. Питание накопителей осуществляется
отдельными проводами и разъемами с напряжением +5 и +12 В.
Все виды корпусов в принципе являются стандартными, что
позволяет для сборки "конструктора" использовать стандартные
платы и устройства.
Плата расширения (часто говорят карта расширения) —
печатная плата, которая при подключении к определенному
разъему на материнской плате расширяет стандартные
возможности компьютера. Например, звуковая плата добавляет
возможность вывода звука на внешние колонки, а не только на
системный динамик. К платам, играющим роль переходника между
компьютером и подключаемым устройством, применимо еще одно
название — адаптер. То есть электроника платы позволяет
адаптировать компьютер к приему незнакомых сигналов, которые
использует подключаемое устройство. Яркий пример — сетевая
плата.
Форма и размеры плат расширения должны обязательно
- 57 -
соответствовать нижеприведенным конструктивным
характеристикам.
□ Размер печатной платы (длина и высота) должен
соответствовать принятым соглашениям (как правило, стандарты
вводят один или несколько ведущих производителей устройства). В
противном случае пользователь просто не сможет поместить плату
расширения в системном блоке.
Платы расширения, имеющие максимально разрешенный
размер, называют "полноразмерными". Из-за конструктивных
особенностей некоторых моделей материнских плат
"полноразмерные" платы можно установить только, например, в
один слот расширения, а для остальных слотов придется приобретать платы уменьшенного размера. К счастью,
практически все современные платы имеют значительно меньшие
размеры, чем это позволено спецификацией. Это сделано не
столько для удобства пользователя, сколько в целях экономии
материала, из которого изготовлена печатная плата устройства.
Очень важно при этом, чтобы геометрия нижнего края платы как
можно лучше соответствовала выступам на материнской плате
(высокие конденсаторы, радиатор и т. п.).
□ Разъем на печатной плате должен в точности
соответствовать ответному разъему на материнской плате. При
этом учитываются размеры и количество контактов, а также
электрические параметры интерфейса, которые для каждой шины
расширения находятся в строго определенных рамках.
Такой подход позволяет стандартизировать выпускаемые
устройства и повысить их совместимость со стандартом IBM PC.
He зря ведь некоторые специалисты называют этот компьютер
обычным конструктором — все должно отлично подходить друг к
другу, иначе вся затея с открытой архитектурой никому не нужна.
□ Расстояние от края разъема до края материнской платы
жестко фиксировано, что должно учитываться при разработке плат
расширения. Для каждой шины расширения приняты различные
расстояния, чтобы предотвратить случайную установку платы в
неподходящий для нее разъем.
На внешнем крае любой платы расширения имеется
металлическая планка с отогнутым "ушком", в котором
просверлено отверстие. При установке платы это отверстие
совмещается с аналогичным отверстием на корпусе системного
- 58 -
блока, что позволяет закрепить плату при помощи обычного винта
с соответствующей отверстию резьбой. С одной стороны, это
сделано для предотвращения случайного выпадения платы, с
другой — такой способ позволяет свести к минимуму возможность
изъятия устройства при включенном питании.
Внимание!
Взявшись за отвертку, не забудьте о том, что сначала
компьютер следовало бы выключить. Некоторые производители
материнских плат размещают рядом со слотами для установки
модулей памяти светодиод, который позволяет вовремя обнаружить
наличие электропитания на компонентах ПК (во время работы компьютера этот светодиод светится).
Крепежные планки иногда приносят немало хлопот из-за
некоторого разброса их размера. Может получиться так, что разъем
платы полностью вошел в ответный разъем на материнской плате, а
скобка с отверстием никак не хочет плотно прилегать к корпусу
системного блока. В этом случае попытка полностью закрутить
крепежный винт приведет к вытаскиванию противоположного края
платы из разъема. Такую планку придется либо подгибать при
помощи плоскогубцев, придавая при этом правильную форму скобке, либо ограничиться неполным
закручиванием крепежного винта. То есть в такой ситуации
придется действовать, как говорится, "по ситуации".
□ Расстояние между соседними разъемами одной шины также
фиксировано, что предъявляет жесткие требования к высоте
электронных компонентов на плате расширения. Наиболее
наглядно это заметно при установке непредусмотренного
конструкцией вентилятора охлаждения на радиатор видеоплаты —
очень часто при этом становится невозможной установка плат в
близлежащие разъемы.
Такова уж судьба открытой архитектуры IBM-совместимых
компьютеров — отдельные компоненты собираются воедино при
помощи различного типа "быстрых" соединений — разъемы,
защелки и т. п. Производители как будто сговорились и объявили
"войну" паяльнику. Теперь можно забыть про этот
"дореволюционный" инструмент и работать в свое удовольствие
одной отверткой.
Для подключения любых устройств (внутренних или
внешних) к разъемам, расположенным на материнской плате или на
- 59 -
задней панели системного блока, используются соединительные
кабели. Внешне все они похожи на сетевой шнур, подключенный к
тому же компьютеру, но имеют разную толщину и количество
проводников внутри изоляции. А еще они отличаются типами
разъемов, подключенными по краям каждого кабеля.
Для подключения внешних устройств, таких как монитор,
принтер, модем или мышь, обычно используются круглые кабели с
разъемами в виде трапеции с двух- или трехрядным расположением
контактов. Такая форма разъема позволяет подключать устройства
"слепым" методом, когда системный блок повернут к вам лицевой
панелью, а разъем находится на его задней панели.
Для подключения внутренних устройств, таких как жесткий
диск, привод CD-ROM, используются плоские ленточные кабели с
"насажанными" на них плоскими разъемами. Термин "насажанные"
требует отдельного объяснения: контакты разъемов со стороны,
обращенной к кабелю, имеют ножи, подрезающие и смещающие
изоляцию проводников кабеля. Для заделки кабелей в такие
разъемы существуют специальные прессы, но при острой
необходимости можно обойтись подручными средствами —
отверткой, плоскогубцами или еще чем-нибудь.
Плоские разъемы встречаются двух типов:
□ со штырьковыми контактами — они предназначены для
подключения устройств, относящихся к интерфейсу IDE, а также
флоппи-дисководов;
□ со щелевыми контактами — они предназначены для
подключения устройств, ответный разъем которых реализован в
виде контактов, выполненных печатным способом, на краю
печатной платы. Яркий пример — дисковод 5,25".
Все компоненты любой модели IBM-совместимого
компьютера можно подразделить на четыре категории в
зависимости от их предназначения:
□ устройства ввода;
□ вывода;
□ обработки;
□ хранения информации.
Устройства ввода информации — это клавиатура, мышь,
сканер, Web-камера, цифровая фотокамера. Устройства вывода
информации — это монитор, принтер, звуковая плата. Устройство
обработки информации — это центральный процессор, а также
- 60 -
процессоры, размещенные на платах расширения (SCSIконтроллер, звуковая плата и т. п.). Для хранения информации
используются различного рода накопители: со сменными накопителями, а также стационарные, расположенные в системном блоке
постоянно.
Для временного хранения информации, промежуточных
результатов вычислений используются модули оперативной
памяти. Объем этих модулей может изменяться в довольно
широких пределах (для современных модулей от 32 до 512 Мбайт),
что позволяет свободно добавлять или уменьшать общий объем
оперативной памяти компьютера, от чего зависит как скорость
работы операционной системы, так и возможность запуска
разнообразных программ. Например, для комфортной работы в
программе 3ds max требуется как минимум 256 Мбайт памяти,
тогда как для работы в пакете Microsoft Office вполне достаточно
32—64 Мбайт.
Для постоянного хранения информации, программ, игр
используют жесткие диски емкостью от 1 до 80 Гбайт. Конечно,
существуют винчестеры и по 250 Гбайт, но они пока что слишком
дороги для обычного пользователя. Стоимость жестких дисков
емкостью по 20—60 Гбайт сегодня является вполне доступной, что
делает такой объем наиболее популярным.
Для переноса информации (например, документов) с одного
компьютера на другой обычно используются дискеты, имеющие
емкость от 1 до 3 Мбайт, а также компакт-диски емкостью 650—
700 Мбайт. Менее распространены, но все же часто встречаются
специальные дискеты с повышенной емкостью, например, Iomega
ZIP с емкостью каждой от 100 до 250 Мбайт или LS-120 с емкостью
дискет 120 Мбайт. Для каждого типа дискет требуется установка
специального дисковода, совместимого с данным типом дискет.
Все вышеописанные категории устройств выполняются в виде
плат расширения или устройств, устанавливаемых в один из
внутренних отсеков системного блока ПК. Очень важным
моментом является то, что абсолютно все устройства,
подключаемые к компьютеру, обладают совместимостью со
стандартами, принятыми для данного типа устройств, например,
все жесткие диски совместимы с интерфейсом АТА или SCSI. Хотя
в последнее время очень популярными стали так называемые
внешние устройства, кото- 61 -
рые представляют собой те же внутренние устройства, но
только они рассчитаны на подключение к одному из внешних
разъемов (интерфейсов).
Существует миф, что монитор самая главная часть
компьютера, но это неправда. Почему так думают, кстати, очень
многие пользователи? Давайте попробуем разобраться.
□ Когда мы печатаем текст, смотрим фильм или играем, то
используем: клавиатуру, мышь и монитор, на котором
отображаются все наши действия, включая и результат —
набранный текст, фильм или, например, мертвый монстр, когда вы
играете. Системный блок продолжает стоять, занимая место на
столе, и никак в процессе работы (игры) не участвует.
□ Когда нам нужно включить или выключить компьютер,
установить новую игру, мы, конечно, пользуемся кнопками на
системном блоке, но этим его функции и ограничиваются. Он
продолжает стоять, абсолютно никак не влияя на ситуацию: мы
продолжаем работать с клавиатурой, мышью и монитором.
Ни у кого не возникает сомнений, что клавиатура и мышь это
устройства ввода информации. Но то, что основным звеном любого
компьютера является системный блок, а не монитор, сразу
способны понять немногие. В этом нет ничего страшного, и если
вы думали так же, то, прочитав данную книгу, вы сможете понять
истинное назначение всех компонентов вашего компьютера.
ГЛАВА 3
Системный блок
Покупка персонального компьютера обычно начинается с
выбора системного блока, т. к. он в основном определяет как
внешний вид, так и функциональные возможности будущего
компьютера (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Внешний вид трех системных блоков
Системный блок необходим компьютеру для того, чтобы
- 62 -
предохранить электронные компоненты ПК от механического
повреждения и создать для них относительно стабильный
температурный режим.
Конструктивно системный блок настольного компьютера
представляет собой прямоугольный металлический корпус (рис.
3.2), в котором размещены все основные узлы персонального
компьютера: материнская плата, блок питания, платы расширения,
дисководы и т. п. Кроме того, обязательными компонентами
любого системного блока являются: системный динамик,
выключатель электропитания POWER, кнопка общего сброса
RESET, индикаторы электропитания, обращения к жесткому диску,
иногда имеются кнопка переключения компьютера в режим
TURBO и индикатор, указывающий на режим работы. На задней
панели системного блока можно увидеть разъемы для подключения
кабеля питания и соединительных кабелей монитора, звуковой
системы и т. д. Металлический корпус системного блока
накрывается крышкой, покрытой слоем изоляционного материала
(как правило, такую роль играет обычная белая эмаль).
Рис. 3.2. Системный блок со снятой крышкой и пластмассовой
передней панелью
Крышка системного блока, как правило, закрепляется
восьмиугольными винтами, которые легко откручиваются
крестообразной отверткой или 6 мм гаечным ключом. Откручивать
следует только те винты, которые находятся по краям системного
блока (именно они и удерживают крышку). В противном случае
блок питания может упасть внутрь корпуса и что-нибудь сломать.
Не стоит использовать электрические отвертки — они так и
стремятся перетянуть винты, после чего открутить их будет
достаточно сложно.
- 63 -
В классическом исполнении крышка выполняется в виде
буквы П. Но в последнее время все чаще стали встречаться корпуса
с раздельными боковыми стенками, при этом верхняя стенка
выполняется несъемной.
Разновидности системных блоков
Системные блоки отличаются друг от друга большим
количеством параметров, но один из основных — это форм-фактор.
Встречаются разновидности AT и АТХ. Они отличаются:
□ блоками питания — форм-фактор AT не поддерживает
стандарт "Расширенное управление питанием", отключить его
можно, лишь прекратив подачу напряжения путем выключения
кнопкой Power. В блоках питания
ATX имеется возможность программного отключения при
помощи управляющего сигнала с материнской платы. При этом на
плату продолжает подаваться определенное "дежурное"
напряжение, которое можно отключить только при помощи
тумблера, расположенного на задней панели системного блока, или
вынув сетевой шнур из розетки. Это необходимо, например, для
поддержки программного включения компьютера при помощи
опций BIOS или клавиатуры;
□ расположением материнской платы — если внутри
системного блока внимательно рассмотреть крепления под
материнскую плату, то можно увидеть, что плата в АТ-корпусах
размещена длинной стороной вниз. В то время как АТХ-плата
обычно имеет форму "стоящего" прямоугольника;
□ расположением разъемов портов ввода/вывода — в
материнских платах АТХ практически все стандартные порты,
такие как LPT, COM, USB и др., запаяны в саму плату, а в
системном блоке имеются специальные вырезы под них.
Системные блоки также различаются габаритами корпуса и
его расположением в пространстве. Наиболее распространены
четыре вида: "башни" (Tower), "полубашни" (Midi-Tower), "минибашни" (Mini-Tower) и "плоские" (Desktop). Они наиболее
распространены среди компьютеров, предназначенных для
самостоятельной сборки, т. к. предоставляют массу возможностей
для удобного и быстрого монтажа.
Примечание
Следует отметить, что кроме этого есть также корпуса BigTower, Super-Big-Tower и FileServer, которые имеют, как правило,
- 64 -
специализированное применение и менее распространены.
Существует еще одна пара типов — LPX и NLX, но они
применяются для сборки так называемых фирменных компьютеров
от известных производителей, к тому же они представляют собой
вместилище для нестандартных на первый взгляд материнских
плат, у которых все слоты расширения и основные разъемы
вынесены на отдельную плату, поставляемую с системным блоком.
Мы их рассматривать не будем, т. к. вы все равно не сможете найти
таких корпусов в свободной продаже.
Все разновидности "башен" отличаются друг от друга
габаритами корпуса, а также количеством свободного места для
дополнительных внутренних устройств и мощностью блока
питания. Конструктивно они очень похожи друг на друга. Их, как
правило, устанавливают на пол или на стол рядом с монитором и
другими устройствами. Материнская плата в них расположена вертикально, а вставленные в нее платы горизонтально.
Плоский системный блок устанавливается на стол наибольшей
гранью и может служить подставкой для монитора, материнская
плата расположена
в нем горизонтально, а вставленные в нее платы вертикально.
С одной стороны, корпуса типа "Desktop" удобнее, чем
разновидности "Tower", например, в них легче производить монтаж
плат и т. п. Но в то же время никто вам не мешает положить
"башню" на бок, тем самым "превратив" ее в обычный плоский
корпус. Поэтому все споры о том, какой тип корпусов все-таки
лучше, не имеют под собой практически никакого смысла — все
дело во вкусе пользователя. Стоит отметить, что в свободной
продаже сегодня в основном встречаются корпуса типа "башня".
Главный недостаток горизонтального расположения системного
блока — это вертикальное расположение жестких дисков, при
котором на их механику, предназначенную, в общем-то, на
горизонтальное положение диска, нагрузка увеличивается во много
раз, что не может положительно сказаться на их долговечности.
Правда, производители в один голос утверждают, что вертикальное
положение нисколько не мешает нормальной работе жесткого
диска и не уменьшает его срока службы, но факт есть факт —
уверенности в этом нет, поэтому стоит все-таки предпочесть
"родное" положение и выбрать вертикальный корпус.
Внимательно изучив прайс-лист какой-нибудь компьютерной
- 65 -
фирмы, можно обратить внимание на то, насколько сильно иногда
отличаются компьютерные корпуса по цене. Это требует
небольшого объяснения. Цена компьютерного корпуса зависит от
нижеприведенных факторов.
□ Качество материала, из которого собран корпус, — к
основным анализируемым параметрам относятся такие, как
толщина металла, качество обработки краев, что должно
препятствовать повреждению пальцев об заусенцы и т. п. Дешевые
корпуса отличаются непрочным каркасом, что можно определить,
когда системный блок еще пустой и стоит без верхней крышки.
Пошатайте его, он будет похож на огромный кусок желе. В дорогих
корпусах применяется более толстое железо, которое ко всему
прочему не так режется при неаккуратном прикасании к торцам
металлических пластин, чего не скажешь о тонком железе, которое
даже при хорошей обработке краев может порезать пальцы.
□ Известность производителя — например, наиболее
качественные корпуса выпускают такие компании, как InWin или
Enlight. Естественно, что такие корпуса будут стоить на порядок
дороже своих "близнецов" от "безымянных" производителей,
которые так любят украшать свою продукцию гордой надписью
"Made in China".
□ Дизайн корпуса — здесь основным правилом будет: на вкус
и цвет товарищей нет, правда, закономерность все-таки
проглядывается. Стандартные грязно-белые цвета оцениваются, как
правило, на порядок меньше, чем яркие и контрастные.
Удачным можно признать дизайн, при котором разъемы для
портов USB, разъемов для микрофона и наушников выведены на
лицевую панель
(рис. 3.3). Особенно это удобно, когда системный блок
устанавливается в специальную нишу компьютерного стола, т. к.
при этом большое количество проводов, подключенных сзади
системного блока, мешают вытаскивать его "на свет божий". А ведь
шина USB как раз предполагает регулярное
включение/выключение устройств даже без перезагрузки компьютера.
- 66 -
Рис. 3.3. Размещение разъемов звуковой платы и шины USB
на лицевой панели
□ Мощность блока питания — очень важный параметр. В
дешевых системных блоках можно встретить низкокачественные и
маломощные блоки питания, которые могут не справиться с
нагрузкой и сгореть или могут вывести из строя некоторые
компоненты компьютера. Тем более что практически все
современные компьютеры на базе процессоров Athlon XP/Pentium 4
предъявляют особые требования к мощности блока питания.
Компоненты системного блока Материнская плата и блок
питания
Классический вариант установки материнской платы в
системный блок АТХ подразумевает такое расположение блока
питания в его верхней части, чтобы при этом поток воздуха от
вентилятора охлаждения был направлен на центральный процессор
и модули оперативной памяти. Первоначально в соответствии со
спецификацией АТХ от вентилятора блока питания требовалось
нагнетать воздух в корпус, однако его компоненты сами достаточно
сильно нагреваются в процессе работы, поэтому процессор
обдувается струей уже горячего воздуха, что не способствует его
эффективному охлаждению. Вследствие чего вентиляторы в блоках
питания АТХ снова стали работать на отсасывание воздуха наружу,
что, при наличии дополнительного нагнетающего вентилятора в
передней части корпуса, обеспечивает сквозной поток воздуха,
"омывающий" практически все компоненты компьютера При всех
своих достоинствах корпуса с верхним расположением блока питания они имеют и недостатки — например, большие габаритные
размеры
особенно в высоту. С целью их уменьшения в некоторых
моделях корпусов "Midi-Tower" блок питания развернули на 90° и
расположили параллельно материнской плате (рис. 3.4). Такое
решение при незначительном увеличении ширины системного
блока позволило резко уменьшить его высоту и, сохраняя
возможность установки трех больших внешних устройств, свойст- 67 -
венную корпусам типа "Midi-Tower", приблизиться к размерам
"Mini-Tower". В этом случае вентилятор блока питания расположен
непосредственно над процессором и процесс отвода горячего
воздуха от кулера охлаждения облегчается. Но и такая система не
обошлась без недостатков: сравнительно небольшой промежуток
между материнской платой и блоком питания, например, не
позволяет установить переходник Slotl/Socket370. Вторым недостатком такого решения является ухудшение общей циркуляции
воздуха в корпусе, т. к. вентилятор блока питания работает в
замкнутом пространстве, отгороженным спереди отсеками для
накопителей и соединительными кабелями, подключенными к ним,
а снизу платой видеоадаптера. Кроме этого, погоня за
уменьшением габаритов корпуса привела к тому, что большинство
корпусов при установке полноразмерных материнских плат АТХ не
позволяют установить накопители в отсеки 5,25". Правда,
большинство современных системных плат укладываются в эти
ограничения, но, тем не менее, владельцам таких корпусов надо
быть внимательными при выборе новой материнской платы.
Рис. 3.4. Системный блок — вид со стороны блока питания
Отсеки для накопителей
Существует два типа форм-фактора устройств, которые
предназначены для установки в отсеках, расположенных в
передней части системного блока (рис. 3.5). Еще во времена самых
первых IBM PC, в корпусе был преду-
- 68 -
Рис. 3.5. Внутренние отсеки для установки накопителей
смотрен отсек для 5,25" накопителя на гибких дисках. Позже
появились более компактные накопители с габаритами 3,5",
образующие вторую группу устройств, для которых предусмотрены
соответствующие посадочные места. Следует иметь в виду, что
реальная ширина 5,25 и 3,5" устройств несколько больше, т. к. их
название исторически обусловлено габаритами 5,25 и 3,5" дискет.
Одни устройства, например флоппи-дисководы, требуют внешнего
доступа, а другие (жесткий диск) нет. Форм-фактор 3,5"
применяется для изготовления магнитооптических и ленточных
накопителей, жестких дисков, дисководов большой емкости LS120, Iomega Zip. Форм-фактор 5,25" используется для таких
устройств, как магнитооптические накопители, жесткие диски,
ленточные накопители, дисководы большой емкости Jazz, приводы
CD-ROM и CD-RW, устройства, предназначенные для мобильного
подключения жестких дисков, — Mobile Rack. При выборе
системного блока обратите внимание на размеры отсеков обоих
размеров, чтобы они позволяли установить все необходимые
устройства. Отсеки для 3,5" устройств с внешним доступом, а их,
чаще всего, бывает один или два, в корпусах типа Desktop
располагаются вертикально, что не всегда удобно. От компьютеров
фирмы Apple в мир IBM PC перешла мода на установку 3,5"
флоппи-дисководов не обычным способом, а используя щель. Это,
может быть, и красиво, но далеко не удобно. Дело в том, что
выталкивающий механизм дисковода не рассчитан на
выбрасывание дискеты на столь большое расстояние, при этом
часто дискету приходится вытаскивать, уцепившись за самый ее
кончик. Отсеки размером 5,25" могут использоваться, например,
для интерфейсных панелей звуковых плат (рис. 3.6), а также
панелей, на которых могут находиться разъемы портов USВ, COM,
- 69 -
IrDA, цифровой жидкокристаллический индикатор, отображающий
ошибки при загрузке, значения напряжений, частоту процессора,
скорости вращения вентиляторов и значения температур и т. п.
Рис. 3.6. Внешний вид панели звуковой платы, которая
предназначена для установки в отсек 5,25"
Примечание
Инфракрасные приемопередатчики — Infrared Data Association
(IrDA) — используются для беспроводного соединения устройств.
Например, некоторые модели принтеров и компьютеры типа
Notebook оборудованы подобными устройствами.
Кнопки управления
На лицевой панели системного блока находится как минимум
две кнопки управления: Power и Reset. Кроме этого может быть еще
несколько кнопок, например, Turbo или Sleep. Следует обратить
внимание на дизайн этих кнопок, для чего приведу несколько
советов, которых можно придерживаться:
□ кнопка Power должна выделяться цветом и размером. Для
корпусов AT лучшим выбором можно считать тумблер, а для АТХ
кнопка должна быть немного утоплена в корпус, чтобы
предотвратить случайное ее нажатие;
□ кнопка Reset должна быть маленькой и обязательно
утопленной, что также позволит предотвратить случайное нажатие.
Вентиляторы охлаждения
Ни для кого не секрет, что почти 50% мощности,
потребляемой компьютерным "железом", выделяется в виде тепла.
Греются практически все компоненты ПК: жесткий диск,
видеоплата, центральный процессор, микросхемы чипсета, да и
блок питания вносит свою лепту в общий тепловой фон. Поэтому
для обеспечения необходимого температурного режима применяют
системы принудительного охлаждения, внутри системного блока
создается воздушный поток, охлаждающий на своем пути все, что
греется. Подсчитано, что стандартный офисный компьютер с
минимальным комплектом плат и блоком питания мощностью 200
Вт позволяет получить тепла до 80 Вт, что объясняет факт особой
- 70 -
излюбленности внутренностей компьютера для насекомых.
В любом даже самом дешевом корпусе имеется хотя бы один
вентилятор, расположенный в блоке питания, он предназначен для
отсасывания горячего воздуха из системного блока. При этом
сквозь щели, например, через приемное отверстие флоппидисковода внутрь засасывается более холодный воздух помещения.
Несмотря на внешнюю простоту устройства вентилятора (рис. 3.7),
его рабочие параметры могут очень сильно отличаться в зависимости, например, от материала корпуса и т. п.
Рис. 3.7. Внешний вид вентилятора охлаждения для блока
питания
При выборе нового вентилятора (дополнительного или для
замены старого) стоит обратить внимание на его характеристики.
□ Материал корпуса и лопастей — наилучший вариант
материала для корпуса вентилятора это алюминий, а для лопастей
пластик достаточно твердый, чтобы нормально работать при
высоких температурах, и довольно пластичный (гибкий), чтобы
оказывать достаточное сопротивление механическим
повреждениям (трещинам, сколам и т. п.).
□ Вес вентилятора — хороший вентилятор должен иметь
ощутимый вес, который придают ему качественные подшипники.
□ Качество внутренней поверхности лопастей — поверхность
должна быть гладкой, чтобы сопротивление воздуху было как
можно меньше, в противном случае вентилятор сам будет выделять
некоторое количество тепла за счет силы трения.
□ Маркировка проводников питания — фирменные
вентиляторы всегда имеют маркировку, указывающую на способ
подключения, тогда как безымянные производители зачастую
стараются "сэкономить" на этом.
□ Шум и вибрация — наилучший вариант, когда слышно
работу вентилятора только при поднесении его к уху, но такие
решения сегодня стоят немалых денег, поэтому придется поискать
компромисс между ценой и уровнем шума. Вибрация вентилятора
- 71 -
просто недопустима, т. к. это говорит о низком качестве сборки
или о том, что вентилятор уже был в эксплуатации длительное
время (помыли, почистили и на прилавок...).
Еще одним немаловажным фактором можно считать выбор
типа подшипника, на котором собран вентилятор. Существует две
разновидности:
О подшипник скольжения;
□ подшипник качения.
Первую разновидность — подшипники скольжения — лучше
всего применять в условиях повышенной или пониженной
влажности. Следует иметь в виду, что при высоких температурах
срок их службы значительно сокращается, зато они, как правило,
обладают относительно невысоким уровнем шума.
Вторую разновидность — подшипники качения — лучше
всего применять в условиях высоких температур, но при этом
готовьтесь к относительно высокому уровню шума.
В Интернете можно встретить рекомендации по
приобретению вентиляторов с торговой маркой Sunon или Nidec, т.
к. эти компании лидируют в области систем охлаждения.
Официальные сайты обеих компаний можно найти по адресам:
http://www.sunon.com.tw/standard.htm, http://www.nidec.com
/fans.html. Несмотря на эти утверждения, существует масса других
производителей, выпускающих неплохие вентиляторы, например,
Matsushita Electric, NMB Technologies, Indek Corporation, Comair
Rotron, Y.S.Tech.
Блок питания
Блок питания (часто обозначается как БП) преобразует
переменный ток сети электропитания (220 В) в постоянный ток
низкого напряжения. Блок питания, как правило, имеет несколько
выходов с разными напряжениями, которые обеспечивают
питанием соответствующие компоненты компьютера. Электронные
схемы блока питания поддерживают эти напряжения стабильными
вне зависимости от колебаний сетевого напряжения в широких пределах (от 180 до 250 В).
При выборе блока питания следует обратить внимание на
следующие параметры:
□ уровень КПД — он должен составлять не менее 65% при
полной нагрузке на всех выходах;
□ диапазон изменения тока нагрузки — должен быть от 10 до
- 72 -
100%;
О уровень шума и пульсаций всех выходных напряжений —
должен быть как можно ниже;
□ уровень электромагнитного излучения — должен быть как
можно ниже; □ качество изоляции выходных напряжений от
электросети;
□ диапазон допустимого напряжения электросети — для
стандарта 220 В может находиться в пределах от 180 до 265 В;
□ рабочий диапазон изменения частоты питающего
напряжения — может быть в пределах от 48 до 63 Гц;
□ диапазон рабочих температур — может быть от 0 до +40°С
при относительной влажности от 10 до 85% без выпадения
конденсата.
От качества блока питания зависит стабильность работы всего
компьютера, т. к. даже самые качественные комплектующие не
способны выдерживать несоответствующие нормативу токи и
напряжения, выгорая при каждом удобном случае.
В свое время встречались такие случаи, когда вместо
нормальных блоков питания АТХ использовались переделанные
AT. Отличить их можно по неправильной работе режима Standby,
точнее, по полной неработоспособности этого режима (включение
или выключение компьютера при помощи клавиатуры). Такие
переделанные блоки питания просто не способны обеспечить
технические режимы, характерные для АТХ-блоков. Отличить
подделку можно после вскрытия блока питания: в настоящем АТХ
должно быть три силовых транзистора, а не два. Из-за этого стали
популярны корпуса с кнопкой отключения питания сзади корпуса.
Она оказалась востребованной, потому что компьютер не мог сам
отключиться.
Устройство блока питания
Любой блок питания (рис. 3.8) состоит из двух
функциональных блоков: сетевого выпрямителя и преобразователя
напряжения. Преобразователь напряжения включает в свою схему
такие блоки, как конвертер и устройство управления. Конвертер, в
свою очередь, состоит из следующих блоков:
□ инвертор — предназначен для преобразования
постоянного выходного напряжения сетевого выпрямителя в
переменное напряжение прямоугольной формы;
- 73 -
Рис. 3.8. Блок питания персонального компьютера с открытым
корпусом
□ силовой трансформатор — обеспечивает гальваническую
развязку электросети с нагрузкой, работает на повышенной частоте
(примерно 60 кГц);
□ высокочастотный LC-фильтр — сглаживает
высокочастотные пульсации напряжения питания.
Устройство управления обеспечивает мощные транзисторы
инвертора импульсами возбуждения изменяемой длительности,
реализуя, таким образом, принцип широтно-импульсного
регулирования и стабилизации выходного напряжения. Кроме того,
оно выполняет функции плавного включения и аварийного
выключения.
Идеальный блок питания должен иметь входные и выходные
фильтры, "запас" по основным электрическим параметрам, но этим
как раз и пользуются производители дешевых блоков питания.
Дело в том, что без этих фильтров схема блока будет работать
вполне достойно, даже при максимальной нагрузке на все
компоненты. Тем более что в общей стоимости купленного
компьютера очень сложно выделить цену отдельных
комплектующих, в частности, системного блока.
Кроме электронной схемы в блоке питания обязательно
имеются: вентилятор охлаждения, сетевой выключатель,
переключатель напряжения электросети (на 220 и ПО В), общий
сетевой разъем, сетевой разъем для подключения монитора, кабели
питания с разъемами для материнской платы и накопителей. Для
подключения к материнской плате обычно используются два 6контактных (Р8 и Р9 в AT) разъема или один 20-контактный (в
АТХ) разъем. Для питания накопителей предназначены 4контактные разъемы (рис. 3.9), которые отличаются по размеру:
Large Style и Small Style. Если разъемов не хватает, можно
- 74 -
использовать специальные Y-разветвители.
Рис. 3.9. Кабели питания для подключения внутренних
накопителей
Блок питания ATX обеспечивает выходные напряжения +3,3
(в блоках питания AT он не использовался), ±5, ±12 В. Кроме того,
в модификации ATX v2.03 для обеспечения повышенных
требований новых процессоров Intel Pentium 4 предусмотрен
дополнительный 4-контактный разъем для подведения к плате
напряжений 5 и 12 В, т. к. основной разъем уже не способен
обеспечить все требования к питанию материнской платы.
В блоках питания АТХ используются специальные
управляющие сигналы POWER ON и 5V Standby. Первый из них
обеспечивает включение системы при помощи, например,
клавиатуры, а второй — позволяет "поддерживать" систему в так
называемом "спящем" режиме.
Рекомендации
по выбору системного блока
Самое главное условие, которое должен выполнять системный
блок, — это обеспечить возможность установки всех используемых
вами компонентов, при этом он также должен снабдить все эти
компоненты необходимым питанием. От этого следует
отталкиваться при выборе системного блока для уже работающей
системы, например, если вы хотите приобрести более качественный
дизайн или более мощный блок питания и т. п. В основном же
критерии выбора могут быть следующими.
□ Количество отсеков для установки внутренних накопителей
— здесь следует вспомнить, что отсеки могут быть рассчитаны на
два форм-фактора устройств: 3,5" и 5.25". Отсеки первого типа
предназначены для установки таких устройств, как флоппи- 75 -
дисковод, Iomega Zip, LS-120, требующих наличия выхода на
лицевую панель корпуса, и жестких дисков, для которых
достаточно места внутри корпуса. Определите, какие устройства
будут установлены у вас на компьютере: например, стандартная
конфигурация предполагает наличие одного флоппи-дисковода и
одного жесткого диска, поэтому для нее вполне достаточно двух
посадочных мест в отсеке и одного "выхода" на лицевую панель
системного блока.
Отсеки для устройств 5,25" предназначены для установки
таких устройств, как приводы CD-ROM (DVD-ROM), Mobile Rack и
т. п. К тому же при помощи специальных салазок (переходников)
можно установить устройства меньшего размера, так что чем
больше будет отсеков, тем лучше.
На некоторых системных блоках встречается вместо одного
3,5" отсека щель, предназначенная для установки флоппидисковода. Такой вариант, конечно, выглядит намного симпатичнее
стандартного отсека, но иногда в дешевых корпусах эта щель
смещена по вертикали, что либо препятствует нормальной
установке дисковода и последующей его работе, либо не оставляет
места для установки под дисковод жесткого диска (фактически
этим "убивается" одно свободное посадочное место).
□ Качество выполнения корпуса — при внешнем осмотре
следует проверить правильность расположения отверстий и отсеков
под платы, накопители, плотность крепления крышек (крышки),
возможность установки большой материнской платы, удобство
доступа к внутренним компонентам, а также жесткость всей
конструкции.
При покупке в первую очередь снимите с системного блока
боковые крышки и легонько нажмите сверху, немного раскачивая
вправо/влево. Если вы почувствуете характерный "дребезг", то
можете сразу "откидывать" этот вариант в сторону и продолжать
выбор среди других моделей. Хороший корпус должен
представлять собой устойчивую несущую конструкцию, а не
"конструктор", который только и держится за счет установленных
компонентов.
В дешевых корпусах заглушки на задней панели блока под
платы расширения и разъемы портов ввода/вывода приходится
выламывать. В лучшем случае имеются отверстия для отвертки, в
противном же случае выламывать приходится руками.
- 76 -
□ Мощность блока питания — она должна составлять как
минимум 230 Вт. Мощный блок питания позволит без особых
проблем установить на компьютер два жестких диска, мощную
видеоплату, привод CD-RW, в общем такие устройства, которые
при включении компьютера потребляют очень большое количество
энергии.
□ Низкий уровень излучения — качественное экранирование
достигается только за счет плотного прилегания крышки
системного блока к металлическому корпусу. Фирменные
системные блоки имеют покрытие внутренней части специальным
материалом (пермаллоем), который практически не пропускает
низкочастотные электромагнитные излучения.
□ Дизайн системного блока — несмотря на субъективность
восприятия, этот параметр важен хотя бы потому, что когда
внешний вид компьютера вам нравится, это создает
положительную рабочую обстановку. Для каждой торговой марки
можно найти приличное количество различных модификаций
корпусов, имеющих практически одинаковые технические
параметры, но отличающиеся по выполнению дизайна.
Наиболее качественные и дорогие системные блоки, как
правило, предоставляют массу различных удобств. Например,
съемные крышки, съемные отсеки под жесткие диски, крепления
блока питания, допускающие его быстрый демонтаж, а также
отсутствие необработанных кромок. Даже если вы не собираетесь
регулярно менять "начинку" компьютера, все равно стоит
предпочесть именно такой корпус, т. к. при этом вы
гарантированно приобретаете жесткую конструкцию, которая при
перемещении блока не будет "хлюпать", что может привести к
частичному выпадению плат расширения из своих разъемов и их
выходу из строя.
Наиболее качественные блоки питания, поддерживающие
современный стандарт ATX v2.03, выпускают нижеприведенные
компании.
□ High Power. http://www.highpowersupply.com/. Выпускает
модели OEM ChiefTec/SuperMicro, Enlight.
□ 3Y Power Technology и Sparkle Power Inc.
http://www.3ypower.com/ и http://www.sparklepower.com/.
Выпускают модели SPI.
□ Min Maw International, http://www.minmaw.com/. Выпускает
- 77 -
модели MMI.
□ Fong Kai Industrial. http://www.fkusa.com/. Выпускает
модели FKI.
□ Sea Sonic Electronic Co Ltd и FSP Group Inc.
http://www.seasonic.com.tw/ и http://www.fspgroup.com/. Выпускают
модели Fortron, PowerMan.
Подобные блоки обязательно имеют хотя бы один сертификат
таких тестовых лабораторий, как UL, CSA, TUV, СВ, СЕ, VDE,
FCC, FTZ, DEMKО, NEMKO, FIMKO & SEMKO.
Соответствующие наклейки должны быть расположены на видном
месте блока питания.
Интересной является продукция швейцарской компании
Microtech, которая производит системные блоки для России на
"Калужском заводе радиооборудования", что немного удивительно.
Придирчивый пользователь теперь не сможет найти при всех своих
усилиях надпись "Made in China" или другую уже привычную и
дорогую сердцу российских пользователей. Продукция этого завода
полностью соответствует европейским и российским стандартам,
имеет санитарно-гигиенические сертификаты и т. д. Официальный
сайт компании находится по адресу: http://www.microtech.ru/.
Блок бесперебойного питания
Блок бесперебойного питания представляет собой устройство,
предназначенное для защиты компьютера от сбоев в электросети,
вплоть до полного пропадания в ней электричества (рис. 3.10).
Чаще всего этот блок называется UPS (читается "УПС") —
Uninterruptible Power Supply — источник бесперебойного питания
(ИБП). Современные мощные блоки UPS даже дают гарантию
защиты от попадания молнии на входные цепи питания.
Существует целый ряд причин, которые могут вызвать
перезагрузку компьютера, либо его зависание.
□ Чрезмерное понижение напряжения ("проседание"
напряжения) — может возникнуть из-за резкого увеличения
нагрузки в электросети, например, после включения мощного
обогревателя, кипятильника, электрочайника, лифта в подъезде и т.
п. Наиболее часто встречающаяся проблема.
□ Высоковольтный импульс — кратковременное очень
сильное увеличение напряжения, может быть связано с близким
грозовым разрядом (молнией) или включением напряжения на
подстанции после аварии.
- 78 -
Рис. 3.10. Внешний вид блока бесперебойного питания UPS
□ "Скачок" напряжения — кратковременное увеличение
напряжения в сети, связанное с отключением мощных
потребителей, например, обогревателя, лифта в подъезде.
□ Отключение напряжения — может быть как
кратковременным, так и длительным, что может являться
следствием аварий, грозовых разрядов и т. п.
□ Нестабильность частоты — обычно является следствием
перегруженности всей энергосистемы города (поселка, деревни).
Само по себе изменение частоты не представляет особой
опасности, т. к. компьютеры оснащены импульсными блоками
питания. С другой стороны, большая часть моделей UPS
воспринимает сильное понижение частоты как пропадание напряжения, и дальнейшая работа осуществляется от встроенных
аккумуляторов.
□ Электромагнитные и радиопомехи — присутствуют в
электросети практически постоянно, т. к. вызываются работой
широкого спектра разнообразных устройств: от электробритвы до
электросварки.
В нескольких словах назначение блока бесперебойного
питания можно описать как защита компьютера от шумов и
импульсов в электросети, а также коррекция сетевого напряжения и
защита от перегрузок. Главной особенностью является то, что они
способны обеспечить компьютер необходимым напряжением
питания даже при полном исчезновении напряжения в электросети.
Мощность блока бесперебойного питания обычно указывается
в вольт-амперах, а мощность нагрузки (компьютера) в ваттах, что
может запутать пользователя при выборе необходимой модели.
Типичная нагрузка — это импульсный блок питания компьютера и
других устройств (например, монитора), коэффициент мощности
которых обычно составляет 0,65—0,7. При выборе блока UPS
следует его мощность в вольт-амперах умножить на КПД блока
питания компьютера, в результате чего получится мощность в
- 79 -
ваттах, на которую рассчитана данная модель.
Для подключения оборудования блоки UPS, как правило,
оснащены стандартными разъемами, но из-за разнообразия
стандартов при выборе не помешает обратить внимание на совместимость имеющихся
кабелей питания с выходными разъемами источника
бесперебойного питания, в противном случае вам придется
дополнительно приобретать различные переходники или другие
кабели.
Устройство и принципы работы UPS
Практически все модели UPS обладают общей структурой:
встроенный аккумулятор, постоянно подзаряжаемый от
электросети, и устройство управления и контроля над напряжением
в электросети.
Аккумулятор (батарея) поддерживает работу подключенного к
нему компьютера в течение некоторого времени, которое зависит
от потребляемой им мощности, номинальной емкости
аккумулятора, его возраста и степени заряда. После того как заряд
аккумулятора исчерпается, схема управления UPS, которая
постоянно следит за степенью разряда, подает команду на отключение подключенного к нему устройства (компьютера). Как
только напряжение в электросети восстанавливается, схема
управления возвращает UPS в режим работы от сети и сразу же
начинает подзарядку аккумулятора.
Несмотря на общее конструктивное исполнение, технические
показатели разных моделей UPS могут сильно отличаться друг от
друга. Например, такие как: время переключения на батареи и
обратно, помехоустойчивость, КПД и, самое главное, цена.
Существует три типа источников бесперебойного питания:
1. Offline UPS — блок бесперебойного питания с
переключением, еще их называют резервными блоками питания. В
режиме работы от сети ("нормальный режим") напряжение от входа
UPS поступает к подключенному компьютеру через фильтры
шумов и импульсов. Часть мощности передается на выпрямитель,
оттуда же получает зарядный ток и батарея. Если напряжение на
входе выходит за допустимые нормы, схема управления
переключается в режим работы от батареи. Инвертор преобразует
постоянное напряжение аккумулятора в переменное, при этом
последний постепенно разряжается. Электронный переключатель
- 80 -
обеспечивает переключение в интервале от 3 до 8 мс. Учитывая,
что почти у всей современной компьютерной аппаратуры блоки
питания импульсные, переключение происходит без прерывания
питания самого компьютера.
Основным недостатком такого решения является неполная
защита от помех в сети. Например, при существенном понижении
или повышении напряжения Offline UPS будет вынужден
переключиться на батарею, что не является разумным выходом из
положения. Кроме того, при большом скачке напряжения возможен
пробой и выход из строя как и самого UPS, так и компьютера.
К достоинству данной реализации UPS можно отнести только
их дешевизну — из-за нее, кстати, в ранних моделях инвертор
выдавал форму напряжения в виде меандра, а не в виде синусоиды
или даже трапеции, что необходимо при питании определенного
вида устройств. Хотя компьютерному блоку питания, в общем-то,
подойдет и меандр.
Представители данного типа: АРС BackUPS, ELTECO ЕМ и
OptiUPS VS.
2. Line Interactive UPS — блок бесперебойного питания,
взаимодействующий с электросетью. Данная схема отличается от
предыдущей схемы наличием специального трансформатора. Часть
мощности при этом расходуется на поддержание батареи в
заряженном состоянии. Система контроля UPS анализирует
входное напряжение, контролирует его форму и амплитуду. Если
напряжение сети становится слишком низким (например, ниже 195
В) или слишком высоким, блок анализа электросети пытается
скорректировать величину напряжения, переключая отводы
автотрансформатора. Кроме того, этот трансформатор сглаживает
скачки напряжения. Таким образом, такой UPS реже переходит на
работу от батарей, тем самым повышая срок их службы. Если
напряжение становится настолько низким, что переключение
отводов уже не помогает, то UPS переключается на работу от
батареи. Если на вход UPS поступает напряжение искаженной
формы, блок анализа электросети также переключает UPS в режим
работы от батареи. Некоторые модели UPS способны корректировать форму напряжения, не переключаясь на работу от
батареи. Если форма напряжения в электросети "неправильная", а
напряжение есть, компьютер от нее отключается. Сама же
электросеть остается под контролем блока анализа сети. Инвертор
- 81 -
поддерживает напряжение на компьютере в течение некоторого
времени, зависящего от заряда аккумуляторов. Если сетевое
напряжение за это время не становится нормальным, после разряда
батареи UPS отключает компьютер.
К наиболее продвинутому типу UPS с трансформатором
относится решение с так называемым феррорезонансным
трансформатором. Он практически идеально защищает от
импульсных помех и во время переключения отдает накопленную
магнитную энергию в нагрузку, снижая общее время переключения
на питание от батарей.
Как правило, все модели Line Interactive UPS оборудованы
достаточно качественными фильтрами от различных импульсных и
радиопомех.
К недостаткам такого решения можно отнести некоторую
зависимость формы выходного напряжения от входного и
отсутствие строгой стабилизации напряжения.
Представители данного типа: все модели АРС (включая
Matrix), кроме BackUPS; NeuHaus Smart-Line, Liebert Corporation
PowerSure, MGE UPS SYSTEM PowerSure и Pulsar EL, ESV+, а
также OptiUPS E/ES, PS/PS RM и ELTECO EM-A.
3. On-Line UPS— этот вид блоков бесперебойного питания
еще называют "UPS с двойным преобразованием энергии".
Отличительная особенность этого вида — наличие мощного
выпрямителя. Он не только занят подзарядкой аккумулятора, но и
является постоянным преобразователем для нагрузки даже в
режиме питания от электросети. При этом в UPS имеется
специальная линия, которая позволяет в случае необходимости
питать нагрузку напрямую от электрической сети в обход блока
питания. Она служит только для тех случаев, когда какой-либо
элемент UPS выходит из строя.
Пока электросеть функционирует нормально, напряжение
питания проходит через выпрямитель UPS, после чего оно,
преобразованное инвертором, поступает на вход компьютера.
Выпрямитель преобразует переменное напряжение электросети в
стабилизированное постоянное напряжение — этот фактор
считается главной отличительной особенностью On-Line UPS. Это
же постоянное напряжение используется для заряда батарей. Если
напряжение в сети выходит за нижнюю границу диапазона входных
напряжений, компьютер начинает питаться от аккумулятора. После
- 82 -
того как напряжение в электросети восстановится до нормальной
величины, выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать
инвертор.
Недостатки On-Line UPS: очень высокая цена, которая гораздо
выше, чем для предыдущих двух типов; выпрямитель, инвертор и
батарея включены постоянно, даже когда качество электропитания
не вызывает нареканий. Таким образом, непрерывно работающая
система двойного преобразования постоянно рассеивает в виде
тепла 20—30% полезной электроэнергии. Тепло, постоянно
выделяемое схемой UPS, негативно сказывается на сроке службы
батареи и других узлов.
Достоинства: практически нулевое время переключения с
электросети на батареи и обратно; строгая стабилизация выходного
напряжения; независимость формы выходного напряжения от
помех на входе; практически полная защита нагрузки.
Представители данного типа: все модели Liebert Corporation
UPStation, MGE UPS SYSTEM Pulsar EX, PowerWare Prestige и
ELTECO PS.
Вне зависимости от принадлежности к тому или иному типу в
обязанности UPS не входит защита электронного оборудования от
пропадания напряжения на протяжении нескольких часов и более.
Если возникают постоянные проблемы с остановкой подачи
электроэнергии более чем на 3—5 часов, то есть смысл обзавестись
дизельным генератором, действительно способным взять на себя
функции электростанции. Основная же прерогатива UPS —
поддержать в течение нескольких десятков минут
работоспособность компьютера в условиях длительного
пропадания электропитания и дать возможность корректно
завершить работу ПК с полным сохранением всех
данных. Прежде чем иссякнет заряд батарей, UPS либо начнет
выдавать звуковой сигнал о необходимости закрытия программ,
либо с помощью имеющегося специального программного
обеспечения и придаваемого управляющего кабеля самостоятельно
произведет аккуратный выход. Конечно, существуют модели UPS,
позволяющие подпитывать компьютер на протяжении 2—3 (а то и
более) часов. Это, в первую очередь, модульные источники
(например, АРС Matrix-UPS), вооруженные дополнительными
блоками батарей. Но, так или иначе — заряд батарей недолговечен.
Такие устройства, как лазерные принтеры или копировальные
- 83 -
аппараты, подключать к выходу UPS не рекомендуется, поскольку
при работе они в отдельные моменты потребляют большую
пиковую мощность, что может привести к перегрузке инвертора и
отключению нагрузки. Поэтому многие производители
устанавливают на выходе ИБП дополнительные розетки,
обеспечивающие защиту только от перенапряжения и помех. В
основном это относится к маломощным устройствам.
Может оказаться полезной и такая функция, как "холодный
старт", т. е. возможность включения подсоединенного к UPS
компьютера в отсутствие напряжения во внешней электросети. Это
бывает необходимо, например, когда нужно срочно принять или
отправить письмо по электронной почте.
Все модели блоков UPS обязательно оснащаются
встроенными функциями тестирования (проверки исправности
внутренних узлов). При этом осуществляется контроль внештатных
ситуаций, таких как возникновение перегрузки или короткого
замыкания, анализируется состояние батарей, степень их разряда, а
также правильность подключения блока UPS. При подаче питания
на UPS автоматически запускается процедура тестирования,
которая затем повторяется через определенные промежутки
времени. Этот процесс можно запустить и вручную, нажав
соответствующую кнопку (правда, если таковая имеется).
В устройствах всех производителей установлены батареи со
сроком службы 3—5 лет по стандарту Euro Bat. Для блоков UPS с
двойным преобразованием напряжения можно установить батареи
с большим сроком службы — 5—8 или 10 лет. Тем не менее,
учитывая качество российских электросетей, нужно быть готовым к
тому, что менять их придется несколько чаще. На сокращение
срока службы батарей влияет также и несоблюдение климатического режима в помещении, где они находятся.
Во многих блоках UPS предусмотрена возможность горячей
замены батарей (без прерывания питания нагрузки). Под этим
понимается, что пользователь сам может купить батареи и заменить
старые. Если вы не исключаете этого, то следует обратить
внимание на наличие в блоке UPS возможности питания нагрузки
отфильтрованным напряжением в обход основной схемы. Переход
в этот режим происходит автоматически при возникновении неисправностей во внутренних узлах или вручную для проведения
обслуживания, например, той же замены аккумуляторов. Эта
- 84 -
функция имеется у всех блоков с двойным преобразованием
напряжения, а также у некоторых линейно-интерактивных
устройств.
Важно учитывать при выборе UPS такие факторы, как
простота их эксплуатации и технического обслуживания. Для
конечного пользователя большое значение имеют средства
индикации состояния батарей и подключенной нагрузки. Самые
простые средства отображения нужной информации -светодиоды,
более информативные — жидкокристаллические дисплеи. Наличие
у блока UPS интерфейсных разъемов позволяет осуществлять
удаленный мониторинг процесса электропитания оборудования,
что также значительно упрощает их техническое обслуживание.
Для этих целей блоки бесперебойного питания оснащаются
разъемом для последовательного интерфейса RS-232C. Стоит также
сказать несколько слов о программном обеспечении, поскольку
наличие у блока UPS интерфейсных разъемов само по себе ничего
не дает. Кроме предоставления пользователю информации о
состоянии аккумуляторов и подключенной к нему нагрузки
(компьютера), специально разрабатываемое программное
обеспечение позволяет управлять настройками системы.
Производители UPS
□ АРС (American Power Conversion). Серии SmartUPS,
BackUPS, Matrix, Symmetra;
□ NeuHaus Distributor Group. Серия SmartLine;
□ Liebert Corporation. Серии PowerSure, UPStation; □ MGE
(Merlin Gering). Серия Pulsar;
□ PowerWare. Серия PowerWare Prestige;
□ ELTECO. Серии EM, PS, EM-A;
□ OptiUPS. Серии VS, E/ES, PS/PS-RM.
Сетевые фильтры
Сетевые фильтры, они же "пилоты", служат для защиты от
электромагнитных помех и повышения качества электрического
сигнала, что способствует продлению срока службы компонентов
компьютера, в первую очередь, блока питания.
Применение сетевого фильтра позволит вам избежать
щелчков в динамика) звуковых колонок в момент
включения/отключения холодильника и т. п.
Проблемы,
характерные для компьютерных корпусов
- 85 -
Компьютерный корпус как устройство обычно предоставляет
меньше всего хлопот по сравнению со всеми остальными
компонентами компьютера. Блоки питания "горят" чрезвычайно
редко, т. к. в них нет особенно чувствительных к перепадам
напряжения элементов.
Основные проблемы, которые можно смело связать с
компьютерным корпусом, можно отразить в следующем списке:
О компьютер не включается, вентилятор в блоке питания не
крутится, не слышно, чтобы начал свою работу жесткий диск;
□ компьютер после нескольких часов работы начинает
"зависать", помогает только отключение на некоторое время;
□ компьютер после "зависания" не удается выключить при
помощи кнопки Power, помогает только выдергивание сетевой
вилки из розетки и т. д.
ГЛАВА 4
Клавиатура
Клавиатура является наиболее важным устройством ввода
информации, которое смог придумать человек. Несмотря на то, что
создано множество альтернативных устройств, например мышь,
сканер, микрофон, фотокамера, клавиатура остается единственным
универсальным средством ввода практически любой информации.
Объясняется данный факт просто — еще на первом компьютере
IBM PC клавиатура выполняла те же функции, что и сегодня,
поэтому все разработчики программного обеспечения в своих программах обязательно предусматривают возможность не только
ввода информации с помощью клавиатуры, но и управления всеми
протекающими процессами. Понятие "горячая клавиша"
укоренилось именно благодаря всесторонней поддержке
клавиатуры со стороны не только программ, но и самой
распространенной операционной системы Windows.
Примечание
"Горячие клавиши" (hot keys) или иначе клавиши быстрого
вызова — это клавиши, одновременное нажатие на которые сразу
же вызывает определенные действия программы.
Компьютерная клавиатура своим происхождением обязана
обычной пишущей машинке. Именно поэтому клавиши на ней
расположены соответственно раскладке QWERTY (ЙЦУКЕН). Это
сделано для того, чтобы облегчить переход пользователей с
обычной печатной машинки на компьютерную клавиатуру. Таким
- 86 -
образом, те, кто научился печатать на машинке, теперь без особого
труда могут набирать тексты на клавиатуре. Компьютер намного
сложнее устроен, чем пишущая машинка, поэтому и количество
клавиш на них различно. На компьютерной клавиатуре имеется
около двух десятков дополнительных клавиш, которых нет ни у
одной машинки. Это такие клавиши, как <F1>, <F2>, ..., <F12>,
<Alt>, <Ctrl>, дополнительная цифровая клавиатура и т. д. Еще
одна тенденция: у современных ПК клавиатура имеет большее количество клавиш, чем клавиатура
более ранних
моделей.
Дополнительные клавиши на компьютерной клавиатуре
предоставляют пользователю возможность выполнения некоторых
управляющих функций. К этому разряду клавиш относятся:
□ клавиши управления курсором — стрелки вверх <Т>, вниз
<■!>, влево <<-> и вправо <->>;
□ переход на страницу вперед <Page Up> (или <PgUp>) и
назад <Page Down> (или <PgDn>);
О в начало <Ноmе> и конец <End> текста;
□ клавиши удаления <Delete> или <Del> и вставки <Insert>
или <Ins>;
□ две клавиши управления <Ctrl> и две специальные клавиши
<Alt>.
Клавиши <Ctrl> и <Alt> используются в сочетании с другими,
нажимаемыми одновременно с ними клавишами, чтобы изменить
значение нажатия клавиш. Кроме того, на всех современных
клавиатурах имеется клавиша, на которой нанесен логотип
Windows, зарегистрированный в качестве торговой марки. При
нажатии такой клавиши автоматически открывается меню Пуск
операционной системы Windows.
Еще одно отличие компьютерной клавиатуры от пишущей
машинки: наличие дополнительных цифровых клавиш,
расположенных справа от основных клавиш. Для чего это нужно?
Компьютер очень часто используется для ввода большого
количества цифровых данных (например, в бухгалтерии), поэтому,
по мнению разработчиков дизайна, расположенные в стороне от остальных цифровые клавиши должны упростить ввод больших
цифровых массивов. На практике это вполне оправдано —
передвигать пальцами удается намного быстрее, чем всей кистью
- 87 -
сразу. Это позволяет ускорить ввод цифровых данных в несколько
раз.
Распространено два типа раскладки клавиатуры:
□ машинописная;
□ Windows.
Машинописная, еще ее называют "неправильная" раскладка, в
точности повторяет раскладку печатной машинки. Ее можно
распознать по расположению буквы Ё в нижнем правом углу.
Кроме того, точка с запятой вынесена на верхний ряд.
Раскладка Windows ("правильная") впервые появилась в
операционной системе с одноименным названием. В нее были
внесены небольшие, но эффективные усовершенствования.
Например, почти неиспользуемая буква Ё была перенесена в
далекий угол, а на ее место поместили клавишу с часто
применяемыми знаками: точкой и запятой.
Устройство и принципы работы
Клавиатура настольного компьютера представляет собой
отдельный конструктивный блок. У портативных ПК (ноутбуков)
клавиатура входит в состав корпуса, а число клавиш на ней
значительно меньше, чем у настольного ПК (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Внешний вид классической прямоугольной
клавиатуры
Наиболее распространенный стандарт клавиатуры — это
клавиатуры, имеющие 101 — 103 клавиши, размещенные по
стандарту "QWERTY". Все различия сводятся к незначительным
вариациям расположения и формы некоторых служебных клавиш, а
также особенностям, которые обусловлены используемым языком
(так, например, предназначенные для российского рынка
клавиатуры имеют на буквенных клавишах двойную маркировку —
латиницей и кириллицей).
- 88 -
Рис. 4.2. Мультимедийная клавиатура с целым рядом
дополнительных клавиш
Встречаются так называемые мультимедийные клавиатуры
(рис. 4.2), имеющие на "борту" дополнительные клавиши для
быстрого запуска программ, регулировки громкости звука,
управление приводом CD-ROM и т. п. К таким клавишам можно
отнести, например, следующие:
□ <WWW> — запускает браузер (browser) Интернета или
иначе Web-браузер;
□ <Shortcut> — открывает наиболее используемые
документы/программы;
□ <Му Favorite> — запускает Web-браузер и открывает меню
My Favorite menu (Избранное);
□ <WWW Search> — запускает Web-браузер и открывает окно
поиска (адрес поисковой системы настраивается при помощи
драйверов);
□ <Volume Down> — уменьшает громкость;
□ <Volume Up> — увеличивает громкость;
□ <Mute> — включает/выключает звук;
□ <Prevision/F.B.> — перемотка звукового трека назад при
удержании клавиши и переход на один трек назад при одном
нажатии;
□ <Play/Pause> — запускает на воспроизведение трек (или
файл) либо приостанавливает его;
□ <Stop> — останавливает проигрывание (воспроизведение);
□ <Next/F.F.> — выполняет переход к следующему треку при
одном нажатии, при удержании осуществляет перемотку вперед;
□ <Eject> — выдвигает приемный лоток накопителя на
компакт-дисках;
□ <Power Off> — выключает систему;
□ <Sleep> — приостанавливает работу системы, переводит ее
- 89 -
в состояние
"сна";
□ <Wake Up> — "пробуждает" систему.
Клавиатура подключается к системному блоку при помощи
разъема типа AT, PS/2 или USB (рис. 4.3). Длина кабеля обычно
составляет от 1 до 1,5 м. В последнее время становятся
популярными беспроводные клавиатуры, использующие
инфракрасную связь или радиоволны.
Рис. 4.3. Клавиатура подключается при помощи кабеля к
одному из интерфейсов ПК
Преимущество беспроводной связи налицо: отсутствует
привязанность (в прямом и переносном смысле) к системному
блоку, что позволяет размещать клавиатуру в любом удобном месте
(рис. 4.4).
Рис. 4.4. Комплект беспроводной клавиатуры
Инфракрасная связь имеет свои преимущества и недостатки. К
первым относятся большой радиус действия и невысокая цена, ко
вторым — необходимость прямого визуального контакта с
приемником (как с телевизионными пультами), а также наличие у
каждого производителя собственного протокола передачи, из-за
чего все модели беспроводных клавиатур могут работать только с
"родными" приемниками.
Радиосвязь имеет больше преимуществ, чем "оптика".
Наиболее важное отличие — отсутствие необходимости
визуального контакта с приемником, поэтому приемник может
- 90 -
находиться под столом или даже в самом системном блоке. Такие
клавиатуры значительно более дорогие, чем их оптические аналоги.
Недостатком беспроводной связи можно считать
необходимость автономного питания от батареек или
аккумуляторов, которые, как известно, выходят из строя в самый
неподходящий момент. Беспроводный канал накладывает
серьезные ограничения на скорость передачи данных, поэтому от
таких устройств не стоит ждать хорошей реакции на ваши
действия.
Разъем AT представляет собой толстый круглый 5-контактный
разъем, который всем знаком еще со времен старой звуковой
аппаратуры, где он применялся для передачи звукового сигнала.
Используется он в компьютерах форм-фактора AT.
Разъем PS/2 представляет собой тонкий круглый 6контактный разъем. Такой же разъем применяется для
подключения мыши, поэтому для них применяется разная цветовая
маркировка: фиолетовый цвет для клавиатуры и зеленый цвет для
мыши.
По технологии изготовления клавиатуры делятся на два типа
— механические и пленочные (мембранные). Механические
клавиатуры традиционно считаются более долговечными, они
рассчитаны более чем на 50 млн. нажатий. В этих клавиатурах
используются достаточно долговечные и несильно
протирающиеся металлические контакты, размещающиеся на
специальной печатной плате. Там же расположен и контроллер.
Печатная плата плотно прикреплена к крышке большим
количеством винтов. На контактные площадки нанесен слой
проводящей резины, а над ними располагаются резиновые купола.
В верхней части купола находится резиновая проводящая шайба.
При нажатии на клавишу шайба замыкает площадки, а купол заменяет ранее использовавшиеся пружины. Недостатками
механических клавиатур являются их дороговизна и так
называемый дребезг контактов, который происходит в результате
многократного замыкания и размыкания контакта клавиши.
Устраняется влияние дребезга контактов с помощью временных
задержек, которые задает электронная схема клавиатуры (микроконтроллер) до момента фиксации состояния нажатия клавиши.
Но при неудачном, излишне длительном нажатии на клавишу,
может получиться так, что соответствующий клавише символ
- 91 -
отобразится на экране несколько раз. Впрочем, в BIOS Setup
имеются специальные параметры, с помощью которых можно
устранить и этот недостаток, подстроив работу клавиатуры под
индивидуальные особенности пользователя. Еще один серьезный
недостаток — отсутствие герметичности. Существуют, правда,
защищенные модели, но они стоят намного дороже, чем
классические, которые сами по себе не так дешевы.
Пленочные образцы состоят из трех мембран, сложенных
бутербродом. На две крайние мембраны нанесен сложный рисунок,
образующий собой контактные площадки (менее долговечные, чем
на печатной плате механических клавиатур). Средняя пленка
является слоем диэлектрика с отверстиями напротив площадок.
При нажатии на клавишу мембраны продавливаются, и площадки
замыкают электрическую цепь. При кажущейся простоте замысла
успех его воплощения зависит от многих условий. Мембраны
должны идеально ложиться друг на друга, без натяжки, смещения и
пузырей (ведь они имеют внушительный размер и ни на что внутри
корпуса не опираются), годами сохраняя упругость и эластичность.
Нельзя допускать, чтобы тончайший алюминиевый слой
контактных площадок рвался и покрывался трещинами. Площадки
и контакты краевого разъема, который просто приложен к
микроконтроллеру, не должны окисляться. Сопротивление дорожек
не нулевое, оно может быть очень "приличным", но обязано не
превышать известного предела, потому что иначе дальние от
контроллера клавиши будут прожиматься только с изрядным
усилием. Но, если сопротивление дорожек мало, либо между ними
возникают мостики вследствие первоначальных технологических
дефектов, при нажатии на клавишу будут выскакивать сразу
несколько букв. В связи со всеми вышеизложенными
подробностями становится вполне понятно, почему несколько лет
назад эту технологию никто всерьез не принимал, и пленочные
клавиатуры были представлены только дешевыми образцами
сомнительного качества. Сейчас же абсолютное большинство
выпускаемых клавиатур стало пленочным. На данный момент они
считаются более популярными и, что должно особенно подкупать
любителей выпить кофе, сидя за компьютером, легко
отмываются. Между клавишами и пленкой у большинства
пленочных клавиатур расположена резиновая прокладка, которая
при разборке отделяется вместе с клавишами.
- 92 -
В настоящее время преимущественно используются клавиши
со щелчком. При нажатии клавиши на такой клавиатуре
механическое сопротивление клавиши тем больше, чем глубже она
нажимается. Для преодоления этого сопротивления нужно
затратить определенную силу, после чего клавиша идет очень
легко. Таким образом обеспечивается однозначный контакт.
Прежний тип клавиш не позволял достичь хорошей обратной связи
с пользователем, т. к. "механика" клавиатуры была другой
(использовался метод изменения емкости между контактами).
Внутренняя схема клавиатуры обрабатывает сигналы,
поступающие на нее после нажатия любой клавиши, и преобразует
их в последовательность кодов, которые по разъему передаются
компьютеру на обработку. Каждая клавиша генерирует уникальный
код, при этом отдельный код передается как при нажатии клавиши,
так и при отпускании. Благодаря этому можно зарегистрировать
комбинации клавиш (например, <Ctrl> и <А>). Центральный
процессор преобразует поступающие коды согласно таблице
кодировки, расположенной в памяти компьютера, и выводит на
экран монитора соответствующие символы.
Разработчиками постоянно ведутся исследования над
улучшением эргономических показателей клавиатуры, что
сказывается на ее внешнем виде и конструкции. Так для обычных
клавиатур используется специальная подставка под запястья,
которая предназначена для того, чтобы во время работы с
клавиатурой руки не повисали в воздухе, а свободно лежали.
Иногда клавиатуре и клавишам придают не плоскую форму, а
форму отрезка цилиндра, причем клавиши расположены на
вогнутой ее части. Благодаря этой форме сокращается количество
движений, необходимых для нажатия клавиш. Подобными
клавиатурами оснащены компьютеры компании Hewlett-Packard. В
свободной продаже такую клавиатуру найти очень сложно.
Особенно распространены нижеприведенные разновидности
нестандартных клавиатур.
□ Клавиатура Microsoft Natural. На этой клавиатуре клавиши
расположены с разворотом на 120 градусов. Именно этот разворот
позволяет не изгибать запястья на 15 градусов при работе на
клавиатуре десятипальцевым методом. Изгиб на дополнительной
цифровой клавиатуре позволяет использовать ее клавиши простым
поворотом руки в локте. По сравнению с обычной клавиатурой
- 93 -
Microsoft Natural имеет форму змейки и занимает больше места на
рабочем столе (рис. 4.5).
□ Складная клавиатура. От обычной клавиатуры она
отличается тем, что состоит из трех независимых модулей,
скрепленных шарнирами. Каждый модуль спроектирован так, что
все клавиши на нем можно нажимать одной рукой. Шарниры позволяют изменять положение модулей
относительно друг друга. При этом модули можно перемещать не
только в двух, но и в трех измерениях. Эта клавиатура еще более
эргономична, чем клавиатура Microsoft Natural. Она позволяет
менять положение модулей, когда руки устали и требуется смена
положения кистей (рис. 4.6).
Рис. 4.5. Внешний вид клавиатуры Microsoft Natural
Рис. 4.6. Внешний вид складной клавиатуры
Рекомендации по выбору клавиатуры
Клавиатура является одним из важнейших устройств,
определяющих условия комфортабельной работы на компьютере.
Главным элементом в клавиатуре являются клавиши. При покупке
клавиатуры следует тщательно опробовать их работу, чтобы
определить, удовлетворяет ли "механика" клавиатуры вашим
индивидуальным требованиям. Практически неважно, какие
материалы используются для корпуса клавиатуры и клавиш. Это
может быть как пластмасса, так и металл. Цвет и другие аспекты с
функциональной точки зрения не так важны, как используемая
механика клавиатуры.
Стоит обратить внимание, что 90% от всех клавиатур
выполняется в традиционном прямоугольном дизайне. Поэтому при
- 94 -
повышенных требованиях к дизайну заставят вас обойти немало
компьютерных магазинов.
Наиболее оптимальным выбором считается клавиатура
имеющая: длинную клавишу <Backspace>, Г-образную клавишу
<Enter>, длинные клавиши <Shift> и <Space>, русские буквы
красного цвета, латинские буквы черного цвета (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Внешний вид оптимальной клавиатуры
Производители клавиатур
□ Access Keyboards — http://www.accesskb.demon.co.uk/
□ Acer America — http://www.acer.com/
□ Advanced Input Devices — http://www.advanced-input.com/
□ Alps Electric USA — http://www.alpsusa.com/
□ BTC — http://www.behavior.com/
□ Casco Products Inc. — http://www.casco.com/
□ Cedeq — http://www.cedeq.com/
□ Cherry — http://www.ndustry.net/c/mn/03v33
□ Chicony — http://www.chicony.com/
□ Focus Electronic Co., Ltd — http://www.focustaipei.com/
□ Foldable — http://www.foldable.com/ □ Genius —
http://www.genius.com/
□ Genovation, Inc. — http://www.genovation.com/
□ InterFatron-BBC, Ltd — http://www.ifbbc.com/
□ Keytronic — http://www.keytronic.com/
□ Kinesis — http://www.kinesis.com/
□ Laube Technology — http://laube.com/
□ Luminescent Systems Inc. — http://www.lumsys.com/
□ Microsoft — http://www.microsoft.com/
□ Mitsumi — http://www.mitsumi.com/
□ NMB Technologies — http://www.nmbtech.com/
□ Paneltec Inc. — http://www.paneltec.com/
□ Sejin America — http://www.sejin.com/
□ Suh — http://www.suhkeyboard.com/
Проблемы, характерные для клавиатур
Основные проблемы, возникающие при поломке клавиатуры,
это — невозможность загрузки компьютера, залипание клавиш
- 95 -
(компьютер постоянно пищит) или, наоборот, полная
неработоспособность некоторых клавиш. Какой бы ни была
неисправность, она не позволяет работать на компьютере, т. к.
клавиатура является самым основным средством ввода.
ГЛАВА 5
Мышь
и другие манипуляторы
Понятие "компьютерная мышь" в мире персональных
компьютеров появилось очень давно. Первая простейшая мышь
появилась у IBM-совместимых компьютеров в 1983 году. Многих
начинающих пользователей немного смущает название — мышь,
но этому есть объяснение. Первые манипуляторы выполнялись
обязательно из светло-серого пластика (вспомните цвет шкурки
этих милых грызунов), от корпуса к системному блоку тянется
длинный провод-хвост, а кнопки, расположенные по бокам
корпуса, напоминают некоторым фантазерам глаза. Да и принцип
перемещения — вперед-назад, влево-вправо по коврику —
напоминает поведение грызуна.
Для чего нужна мышь? Только использование такого
манипулятора, как мышь, позволило разработчикам программного
обеспечения создать интуитивно-понятный интерфейс программ.
Исключительно благодаря этому свойству мыши на компьютере
достаточно просто работать даже малоопытному пользователю.
Ему достаточно указать курсором в нужное место экрана и нажать
одну из кнопок мыши. Для овладения простейшими навыками
работы на компьютере вполне достаточно уметь читать, т. е., если
вы закончили хотя бы три класса школы, вы уже почти преуспели в
изучении основ работы на ПК.
Первые компьютеры IBM PC были оснащены только одним
устройством управления и ввода информации — клавиатурой.
Этого было вполне достаточно. Клавиш хватало не только для
ввода текстов, но и для организации управления в программах или
играх. Наличие функциональных клавиш, клавиш <Аlt> и <Ctrl>,
расширяющих возможности стандартной клавиатуры, — все это
определяло долгую жизнь клавиатуры в роли исключительного
монополиста. Появление манипулятора "мышь" было встречено с
изрядной долей скептицизма, часто появлялись прогнозы быстрого
"отмирания" этого вида устройств. Судьбу мышей определили в
первую очередь игры.
- 96 -
Разработчики игровых программ первые заметили
преимущество управления героями сюжета именно таким
манипулятором, а пользователи оценили эти нововведения.
Скорость перемещения курсора важна практически во всех типах
игр. О более или менее официальных результатах история умалчивает, посему остановимся на этом.
Отношение пользователей к мышам в корне изменилось с
появлением операционной системы Windows. Ее графический
интерфейс позволял использовать все самые лучшие качества
мыши: управление одной или двумя кнопками, быстрое
перемещение по пунктам различных меню и т. п. Сегодня без
помощи мыши в Windows могут работать лишь опытные пользователи, а начинающим остается только "глотать слюни" и мечтать о
том, чтобы научиться хотя бы запускать программы при помощи
клавиатуры. В принципе, любой пользователь может овладеть
техникой "горячих клавиш", предназначенных для работы без
дополнительных средств управления, но при этом теряются все
преимущества графической оболочки Windows, позволяющей
интуитивно угадывать правильные действия, но только при помощи мыши.
Кратко принцип работы мыши можно описать так. Во время
работы компьютера на экран монитора выводится указатель —
курсор (мигающая черточка, стрелка и т. п.), который играет
важную роль в организации диалога пользователя и компьютера.
Этот курсор отмечает место на экране, где будет отображен
очередной введенный символ, указывает на программное окно,
которое нужно активизировать, и т. д. Пользователь может
передвигать курсор в нужное место, используя клавиши управления
курсором, в частности клавиши со стрелками. Однако это не всегда
удобно, а если задействована графическая операционная среда,
характерная для Windows, то это становится крайне неудобным. В
этом случае на помощь приходят различные манипуляторы,
которые представляют собой устройства для управления курсором
и подачи определенного набора команд. Наиболее удачными оказались манипуляторы "мышь" и "трекбол" (правда, второй вариант
распространен намного меньше).
Как уже говорилось, впервые манипулятор "мышь" появился у
компьютеров IBM PC в начале 80-х годов. С тех пор прошло
немало времени, много чего было выдумано нового и вспомнено
- 97 -
старого, но функциональное исполнение мыши осталось прежним.
Как и у первых моделей, физическое перемещение корпуса мыши
по столу (лучше коврику) преобразуется в электрические
импульсы, управляющие курсором. Левая кнопка мыши по
действию аналогична нажатию клавиши <Enter> на клавиатуре, а
правая — аналогичная клавише <Esc> или <Ins>. В операционной
системе правая кнопка мыши используется для вызова
выпадающего контекстного меню. Несмотря на столь скромный
ассортимент функций, мышь является неотъемлемой частью
любого современного компьютера.
Разновидности мышей
Вот уже больше 10 лет практически все персональные
компьютеры (по крайней мере, IBM-совместимые) обязательно
оснащаются манипулятором "мышь". За период своего
существования мышь очень сильно изменилась. Из "коробки",
обладающей приличной массой, угловатым корпусом и кнопками,
сильно напоминающими выключатель освещения, этот
манипулятор превратился во вполне приличного "зверька" с
обтекаемым корпусом, относительно небольшой массой и кучей
"прибамбасов" в виде колеса прокрутки, оптической связи с
компьютером и т. д.
В результате эволюции было изобретено немало хорошего.
Что-то сразу же прижилось и используется по сей день, а что-то, в
основном из-за своей дороговизны, так и не получило большого
распространения. Но, несмотря на это отступление, в продаже
можно встретить практически все технические новинки, которые
были разработаны. Так что перед пользователем стоит проблема —
что же выбрать, какая мышь будет удобнее в работе или игре,
сколько такая мышь прослужит? Все-таки не зря целое поколение
дизайнеров трудилось над созданием идеального образа мыши: на
компьютерном рынке сегодня представлено очень большое
количество моделей, отличающихся не только внешним видом, но
и устройством.
Для того чтобы было проще разобраться во всем разнообразии
моделей, требуется ввести некоторую систему, при помощи
которой можно было бы отнести конкретную мышь к одной из
имеющихся категорий. Проведем их систематизацию. Прежде всего
современные мыши можно подразделить на две категории:
□ оптико-механические; □ оптические.
- 98 -
Первая категория мышей — оптико-механические — можно
сказать, самые обычные мыши, к которым мы все давно привыкли
(рис. 5.1). В днище такой мыши находится шарик, при вращении
которого его движение передается двум расположенным под углом
в 90 градусов пластмассовым роликам. Эти ролики в свою очередь
вращают соответственно два небольших диска с прорезями, жестко
закрепленными с роликами. С помощью оптических излучателей и
приемников, расположенных по обе стороны дисков, а также
посредством специальной электронной схемы, вырабатываются
электрические импульсы, которые передаются в системный блок и,
в конечном счете, управляют курсором. Это самая дешевая из
имеющихся категорий, но и долговечность таких мышей невелика.
Вращающийся в корпусе мыши шарик так и стремится собрать на
себя всю пыль, которая попадается на его пути. В результате
поверхность шарика и роликов как бы засаливается и курсор при
движении начинает дрожать, а то и вообще перестает двигаться,
несмотря на то, что шарик крутится.
Рис. 5.1. Внешний вид манипулятора "мышь"
Основные характеристики оптико-механических мышей:
□ низкая цена, но невысокая долговечность — при
интенсивной работе выходят из строя кнопки мыши, кроме того,
требуется регулярная чистка шарика и примыкающих к нему
роликов;
□ очень большой выбор моделей — все-таки времени с
момента появления первой модели прошло очень много;
□ нетребовательность к качеству коврика — можно обойтись
вообще без коврика, но при этом скорость загрязнения шарика
увеличивается в несколько раз;
□ низкая частота опроса состояния — плавность
перемещения курсора среднего качества и изменяется только в
небольших пределах, что, как правило, не удовлетворяет
требовательных пользователей.
Вторая категория — это оптические мыши. Эта разновидность
мышей обходится без механических частей, всем заведует оптика
- 99 -
(рис. 5.2). По сравнению с оптико-механическими мышами эта
разновидность имеет повышенную износоустойчивость.
Технология создания манипулятора без механических частей
довольно новая, поэтому достаточно совершенные модели стали
появляться только в последнее время.
Рис. 5.2. Оптическая мышь — вид снизу
Основные характеристики оптических мышей:
□ относительно высокая цена, зато повышенная
долговечность за счет отсутствия механических частей — правда,
толстый слой грязи все-таки способен привести такую мышь в
нерабочее состояние;
□ не очень большой выбор моделей — в последнее время с
падением цены и увеличением популярности этого вида количество
выпущенных моделей стало приближаться к количеству основных
конкурентов, т. е. оптико-механических мышей;
□ высокая требовательность к качеству коврика — первые
модели были способны работать только на специальном коврике,
имеющем рисунок в виде сетки тонких линий черного и синего
цветов;
□ высокая частота опроса состояния — оптические мыши с
момента своего появления славились плавностью перемещения
курсора.
Ассортимент моделей не ограничивается этими двумя видами.
Практически у каждого из нас наступал момент, когда провод,
соединяющий манипулятор с компьютером, оказывался слишком
коротким для нормальной работы. Особенно часто это происходит
при покупке специального компьютерного стола. В таких столах
для системного блока предусмотрена ниша, расположенная в
нескольких сантиметрах от пола с правой стороны. Если вы хотите
расположить мышь не на выдвигающейся панели (предназначенной
для клавиатуры), а на самой верхней поверхности стола, как
правило, соединительный провод оказывается натянутым, что
- 100 -
сильно ограничивает возможность перемещения манипулятора по
столу. Да и постоянно путающийся провод вносит немало
раздражения в жизнь пользователя.
Рис. 5.3. Комплект беспроводной мыши: непосредственно
сама мышь, приемник и т. д
Это была предыстория появления так называемых
беспроводных мышей (рис. 5.3). Несмотря на свою недолгую
жизнь, эта разновидность все же успела разделиться на две группы,
отличающихся принципом работы.
Для связи с компьютером используются два вида излучения:
□ ИК-связь — манипулятор "общается" с компьютером при
помощи инфракрасных лучей (принцип работы очень похож на
пульт дистанционного управления телевизором). Единственный
недостаток этого вида — это необходимость прямого визуального
контакта передатчика внутри мыши и приемника, подключенного к
системному блоку. Есть, конечно, еще несколько недостатков, но
они носят несколько другой характер: мыши на ИК-связи "боятся"
яркого света, который может вызвать помехи в работе. Радиус их
действия 1,5—2 метра.
□ Радиосвязь — манипулятор "общается" с компьютером при
помощи радиоволн. Для этого вида необязательно обеспечивать
визуальный контакт с компьютером, так что гора учебников или
чашка кофе не смогут помешать нормальной работе мыши. Плюс
еще одна радость: увеличенный радиус действия до 3—4 метров.
Все беспроводные мыши имеют автономное питание (два
элемента АА). В последнее время все чаще в комплект входят
подзаряжаемые аккумуляторы, а приемник, подключаемый к
системному блоку, содержит в своей конструкции зарядное
устройство. Это позволяет обойтись без частой смены батареек и
без отдельного зарядного устройства. От пользователя требуется
лишь одно: после выключения компьютера установить мышь на
- 101 -
панель зарядного устройства и к следующему сеансу работы заряд
аккумуляторов полностью восстановит свою работоспособность.
Учитывая, что вышеперечисленные отличия мышей могут
сочетаться друг с другом в различной последовательности, сразу
понимаешь, откуда на рынке столько разных моделей, хотя на
первый взгляд и очень похожих друг на друга. В продаже
появляются следующие варианты: оптико-механическая проводная
мышь, оптическая проводная мышь, оптико-механическая
беспроводная мышь, оптическая беспроводная мышь. Для каждого
типа можно встретить экземпляры идентичного дизайна, но
различного принципа действия. Это сделано для того, чтобы
придирчивому пользователю можно было легче решиться на
покупку более дорогой беспроводной мыши, т. к. дизайн можно
выбрать такой же, как и у старой любимой мыши.
И последнее. Персональный компьютер прожил довольно
сложную историю. За период своего существования появлялось
очень много новых разработок — новые шины, платы расширения,
порты. Нас особо интересует последний момент, т. к. именно
посредством порта ввода/вывода мышь передает сигналы внутрь
компьютера.
С момента появления мышь подключалась к компьютеру
самым простым способом. Использовался один из имеющихся
последовательных портов. Но с появлением компьютеров PS/2
была введена другая спецификация соединения манипулятора с
компьютером.
Сегодня встречаются следующие типы подключения:
□ СОМ-порт — мышь подключается посредством
последовательного порта. Преимущество: не занимаются
дополнительные ресурсы, универсальность (последовательный
порт имеется даже у самого современного компьютера),
возможность замены без перезагрузки (правда, на некоторых
старых компьютерах все же можно спалить порт). Недостаток:
занимается последовательный порт. Используется по сегодняшний
день в компьютерах, поддерживающих форм-фактор AT;
□ PS/2-nopm — мышь подключается посредством
специального разъема (впервые введенного в компьютере PS/2 —
оттуда и название порта). Для работы манипулятора резервируется
отдельное прерывание, что в некоторых случаях может оказаться
недостатком (например, при установке очень большого количества
- 102 -
плат расширения и недостатке ресурсов). Для подключения или
отключения этой разновидности мышей требуется выключить
компьютер, т. к. при "горячем" отключении, и особенно включении,
велика вероятность выхода из строя порта. Используется во всех
компьютерах, поддерживающих форм-фактор АТХ;
□ USB-nopm — мышь подключается посредством разъема
универсальной шины USB. Самое главное преимущество:
возможность горячего подключения, а также подключения
нескольких мышей одновременно (до 127). Недостаток: при
использовании других USB-устройств: сканера, принтера, Webкамеры и т. п., потребуется установка концентратора,
увеличивающего количество разъемов (на компьютере обычно
установлено только два разъема).
В особой категории стоят модели с обратной связью. Из-за
своей высокой стоимости эта разновидность мышей еще не
приобрела большого распространения, но постепенное падение цен
на высокие технологии позволяет мечтать и о таких вершинах
дизайнерской мысли. Технология Immersion, основанная на
вибрационной отдаче, уже давно применяется в джойстиках для
игровых приставок Sony Playstation, а в мир IBM PC она вошла
сравнительно недавно. Мышь с "вибратором" позволяет
пользователю чувствовать, как курсор натыкается на окна, кнопки
или пиктограммы. Обычно в комплекте с такой мышью идет
программа, позволяющая регулировать силу и характер вибрации.
Принципы устройства и работы мышей
Мышь представляет собой небольшую "коробочку" из
пластмассы.
Понять, как работает мышь, не очень сложно. Несмотря на то,
что считается невежливым тыкать, куда ни попадя указательным
пальцем, все мы упорно пользуемся этим "примитивным"
средством. Все-таки легче указать на объект беседы, чем
упражняться в культуре речи. По этому же принципу
работает и компьютерная мышь. Вы просто наводите
указатель на экране монитора на нужное вам место и нажимаете
одну из кнопок мыши. Этим вы указываете компьютеру, например,
что желаете нажать на кнопку, расположенную в этом месте экрана.
По сравнению с клавиатурой мышь является простым
устройством, несмотря на то, что принцип действия у них очень
схож. Причина проста: всего две-три кнопки. Правда, есть коренное
- 103 -
отличие — шарик, при помощи которого перемещается курсор на
экране монитора.
Рис. 5.4. "Внутренности" оптико-механической мыши
Для начала рассмотрим принцип действия обычной оптикомеханической мыши (рис. 5.4). Тяжелый металлический шарик,
покрытый слоем резины, установленный на дне корпуса, крутится
во всех направлениях, когда мы катаем мышь по плоской
горизонтальной поверхности. При этом он вращает два прижатых к
нему пластмассовых ролика с взаимно перпендикулярными осями.
Соответственно вращению роликов меняется положение курсора по
осям экрана. Для превращения механического движения роликов в
электрические импульсы применяется довольно старый прием: по
краям роликов закреплены диски с равномерно нанесенными
прорезями. По обеим сторонам каждого диска закреплены
соответствующие элементы оптопары (с одной стороны
передатчик, с другой — приемник). Когда прорезь на диске
совпадает с излучающим окошком передатчика оптопары, инфракрасный луч попадает на линзу приемника и микросхема,
расположенная на плате внутри мыши, регистрирует перемещение.
Плавность движения курсора у оптико-механических мышей
зависит от количества отверстий во вращающихся дисках, обычное
количество составляет 35—40 отверстий.
Перемещение корпуса мыши измеряется в шагах, равных
минимальному смещению, которое способны зарегистрировать
датчики манипулятора. Микросхема, установленная на плате
манипулятора, принимает данные о количестве шагов, анализирует
и отправляет их в виде электрических импульсов в компьютер для
дальнейшей обработки. Драйвер мыши, обработав полученную
информацию, отдает "приказ" переместить курсор на соответст- 104 -
вующее количество символов (в текстовом режиме) или точек (в
графическом режиме). При помощи специальных утилит,
например, встроенных в операционную систему, пользователь
может регулировать количество шагов, затраченное для
перемещения на одну точку (фактически это задается скорость
перемещения курсора). Современные мониторы имеют размер
экрана, во много раз превышающий размер мышиного коврика,
поэтому требуется, чтобы конструкция мыши позволяла
перемещать курсор на значительно большее расстояние, чем был
перемещен корпус мыши. И в то же время при небольших
расстояниях точность наведения на объект должна быть очень
большой. В результате был применен так называемый
баллистический метод изменения скорости: отношение числа шагов
мыши и курсора плавно меняется от минимального значения к
максимальному, в зависимости от длины непрерывного движения
корпуса мыши. Это означает, что при движении манипулятора
влево на расстояние, например 5 см, скорость движения курсора
будет плавно увеличиваться, и каждый последующий шаг мыши
будет вызывать генерацию все большего количества последующих
шагов курсора.
В некоторых экземплярах оптико-механических мышей может
встретиться следующая ситуация. Вырезы для дисков на печатной
плате могут иметь множество заусенец, которые постоянно
притормаживают движение курсора, а то и вовсе заклинивают диск
одной из осей. Разберите мышь и удалите все заусенцы, которые
мешают движению дисков. Сделать это можно медицинским
скальпелем.
Оптические мыши работают несколько по-другому (рис. 5.5).
Принцип действия оптической мыши: оптический сенсор
"фотографирует" поверхность коврика с определенной частотой и
затем определяет направление движения мыши, сравнивая
полученные "кадры" между собой. Болезнью первых моделей
оптических мышей была невысокая скорость работы сенсора. Манипулятор при резких движениях не успевает реагировать на них и
курсор либо остается на месте, либо перемещается на очень
маленький промежуток. Этот недостаток особенно сильно
ощущается в играх (например, "стрелялках"). Современные модели
стали комплектовать двумя сенсорами, которые функционально
дополняют друг друга. Они специально располагаются под
- 105 -
разными углами к плоскости перемещения, чтобы микропроцессор
мыши мог выбрать наиболее удавшийся кадр. Теперь, если один из
сенсоров не успел "захватить" кадр, занимаясь обработкой
предыдущего, к нему на "подмогу" придет второй сенсор.
Рис. 5.5. "Внутренности" оптической мыши
Оптические мыши можно эксплуатировать без специального
коврика, но это ни к чему хорошему не приведет. Очень часто
компьютеры установлены на полированных столах, а отражающие
поверхности для оптики мышей крайне противопоказаны. Тем
более, чтобы при работе на неровной поверхности быстро
изнашиваются пластиковые "ножки" по краям периметра дна
мыши. Желательно, чтобы рисунок на коврике был как можно
мельче. Это увеличит шансы стабильной работы мыши. Лучшим
тестом для оптической мыши можно считать испытание ее в работе
на коврике с тряпичным покрытием, которое немного затрудняет
скольжение пластиковых "ножек". Если мышь двигается на нем
хорошо, тогда на пластиковом коврике она будет двигаться еще
лучше.
Отличительная черта мышей, подключаемых к портам PS/2 и
USB, — это возможность изменения частоты опроса состояния.
Фактически впервые появилась возможность разогнать мышь! Все
абсолютно так же, как и с процессорами. При помощи специальной
программы (она называется PS/2 Rate) изменяется частота опроса в
довольно широких пределах. У некоторых моделей, например
практически у всех мышей фирмы Logitech, эту возможность
предоставляют драйверы, поставляемые с манипулятором.
Естественно, что при серьезном превышении стандартной частоты
микропроцессор мыши может выйти из строя. Современные
манипуляторы имеют значительно большее значение частоты
опроса — в пределах 160—200 Гц (по сравнению с более старыми
— 80—120 Гц). Повышенная частота позволяет улучшить
плавность движения курсора, что в играх положительно сказыва- 106 -
ется на точности прицеливания.
Беспроводные мыши очень удобны, ничего нельзя сказать, но
из-за того, что на своем "борту" они несут батареи питания, их
масса значительно превышает даже самые тяжелые из проводных
мышей. Это отрицательно сказывается на "играбельности"
беспроводных манипуляторов. Еще один недостаток беспроводных
мышей: низкая частота опроса (80—90 Гц), что нельзя назвать
приемлемым для игрового компьютера.
Для соединения проводных мышей применяется гибкий
четырехжильный кабель длиной от 1,5 до 2 м. Принцип действия
ИК-излучателя аналогичен пульту дистанционного управления
бытовой техникой. Радиосвязь является более совершенным
методом связи, т. к. для такой мыши не требуется прямого
визуального контакта (можно положить коврик на колени под
столом). К тому же некоторые модели мышей, например, фирмы
Logitech позволяют работать в нескольких радиодиапазонах.
Благодаря этому в зоне действия одного приемного устройства (2—
3 метра) могут работать еще несколько таких же устройств,
настроенных на другую частоту.
Если беспроводная мышь комплектуется аккумуляторами, то
разработчики обычно предусматривают аппаратную индикацию
разряда батарей. Например, колесо прокрутки загорается
предупреждающим красным светом.
Для экономии энергии батареек практически все
беспроводные мыши имеют функцию энергосбережения. После
определенного периода "простоя" они отключают питание от
основной схемы. Различные модели включаются по-разному.
Одним достаточно движения мыши, для других требуется нажать
на любую кнопку или покрутить колесо. Если вы часто отлучаетесь
от компьютера, обратите внимание на реализацию этой функции.
Питание беспроводных мышей может осуществляться либо от
элементов АА, либо от элементов ААА (рис. 5.6). Блок питания,
необходимый для работы зарядного устройства на период работы
мыши, от электрической сети можно отключать.
- 107 -
Рис. 5.6. Отсек для батарей питания беспроводной мыши
При покупке вам, скорее всего, достанутся разряженные
аккумуляторы, так что после прихода домой в первую очередь
подключите мышь к зарядному устройству (рис. 5.7). Обычно для
подзарядки требуется от 5 до 8 часов, но в первый раз лучше
увеличить это время до 10—12 часов.
Подключают беспроводную мышь следующим образом:
1. Подсоедините приемник к соответствующему разъему
(PS/2 или USB) на системном блоке.
2. Установите драйверы для вашей модели манипулятора,
при отсутствии которых Windows установит драйверы для
стандартной мыши (все дополнительные функции, естественно,
работать не будут).
Рис. 5.7. Беспроводная мышь на подзарядке
3. Нажмите на единственную кнопку, расположенную на
корпусе приемника. Не отпуская кнопку на приемнике, нажмите
кнопку, размещенную на "днище" манипулятора. При этом
светодиод, имеющийся на приемнике, будет мигать. Как только он
начнет светить непрерывно, можно кнопки отпускать и считать
настройку манипулятора на данный приемник (или наоборот)
законченной.
Моргание светодиода на приемнике при передвижении
манипулятора говорит о том, что между мышью и манипулятором
имеется стабильная связь.
Блок питания подключать к приемнику можно только в том
случае, когда мышь устанавливается на подзарядку. В обычном
рабочем режиме приемник питается от "мышиного" разъема на
системном блоке. Уровень заряда аккумуляторов, как правило,
можно контролировать при помощи светодиода, расположенного
на корпусе мыши. Как только он погаснет, можно считать
подзарядку оконченной. Но, к сожалению, такая функция имеется
- 108 -
далеко не у всех моделей.
Сразу же после подключения испытайте мышь на
максимально возможное удаление от приемника. Некоторые
модели начинают неустойчиво работать уже на расстоянии 1,2—1,3
м.
Для беспроводных мышей важна длина кабеля, соединяющего
порт компьютера с приемным устройством, в том случае, если
мышь работает за счет ИК-излучения. На специализированных
компьютерных столах системный блок размещается в нескольких
сантиметрах от пола под столешницей, поэтому для вывода
приемника на поверхность стола потребуется провод значительной
длины (у некоторых моделей мышей эта длина достигает 1,4 м). Не
менее важна длина сетевого провода блока питания зарядного
устройства. Она должна быть достаточной, чтобы при включении
блока питания в розетку провод не натягивался и не мешал
нормальной работе за компьютером (у некоторых моделей эта
длина достигает 1,8 м).
Действие кнопок еще проще. Драйвер постоянно следит за
нажатиями и при замыкании контакта сообщает операционной
системе или работающей программе либо просто о факте нажатия,
либо о нажатии кнопки с параллельным определением координат
курсора в момент нажатия.
Рис. 5.8. Устройство мыши с колесом прокрутки
Некоторые разработчики время от времени предлагают какиенибудь нововведения в конструкцию мыши. Так было, когда
компания Microsoft в 1996 году предложила мышь Microsoft
Intellimouse с колесом прокрутки текста в окне (рис. 5.8).
Пользователи положительно оценили это нововведение, поэтому в
настоящее время практически все современные манипуляторы
выпускаются с колесом прокрутки. Колесо прокрутки обычно
располагается между двумя кнопками и в последнее время все чаще
заменяет собой третью кнопку.
Вместо колеса прокрутки может быть использована кнопка в
- 109 -
виде качели. При нажатии верхней части такой кнопки происходит
скроллинг (от англ. scrolling — прокрутка) вверх, при нажатии на
нижней части — скроллинг вниз. Недостаток такой системы —
сложность настройки скорости скроллинга.
Особенностью некоторых моделей является технология
Immersion, основанная на вибрационной отдаче, что позволяет
пользователю чувствовать, как курсор "натыкается" на окна,
кнопки или пиктограммы. В пакете драйверов к таким мышам
прилагается специальная утилита, позволяющая регулировать силу
и характер вибрации. Ощущения при работе с подобной мышью
сложно описать, это надо почувствовать. Это немного похоже на
работу вибрационного джойстика для игровой приставки Sony
Playstation.
Trackball, TouchPad и другие мутанты
Отдельной разновидностью компьютерных мышей можно
считать устройства, которые называются трекбол (от англ.
trackball). Принцип работы этого устройства схож с механической
мышью, только шарик "смотрит" вверх (рис. 5.9). Корпус этого
устройства неподвижно располагается на столе, а
шарик, перемещающий курсор, крутится пальцами.
Единственное отличие трекбола от механической мыши —
значительно больший размер шарика. Впервые они появились на
портативных компьютерах, но для любителей экзотики
выпускаются модели и для настольных компьютеров.
Рис. 5.9. Внешний вид устройства Trackball
В портативных компьютерах (ноутбуках) применяется еще
две разновидности устройств позволяющих управлять курсором, —
"трекпоинт" (от англ. trackpoint) и "тачпад" (от англ. touchpad).
Первое устройство представляет собой небольшой резиновый
рычаг на клавиатуре между клавишами <G>, <Н> и <В>. Под
рычагом расположены датчики давления, которые фиксируют и
передают компьютеру сигналы управления курсором.
- 110 -
Второе устройство (термин "touchpad" переводится как
"сенсорная панель") представляет собой панель прямоугольной
формы, чувствительную к нажатию пальцев или ладони. Нажав
пальцем на поверхность и передвигая его, пользователь может
передвигать курсор точно так же, как и обыкновенной мышью. Для
выбора какого-нибудь пункта меню можно нажать на кнопку,
расположенную рядом с панелью, а можно нажать на саму
поверхность панели (рис. 5.10).
Рис. 5.10. Внешний вид устройства TouchPad
Одним из ведущих производителей устройств TouchPad
является фирма Synaptics, официальный сайт которой находится по
адресу: http:// www.synaptics.com/.
Физически TouchPad представляет собой сетку из
металлических проводников, разделенных тонкой изолирующей
прокладкой из лавсановой пленки. Получается как бы набор
большого количества конденсаторов. При приближении
человеческой руки к поверхности происходит изменение электрического поля, которое, в свою очередь, влияет на изменение
емкости конденсаторов. Похожий принцип действия используют
емкостные датчики движения. Постоянно измеряя изменение
емкости каждого конденсатора, можно точно определить
местоположение пальца на поверхности панели. Если к тому же
измерять и величину изменения емкости, можно определить
давление, оказываемое на панель. Для устранения влияния внешних
помех применяются специальные "фильтрующие" алгоритмы,
которые позволяют добиться ровного без дрожания перемещения
курсора.
Развитие технологии привело к тому, что различные модели
TouchPad поддерживают два стандарта: индустриальный стандарт
"mouse" и собственный специфический, как правило, расширенный
стандарт. Одна из разновидностей этого устройства — TouchWriter:
это та же самая панель TouchPad с повышенной
чувствительностью, которая позволяет работать не только пальцем,
- 111 -
но и ногтем или, например, ручкой. При наличии специальной
программы текст можно вводить, просто записывая его ручкой на
поверхности панели. Еще одно применение панели TouchWriter —
создание графических изображений, подписание документов,
рисование японских иероглифов и т. п.
Рис. 5.11. Внешний вид джойстика
Еще одной разновидностью мышей является джойстик
(Joystick), который, если разобраться, является ее "далеким
предком" (рис. 5.11). Все джойстики предназначены
исключительно для игровых программ и делятся на два типа: цифровые и аналоговые. Первый вариант, несмотря на
тенденции современного мира к повальному переходу на "цифру",
имеет значительный недостаток: дискретность цифровых
джойстиков не позволяет быстро и точно переместить прицел, а об
управлении скоростью поворота в различных играх и говорить не
приходится. Этих недостатков у аналоговых моделей нет.
Разработчики, как вы, наверное, уже уяснили, обладают очень
неуемной фантазией, поэтому на рынке встречается большое
количество модификаций джойстиков: штурвалы, рули с педалями
и т. п. (рис. 5.12 и 5.13).
Рис. 5.12. Внешний вид штурвала
- 112 -
Рис. 5.13. Внешний вид руля с педалями
Рекомендации по выбору мыши
Оптические мыши различаются частотой съемки положения
— оно может различаться от 1500 до 6000 кадров в секунду. С
повышением частоты повышается "играбельность" мыши.
Определить пригодность оптической мыши для активных игр
несложно. Для этого установите курсор посередине рабочего стола
Windows и подвигайте мышь из стороны в сторону, периодически
совершая очень резкие движения. Если курсор при этом иногда
"срывается" (перестает двигаться, несмотря на движение мыши),
эта мышь вряд ли удовлетворит вас своей работой в активных
играх. Если вы уже приобрели такую мышь и менять ее не хотите,
попробуйте заменить коврик на другой.
Перед покупкой определитесь, для каких целей вы
приобретаете мышь. Для обычного офиса вполне достаточно
двухкнопочной мыши, для дома желательно иметь колесо
прокрутки, для игр не лишним будет наличие дополнительных
кнопок (до пяти штук).
Классический дизайн мыши — симметричный светло-серый
корпус с "зализанными" краями. Манипуляторы эргономичной
формы лучше приспособлены к кисти руки, но все они предназначены для правшей,
поэтому, если вы привыкли работать мышью левой рукой,
предпочтите классический дизайн (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Две мыши Genius с различным дизайном
- 113 -
Подключите только что купленную мышь к компьютеру, и
сразу же попробуйте ее в работе. Убедитесь, что при перемещении
манипулятора курсор двигается плавно, без рывков, причем строго
в том направлении, в котором вы двигаете мышь.
Если мышь имеет в наличии более трех кнопок, то для нее
обязательно нужно устанавливать специальные драйверы, т. к.
стандартные драйверы Windows определяют максимум три кнопки,
причем третья (как правило, средняя) практически не используется.
Вместо колеса прокрутки можно встретить и другие
альтернативные решения — клавишу-качельку, маленький
рычажок или трекбол. Большинство пользователей все же считают
более удобным "нормальное" колесо, а не его аналоги, поэтому
решайте сами. Если считаете, что вам будет удобнее работать с
шариком вместо колеса, приобретайте именно такую мышь.
Характеристики мыши — частота опроса положения, легкость
движения по коврику, легкость нажатия на кнопки, легкость
прокрутки колеса, масса корпуса, радиус действия передатчика,
дизайн, материал корпуса, разгоняемость.
Итак, вы пришли в магазин. С чего начать? Пройдитесь вдоль
прилавка с мышами, посмотрите, а потом приступайте к выбору.
Тут уж продавцу как всегда не избежать множества вопросов, на
которые ему будет ой как тяжело ответить.
Перед тем как идти за покупкой, вам следует определить, для
какой цели требуется мышь. Можно выделить четыре варианта:
□ офисные программы — пакет Microsoft Office, Lexicon,
Lotus, PageMaker и т. п.;
□ графические программы (сюда же можно включить
программы для дизайна и видеомонтажа) — Adobe PhotoShop,
Adobe Premier и т. п.;
□ игры — вне зависимости от предпочтений вам потребуется
практически одно и то же решение;
□ досуг — просмотр видеофильмов, прослушивание музыки,
немного игр.
Для начала выясним характеристики, которыми должна
обладать та самая мышь, что достойна покупки за любые деньги,
если, конечно, они есть. Если вы ограничены в средствах, то ваш
выбор удовлетворится лишь самой дешевой моделью. Но при
изрядной доли придирчивости продавцу все-таки придется
потратить на вас немало времени.
- 114 -
Во-первых, корпус мыши должен быть эргономичным: ваша
ладонь должна полностью ложиться на. "спину" мыши, а пальцы
при этом должны лежать на основных кнопках без напряжения.
Если для нажатия на одну из кнопок или для прокрутки колеса вам
требуется согнуть или вытянуть один из пальцев, лучше
присмотрите другую мышь. Советов по выбору конкретных
моделей в этом пункте дать нельзя, т. к. каждый пользователь
подбирает мышь под свою руку и предпочтения. Ощущение
комфортности при работе очень индивидуально: одним нравится, а
другим нет. Если вы считаете, что все модели, какие вы видели,
очень удобны, то попробуйте найти экземпляр, выпущенный где-то
в конце 80-х—начале 90-х годов. Современные модели практически
все имеют удобную форму корпуса мыши, но дизайн "а-ля кирпич"
поможет вам настроиться на соответствующую волну, и вы пойдете
в магазин уже приготовленные ко всем неожиданностям. Классический дизайн — симметричный светло-серый корпус с
"зализанными" краями. Несимметричные корпуса мало пригодны
для использования довольно многочисленной категорией
пользователей — левшей.
Во-вторых, устройство и расположение кнопок должны быть
такими, чтобы при работе вы не задумывались над тем, как бы
удобнее расположить руку, чтобы постоянно щелкать по той или
иной кнопке. Все должно находиться, как говорится, под рукой,
вернее, под соответствующими пальцами. Важные моменты:
□ кнопки должны располагаться под кончиками пальцев или,
в крайнем случае, так, чтобы при нажатии не приходилось двигать
кисть руки по корпусу мыши. Такое же требование выдвигается и
по отношению к колесу прокрутки. При постоянном использовании
скроллинга лучше всего, когда один палец всегда находится на
колесе, в то время как остальные имеют свободный доступ к
другим кнопкам;
□ кнопки должны быть достаточно жесткими, чтобы
исключить их случайное нажатие во время работы (в большей
степени это относится к дополнительным кнопкам, расположенным
по бокам корпуса). В то же время на нажатие не должно
затрачиваться больших усилий. Кнопки должны легко
удерживаться в нажатом состоянии;
□ кнопки должны быстро возвращаться в исходное
положение. Особенно это важно для игр, в которых приходится
- 115 -
очень быстро нажимать одну из кнопок. Один из факторов,
влияющих на эту скорость, — вертикальный ход кнопки. Он
должен быть как можно меньше. В то же время нажатие должно
четко ощущаться пальцем;
□ громкость щелканья должна быть минимальной. С одной
стороны проглядывается зависимость от размера вертикального
хода кнопки: чем он больше, тем громче щелкает мышь. С другой
стороны, что, наверное, более важно, она зависит от примененных
производителем микропереключателей. Хотя подходить к этому
вопросу лучше всего индивидуально. Если вам недостаточно
тактильных ощущений и требуется звуковое подтверждение
щелчка, выберите "громкую" мышь.
Не меньшие требования предъявляются и к колесу прокрутки.
Оно не должно быть слишком тугим и не должно прокручиваться
слишком легко. Тугое прокручивание раздражает и сводит к
минимуму преимущества такого манипулятора. Со временем вам
надоест прилагать значительные усилия для скроллинга, и вы
вернетесь к стандартным способам прокрутки экрана. Слишком
легкое вращение колеса приведет к тому, что страницы будут
прокручиваться слишком быстро и вам будет тяжело попасть на
необходимое место. Наиболее удачные варианты имеют некоторую
дискретность, шаг которой регулируется при помощи настройки
драйверов.
Колесо скроллинга должно "выглядывать" достаточно высоко.
Это очень удобно для быстрой прокрутки от начала до конца
текста. Тем более что практически у всех мышей колесо играет
роль третьей кнопки. Колесо, слишком сильно углубленное в
корпус, позволяет прокручивать экран только маленькими
шажками.
Мышь должна легко скользить по коврику. Легкость
скольжения зависит от качества пластиковых "ножек",
расположенных по углам периметра на дне корпуса мыши.
Чрезмерные усилия могут привести к усталости запястья.
Наилучшим тестом качества скольжения считается испытание в
работе на тканевом коврике. Если мышь "ездит" хорошо, то на
пластиковом или гелиевом она будет просто "летать". В то же
время, если мышь скользит с трудом уже на пластиковом
покрытии, то тканевый коврик лучше тогда вообще не приобретать,
либо стоит подумать о другой модели.
- 116 -
Следующий фактор, который, как ни странно, влияет на
удобство работы, — это вес корпуса мыши. Он не должен быть
очень большим и слишком маленьким. Конкретные рекомендации
здесь дать очень сложно, т. к. восприятие веса у каждого разное.
Одно можно сказать: мышь должна легко отрываться от стола и
удерживаться кистью руки. Это позволит совершать быстрые
короткие движения в воздухе, вместо того, чтобы "возить" мышью
по столу. Особенно хорошо этот фактор оценят любители
динамических игр. Для удобства удержания корпуса могут быть
применены и другие способы: резиновые вставки по бокам корпуса, сужение корпуса в
нижней части, ребристая поверхность и т. п.
Кабель, соединяющий манипулятор с системным блоком,
должен быть достаточно длинным, чтобы не мешать нормальной
работе за компьютером. Современные компьютерные столы имеют
специальную нишу для системного блока, расположенную всего в
нескольких сантиметрах от пола. Достаточно длинный кабель
позволит нормально работать мышью практически в любом месте
поверхности стола. Слишком короткий может оказаться натянутым,
что сокращает срок службы самого кабеля.
При самом серьезном подходе стоит обратить внимание на
материал, из которого сделан корпус мыши. Наиболее удачные
модели созданы из пластика немного шероховатого на ощупь. Вопервых, такая поверхность намного приятнее на ощупь, чем
гладкий пластик. Во-вторых, такая мышь легче удерживается
вспотевшей рукой. А какой может быть рука во время разгара
турнира в Unreal?
Наиболее "навороченный" вариант — оптическая радиомышь
с пятью кнопками: три кнопки расположены как обычно (две
основные и одна под колесом прокрутки), а две дополнительные
находятся на боковых стенках корпуса. Корпус обязательно
симметричный, чтобы мышью могли пользоваться не только
правши, но и левши. Размер корпуса должен быть рассчитан на
пользователя со средним размером руки.
Немного о коврике
При выборе коврика обязательно возьмите с собой и мышь,
для которой он будет предназначен. Различные модели по-разному
скользят на пластиковых и тканевых ковриках, поэтому
окончательный выбор можно будет сделать только после
- 117 -
испытаний.
Одним из самых важных показателей коврика для мыши
является внешний вид. Тут фантазия разработчиков проявляется в
полной мере: рисунки могут представлять собой не только
мультипликационных героев, но и вполне качественные
фотографии известных людей, автомобилей, животных и т. п.
Покрытие верхней плоскости должно быть таким, чтобы
шарик мыши или оптика работали четко, без "проскальзывания". В
качестве покрытия может быть выбран обычный пластик или очень
плотная ткань. Для первого варианта характерно очень быстрое
загрязнение, правда, отмыть его также можно очень быстро. Второй
вариант более "придирчив" к чистоте рабочего стола, т. к. отмывать
его очень сложно.
На некоторых ковриках имеются специальные гелевые
подушечки, предназначенные для запястья руки.
Очень важно, чтобы коврик имел хорошее сцепление с
поверхностью стола, иначе он будет передвигаться вместе с
мышью. Для этого нижнюю поверхность коврика иногда покрывают слоем клейкой массы,
обладающей высоким коэффициентом трения.
Проблемы, характерные для мышей
Мышь на пару с клавиатурой выдерживает самую большую
механическую нагрузку из всех частей персонального компьютера,
поэтому ее поломка обычно никого не удивляет. Одно успокаивает
— поломка мыши совершенно никак не сказывается на
работоспособности компьютера в целом. Мышь, подключаемую к
последовательному порту или порту USВ, можно заменить, даже не
перезагружая компьютер.
Как правило, мышь не перестает работать сразу. Сначала
появляются признаки нестабильной работы (проскальзывание
шарика, отсутствие реакции на нажатие кнопок и т. д.), поэтому у
вас есть время подумать: покупать новую мышь или что-то делать
со старой.
Для оптико-механических мышей считается нормальным
регулярное загрязнение роликов спрессованной пылью и грязью.
Из-за этого курсор начинает "плясать", сильно отклоняясь от
заданной пользователем траектории, либо вообще перестает
двигаться.
Одна из причин поломки — износ механических частей.
- 118 -
Иногда в порыве страсти некоторые пользователи так бьют мышью
об стол, что ролики просто-напросто ломаются. Оптические мыши
этого недостатка лишены: ни шарика, ни роликов там нет. Выбор
остается за вами.
ГЛАВА 6
Монитор
Компьютерный монитор (он же дисплей или экран)
представляет собой устройство для вывода текстовой и
графической информации. По сути, он играет роль переводчика
между компьютерным цифровым языком и образным мышлением
человека. Роль посредника между монитором и компьютером
играет видеоплата, которая в свою очередь преобразует цифровые
сигналы, исходящие от компьютера, в сигналы аналоговые,
понятные монитору.
Самые древние компьютеры, размеры которых были не менее
чем с мебельную стенку, выдавали результаты своих вычислений
на печатающее устройство (принтер, если хотите). Очень часто
такие компьютеры оснащались осциллографами, которые
использовались для контроля электрических цепей вычислительной
машины: какие сигналы и где проходят, какую они имеют форму и
т. п. Это помогало выявлять ошибки в работе компонентов и
вовремя заменять пришедшие в негодность запчасти. Впервые для
вывода графической информации стали использовать осциллограф
примерно в середине 50-х годов прошлого века. Этот период
времени можно считать годом рождения монитора в таком виде, в
каком мы сегодня его видим. Правда, путь развития, который
прошел монитор за все это время, отличался немалым прогрессом и
большим количеством условных этапов, по достижении которых
пользователь мог насладиться совершенно новым качеством
изображения. Этот путь не закончился до сих пор, и мы можем
наблюдать за внедрением в этой области все более новых
технологий. Но все по порядку...
Первые мониторы представляли собой довольно примитивные
устройства (рис. 6.1), способные отображать только заранее
предусмотренные символы (примерно так же, как табло на
электронных часах). Но даже в то время пользователи ЭВМ
умудрялись создавать игровые программы. Представляете, что уже
через год-полтора после первых испытаний осциллографа в качестве монитора (согласно историческим данным) была
- 119 -
разработана первая игра: шашки. Следующим серьезным шагом
стала разработка так называемых растровых мониторов. Мониторы
новой технологии представляют собой экран, поделенный на
большое количество отдельных точек (пикселов). Электронный
пучок, который ранее занимался формированием символов, теперь
постоянно с высокой скоростью сканирует поверхность экрана
слева направо и сверху вниз, "пробегая" раз за разом всю
поверхность экрана. Эта технология очень хорошо прижилась и
применяется до сих пор как в компьютерных мониторах, так и в
других устройствах отображения информации (например,
телевизорах). Как вы понимаете, все это время использовались
исключительно монохромные мониторы (термин "черно-белые"
обычно не применяется потому, что вместо белого цвета для
отображения символов и графики часто использовали зеленый
цвет).
Рис. 6.1. На рисунке справа женщина сидит за одним из самых
первым мониторов
Сегодня очень сложно представить "бедных" пользователей
компьютеров, которые были вынуждены "терпеть" ядовитозеленый цвет букв на экране монитора, потому что практически все
современные устройства способны отображать огромное число
цветов и их оттенков.
Монитор и персональный компьютер зачастую
отождествляются, потому что не бывает компьютера без монитора,
да и обратное вполне верно. Придумали, конечно, как подключить
компьютер к обычному телевизору, появились видеоплаты с
видеовыходом, которые позволяют обойтись без монитора. Но...
никакой телевизор не заменит по качеству отображения картинки
даже самый простой современный монитор. Понять это можно, наверное, только опробовав оба варианта на практике.
Устройство и принципы работы монитора
- 120 -
Любой современный монитор способен работать в двух
режимах: Текстовом и графическом.
В текстовом режиме монитор эмулирует старые типы
мониторов, которые могли отображать исключительно символьную
информацию. Этот режим в основном используется только
операционной системой MS-DOS (любых версий). При этом
поверхность экрана монитора условно разбивается на участки
размером с отдельный символ (знакоместа). Например, устанавливается 25 строк по 80 символов в каждой. Такой режим использует,
например, программа Norton Commander. На каждом знакоместе
независимо от его положения на экране может быть отображен
один из 256 заранее определенных символов: заглавные и строчные
буквы, цифры. В зависимости от применяемой кодировки
количество отображаемых символов может быть увеличено, таким
образом, например, выводят на экран так называемую
псевдографику или буквы кириллицы, используемые в русском
языке (следует напомнить, что монитор "штучка" импортная,
поэтому нам приходится к ней приспосабливаться).
В графическом режиме экран монитора представляет собой
прямоугольную матрицу, состоящую из определенного количества
точек (пикселов). Это количество, которое определяется отдельно
по горизонтали и вертикали, составляет важный параметр любого
монитора: его разрешающую способность. Из-за того, что в
мониторах используется прямоугольная матрица, разрешение по
горизонтали немного больше, чем по вертикали (например, 640x480
пикселов). Размер этих точек определяет не менее важный параметр: зерно. Чем меньше размер зерна монитора, тем больше может
быть разрешение экрана (имеется в виду полезное разрешение, при
котором даже мелкие детали хорошо просматриваются). Качество
изображения зависит не только от монитора, но и от видеоплаты,
которая может ограничивать разрешение или количество
отображаемых оттенков.
Современные мониторы можно подразделить на два типа:
1. Мониторы с электронно-лучевой трубкой. Они
представляют собой потомков осциллографов, использующих для
вывода информации на экран луч, состоящий из потока электронов.
Их устройство и принципы работы очень похожи на обычный
телевизор.
2. Жидкокристаллические мониторы. Устройство и принципы
- 121 -
работы значительно отличаются от электронно-лучевых
предшественников. Единственное, что можно сказать, — за ними
будущее.
По способу подключения различают два вида: аналоговый и
цифровой. В первом случае на соединительном кабеле со стороны
компьютера размещается трехрядный разъем, который чаще всего
называют VGA-разъемом (Video Graphics Array). Кабель со
стороны монитора, как правило, вмонтирован в корпус, хотя иногда встречается такой же разъем, что
и со стороны компьютера. Во втором случае может быть несколько
модификаций разъемов. Чаще всего используется разъем, очень
похожий на разъем интерфейса RS-232C (обычно его обозначают
как DB-15), через который на монитор передается не только
изображение, но и управляющие сигналы, позволяющие
программно изменять параметры монитора: геометрические
размеры, яркость, контрастность и т. п.
Немаловажным моментом при описании монитора является
наличие на его лицевой панели кнопок управления. Под
управлением понимают настройку таких параметров, как яркость,
геометрия изображения на экране и т. п. Существует два типа
систем управления:
□ аналоговое управление (ручки, движки);
□ цифровое управление (кнопки, меню, цифровое управление
с компьютера).
Аналоговое управление используется в дешевых моделях,
хотя в последнее время таких мониторов практически уже не
встретишь. Цифровое управление применяется практически во всех
современных мониторах, а количество параметров, которые
подлежат корректировке, может изменяться от модели к модели.
Например, такие как: яркость, контрастность, размер и центровка
по горизонтали, размер и центровка по вертикали, поворот растра,
подушка, дуга, трапеция и параллелограмм, горизонтальное и
вертикальное сведение, настройка чистоты цвета в углах экрана,
подавление муара, ручное размагничивание, выбор видеовхода,
позиционирование меню, выбор языка меню (9 языков), задержка
перед включением функции энергосбережения, блокировка панели
управления, цветовая температура, масштабирование,
автоматическая настройка размера и центровка, сброс
пользовательских настроек. Итого 26 настроек.
- 122 -
Иногда в корпус монитора встраивают акустические системы,
что, с одной стороны, избавляет пользователя от необходимости
покупать их отдельно, а с другой — усложняет процесс
модернизации, т. к. встроенные динамики обычно отличаются
простотой устройства и низким качеством звука.
Все современные мониторы поддерживают разрешение вплоть
до 1600x1200 точек и глубину цветов True Color (16,7 млн.
оттенков). При этом они поддерживают все стандарты: от самого
последнего SVGA до самого древнего MDA.
□ MDA (Monochrome Display Adapter). Монохромный
дисплей, позволяющий работать в текстовом режиме с
разрешением 80x25 символов, поддерживает пять атрибутов текста:
обычный, яркий, инверсный, подчеркнутый и мигающий.
□ CGA (Color Graphics Adapter). Первый цветной дисплей.
Позволяет работать в текстовом режиме с разрешениями 40x25 и
80x25 символов, либо
в графическом режиме с разрешением 320x240 или 640x200
(такие разрешения можно встретить в наиболее старых играх вроде
DOOM, Quake и т. п.). В текстовом режиме доступно 256 атрибутов
символа (16 цветов самого символа и 16 цветов фона), в
графическом режиме — 16 цветов (режим 640x200 остался
монохромным).
□ EGA (Enhanced Graphics Adapter). Добавлено разрешение
640x350, количество цветов до 64 оттенков.
□ VGA (Video Graphics Array). Фактический видеостандарт,
начиная с конца 1980-х годов. Добавлено разрешение 640x480,
которое используется до сих пор при загрузке Windows в
защищенном режиме. Количество цветов ограничено в основном
16-ю, т. к. расширенная палитра (до 64 оттенков) достигается за
счет изменения яркости символов.
□ SVGA (Super VGA). Расширение VGA с добавлением более
высоких разрешений и глубины цвета. Добавлены разрешения:
800x600, 1024x768, 1152x864, 1280x1024, 1600x1200 и цветовой
диапазон: 65 536 (High Color) и 16,7 млн. (True Color).
Монитор с электронно-лучевой трубкой
Название "монитор с электронно-лучевой трубкой" (ЭЛТ)
произошло от самого главного его элемента, более известного под
названием кинескоп. Иногда при описании характеристик этого
типа мониторов используют термин "CRT-монитор" (от англ.
- 123 -
Cathode Ray Tube — электронно-лучевая трубка) (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Внешний вид ЭЛТ-монитора
Принцип работы монитора очень прост: монитор получает
сигнал от компьютера и передает его на электронно-лучевую
пушку, которая формирует луч, рисующий на экране изображение.
В подавляющем большинстве случаев монитор представляет
собой самостоятельный конструктивный блок. К нижней части
корпуса прикреплена сферическая опора, которая позволяет
устанавливать экран под удобным для пользователя углом. Внутри
корпуса размещены: блок питания и электронные схемы,
необходимые для формирования экранного изображения, а также
сама электронно-лучевая трубка.
Рис. 6.3. Устройство электронно-лучевой трубки
Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную
колбу (рис. 6.3), внутри которой находятся электронная пушка и
отклоняющая система. Внутренняя поверхность лицевой части
колбы покрыта специальным веществом, которое при облучении
потоком электронов начинает светиться (тот же принцип
используется в лампах дневного света). Для цветных мониторов это
вещество (люминофор), как правило, состоит из сложной смеси
редкоземельных металлов: иттрия, эрбия- и т. п. Для обеспечения
стабильной работы всей системы из колбы полностью откачан
воздух (создан вакуум).
Для создания изображения используется электронная пушка,
- 124 -
излучающая поток электронов сквозь металлическую решетку (так
называемую маску) на внутреннюю поверхность стеклянного
экрана монитора, которая покрыта разноцветными точками
люминофора. Скорость потока электронов ускоряется модулятором
интенсивности и ускоряющей системы. В результате, электроны
приобретают высокую энергию, часть которой используется впоследствии для свечения люминофора, т. е. попадание электронов на
точку люминофора заставляет ее испускать свет определенного
цвета. В цветном мониторе используются три электронные пушки,
каждая из которых отвечает за один из оттенков цветовой модели
RGB (Red Green Blue — красный, зеленый, голубой).
Каждая точка люминофора состоит из трех частиц,
различающихся по излучаемому цвету. Одна из них излучает
красный цвет, вторая — зеленый, а третья — голубой. Каждая из
трех электронных пушек рассчитана на обстрел конкретного цвета
точек. Изменяя интенсивность и комбинируя "обстрел" люминофора, электронная схема монитора формирует
окончательное изображение.
Для управления электронными пушками в мониторе имеется
управляющая электроника, от качества которой во многом зависит
качество работы монитора (даже с абсолютно одинаковой
электронно-лучевой трубкой). Трехлучевые ЭЛТ-мониторы можно
подразделить на два класса:
□ с дельтообразным расположением электронных пушек; □ с
планарным расположением электронных пушек.
Трубки с планарным расположением пушек иногда называют
кинескопами с самосведением лучей. Дело в том, что притяжение
Земли влияет на поток электронов, поэтому для нормальной работы
дельтообразной схемы требуется дополнительная регулировка
(сведение лучей). При дельтообразной схеме воздействие на
каждый луч абсолютно одинаково, так что дополнительной
регулировки для этих мониторов не требуется.
Как уже говорилось, поток электронов по пути к люминофору
проходит через специальную маску, предназначение которой
сводится к формированию растра изображения. Для производства
применяется два типа маски:
□ теневая маска (Shadow Mask);
□ щелевая маска (Slot Mask).
Теневая маска или, как ее еще называют, точечная (рис. 6.4)
- 125 -
используется в большинстве мониторов, производимых
компаниями LG, Samsung, ViewSonic, Hitachi, Belinea, Panasonic,
Daewoo, Nokia и многими другими.
Рис. 6.4. Внешний вид теневой маски и принцип ее работы
Щелевая маска или, как ее еще называют, полосовая (рис. 6.5)
используется в некоторых моделях мониторов производимых
компаниями NEC (ChromaClear) и Panasonic (PanaFlat, PureFlat).
Существует еще один тип, редко используемый, но имеющий
право на жизнь. Это апертурная решетка (Aperture Grill), которая
применяется для производства трубок компаний Sony (Trinitron) и
Mitsubishi (Diamondtron).
Различие между этими двумя разновидностями состоит в
различном подходе к формированию изображения (рис. 6.6).
Трубки, произведенные по этой технологии, имеют
стабилизационные нити, которые хорошо видны, особенно при
светлом фоне изображения на мониторе. Они обеспечивают значительно более контрастное и насыщенное изображение, а также
более высокое разрешение, чем более привычные два типа.
Недостатком можно считать менее качественное сведение лучей,
хотя это дело вкуса.
Рис. 6.5. Внешний вид щелевой маски и принцип ее работы
- 126 -
Рис. 6.6. Внешний вид апертурной решетки и принцип ее
работы
Различаются мониторы также формой кинескопов.
Существует три типа поверхности экрана:
□ сферический;
□ цилиндрический;
□ плоский.
Сферический экран (рис. 6.7) имеет выпуклую поверхность
экрана, за счет чего все точки расположены на одинаковом
расстоянии от электронной пушки. Применяется в самых дешевых
мониторах, т. к. качество изображения на них относительно плохое.
Рис. 6.7. Внешний вид сферического кинескопа
Цилиндрический экран (рис. 6.8) имеет форму плоскую по
вертикали и закругленную по горизонтали. Преимущество такого
экрана: большая яркость, меньшее количество бликов. Основные
торговые марки: Trinitron и Diamondtron.
Рис. 6.8. Внешний вид цилиндрического кинескопа
- 127 -
Рис. 6.9. Внешний вид плоского кинескопа
Плоский экран (рис. 6.9) — без комментариев.
Устанавливается в самых дорогих моделях мониторов. С виду
такой экран имеет вид вогнутого внутрь, но когда привыкнешь, то
другого уже не надо будет.
Важной потребительской характеристикой можно считать
наличие отражающего и защитного слоя на экране монитора. Могут
применяться нижеприведенные типы покрытий.
□ Антистатическое покрытие. Представляет собой тонкий
слой специального химического состава, который предотвращает
накопление электростатического заряда.
□ Кварцевое покрытие. Недорогое покрытие, которое
уменьшает блики на экране. Если поверхность никак не обработана,
то она будет отражать все предметы, которые находятся за спиной
пользователя, а также его самого. В техническом описании обычно
указывается, какой процент света отражается (например, 40%).
□ Многослойное антибликовое покрытие. Такое покрытие
обеспечивает высокую резкость при отсутствии бликов, но имеет
высокую стоимость (за удовольствие приходится платить).
Используется только в дорогих 21-дюймовых моделях.
Для отражения применяются материалы с различными
преломляющими свойствами. Некоторые производители добавляют
в покрытие химические соединения, играющие роль антистатиков,
препятствующих прилипанию пыли к поверхности экрана.
Покрытие должно отражать от экрана только внешний свет, а на
яркость экрана оно не должно оказывать никакого влияния. Как
видите, почва для работы имеется, поэтому различные производители используют отличные технологии, имеющие и
преимущества, и недостатки.
Жидкокристаллический монитор
Жидкокристаллический (ЖК) монитор часто называют LCDдисплеем (рис. 6.10), что переводится как дисплей на жидких
кристаллах (Liquid Crystal Display). Экран ЖК-монитора
представляет собой матрицу, состоящую из отдельных ячеек,
наполненных жидкими кристаллами.
- 128 -
Рис. 6.10. Внешний вид ЖК-монитора
Жидкий кристалл представляет собой вещество, которое
одновременно обладает свойствами жидкостей (текучесть) и
кристаллов (твердость). Для изготовления матриц используют так
называемые нематические кристаллы, молекулы которых имеют
форму палочек или вытянутых пластинок. ЖК-элемент, из которых
непосредственно состоит матрица, помимо кристаллов включает в
себя прозрачные электроды и поляризаторы. В отсутствие электрического поля молекулы нематических кристаллов образуют
скрученные спирали. При прохождении в этот момент луча света
через ЖК-элемент плоскость поляризации его поворачивается на
некоторый угол. Если на входе и выходе этого элемента поместить
поляризаторы, смещенные друг относительно друга на такой же
угол, то свет беспрепятственно сможет проходить через этот
элемент. Если же к прозрачным электродам приложено
напряжение, спираль молекул распрямляется и поворота плоскости
поляризации уже не происходит. Как следствие, выходной
поляризатор не пропускает свет. Примером может служить ЖКиндикатор наручных электронных часов.
Матрица жидкокристаллического экрана устроена следующим
образом: между двумя пластинами из чистого стекла находится
тонкий слой жидких кристаллов. На обеих пластинах есть
специальные бороздки, которые предназначены для ориентации
кристаллов строго определенным образом. Бороздки, сделанные из
прозрачного полимера, на каждой из пластин расположены
параллельно друг другу и перпендикулярно относительно другой
пластины. Таким образом вся масса кристаллов равномерно
распределена в получившихся маленьких ячейках (они же будущие
пикселы). Чем больше
ячеек в матрице, тем выше будет разрешение монитора, при
этом цвет получается за счет того, что на каждый пиксел
приходится три ячейки с кристаллами с разными оптическими
- 129 -
фильтрами (для трех основных цветов, RGB).
Получившаяся матрица освещается источником света, что
можно заметить по легкому свечению экрана сразу же после
включения монитора в сеть. Лампа подсветки может быть
расположена сбоку, а напротив может размещаться отражающее
зеркало. В некоторых моделях применяют две лампы,
расположенные друг против друга. Как только жидкие кристаллы
подвергаются воздействию электрического поля, их молекулы
начинают выстраиваться в соответствии с направляющими
бороздками, прохождение света в некоторых областях матрицы
"нарушается" и пользователю представляется некая картина. В ЖКмониторах помимо основного имеется еще несколько слоев,
предназначенных, как правило, для улучшения качества изображения. Они являются поляризационными фильтрами,
пропускающими только тот свет, который соответствует заданному
направлению. Данное направление задается бороздками, в которых
размещены жидкие кристаллы, а остальной свет фильтры либо
частично, либо полностью поглощают.
Различают пассивные и активные матрицы. В пассивных
матрицах используется построчное формирование изображения
путем последовательного подвода управляющего напряжения к
отдельным ячейкам. Из-за высокой электрической емкости ячеек
они обладают большой инерционностью, из-за которой может быть
не видно курсора мыши при слишком быстром движении.
Наилучшее предназначение пассивных матриц — вывод
статических картинок. В активных матрицах используется
несколько иной принцип работы: для каждой точки экрана
применяются отдельные управляющие элементы. Преимуществом
активных матриц является более значительный угол обзора, чем в
пассивных матрицах. К тому же они лучше справляются с динамическими изображениями. Способ изготовления вашего
монитора можно выяснить путем внимательного изучения
инструкции. Упоминание о технологии STN (Super Twisted
Nematic), DSTN (Double Super Twisted Nematic), TSTN (Triple Super
Twisted Nematic) или DSS (Dual Scan Screens) указывает на то, что
вы приобрели монитор с пассивной матрицей, а упоминание о
технологии TFT (Thin Film Transistor) или STFT (Super Thin Film
Transistor) говорит о наличии в мониторе активной матрицы.
Естественно, что "пассивные" мониторы значительно дешевле
- 130 -
"активных".
В современном мире ПК наиболее распространены мониторы
с активной матрицей изготовленных по технологии STFT,
наименование которой исходит от названия транзисторов,
используемых в качестве управляющих элементов. Отличие от
предыдущей модификации TFT состоит в наличии дополнительных
управляющих электродов, которые заставляют молекулы кристаллов вращаться. Это позволяет создать монитор, качество
изображения на котором мало зависит от угла зрения, чего не было
в первых моделях с TFT-технологией.
Технология производства жидкокристаллических матриц
очень сложна. Представьте, что для реализации разрешения
800x600 точек на матрице необходимо разместить 1 440 000
отдельных управляющих элементов. Чтобы хотя бы немного
удешевить выпуск ЖК-мониторов, производители намеренно
упрощают производственные линии, что сказывается на качестве
продукции. Очень часто даже у новых мониторов встречаются
нерабочие ячейки, которые либо постоянно светятся белым светом,
либо всегда остаются темными.
При выборе ЖК-монитора тщательно изучите поверхность
экрана сначала на белом, а затем на черном фоне. Обратите
внимание на возможное наличие "мертвых" пикселов.
Присмотритесь к яркости изображения в разных частях экрана.
Сегодня очень сложно найти мониторы с пассивной матрицей,
разве что на очень древнем ноутбуке, но, если вы работаете только
с офисными программами (да в Интернете), то вполне можно
приобрести такого "старичка". Очень важным параметром ЖКмонитора является угол обзора, особенно по вертикали, от которого
зависит равномерность яркости и насыщенности изображения,
независимо от угля зрения. Очень неприятно, когда вверху или
внизу экрана изображение становится бледным.
К сожалению, не существует жесткого стандарта на
максимально допустимое число неработающих точек, поэтому у
каждого производителя имеются собственные нормативы. Обычно
3—5 неработающих точек считается нормой. Наличие подобных
дефектов следует проверять в магазине, т. к. они заводским браком
не считаются и в гарантийный ремонт такие мониторы не
принимаются.
Все различия моделей ЖК-мониторов в основном сводятся к
- 131 -
изменению дизайна и наличию дополнительных функций вроде
USB-хаба, встроенных колонок и т. п. Причиной тому малое
количество производителей, выпускающих ЖК-матрицы и
электронику контроллеров. Логотип какой-нибудь неизвестной вам
фирмы, скорее всего, означает лишь то, что она занималась
разработкой дизайна и сборкой монитора (в стиле "а-ля
конструктор").
Огромное преимущество ЖК-мониторов над электроннолучевыми собратьями — полное отсутствие геометрических
искажений. По началу даже может показаться непривычным
отсутствие большого количества кнопок для настройки, которыми
так "гордятся" ЭЛТ-мониторы. На большинстве ЖК-мониторов
можно встретить следующие кнопки управления: настройка
яркости, контрастности, размера изображения, регулировка
цветовой температуры, изменение положения изображения и т. п.
Недостатком ЖК-мониторов можно считать физическую
неспособность работать в разных разрешениях. Качественное
изображение можно получить только при использовании "родного"
разрешения экрана, т. е. предусмотренного в качестве стандарта
производителем монитора. Единственно, что успокаивает, так это
большие разрешения по умолчанию, поддерживаемые
современными ЖК-мониторами (например, 1280x1024 точек).
Меньшие разрешения формируются двумя способами:
масштабированием, при котором контрастные детали теряют
четкость, и использованием только части пикселов. Иногда можно
встретить уменьшение размера видимой части экрана, при котором
изображение располагается в центре и содержит количество точек,
соответствующее разрешению.
Еще одна беда ЖК-мониторов — это неспособность
воспроизводить цветовую гамму, соответствующую режиму True
Color (24 бит). В лучшем случае, на что способны самые
распространенные модели, — это 18-битный цвет (немного лучше
High Color 16 бит). Хотя большая часть пользователей вряд ли
сможет увидеть разницу между двумя рядом стоящими оттенками,
что при 24-битном цвете, что при 18-битном.
Для ЖК-мониторов критичным является параметр,
характеризующий допустимый угол обзора. Дело в том, что из-за
специфики устройства и работы матрица жидких кристаллов
излучает вертикально ориентированный свет. Поэтому если
- 132 -
смотреть на такой монитор сбоку, то на изображении будут сильно
заметны искажения цвета. Таким недостатком обладают только
ЖК-мониторы. Для большинства моделей этот параметр находится
в пределах 40° по вертикали и 90° по горизонтали. Наиболее
современные технологии позволяют расширить угол обзора до 160°
и выше, что приближается к характеристикам ЭЛТ-мониторов.
Довольно проблематичным параметром для ЖК-мониторов
считается контрастность изображения. Дело в том, что яркость
свечения лампы дневного света очень сложно изменить (при работе
монитора они всегда включены), а блокировать полностью
прохождение света при помощи изменения свойств жидких
кристаллов не удается. В результате показатели контрастности ЖКмониторов значительно хуже, чем для ЭЛТ-мониторов (максимум
250:1 против 500:1).
Зато в области яркости изображения у ЖК-мониторов
конкурентов нет, по крайней мере, среди ЭЛТ-мониторов. Тогда
как электронно-лучевые трубки способны выдать примерно 100—
120 кд/м2, жидкокристаллические матрицы имеют характеристики
вдвое лучшие — 200—250 кд/м2 (табл. 6.1).
Таблица 6.1. Сравнительные характеристики мониторов
Таблица 6.1 (окончание)
- 133 -
Рекомендации по выбору монитора
Монитор — единственный компонент персонального
компьютера, который меняется очень редко. Именно поэтому к его
выбору следует отнестись особенно внимательно. Монитор должен
быть таким, чтобы можно было безопасно за ним работать и играть,
чтобы не болела голова и не уставали глаза. Мониторы не
поддаются модернизации, а если вам и удастся впоследствии его
продать, то за смешную цену. Поэтому прежде чем приобретать
что-либо, подумайте о покупке качественного монитора.
Размер экрана. Точнее было бы сказать размер рабочей
диагонали экрана. Дело в том, что у большинства моделей ЭЛТмониторов используется не вся поверхность экрана, т. к. часть ее
"съедается" пластиком корпуса. Для ЖК-мониторов такой
проблемы не существует. Минимальным сегодня является размер
15", рекомендуемым 17".
Частота регенерации экрана. Чем выше эта частота, тем более
устойчивым выглядит изображение на экране. Мерцание
изображения приводит к чрезмерному утомлению зрения, головной
боли и при длительном воздействии к ухудшению зрения.
Желательно, чтобы она составляла хотя бы 70 Гц (чем больше
размер экрана, тем выше должна быть частота регенерации). ЖКмониторы вообще не мерцают, благодаря другой технологии
- 134 -
изготовления (лампа ведь светит непрерывно).
Размер зерна. Чем меньше этот показатель, тем более высокое
разрешение доступно монитору. Если установленное разрешение
превышает возможности монитора, то самые мелкие детали будут
выглядеть смазанными. Наиболее качественными показателями
изображения обладают мониторы с зерном 0,25 мм.
Поддерживаемые разрешения. Минимальным разрешением на
сегодняшний день можно считать 1024x768 точек, т. к. более
низкие разрешения не могут обеспечить комфортной работы в
некоторых программах или играх. Для мониторов с небольшим
размером диагонали (14 и 15") может хватить и разрешения
800x600 точек. Для ЖК-мониторов существует только одно оптимальное разрешение, на которое рассчитана матрица. При выборе
остальных разрешений качество изображения оставляет желать
лучшего, хотя на вкус и цвет товарищей нет... (табл. 6.2).
Таблица 6.2. Рекомендованные характеристики для мониторов
Глубина цвета. Особенно важен этот параметр, когда
компьютер планируется использовать для редактирования
фотографий, просмотра видеофильмов и т. п. Это позволит в
полной мере насладиться всеми возможностями, предоставляемыми ПК.
Допустимые углы обзора. В этом плане побеждают ЭЛТмониторы, хотя некоторые модели ЖК-мониторов уже имеют
характеристики, близкие к ним.
Характеристики кинескопа. Обратите внимание на наличие
- 135 -
защитного покрытия, которое препятствует отражению внешнего
света. Это позволит вам нормально работать даже в хорошо
освещенном помещении. Очень важным является наличие
антистатического покрытия, потому что налипающая пыль со
временем может снизить яркость изображения (правда, если регулярно ее не удалять).
Вес и размеры. Средний вес ЭЛТ-мониторов: 15" равен 12—15
кг, 17" равен 12—20 кг, 19" равен 21—28 кг и 21" равен 25—34 кг,
вес ЖК-мониторов может быть в пределах от 4 до 10 кг. Типичные
размеры ЭЛТ-мониторов показаны в табл. 6.3, при этом
аналогичные ЖК-мониторы имеют общую глубину корпуса на 50—
60% меньшую (рис. 6.11)
Рис. 6.11. Даже внешне ЖК-мониторы сильно отличаются от
ЭЛТ-мониторов
Таблица 6.3. Типовые размеры ЭЛТ-мониторов
Потребляемая мощность. ЭЛТ-мониторы потребляют энергии
в зависимости от размера экрана от 65 до 140 Вт. ЖК-мониторы
являются более экономичными — они потребляют от 25 до 70 Вт (в
среднем 35—40 Вт).
Дополнительные возможности. Все профессиональные
мониторы должны поддерживать регулировку цветовой
температуры, которая определяет, какой оттенок на мониторе будет
у белого цвета. Это очень полезная функция, когда очень важно
видеть, какой цвет на самом деле имеет тот или иной объект
(например, при подготовке рекламных буклетов и другой типографской продукции). Современные мониторы, как правило, имеют
- 136 -
несколько фиксированных значений цветовой температуры.
Стоит обратить внимание еще на одну удобную особенность,
которую имеют некоторые модели ЖК-мониторов, — возможность
повернуть дисплей на 90°, т. е. изменить альбомную (Landscape)
ориентацию экрана на портретную (Portrait). Это очень удобно при
работе с Web-страницами или большими документами, где
дополнительная высота изображения в портретной ориентации
оказывается весьма полезной.
Излучение — опасно ли оно?
При покупке нового монитора всегда возникает вопрос о
безопасности для здоровья. Считается, что длительная работа за
монитором может обострить заболевания глаз. Причина —
постоянное электромагнитное излучение. Миф это или чистая
правда? Ответ неоднозначен: вообще-то неправда, но к советам по
безопасности стоит прислушиваться. Давайте рассмотрим этот
вопрос подробнее.
Работающий монитор является источником практически всех
видов электромагнитного излучения: от рентгеновского до
сверхнизкочастотного. Воздействие разных частот на организм
человека неодинаково. Всем известно, что рентгеновское излучение
вредно для человека только в больших количествах. По этой
причине не рекомендуют пользоваться им больше раза в год
(имеются в виду медицинские цели), повсеместно начинают
вводить новые технологии "просветки" человеческого тела,
например ультразвук. В малых же дозах рентген никакого вреда не
приносит. Интересно, что поверхность земли сама является
источником излучения. Не зря увеличение радиационного фона
обычно указывают в процентах от естественного фона. Это только
подтверждает информацию о том, что маленькая доза никакого
вреда не приносит. Как это относится к мониторам? Дело в том, что
все современные мониторы имеют уровень рентгеновского
излучения, сравнимый с естественным фоном, поэтому миф о
возможности возникновения рака после длительного сидения перед
монитором можно развеять по ветру. Для того чтобы избежать
покупки бракованного монитора, возьмите с собой в магазин
счетчик Гейгера.
Если говорить о частотах нижнего диапазона, то степень их
влияния на организм человека изучена очень плохо. Исследования
показывают различные результаты: одни говорят об их вреде для
- 137 -
здоровья, другие — отрицают результаты первых. Хотя одно
можно сказать точно. При воздействии низких частот в течение
10—15 лет практически, согласно результатам исследований, не
возникает никаких злокачественных опухолей. Это немного успокаивает, но малая степень изученности заставляет все-таки
беспокоиться об уменьшении уровня излучения от монитора.
Но тогда возникает вопрос: "А почему после длительной
работы за компьютером начинают болеть глаза или, например,
голова?" Причин может быть несколько, но излучение здесь явно
не виновато.
Особенностью зрения является то, что нервная система
человека воспринимает так называемую "полезную информацию",
т. е. информацию, которую мозг в силах обработать и осмыслить.
Вся остальная информация мозгом воспринимается, но не
анализируется. Мы ее как будто не замечаем. В нашем случае это,
например, моргание кадровой развертки. Все, наверное, обращали
внимание на то, что, когда по телевизору показывают монитор
компьютера, его экран очень сильно моргает по вертикали. Это и
есть кадровая развертка. В старых мониторах использовалась
частота 50 Гц, которая как раз и вызывает быструю утомляемость
при работе за компьютером. Даже лампы дневного света
устанавливают попарно, подключая их в противофазе, чтобы
компенсировать пульсацию света частотой 50 Гц, равной частоте
переменного тока в электрической сети. Учитывая данный фактор,
все современные мониторы поддерживают повышенные частоты
кадровой развертки (60, 75, 85 или 100 Гц), что позволяет снизить
утомляемость при работе.
Для урегулирования параметров монитора были приняты
стандарты, предъявляющие требования к безопасности их
применения. Существует несколько разновидностей стандартов
безопасности. Это MPR (MPRII) — стандарт, определяющий
параметры электромагнитной безопасности, и ТСО (92, 95, 99) —
стандарт, регулирующий воздействие всех потенциально вредных
факторов: электромагнитного излучения, энергосберегающих,
эргономических и экологических параметров. Каждая новая версия
стандарта предъявляет все более жесткие требования к
безопасности, чем предыдущая. При покупке монитора обратите
внимание на соответствие его параметров одному из стандартов
безопасности. Надписи вроде "Low Radiation" значения никакого не
- 138 -
имеют, т. к. они играют сугубо рекламную роль. Минимально
приемлемым при покупке нового монитора является стандарт
MPRII или ТСО'99. Узнать о поддержке этих стандартов
конкретной моделью монитора можно, внимательно изучив
паспорт или посетив официальный сайт производителя. Как
правило, на одной из страниц сайта приводятся технические
характеристики всех выпускаемых моделей. Можно также
посетить сайт,
посвященный описанию одного из видов стандарта, например,
http:// www.tcodevelopment.com/.
И немного о защитных экранах. Защитный экран способен
уменьшить напряженность электрического поля до величины,
соответствующей стандарту безопасности. Однако он никак не
влияет на величину магнитной составляющей электромагнитного
поля сверхнизкой частоты. Зато такой экран позволяет немного
увеличить контрастность изображения и устранить блики от
внешнего освещения, что в принципе уменьшает утомляемость
зрения.
Общие рекомендации по выбору безопасного монитора.
□ Наиболее оптимальный режим работы цветного монитора
— True Color. При этом монитор отображает количество оттенков,
даже немного превышающее разрешающую способность глаза,
что позволяет добиться плавного перехода оттенков на картинке
любой сложности.
□ Разрешение экрана должно быть не менее 800x600 точек
(для мониторов 15") или 1024x768 точек (для мониторов 17" и
более).
□ Частота кадровой развертки должна быть не менее 60 Гц.
Лучше всего, когда монитор поддерживает эту частоту даже для
режима MS-DOS. Оптимальным вариантом считается
максимально возможная частота для вашей видеосистемы (в
пределах 85—100 Гц).
□ Следует избегать бликов на экране монитора. При их
наличии попробуйте изменить направление освещения или
используйте антибликовый экран.
О Размер зерна должен быть как можно меньше (но не более
0,28 мм).
Немного о шлемах виртуальной реальности
С давних времен человек мечтает создать совершенный
- 139 -
компьютер. Виртуальный шлем это одна из тех маленьких крупиц
большой мечты (рис. 6.12).
Практически у всех со словом "виртуальность" появляются
воспоминания о великом множестве фантастических фильмов,
подобных, например, "Матрице".
Несмотря на то, что даже самые современные виртуальные
шлемы не способны обеспечить очень высокое качество
изображения (на уровне SVGA), энтузиастов компьютерного мира
это нисколько не останавливает. Обычно разрешение
воспроизводящей матрицы составляет от 180 до 360 килопикселов
на квадратный дюйм.
Виртуальный шлем подключается либо к выходу видеоплаты,
либо к выходу специального контроллера. Наушники
подключаются к выходу звуковой платы, по качеству, как правило,
они схожи с хорошими бытовыми наушниками (качество звука
очень сильно зависит от того, насколько хороша
установленная звуковая плата). Шлемы подключаются
практически ко всему, где есть видеовыход: видеомагнитофону,
DVD-проигрывателю и т. п. Неплохо в шлеме смотреть
видеоролики, но читать из-за низкого разрешения практически
невозможно. У "навороченных" моделей присутствует встроенный
магнитный сенсор, позволяющий эмулировать манипулятор
"мышь", управляя курсором движениями головы. Устройство
стереоизображения, к сожалению, не всегда входит в стандартный
комплект, и его приходится приобретать за отдельную плату.
Обособленной категорией стоят устройства управления
курсором — трекеры (tracker), позволяющие заменить мышь.
Обычно трекеры выпускаются в СОМ- и USB-вариантах и
прикрепляются практически к любой модели виртуального шлема.
Игра в виртуальном шлеме, конечно, не может достигнуть
такой напряженности, как при использовании привычного
монитора, но реалистичные эффекты, стереоизображение и звук
вполне могут удовлетворить самого взыскательного игромана.
Производители мониторов
□ Acer — http://www.acer.ru/
□ ADI — http://www.adi.cora.tw/
□ Belinea — http://www.maxdata.de/produkte/
□ Bliss — http://www.bliss.ru/
□ CTX Group — http://www.ctx.com.tw/
- 140 -
□ Daewoo — http://www.daewoo.com/
□ Daytek Electronics Corporation — http://www.daytek.ca/
□ Digiview Monitors — http://www.digiview.com/
□ Hansol — http://www.hansol-us.com/ □ Hewlett-Packard —
http://www.hp.ru/
□ Hitachi — http://www.hitachi.ru/
□ Hyundai America — http://www.hea.com/,
http://www.hyundaiq.com/
□ IIyama — http://www.iiyama.com/
□ LG — http://www.Ig.ru/
□ MAG InnoVision — http://www.maginnovision.com/
□ Magnavox — http://www.magnavox.com/
□ Mitsubishi Electronics America, Inc. — http://www.mitsubishidisplay.ru/
□ NEC — http://www.necmitsubishi.ru/
□ Nanao-Eizo — http://www.eizo.co.jp/welcome/ □ Nokia —
http://www.nokia.com.ru/
□ Optiquest — http://www.optiquest.com/products/products.htm
□ Philips — http://www.philips.ru/
□ Radius Research — http://www.radius.com/ □ RoverScan —
http://www.roverscan.com/
□ Samsung Electronics — http://www.samsung.ru/
□ Sony Computing — http://www.sony.ru/
□ Tatting — http://www.tatung.co.uk/
□ ViewSonic Corporation — http://www.viewsonic.ru/
□ Zenith Data Systems — http://www.zds.com/
Проблемы, характерные для мониторов
Проблемы, возникающие из-за монитора, видны сразу, да оно
и понятно, ведь большую часть времени мы смотрим в него и сразу
же замечаем — что-то не так. Наиболее характерны следующие
признаки:
□ пропало изображение, хотя монитор подключен к
компьютеру как обычно;
□ изображение на экране какое-то размытое, нечеткое;
□ цвета то появляются, то пропадают;
□ при изменении каких-нибудь параметров экрана
изображение пропало
и т. д.
Решение этих и еще множества других проблем вы найдете в
- 141 -
части III, посвященной ремонту компонентов персонального
компьютера.
ГЛАВА 7
Материнская плата
Название "материнская плата" произошло от английского
слова motherboard. Судя по названию, несложно догадаться, для
каких целей она нужна компьютеру. Прямо как настоящая мать она
"дает жизнь" всем остальным компонентам компьютера, постоянно
"кормит" их необходимым питанием, всегда готова "выслушать"
любое из подключенных устройств — все эти функции, вероятно, и
привели к такому названию, а возможно нет. Дело в том, что
иностранные языки, в частности английский, не обладают
настолько большим количеством синонимов как, например,
русский, поэтому зачастую за границей описывают объект
иносказательно, используя привычные слова, но, прибавляя к ним
различные приставки, которые указывают на направление
смыслового перевода. Попробуйте перевести слово "motherboard" в
каком-нибудь англо-русском переводчике, например, Magic Gooddy
2000. Перевод получается совсем не такой, как мы привыкли
считать, а именно "объединительная плата", что, наверное, намного
ближе по смыслу, чем первый вариант.
Теперь понятно, почему материнская плата считается самым
главным компонентом любого компьютера — она объединяет все
остальные компоненты в единое целое, т. е. отдельные устройства
начинают работать вместе, образуя тем самым компьютер. Каждое
отдельное устройство само по себе абсолютно ничего не значит.
Представьте себе одинокую мышь посередине стола — разве она
похожа на компьютер? Нет, потому что она является всего лишь
манипулятором, который при помощи разъема на материнской
плате подключается к единой внутренней системе компьютера и
только после этого может называться компьютерной мышью —
мышью, которая подключается к компьютеру. Все остальные
устройства (платы расширения, принтер, монитор) также имеют
значение только после подключения их в единую систему, а до
этого они остаются товаром, который стоит на полке и ждет своего
покупателя.
Но хватит теории, давайте попробуем взглянуть на данный
вопрос с практической стороны. Материнская плата (иногда ее
называют системной платой) является самой большой платой во
- 142 -
всем компьютере. Для чего это нужно? Представьте себе, сколько
всего устройств можно подключить к компьютеру: как минимум,
около десятка. Для каждого из них на материнской плате имеется
отдельный разъем. Посмотрите на заднюю панель системного
блока и посчитайте, сколько установлено различных плат (их можно увидеть по разъемам, выходящим наружу). Для каждой из этих
плат имеется собственный разъем на материнской плате. Вот по
этой причине самая главная плата в компьютере имеет такие
большие размеры.. Если вы ни разу ее не видели, то найдите
коробку с надписью "Motherboard" среди тех, что были отданы вам
вместе с новым компьютером. Размер этой коробки в точности
соответствует размеру материнской платы.
Итак, стало известно, что материнская плата это самая
большая печатная плата, которая несет на себе главные
компоненты компьютерной системы: центральный процессор,
оперативную память, микросхемы поддержки (чипсет),
центральную магистраль (шину), контроллер шины и большое
количество различных разъемов. Разъемы предназначены для
подключения к материнской плате других плат (контроллеров, плат
расширения и т. д.). Часть разъемов в исходной комплектации
персонального компьютера обязательно остаются свободными, что
позволяет потом без проблем осуществлять добавление
разнообразных устройств. Кроме того, на плате может находиться
некоторое количество перемычек или микропереключателей, с
помощью которых производится настройка электрической схемы
платы. На плате также расположены различные контакты, к
которым при помощи специальных соединительных кабелей
подключаются дополнительные устройства.
Разновидности материнских плат
Многие слышали, что существуют различные системные
блоки: те, которые могут сами отключаться, и те, на которых для
выключения обязательно нужно нажать кнопку Power. Еще одним
ярким отличием системных блоков всегда был их размер: одни
представляют собой небольшой горизонтальный "чемоданчик",
другие же стоят, гордо возвышаясь над монитором, прямо как
небоскреб где-нибудь в Нью-Йорке. Но мало кто знает, что эти
различия в размерах и принципах работы очень тесно
взаимосвязаны с размерами и функциональными возможностями
материнских плат. Существует целый ряд различных типов, при
- 143 -
этом для объяснения принадлежности платы к одному из типов
применяют термин "форм-фактор".
Форм-фактор представляет собой описательный термин,
который включает в себя такие признаки, как размеры материнской
платы, особенности размещения различных компонентов на плате и
соответственно ее функциональные возможности.
Существует два самых распространенных сегодня формфактора: AT и АТХ. Рассмотрим особенности каждого из них.
Форм-фактор А Т представляет собой наиболее "древний" тип
материнской платы, который применялся в IBM PC с самых первых
моделей. Помимо основного типа существует еще один
"урезанный" вариант форм-фактора — Baby-AT, который
представляет собой плату с уменьшенными размерами. В
результате этого появилась возможность значительно уменьшить
размеры системного блока.
Размер материнской платы AT может достигать в ширину 30
см, из-за чего ее нельзя поместить в большинство
распространенных сегодня системных блоков. Монтажу такой
платы в корпус компьютера, как правило, мешают отсеки,
предназначенные для установки дисководов и жестких дисков, а
также блок питания. Такие платы в последний раз применялись для
компьютеров на базе процессоров Intel 386 и в настоящее время
уступили место своему "младшему брату" Baby-AT. Размеры этих
плат составляют около 22 см в ширину и примерно 33 см в длину,
хотя некоторые производители могут уменьшать длину платы,
руководствуясь только им понятными принципами, ведь чем
меньше плата, тем меньше на ней можно разместить разъемов.
Скорее всего, делается это в целях экономии на производстве плат,
чтобы привлечь покупателя в первую очередь низкой стоимостью, а
не функциональными возможностями.
Для материнских плат форм-фактора AT, как правило,
характерны нижеприведенные особенности.
□ Разъем для процессора устанавливается в части, ближней к
передней панели системного блока. При этом после установки
процессора и охлаждающего кулера иногда становится
затруднительной установка полноразмерных плат расширения.
□ Разъемы для модулей памяти устанавливаются, как правило,
очень близко к верхнему краю платы, рядом с разъемами для
подключения жесткого диска, дисковода и т. п. Такое размещение
- 144 -
затрудняет установку или замену модулей, т. к. с одной стороны
доступ к разъемам закрывает блок питания, а с другой кабели,
соединяющие материнскую плату с накопителями.
□ Практически все порты ввода/вывода, кроме
предназначенного для клавиатуры, для которой имеется запаянный
в плату разъем, представляют собой набор обычных штырьковых
контактов, изредка окаймленных пластмассовым кожухом,
препятствующим неправильному подключению. Соответствующие
внешние разъемы портов, установленные на металлических
планках (скобках), подключаются к ним при помощи плоских соединительных кабелей, мешающих установке, например плат
расширения, и ухудшающих воздухообмен внутри системного
блока.
□ Все штырьковые разъемы на материнской плате собраны в
одном месте, из-за чего затруднено подключение некоторых
кабелей. Например, если подключены кабели к первому каналу IDE
и контроллеру флоппи-дисковода, то будет очень сложно
подключить кабель к находящемуся между ними разъему второго
канала IDE. Сначала приходится отключать один из крайних
разъемов, а уже потом после подключения среднего кабеля
возвращать его на место.
□ Для соединения с блоком питания используются два
совершенно одинаковых разъема, что приводит к постоянной
путанице при их подключении к плате.
Рис. 7.1. Материнская плата современного форм-фактора АТХ
Форм-фактор АТХ был с самого своего создания нацелен на
исправление всех тех недостатков, которые были перечислены
ранее для форм-фактора AT. Вот какими характеристиками
обладают большинство материнских плат этого типа (рис. 7.1).
- 145 -
□ Разъем для процессора вынесен в сторону от слотов
расширения, что позволяет без проблем использовать очень
высокие кулеры и полноразмерные платы расширения. Правда, изза конструктивных особенностей процессор теперь находится
прямо под блоком питания, но в большинстве случаев это не
мешает, т. к. процессор очень редко подвергается замене. Тем более
что вентилятор блока питания теперь дополнительно охлаждает
процессор.
□ Разъемы для модулей памяти теперь находятся в стороне от
других разъемов и всегда доступны для пользователя, что облегчает
установку или
замену модулей.
□ Разъемы абсолютно всех интегрированных в материнскую
плату портов ввода/вывода теперь запаяны в саму плату, что не
только облегчает сборку компьютера, но и значительно улучшает
воздухообмен в системном блоке (рис. 7.2). К тому же полностью
исключается возможность неправильного подключения кабелей.
Рис. 7.2. Материнская плата АТХ — вид со стороны разъемов
□ Разъемы для подключения жестких дисков и флоппидисковода теперь находятся в непосредственной близости от самих
устройств, позволяя тем самым уменьшить длину соединительных
кабелей и увеличить стабильность работы системы.
□ Для соединения с блоком питания теперь
используется один-единственный 20-контактный разъем, плюс
появилась возможность про□ граммного управления питанием компьютера. Правда,
согласно спецификации ATX v2.03 на платах размещается
дополнительный 4-контактный разъем для подведения напряжений
5 и 12 В.
Для удешевления материнских плат производители решились
на создание "урезанной" версии этого форм-фактора — Micro-ATX.
Плата стала практически квадратной со стороной примерно 24 см,
при этом на самой плате может находиться не более 4-х слотов
- 146 -
расширения. В принципе, такое решение вполне оправдано, т. к.,
во-первых, в последнее время стали очень распространены
интегрированные звуковые и видеоплаты, во-вторых, дешевые
офисные системы, как правило, содержат не более 1—2 плат
расширения, что позволяет, например, использовать материнскую
плату с одним AGP и двумя PCI-слотами. Неиспользуемые слоты в
этом случае были бы излишними, особенно в плане конечной
стоимости компьютера.
Из всего вышесказанного можно сделать выводы, что сегодня
наиболее актуальным является форм-фактор АТХ. Для того чтобы
окончательно убедить вас в этом, приведу еще раз основные его
преимущества.
□ Возможность программного управления питанием
(включение и выключение) при помощи встроенных средств
современных операционных
систем Windows. При этом вы можете настроить свой
компьютер на автоматическое включение в определенное время, а
по истечении установленного периода, в который могут быть
автоматически запущены программы, например, для "скачивания"
файлов из Интернета, он может самостоятельно отключиться.
□ При сборке компьютера с АТХ материнской платой вам не
придется часами изучать инструкцию, чтобы правильно
подключить все необходимые разъемы. Это уже сделали за вас
сами производители.
□ Меньшее количество проводных соединений внутри
системного блока позволяет создать более качественную систему
охлаждения, что выражается, например, в возможности установки
дополнительных вентиляторов и т. п. Это очень важно для мощных
современных процессоров и видеоплат, которые выделяют
значительное количество тепла.
Как всегда, не обошлось и без серьезных недостатков.
Например, из спецификации АТХ исчез 25-контактный разъем
СОМ-порта, так что если у вас имеется устройство, его
использующее (например, внешний модем), то вам придется
дополнительно приобретать переходник, позволяющий подключить
это устройство к 9-контактному разъему.
Конструкция материнской платы
Материнская плата представляет собой плату из
стеклотекстолита с нанесенным на нее рисунком электрических
- 147 -
соединений компонентов, установленных на плате. Современные
платы, как правило, имеют не менее 6— 8 слоев, предназначенных
не только для разводки сигналов, но и для обеспечения всех
компонентов качественным питанием. Дело в том, что согласно
принятым стандартам между каждой парой слоев, служащих для
разводки сигналов, должен находиться сплошной слой меди,
подключенный к одному из контактов питания (так называемая
шина питания). Это позволяет достичь более устойчивой работы
системы при максимальных нагрузках и критическом
температурном режиме. Дешевые материнские платы малоизвестных производителей чаще всего таких слоев не имеют, что
сказывается на стабильности работы систем на базе этих плат.
Для подключения компонентов компьютера к материнской
плате используют два способа: соединение пайкой и при помощи
разъемов. Пайка применяется для тех компонентов, которые
являются обязательными для работы компьютера и никоим образом
не предназначены для замены на аналогичные компоненты. Это,
например, микросхемы тактового генератора, портов ввода/вывода
и т. п. От качества пайки во многом зависит не только стабильность
работы всей системы, но и ее долговечность. Наличие, например,
клякс припоя в конечном итоге может привести к замыканию и
выходу из строя до этого нормально работающей платы.
Теперь о разъемах. Посмотрите еще раз на приведенный ранее
рисунок (см. рис. 7.1), на нем прекрасно видно, что материнская
плата просто "усыпана" всякими разными разъемами. Если
посчитать общую площадь всех установленных на плате
микросхем, то, скорее всего, ее можно было бы разместить в
корпусе 3,5" дисковода. Но этого производители не сделали.
Почему? Какая польза от такого количества разъемов? Ведь всем
известно, что лучше пайки "разъема" не найти, а тут такое
количество да еще все разные.
Главная причина этого имеет свои корни в истории создания
компьютера IBM PC — это открытая архитектура. Персональный
компьютер по "прихоти" разработчиков превратился в
обыкновенный конструктор. Такой подход позволил получить ряд
преимуществ.
□ Вы можете купить компьютер, обладающий самым
минимальным количеством возможностей и постепенно добавлять
их по мере необходимости. Например, для начала можно купить
- 148 -
компьютер без звуковой платы, с маленьким жестким диском, а
уже потом установить то, чего бы вам хотелось больше всего:
хорошую звуковую плату, огромный жесткий диск и т. п.
□ Вы можете выбрать устройство любой модели и любого
производителя, при этом можете быть уверены, что оно без
проблем подойдет к компьютеру.
□ Вы можете самостоятельно и очень быстро заменить
неисправное устройство, а то и вовсе отключить его, и спокойно
продолжить работу за компьютером.
Даже эти три пункта говорят о большом преимуществе
разъемов над традиционной пайкой. А уж как организовать
бесперебойную работу устройств, пусть думают господа ученые —
наше дело пользоваться "благами цивилизации". При покупке
платы стоит обратить внимание на то, чтобы все разъемы были
выполнены аккуратно и желательно, чтобы все они были позолочены.
Поверхность практически всех материнских плат покрыта
специальным защитным лаком, который предохраняет проводники
как от механических воздействий, так и от воздействия пыли,
различных жидкостей, вроде чая, кофе, пива и т. п. В последнее
время стала популярной технология, когда обе внешние
поверхности платы покрываются тонким слоем серебра. Такие
материнские платы имеют значительное преимущество перед
традиционным исполнением, т. к. двухсторонний слой серебра
позволяет значительно уменьшить электромагнитное излучение (до
50%), что является все более актуальным с постоянным
повышением скорости работы всех компонентов компьютера и
увеличением уровня различных паразитных сигналов.
Для крепления платы в системном блоке используются
пластиковые держатели и винтовые стойки, для которых по краям
платы просверлены отверстия, обычно шесть штук: три ближе к
задней стенке системного блока и
три на противоположной стороне (более подробно процесс
установки рассмотрен в части II, посвященной модернизации
компьютера).
Компоненты материнской платы
Как вы уже знаете, материнская плата представляет собой
один из самых важных компонентов компьютера (имеется в виду ее
функциональное предназначение). Это позволяет предположить,
- 149 -
что устройство этой платы должно отличаться особой сложностью,
ведь компьютер объединяет в себе очень разные по своим
параметрам устройства. На самом деле, если посмотреть на любую
материнскую плату, можно заметить большое количество самых
разнообразных микросхем — одни имеют довольно маленькие
размеры и небольшое количество выводов, другие по размеру
сопоставимы с центральным процессором. Но, несмотря на
кажущуюся сложность, все-таки вполне реально выделить среди
этого множества компонентов несколько функциональных блоков,
предназначенных для строго определенных функций. Чем мы и
займемся.
Обязательными компонентами любой материнской платы
являются: чипсет, разъемы для подключения процессора, модулей
оперативной памяти, жестких дисков, плат расширения, дисковода,
а также различные вспомогательные элементы вроде стабилизатора
напряжения, фильтрующих конденсаторов и т. п. Еще можно
выделить микросхему постоянной памяти, о роли которой вы
узнаете немного позже. Чтобы понять функциональное предназначение каждого из компонентов, мы рассмотрим их более
подробно, что к тому же позволит вам лучше сориентироваться при
выборе материнской платы для вашего компьютера.
Чипсет
Название произошло от английского наименования Chip Set,
что переводится как "набор микросхем". Он включает в себя
практически всю электронную схему материнской платы,
объединяя в себе контроллеры памяти, портов ввода/вывода и т. п.
Функционально этот набор микросхем представляет
своеобразную "обвязку" центрального процессора, позволяющую
организовать работу всех подключаемых устройств в единой
системе. Чипсет выполняет согласование высокой скорости работы
процессора с более низкой скоростью работы подключаемых
устройств, некоторые управляющие функции, например,
управление работой жесткого диска и многое другое. От
возможностей чипсета зависят такие параметры, как:
□ тип и диапазон тактовых частот поддерживаемого
процессора;
□ максимальный объем кэш-памяти второго уровня,
установленной на процессоре;
□ максимальный объем кэшируемой основной памяти;
- 150 -
□ тип, максимальный объем и количество поддерживаемых
модулей памяти;
□ поддерживаемая спецификация интерфейса АТА и многое
другое.
Чипсет, как правило, выполнен в виде двух больших
микросхем (северного и южного моста), по своему размеру
сравнимых с центральным процессором. По причине особой
важности северного моста (см. гл. 2), он располагается в отдельной
микросхеме, от маркировки которой, как правило, зависит название
всего чипсета. Например, i845, i440BX, SiS745 (рис. 7.3). При этом
используется только код микросхемы внутри каждой серии,
например, чипсет SiS471 назван так в честь микросхемы с
маркировкой SiS85C471. Все известные производители чипсетов
обязательно включают свою торговую марку в название всех
разработанных ими микросхем (Via, Intel и т. п.). Безымянные
чипсеты вроде HXPRO обычно являются перемаркированными
чипсетами известных фирм. Таким способом некоторые компании
(например, PCChips) стараются "скрыть" имя возможно неудачного
чипсета, чтобы акцентировать все внимание пользователя на
низкой стоимости продукции, а не на функциональных
возможностях.
Рис. 7.3. Микросхема северного моста чипсета SiS745
Практически все известные производители чипсетов
используют для названия своей продукции, помимо буквенных и
цифровых кодов, различные торговые марки, что позволяет
объединить целый ряд различных чипсетов в единое семейство.
При этом в рекламной кампании используется именно торговая
марка, что дает возможность смело выводить на рынок новую продукцию под этой же маркой, не боясь, что та будет плохо
раскупаться. Яркий пример такого подхода семейство чипсетов
Aladdin компании ATi (бывшая компания Acer Laboratories Inc.,
сокращенно ALi).
Термин "интегрированный чипсет" означает наличие
встроенных функций, которые обычно реализуются в виде плат
расширения. Например, интегрированный звук или сетевой
контроллер (рис. 7.4). Главная отличительная черта такого решения
- 151 -
— значительное уменьшение стоимости компьютера за счет
некоторого падения производительности. Дело в том, что интегрированные видео, звуковые платы и т. п. интенсивно используют
ресурсы центрального процессора и основной памяти. Это
отрицательно сказывается на общей производительности
компьютера, поэтому интегрированные материнские платы
наилучшим образом подходят только для офисных систем.
Рис. 7.4. Микросхема сетевого контроллера, интегрированная
в материнскую плату
Как правило, чипсеты разрабатываются одними компаниями, а
материнские платы на их основе собираются совершенно другими
компаниями. Например, всем известная компания ASUSTek
Computer Inc. давно выпускает самые разнообразные материнские
платы, но она никогда не занималась разработкой и выпуском
чипсетов.
Разъем для процессора
Разъем для подключения процессора очень часто называют
английским словом Socket (произносится "сокет"), что переводится
как гнездо. Существует, правда, еще одна разновидность разъемов,
которая некоторое время использовалась, но она не получила
широкого распространения. Называется эта разновидность Slot
("слот"), т. к. конструктивно она очень похожа на разъемы для
подключения плат расширения, имеющих то же название.
Рис. 7.5. Пустой процессорный разъем Socket 370
В настоящее время широко используется разновидность
Socket ZIF, что указывает на способ фиксации процессора в разъеме
после его установки — Zero Input Force переводится как нулевое
- 152 -
усилие при установке (рис. 7.5). Действительно, для установки
процессора в такой разъем не требуется прилагать практически
никаких усилий в отличие, например, от разъема для микросхемы
BIOS. Конструктивно Socket ZIF представляет собой пластиковый разъем с зажимом, расположенным сбоку корпуса
разъема, предназначенным для предотвращения самопроизвольного
выпадения процессора. При установке рычаг зажима должен быть
максимально поднят вверх.
Разъемы типа Slot конструктивно представляют собой
пластиковый разъем с двумя рядами контактов. В него
устанавливаются процессорные платы с ножевым разъемом.
Впервые такая конструкция была предложена компанией Intel для
процессоров Pentium II, что отчасти было вынужденной мерой. Вопервых, таким способом она добивалась максимального
удешевления конструкции процессора, во-вторых, был создан
уникальный процессорный разъем, который был полностью
защищен законом об авторском праве, из-за чего конкурирующие
компании не имели права использовать его для своей продукции.
Так компания Intel пыталась отгородить своих конкурентов с их
разработками под разъем Socket 7 от рынка производительных систем, применив теперь уже устаревший конструктив в качестве
основы для систем начального уровня.
Существует целый ряд разновидностей процессорных
разъемов, описание которых вы можете найти в табл. 7.1. Следует
заметить, что сегодня наиболее распространены следующие типы
разъемов — Socket 370, Socket FC-PGA, представляющие собой
разновидность первого типа, Socket А и Socket 478. Согласно
заявлениям производителей процессоров первые два типа с 2003
года перестанут поддерживаться, поэтому наиболее актуальны
только последние два: первый применяется для процессоров AMD,
второй для процессоров Intel.
Таблица 7.1. Типы процессорных разъемов, используемые в
IBM PC
- 153 -
Еще несколько слов стоит сказать о системе крепления кулера.
Обычно для этой цели используются два выступа, расположенных
на противоположных концах разъема.
Шины расширения (описание, разъемы)
История шин расширения начинается с первого компьютера
IBM PC и его единственной шины ISA (Industry Standard
Architecture). Открытая архитектура и полная поддержка IBM
сторонних производителей привели к появлению очень широкого
спектра плат расширений, позволивших использовать
персональный компьютер практически во всех сферах деятельности
- 154 -
человека.
В дальнейшем потребность в повышении производительности
компьютера привела к появлению целого ряда различных
расширенных модификаций
этой шины — EISA (Extended ISA), VLB (VESA Local Bus).
Ни один из этих видов расширения не протянул так долго, как
оригинал. Даже сегодня продолжают использоваться устройства,
подключаемые к шине ISA.
Единственным способом реального повышения
производительности стала разработка принципиально новой шины
расширения. Работа в этом направлении привела к появлению
шины PCI (Peripheral Component Interconnect), которая до сих пор
используется даже в самых мощных и производительных
компьютерах.
Последней появилась шина AGP (Accelerated Graphics Port).
Главной особенностью этой шины является то, что она применяется
исключительно для подключения видеоплат.
Все шины выполняются в виде щелевых разъемов (слотов) на
системной плате для установки в них печатных плат расширения.
Для создания нового устройства для любой шины является
обязательным соблюдение следующих условий:
□ размер платы, количество контактов и электрический
интерфейс должны соответствовать спецификации конкретной
шины;
□ геометрия нижнего края платы расширения, форма и размер
фиксирующей скобки должны соответствовать принятым
стандартам.
Тип слота несложно определить визуально: каждый из них
имеет строго отличные размеры и цвет используемого пластика.
Реально на системной плате не может быть более двух-трех разных
типов слотов. Наиболее распространенными комбинациями сегодня
являются: 2—3 слота PCI и один
- 155 -
Рис. 7.6. Пример расположения слотов расширения на
материнской плате
AGP; 1—2 слота ISA, 4—5 слотов PCI и один AGP, изредка
встречается комбинация 2 слота ISA и 3—4 слота PCI (рис. 7.6).
Шина ISA
Безнадежно "умирающая" шина, которая по замыслам
компаний Intel и Microsoft должна была прекратить свое
существование еще несколько лет назад. Столь завидная живучесть
объясняется огромным количеством плат, имеющих актуальность
до сих пор. Например, если внутренний модем для ISA шины
свободно работает на скорости, предоставляемой местным провайдером, то какой смысл менять его на такой же, только для шины
PCI? Так рассуждают все пользователи, которые не хотят платить
дополнительные деньги за то, что уже имеют. Поэтому платы с
имеющимися на них слотами ISA до сих пор встречаются в
продаже.
Название ISA является аббревиатурой полного английского
наименования шины Industry Standard Architecture, что переводится
как архитектура промышленного стандарта. Эта шина применялась
в первых компьютерах IBM PC и поэтому стала первым
промышленным стандартом на платы расширения.
Интересной особенностью этой шины является простота ее
работы, что позволяет самостоятельно создавать нестандартные
устройства и смело использовать их в составе персонального
компьютера.
Технические параметры шины ISA:
□ рабочая частота — примерно равна 8,33 МГц;
□ разрядность шины данных — обычно составляет 8 или 16
- 156 -
бит.
Примечание
Обычно, если говорят о разрядности шины и не уточняют,
какая именно шина имеется в виду (адреса, данных или
управления), то тогда подразумевают шину данных.
Для 16-битной шины ISA при помощи опций BIOS можно
выделить пространство в оперативной памяти между 15 и 16
Мбайтом. При этом компьютер не сможет использовать более 15
Мбайт ОЗУ. В обычном же режиме для работы шин ISA
используется область памяти UMA (Upper Memory Area). Для
прямого доступа к основной памяти платы ISA могут использовать
до трех каналов DMA (Direct Memory Access).
Конструктивно шина выполнена в виде 1—2 щелевых
разъемов, каждый из которых разделен на две части. Первая часть,
расположенная ближе к краю материнской платы, является 8битной частью (62 контакта), а вторая, размещенная следом за
первой, представляет собой 16-битное расширение шины (36
контактов). Для шины ISA обычно применяется черный пластик,
что
отличает ее от остальных разъемов (на рис. 7.6 она
расположена в самом низу материнской платы).
При выборе материнской платы для модернизации старого
компьютера стоит обратить внимание на наличие слотов ISA, хотя
в последнее время такие модели плат найти все сложнее. Дело в
том, что выпуск плат для устаревшей шины ISA давно прекращен, а
платы, рассчитанные на работу с более производительной шиной
PCI, с каждым днем дешевеют все больше и больше. К тому же
качество работы этих плат значительно лучше, чем у их ISAаналогов.
Шина PCI
Шина была разработана компанией Intel для использования с
процессорами Pentium. Применяется до сих пор для большинства
устройств (кроме видеоплат).
PCI это аббревиатура полного английского наименования
шины Peripheral Component Interconnect, что переводится как
соединение внешних компонентов — любая плата расширения
может в принципе считаться внешним устройством. Эта шина
занимает особое место в архитектуре современного компьютера, т.
к. в большинстве случаев она является мостом между системной
- 157 -
шиной процессора и шиной ISA, а также стандартными портами
ввода/вывода (клавиатура, мышь и т. п.).
Технические параметры шины PCI:
□ рабочая частота — 33 МГц, вычисляется при помощи
коэффициента умножения из фиксированной частоты системной
шины, имеется версия, работающая на частоте 66 МГц;
□ разрядность — наиболее распространена 32-битная версия,
хотя существует и 64-разрядная версия;
□ пропускная способность — 133 Мбит/с для стандартной
версии, 266 Мбит/с для шины с частотой 66 МГц и 533 Мбит/с для
64-битной версии на 66 МГц.
На одной шине PCI может быть подключено не более четырех
устройств. Для подключения к системной шине используется
главный мост (Host Bridge). С остальными шинами PCI соединяется
также при помощи специальных мостов, интегрированных в
чипсет. Центральный процессор при помощи так называемых
мостов (PCI Bridge) способен практически одновременно
подключиться к разным независимым каналам PCI, что позволяет
организовать их параллельную работу. Наиболее яркой
особенностью шины является реализация режима Bus-Mastering,
который позволяет платам расширения производить обмен
данными с основной памятью компьютера без обращения к
центральному процессору. Для уменьшения количества проводников в шине PCI используется принцип мультиплексирования
данных,
т. е. адрес и данные передаются по одним и тем же
физическим линиям поочередно.
Для устройств PCI широко используется известная технология
Plug-and-Play, которая позволяет автоматически выбирать такие
ресурсы, как прерывания IRQ и каналы DMA.
У плат, рассчитанных на работу с шиной PCI, электронные
компоненты, в отличие от ISA, расположены на левой стороне
печатной платы. Для экономии места на материнской плате
используют так называемый разделяемый слот. На самом же деле
это разделяемое окно на задней панели системного блока, которое
может использоваться либо ISA, либо PCI-платой расширения.
Таким образом, максимально возможное количество установленных плат расширения оказывается на одно устройство меньше
видимого количества слотов (при этом один слот ISA или PCI
- 158 -
останется свободным).
Для изготовления разъемов шины PCI обычно используется
белый пластик, что можно увидеть на рис. 7.6. Действующая в
настоящее время спецификация шины PCI 2.1 поддерживает платы
расширения с напряжениями питания как 3,3 В, так и 5 В. Тип
платы при этом определяется расположением ключей. Если выемка
на плате находится ближе к внешнему разъему, значит, плата
использует напряжение питания 3,3 В, если выемка расположена
ближе к задней части платы, то используется напряжение питания 5
В. Универсальные платы, которые поддерживают оба типа
напряжения, имеют две соответствующие выемки.
При выборе материнской платы следует обратить особое
внимание на количество слотов PCI, т. к. на некоторых
материнских платах (например, форм-фактора Micro-ATX) их
может оказаться слишком мало, чтобы установить все необходимые
платы расширения.
Шина AGP
Шина разработана компанией Intel для увеличения
пропускной способности шины, связывающей центральный
процессор и основную память с видеоплатой. Она же выпустила и
первый видеочип для AGP — i740, который стал своего рода
легендой.
AGP является аббревиатурой полного английского
наименования шины Accelerated Graphics Port, что переводится как
ускоренный графический порт. Эта шина предназначена для
подключения видеоплат с увеличенной производительностью.
Ярким отличием шины AGP является то, что она напрямую
подключена к блоку управления основной памятью. Такой подход
позволил организовать быстрое переключение доступа к памяти
между центральным процессором и видеосистемой.
Технические параметры шины AGP: □ рабочая частота — 66
МГц; □ разрядность шины — 32 бит;
□ пропускная способность — в зависимости от режима работы
266, 533 или 1064 Мбит/с (от видеоплаты на системную шину
данные передаются со скоростью стандартной шины PCI — 133
Мбит/с).
Для изготовления разъема шины AGP используется пластик
коричневого цвета.
На некоторых платах встречается непривычный по внешнему
- 159 -
виду разъем AGP. У такого разъема помимо стандартной части
имеются дополнительные контакты, на которые выведены
добавленные питающие напряжения. Называется это расширение
AGP Pro, оно предназначено для установки видеоплат с
повышенной мощностью (до ПО Вт). Хотя видеоплат, рассчитанных на это расширение вы, скорее всего, в продаже не найдете, т. к.
даже стандартные по исполнению платы вполне справляются с
поставленными задачами. Так что если вы узнаете о поддержке той
или иной платой AGP Pro, то знайте, что это не более чем
рекламный ход.
Более подробно о функционировании данной шины вы
сможете прочитать в гл. 14, посвященной видеосистеме
компьютера.
Разъемы для модулей памяти
В современных компьютерах применяются три типа модулей:
SDRAM DIMM, DDR DIMM и RIMM, которые внешне отличаются
друг от друга в основном количеством контактов и их
электрическим назначением. Иногда на устаревших платах
встречаются разъемы, предназначенные для установки модулей
SIMM.
Особенностью модулей памяти является то, что для
соединения с материнской платой используется так называемый
ножевой разъем. При этом в момент установки модуль просто
прижимается к соответствующим контактам на плате,
расположенным в неглубокой канавке, и в таком положении фиксируется с торцов при помощи специальных защелок (рис. 7.7).
При выборе материнской платы обратите внимание на тип
памяти, который она поддерживает. Например, память SDRAM
сегодня считается "отмирающей", поэтому всерьез рассчитывать на
нее можно только в том случае, когда главной целью является
экономия средств.
Не менее важным параметром можно считать наличие трех
или даже четырех разъемов для модулей памяти, т. к. большая
часть чипсетов поддерживает ограниченный объем каждого
модуля, например, не более 256 Мбайт. В противном случае при
наличии всего двух разъемов общий объем поддерживаемой памяти
окажется незначительным (512 Мбайт). Следует иметь в виду, что с
каждым днем требования к объему оперативной памяти увеличиваются и скоро, возможно, указанный объем станет
- 160 -
минимальным для нормальной работы некоторых программ
(например, игровых).
Рис. 7.7. Внешний вид модулей DIMM, установленных в
разъемы на материнской плате
Иногда на материнских платах можно обнаружить зеленый
или красный светодиод, расположенный в непосредственной
близости от слотов DIMM. Судя по всему, они предназначены для
того, что предупредить пользователя от попыток устанавливать или
отсоединять модули оперативной памяти при включенном питании.
Более подробно о разновидностях памяти вы узнаете из гл. 9,
посвященной видам памяти используемых в компьютерах IBM PC.
Разъемы для подключения накопителей
Стандартными устройствами хранения данных для
современных компьютеров являются: дисковод для гибких 3.5"
дисков, жесткий диск и привод CD-ROM. Поэтому на всех
материнских платах имеются разъемы для их подключения: один
для дисковода и два разъема для устройств IDE, к которым
относятся почти все жесткие диски и дисководы для компактдисков (CD-ROM, DVD-ROM).
От размещения разъемов на материнской плате зависят такие
факторы, как длина соединительных кабелей, качество охлаждения
центрального процессора и т. п.
Отличительной чертой современных материнских плат
является то, что разъемы для подключения накопителей стали
располагать как можно ближе к самим устройствам (точнее ближе к
отсекам, где они обычно размещаются). Таким свойством обладают
практически все АТХ-платы, в то время как старые АТ-платы
имели просто ужасное расположение этих контактов. Соединительные кабели на таких платах очень часто закрывают
доступ воздуха к охлаждающей системе процессора, что
- 161 -
отрицательно сказывается на стабильности его работы, поэтому при
подключении приходится принудительно подвязывать кабель немного в стороне от кулера. Платы
АТХ от этого недостатка полностью избавились, т. к. все разъемы
находятся на том краю платы, который ближе всего расположен к
отсекам для накопителей. К тому же это позволяет значительно
уменьшить длину соединительных кабелей, что положительно
сказывается на стабильности работы современных интерфейсов
АТА (например, Ultra ATA/100).
Разъемы для устройств IDE
Все устройства, поддерживающие интерфейсы АТА и ATAPI
любых модификаций (это жесткие диски, дисководы для компактдисков, Iomega Zip и т. п.), подключаются к интегрированному
контроллеру IDE, имеющему, как правило, два независимых
канала, для каждого из которых имеется отдельный разъем. Эти
разъемы, так же как и каналы, называют первичным (Primary) и
вторичным (Secondary). К каждому разъему можно подключить два
устройства, одно из которых становится главным (обозначается как
Master), а второе — дополнительным или иначе подчиненным
(обозначается как Slave). Достигается это благодаря изменению
положения перемычек, расположенных на этих устройствах, как
правило, между разъемами питания и интерфейса. Инструкция по
конфигурированию устройства, как правило, находится на
наклейке, на верхней крышке корпуса, обычно она выполнена в
виде схемы, объясняющей назначение всех положений перемычек.
Устройства IDE с интерфейсом Ultra ATA/33 подключаются
при помощи соединительного 40-жильного плоского кабеля. На
материнской плате разъемы представляют собой двухрядный набор
штырьков 20x2, как правило, заключенных в пластмассовую
обойму (рис. 7.8). От ошибок подсоединения (разворот на 180°,
боковое смещение) обычно спасает находящаяся на обойме
ключевая прорезь. Для подключения жестких дисков с
интерфейсом Ultra ATA/66 или UltraATA/100 следует, во-первых,
использовать специальный кабель (80-жильный, хотя разъем
остался прежним 40-контактным), во-вторых, материнская плата
должна иметь поддержку этих интерфейсов. В противном случае
использование преимуществ любых новых стандартов невозможно.
К сожалению, на материнской плате нигде не написано о поддержке тех или иных модификаций интерфейса, поэтому придется
- 162 -
воспользоваться инструкцией, которая обычно прилагается к любой
плате.
На некоторых материнских платах может быть установлено
четыре разъема для подключения IDE-устройств. При этом два
разъема предназначены для подключения устройств,
поддерживающих современные модификации интерфейса АТА, а
два других предназначены для всех старых устройств вплоть до
самых первых модификаций. Дело в том, что в наиболее
современных модификациях Ultra ATA/66 или Ultra ATA/100
удалены некоторые старые команды, используемые устаревшими
устройствами. При этом, как правило, разъемы с поддержкой Ultra
ATA/66 или Ultra ATA/100 окрашиваются в ярко-синий цвет в
отличие от предыдущих стандартно белых (либо черных) разъемов.
Рис. 7.8. Разъемы для подключения внутренних накопителей с
IDE-интерфейсом
При подключении других устройств IDE следует
придерживаться следующих правил: устройства,
сконфигурированные как Master, должны подключаться к разъемам
на конце кабеля, устройства вроде CD-ROM, Iomega Zip, LS-120
желательно подключать к вторичному разъему Secondary, в то
время как жесткие диски лучше подключать к первичному разъему
Primary. Если вы используете один жесткий диск и один привод
CD-ROM, установите жесткий диск как Master в первичный разъем.
Привод CD-ROM сконфигурируйте как Slave и подключите к
вторичному разъему.
Разъем для флоппи-дисковода
Для подключения двух возможных дисководов применяется
один-единственный разъем, который, как правило, расположен в
непосредственной близости от разъемов для устройств IDE. Для
- 163 -
соединения дисковода с материнской платой используется 34контактный плоский кабель (разъем 17x2). На материнской плате
разъемы представляют собой двухрядный набор штырьков (вроде
перемычек). От ошибок подключения (разворот на 180°, боковое
смещение) обычно спасает пластмассовая обойма, окружающая
штырьки, и его ключевая прорезь.
Для обозначения этого разъема могут применяться две
аббревиатуры: FDD — от английского наименования Floppy Disk
Drivers, что переводится как привод флоппи-дисков, или FDC — от
Floppy Disk Controller, что может быть переведено как контроллер
флоппи-дисков. Как видите, использование обоих терминов вполне
оправдано, поэтому они могут встречаться либо по отдельности,
либо параллельно.
Подключаемый дисковод соединяется с одним из имеющихся
на соединительном кабеле разъемов. Те разъемы, которые имеют
меньшие размеры и
отверстия под штырьковые контакты, предназначены для 3,5"
дисководов, а остальные для 5,25".
Примечание
В настоящее время 5,25" флоппи-дисководы не применяются.
Их можно встретить только в морально устаревших компьютерах с
процессорами Intel 386 и Intel 486.
Разъемы для подключения внешних устройств
Все устройства, электронная схема которых расположена вне
системного блока и размещена в отдельном корпусе, называются
внешними устройствами. Для соединения таких устройств
используются различные разъемы, конструкция и электрические
параметры которых строго стандартизированы и общеприняты. Это
такие устройства, как клавиатура, мышь, принтер, сканер и т. п.
Схема контроллеров всех указанных устройств, как правило, интегрирована в материнскую плату, что не только облегчает сборку
компьютера, но и позволяет освободить слоты расширения для
других плат расширения.
Существуют платы расширения, играющие роль "сборника"
портов ввода/вывода (их часто называют мулътикартами). Они, как
правило, имеют на своем "борту" контроллеры параллельного и
последовательных портов, иногда контроллер дисковода, что
позволяет при неисправности одного из портов обойтись без
замены материнской платы. Правда, такие платы обычно
- 164 -
выполнялись для шины ISA, и поэтому сегодня они теряют свою
практическую ценность.
Разъемы для подключения клавиатуры и мыши
Для подключения клавиатуры используется три типа разъемов
— AT, PS/2 и USB.
Разъем AT представляет собой толстый круглый 5-контактный
разъем, который всем знаком еще со времен старой звуковой
аппаратуры, где он использовался для передачи звукового сигнала.
Применяется в компьютерах форм-фактора AT.
Разъем PS/2 представляет собой тонкий круглый 6контактный разъем. Такой же разъем применяется для
подключения мыши, поэтому для них используется разная цветовая
маркировка: фиолетовый цвет для клавиатуры (на рис. 7.9 разъем
расположен слева внизу) и зеленый цвет для мыши (разъем чуть
выше).
Интересной особенностью некоторых моделей материнских
плат является наличие автоматического предохранителя на
разъемах порта PS/2, который предохраняет его от сгорания в
момент отключения или подключения при включенном питании.
При этом предохранитель автоматически "выбивается", разрывая перегруженные цепи питания, после чего для
восстановления их работоспособности достаточно включить этот
предохранитель вручную.
Рис. 7.9. Чаще всего встречается именно такое расположение
разъемов
Разъемы портов СОМ
Название этого порта произошло от английского полного
наименования Communication Port, что переводится как "порт
связи". Он представляет собой последовательный порт,
используемый для подключения таких устройств, как мышь,
внешний модем и т. п.
Очень часто порт обозначается как RS-232C, он обеспечивает
максимальную скорость передачи данных— 115 200 бит/с, что
вполне достаточно практически для всех внешних устройств.
Пересылка данных по линии последовательного порта
- 165 -
осуществляется побитно, друг за другом, при этом возможен обмен
данными в двух направлениях. Современные системы поддерживают до четырех СОМ-портов, причем для их обслуживания
выделено всего два прерывания.
Разъемы СОМ-порта представляют собой 9-контактные
двухрядные трапециевидные разъемы DB-9P (вилки) (см. рис. 7.9),
хотя на старых компьютерах и устройствах иногда можно
встретить также и 25-контактные двухрядные разъемы DB-25P
(вилки). Обычно на материнской плате выведено два разъема,
представляющих собой порты СОМ1 (COM3) и COM2 (COM4), при
этом к каждому порту может быть подключено только одно
устройство.
На материнской плате контроллер двух последовательных
портов может быть представлен микросхемой с маркировкой
16550А UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter),
представляющей собой универсальный асинхронный
приемопередатчик.
Разъем порта LPT
Порт LPT (Line Printer) предназначен для подключения
принтеров, сканеров, ключей типа HASP и других устройств
совместимых с интерфейсом Centronics, который используется для
организации работы параллельного порта. Несмотря на то, что
современные системы поддерживают до четырех LPT-портов
(LPT1—LPT4), на внешние разъемы выведен только один порт.
Режимы SPP, ЕРР и ЕСР являются расширением стандарта
IEEE-1284, но из-за того, что он использует такой же разъем, как и
LPT, все эти понятия стали синонимами. Интерфейс Centronics
использует стандартный 36-контактный разъем с двухрядным
расположением выводов, устанавливаемый, например, на принтере.
В то же время соединительные кабели, как правило, имеют от 18 до
25 проводников, и на системном блоке, в частности, на материнской плате АТХ форм-фактора, устанавливается 25контактный разъем (см. рис. 7.9) DB-25S (розетка). Интерфейс
обеспечивает скорость передачи данных — до 2 Мбит/с.
На материнских платах традиционно реализуется только один
разъем параллельного порта, что не позволяет использовать более
одного устройства. Для добавления в компьютер дополнительного
разъема обычно применяют отдельную плату, которая может быть
предназначена для установки в слот расширения либо ISA, либо
- 166 -
PCI. Например, можно использовать PCI-плату МР8875Р,
разработанную компанией MegaPower. Она позволяет добавить в
компьютер еще один параллельный порт, совместимый со
стандартным портом SPP и расширенными модификациями ЕРР и
ЕСР. Этот порт позволит подключать не только принтеры, но и
сканеры, внешние приводы CD-ROM и т. п. Отличительной
особенностью упомянутой платы является то, что она для своей
работы не требует выделения отдельного прерывания, а может
разделять его с другими устройствами. Такой вариант можно предпочесть при наличии двух устройств с интерфейсом LPT
(например, принтера и сканера). Цена такой платы может
находиться в пределах 30 у.е.
Разъемы шины USB
Порт USB (Universal Serial Bus) предназначен для
подключения практически любых периферийных устройств, но
наиболее распространены такие устройства, как сканеры,
принтеры, клавиатуры и мыши. Шина поддерживает работу 127
устройств, подключенных последовательно, при этом пиковая
пропускная способность одного контроллера ограничена величиной
12 Мбит/с. Одно из самых важных качеств, которое наиболее ценно
для пользователя, — это возможность "горячего" подключения.
Разъемы для подключения USB-устройств на платах формфактора АТХ обязательно выведены на заднюю панель (на рис. 7.9
правее разъемов PS/2 показаны 2 разъема USB, один над другим),
плюс к этому на самой материнской плате иногда имеются
штырьковые разъемы для подключения дополнительной пары
внешних разъемов. Если материнская плата принадлежит к
семейству AT, то поддержка шины USB, скорее всего, ограничена
наличием на плате штырьковых разъемов. При этом есть
возможность установки внешних разъемов на задней панели
системного блока. Для этого достаточно закрепить внешние
разъемы на металлической планке, которая устанавливается в
одном из отверстий, предназначенных для плат расширения. При помощи плоских соединительных кабелей (шлейфов)
внешние разъемы соединяются со штырьковыми разъемами на
плате.
Интерфейс USB уже прочно закрепился в качестве
универсального способа для подключения периферийных
устройств, поэтому сегодня довольно сложно найти необходимое
- 167 -
устройство, оснащенное каким-нибудь другим интерфейсом.
Однако далеко не во всех, особенно старых, компьютерах этот
интерфейс поддерживается. В основном это относится к
материнским платам форм-фактора AT. В таком случае
используется внешний контроллер, выполненный в виде платы
расширения PCI. На плате обычно размещается чип контроллера,
например, OPTi 82C861, который поддерживает два USB-порта.
Все современные операционные системы Windows, начиная с
версии Windows 98, поддерживают шину USB в полной мере,
поэтому для плат расширения USB-контроллеров будут
установлены драйверы, входящие в комплект операционной
системы. Это избавит вас от нудных поисков подходящего
драйвера. Подобная плата имеет стоимость порядка 10 у. е.,
поэтому ее покупка не слишком сильно "ударит" по вашему
бюджету.
Разъем шины FireWire
Порт FireWire (IEEE 1394) предназначен для подключения
таких периферийных устройств, как цифровые камеры,
видеомагнитофоны и т. п. Интерфейс обладает пропускной
способностью — 400 Мбит/с, при этом он поддерживает
подключение до 63 параллельно работающих устройств.
Интегрированные в материнскую плату контроллеры шины
FireWire сегодня пока еще довольно редки, но высокая
популярность, а главное постоянное снижение цен на цифровые
камеры и другие устройства, использующие этот интерфейс, скорее
всего, приведут к тому, что он станет одним из стандартных портов
ввода/вывода. В настоящее время широко распространены
контроллеры, выполненные в виде платы расширения,
устанавливаемой в любой свободный разъем шины PCI (рис. 7.10).
В IBM PC для порта FireWire (IEEE 1394) применяется два типа
разъемов (рис. 7.11).
Интерфейс FireWire используется для подключения таких
периферийных устройств, как видеокамеры, видеомагнитофоны,
сканеры, принтеры, жесткие диски, приводы CD-RW и т. п.
Теоретическая скорость передачи данных — 400 Мбит/с, реальная
скорость не превышает 20—25 Мбит/с. Причин тому несколько.
Во-первых, для передачи данных на высоких скоростях на
соединительный кабель накладываются особые требования —
максимальная длина, помехозащищенность и т. п., что довольно
- 168 -
неприятно сказывается на его стоимости. Во-вторых, такой
скорости вполне достаточно для передачи даже цифрового видео.
Появление шин USB и FireWire привнесли в ряды
характеристик интерфейсов понятие "топология соединения". Для
интерфейсов RS-232C и Centronics используется двухточечная
топология, которая предполагает подключение
одного устройства к интерфейсу компьютера или соединения
интерфейсов двух компьютеров. Новые шины USB и FireWire стали
применять древовидную топологию. При таком соединении каждое
подключаемое устройство может быть как конечным устройством,
так и промежуточным, одновременно являясь разветвителем. Эта
топология позволяет подключать к одному порту интерфейса
большое количество устройств.
Рис. 7.10. Внешний вид плат расширения с разъемами USB и
FireWire
Рис. 7.11. Две разновидности разъемов для подключения
устройств к шине FireWire
Разъем инфракрасного порта IrDA
Подавляющее большинство портативных цифровых
устройств, таких как ноутбуки, цифровые фотокамеры, мобильные
телефоны, а также некоторые модели сканеров и принтеров имеют
инфракрасный порт. Все настольные
- 169 -
компьютеры, точнее все используемые операционные
системы, поддерживают работу через инфракрасный порт, но в
большинстве случаев пользователю приходится самостоятельно
покупать, устанавливать и настраивать аппаратную часть порта
IrDA. Традиционное подключение к стандартному
последовательному порту (чаще всего COM2) сегодня сменилось
более перспективной шиной USB. Это позволяет при
необходимости подключать такое устройство к любому
компьютеру, имеющему разъемы USB. Преимущество
подключения к шине USB неоспоримо хотя бы потому, что она
поддерживает возможность "горячего подключения". Скоростной
потенциал USB позволяет реализовать модификацию протокола
Fast IrDA со скоростью передачи данных — 4 Мбит/с, в то время
как стандартный последовательный порт накладывает ограничение
на скорость (115 200 бит/с).
Пример реализации инфракрасного порта: устройство HOYA
IrWare 520U, внешний вид которого показан на рис. 7.12.
Рис. 7.12. Внешний вид устройства, реализующего
инфракрасный порт
Микросхема BIOS
Микросхема BIOS (Basic Input/Output System, базовая система
ввода/вывода) представляет собой энергонезависимое постоянное
запоминающее устройство, в которое записаны программы,
реализующие функции ввода/вывода, а также программа
тестирования всех компонентов компьютера в момент включения
питания (POST, Power On Self Test) и ряд других программ.
В своей работе BIOS опирается на сведения об аппаратной
конфигурации компьютера, которые хранятся в еще одной
микросхеме — CMOS RAM (Complementary Metal Oxide
Semiconductor RAM). Для сохранения информации после
выключения питания в микросхеме CMOS-памяти используется
никель-кадмиевый аккумулятор, который размещается в
- 170 -
непосредственной близости от нее (рис. 7.13). Во время работы
компьютера он постоянно подзаряжается. Срок работы такого
аккумулятора обычно составляет 10 лет.
Как правило, за это время компьютер (в частности,
материнская плата) морально устаревает, и необходимость замены
питающего элемента теряет смысл. При некоторых технологиях
производства микросхем элемент питания встраивается прямо
внутрь микросхемы. В этом случае при разрядке аккумулятора она
подлежит замене. На таких микросхемах обычно имеется надпись
Dallas (т. к. чип производится по технологии Dallas Nov-RAM) или
ODIN. Учитывая, что сейчас сложно найти уже устаревший чип со
встроенной батарейкой, в большинстве случаев замене подлежит
вся материнская плата. Этот же аккумулятор питает схему
кварцевых часов, которые непрерывно отсчитывают текущие время
и дату.
Рис. 7.13. Аккумулятор, питающий микросхему CMOS,
располагается в непосредственной близости от нее
Микросхема BIOS содержит в себе драйверы всех тех
устройств, электронная схема которых включена в состав чипсета.
Называется этот набор драйверов базовой системой ввода/вывода,
что говорит об их назначении — организация работы устройств, в
функции которых входит ввод или вывод информации.
Существуют две основные торговые марки, которые
используются для обозначения BIOS, — это AWARD и AMI.
Первая из них сегодня принадлежит компании Phoenix Technologies
Ltd., а вторая компании AMI Megatrends Inc. (рис. 7.14).
Физически микросхема BIOS выполнена в виде большой
прямоугольной микросхемы, установленной в соответствующий
разъем на материнской плате. Это сделано для удобства замены
- 171 -
микросхемы с целью обновления версии BIOS. Например, можно
было установить микросхему в программатор и записать в нее обновленную версию программного
обеспечения. В последнее время стали применять технологию
Flash-памяти, которая позволяет изменять содержимое микросхемы
без использования специальных программаторов.
Рис. 7.14. Микросхема AMI BIOS
Определить тип применяемой микросхемы несложно, для
этого достаточно заглянуть под голографическую наклейку с
логотипом производителя и посмотреть на цифровое обозначение.
Ниже следует расшифровка наиболее распространенных
микросхем, в которой буквосочетание ххх означает номер
серии:
□ 28Fxxx — микросхема Flash-памяти с напряжением питания
12 В;
□ 29Fxxx — микросхема Flash-памяти с напряжением
питания 5 В;
□ 29LVxxx — микросхема Flash-памяти с напряжением
питания 3 В;
□ 28Сххх — микросхема EEPROM, близкая по своим
свойствам к Flash-памяти;
□ 27Сххх — микросхема EPROM, ее можно отличить
по прозрачному окошку, которое применяется для стирания
информации при помощи ультрафиолета;
□ РН29ЕЕ010 — микросхема, изготовленная компанией SST,
по свойствам аналогична Flash-памяти;
□ 29ЕЕ011 — микросхема Flash-памяти от компании Winbond
с напряжением питания 5 В;
□ 29С010 — микросхема Flash-памяти от компании Atmel с
напряжением питания 5 В.
Компания АОреn в своих материнских платах использует
технологию Battery-Less Design (так называемую "безбатарейную"
технологию). При этом копия информации, содержащейся в CMOSпамяти, хранится в электрически перезаписываемой памяти
EEPROM, запись в которую осуществляется только после выбора
соответствующего пункта программы CMOS Setup Utility. После
- 172 -
замены аккумулятора все параметры можно восстановить, загрузив
значения из памяти EEPROM. Единственное, что потребуется установить вручную, — это системное время (дату).
Устройства конфигурирования
Изменение настроек материнской платы может быть
выполнено в трех вариантах: перемычки, переключатели и функции
BIOS Setup.
Перемычки
Перемычки (рис. 7.15) являются наиболее старым способом
изменения конфигурации устройств. Принцип работы донельзя
традиционный: кусочки металла, вставленные в пластмассовую
оболочку, замыкают пару контактов, на которую надета перемычка.
В случае, когда требуется изменить конфигурацию, перемычка
либо вообще убирается, либо переносится на другую пару
(практически так же, как в обыкновенных переключателях).
Рис. 7.15. Перемычки, предназначенные для изменения
конфигурации материнской платы
При изменении конфигурации при помощи перемычек может
возникнуть масса проблем: например, перемычка может упасть
куда-нибудь и вам будет обеспечено несколько минут свободного
от основной работы времени, занятого ее поиском. Для удобства
переключения перемычек приходится пользоваться длинным
пинцетом и ярким светом (например, от фонарика). Дело
усугубляется тем, что в большинстве случаев для производства
перемычек используется черный пластик.
Переключатели
Следующим поколением устройства для изменения
конфигурации компьютера является блок, состоящий из набора
миниатюрных переключателей (их
- 173 -
называют DIP-переключателями). Преимущество
переключателей над перемычками налицо — для переключения
режимов вполне достаточно взять в руки любой длинный узкий
предмет (отвертку, авторучку, пинцет), которым можно поменять
положение выступающего язычка, теперь нет риска потерять
перемычку и т. п. (рис. 7.16). Тем более что переключатели, в
отличие от перемычек, собираются из ярко-голубого пластика, что
облегчает поиск их месторасположения на материнской плате.
Рис. 7.16. DIP-переключатели, предназначенные для
изменения конфигурации материнской платы
Функции BIOS
В микросхеме BIOS, как правило, записана специальная
программа BIOS Setup, позволяющая пользователю с помощью
системы меню устанавливать значения различных параметров,
режимов работы внутренних устройств, периферийного
оборудования и т. п. В различных версиях BIOS внешний вид
программы и управление в ней изменяются, но принцип остается
прежним — все параметры сгруппированы по предназначению и
расположены в соответствующих разделах программы.
Единственное, что может ограничить пользователя в настройке, —
это наличие или отсутствие каких-либо параметров в программе
установки. Тогда как одни BIOS (AWARD и AMI) в достатке
предлагают разнообразные параметры для настройки системы (рис.
7.17), другие (Phoenix) ограничивают поле деятельности очень
небольшим набором опций. Все изменения сохраняются в
микросхеме CMOS-памяти, которая постоянно питается от
специального аккумулятора.
- 174 -
Рис. 7.17. Внешний вид программы изменения конфигурации
одной из версий BIOS
Подключение напряжения питания Разъемы для питания
Для подключения питания к материнской плате используют
специальные разъемы, которые могут отличаться друг от друга в
зависимости от отношения платы к тому или иному форм-фактору
(рис. 7.18).
Рис. 7.18. Разъемы для подключения к материнской плате
напряжения питания
(в центре рисунка)
На платах AT применяются два одинаковых разъема,
расположенных в одну линию, что иногда мешает правильной
ориентации разъемов. Используются напряжения: +5, + 12, —12 и
—5 В.
На платах АТХ вышеуказанная проблема решена путем
использования одного-единственного 20-контактного разъема, хотя
в наиболее современной спецификации ATX v2.03 применяется
еще один дополнительный 4-контактный разъем (рис. 7.19).
Используются напряжения: +5, +12, +3.3, -12 В (на
дополнительный разъем подводится еще одна группа проводов от
блока питания, предназначенных для питания внешних
накопителей с напряжениями +5 и +12 В).
- 175 -
Рис. 7.19. Так может выглядеть дополнительный разъем
питания
Фильтрующие конденсаторы
Даже достаточно дорогие блоки питания не всегда успевают
стабилизировать скачки напряжения, характерные для российской
электросети, поэтому производители материнских плат, как
правило, размещают на плате значительное количество
конденсаторов, позволяющих сгладить возможные скачки за счет
своей емкости. Лучше всего эти конденсаторы заметны возле
процессорного разъема, т. к. для самого процессора стабильность
питания важна в наивысшей степени (рис. 7.20).
Рис. 7.20. Фильтрующие конденсаторы расположены в
основном рядом с процессорным разъемом
При выборе материнской платы, если есть возможность,
обратите внимание на установленные конденсаторы. Желательно,
чтобы на 12-вольтовой шине должны быть установлены
конденсаторы на напряжение не менее 25 В, а на
5-вольтовой шине на напряжение не менее 16 В. Иногда
можно встретить рекомендации, что следует избегать
конденсаторов, изготовленных на тантале (на них имеется надпись
Tantalum), т. к. они очень чувствительны к повышенной влажности.
На качественных материнских платах используют
конденсаторы с относительно большой емкостью (2200—3300
- 176 -
мкФ).
Микросхема регулятора напряжения
Практически все современные устройства вроде центрального
процессора, модулей памяти, плат расширения используют
напряжения питания в широком диапазоне — чаще всего не выше
3,3 В. Такой "сервис" блоки питания системных блоков обеспечить
не могут, т. к. они позволяют получить только три напряжения
питания: 5 и 12 В, а также 3,3 В (блоки питания АТХ). Этого
крайне недостаточно, тем более что многие платы предоставляют
возможность пошагового изменения напряжения питания цепей
процессора, модулей памяти, чипсета и т. п. Для формирования
всех этих напряжений используется специализированная
микросхема, являющаяся главным звеном модуля регулятора
напряжения. Называется он VRM (Voltage Regulator Module).
Конструктивно модуль VRM выполнен в виде небольшой
прямоугольной микросхемы, расположенной рядом с разъемом
процессора. В приведенной табл. 7.2 можно наглядно увидеть
функциональные возможности самых распространенных типов
модулей.
Таблица 7.2. Наиболее распространенные типы микросхем
регуляторов напряжения
Таблица 7.2 (окончание)
- 177 -
Нестандартные компоненты материнской платы
К нестандартным функциям относятся те функции, которые
отсутствуют у наиболее распространенных моделей материнских
плат, но могут все-таки иногда встречаться. Яркий пример — это
наличие двухразрядного жидкокристаллического индикатора,
предназначенного для первичной диагностики неисправностей. Как
правило, в инструкции такой материнской платы предлагается
расшифровка кодов, появляющихся на индикаторе (рис. 7.21).
Иногда вместо цифровых индикаторов применяют несколько
разноцветных светодиодов (рис. 7.22).
В последнее время все чаще стали встречаться разъемы с
непонятными названиями AMR, CNR, ACR, SCR, которые
предназначены для установки нового поколения так называемых
программных плат расширения, в которых большую часть функций
выполняет центральный процессор и остальные компоненты
материнской платы.
Рис. 7.21. Внешний вид двухразрядного
жидкокристаллического табло
на материнской плате
- 178 -
Рис. 7.22. Внешний вид индикаторов диагностики
неисправности
Название разъема AMR — это аббревиатура английского
наименования Audio Modem Riser, что указывает на его
предназначение для установки голосового программного модема.
Разъем CNR (Communication and Network Riser) предполагает
установку программной сетевой платы, а, например, разъем SCR
(Smart Card Reader) предназначен для устройства считывания так
называемых Smart-карт, применяемых в качестве накопителя
информации в цифровых камерах. ACR — Advanced
Communications Riser — специальный разъем для подключения
"облегченных", за счет чипсета материнской платы, сетевых, аудиои модемных плат, а также USB-контроллеров.
Принципы работы материнской платы
Материнская плата играет, наверное, главенствующую роль в
процессе работы всего компьютера. Она не только позволяет
организовать первоначальное тестирование всех компонентов при
включении компьютера, но и определяет режимы их работы.
После нажатия кнопки POWER на системном блоке на
электронные компоненты материнской платы начинает поступать
напряжение питания. Практически сразу же запускаются такие
компоненты, как микросхема регулятора напряжения, которая
начинает генерировать все необходимые для компонентов
напряжения питания, микросхема тактового генератора, вырабатывающая синхроимпульсы, используемые всеми остальными
микросхемами для своей работы. Самый первый компонент ПК,
который подвергается тестированию, — это центральный
процессор. Тестируются все его внутренние регистры,
представляющие собой память, используемую в процессе
вычислений, кэш-память, которая применяется для согласования
скоростей основной памяти и ядра процессора и т. п.
Следующий этап — проверка целостности данных,
находящихся в микросхеме BIOS. Дело в том, что программы,
которые содержатся в этой микросхеме, используются для работы
практически всех компонентов ПК, включая сам процессор. Если
во время работы вдруг обнаружится какая-нибудь ошибка, то это
может привести к потере очень важных данных, поэтому проверка
производится на этапе старта. Для этого процессор, который уже
начал свою работу, вычисляет контрольную сумму всех
- 179 -
находящихся в микросхеме данных и сравнивает результат с
контрольной суммой, записанной в самой микросхеме во время ее
программирования. Если результаты сходятся, компьютер
продолжает свою работу, если нет — система блокирует
дальнейшую загрузку.
После того как процессор "убедиться" в том, что с
программами все в порядке, он проверяет качество работы
тактового генератора, т. к. от этого может зависеть стабильность
работы всей системы. Дело в том, что абсолютно все процессы,
происходящие внутри электронной схемы компьютера,
синхронизируются при помощи тактовых импульсов (более
подробно об этом см. в гл. 2, посвященной общему описанию
устройства компьютера). По окончании этого этапа проверки
становится доступной звуковая сигнализация, используемая для
первичной диагностики неисправностей.
Следующий этап — проверка основной памяти и схем
управления доступом к ней (каналы прямого доступа DMA,
тестирование стандартной и расширенной памяти, проверка
регенерации содержимого и т. п.). Практически одновременно
процессор начинает распределение ресурсов между подключенными устройствами.
Для пользователя работа компьютера начинается только с
вывода на экран монитора заставки текущей версии BIOS, что
происходит после инициализации видео-BIOS, которая в свою
очередь проверяет электронную схему видеоплаты и
подготавливает ее к работе. В большинстве случаев до этого на
секунду-две на экран выводится информация о модели видеоплаты
и объеме доступной видеопамяти.
Одновременно с информацией о версии BIOS, модели
материнской платы и другой служебной информацией на экран
монитора выводится счетчик, показывающий процесс тестирования
доступной основной памяти. После того как видеоплата начинает
свою работу, становятся доступными диагностические сообщения,
которые предназначены для сообщения пользователю о возникших
проблемах.
Дальнейшие действия можно назвать "обходом
подведомственной территории". При этом процессор считывает
информацию о конфигурации компьютера из микросхемы CMOS,
которая записывается туда при первоначальной настройке
- 180 -
компьютера, проверяет наличие всех описанных там компонентов,
а также их исправность. Для этого в каждом устройстве имеется
специальная микросхема, которая позволяет проверить все самые
важные параметры, что она и делает по запросу центрального
процессора. Последовательно проверяются клавиатура, часы
реального времени, контроллеры параллельного и
последовательных портов, контроллеры флоппи-дисковода и
жестких дисков и т. д.
По окончании процесса тестирования система ищет
загрузочный диск, с которого она, в случае успеха, и запускает
операционную систему. В этот момент все компоненты компьютера
являются активными и готовыми к использованию.
Рекомендации
по выбору материнской платы
Материнские платы характеризуются, как вы уже знаете,
большим количеством признаков, из-за чего выбрать идеальный
вариант очень и очень сложно. От выбора этой платы зависит,
например, сколько вы сможете
установить оперативной памяти или какой процессор сможете
применить и с какой тактовой частотой. Поэтому постараемся
выделить среди этого множества факторов самые главные, которые
в первую очередь следует учитывать при выборе модели
материнской платы.
Производитель — от того, кто выпустил материнскую плату,
может зависеть то, насколько стабильно она будет работать.
Известные компании, такие как ASUSTek или Intel, для
производства обычно используют компоненты, выпущенные не
менее известными фирмами. Но существуют компании, главная
цель которых экономия на производстве. Продукцию такие компании выпускают вполне работоспособную, но назвать ее
качественной язык не поворачивается (яркий пример PC Chips).
Очень важно, чтобы производитель оказывал техническую
поддержку пользователям своей продукции. Это новые версии
BIOS, утилиты для их обновления, драйверы и т. п. Например,
компания ASUSTek на своем официальном сайте предлагает
скачать любую версию BIOS для любой из своих материнских плат,
включая самые старые.
Наиболее известными являются такие производители, как
ASUSTek, AOpen, Biostar, DFI, EPoX, MicroStar, Iwill, GigaByte,
- 181 -
Chaintech, Tyan, Abit, Intel, FIC, Tekram, SOYO, EliteGroup и
SuperMicro. Следует учитывать, что чем известнее производитель,
тем дороже стоит ее продукция, хотя совсем не обязательно, что
она будет значительно лучше продукции менее известных
производителей.
Примечание
У каждого даже самого известного производителя имеются
либо не очень, либо крайне неудачные модели материнских плат.
Поэтому, прежде чем остановить свой выбор на одной модели,
обязательно проконсультируйтесь со знакомыми специалистами
или просто почитайте в Интернете отзывы по поводу данной
модели. Где найти подобные описания, рассказано в части II,
посвященной модернизации.
Название чипсета — от него зависят практически все
возможности материнской памяти. Следует очень внимательно
отнестись к выбору производителя и модели чипсета, чтобы потом
не "кусать локти", узнав о некоторых его недостатках или
преимуществах других моделей. От качества чипсета зависят не
только возможности, но и стабильность работы будущего компьютера.
Форм-фактор — для современного компьютера однозначно
следует выбирать АТХ. Тем более что сегодня выпуск материнских
плат формата AT практически прекращен. Например, процессоры
Athlon/Duron изначально выпускались в более новом и
перспективном формате, чего не скажешь о продукции Intel.
Иногда еще попадаются платы, поддерживающие процессоры
Pentium II I/Celeron и устаревающий формат AT.
Поддержка процессора — можно сразу же выделить две
категории материнских плат: одни рассчитаны только на
процессоры Intel (Pentium/Celeron), а другие — на процессоры
AMD (Athlon/Duron).
Поддержка модулей памяти — материнские платы для
процессоров AMD могут поддерживать два типа модулей: для
обычной памяти SDRAM и новой DDR SDRAM, а материнские
платы для процессоров Intel помимо упомянутых могут
поддерживать еще один сугубо "интеловский" тип памяти —
RDRAM. Все эти типы выпускаются в электрически
несовместимых модулях, поэтому следует внимательно отнестись к
данной теме. На некоторых платах может содержаться два типа
- 182 -
разъемов. Например, для модулей SDRAM и DDR SDRAM. He
менее важным фактором является количество разъемов, для
установки памяти: чем больше разъемов, тем больший объем
памяти сможет поддержать материнская плата.
Поддержка шин расширения — помимо привычных всем шин
PCI и AGP следует обратить внимание на поддержку платой таких
интерфейсов, как USB и FireWire. Это позволит в дальнейшем без
особых проблем подключать такие устройства, как сканер,
цифровая камера и т. п. Обратите внимание на количество разъемов
PCI, иногда их количество ограничено двумя слотами.
На рынке предлагается такое большое количество самых
разнообразных моделей материнских плат, что перечислить их все
и рассказать об особенностях каждой модели не представляется
возможным. Только разве что выпустить отдельную книгу со
справочной информацией? Наша же цель быстро выбрать ту самую
модель, которая удовлетворит нас своими функциональными
возможностями, обрадует стабильной работой и просто удивит
производительностью.
Наиболее распространенный вариант материнских плат:
□ основные параметры — форм-фактор АТХ, пять слотов
PCI, один слот AGP 4х, два канала IDE, два СОМ-порта, один LPTпорт, два USB-nopта,
два PS/2-порта;
□ дополнительные параметры — один или два слота ISA,
слоты AMR, CNR, ACR или SCR, кодек АС'97, два порта IEEE1394.
Производители материнских плат и чипсетов
□ ASUSTek. http://www.asus.com.tw/. Производитель
материнских плат, которые зарекомендовали себя благодаря
высокой производительности и надежности работы.
□ ABIT. http://www.abit.com.tw/. Материнские платы этой
компании довольно популярны среди опытных пользователей
благодаря тому, что они
предоставляют наиболее широкие возможности настройки с
помощью программных средств, по сравнению с платами других
производителей.
□ ACORP. Достаточно хорошие возможности настройки этих
плат неплохо сочетаются с невысокой ценой, что послужило
поводом для повышения популярности этой фирмы среди
- 183 -
пользователей.
□ ALi. Торговая марка принадлежит бывшему отделению
компании Acer Laboratories, которое специализировалось на
выпуске чипсетов. Серия чипсетов Magik предназначена для
работы с процессорами AMD, а серия Aladdin — для процессоров
Intel. Приставка Cyber означает наличие интегрированного видео.
□ AMD. Производитель чипсетов.
□ АОреп. http://www.aopen.ru/. Компания АОреn во всем
мире является признаком качественных комплектующих для IBMсовместимых компьютеров. АОреn входит в холдинг Acer, хотя
является при этом независимой компанией, специализирующейся
на комплектующих, в частности, материнских платах.
□ A-Trend. Материнские платы этой компании, в принципе,
не обладают яркими отличительными особенностями. Несмотря на
это, являются неплохим выбором для компьютера средней
мощности.
□ ATi. Компания вышла на рынок чипсетов не так уже давно
и в основном выпускает продукцию для портативных
компьютеров. Отличительной чертой чипсетов является наличие в
названии торговой марки Radeon. Среди положительных
характеристик стоит отметить высокое качество интегрированного
видео (не зря ведь компания является основным конкурентом
nVidia в производстве видеочипов).
□ Chaintech. http://www.chaintech.com.tw/. Главным
преимуществом материнских плат этой компании является
применение безджамперной технологии, т. е. все настройки
производятся с помощью программных средств. В названии плат
обязательно присутствует буквосочетание СТ, например, CT6VIA3.
□ DFI. http://www.dfi.com/.
□ EliteGroup. Производитель материнских плат.
□ ЕРоХ. Системные платы этой фирмы обладают довольно
ограниченными возможностями настройки, но, несмотря на это,
сегодня они довольно популярны благодаря своей простоте.
□ FIC. http://www.fic.com.tw/. Компания FIC (First International
Computer), производитель материнских плат.
□ Formoza. http://www.formoza.ru/. Компания "ФормозаАльтаир", российский производитель материнских плат.
□ GigaByte. http://www.gigabyte.com.tw/. Материнские платы с
- 184 -
названием этой фирмы считаются самыми надежными в работе и
удобными в настройке. Поддержка последних процессоров от Intel
и AMD положительно сказалась на широком распространении этих
плат.
□ Intel, http://www.intel.ru/contents/design/pcisets/. Один из
старейших производителей чипсетов и материнских плат.
Выпустила огромное количество чипсетов, последние серии имеют
название в форме i8xx, где вместо хх следует номер версии.
Материнские платы фирма создает специально для тех
пользователей, которые просто хотят нормально работать. Теоретически это самые стабильные в работе платы. Перемычки здесь
практически отсутствуют. Процессор и его рабочие параметры
определяются автоматически, т. е. возможности настройки
параметров довольно ограничены.
□ Iwill, http://www.iwill.com.tw/.
□ Micro-Star. Она же MSI. http://www.msi.com.tw/. Компания
обычно выпускает универсальные решения: на материнской плате
очень часто находятся интегрированный звук, контроллер FireWire,
Ethernet и т. п.
□ PC Chips, http://www.pcchips.com/. Производитель очень
дешевых чипсетов.
□ SiS. Известный производитель неплохих и недорогих
чипсетов, хотя высокой производительностью продукция этой
компании никогда не отличалась. В названии чипсета обязательно
присутствует торговая марка SiS.
□ VIA. http://www.via.com.tw. Самый крупный тайваньский
производитель широкого спектра чипсетов и материнских плат на
их основе. Зачастую названия чипсетов начинаются как КТххх, где
ххх означает частоту системной шины, которую поддерживает
чипсет.
□ Zida. http://www.zida.com/. Производитель качественных
материнских плат, характерной чертой является очень хорошая
техническая поддержка. По некоторым данным даже для очень
старых плат выпускаются обновленные версии BIOS, позволяющие
свести к минимуму затраты при модернизации компьютера.
Производители BIOS
□ American Megatrends Inc. (AMI) —
http://www.megatrends.com/
□ Award Software — http://www.award.com/
- 185 -
□ Phoenix Technologies — http://www.ptltd.com/
Проблемы,
характерные для материнских плат
Плохую работу материнской платы "вычислить" очень
сложно, т. к. через нее идут сигналы абсолютно ко всем
подключаемым устройствам. Поэтому причина нестабильной
работы, например, видеоплаты может быть как в самой видеоплате,
так и в материнской плате.
Наиболее характерные признаки проблем со "здоровьем"
материнской платы:
□ не работают периферийные устройства, такие как
сканер, принтер, мышь. При этом на других компьютерах эти
устройства функционируют как обычно;
□ при включении питания компьютер не запускается,
слышно, как начинают работать вентиляторы, жесткий диск и т. п.,
а экран монитора остается черным. При этом системный динамик
не издает даже привычного одиночного сигнала.
Эти и многие другие проблемы возникают, как правило,
неожиданно для пользователя, хотя, если внимательно разобраться,
то причиной являются некорректные действия самого пользователя,
например, при обновлении версии BIOS и т. п.
ГЛАВА 8
Процессор
Процессор... Как много в этом слове! Так можно было бы
начать целый роман о самом маленьком и самом важном
компоненте любой электронно-вычислительной машины. Очень
часто из-за относительно малых размеров его называют
микропроцессором, но такое название ни капли не уменьшает
значимости этого элемента. Микропроцессорные технологии — вот
где ученые всего мира смогли достичь таких высот, о которых лет
пятьдесят даже не мечтали (в те времена сегодняшний Spectrum
был бы суперкомпьютером). Вся остальная электронная
промышленность находится в полной зависимости от ученыхгениев, которые и днем и ночью трудятся над созданием все более
совершенных технологий. Если бы какой-нибудь современный
процессор собрали по одной из самых первых технологий, то его
размер, наверное, сравнялся бы с размером системной платы, а за
счет выделяемого им тепла можно было бы отапливать целый
подъезд многоэтажного дома.
- 186 -
Центральный процессор представляет собой миниатюрную
вычислительную машину, размещенную в одной очень большой
микросхеме с огромным количеством выводов (более 400 штук). На
одном кристалле сверхчистого кремния с помощью сложного и
высокоточного технологического процесса создано несколько
миллионов транзисторов и других элементов, соединительные
провода и точки подключения внешних выводов. В совокупности
все они образуют все логические блоки процессора, т. е.
арифметико-логическое устройство, управляющее устройство,
регистры и т. д. В приведенной табл. 8.1 указаны основные
параметры наиболее "древних" и более современных процессоров.
Тактовая частота указывает, сколько элементарных операций
процессор выполняет за одну секунду. Тактовая частота измеряется
в герцах, как и любая другая частота. Современные процессоры
работают на частотах более 1 ГГц (один гигагерц). Следует
помнить, что тактовая частота служит лишь
относительным показателем производительности процессора,
потому что различия в схеме процессоров приводят к тому, что в
некоторых из них за один такт выполняется работа, на которую
другие расходуют несколько тактов.
Разрядность процессора показывает, сколько бит информации
за один такт обрабатывается или передается (разрядность шины
данных процессора) и сколько бит может быть использовано для
адресации оперативной памяти (разрядность шины адреса
процессора).
Таблица 8.1. Основные характеристики процессоров
Компьютер один, а процессоров много?
Загляните в любой прайс-лист, предлагающий по самой
низкой цене купить самый мощный компьютер. Что вы увидите?
- 187 -
Огромное количество моделей процессоров даже с одним
названием (например, Athlon), не говоря уж и о немалом
разнообразии названий: Pentium, Athlon, Celeron, Duron, да еще с
разными приставками вроде ХР, III и т. п. Зачем так сделали?
Наверное, чтобы запутать покупателя. А тогда почему у различных
процессоров цена разная? Разобраться в этой ситуации не так уж
сложно, как кажется на первый взгляд. Рассмотрим все по порядку.
Ни для кого не секрет, что IBM PC самый популярный
компьютер в мире. Про эту популярность уже перестали писать
статьи в журналах и газетах. Потому что высокая
распространенность этой разновидности ЭВМ по всему миру (в
последнее время и по России) не позволяет даже вспомнить про
существующие компьютеры других марок. И это несмотря на
некоторые недостатки...
Производители компьютеров буквально "зомбировали"
широкие слои населения, которые только и мечтают, чтобы
приобрести новый более мощный компьютер. А откуда появляются
эти самые мощные сегодня, а завтра, быть может, уже совсем
немощные компьютеры? Догадались? Правильно! Их "сочиняют"
все те же самые люди, которые изобрели первый компьютер IBM
PC. "Ну, хорошо", — скажете вы. — Тогда почему столько разных
названий одного и того же процессора?" Вот мы и подошли к
главной причине пухлости рекламных буклетов — производителей
то несколько. Наверное, не один пользователь изумленно
"округляет" глаза на продавца компьютерного магазина, когда тот
спрашивает: "А какой процессор вы хотите?" Приходим в магазин,
чтобы купить компьютер, а тут такое спрашивают... Но такова
плата за прогресс. Популярную и, соответственно, хорошо распродаваемую продукцию хочется выпускать многим. Единственно,
что спасает компьютерный рынок (а значит и нас), — это
действительно сложное устройство процессора, повторить которое
может далеко не каждый. Иначе, производителей было бы ровно
столько, сколько существует всяких разных "кукол Барби".
Следующий вопрос, на который мы ответим: "Почему
процессоры называются по-разному?" Ответ простой. У каждого
производителя имеется собственный товарный знак, в рекламу
которого он вкладывает немалые деньги. И все это в надежде, что
потребитель выберет именно их продукцию, а не продукцию
конкурента. Основными наполнителями процессорной ниши
- 188 -
компьютерного рынка являются две крупные корпорации,
постоянно замахивающиеся на монополизм, — Intel и AMD.
Существует еще одна компания, которая сегодня активно
производит процессоры для IBM-совместимых компьютеров. Это
компания VIA Technologies. Несмотря на свое реальное
присутствие на рынке настольных процессоров (как самых
распространенных), ее продукция занимает очень маленький
процент от всего объема продаваемых процессоров. Можно сказать,
что компании VIA удалось занять только небольшой "аппендикс"
процессорной ниши. Если заглянуть в историю, то увидим, что
фирм-производителей процессоров для IBM-совместимых
компьютеров было еще больше. Куда они делись и почему?
Давайте разберемся.
Когда создавался первый компьютер IBM PC, как мы все уже
знаем, компания IBM выбрала процессор Intel 8086 как самый
удачный вариант из всех имеющихся на тот момент. Это
определило судьбу тогда еще небольшой фирмы по разработке и
производству микропроцессоров — она стала гигантской
корпорацией. Компания Intel долгое время считалась монополистом
на рынке процессоров для IBM-совместимых компьютеров.
Поначалу руководство компании не смогло оценить всех
происходящих изменений и допустило появление конкурентов на
рынке процессоров. Дело в том, что заводы Intel в один прекрасный
момент перестали справляться с покупательским спросом на IBM
PC, и создался дефицит компьютеров. Этот вакуум мгновенно заполнили "любители легкой наживы" —
фирмы-производители, которые стали копировать "фирменный"
процессор и выпускать его под своим товарным знаком. Только
спустя, некоторое время, за которое успело появиться несколько
новых модификаций процессора для IBM PC, руководство Intel
наконец-то сообразило, чем все может закончиться. А
производители клонов тем временем "клепали" процессоры и
подумывали об увеличении рынков сбыта. И настал момент, когда
компания Intel решила этот произвол и защитила свои разработки
законом об авторском праве. Теперь копировать ее процессоры
можно было только с письменного разрешения, называемого
лицензией. Все бы хорошо, да вот лицензии Intel никому давать не
собиралась (сливки-то вкусней, когда ты один их кушаешь). Уже в
то время IBM PC стал законодателем моды на персональные
- 189 -
компьютеры.
Делать нечего, и приступили бывшие производители клонов к
собственным разработкам. Деваться им было некуда —
производственные линии были уже налажены, специалисты
"прикормлены". Бросать все это руководство этих фирм просто не
могло. Да вот незадача. "Изобрести велосипед", чтобы был такой
же, да чтобы не был похож на "собрата" от Intel, оказалось неимоверно сложно. Началась эра "совместимости". Тот же AMD не
имел законного права использовать в своих процессорах любые из
удачных разработок Intel. Поэтому предпринимались попытки
создания собственного, пусть не такого хорошего, зато своего
процессора. Выпусти тогда AMD процессор, не совместимый с
"фирменным" процессором от Intel, пришлось бы переделывать все
программы. Фактически получился бы совершенно другой
компьютер. А рынок то требовал именно IBM PC, что и заставляло
производителей изобретать новый вариант IBM-совместимого
процессора. Немногие выжили в этой конкурентной борьбе, только
несколько из них справились с непосильной задачей. Это были
компании AMD, Cyrix и Centaur. Их процессоры могли выполнять
те же самые программы, что и "фирменный" процессор, и
одновременно отличались от него по внутренней структуре.
Сегодня последние две компании "умерли", оставив после себя
огромное количество, по сей день работающих модификаций IBMсовместимых процессоров.
Есть еще один виновник большого количества моделей
процессоров, представленных на рынке, — это прогресс. Да, да, и
еще раз да. Тот самый прогресс, благодаря которому компьютеры
становятся все более мощными и желанными, виноват в том, что
нам приходится выбирать процессор вместо того, чтобы просто
взять и купить его. Дело в том, что производители, чтобы выжить в
конкурентной борьбе, торопятся с выпуском новой продукции.
Ученые только успевают выдумать что-нибудь новое, как
производственные линии сразу же начинают перестраиваться на
выпуск новинки. А куда деваться? Подождать немного? Так
конкуренты выпустят что-нибудь такое, что продажи твоей
продукции очень быстро упадут к нулю. Вот и трудятся
два гиганта — Intel и AMD — над заполнением рынка новыми
технологиями. Да так быстро, что старые модели не успевают
"разойтись по рукам" и продолжают занимать место на прилавках
- 190 -
магазинов. Единственный плюс — морально устаревают
процессоры намного быстрее, чем физически, что благоприятно
сказывается на их окончательной цене. Зачастую мощности процессора, появившегося в "прошлом году" (например, Pentium III),
хватает для решения всех необходимых пользователю задач. А цена
этих процессоров в последнее время значительно упала, потому что
"топовыми" являются процессоры Pentium 4, которые стоят
значительно больше своих реальных возможностей.
Немного о совместимости. Всем известен закон об авторском
праве. В мире компьютерных технологий он действует не менее
сурово, чем, например, в книгоиздательстве. Согласно этому закону
компания-разработчик имеет абсолютные права на собственную
разработку. Она может разрешить другим компаниям выпускать ее
изделие (за определенную плату), а может и не разрешать,
оставаясь монополистом в данной области. Так было, например,
когда компания Intel "прикрыла" лицензии на клонирование своих
новых процессоров. В результате все конкуренты оказались перед
сложным выбором: либо перестраивать производственные линии на
выпуск кардинально другой продукции, либо самостоятельно
разрабатывать такой же процессор, что и у Intel. Вот как раз здесьто и кроется главный секрет "совместимости" — разработать и
выпускать идентичный хотя бы частично продукт компанииконкуренты не могут, т. к. все разработки Intel охраняются законом
об авторском праве. Охраняется как общая блок-схема, так и
детальная схема отдельных узлов. Для того чтобы выпустить
конкурирующий продукт, надо разработать такой процессор, чтобы
он выдавал идентичный результат (в сравнении с результатом
работы процессора Intel) при условии равных изначальных
условий/данных. И при этом внутренняя архитектура процессора
должна быть не похожа на охраняемый законом продукт компании
Intel. Уяснив все вышесказанное, можно понять, почему говорят:
программа оптимизирована под процессоры Intel или AMD. Это
означает, что конкретная программа может быть организована
таким образом, что, используя специфические узлы, например,
процессора Intel, она будет работать немного быстрее, чем на
процессорах, где этот узел отсутствует (например, у процессора
AMD).
Последние несколько лет динамика рынка процессоров в
основном определяется противостоянием двух корпораций — Intel
- 191 -
и AMD. Для того чтобы выдержать и не уйти с рынка, как это
сделали Cyrix и Centaur, компании AMD пришлось распродать
часть своего бизнеса, чтобы получить средства на разработку и
выпуск новых процессоров Athlon. Ожидания и надежды оправдали
себя — сенсация состоялась, и компьютерный мир содрогнулся от
небывалых мощностей. Компания Intel в это время тоже не ждала
развития событий, а планомерно наращивала тактовую частоту
своих процессоров...
Устройство центрального процессора
Центральный процессор внешне выглядит как квадратная
керамическая пластина размером примерно 5x5 см с
многочисленными штырьковыми выводами на нижней плоскости.
На современные процессоры обязательно устанавливается радиатор
с вентилятором, закрепленным на его верхней части. По этой
причине вы не сможете увидеть процессор, даже если внимательно
будете изучать содержимое системного блока (пусть и с хорошим .
освещением), для этого потребуется сначала снять охлаждающий
его кулер.
Современные процессоры одни из самых сложных
электронных устройств, для выпуска которых требуются сотни
производственных этапов. Основой производства любых
процессоров является фотолитография: процесс создания схемы
кристалла на заранее подготовленной керамической подложке
путем фотомеханического переноса изображений с шаблонов под
воздействием ультрафиолетового освещения. На кремниевую
подложку наносится слой специального материала, который после
облучения становится растворимым. После облучения и
растворения "лишнего" материала (его называют фоторезистом) на
подложке образуется целая сеть канавок, представляющих собой
будущие проводники. Эти канавки заполняются веществом, обладающим необходимыми электропроводными свойствами. Если
требуется создать непроводящую область, то в этом месте
"наращивается" слой оксида кремния, который помимо хороших
изоляционных свойств обладает достаточной механической
прочностью. Так при помощи заранее подготовленных шаблонов
слой за слоем создается структура с определенными характеристиками.
Количественным показателем сложности технологического
процесса при изготовлении процессора служит проектная норма
- 192 -
точности. Например, первые процессоры i8086 выпускались по
проектной норме 10 мкм, а в новейших процессорах Pentium 4
используется уже 0,13 мкм (микронная) технология. В процессоре
можно выделить несколько его основных блоков.
Арифметико-логическое устройство. Основной считающий
механизм любого процессора, который отвечает не только за
вычисления, но и за выполнение всех запущенных программ. Как
всем известно, существует два простейших вида вычислений:
сложение и вычитание, все остальные виды можно представить в
виде последовательности двух первых. Оттуда и название, ведь
именно арифметика (как наука) занимается простейшими навыками
счета (помните начальные классы школы?). Также это устройство
"думает" над организацией работы других компонентов
компьютера. Наилучшие результаты оно может выдать только при
работе с целочисленными расчетами, для выполнения операций с
плавающей запятой требуется программная эмуляция, что,
естественно, сильно "тормозит" всю систему.
Математический сопроцессор. Исходя из названия, можно
догадаться, для каких целей он нужен — для математических
вычислений. "Странно, — подумаете вы, — ведь сам процессор для того и нужен в
компьютере, чтобы делать вычисления. Причем тут сопроцессор?"
А притом, что центральный процессор помимо различных
"примеров" вынужден еще заниматься и управлением всех
протекающих в компьютере процессов: чтением данных из памяти,
записью этих данных либо обратно, либо в другую область памяти.
Все это должен делать центральный процессор (на то он и
центральный). Чтобы увеличить быстродействие системы в целом,
в структуру компьютера ввели "подмастерья", т. е. математический
сопроцессор, который позволяет освободить своего центрального
"брата" от рутинной работы в качестве калькулятора. Фактически в
системе устанавливается два параллельно работающих процессора:
один для поддержания работоспособности компьютера, а другой —
непосредственно для математических вычислений. Причем второй
работает под непосредственным контролем первого: он считает
только то, что центральный процессор ему позволяет.
Развитием математического процессора можно считать
введение в процессор поддержки различных наборов инструкций
SIMD (MMX, SSE, SSE2 или 3DNow!). SIMD это аббревиатура от
- 193 -
английского наименования Single Instruction Multiple Data, что
переводится как "одна инструкция, множество данных". Принцип
действия любого из этих наборов следующий: если бы
центральный процессор занимался всеми вычислениями
самостоятельно, то для того, чтобы, например, герою
компьютерной игры моргнуть глазом, ему пришлось бы сначала
считать из памяти алгоритм моргания, а уже потом приняться за
вычисления самого процесса движения. Наличие набора инструкций, например, MMX (MultiMedia Extension), позволяет
процессору сразу же приняться за обработку процесса движения, т.
к. алгоритм моргания заложен в процессор на аппаратном уровне.
Оттуда и название "набор инструкций". Разработчики процессоров
выяснили, какие повторяющиеся действия (в основном в играх)
приходится выполнять, и включили их поддержку в процессорное
ядро. Теперь достаточно указать номер инструкции, которую
необходимо выполнить, чтобы процессор воспроизвел строго определенную последовательность вычислений. По сути, наборы SIMD
добавляют в процессор некоторого рода интеллектуальность.
Кэш-память. Используется для хранения данных, которые
либо чаще всего требуются для расчетов, либо те, которые
процессор потребует в ближайшее время. Например, в какой-то
момент времени часть строго определенной последовательности
находится на обработке, а оставшаяся часть в это время
размещается поближе к вычислительному центру, т. е. в кэшпамять. Необходимость в этом появилась после того, как тактовая
частота процессоров перевалила через порог 28 МГц. В результате
предел скорости оперативной памяти был безнадежно превышен, и
при старой организации памяти процессор был вынужден
регулярно простаивать в ожидании, пока схема оперативной памяти
закончит процесс записи данных в ячейки памяти или пока будут
найдены все данные для последующего чтения.
В современных процессорах кэш-память разделяют по
предназначению: непосредственно для данных и для выполняемых
команд. Это позволяет организовать параллельный доступ. Кэшпамять второго уровня (часто обозначается как L2) необходима для
согласования высокой скорости ядра процессора со значительно
меньшей скоростью работы оперативной памяти. Для этого данные
из оперативной памяти постоянно перекачиваются в кэш второго
уровня, чтобы при первом же запросе как можно быстрее предоста- 194 -
вить их вычислительному центру процессора. В противном случае,
процессор вынужден простаивать, ожидая пока информация дойдет
до него по сигнальным линиям.
Кэш-память первого уровня (часто обозначается как L1) в
современных процессорах обычно достигает объема 32 Кбайт, она
предназначена в основном для быстрого доступа к выполняемым
командам. Она всегда размешается на кристалле центрального
процессора. Кэш-память второго уровня может иметь объем в
широких пределах: от 64 до 512 Кбайт на кристалле центрального
процессора и до 2 Мбайт на модулях внешне очень похожих на
модули основной памяти. Начиная с процессора Pentium II, кэшпамять второго уровня также интегрируют внутрь процессорного
ядра.
Производители процессоров
В жестокой конкурентной борьбе в основном выжили только
два промышленных гиганта — Intel и AMD. "А куда задевалась
VIA Technologies?", — спросите вы. Никуда она не девалась,
спокойно продолжает выпуcкать свои процессоры Cyrix III. Только
вот по объемам продаж эти процессоры никак не могут
сравниваться с продукцией первых двух производителей.
□ Компания Intel, как всегда, производит "фирменные"
процессоры. Несмотря на длительный период существования,
продукцию этой фирмы продолжают считать эталоном
совместимости с IBM PC.
Официальный сайт компании Intel находится по адресу: http://
www.intel.com/, существует также русский вариант этого сайта по
адресу: http://www.intel.ru/, но на русский язык переведена только
часть сайта, которую чаще всего посещают потребители, где можно
найти краткое описание выпускаемой продукции, рекламные
буклеты и т. п. Та же часть сайта, которая будет интересна в
основном только специалистам (там где "лежат", в основном,
подробные описания спецификаций и т. п.), так и осталась
англоязычной. При посещении сайта компании Intel не отключайте
показ рисунков. Взамен более долгой загрузки вы сможете
получить удовольствие от очень приятного и удобного дизайна.
Правда, требует эта красота приличного по скорости соединения с
провайдером, иначе поиск нужной информации может
превратиться в сплошное ожидание, когда же, наконец, загрузится
эта... страница.
- 195 -
□ Компания AMD сделала сильный рывок навстречу светлому
будущему, в котором будет только один процессор Athlon.
Настолько хорошим и мощным (а заодно и популярным) он
получился. До этого компании доставалась только незначительная
часть рынка, которая предпочитала продукцию AMD из-за
относительно невысокой цены.
Официальный сайт компании AMD находится по адресу:
http:// www.amd.com/, существует также русский вариант. Он
расположен по адресу: http://www.amd.ru/. На русский язык
переведена только та часть сайта, которая посвящена рекламному
описанию выпускаемой продукции, а та часть, в которой
присутствуют подробные описания спецификаций и т. п., как и для
сайта Intel, осталась англоязычной. Хотя для большинства
пользователей это не станет большим затруднением. Справочная
информация читается и переводится намного легче, чем художественный текст. И в большинстве случаев можно обойтись без
знания английского языка. Сайт оформлен в стиле "дешево и
сердито": минимум картинок позволяет ускорить загрузку
страницы при включенном показе рисунков, что способствует
комфортной работе на сайте. Справочной информации на сайте
AMD значительно больше, что говорит о более тщательном
подходе к обратной связи с потребителем. Здесь можно ознакомиться с рекомендациями по выбору, например, блока
питания, системы охлаждения и т. п.
□ Компания VIA уже давно известна как производитель очень
хороших чипсетов для материнских плат, поддерживающих все
современные процессоры. Компания производит и процессоры,
но их доля на рынке крайне мала из-за их невысокой
производительности по сравнению с процессорами Intel и AMD.
Сайт компании VIA находится по адресу: http://www.via.com.tw.
Обзор производителей нельзя было бы назвать полным, если
не упомянуть о тех, кто канул в лету. За недолгий период своего
существования они успели выпустить немало хороших моделей
процессоров, которые до сих пор пока еще полностью не
"вымерли", подобно динозаврам, и продолжают трудиться на благо
общества. Это такие компании, как:
□ Cyrix — официальный сайт расположен по адресу:
http://www.cyrix.com/;
□ IDT — официальный сайт находится по адресу:
- 196 -
http://www.centtech.com/.
Процессоры Intel
За весь период существования компании Intel на свет
появилось немало модификаций процессора Intel 8086, который
использовался в самых первых компьютерах IBM PC. В
архитектуре современного процессора уже сложно узнать
"прародителя", настолько изменились технологии производства и
внутренняя структура процессора. Много хорошего и плохого
повидали пользователи прошлого столетия. Давайте и мы
"пройдемся" по коридорам истории этого замечательного
устройства — процессора Intel. Следует сразу отметить, что
названия процессоров — 80286, 80386, 80486, Pentium с различными приставками — принадлежат компании Intel и не могут
использоваться другими компаниями. Например, если в прайслисте написано "процессор Pentium 4" без указания производителя,
то можно быть уверенным, что этот процессор произведен именно
Intel, а не AMD или какой-нибудь другой фирмой.
Компания Intel всегда славилась выпуском продукции, в
надежности и стабильности работы которой можно практически не
сомневаться. Если в технологии не допущено критических ошибок,
то процессоры с этой маркой можно считать наилучшим выбором.
Высокая производительность неплохо сочетается с низким
тепловыделением и хорошей разгоняемостью, что, к сожалению,
стоит относительно недешево. И только благодаря тому, что
руководство компании всегда думает о тех, "кто экономит", и
выпускает в свет целые поколения бюджетных процессоров
Celeron, стоимость которых вполне доступна большинству
покупателей, можно считать Intel народной маркой.
Устаревшие процессоры Intel (краткая история)
Первой распространившейся по России моделью процессора
этой компании стал Intel 80286. Даже сегодня можно встретить
рабочие компьютеры, собранные на базе этого процессора. На них
все еще умудряются не только работать (печатать тексты,
например), но и играть. Данную модификацию процессора, кроме
Intel, выпускали еще несколько производителей, например, тот же
AMD. По этой причине в использовании можно встретить процессоры с разными товарными знаками. Единственно, что было
общее у всех клонов, — это система маркировки. Для процессоров
Intel 80286 она была простейшей и состояла из наименования
- 197 -
процессора и цифрового значения, означающего рабочую тактовую
частоту данной модели. Например, цифра 8 означает тактовую
частоту 8 МГц.
Для выпуска процессора Intel 80286 использовалось два типа
корпусов. Первый из них PGA (Pin Grid Array), форма которого
представляет собой квадрат со стороной примерно 5 см. На каждой
стороне размещены два параллельных ряда выводов (68 штук) —
один внутри другого. Контакты как будто расположены на
шахматной доске — все разнесены на одинаковое расстояние друг
от друга. Другой тип корпуса называется LCC (Leadless Chip
Carrier). Контакты здесь размещены на торцах корпуса. На
системной плате такой процессор сложно заметить, т. к. с четырех
сторон его прикрывают кромки держателей.
Следующую модификацию процессора назвали Intel 80386.
Особого изящества в обозначениях тогда не наблюдалось, да этого
и не требовалось. Процессоры расходились с ужасающей скоростью, а
потребительский спрос покрывался с большой натяжкой и только
за счет наличия на рынке продукции конкурентов. После выпуска
386-го процессора, который стал еще более популярным, чем
предыдущая модель, компания Intel решила защитить свою
продукцию от производителей клонов. Но добилась она
неоднозначных результатов: с одной стороны, компания получила
монополию в выпуске собственных разработок, а с другой —
спровоцировала появление конкурирующих лабораторий по
разработке IBM-совместимых процессоров.
Количество контактов у нового процессора увеличилось до
132 штук (как никак шина данных возросла вдвое). Поэтому для
производства 386-х процессоров использовался другой корпус, не
совместимый с предыдущим (хотя назывался он по-прежнему,
PGA). Маркировка осталась неизменной — максимальная рабочая
частота указывается после обозначения Intel 80386.
Вместе с изменениями внутренней архитектуры была
увеличена максимально возможная рабочая частота. Именно тогда
и началась всемирно известная "гонка вооружений". Новый
процессор работал намного быстрее всех предыдущих моделей, что
очень понравилось пользователям. Такова уж особенность бизнеса
— спрос порождает предложение. С каждым днем тактовая частота
растет все быстрее и быстрее. Совсем недавно говорили о дос- 198 -
тижении тактовой частоты 1 ГГц, как за небольшой промежуток
она превысила уровень 2 ГГц. Но об этом немного позже.
Еще один шаг компании Intel вошел в историю. Было
выпущено несколько версий процессора Intel 80386 — полная
версия, имеющая 32-разрядные шины адреса и данных, и
"облегченная" версия с 16-разрядной шиной данных и 24-разрядной
шиной адреса. Это было сделано для того, чтобы охватить как
можно большую область рынка. Те, кому не хватало денег на покупку полной версии, могли приобрести "облегченную", которая,
несмотря на меньшую производительность, все равно была быстрее
286-го процессора. Внешне обе модели абсолютно идентичны (рис.
8.1), поэтому были введены отличительные признаки в маркировку
процессоров. Полная версия процессора теперь обозначалась Intel
386DX, а "облегченная" — Intel 386SX. Так появилось две
категории процессоров: "топовая", обладающая максимальной
скоростью работы, и "бюджетная", позволяющая сэкономить на
небольшой потере производительности.
Рис. 8.1. Внешний вид процессора Intel 386DX
Следующий шаг — модель процессора Intel 486,
представляющего второе поколение 32-разрядных процессоров.
Самое яркое отличие этого процессора от предыдущих моделей:
наличие встроенной в ядро быстродействующей кэш-памяти, а
также наличие встроенного математического сопроцессора. Все это
позволило дополнительно повысить производительность за счет
более полного использования возросшей рабочей частоты.
Структура процессора еще на один шаг приблизилась к
современному виду. Компания Intel сохранила традицию и
выпустила "бюджетную" версию процессора — Intel 486SX
(принцип маркировки использовался тот же, что у 386-х процессоров). Ее отличает отсутствие математического сопроцессора, в
остальном оба процессора полностью идентичны. Полная версия
процессора с сопроцессором имела маркировку Intel 486DX.
Погоня за мегагерцами привела к появлению вариантов 486-го
процессора с увеличенной рабочей частотой. Изменения в
основном коснулись только тактового генератора и маркировки
- 199 -
процессоров — новые модели получили названия Intel 486DX2 и
Intel 486DX4 (рис. 8.2). Первый вариант использует удвоение
тактовой частоты внутри процессора, а второй вариант — утроение.
Очень часто в маркировке указывают как внешнюю частоту, так и
внутреннюю, например, Intel 80486DX2-33/66. Как вы, наверное,
обратили внимание, маркировка последней модели Intel 486DX4
кардинально отличается ото всех предыдущих моделей. Сделано
это для того, чтобы придать процессору отличие от продукции
конкурирующих компаний (эта модель была выпущена уже после
появления первого Pentium, что и повлияло на способ маркировки).
Рис. 8.2. Внешний вид процессоров Intel 486DX2 и Intel
486DX4
Следует иметь в виду, что процессор DX4 отличается от
предыдущих моделей 486-й серии не только увеличением
внутренней частоты втрое. Изменения коснулись и напряжения
питания, которое было уменьшено с 5 до 3,3 В, поэтому для
апгрейда старых компьютеров эти процессоры не пригодны.
Начиная с процессоров Intel 80486, ситуация с процессорами в
корне изменилась: математический сопроцессор стал частью
центрального процессора, значительно упростилась замена
процессора благодаря применению внутреннего умножения
частоты (что используется сегодня во всех процессорах), и того, что
для процессоров стали применять разъем Socket ZIF, значительно
облегчающий процесс установки.
Все вышеописанные процессоры уже утратили свою
актуальность для возможной модернизации по одной простой
причине. Они не выпускаются очень длительное время, и найти
модель с большей частотой, чем установленная на вашем
компьютере, крайне сложно: 95% парка таких машин "пустили
дым", а сервисные центры, у которых остались запасы старой техники, давно украсили ими стены. Вряд ли кто-то согласится
испортить экспозицию, "нарисованную" процессорами, даже ради
того, чтобы помочь вам с апгрейдом. Так что пока компьютер
работает, ничего с ним делать не надо, пусть и дальше себе
работает.
- 200 -
По настоящему революционным шагом стал выпуск
кардинально нового процессора с очень интересным названием —
Pentium (рис. 8.3). Сегодня этим никого не удивишь, мы все уже
привыкли "слепо" принимать все более новые версии процессоров
Pentium и никто не вспоминает, какой фурор в свое время
произвело это непривычное поначалу название. Этим компания
Intel пыталась, в первую очередь, защитить свою продукцию от
подделок. Да и как теперь можно сравнивать, например, АМ5х86, т.
е. улучшенную модификацию 486-го процессора, с процессором
нового поколения? То-то же...
Рис. 8.3. Внешний вид процессора Intel Pentium (слева первая
модификация, справа — вторая)
Технические параметры процессора Pentium:
□ технологический процесс 0,80 мкм (для процессоров с
кодовым именем Р5), 0,50 и 0,35 мкм (для процессоров с кодовым
именем Р54С);
□ частота системной шины 50 или 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 16 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня от 256 Кбайт до 1
Мбайт, расположенной на материнской плате;
□ напряжение питания ядра процессора 5 В (для первой
модификации) и 3,3 В (для второй модификации);
□ физический интерфейс Socket 4 (для первой модификации)
и Socket 5 (для второй модификации);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 60,
66 МГц (для первой модификации) и 75—200 МГц (для второй
модификации).
Рис. 8.4. Внешний вид процессора Intel Pentium MMX
Следующий шаг — разработка процессора под кодовым
названием Р55С. Технология производства 0,35 мкм. Напряжение
питания 2,8 В. Тактовая частота 166—233 МГц, частота системной
- 201 -
шины 66 МГц. Устанавливается в разъем Socket 7. Этот процессор
получил название Pentium MMX. Процессор основан на ММХтехнологии (MultiMedia extension), которая была ориентирована на
мультимедийное, 2D- и 3D-графическое применение. Технические
параметры этого процессора (рис. 8.4):
□ технологический процесс 0,35 мкм (кодовое название
Р55С);
□ частота системной шины 60 или 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня от 256 Кбайт до 1
Мбайт, расположенной на материнской плате;
□ напряжение питания ядра процессора 2,8 В;
□ физический интерфейс Socket 7;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
166—233 МГц.
Вплоть до процессоров Pentium назначение выводов у
процессоров (включая многочисленные клоны) всегда
определялось "фирменными" процессорами Intel, а остальные были
вынуждены придерживаться совместимости с ними. Но с выпуском
процессора Pentium II ситуация перестала блистать своей
стабильностью — началась эра беспорядка и путаницы в
процессорных разъемах. Сегодня совместимость между
процессорами соблюдается только на программном уровне, тогда
как разъемы, напряжение питания, используемые чипсеты и версии
BIOS, кардинально отличаются друг от друга.
Все последующие модификации процессоров вплоть до самых
современных моделей вполне достойны для более подробного
рассмотрения.
Современные процессоры Intel
Начиная с процессора Pentium II, компания Intel стала
выпускать две независимые линейки процессоров: с торговой
маркой Pentium и Celeron. Первые в основном предназначались для
дорогих высокопроизводительных сиетем, вторые для дешевых домашних компьютеров, для
которых на первом месте стоит цена компьютера, а не
производительность. Именно поэтому рассматривать современные
процессоры мы будем с разделением на эти две большие категории.
Все процессоры Intel обязательно поддерживают набор
инструкций ММХ, который содержит в себе 57 инструкций для
- 202 -
оптимизации работы компьютера в Интернет, а также с
мультимедийными данными (аудио и видео).
Сразу отметим, что все используемые термины являются
общепринятыми, поэтому рассмотрим основные из них.
Перечислим процессорные разъемы.
□ Socket 7. Первый наиболее распространенный разъем для
процессоров Pentium, довольно долго продолжал использоваться
для более мощных клонов от AMD, Cyrix, IDT, поэтому только
недавно начал сходить со "сцены". Впервые разъем стал иметь
защиту от неправильной ориентации процессора — скошенный
угол на разъеме соответствует отсутствующим ножкам на
процессоре. Крепление кулера осуществляется при помощи
специального коромысла.
□ Socket 370. Прямой потомок предыдущего типа разъема.
Добавился еще один ряд ножек, а также еще один скошенный угол.
Сегодня считается "вымирающим" типом, т. к. для всех
современных процессоров используется более новый тип. Как
правило, кулеры, подходящие для Socket 7, отлично подходят для
Socket 370, но из-за большой разницы в количестве выделяемого
тепла использовать старые кулеры не рекомендуется.
□ Socket 423. Используется для процессора Pentium 4 на базе
ядра Willamette. Ориентация процессора облегчается благодаря
различному количеству ножек на сторонах корпуса, из-за этого
установка процессора осложнена (ножки мелкие и считать ряды
очень трудно). Кулер крепится к специальным направляющим,
расположенным по обе стороны разъема при помощи двух скоб —
на привычном коромысле относительно огромные радиаторы
удержаться не могут.
□ Slot 1. Щелевой разъем, разработанный и запатентованный
компанией Intel. Иногда его называют SC242 (по количеству
выводов). Просуществовал около двух лет, после чего был
объявлен неперспективным (хотя это было понятно уже с самого
начала). Устанавливается подобно модулям памяти — по бокам
имеются два пластмассовых держателя-защелки. Выполнял главное
условие: удешевление процессора.
От процессоров под Slot 1 процессоры для Socket 370
отличаются только схемой питания, что легко обходится при
помощи специального переходника. Так что владельцы
материнских плат с разъемами Slot 1 свободно могут устанавливать
- 203 -
более новые образцы процессоров под Socket 370.
Процессоры в зависимости от модели выполняются в
различных корпусах. Для всех модификаций Socket могут
использоваться нижеприведенные корпуса.
□ PPGA (Plastic Pin Grid Array). Имеет металлизированную
крышку, закрывающую кристалл процессора. Использовался для
всех процессоров Celeron вплоть до 533 МГц.
□ FC-PGA (Flip Clip PGA). Стал использоваться для
процессоров, выполненных по технологическому процессу 0,18
мкм (начиная с ядра Coppermine). Электрически несовместим с
предыдущим типом, хотя расположение выводов осталось таким
же. Кристалл в таком корпусе не имеет защитного кожуха, что
должно обеспечить более качественный отвод тепла. Недостаток:
высокая вероятность повреждения кристалла при установке кулера.
Для охлаждения таких процессоров лучше всего использовать
кулеры, имеющие четыре мягких подушечки по четырем углам.
□ FC-PGA2. Кристалл закрыт металлической крышкой серозеленоватого цвета. Используется для производства процессоров
Celeron на базе ядра Tualatin. Кулеры для FC-PGA и для FC-PGA2
полностью совместимы.
Для процессоров, рассчитанных на работу с разъемом Slot 1,
также использовалось три типа корпусов.
□ SECC (Single Edge Contact Cartridge). Печатная плата с
установленными с двух сторон компонентами (ядром процессора и
двумя микросхемами кэш-памяти второго уровня). Плата закрыта с
одной стороны пластиковой крышкой, а с другой — металлической
пластиной, служащей для отвода тепла от компонентов, именно к
ней крепится радиатор с вентилятором. Первые модификации
SECC имели металлическую пластину, прижатую только к
кристаллу процессора, а микросхемы кэш-памяти оставались без
охлаждения. Позднее на ней появилось два выступа,
предназначенных для отвода тепла от обеих микросхем кэшпамяти.
□ SECC2. Основное отличие от предыдущего типа — это
отсутствие пластины, из-за чего радиатор стал прижиматься прямо
к кристаллу процессора и микросхемам кэш-памяти. Применялся
для процессоров с тактовой частотой выше 400 МГц.
□ SEPP (Single Edge Processor Package). Разновидность
упаковки SECC. He имеет ни теплоотводящей пластины, ни
- 204 -
пластмассового корпуса. Следует заметить, что кулеры, сделанные
для охлаждения процессоров в упаковке SEPP, не подходят для
охлаждения SECC, и наоборот, т. к. для них применяются
совершенно разные способы крепления и различные конструкции
основания (площадь основания кулера для SEPP меньше, т. к. не
требуется охлаждать микросхемы кэш-памяти).
Конструктив применялся для первых процессоров Celeron, но
впоследствии Intel отказалась от такого подхода и стала
устанавливать процессор
прямо в разъем на материнской плате, т. е. Socket. Вскоре на
этот путь "встали" процессоры Pentium, а технология Slot 1
понемногу "умерла".
Intel Pentium II Klamath
Процессоры Intel Pentium (начиная с Pentium II)
предназначены для использования в высокопроизводительных
настольных компьютерах, рабочих станциях и серверах (рис. 8.5).
Рис. 8.5. Внешний вид процессора Intel Pentium II Klamath
Начиная с этих процессоров, в рекламных кампаниях стали
упоминаться не только название самого процессора, но и торговая
марка ядра, на котором он создан.
По сути, ничего нового компания Intel не изобрела, она только
лишь соединила преимущества процессора Pentium Pro с
технологией ММХ.
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,35 мкм;
□ частота системной шины 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 512 Кбайт, работает на
половине тактовой частоты процессора, кэш-память выполнена на
отдельных микросхемах, которые расположены на одной плате с
процессором;
□ напряжение питания ядра процессора 2,8 В;
□ физический интерфейс Slot 1 (SC242);
□ конструктивное исполнение SECC (картридж);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 233,
- 205 -
266 и 300 МГц (используемое ядро не позволяло создавать
процессоры с большей тактовой частотой).
Intel Pentium II Deschutes
Практически все изменения коснулись технологии
производства, что позволило уменьшить тепловыделение и
увеличить "потолок" тактовых частот (плюс поднять частоту
системной шины). Все остальные параметры остались без
изменения.
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,25 мкм;
□ частота системной шины 100 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт; □ объем кэшпамяти второго уровня 512 Кбайт;
□ напряжение питания ядра процессора 2,0 В;
□ физический интерфейс Slot 1;
□ конструктивное исполнение SECC (картридж) и SECC2;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 333,
350, 400 и 450 МГц.
Intel Pentium III Katmai
Как всегда, компания Intel поторопилась с выпуском "нового"
процессора, который фактически представляет собой прежний
Pentium II с добавленным блоком SIMD (Single Instruction Multiple
Data), получивший название SSE (Streaming SIMD Extensions). Этот
блок предназначен для расширения прежнего набора ММХ до 70
команд, направленных на оптимизацию работы с
мультимедийными данными. Как раз в это время стали распространяться диски с записанными для них фильмами, клипами и т. п.
Выпуск этой модели Pentium III не более чем маркетинговый шаг в
ответ на выпуск AMD K6-III (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Внешний вид процессора Intel Pentium III Katmai
Начиная с Pentium III, каждый процессор Intel стал иметь
уникальный 96-значный серийный номер, "прошитый" в него во
время изготовления, который можно прочитать при помощи
программных средств.
Технические параметры:
СП технологический процесс 0,25 мкм;
- 206 -
□ частота системной шины 100 МГц (133 Мгц для двух
процессоров, обозначенных символом "В");
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 512 Кбайт, рабочая
частота равна половине тактовой частоты процессора, память
выполнена на отдельных микросхемах, которые расположены на
одной плате с процессором;
□ напряжение питания ядра процессора 2,0 В;
□ физический интерфейс Slot 1;
□ конструктивное исполнение SECC или SECC2 (картридж);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 450,
500, 533 В, 550, 600, 600В МГц.
Intel Pentium III Coppermine
Это первый процессор, который действительно все ждали,
ждали и копили деньги на его приобретение. Более высокие
тактовые частоты, интегрированная кэш-память второго уровня,
частота системной шины 133 МГц, использование популярного
разъема Socket 370 — все это заставляло дрожать руки, замирать
сердца (дополняйте сами) нетерпеливых пользователей (рис. 8.7).
Но после его появления некоторые из них оказались сильно разочарованы. Дело в том, что, несмотря на использование
традиционного разъема Socket 370, назначение некоторых выводов
отличается от конструктива PPGA, используемого до этого в
процессорах Celeron. Из-за этого для апгрейда могут
использоваться только материнские платы с наличием специальных
переключателей или оснащенных системой автоматического распознавания типа установленного процессора. Правда, если
материнская плата не способна вырабатывать напряжение 1,65 В,
то апгрейд возможен только при замене самой платы. В этом
смысле платам с разъемом Slot 1 "повезло" больше — используя
переходники Slot 1—Socket 370, на них запросто можно установить
процессор в конструктиве FC-PGA (за некоторым исключением).
Рис. 8.7. Внешний вид процессора Intel Pentium III Coppermine
Вторым, не менее серьезным фактором, стала необходимость
обновления версии BIOS старых материнских плат. В противном
- 207 -
случае новый процессор определялся как Intel Pentium III Katmai. С
такой ситуацией пользователи столкнулись впервые.
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 100 или 133 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт;
□ напряжение питания ядра процессора 1,60; 1,65; 1,70; 1,76;
1,80 В; □ физический интерфейс Slot 1 или Socket 370 (FC-PGA);
□ конструктивное исполнение SECC2 или FC-PGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
500Е, 533ЕВ, 550Е, 600Е, 600ЕВ, 650, 667, 700, 733, 750, 800,
800ЕВ, 850, 866, 900, 933 и 1000В МГц (для модификаций Socket
370).
Следует отметить, что появление в продаже процессоров Intel
Pentium III с ядром Coppermine внесло некоторую путаницу в
маркировку этого семейства. Как вы, наверное, уже обратили
внимание, в названии моделей присутствуют символы "Е" и "В"
(табл. 8.2).
Примечание
Символом "Е" обозначают процессоры Coppermine,
поддерживающие кэшпамять L2 типа Advanced Transfer Cache,
работающую на тактовой частоте процессора, и технологию
Advanced System Buffering, в соответствии с которой оптимизирован размер буферов системной шины, а символом "В" —
процессоры Katmai и Coppermine, поддерживающие системную
шину 133 МГц.
Таблица 8.2. Процессоры Pentium III, которые могут
встретиться
на компьютерном рынке
- 208 -
Таблица 8.2 (окончание)
Intel Pentium III Tualatin
Основное направление нового ядра — увеличение тактовой
- 209 -
частоты выше 1 ГГц, что оказалось недостижимым для ядра
Coppermine. Разрабатывался исключительно для серверных и
мобильных компьютеров. Для настольных компьютеров
выпускалась версия, названная Pentium III-A. По идее компании
Intel он должен был сменить все младшие версии процессоров
Celeron.
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,13 мкм;
□ частота системной шины 133 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт;
□ напряжение питания ядра процессора 1,5 В;
□ физический интерфейс Socket 370 (FC-PGA);
□ конструктивное исполнение FC-PGA2;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
1133, 1200, 1260 и 1300 МГц.
Intel Pentium 4 Willamette
В отличие от всех своих предшественников новое ядро
разработано практически с нуля. До момента его появления все
разработки представляли собой модификации ядра процессора
Pentium Pro. Фактически это первый процессор седьмого
поколения.
Еще одним отличием нового процессора стало введение 20ступенчатого конвейера (у Pentium III он был 10-ступенчатым).
Благодаря этому было осуществлено увеличение общей
производительности на интенсивных математических вычислениях,
а также появилась возможность добиться формального роста
тактовой частоты (здесь уместно вспомнить о "дутых" мегагерцах).
Примечание
Под конвейером в данном случае понимается такой метод
внутренней обработки команд, при котором исполнение команды
разбивается на несколько ступеней (Stages), каждой из которой
соответствует свой модуль в структуре процессора. По очередному
тактовому импульсу каждая команда продвигается на следующую
ступень, при этом выполненная команда покидает конвейер, а
новая поступает в него. Впервые конвейер был применен в
процессоре Intel 80486.
В ядре использован набор потоковых инструкций SSE2,
который представляет собой набор из 144 инструкций для
- 210 -
повышения эффективности декодирования видео, быстрого
шифрования и работы со специально спроектированными
программами для работы в Интернете. При этом 68 инструкций
просто расширяют возможности старых SSE-инструкций, а 76
являются совершенно новыми.
Проявить все свои возможности процессору Pentium 4
достаточно сложно, потому что его архитектура при внимательном
рассмотрении сильно отличается от других процессоров семейства
х86. Единственный вариант — оптимизация программного кода
под специфику этого процессора, а также увеличение его тактовой частоты, над чем, в общем-то, и ведутся
работы. Из-за длинного 20-ступенчатого конвейера процессор
Pentium 4 практически во всех неоптимизированных программах
оказывается медленнее, чем аналогичный по частоте Pentium III.
Процессор Pentium 4 выигрывает Athlon XP только в случае
оптимизации кода программы под набор команд SSE2. Если
программа не поддерживает ни один из наборов команд SIMD, то
Athlon значительно выигрывает в скорости работы.
Для большинства материнских плат под Pentium 4 требуется
новый более мощный блок питания.
Технические параметры:
О технологический процесс 0,18 или 0,13 мкм (для тактовых
частот выше 2 ГГц);
□ частота системной шины 400 МГц (физические 100 МГц,
помноженные на четыре пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 8 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт, работает на
тактовой частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 1,75 В;
□ физический интерфейс Socket 423 или Socket 478;
□ конструктивное исполнение PGA423 или PGA478;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 МГц.
Intel Pentium 4 Northwood
Единственное отличие нового ядра от предыдущего — это
наличие вдвое большего объема кэш-памяти второго уровня (рис.
8.8).
- 211 -
Рис. 8.8. Внешний вид процессора Intel Pentium 4 Northwood
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,13 мкм;
О частота системной шины 400 или 533 МГц (физические 100
или 133 МГц, помноженные на четыре пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 8 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 512 Кбайт; □ напряжение
питания ядра процессора 1,5 В;
□ физический интерфейс Socket 478;
□ конструктивное исполнение PGA478;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800 МГц.
Для отличия процессоров Pentium 4 с тактовой частотой 2 ГГц
для нового ядра стали применять индекс "А" (например, Intel
Pentium 4 2А). Для маркировки процессоров Pentium 4 с частотой
системной шины 533 МГц используется индекс "В", например, Intel
Pentium 4 2.4В.
Процессоры Intel Celeron
Процессоры семейства Intel Celeron рассчитаны на
применение в недорогих системах начального уровня ("low-end").
"Low-end" означает нижнюю ценовую категорию на рынке
моделей, в которую входят наиболее дешевые модели, обладающие
наихудшими техническими характеристиками. Эта категория
ориентирована на тех пользователей, у кого недостаточно денег и
которые при покупке в первую очередь смотрят на цену товара.
Здесь очень важно уметь правильно выбрать товар, чтобы не
переплатить за имя или "лишние" мегагерцы. Сегодня к этой
категории относятся процессоры с тактовой частотой около 1 ГГц.
Как правило, при выпуске в свет нового ядра производители
поступают следующим образом: сначала выпускается процессор с
максимально возможными для данного ядра или времени
параметрами, который позиционируется в верхнюю ценовую
категорию "high-end". Это вполне естественно, т. к. на разработку и
выпуск затрачено очень много средств, и их нужно восполнить как
можно быстрее. После "снятия сливок" производители начинают
- 212 -
думать о массах: они выпускают "урезанный" ("облегченный")
вариант нового процессора, который имеет значительно меньшую
стоимость и поэтому позиционируется в нижнюю ценовую
категорию "low-end". Выпуск мобильного варианта уже дело
техники. Если процессоры для настольных систем были
восприняты пользователями хорошо, то и выход процессора для
ноутбуков не заставит себя ждать.
Если посчитать, сколько эмоциональных сил тратят
пользователи всего мира на ожидание и подготовку встречи нового
процессора, можно понять, какие ощущения испытывают они,
когда вновь появившееся творение живет очень недолго. Еще
печальнее становится, когда вновь пришедшие новинки "ломают"
привычки и заставляют снова пускаться на поиски "истины". Если
из моих рассуждений вы еще ничего не поняли, поясняю: речь
идет о безвозвратном уходе Socket 370. Конечно,
процессорный разъем продолжает использоваться, например, для
процессоров Cyrix III от VIA, но для мира Intel этот конструктив
потерян навсегда. Ибо не было еще случая, когда эта корпорация
возвращалась к старым традициям. Причин такому резкому
переходу может быть несколько:
□ отсутствие "бюджетной" версии процессора для
материнских плат с разъемом Socket 478, распространенных с
приходом процессора Pentium 4;
□ нерациональность поддержания работы двух
производственных линий для выпуска двух разных процессоров на
одном и том же ядре — тем более, что ядро Willamette разработано
как раз под новый конструктив и менять что-либо означало бы
фактическое создание нового ядра, всего лишь похожего на своего
"старшего брата". Это, согласитесь, малоприятно сказалось бы на
цене конечной продукции.
Реально ситуация с отказом от конструктива Socket 370 не
столь критична, как может показаться на первый взгляд. Запасы
"старых" процессоров Celeron по признанию самих производителей
еще очень значительны, а что говорить о бездонных складах
компьютерных фирм? Так что пользователям рано отчаиваться,
смогут они еще выложить свои "кровные" за этот новый "старый" процессор. Тем более что модели Celeron 1,3 и 1,4 ГГц производились еще до конца 2002 года.
Intel Celeron Covington
- 213 -
Первый Celeron построен на ядре Deschutes последней
модификации процессора Pentium II. Можно сказать, что "первый
блин" оказался очень большим "комом" (рис. 8.9).
Рис. 8.9. Внешний вид процессора Intel Celeron Covington
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,25 мкм; □ частота системной
шины 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ кэш-память второго уровня отсутствует;
□ напряжение питания ядра процессора 2,0 В;
□ физический интерфейс Slot 1;
□ конструктивное исполнение SEPP (Single-Edge Processor
Package), без защитного картриджа;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 266
и 300 МГц. Intel Celeron Mendocino
В этом процессоре был исправлен главный недочет,
допущенный в первом Celeron: появилась долгожданная кэшпамять второго уровня, да еще какая! Целых 128 Кбайт. К тому же
процессор был переведен на перспективный в то время разъем
Socket 370, который популярен даже сегодня, несмотря на прогнозы
его скорой "смерти" (рис. 8.10).
Рис. 8.10. Внешний вид процессора Intel Celeron Mendocino
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,22 мкм (для модификации в
Socket 370) или 0,25 мкм;
□ частота системной шины 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт; □ объем кэшпамяти второго уровня 128 Кбайт; □ напряжение питания ядра
процессора 2,0 В;
□ физический интерфейс Slot 1 и Socket 370, другое название
PGA370, для установки второго варианта в разъем Slot 1 были
- 214 -
разработаны специальные переходники (например, Soltek SL02A++);
□ конструктивное исполнение SEPP (для первых моделей) и
PPGA (для всех последующих);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
300А, 333, 366, 400, 433 (для первой модификации) и 300А, 333,
366, 400, 433, 466, 500 и 533 МГц (для второй модификации).
Intel Celeron Coppermine 128
В бюджетной версии процессора Pentium III была удалена
столь неприятная функция, как серийный номер, который
использовался не только для организации генерации случайных чисел и систем шифрования, но
и для отслеживания активности пользователей в сети Интернет и т.
п. (рис. 8.11).
Рис. 8.11. Внешний вид процессора Intel Celeron Coppermine
128
Технические параметры процессора: □ технологический
процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 66 и 100 МГц, впервые частота
100 МГц появилась у процессора с тактовой частотой 800 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт; □ объем кэшпамяти второго уровня 128 Кбайт; □ напряжение питания ядра
процессора 1,70 В;
□ физический интерфейс Socket 370, точнее его
разновидность для FC-PGA, в отличие от PGA370 изменено
назначение пяти контактов, из-за чего они электрически не
совместимы;
□ конструктивное исполнение FC-PGA (Flip Chip Pin Grid
Array), ядро вынесено ближе к верхней поверхности корпуса и не
закрывается сверху защитной металлической крышкой, что
позволяет организовать более тесный контакт с радиатором и
улучшить отвод тепла, но это требует осторожности при установке
кулера, поскольку при неаккуратном обращении кристалл очень
легко можно повредить;
- 215 -
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
500А, 533А, 566, 600, 633, 667, 700, 733, 766, 800 МГц.
Intel Celeron Tualatin
Линейка процессоров Celeron также была переведена на это
ядро, начиная с тактовой частоты 1,2 ГГц, плюс увеличен объем
кэш-памяти до 256 Кбайт. Процессор помещен в конструктив FCPGA2 (рис. 8.12).
Процессор Celeron на ядре Tualatin является последним из
линейки процессоров, ориентированных на разъем Socket 370.
Новый Celeron поддерживает разъем "старшего брата" Pentium 4 —
Socket 478 (речь идет о процессорах Celeron на ядре Willamette
128). К примеру, у AMD все новые процессоры используют один и
тот же процессорный разъем.
Рис. 8.12. Внешний вид процессора Intel Celeron Tualatin
Старые материнские платы часто не способны поддерживать
новые Celeron Tualatin из-за измененных условий питания и
другого режима работы с шиной.
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,13 мкм; □ частота системной
шины 100 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 32 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт;
□ напряжение питания ядра процессора 1,475/1,5 В;
□ физический интерфейс Socket 370 (FC-PGA); □
конструктивное исполнение FC-PGA2;
□ тактовая частота 1200 и 1300 МГц.
Intel Celeron Willamette 128
Новый процессор Celeron на базе ядра Willamette 128
конструктивно полностью совместим с Pentium 4, т. к. он
использует разъем Socket 478. Вероятно, что Intel не собирается
отказываться от традиции и будет продолжать дополнять "топовые"
модели процессоров Pentium 4 "бюджетными" вариантами в виде
новых Celeron. Теоретически новый процессор должен поддерживаться всеми материнскими платами, "понимающими" ядро
- 216 -
Willamette и изначально предназначенными для работы с
процессором Pentium 4. Но, похоже, что получается как всегда —
сначала заявили о многочисленных нововведениях и возможностях,
а уже потом стали задумываться над их реальным внедрением и
устранением "случайных" ошибок, проникнувших в технологию
изготовления.
Частота первых моделей Celeron Willamette 128 равна 1,7 и 1,8
ГГц, что на самом деле для Intel является невысоким показателем
("полные" процессоры Pentium уже давно перешагнули рубеж 2
ГГц). Самое интересное, что следующим шагом стало
анонсирование процессора Celeron с тактовой частотой 2 ГГц, т. е.
частоту 1,9 ГГц пропустили (рис. 8.13).
Рис. 8.13. Внешний вид процессора Intel Celeron Willamette
128
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,13 мкм или 0,18 мкм;
□ частота системной шины 400 МГц (физические 100 МГц,
помноженные на четыре пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 8 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 128 Кбайт, работает на
частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 1,7 В;
□ физический интерфейс Socket 478;
□ конструктивное исполнение PGA423;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 1,7;
1,8 и 2,0 ГГц.
Процессоры AMD
Компания AMD с недавнего времени стала выпускать
наиболее производительные процессоры, правда, и самые
"горячие". Цена этих процессоров на порядок ниже своих собратьев
от Intel, зато они требуют основательного подхода к приобретению
системы охлаждения. Еще одним минусом продукции AMD можно
считать высокие требования к блоку питания, так что при апгрейде
вам, скорее всего, придется менять также и системный блок.
- 217 -
Постоянный гул турбинного вентилятора не подходит для
любителей офисных программ, зато для настоящих игроманов это
просто находка — все равно колонки постоянно издают
пулеметные очереди и рыки монстров, шум вентилятора на этом
фоне практически не будет заметен.
Старые процессоры AMD (краткая история)
По настоящему история компании AMD началась с печально
известного процессора К5, который продавался, наверное, только
благодаря своей более низкой цене, чем Pentium компании Intel.
Первоначально он назывался АМ5х86 и имел целый ряд
недостатков. Самый главный недостаток преследовал продукты от AMD еще очень долго — это слабый
математический сопроцессор, из-за которого не получалось достичь
"фирменной" производительности в мультимедийных приложениях
(например, в играх).
Чтобы компенсировать более низкую производительность,
руководство AMD приняло решение немного "обмануть" конечного
потребителя при помощи так называемого PR-рейтинга. Теперь
согласно введенному правилу в маркировке процессоров от AMD
указывалась не реальная частота, а частота процессора Pentium,
производительность которого была равна производительности К5.
Но было ли так в действительности? Для определения рейтинга
использовался небольшой набор тестовых программ,
определяющих скорость вычислений в офисных приложениях. В
этом и была вся хитрость — руководство AMD знало, что
единственным преимуществом их процессора является более
высокая скорость именно в данной области. При помощи рейтинга
появилась возможность не только приравнять свою продукцию к
"фирменной", но и "спрятать" реальную рабочую частоту, которая,
как правило, была ниже указанной в рейтинге (рис. 8.14).
Рис. 8.14. Внешний вид процессора AMD-K5 (слева первая
модификация, справа — вторая)
И еще один шаг компании AMD позволил ее продукции
получить популярность — ценовая политика, согласно которой
процессоры от AMD должны были стоить на 25% меньше
- 218 -
аналогичных моделей от Intel. Даже сегодня сохранились ее
отголоски, процессоры от AMD так и остались более дешевыми,
чем их аналоги от Intel. Это всегда определяло выбор среднего
пользователя, желающего совершить модернизацию, но не
имеющего для этого достаточно средств. Ему предоставлялась
возможность приобрести аналогичный по производительности
процессор, но по значительно меньшей цене. Такую политику
пользователь оценил.
Процессор К5 предназначался для конкуренции с Intel
Pentium, но ничего хорошего у AMD не получилось: самый
обычный клон "фирменного" процессора. Но компания не
сдавалась и продолжала производить все более новые процессоры,
которые как всегда отличались в первую очередь низкой ценой по
сравнению с процессорами Intel.
Так появился процессор К6, в который был включен блок
поддержки ММХ, за счет чего он позиционировался как конкурент
процессора Intel Pentium ММХ. При более подробном
рассмотрении "полетов" можно увидеть, что эта не самостоятельная разработка специалистов
компании, а всего лишь переделанный процессор NexGen 686.
Начиная с процессоров К6 (рис. 8.15), компания AMD отказалась от
PR-рейтинга и стала указывать реальные рабочие частоты.
Рис. 8.15. Внешний вид процессора AMD-K6
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,35 и 0,25 мкм;
□ частота системной шины 66 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 64 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня от 256 Кбайт до 1
Мбайт, расположенной на материнской плате;
□ напряжение питания ядра процессора 2,9 (для тактовых
частот 166 и 200 МГц), 3,2 и 3,3 (для 233 МГц), 2,2 В (для тактовых
частот 200, 233, 266 и 300 МГц);
□ физический интерфейс Socket 7;
□ конструктивное исполнение CPGA (Ceramic Pin Grid Array);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 166,
- 219 -
200, 233, 266 и 300 МГц.
Современные процессоры AMD
Дальнейшие разработки (после К6) представляют собой
вполне удачные процессоры, которые, во-первых, выпускались
чуточку раньше своих аналогов от Intel, во-вторых, имели на
порядок меньшую стоимость. В результате все сердца
пользователей были направлены в основном в сторону этих процессоров, а компании Intel только и оставалось, что торопиться с
выпуском новых моделей своих процессоров.
Впервые в полный голос о себе заявила компания AMD, когда
появился первый процессор Athlon. Для того чтобы все-таки
выпустить этот процессор на рынок, пришлось пойти на немалые
жертвы: была продана значительная часть всего бизнеса компании.
К счастью, надежды оправдались, и был создан уникальный по
своим свойствам процессор. Никто не ожидал
ничего подобного, ведь некоторые даже делали прогнозы
скорого ухода AMD с рынка процессоров. На самом же деле
начался "век AMD", который продолжается до сих пор. Одним
словом, компания AMD из производителя клонов превратилась в
самостоятельного разработчика, настоящего конкурента постоянно
претендующей до этого на монополизм компании Intel.
Единственно ошибочный шаг — создание заранее
бесперспективного конструктива Slot А, который в точности
копировал "фирменный" Slot 1, но отличался от него
электрическими параметрами (конструктивно они подходят друг к
другу). Зато новая системная шина показала себя с наилучшей
стороны. Да и разновидность памяти, реализовавшая эту
возможность (DDR SDRAM), до сих пор продолжает развиваться
как перспективное направление. Но и здесь не обошлось без
минусов: иногда частоту такой шины указывают как 200 МГц, что
путает пользователей. Получается, что в одних фирмах продаются
процессоры Athlon с частотой шины 100 МГц, а в других — 200
МГц. На самом деле считается, что частота системной шины
процессора равна 200 МГц (физическая частота составляет 100
МГц, но данные передаются по обоим фронтам тактирующего
сигнала) — тут имеется в виду пропускная способность.
Вместо "фирменных" расширений блока ММХ был создан
собственный набор инструкций, получивший название 3DNow!, что
прямо говорит о предназначении: ускорение работы с 3D-графикой.
- 220 -
Сегодня используются несколько модификаций: Enhanced 3DNow!
и Professional 3DNow! (последний набор совместим на уровне
команд с набором SSE). Они состоят из целого ряда новых и
оптимизированных старых инструкций и составляют хорошую
конкуренцию "фирменным" расширениям SSE и SSE2.
AMD K6-2
Этот процессор получил кодовое имя "Chomper". Процессоры
К6-2 выпускались в двух модификациях. Первая базируется на ядре
стандартного К6, а вторая основана на усовершенствованном ядре
СТХ. Отличить новые процессоры можно по серии: на старых
процессорах 26050, а на новых 26357. Еще можно добавить
следующие закономерности: если дата выпуска процессора имеет
цифры в пределах 9834—9839, то процессор из бракованной партии
и не будет работать на частоте шины 100 МГц. В свою очередь,
если маркировка процессора заканчивается на AFR66, то вы
обладатель версии процессора с тактовой частотой 66 МГц, и он
также не будет работать на частоте шины 100 МГц. Помимо
стандартного блока ММХ появилась собственная разработка
3DNow! (рис. 8.16).
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,25 мкм;
□ частота системной шины 66, 95 (для тактовой частоты
процессора 333, 380 и 475 МГц), 97 (для 533 МГц) и 100 МГц;
Рис. 8.16. Внешний вид процессора AMD K6-2
□ объем кэш-памяти первого уровня 64 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня от 512 Кбайт до 2 Мбайт,
располагается на материнской плате в виде отдельных модулей,
работает на частоте системной шины;
□ напряжение питания ядра процессора 2,2 (для тактовых
частот 233—400 и 533 МГц) или 2,4 В (для тактовых частот 450,
475, 500 и 550 МГц);
□ физический интерфейс Socket 7 или Super 7 (для
системной шины 100 МГц);
□ конструктивное исполнение CPGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 233,
- 221 -
266, 300, 333, 350, 366, 380, 400, 450, 475, 500, 533 и 550 МГц.
AMD K6-III
Этот процессор получил кодовое имя "Sharptooth". Это
последний процессор для платформы Socket 7, после чего компания
AMD пошла по стопам своего "старшего брата" Intel и начала
менять конструктивы с каждым новым процессором. Правда, это
относится только к первым поколениям К7 и Thunderbird, после
последнего AMD наоборот придерживается стратегии
совместимости новых процессоров со старыми материнскими
платами (рис. 8.17).
Рис. 8.17. Внешний вид процессора AMD K6-III
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,25 мкм;
□ частота системной шины 66 или 100 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 64 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт, работает на
тактовой частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 2,4 В;
□ физический интерфейс Socket 7 или Super 7 (для частоты
системной шины 100 МГц);
□ конструктивное исполнение CPGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
350—475 МГц.
AMD Athlon K7
Было выпущено две модификации этого процессора, сначала
использовался старый технологический процесс, т. к. у
специалистов не было ни времени, ни средств вести разработки в
новых направлениях. Затем, когда AMD немного заработала на
первых моделях процессоров Athlon, был осуществлен переход на
новый технологический процесс, позволивший уменьшить напряжение питания и тепловыделение, а также увеличить "потолок"
тактовых частот (рис. 8.18).
- 222 -
Рис. 8.18. Внешний вид процессора AMD Athlon K7
По терминологии AMD обе модификации
соответственно называются "AMD Athlon Model 1" и "AMD
Athlon Model 2". Технические параметры:
□ технологический процесс 0,25 и 0,18 мкм (для процессоров с
тактовой частотой 750 МГц и выше);
□ частота системной шины 200 МГц (физические 100 МГц,
помноженные на два пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 512 Кбайт, для первой
модификации рабочая частота равна половине тактовой частоты
процессора, для второй модификации вычисляется при помощи
коэффициента умножения из тактовой частоты процессора, в
результате чего не превышает 350 МГц;
□ напряжение питания ядра процессора 1,60; 1,70; 1,75; 1,80
В;
□ физический интерфейс Slot A;
О конструктивное исполнение Card Module;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 500,
550, 600, 650, 700 (для первой модификации), а также 550, 600, 650,
700, 750, 800, 850, 900, 950 и 1000 МГц (для второй модификации).
AMD Athlon Thunderbird
Для процессора преимущественно используется разъем Socket
А, тогда как варианты для Slot А были выпущены в ограниченном
количестве и предназначались в основном для удовлетворения
спроса со стороны крупных сборщиков с запасами устаревших
платформ.
По терминологии AMD получил имя "Athlon Model 4".
Позиционируется как конкурент процессора Intel Pentium III.
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 200 и 266 МГц (физические 100
МГц, помноженные на два пакета данных за такт, в последних
модификациях появилась поддержка частоты 133 МГц);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
- 223 -
□ объем кэш-памяти второго уровня, работает на тактовой
частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 1,70 и 1,75 В;
□ физический интерфейс Socket A (Socket 462);
□ конструктивное исполнение PGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 750,
800, 850, 900, 950, 1000, 1100, 1133, 1200, 1300 и 1400 МГц.
AMD Athlon XP Palomino
Новый процессор, новые технологии, новые надежды — так
можно отобразить ситуацию на рынке процессоров с приходом
Athlon XP, по традиции этот процессор уже ждали, описывали его
возможные достоинства, спорили о производительности. Иногда
его называют Athlon 4, что должно было означать конкуренцию с
Pentium 4. Но во всех прайс-листах обозначено первое название.
Сегодня компания AMD собирается переводить процессоры
линейки Athlon XP в нижнюю ценовую категорию "low-end". Это
относится в основном к процессорам с относительно низкой
рабочей частотой. Стоит упомянуть, что с таким переходом
процессоров Duron просто не будет существовать в природе.
Видимо AMD пытается, во-первых, снизить свои расходы, оставив
только одну производственную линию, во-вторых, наверное, планирует снизить стоимость "полных" процессоров Athlon до
приемлемого уровня, неуклонно приближающегося к уровню "lowend". Таким образом,
можно было бы составить мощнейшую конкуренцию дорогим
процессорам Pentium 4, в то время как относительно дешевые
процессоры Celeron не способны соперничать с Athlon XP по
производительности.
Отличительной особенностью новых процессоров стало
возвращение PR-рейтинга, который в свое время "обманул" немало
доверчивых пользователей. Компания AMD решилась вернуться к
старой традиции по двум причинам. Во-первых, процессоры Athlon
XP на самом деле работают немного лучше аналогичных
процессоров Intel, во-вторых, пользователей очень сильно
привлекали "дутые" мегагерцы последних. Мало кто всерьез верит
в утверждение, что главное не тактовая частота, а различные
оптимизации и т. п. Из-за этого большинство пользователей
склонялось к "быстрым" процессорам Pentium. Благодаря введению
рейтинга AMD приблизила показатели своих процессоров к
- 224 -
конкурентам. Для того чтобы избавить пользователей от сомнений
по поводу корректности данного рейтинга, руководство AMD
пришло к решению открыто объявить о его введении и
опубликовало приложения, которые использовались для
тестирования. Вот они:
□ Производительность в офисных программах:
• Business Winstone 2001;
• SysMark 2001 Office Productivity.
□ Производительность в мультимедийных программах:
• Content Creation Winstone 2001;
• SysMark 2001 Internet Content Creation.
□ Производительность в игровых программах:
• 3D WinBench 2000;
• DroneZ;
• 3Dmark2001;
• Unreal Tournament;
• Aquamark;
• Evolva
• Half-Life;
• MDK2;
• Expendable;
• Serious Sam.
• Quake III;
В принципе, такой набор программ может дать вполне
объективный результат. Для оценки производительности
процессоров AMD K5 с печально известным Pentium-рейтингом,
например, использовалась только одна программа — ZD Business
Winstone.
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 200 и 266 МГц (физические 100
МГц, помноженные на два пакета данных за такт, в последних
модификациях появилась поддержка частоты 133 МГц);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт, работает на
частоте ядра;
□ напряжение питания ядра процессора 1,75 В;
□ физический интерфейс Socket A (Socket 462);
□ конструктивное исполнение OPGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
1500+, 1600+, 1700+, 1800+, 1900+, 2000+, 2100+ (реальные
частоты которых составляют 1333, 1400, 1467, 1533, 1600, 1667,
1733).
AMD Athlon XP Thoroughbred
- 225 -
Последний писк моды — ядро под кодовым названием
Thoroughbred (не название, а "бред" какой-то). Что же такого
нового внесла в свой процессор компания AMD, что его так долго и
упорно рекламировали, и еще дольше ждали? В первую очередь,
это переход на новый технологический процесс 0,13 мкм. Но это
ведь не повод давать ядру новое название, да еще такое
оригинальное. Да и зачем вообще выпускать что-то новое, когда все
уже нацелили свое внимание на выпуск нового поколения
процессоров Hammer?
Новый процессор Athlon XP на ядре Thoroughbred, по сути,
все тот же самый Athlon XP на ядре Palomino со всеми
техническими характеристиками и архитектурными
особенностями, только выполненный по новой 0,13 мкм
технологии. Процессор также использует корпус Organic Pin Grid
Array (OPGA), у которого подложка из органики и форм-фактор
Socket A (462 контакта). Это облегчает переход на новый
процессор. Для нормального функционирования не обязательно
менять материнскую плату, вполне достаточно обновить версию
BIOS (хотя на практике все оказалось намного сложнее).
Переход на новый процесс позволяет уменьшить площадь
ядра, напряжение питания и тепловыделение, к тому же появляется
возможность добавления новых функциональных блоков при
сохранении прежней площади ядра. Уменьшение площади ядра, в
свою очередь, приводит к увеличению плотности теплового потока,
что выдвигает новые требования к системе охлаждения. Например,
для моделей Thoroughbred с рейтингом выше 2200+ AMD
рекомендует кулеры с медным основанием. С одной стороны это
требуется для ускорения теплоотвода от ядра, с другой — согласно
спецификации допустимая температура ядра уменьшена с 90 до 85
°С.
При создании процессоров Athlon XP 2200+ использовалось
ядро Thoroughbred со степпингом 0. Эта версия ядра имела
некоторое количество недочетов, которые не позволяли увеличить
рабочую частоту выше 1,8 ГГц, поэтому все остальные процессоры
(2400+ и 2600+) уже создавались на "усовершенствованном" ядре с
тем же названием и степпингом 1. Все изменения
касаются в основном исправления этих ошибок в архитектуре
процессора, что нельзя назвать положительным моментом. Опять
торопятся "курам на смех, пользователю на горе". По сути, все
- 226 -
изменения вносились только ради того, чтобы достичь тех
характеристик, которые были заявлены компанией при выпуске
первого варианта ядра. Изменения даже на первый взгляд значительные: увеличились площадь ядра, количество используемых
транзисторов (где-то на 400 тысяч), потребляемая мощность. Та же
история произошла с чипсетом VIA Apollo KT266A. Отличие этого
чипсета от КТ266 только в том, что был доработан контроллер
памяти, позволивший, наконец, реализовать потенциал,
теоретически заложенный еще в первую версию чипсета (рис. 8.19).
Рис. 8.19. Внешний вид процессора AMD Athlon XP
Thoroughbred
Технические параметры:
□ технологический процесс 0,13 мкм;
□ частота системной шины 266, 333 МГц, говорят о 400 МГц,
хотя нормально работать такая система, скорее всего, будет гденибудь к середине 2003 года, а до этого срока все будут мучиться с
"глюками" (как обычно);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 256 Кбайт;
□ напряжение питания ядра процессора 1,60—1,65 В;
□ физический интерфейс Socket A (Socket 462);
□ конструктивное исполнение OPGA (Organic Pin Grid Array);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как
2000+, 2100+, 2200+, 2300+, 2400+, 2600+ (реальные частоты
составляют 1667, 1733, 1800, 1870, 2000 и 2133 МГц).
Современные процессоры AMD Duron
Процессоры AMD Duron ориентированы для применения в так
называемой категории "low-end". В отличие от аналогичных
процессоров Celeron в них только уменьшали объем кэш-памяти
второго уровня, а частота системной
шины оставалась на прежнем уровне 100 МГц, что
положительно сказывалось на производительности. Обстановка
сложилась такая, что процессоры Duron оказались более
- 227 -
"приспособленными" для игровых компьютеров, тогда как Celeron
всегда больше подходил на роль офисного процессора.
AMD Duron Spitfire
Ядро полностью идентично ядру процессора Athlon
Thunderbird за исключением "урезанного" объема кэш-памяти
второго уровня. По терминологии AMD называется "AMD Duron
Model 3".
Технические параметры процессора: О технологический
процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 200 МГц (физические 100 МГц,
помноженные на два пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 64 Кбайт, работает на
тактовой частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 1,6 В;
□ физический интерфейс Socket A;
□ конструктивное исполнение PGA462;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 600,
650, 700, 750, 800, 850, 900 и 950 МГц.
AMD Duron Morgan
Применение нового ядра позволило в первую очередь
увеличить "потолок" тактовых частот. По терминологии AMD
называется "AMD Duron Model 7".
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 200 МГц (физические 100 МГц,
помноженные на два пакета данных за такт);
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 64 Кбайт; □ напряжение
питания ядра процессора 1,75 В;
□ физический интерфейс Socket A;
□ конструктивное исполнение OPGA (Organic Pin Grid Array);
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 900,
950, 1000, 1100, 1200 и 1300 МГц.
Процессоры VIA
Компания VIA представляет на рынке самые дешевые
процессоры. По производительности они, правда, значительно
отстают от своих конкурентов, но для офисного компьютера такой
процессор будет просто находкой. Невысокая требовательность к
- 228 -
системе охлаждения позволяет ограничиться установкой
низкоскоростного вентилятора. Возможность установки маломощного безвентиляторного блока питания дает дополнительные
возможности по сборке практически бесшумного компьютера. Тот
факт, что процессоры от VIA выпускаются в "устаревшем"
конструктиве Socket 370, позволяет модернизировать системы с
установленным процессорами Celeron уровня 366-433 МГц.
Компания VIA сначала переманила группу специалистов из
обанкротившейся фирмы Cyrix и пыталась при помощи них создать
собственный процессор, но получившийся в стенах лабораторий
первый процессор под названием Joshua, к сожалению, унаследовал
все негативные черты своих предшественников — 6x86 и МП.
После этой неудачной попытки выйти на процессорный рынок
руководство компании VIA приняло решение купить у компании
IDT подразделение по разработке процессоров Centaur. Несмотря
на то, что процессоры WinChip и WinChip-2 не получили особой
популярности, VIA сделала ставку на новую разработку WinChip-3,
переименованную в Samuel.
В отличие от Intel компании VIA не было необходимости
искусственно уменьшать частоту до 66 МГц, поэтому она не делит
процессоры на категории.
Механически и электрически процессор совместим с
процессорами Intel семейства Р6. Он может устанавливаться
практически на все платы, поддерживающие разъем Socket 370,
главное, чтобы процессор поддерживался со стороны BIOS и
программного обеспечения. Несмотря на низкое тепловыделение,
производители все же не рекомендуют использовать его без кулера.
Рис. 8.20. Внешний вид процессора VIA Cyrix III
Процессоры VIA до сих пор поддерживают разъем Socket 370,
поэтому не выбрасывайте старую материнскую плату, вдруг VIA
выпустит очень мощный процессор? В настоящее время на рынке
доступны процессоры максимум с частотой 1 ГГц. Главный недостаток этих процессоров
— отсутствие поддержки даже первых наборов SIMD-инструкций,
из-за чего они сильно проигрывают по производительности своим
- 229 -
"ровесникам" (рис. 8.20).
VIA Cyrix III Samuel
Технические параметры процессора:
□ технологический процесс 0,18 мкм;
□ частота системной шины 100 или 133 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ кэш-память второго уровня отсутствует;
□ напряжение питания ядра 1,9 или 2,0 В;
□ физический интерфейс Socket 370;
□ конструктивное исполнение CPGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 500,
533, 550, 600, 650, 667 и 700 МГц.
Серьезный недостаток: процессор не может параллельно
обрабатывать несколько инструкций, поэтому его пропускная
способность ограничена только одной инструкцией за каждый такт.
Встроенный математический сопроцессор работает лишь на
половине рабочей частоты ядра. Процессор аппаратно выполняет
только ограниченное количество инструкций, для выполнения
остальных (хоть и редко используемых) приходится воспользоваться микропрограммами, записанными в ПЗУ, размещенном
прямо на ядре процессора.
Достоинства: упрощенная архитектура процессора позволила
создать ядро с очень малой площадью и низким выделением тепла.
В процессоре реализована функция динамического управления
питанием — многие блоки процессора при простое способны
отключаться. Из-за этого процессор Cyrix III хорошо подходит для
создания мобильных компьютеров на его основе.
VIA Cyrix III Samuel 2
Технические параметры процессора: □ технологический
процесс 0,15 мкм;
□ частота системной шины 100 или 133 МГц;
□ объем кэш-памяти первого уровня 128 Кбайт;
□ объем кэш-памяти второго уровня 64 Кбайт, работает на
тактовой частоте ядра процессора;
□ напряжение питания ядра процессора 1,5—1,6 В;
□ физический интерфейс Socket 370;
□ конструктивное исполнение CPGA или PPGA;
□ линейка тактовых частот включает такие значения, как 700,
750, 800 (для системной шины 100 МГц) или 733А и 800А (для
- 230 -
системной шины 133 МГц).
Процессоры с более высокой частотой собраны на еще более
новом ядре — Ezra, произведенном по 0,13 мкм технологии,
линейка этих процессоров начинается с тактовой частоты 800 МГц,
напряжение питания 1,35 В.
Маркировка процессоров
AMD 5x86
Образец: AMD_Am5x86_P75_S
□ AMD — торговая марка производителя;
□ 5x86 — семейство процессора (иногда маркировка
выглядит как Am5x86);
□ Р75 — индекс быстродействия относительно "фирменного"
Intel Pentium;
□ S — SL-расширение микрокода. Если оно отсутствует, то в
маркировке соответствующая буква будет отсутствовать, либо
будет указана буква N.
Еще один вариант маркировки: AMD_X5/133_A_D_W
□ AMD — торговая марка производителя;
□ Х5 — кодовое имя процессора, принятое AMD;
□ 133 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах;
□ А — тип корпуса (А = PGA168, S = SQFP208);
□ D — напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (D = 3,45; F = 3,3);
□ W- максимально допустимая температура ядра процессора,
измеряется в градусах Цельсия (W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R
= 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т = 90 °С).
AMD K5
Образец: AMD_K5/166_A_B_W
□ AMD — торговая марка производителя;
□ К5 — семейство процессора;
□ 166 — PR-рейтинг, равен реальной частоте процессора (за
исключением процессоров К5/120 и К5/133);
□ А — тип корпуса (А = SPGA296);
□ В — напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (В = 3,525; F = 3,3);
□ R — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R = 70 °С, К = 80 °С, Z =
- 231 -
85 °С, Т = 90 °С.
Еще один вариант: AMD_K5_PR133ABQ
□ AMD — торговая марка производителя;
□ К5 — семейство процессора;
О PR133 — PR-рейтинг процессора, равный тактовой частоте
процессора Pentium, аналогичного по производительности;
□ А — тип корпуса (А = SPGA296);
□ В — напряжение питания ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения В = 3,5; С = 3,3; ...; F = 3,3; G
= х/у; Н = 2,9/3,3; J = 2,7/3,3; К = 2,5/3,3;
□ Q — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R = 70 °С, Y = 75 °С, К =
80 °С, Z = 85 °С.
AMD К6
Образец: AMD_K6/266_A_G_R
□ AMD — торговая марка производителя;
□ К6 — семейство процессора;
□ 266 — PR-рейтинг, равен реальной частоте процессора;
□ А — тип корпуса (А = CPGA321, В = CBGA360);
□ G — рабочее напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (N = 3,2; L = 2,9; Н = 2,4; G = 2,3; F = 2,2; D =
2,1; С = 2,0);
□ R — максимально допустимая температура ядра процессора,
измеряется в градусах Цельсия (W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R
= 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т = 90 °С).
AMD K6-2
Образец: AMD_K6-2/500_A_G_R
□ AMD — компания-производитель; □ К6-2 — семейство
процессора;
□ 500 — PR-рейтинг, равен реальной частоте процессора;
□ А — тип корпуса (А = 321-pin CPGA, В = 360-pin CBGA);
□ G — рабочее напряжение питания ядра процессора (N = 3,2;
L = 2,9; Н = 2,4; G = 2,3; F = 2,2; D = 2,1; С = 2,0);
□ R — максимально допустимая температура ядра процессора
(W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R = 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т
= 90 °С).
AMDK6-2+
Образец: AMD_K6-2+/550_A_C_Z
- 232 -
□ AMD K6-2+ — торговая марка производителя/семейство
процессора;
□ 550 — тактовая частота, измеряется в мегагерцах, может
принимать значения 450, 475, 500, 533 или 550 МГц;
□ А — тип корпуса (А = CPGA321, В = CBGA360);
□ С — рабочее напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (N = 3,2; L = 2,9; Н = 2,4; G = 2,3; F = 2,2; D =
2,1; С = 2,0);
□ Z — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия (W = 55 °С, Q = 60
°С, X = 65 °С, R = 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т = 90 °С).
AMD K6-III
Образец: AMD_K6-III/450_A_H_X
□ AMD — торговая марка производителя;
□ K6-III — семейство процессора;
□ 450 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах;
□ В - тип корпуса (А = CPGA321, В = CBGA360);
□ G — рабочее напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (N = 3,2; L = 2,9; Н = 2,4; G = 2,3; F = 2,2; D =
2,1; С = 2,0);
□ Z — максимально допустимая температура ядра процессора,
измеряется в градусах Цельсия (W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R
= 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т = 90 °С).
AMD K6-III+
Образец: AMD_K6-III+/500_A_C_Z
□ AMD — торговая марка производителя;
□ К6-Ш+ — семейство процессора;
□ 500 — тактовая частота, измеряется в мегагерцах, может
принимать значения 450, 475 или 500 МГц;
□ А - тип корпуса (А = CPGA321, В = CBGA360);
□ С — рабочее напряжение питания ядра процессора,
измеряется в вольтах (N = 3,2; L = 2,9; Н = 2,4; G = 2,3; F = 2,2; D =
2,1; С = 2,0);
□ Z — максимально допустимая температура ядра процессора,
измеряется в градусах Цельсия (W = 55 °С, Q = 60 °С, X = 65 °С, R
= 70 °С, К = 80 °С, Z = 85 °С, Т = 90 °С).
AMD Athlon K7
Образец: AMD-K7_750_M_T_R_5_2_B___A
- 233 -
□ AMD-K7 — торговая марка производителя и семейство
процессора;
□ 750 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения от 500 до 950 (если
частота равна 1000 МГц, то указывается цифра 100);
□ M- тип корпуса, может принимать значения: М — корпус
Card Module, и Р — корпус PGA;
□ Т — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: Т = 1,6 В;
□ R — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: R = 70 °С;
□ 5 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 5 = 512 Кбайт;
□ 2 — соотношение рабочих частот кэш-памяти второго
уровня и ядра процессора, может принимать значения: 1 = 1:2; 2 =
1:2.5; 3 = 1:3;
□ В — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: В = 100 МГц;
□ А — произвольный символ плюс три пустых позиции (см.
пример маркировки), оставлено для дальнейшего развития.
AMD Athlon Thunderbird Slot A
Образец: AMD-A_0850_M_P_R_2_4_B___A
□ AMD-A — торговая марка и семейство процессора (Athlon);
□ 0850 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 0850 = 850 МГц, 0900 =
900 МГц, 1000 = 1000 МГц, 1100= 1100 МГц и т. д.;
□ М — тип корпуса, может принимать значения: М =
Card Module и Р = PGA;
□ Р — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: М = 1,75 В; N = 1,8 В;
□ R — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: R = 70 °С;
□ 2 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 2 = 256 Кбайт;
□ 4 — соотношение рабочих частот кэш-памяти второго
уровня и ядра процессора, может принимать значения: 4 = 1:1;
□ В — рабочая частота системной шины, измеряется в
- 234 -
мегагерцах и может принимать значения: В = 200 МГц;
□ А — произвольный символ плюс три пустых позиции (см.
пример маркировки), оставлено для дальнейшего развития.
AMD Athlon Thunderbird Socket A
Образец: A_1200_A_M_S_3_B
□ А — семейство/архитектура AMD Athlon;
□ 1200 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 0850 = 850 МГц, 0900 =
950 МГц, 1000 = 1000 МГц и т. д.;
□ А — тип корпуса, может принимать значения М = Card
Module, A = PGA;
□ М — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: S = 1,50 В; U = 1,60 В; Р
= 1,70 В; М = 1,75 В, N= 1,80 В;
□ S — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: Q = 60 °С, X = 65 °С, R = 70 °С, Y = 75 °С, Т = 90 °С, S =
95 °С;
□ 3 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 2 = 128 Кбайт, 3 = 256
Кбайт;
□ В — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: А = 133 МГц, В = 200
МГц, С = 266 МГц.
AMD Athlon XP
Образец: A_X_1800_D_M_T_3_C
□ А — указывает на отношение к семейству AMD Athlon XP;
□ X — высокопроизводительный процессор для настольных
систем;
□ 1800 — PR-рейтинг процессора (1500 = 1333 МГц,
1600 = 1400 МГц, 1700 = 1467 МГц, 1800 = 1533 МГц и т. д.);
□ D — тип корпуса, может принимать значения D = OPGA;
□ М — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: М = 1,75 В;
□ Т — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: N = 90 °С;
□ 3 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 3 = 256 Кбайт;
- 235 -
□ С — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: С = 266 МГц.
AMD Duron (Spitfire)
Образец: D_0700_A_S_T_l_B
СЗ D — указывает на отношение к семейству AMD Duron;
□ 0700 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 0550 = 550 МГц, 0600 =
600 МГц, 0650 = 650 МГц, 0700 = 700 МГц и т. д.;
□ А — тип корпуса, может принимать значения (М =
Card Module, А = PGA);
□ S- рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: (S = 1,5 В; U = 1,6 В; Р = 1,7
В);
□ Т — максимально допустимая температура ядра
процессора, измеряется в градусах Цельсия и может принимать
значения: (Q = 60 °С, X = 65 °С, R = 70 °С, Y = 75 °С, Т = 90 °С);
□ 1 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 1 = 64 Кбайт, 2 = 128
Кбайт;
□ В — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: В = 200 МГц.
AMD Duron (Morgan)
Образец: D_HD_1100_A_M_T_l_B
□ D — указывает на отношение к семейству AMD Duron;
□ HD — высокопроизводительный процессор для настольных
систем;
□ 1100 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 900 = 900 МГц, 950 = 950
МГц, 1000 = 1000 МГц, 1100= 1100 МГц;
□ А — тип корпуса, может принимать значения А = CPGA;
□ М — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: М = 1,75 В;
□ Т — максимально допустимая температура ядра процессора,
измеряется в градусах Цельсия и может принимать значения: Т = 90
°С;
□ 1 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах и может принимать значения: 1 = 64 Кбайт;
□ В — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: В = 200 МГц.
- 236 -
Intel Pentium II
Образец: 350/512/100/2.2V
□ 350 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 233, 266, 300, 333, 350,
400 и 450 МГц;
□ 512 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах;
□ 100 — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах и может принимать значения: 66 или 100 МГц;
□ 2.2V — рабочее напряжение ядра процессора, измеряется в
вольтах и может принимать значения: 2,2 или 2,8 В.
Впервые на каждом процессоре стал указываться так
называемый код S-Spec. Эта информация в основном
предназначена для профессиональных сборщиков компьютеров.
Мало кто знает, что, например, для сборки двухпроцессорной
системы требуется использовать абсолютно идентичные процессоры. Код S-Spec показывает, какое исключение из официально
опубликованной спецификации применимо к конкретной модели
процессора. Список таких исключений считается официальным
документом и размешается на одной из страниц сайта компании
Intel.
Intel Pentium III
Буква "В" в конце названия Pentium III означает, что данный
процессор работает с системной шиной 133 МГц. Буква "Е"
означает, что процессор создан на ядре Coppermine ("ЕВ" —
процессор на ядре Coppermine с частотой системной шины 133
МГц). В названии последних процессоров Pentium III может
встретиться аббревиатура FPGA.
Если для какой-либо тактовой частоты процессоров Pentium
III выпускаются только с одной частотой системной шины и кэшпамятью одного типа, то индексы "Е" и "В" не используются
(например, процессоры Intel Pentium III 677 и 733 имеют частоту
системной шины в 133 МГц, но упомянутые индексы в маркировке
отсутствуют).
Образец: 600E/256/100/1.65V_Sl (используется для
процессоров в конструктиве SECC)
Для процессоров Pentium III (FC-PGA) используется
следующая маркировка:
Образец: 1000/256/133/1.7V
- 237 -
L034/A628-0053 SL4C8
□ 1000 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах;
□ 256 — объем кэш-памяти второго уровня, измеряется в
килобайтах;
□ 133 — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах; □ 1.7V — рабочее напряжение ядра процессора,
измеряется в вольтах;
□ L034/A628-0053 — номер процессора, где после L: 0 — год
выпуска 2000, 34 — неделя выпуска;
□ SL4C8 — идентификатор процессора S-Spec.
Celeron
Для процессоров в конструктиве SEPP применяется
следующая форма маркировки:
□ первая строка — S-Spec и серийный номер (табл. 8.3);
□ вторая строка — 266/66 СОА:
• 266 — тактовая частота процессора, измеряется в
мегагерцах;
• 66 — рабочая частота системной шины, измеряется в
мегагерцах;
• СОА — информация о стране, где был произведен данный
процессор.
Таблица 8.3. Идентификационная информация процессоров
Intel Celeron
Таблица 8.3 (окончание)
- 238 -
VIA Cyrix III
Процессоры с частотами 500—667 МГц по виду отличаются
от модели с 700 МГц маркировкой, нанесенной на внешней стороне
микросхемы. Главное различие заключается в том, что у VIA Cyrix
III 700 надпись "VIA" прорисована большими буквами и
расположена вверху, a "Cyrix III" — маленькими символами и
размещена ниже. Тогда как у моделей VIA Cyrix III 500— 667 —
все наоборот и знак "Cyrix III" доминирует над логотипом "VIA".
Рекомендации по выбору процессора
Какой процессор все-таки лучше? Можно ли найти
правильный ответ на этот вопрос? Не в первый раз одолевают
сомнения по поводу его формулировки. Но выбирать то надо,
поэтому приведу несколько правил, соблюдая которые вы
самостоятельно сможете встать на "путь истинный" и выберете
именно то, что нужно вам.
Выбор процессора можно поставить во главе всей цепочки
задуманной модернизации. От него зависит множество факторов,
таких как ограничение в выборе материнской платы, типа
оперативной памяти и некоторых других (возможность
последующей модернизации и т. п.). Рассмотрим каждый из этих
факторов более подробно.
□ Модель материнской платы — как только вы остановили
свой выбор, например, на процессоре Pentium 4, то выбор
материнской платы сразу ограничивается моделями,
поддерживающими выбранный процессор (плюс процессорный
разъем, например, Socket 478). Все остальные системные платы
(для процессоров AMD или более младших моделей Pentium) автоматически становятся для вас недоступными, несмотря на
возможные их преимущества.
□ Тип оперативной памяти — если вам так нравится память
RDRAM, то вам наверняка придется ограничиться одной из
старших моделей процессора Pentium компании Intel. Все
остальные не поддерживают этого
вида памяти. Если же ваш выбор пал на DDR, то выбор также
- 239 -
будет несколько ограниченным, т. к. далеко не все материнские
платы даже под Athlon поддерживают эту память.
□ Наличие дополнительных возможностей — если, например,
вы хотите материнскую плату с интегрированным видео, сетевой
платой и т. п., то при выборе вам придется, скорее всего,
отталкиваться от поддержки платой того или иного процессора.
Теперь, надеюсь, вам понятно, насколько важен процесс
выбора центрального процессора для будущего компьютера.
Идеальный процессор должен обладать рядом свойств,
приведенных ниже.
□ Низкой ценой — для среднего пользователя это
неоспоримое преимущество, т. к. для компьютера обычно
приобретается большое количество различных "примочек", так что
результирующая стоимость всего комплекта может достигать
уровня цены профессионального компьютера. Дорогой процессор
могут позволить себе только те, у кого денег либо слишком много,
либо те, для кого "панты дороже денег".
□ Высокой производительностью — чтобы ни говорили мамы
и папы про необходимость компьютера как учебного центра, а этот
"агрегат" приобретается в первую очередь в качестве игровой
приставки. Так что требования к производительности
приближаются по уровню к профессиональной технике. Не зря
всегда говорили, что лучший тест для проверки мощности
компьютера, это полчаса какой-нибудь мощной игрушки вроде
Quake III, которая, кстати, уже далеко не самая крутая по
аппаратным требованиям (взять тот же Maxpayn).
□ Возможностью последующего апгрейда — этот фактор
очень важен, т. к., чтобы следовать в ногу с прогрессом и успевать
за регулярно повышающимися требованиями компьютерных игр,
приходится регулярно увеличивать мощности домашнего "железа".
В случае с процессором должна сохраняться возможность
установки взамен старого более мощного хотя бы на 40-50%.
Вывод из всего вышесказанного вполне определенный:
наиболее близко к образу идеального процессора "подобрался"
процессор Duron компании AMD. Учитывая различия в
архитектуре разных поколений, лучше всего приобрести процессор,
созданный на новейшем ядре. Единственный недостаток этих
процессоров — их излишняя "горячность", которая вынуждает
приобретать мощные и шумные вентиляторы охлаждения. Хотя
- 240 -
последний недостаток успешно маскируется одним интересным
свойством современных игр: огромным количеством самых
разнообразных звуков. Если раньше в компьютерных играх
необычным считалось даже наличие музыки, то сегодня можно
услышать, как падают капли дождя, летают комары и т. п.
Это мое субъективное мнение, потому что для каждого
пользователя могут быть важными совершенно другие
характеристики. Например, низкий уровень шума при работе
компьютера. Этого можно достичь только с процессорами Intel,
которые используют более "тихие" кулеры. Для офиса это неоценимое преимущество, т. к. в одном помещении зачастую
установлено несколько компьютеров. С другой стороны,
интенсивные вычисления присущие, например, бухгалтерской
программе 1С-Предприятие, предъявляют серьезные требования к
вычислительной мощности процессора, которая, как известно,
немало зависит от объема кэш-памяти. Для таких задач лучше всего
взять "полный" вариант процессора с наилучшими
характеристиками в области вычислений с плавающей запятой. Для
такого варианта использования наилучшим образом подходят
процессоры семейства Athlon, но окончательный выбор остается
все-таки за вами. Например, можно предпочесть процессоры
Pentium III — они, конечно, не такие "крутые" как Pentium 4 и
Athlon XP, зато обладают достаточно высокими показателями
производительности при значительно более низкой цене.
Стоит отметить, что с уменьшением объема кэш-памяти в 2
раза скорость работы уменьшается не более чем на 10—15% и то
только для таких программ, как архиватор, бухгалтерские
программы и другие, использующие интенсивные вычисления.
Игры, в отличие от иных программ, в основном используют
вычисления, связанные с просто огромными массивами данных,
которые при всем желании невозможно поместить в небольшом
объеме кэш-памяти. Для размещения графики или, например, звука
в играх используется оперативная память, поэтому уменьшение
объема кэш-памяти не очень сильно сказывается на общей
производительности игрового компьютера (до 5%).
Система охлаждения процессора
Основным элементом охлаждения процессора является
радиатор. Его применяли для охлаждения первых процессоров Intel,
выделяющих относительно немного тепла и вполне способных
- 241 -
работать без принудительного охлаждения. Этого нельзя сказать о
современных процессорах. Качественное охлаждение является не
только залогом стабильной работы, но и его элементарной
работоспособности. Например, процессоры Athlon без радиатора
сразу же сгорают.
По сути, радиатор является устройством, существенно
облегчающим теплообмен процессора с окружающей средой.
Конструктивно он представляет металлическую пластину,
отводящую от процессора излишки тепла. Для увеличения
рассеивающей поверхности большинство радиаторов представляют
собой не сплошной кусок металла, а пластину с большим
количеством выступающих ребер. Для производства радиаторов в
основном используют
алюминиевые сплавы. Они не очень хорошо проводят тепло
(по сравнению, например, с серебром или медью), но зато очень
дешевы.
Две важнейшие характеристики радиатора — материал, из
которого изготовлен радиатор, и контакт радиатора с поверхностью
процессора. Наиболее важной проблемой является качество
контакта процессора с радиатором. Улучшить качество охлаждения
можно нижеприведенными способами.
□ Охлаждать радиатор достаточно мощным вентилятором (в
целях экономии можно применить несколько менее мощных
вентиляторов).
□ Использовать радиатор с высококачественной
поверхностью контактирования с процессором. При установке
радиатора обратите внимание на его нижнюю поверхность — для
улучшения теплообмена удалите любые покрытия (чернение,
анодирование). Поверхность должна быть абсолютно плоской и
чисто металлической. Даже мелкие царапины недопустимы.
Как уже говорилось, современные процессоры нуждаются в
охлаждении, к тому же весьма интенсивном. Даже самый
качественный радиатор не способен справиться с этой задачей.
Единственный выход из этой "горячей" ситуации —
принудительное охлаждение радиатора при помощи мощного
вентилятора.
Совокупность вентилятора с радиатором называют кулером.
Сам по себе вентилятор не способен хорошо отводить тепло от
процессора, а при их совместной работе получается довольно
- 242 -
неплохой результат. Производительность кулера в одинаковой
степени зависит как от радиатора, так и от вентилятора.
Перечислим ряд основных характеристик вентиляторов.
□ Число оборотов в минуту (RPM — Rotations Per Minute).
Чем больше значение этого параметра, тем выше его охлаждающая
способность, но тем более высокий уровень шума от него исходит.
□ Уровень шума в децибелах (dB). Мощные вентиляторы
шумят сильнее. Значение этого параметра не должно превышать
уровня 25—30 dB, что итак означает довольно большой уровень
шума.
□ Тип подшипника. Существует два типа — подшипник
качения (Ball Bearing) и подшипник скольжения (Sleeve Bearing).
Вентиляторы на подшипнике качения имеют целый ряд
преимуществ: меньшие потери на трение, большая скорость
вращения, большая долговечность. Вторые имеют более низкую
стоимость за счет простого устройства, малую восприимчивость к
механическим воздействиям.
□ Разъем подключения. Может встретиться два варианта:
• MOLEX. Это разъем, при помощи которого вентиляторы
подключаются к материнской плате. Такие кулеры обычно имеют в
своем названии термин "Smart". Такое подключение имеет
неоспоримые преимущества: например, появляется возможность
управления скоростью
вращения вентилятора (при достаточном охлаждении
материнская плата, обладающая такими функциями, может
замедлить вентилятор, снизив тем самым шум и потребляемую
мощность), измерять скорость вращения вентилятора (если он
содержит так называемый датчик Холла). Недостатком такого
способа подключения является небольшое количество разъемов
MOLEX на материнской плате (2—3, изредка 4), либо их
отсутствие на старых материнских платах.
• PC-Plug — стандартный разъем, через который, кроме
кулера, можно подключить винчестер, CD-ROM и другие
накопители. Его недостаток — невозможность реализации
современных технологий измерения и регулировки скорости
вращения вентилятора.
□ Конструкция. Значимыми параметрами являются площадь
поверхности ребер и материал радиатора. С площадью все понятно
— чем больше, тем лучше. А вот в качестве материала радиатора
- 243 -
чаще всего используются алюминиевые сплавы, однако, более
дорогие модели радиаторов имеют медное основание, что улучшает
теплоотвод от поверхности процессора.
При выборе кулера обязательно надо учитывать конструкцию
материнской платы, поскольку многие современные кулеры имеют
значительные габариты радиатора и могут просто не поместиться
на плату из-за того, что будут упираться в элементы платы,
окружающие процессор (например, конденсаторы). Обычно такие
проблемы свойственны платам на базе процессоров AMD под
Socket А в сочетании с круглыми кулерами Thermaltake и Titan.
Также немаловажным критерием выбора является конструкция
креплений радиатора к процессору (разъему процессора).
Стоит отметить, что у процессоров Athlon в PGA-исполнении
кристалл сверху ничем не защищен, как, например, аналогичные
процессоры Intel Pentium или Celeron. Поэтому устанавливать на
него радиатор нужно аккуратно — особенно в том случае, если вам
попался кулер с тугим прижимающим фиксатором. Правда, в этом
смысле конструкция Athlon все же лучше, чем у Intel Celeron и Intel
Pentium III, поскольку по углам микросхемы процессора у них
наклеены четыре демпфирующие накладки из резины, однако
осторожность при выполнении этой операции лишней не будет.
Изредка встречается достаточно дорогой, но при этом очень
эффективный способ охлаждения — модуль Пельтье.
Эффект Пельтье был открыт еще в 1834 году французским
часовщиком и физиком Жаном Шарлем Атаназом Пельтье. Эффект
возникает, когда электрический ток проходит по двум пластинкам
из двух различных проводящих материалов, соединенным в двух
точках. При этом одна точка разогревается, а температура другой
падает, благодаря переносу тепла под действием электрического
тока. Эффект может быть настолько сильным, что холодный конец
термопары может покрыться изморозью!
На практике этот эффект применяют следующим образом:
набор из термопар своими холодными концами соединяется с
процессором, а горячими с рассеивающим тепло радиатором. Если
подключить ток, то тепло будет откачиваться от процессора и
рассеиваться на радиаторе.
Самым большим недостатком модулей Пельтье является их
высокое потребление энергии. Для его питания необходимо иметь
блок питания мощностью не менее 300 Вт, при этом один из жгутов
- 244 -
кабелей должен быть полностью отдан "во владения" модуля. Еще
один неприятный момент: модуль Пельтье способен так охладить
ваш процессор, что на нем появятся капельки конденсата. Такое
может случиться, например, когда вы переводите компьютер в
режим Standby, в котором процессор не работает, а модуль
продолжает получать необходимую для его работы энергию. Эта
проблема решена в некоторых моделях модулей Пельтье при
помощи специального механизма автоматического управления
модулем, который включает его только при превышении
температуры процессора установленного уровня.
Проблемы, характерные для процессоров
Высокие технологии характеризуются в первую очередь
высокой надежностью. Это в полной мере относится к
процессорам. Ведь им приходится работать на очень высоких
тактовых частотах, что позволяет предположить, что проблем с их
стороны быть не должно. Действительно, процессоры выходят из
строя реже других компонентов и то из-за того, что возникают нарушения в системе охлаждения. Вот мы и добрались до главного
виновника всех бед процессора.
Вентилятор, установленный на процессоре, как будто
специально стремится собрать на своих лопастях всю пыль,
попадающую в системный блок. В результате процессов,
происходящих после налипания достаточно большого количества
пыли, скорость его вращения заметно падает... К чему это может
привести? Да к тому, что вам придется копить на новый процессор.
ГЛАВА 9
Оперативная память
Термин "оперативная память" произошел от похожего
термина "оперативное запоминающее устройство" (ОЗУ),
применяемого для обозначения части основной памяти
персонального компьютера, которая используется для хранения
промежуточных данных. По-английски эта память называется
Random Access Memory (RAM), что переводится как память с
произвольным доступом. Существует множество подвидов памяти:
статическая и динамическая, энергонезависимая и энергозависимая.
В персональном компьютере используются практически все типы
памяти, каждый выполняет ту работу, с которой он лучше всего
справляется.
Появление новых типов памяти связано со следующими
- 245 -
причинами: все возрастающая скорость работы процессоров рано
или поздно приводит к тому, что ему приходится большую часть
времени простаивать, ожидая, когда остальные компоненты
системы, скорость работы которых осталась на прежнем уровне,
закончат свою работу и приступят к следующей операции.
Результат — разработка и внедрение нового типа памяти,
позволяющего уменьшить влияние "узкого места" процессорпамять на общую производительность компьютера. По этой
простой причине в области разработки новых типов памяти "горят"
ожесточенные споры.
Совсем недавно пользователю было очень сложно
определиться с видом используемой памяти. Вроде еще не совсем
устарела память SDRAM, но уже появились более быстрые
разновидности — DDR SDRAM и RDRAM. Сегодня компьютерный
мир почти определился — будущее за DDR-па-мятью (RDRAM
слишком дорога для среднего пользователя, поэтому этот вид
памяти используется только в наиболее дорогих и
производительных компьютерных системах вроде интернетсерверов). Центральные процессоры достигли такой скорости
работы, что даже последние модификации SDRAM (PC100 и
РС133) с трудом справляются с потоком данных. С этого момента
эта разновидность памяти обречена на провал и уход с рынка, хотя
использоваться она будет еще очень долго: на складах
компьютерных фирм запасы "железа" ничуть не меньше, чем
запасы селедки на военных складах (на случай войны).
Принципы работы памяти
Микросхема памяти образуется из некоторого количества
элементарных ячеек, которые образуют собой двухмерный массив
(его еще называют матрицей), который позволяет организовать
обращение к конкретному адресу по двум составляющим: номер
строки (сигнал RAS) и номер столбца (сигнал CAS). Строку
массива иногда называют "страницей памяти".
Элементарную ячейку статической памяти образует так
называемая триггерная схема, характерным свойством которой
является сохранение текущего состояния, заданного входящим
импульсом до прихода следующего импульса либо до выключения
питания. При считывании записанного в ячейку значения ее
состояние не изменяется.
Элементарную ячейку динамической памяти образует очень
- 246 -
маленький конденсатор, который может быть либо заряжен
(логическая единица), либо разряжен (логический ноль). Чтобы
сохранять данные в такой памяти, эти конденсаторы требуется
периодически подзаряжать, поэтому динамическая память при
прочих равных условиях значительно медленнее статической
памяти — в моменты подзарядки (ее называют регенерацией)
ячейки динамической памяти недоступны ни для чтения, ни для
записи. Обычно считается, что на регенерацию требуется около 5%
общего времени.
Основными показателями, определяющими область
применения того или иного типа памяти, являются быстродействие,
плотность данных, надежность хранения информации, стоимость
хранения одной единицы информации (например, 1 Мбайт), а
также наличие каких-либо дополнительных функций.
Быстродействие. Здесь имеет преимущество статическая
память, способная работать на частоте до 250 МГц и выше со
временем доступа равным времени одного тактового импульса
центрального процессора. Тогда как для организации одного цикла
чтения данных из динамической памяти требуется несколько
тактовых импульсов. По этой причине статическая память используется в качестве кэш-памяти центрального процессора. При
хорошо проработанной организации работы кэш-памяти можно
добиться такой ситуации, когда процессор практически не будет
ждать основную память. Очень важным показателем
быстродействия памяти является время доступа к ячейке памяти.
Чем оно меньше, тем лучше.
Так как на чтение первого блока данных, как правило,
требуется большее время, чем для чтения последующих, то для
отображения быстродействия памяти используют обозначение: х-уу-у, где х — количество тактов шины,
необходимое для чтения первого блока данных, у —
количество тактов шины для чтения всех последующих блоков. В
IBM-совместимых компьютерах очень часто происходит чтение
четырех смежных ячеек памяти, поэтому многие типы памяти
оптимизированы для такого режима работы. В сравнительных
характеристиках быстродействия приводится количество циклов,
необходимых для чтения первых четырех ячеек (например, 3-1-1-1).
Плотность данных. Из-за некоторых конструктивных
особенностей ячеек динамическая память имеет несколько
- 247 -
большую плотность размещения ячеек на кристалле, чем
статическая память. Это отражается на стоимости хранения
единицы информации — для статической памяти она намного
выше.
Очень часто встречается такой термин как "банк памяти".
Сложность состоит в том, что этим термином могут обозначаться
совершенно разные понятия.
□ Группа модулей памяти одинаковой емкости, которые
должны быть установлены одновременно, чтобы система могла
работать. Количество модулей при этом должно равняться
отношению ширины системной шины к ширине шины каждого
модуля. Например, модули SIMM, которые использовались в
компьютерах на базе Pentium, следовало устанавливать попарно,
тогда как модули DIMM, которые стали использоваться впоследствии, можно устанавливать поодиночке.
□ Логическая единица внутри модуля памяти. Еще во
времена модулей SIMM увеличение емкости модуля вдвое
достигалось установкой двух банков памяти (вдвое большим
количеством микросхем памяти).
□ Часть микросхемы памяти типа SDRAM, доступ к которой
возможен независимо от другой части. Например, когда идет
считывание из первого банка, содержимое второго может быть
занято регенерацией.
Разновидности памяти
В первую очередь вся память компьютера (чаще всего для нее
применяют термин основная память, чтобы отличать ее от памяти
на накопителях) подразделяется на энергонезависимую и
энергозависимую память.
Энергонезависимая память позволяет хранить данные
продолжительное время при отключении питания от микросхемы
памяти. Поэтому ее применяют для сохранения жизненно важных
программ и данных: алгоритмов работы микросхем и устройств,
данных об аппаратной конфигурации компьютера и т. п.
Архитектура процессоров семейства х86, еще начиная с первых
моделей Intel 8086, имеет одну интересную особенность: как только
на электронную схему процессора поступает напряжение питания,
он пытается
прочитать информацию из строго определенного места, адрес
которого навеки запечатлен разработчиками в ядре процессора.
- 248 -
Остается только разместить по этому адресу определенную
программу, и после каждого включения в первую очередь будет
выполняться именно эта программа. Данная особенность
архитектуры процессоров х86 используется для организации базовой системы ввода/вывода (BIOS).
Энергозависимая память имеет главный недостаток — даже
при кратковременном пропадании питания все данные в ней
безнадежно утрачиваются. Зато единственное преимущество
(высокое быстродействие) позволило использовать именно этот тип
памяти в качестве оперативной памяти компьютера, потому что
только при быстром доступе к данным, находящимся в памяти,
процессор может развить полную мощность, на которую он рассчитан.
Энергозависимая память в свою очередь подразделяется на
два вида: динамическую и статическую память. Второй вид самый
быстрый из всех видов памяти, поэтому его применяют в качестве
кэш-памяти процессоров. Первый значительно медленнее, зато его
относительно низкая стоимость позволяет создавать очень емкие
(например, 512 Мбайт) модули памяти, в то время как статическая
память при таком объеме стоила бы не меньше всего компьютера в
целом. Поэтому особенно пристально мы будем рассматривать
энергозависимую динамическую память. Именно к этой памяти
применим термин "память", который часто используется для
описания модулей памяти, устанавливаемых в компьютер.
Динамическая память предназначена для хранения программ,
выполняемых в этот момент, и данных, непосредственно
участвующих в вычислениях.
Существует целый ряд различных типов динамической
памяти: начиная от тех видов, которые использовались на первых
компьютерах IBM PC, заканчивая самыми современными видами,
которые еще только начинают входить в нашу жизнь. Естественно,
что производители не просто так придумывают новые виды памяти
только потому, что им так захотелось. Новый вид появляется тогда,
когда максимальная скорость работы центрального процессора
намного превышает пропускную способность системной шины, на
частоте которой работает оперативная память. Возникает так
называемое "узкое место", которое препятствует дальнейшему
увеличению производительности.
Первый тип памяти, который применялся в компьютерах IBM
- 249 -
PC, назывался Page Mode DRAM. Чтение каждой ячейки памяти
осуществляется за 5 синхронизирующих импульсов, равных
тактовой частоте центрального процессора, при этом адрес каждой
ячейки передается отдельно от всех других: контроллер выдал
адрес, получил данные, выдал следующий адрес, получил данные и
т. д.
Следующий тип отличается от первого как раз тем, что можно
было повторно не передавать адрес строки, из которой
происходило предыдущее чтение в том случае, если следующая
ячейка находится в той же строке. Из-за этого она и получила свое
название — Fast Page Mode (FPM) DRAM. При этом для чтения
первой ячейки требуется по-прежнему 5 циклов, а для чтения всех
последующих ячеек достаточно всего 3 цикла (схема 5-3-3-3). Этот
тип памяти использовался вплоть до появления процессоров
Pentium, для которых время доступа 60—70 не стало слишком
большим.
Следующий шаг развития — EDO DRAM (Extended Data Out).
Этот тип мало чем отличается от предыдущего: изменилась только
схема чтения последовательных ячеек 5-2-2-2, что дает
преимущество только на мультимедийных приложениях
(проигрывание музыки, просмотр видеофильмов). Но, несмотря на
столь схожие принципы работы, для памяти EDO требуется
аппаратная поддержка со стороны чипсета материнской платы.
Впервые такая появилась в чипсете i430FX. С более ранними
чипсетами этот вид памяти ведет себя так же, как и FPM-память, т.
е. работает по схеме 5-3-3-3. На практике замена FPM на EDO
позволяет увеличить быстродействие компьютера на 5—10%.
Очень много разговоров велось вокруг памяти BEDO DRAM
(Burst EDO). Практически все известные производители
материнских плат широко рекламировали поддержку этой памяти,
но никто ее в продаже так и не видел. Наверное, разработчики
решили, что этот вид является бесперспективным.
Все вышеперечисленные типы памяти асинхронные, т. е.
управляются только сигналами RAS (Row Address Strobe) и CAS
(Column Address Strobe), и никакого отношения к системной шине
не имеют. То есть при несовпадении циклов чтения/записи с
тактирующими импульсами происходит ожидание следующего
импульса, только после чего контроллер памяти сможет произвести
необходимое действие. При использовании синхронной памяти
- 250 -
имеется гарантия того, что циклы чтения/записи данных она будет
осуществлять в строго определенные моменты времени согласно с
поступающим тактирующим импульсам. Поэтому все
последующие типы памяти являются синхронными.
Память SDRAM (Sychronous DRAM) — это синхронная
оперативная память. Она создана на основе стандартной DRAM, но
обладает рядом отличительных характеристик. Например,
благодаря конструктивным особенностям и организации работы
контроллер памяти, который имеет прямую связь с центральным
процессором, всегда точно знает, в какие моменты данные могут
быть обработаны. Таким образом процессор теперь всегда "знает",
в какой момент времени можно получить ответ от памяти, а в какой
нет. Это позволяет более продуктивно организовать цепь запросов
к памяти, избегая простоев из-за отсутствия синхронности работы
памяти и процессора.
Основные технические характеристики памяти SDRAM:
□ синхронная работа памяти по тактам с центральным
процессором;
□ повышенное быстродействие памяти (увеличено до 4 раз без
особых изменений в DRAM);
□ работа на частоте системной шины, превышающей 66 МГц.
Невозможность работы старых типов памяти на частотах
свыше 66 МГц приводило к тому, что память работала не на
тактовой частоте системной шины процессора, а на фиксированной
частоте (кстати, значительно меньшей). Память SDRAM может
работать по схеме 5-1-1-1. Производители чипсетов аппаратно
поддерживают этот вид памяти, начиная с i430VX/TX, VIA
580VP/590VP.
Память SDRAM работает абсолютно так же, как и стандартная
DRAM: предоставляет свободный доступ к строкам и колонкам
ячеек данных. Отличительными свойствами этого типа памяти
являются: синхронное функционирование ячеек памяти и пакетный
режим передачи данных.
Ячейки памяти внутри чипа SDRAM разделяются на два или
более независимых банка ячеек. Это позволяет обращаться к
ячейкам памяти одного банка, пока идет регенерация ячеек второго
банка. И дополнительно повышает быстродействие памяти:
возможность держать открытыми одновременно две строки памяти
(из разных банков) влияет на результирующее быстродействие. При
- 251 -
организации поочередного обращения к любому из банков можно
вдвое уменьшить частоту обращения к каждому из них в отдельности. А это значит, что можно вдвое увеличить реальную
частоту работы микросхемы памяти по сравнению с EDO RAM — с
66 до 133 МГц. Эту возможность производители реализовали в
модулях PC 133.
Пакетный режим характеризуется одновременной подачей
запроса не к отдельной ячейке памяти, а к целой
последовательности сразу, что позволяет сэкономить на
переключении контроллера памяти с передачи адресов на передачу
данных.
Ускорение работы оперативной памяти достижимо
несколькими путями: увеличением частоты работы, оптимизацией
извлечения и передачи данных.
Память DDR SDRAM — это один из новейших и, скорее
всего, самый перспективный вид памяти. До начала 2001 года он
применялся исключительно в качестве видеопамяти, но
впоследствии (с появлением процессоров AMD Athlon) стал
использоваться в качестве оперативной памяти. Передача данных
по каналу память—чипсет ведется по обоим фронтам
тактирующего сигнала аналогично шине AGP в режиме 2х и
системной шине процессоров Athlon/Duron. Пиковая пропускная
способность вдвое превышает соответствующий показатель для
SDRAM (PC 100 = 800 Мбит/с, РС133 = = 1064 Мбит/с). При
маркировке DDR-памяти стали применять не частоту системной
шины, как прежде, а величину пропускной способности шины.
Например, РС1600, РС2100, РС2700 или РС3200. Поначалу
это вводило в заблуждение, но таковы правила рекламы: главное
удивить пользователя невиданными цифрами, а уж потом
объяснить, что к чему. Иногда при описании DDR-памяти
используют более привычное наименование: DDR200, DDR266,
DDR333 или DDR400. С последним типом памяти сегодня связано
очень много споров и разногласий. Например, компания SiS
официально объявила о прекращении поддержки памяти DDR400,
такое же решение приняла VIA Technologies. Соответственно
корректная работа всех чипсетов этих двух компаний с памятью
DDR400 не гарантируется. Скорее всего, речь идет о плохом
качестве работы уже выпущенных модулей или же о невероятной
сложности схемы их работы. Тем более что предыдущие типы еще
- 252 -
не полностью исчерпали своих потенциальных возможностей.
Появление памяти DDR SDRAM на рынке не было
однозначным. Скорее оно выглядело как ответ на выпуск Intel
новейшей высокоскоростной памяти RDRAM (Rambus DRAM). Но
с введением в системы на базе процессоров Pentium 4 поддержки
DDR-памяти, она стала понемногу теснить ставшую привычной
память SDRAM. RDRAM так и осталась "за гранью возможного"
для среднего пользователя из-за высокой стоимости.
Сегодня существует один тип памяти, который, несмотря на
весьма обширную рекламу и действительно высокое
быстродействие, так и не получил широкого распространения. Это
память RDRAM, разработанная компанией Rambus. За счет
внедрения уникальной технологии удалось добиться стабильной
работы памяти на тактовых частотах вплоть до 400 МГц.
Контроллер памяти RDRAM состоит из специализированной
микросхемы, которая генерирует управляющие сигналы для памяти
и обменивается данными с компьютером. К одной такой
микросхеме можно подключить до четырех каналов,
функционирующих независимо друг от друга. У каждого канала
имеется отдельный управляющий блок, который отвечает за микросхемы памяти, подключенные к каналу, их состояние, ответы и т. д.
Канал создает электрическую связь между контроллером и
микросхемами RDRAM и представляет собой 30 высокоскоростных
линий, передающих данные на обоих фронтах тактирующих
сигналов частотой 400 МГц. Использование такой большой частоты
стало возможным благодаря применению резистивного
терминатора на конце канала, подавляющего паразитные
отражения сигналов низкого напряжения, а также хорошо
рассчитанной топологии самих каналов для соблюдения
одинаковой дистанции пробега сигналов по разным проводникам и
т. п. Канал может располагаться на стандартной материнской плате
и соответствует типоразмерам современного дизайна SDRAMпамяти. Интересным фактом является разделение адресных линий
строки и столбца, что дополнительно позволяет увеличить быстродействие системы. Синхронизация всего канала построена таким
образом, что передающиеся сигналы распространяются всегда в
одном направлении с тактирующими импульсами, что позволяет
избежать запаздывания импульсов за счет преодолеваемого расстояния. Тактовый
- 253 -
генератор вырабатывает импульсы, которые распространяются от
крайней точки канала к контроллеру, где разворачиваются и по
другой линии идут в обратном направлении, после чего попадают в
терминатор.
Все сигналы, распространяющиеся по направлению к
контроллеру памяти, синхронизируются входящими тактовыми
импульсами, а сигналы, исходящие из контроллера, — импульсами,
идущими по направлению к терминатору.
Один канал может использовать максимум до 32 микросхем
RDRAM, что дает возможность нарастить память до 1 Гбайт при
емкости микросхем 256 Мбит. Интересно то, что логику выпускает
исключительно компания Rambus, в то время как ядро может
производить поставщик микросхем самостоятельно.
В отличие от SDRAM с независимыми банками, RDRAM
содержит зависимые банки. Это означает, что на два банка
используются общие усилители, формирователи сигналов и другая
логика. Такой подход позволяет разместить больше банков памяти
на заданной площади кристалла и снизить себестоимость памяти,
однако исключает возможность доступа к двум банкам в смежных
операциях. Обходится данный недостаток довольно просто: при
работе памяти запрос формируется одновременно только к восьми
банкам, а остальные в это время могут быть заняты регенерацией
содержимого.
Для RDRAM-памяти применяют уже ставший традиционным
метод маркировки при помощи указания пропускной способности.
Существует несколько типов памяти: РС600, РС700, РС800 и
РС1066. Данные в памяти RDRAM, как известно, передаются по
обоим фронтам тактового сигнала, поэтому реальная пропускная
способность каждого канала в два раза больше указанной в
маркировке: 1,2 Гбит/с (примерно так же, как РС133) для памяти
РС600 и соответственно для остальных типов 1,4; 1,6 (прямо как у
DDR PC1600) и 4,2 Гбит/с. Как видите, последний тип памяти резко
отличается от предыдущих вчетверо увеличенной пропускной
способностью шины данных. Дело в том, что для производства
модулей последней модификации применяют 32-битную
организацию вместо 16-битной. Это позволило разместить на
одном модуле уже 4 параллельно работающих канала вместо двух.
Применяется такая память совместно с процессорами Pentium 4 с
частотой системной шины 533 МГц. Следует отметить, что двухка- 254 -
нальная память RDRAM на практике показывает результаты еще в
два раза лучшие, чем было указано раньше. Так, например, память
РС800 позволяет достигнуть уровня 3,2 Гбит/с.
Особенностью памяти RDRAM является высокое потребление
электроэнергии, что повышает требования к системе охлаждения
системного блока в целом.
Несмотря на многообразие видов DRAM, все они базируются
на том же ядре, что применялось еще лет 15—20 назад. Все
кардинальные изменения
коснулись области интерфейсной логики — ведется поиск
оптимального решения считывания данных из ячеек памяти.
С приходом синхронной памяти изменения коснулись также и
контроллера памяти. При работе памяти с асинхронным доступом
(FPM и EDO) процессор должен был ожидать, пока закончатся
внутренние операции вроде регенерации. Это занимает примерно
60 нс времени. При работе памяти с синхронным доступом
регенерация содержимого памяти осуществляется независимо от
процессора, т. е. процессор во время прохождения внутренних
операций может выполнять другие задачи. Применение синхронной
памяти позволило отказаться от отдельного генератора
стробирующих сигналов — все операции ввода/вывода на
системной шине стали управляться одними и теми же
синхроимпульсами. Это позволило, во-первых, уменьшить трафик
на шине, во-вторых, упростить операции ввода/вывода, т. к.
процессору теперь нет необходимости выделять полезную
информацию среди служебных стробирующих импульсов.
Немало разговоров ведется вокруг контроля и исправления
ошибок, возникающих при работе памяти. Основные термины
"контроль четности" и "ЕСС".
Контроль четности это довольно старый метод проверки
сохраняемых в памяти данных на отсутствие ошибок. Заключается
он в том, что при записи данных в память для каждого байта (8 бит)
вычисляется контрольная сумма, которая сохраняется вместе с
записываемыми данными в виде бита четности. При считывании
данных контрольная сумма вычисляется еще раз, и второй
результат сравнивается с первым, записанным в памяти. Если они
совпадают, то данные считаются верными, если же нет, то
компьютер генерирует сообщение об ошибке четности. Этот метод
имеет целый ряд недостатков:
- 255 -
□ любой незначительный сбой приведет к останову работы
всей системы, что в свою очередь послужит причиной потери
информации. Особенно остро эта проблема стоит в многозадачных
системах, когда сбой, например, в работе проигрывателя музыки
может привести к невозможности сохранения результатов работы в
пакете Microsoft Office, который работал абсолютно стабильно;
□ вывод об ошибке может быть вызван также сбоем в ячейке
бита четности, т. е. данные вроде как не испорчены, а компьютер
все равно остановит свою работу;
□ постоянное вычисление бита четности приводит к
некоторому уменьшению производительности процессора;
□ качественные модули памяти способны нормально
работать в течение срока, превышающего средний срок службы
всего компьютера, что говорит о принципиальной
нерациональности приобретения модулей с контролем четности. Тем более что применение таких модулей
вовсе не гарантирует 100%-ной гарантии сохранности данных —
сбои могут возникнуть в любой момент.
Сегодня используется более прогрессивная технология ЕСС
(Error Checking and Correcting), позволяющая не только
обнаруживать, но и исправлять ошибки в памяти. В основе этой
системы лежит принцип введения каждого бита данных в более чем
одну контрольную сумму. Это позволяет при возникновении
ошибки путем анализа нескольких контрольных сумм вычислить
действительное значение конкретной ячейки и восстановить ее
содержимое. Правда, система с ЕСС имеет ограничение в один
восстанавливаемый бит. При возникновении двойной ошибки
система может только констатировать этот факт с выводом
соответствующего сообщения, не более того. Архитектура модулей
DIMM более всего подходит для организации ЕСС-метода
коррекции данных, чем для коррекции путем введения бита
четности.
Модули памяти
Конструктивно современная оперативная память представляет
собой небольшую печатную плату прямоугольной формы с
размещенными на ней микросхемами. Из-за того, что все
микросхемы расположены в один линейный ряд, модули памяти
иногда называют "линейками". Но так было не всегда. На первых
компьютерах IBM PC использовали обычные микросхемы в
- 256 -
корпусах DIP — это маленький черный прямоугольный корпус из
пластмассы, по обеим сторонам которого располагаются
металлические контакты. Ими комплектовались компьютеры на
базе процессоров i8086/88, i80286 и, частично, i80386SX/DX. Для
установки этих микросхем в специальные панельки,
расположенные на материнской плате, требуется прикладывать
значительное усилие, что может привести к трещинам на материнской плате. Следует также очень внимательно следить за
правильностью их установки. Если установить микросхему,
развернув ее на 180°, напряжение питания попадет на совершенно
другие выводы и микросхема сгорит. При транспортировке
необходимо следить, чтобы случайно не повредить выводы
микросхемы (как правило, они очень ломкие). При установке
следует учитывать, что микросхемы должны быть одинаковой
разрядности и емкости. Микросхемы обязательно устанавливаются
целыми банками (бывают 64, 256 Кбайт, 1 и 4 Мбайт). Каждый
банк состоит из восьми (девяти) одинаковых микросхем.
Начиная с компьютеров i80386DX, стали использовать модули
SIMM.
SIMM (Single In-line Memory Module) — каждый модуль
представляет собой небольшую печатную плату с односторонним
(или двусторонним с дублированием контактов с каждой стороны)
краевым разъемом и смонтированными на плате микросхемами
памяти в корпусах SOJ или TSOP с общей емкостью 256 Кбайт, 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Мбайт. Модуль SIMM
устанавливается на материнскую плату в специальный разъем. Для
этого следует под углом 70° по отношению к плате приложить
модуль к месту установки и закрепить его предназначенными для
этого держателями, расположенными по торцам разъема.
Специальные вырезы на модуле (и соответствующие выступы на
разъеме) не позволяют установить модуль неправильно. Соединяются модули SIMM с платой не штырьками, а плоскими
контактами (позолоченными полосками, нанесенными на плату
модуля — это так называемые "пины", pin). Такой краевой разъем
иногда называют "ножевым".
Первыми представителями SIMM-модулей считаются 30пиновые SIMM FPM DRAM. Максимальная частота их работы 29
МГц. Стандартное время доступа 70 нс. Эти модули применялись
вплоть до компьютеров на базе процессора i80486DX2, а затем
- 257 -
были вытеснены сначала 72-пиновыми FPM DRAM, а в
дальнейшем EDO DRAM.
SIMM EDO DRAM имеют 72 контакта и способны работать на
частоте до 50 МГц. Этими модулями оснащались компьютеры на
базе процессоров Intel 80486DX2/DX4, Intel Pentium, Pentium Pro и
Pentium MMX, а также AMD 80586 и К5. Данные модули
поддерживают материнские платы, собранные на чипсетах: i440TX,
i440EX, i440LX, i450NX, VIA Apollo MVP 3/4, Pro/Pro+, ALI
Aladdin 4/4+/V/PRO II, ALI Aladdin TNT2. Появление чипсета Intel
440BX с шиной 100 МГц заставило производителей отказаться от
модулей SIMM, т. к. виды памяти, использовавшиеся для их
сборки, не способны работать на частотах выше 66 МГц. В
настоящее время они вытеснены модулями DIMM.
Модули DIMM (Dual In-line Memory Module, модуль памяти с
двойным расположением контактов) пришли в мир компьютеров с
приходом синхронной памяти SDRAM. Длительное время
одновременно выпускались материнские платы с поддержкой
модулей DIMM и SIMM, также были модели, имеющие слоты под
оба типа модулей. Но, в конце концов, "победа" досталась модулям
DIMM. Причиной тому стал выпуск компанией Intel новых
чипсетов с поддержкой SDRAM и плат с установленными на них
слотами DIMM. Эта крупная корпорация в те времена была
основным законодателем моды, а также крупнейшим поставщиком
как чипсетов, так и материнских плат. Так что остальным только и
осталось, как следовать моде и выпускать платы под новые модули.
Если быть более точным, Intel закладывала базу для развития
своего нового чипсета i440BX, поддерживающего частоту
системной шины до 100 МГц.
Модуль DIMM содержит 168 контактов, которые
расположены с двух сторон платы (по 84 контакта с каждой
стороны) и разделены изолятором. Разъем под модули DIMM
отличается от разъема SIMM. На модулях со стороны контактов
"ножевого" разъема имеется 2 выреза (ключа), которые делят всю
линейку контактов на три группы по 20, 60 и 88 контактов
(рис. 9.1). На приемных разъемах обязательно присутствуют
соответствующие вырезам выступы. Единственное отличие
модулей SIMM и DIMM, это то, что у первого типа модулей
контакты, расположенные по обеим сторонам модуля, которые
дублируют друг друга, тогда как у второго типа они электрически
- 258 -
независимы, что, соответствующим образом, отражено в названиях
модулей (Single и Dual).
Рис. 9.1. Внешний вид модулей DIMM
72-контактные модули SIMM имеют 32-битную шину данных,
в результате чего на компьютерах старше 486-го их приходится
устанавливать попарно. Модули DIMM лишены этого недостатка
благодаря 64-битной организации шины.
Стоит отметить, что модули DIMM — это новый формфактор, а не принципиально новый вид памяти. Единственное
заведомое преимущество новых модулей — это возможность
установки их по одному на платы с процессором Pentium, в отличие
от SIMM, которые требуется устанавливать попарно. Если модуль
собран на основе чипов памяти EDO DRAM, то это единственное
преимущество. Чтобы полностью использовать потенциал новых
модулей, следует приобретать только новую память SDRAM,
которая имеет лучшие временные характеристики, чем
предшествующие типы. Память SDRAM давала значительный
прирост производительности только при последовательных
обращениях, в обычном же режиме работы таких обращений не так
уж и много. Еще один плюс SDRAM — возможность работы на
внешней частоте выше 66 МГц, чего никогда не достичь памяти
EDO.
Но не обошлось и без "слез". Первые системные платы,
имеющие поддержку этой памяти, требовали от модулей памяти
обязательной поддержки спецификации Intel SPD (наличия
специальной микросхемы ПЗУ с записанными в ней параметрами).
Модуль SPD (Serial Presence Detect) представляет собой
специальную микросхему, которая содержит все данные,
необходимые для обеспечения нормальной работы модуля. Эти
данные считываются на этапе самотестирования компьютера и
позволяют настроить параметры обращения к памяти даже при
одновременном наличии в системе различных модулей памяти.
Отсутствие модуля SPD "грозит" несовместимостью с некоторыми
материнскими платами, например, i440LX.
Любой модуль памяти должен иметь следующие контакты:
- 259 -
□ линии ввода/вывода — служат для передачи данных, в
совокупности образуют шину данных. Модули с поддержкой
контроля четности имеют дополнительную линию, по которой
передаются биты четности;
□ адресные линии — служат для передачи адреса, по
которому располагаются считываемые данные или по которому
должны быть записаны новые данные;
□ RAS — сигнал служит для сообщения электронике модуля,
что по адресным линиям передаются координаты строки, в которой
находятся необходимые данные;
□ CAS — сигнал служит для сообщения электронике модуля,
что по адресным линиям передаются координаты столбца, в
котором содержатся необходимые данные;
□ контакты питания и заземления.
Первой попыткой ввести довольно жесткие стандарты в
производство модулей памяти стало принятие спецификации
РС100. По мнению Intel отклонения от параметров, описываемых
данной спецификацией, не позволяют добиться корректной работы
модулей памяти. Вот основные моменты описания стандарта PC
100:
□ определение минимальной и максимальной длины пути для
каждого сигнала в модуле — это позволяет точно определить
временную задержку для каждого типа сигнала (данные, адрес,
служебные сигналы);.
□ определение ширины дорожек и расстояния между ними —
это позволяет контролировать сопротивление каждой дорожки и
степень интерференции между ними;
□ применение 6-слойных плат со сплошными слоями
"питание" и "земля" — это позволяет улучшить распределение
питания и уменьшить шумы;
□ определение расстояний между слоями — это позволяет
контролировать сопротивление цепей на плате с целью
минимизации отражений сигнала;
□ строгое определение длины пути тактового сигнала, его
маршрутизации, момента начала и окончания — это уменьшает
отражение тактового импульса и Позволяет точно
синхронизировать моменты получения тактового импульса каждым
модулем памяти и чипсетом;
□ подавляющие резисторы в цепях передачи данных —
- 260 -
позволяют уменьшить отражение в цепи;
□ применение микросхем SDRAM — модули памяти,
соответствующие спецификации РС100, должны строиться на
основе чипов, совместимых с требованиями. Например,
длительность рабочего цикла должна быть не менее 8 нс;
О детальная спецификация программирования SPD-модуля —
формат записи параметров памяти, содержащихся в микросхеме
ПЗУ, должен соответствовать принятым Intel правилам;
□ особые требования к маркировке — метка должна иметь
вид РС 100-аbс-def. где подчеркнутые буквы представляют собой
четыре временных параметра и номер версии последней ревизии
модуля SPD;
□ местами позолоченные печатные платы — согласно
спецификации PC 100 позолоченными должны быть только
контакты модуля, т. к. наличие позолоты на всей поверхности
платы может повлиять на качество пайки.
Решение о принятии стандарта было вынужденным — многие
производители в целях экономии выпускали упрощенные по
устройству модули памяти, например, использовали только 4слойные платы без сплошного слоя питания и "земли". Теперь
пользователю достаточно убедиться в том, что модуль
соответствует требуемому стандарту, чтобы быть уверенным в
высоком качестве продукции. Сначала несоответствующие
спецификации модули памяти вообще не работали на новых
материнских платах от Intel, но в компании не учли масштабов
распространенности таких модулей, и впоследствии пришлось
снизить требования, дав возможность использования подобных
модулей.
Для новой памяти DDR SDRAM используется прежний тип
модулей DIMM. Основным их отличием является увеличенное
количество контактов (до 184). Дело в том, что другой принцип
работы привел к изменениям в интерфейсной логике схемы
контроллера памяти. Это потребовало введения дополнительных
сигналов.
На некоторых материнских платах, например ASUS A7A266,
присутствуют обе разновидности разъемов, но работать
одновременно они не могут. Для платформы Intel Pentium III
доступны следующие чипсеты, поддерживающие этот вид памяти:
VIA Apollo Pro266, АН AladdinPro5, SiS635. Для платформы AMD
- 261 -
Athlon/Duron- VIA KT266, ALi Magik 1, AMD760, SiS735.
Максимальная емкость модулей 1 Гбайт.
Для памяти RDRAM применяются модули, напоминающие
модуль DIMM, которые называются RIMM. Внешне они
отличаются от модуля DIMM тем, что с обеих сторон закрыты
металлическим экраном, защищающим их от наводок и взаимного
влияния модулей, работающих на высоких частотах. Модули в
своем составе содержат два канала данных (шириной в байт),
каждый из которых полностью соответствует спецификации
SDRAM. Модули RIMM образуют непрерывный канал на пути от
одного разъема к другому, поэтому оставлять свободные разъемы
недопустимо. Существуют специальные модули, содержащие в
себе только один канал передачи данных (CRIMM). Они не имеют
микросхем памяти и предназначены для заполнения свободных
разъемов. Как правило, материнские платы могут поддерживать до трех модулей RIMM. Технология RDRAM обычно
использует 16-битную мультиплексируемую шину для каждого
канала. Чипсеты: для Pentium III — i820(E), i840; для Pentium 4 —
i850. Модули RIMM выпускаются объемом до 1 Гбайт (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Модули RIMM и CRIMM, установленные на
материнскую плату
32-битные модули RIMM выполняются в версиях 800 МГц
(RIMM 3200) и 1066 МГц (RIMM 4200), которые обладают
временем выборки, соответственно 40 и 32 нс, доступны модули
емкостью по 128 и 256 Мбайт, в вариантах с поддержкой ЕСС и
без. Модули выполнены в виде 232-контактных модулей RIMM с
памятью RDRAM.
Первой компанией, которая начала выпускать системные
платы с поддержкой модулей RIMM, была компания ASUSTek,
затем ЕРоХ, третьей стала компания MSI, недавно анонсировавшая
выпуск материнской платы с поддержкой 32-битной RIMM-памяти.
- 262 -
Модули этой памяти выпускает только компания Samsung (даже
Kingston продает именно эту память под своей торговой маркой).
32-битные модули имеют немало преимуществ перед более
распространенными 16-битными модулями. Во-первых, экономится
место, т. к. один 32-битный модуль занимает один слот, в то время
как для получения того же результата с 16-битными модулями
потребуется два слота. Во-вторых, из-за особенностей конструкции
32-битная память меньше греется, что является неоспоримым
преимуществом при разгоне. И наконец, один 32-битный модуль
стоит значительно меньше, чем два 16-битных.
Чем больше на модуле памяти чипов, тем большую нагрузку
он дает на блок питания. У старых компьютеров со слабыми
блоками питания есть такая проблема, когда при установке
нескольких модулей с большим количеством чипов система
начинает работать очень нестабильно или вообще не запускается.
Контакты всех современных модулей памяти обязательно
покрыты тончайшим слоем золота, позволяющим снизить
вероятность сбоев из-за появления оксидной пленки. Для "старых"
модулей SIMM иногда использовалось покрытие из олова.
Маркировка модулей памяти
На модулях PC 100 обычно имеется специальная наклейка
следующего вида:
РС 100-abc-def
где:
□ а — обозначает минимальное значение параметра CAS
Latency (число циклов, проходящих с момента запроса данных
сигналом CAS до их появления на выводах модуля). Может
принимать значения 3 или 2 такта (последнее значение для модуля
с большим быстродействием);
□ b — обозначает минимальное значение параметра RAS-toCAS Delay (число циклов, проходящих между сигналами RAS и
CAS). Обычно принимает значение 2 такта;
□ с — обозначает минимальное значение параметра RAS
Precharge (пауза между командами). Как правило, принимает
значение 2 такта;
□ d — максимальное значение параметра Access from Clock.
Может принимать значения 6 или 7 нc;
□ е — ревизия SPD; □ f — всегда 0 (ноль).
Для модулей памяти, относящихся к спецификации РС133, все
- 263 -
эти параметры будут с соответствующими значениями.
Разработчики DDR SDRAM отступили от привычной всем
маркировки памяти по рабочей частоте шины, и перешли к цифрам,
означающим пиковую пропускную способность памяти,
измеренную в мегабитах за секунду.
Для модулей памяти RDRAM применяется тот же принцип:
указывается пропускная способность. Здесь стоит отметить, что на
модулях RIMM устанавливается либо два, либо четыре
параллельно работающих каналов, что приводит к некоторой
путанице в определении действительной пропускной способности.
Для точного определения следует число, указанное в маркировке
помножить на цифру 4, после этого можно уже сравнивать память
RDRAM с другими видами памяти.
Производителя модуля можно определить по первым буквам в
его обозначении (табл. 9.1).
Таблица 9.1. Буквенные обозначения производителей памяти
Немного о кэш-памяти
Кэш-память это часть основной памяти, которая размещается
внутри процессора, она не дополняет оперативную память, а всего
лишь дублирует некоторую ее часть. В качестве кэш-памяти
используют статическую память, что дает немало преимуществ.
Например, данные, однажды записанные в кэш-память, могут быть
считаны сколько угодно раз без необходимости восстановления
ячеек путем регенерации, что каждый раз экономит несколько
тактов центрального процессора.
С самого начала кэш-память выполнялась на отдельных
микросхемах, которые устанавливались в панельки на материнской
плате. Затем стали выпускаться модули, похожие на модули SIMM
оперативной памяти, но впоследствии кэш-память "перекочевала"
на кристалл процессора. Это было сделано по двум причинам:
1. Уменьшена до минимума длина проводников,
- 264 -
соединяющих кэш-память с внутренней схемой процессора, что
позволяет свести к минимуму количество помех, оказываемых на
нее другими компонентами компьютера.
2. Появилась возможность увеличения рабочей частоты кэшпамяти до рабочей частоты процессора.
Центральный процессор в основном работает только с
данными, находящимися в кэш-памяти, оперативная память при
этом служит интерфейсом ввода/вывода. Кэш-память обычно
разделяют на два уровня: первый уровень используется для
хранения команд и данных, непосредственно участвующих в
процессе вычислений, а второй уровень применяется для тех данных, которые, скорее всего, понадобятся для последующих
вычислений. При хорошей организации 90—95% всех обращений
процессора к памяти приходится на быстродействующую кэшпамять, а на участь основной оперативной памяти остается только
5—10%.
Статическая память используется в качестве буферной
памяти, например, в жестких дисках.
Рекомендации
по выбору оперативной памяти
Во времена появления и распространения первых моделей
компьютера IBM PC все знали одно — чем памяти больше, тем
лучше. Сегодня же приходится думать также о выборе типа памяти.
С одной стороны, производительность можно увеличить путем
многоуровневой организации кэш-памяти и увеличением ее объема,
с другой стороны, того же результата можно достигнуть путем
увеличения пропускной способности основной памяти. Ключевыми
методами увеличения пропускной способности памяти являются:
увеличение разрядности шины данных, использование
независимых банков памяти, использование специальных режимов
работы динамических микросхем памяти. Удвоение шины
соответственно удваивает полосу пропускания.
Считается, что с ростом скорости процессоров должна расти
линейно и емкость основной памяти.
Первое, что следует четко уяснить, это то, что производители
чипов памяти и модулей зачастую являются совершенно разными
компаниями. Закономерно, что производителей чипов можно
пересчитать по пальцам, чего не скажешь о производителях
модулей.
- 265 -
Чипы известных производителей в принципе ничем не
отличаются от так называемых "noname-чипов". Вся разница
состоит в том, что уважающие себя и свою торговую марку
производители (Samsung, Micron, LG, Hynix, Toshiba, NEC и др.)
тщательно тестируют выпускаемую ими продукцию, что, конечно,
сказывается на окончательной стоимости чипов, но позволяет
гарантировать их надежную работу. Продукция же "noname" на
качество не тестируется, эта функция по умолчанию ложится на
производителей модулей. А уж насколько полноценно те
организуют тестирование всех выпускаемых ими модулей
неизвестно. Может так получиться, что "noname" производитель
модулей приобретет такие же модули и выпустит их на рынок без
особых затрат на проверку их качества. Вот где "корень зла". Те,
кто тщательно проверяет работоспособность изготовленных
модулей, никогда не будет покупать непроверенные партии чипов.
Надежность готового модуля памяти помимо качества чипов
определяется целой совокупностью факторов. В частности,
количеством слоев печатной платы, грамотной разводкой цепей,
качеством используемых электронных компонентов
(конденсаторов, резисторов и т. п.), технологией производственного процесса и т. д. Для облегчения разработки и создания
производственных линий по производству качественных модулей
для каждой разновидности памяти разрабатывают соответствующую
спецификацию, иногда состоящую из нескольких десятков листов
машинописного текста.
Стоит обратить внимание и на то, что некоторые
производители довольно качественных модулей все-таки пытаются
сэкономить на таких незначительных, на первый взгляд, моментах,
как отсутствие некоторых конденсаторов, например,
предназначенных для сглаживания случайных импульсов питания.
Такие модули будут показывать отличные результаты работы, но в
условиях поступления нестабильного питания система, собранная
на них, будет работать неустойчиво.
При выборе модуля памяти обратите внимание на ряд
следующих положений.
□ Абсолютно все известные производители наклеивают на
свои модули специальную наклейку с нанесенными на ней
данными: серийным номером модуля, названием производителя и
- 266 -
модели. Иногда также указывается дата выпуска. Некоторые
производители используют в качестве наклейки голограмму с
надписью, указывающей на торговую марку производителя.
□ Каждый уважающий себя производитель наносит на
печатную плату свои опознавательные знаки — как минимум, это
собственное название, иногда различная дополнительная
информация. Например, тип памяти, серийный номер модуля и
ревизия.
□ Известное название производителя чипов (например,
Micron) не гарантирует надежной работы модуля памяти
малоизвестного производителя.
□ Такие названия, как Crucial, Viking, Corsair, Simple
Technology, безоговорочно говорят о высоком качестве продукции
— такие модули покупайте без всякого сомнения. Правда,
подобные модули стоят недешево, зато позволяют гарантировать
надежную работу компьютера. Наиболее распространены модули
производителей "средней руки" — это Kingston и Transcend.
□ Если вы хотите все-таки сэкономить, все равно ни в коем
случае не покупайте модули с названием, не похожим ни на одного
из известных вам производителей. Название вроде "WIN" вполне
может означать, что вашей системе после установки такого модуля
может прийти конец.
Емкость чипов памяти измеряется в битах, а емкость модулей
памяти — в байтах. Почему? Объясняю. Традиционно объем
программ и файлов измеряется в байтах, поэтому более
естественным считается измерять объем памяти именно в байтах.
Увеличение объема оперативной памяти не поможет повысить
производительность компьютера, если процессор безнадежно не
подходит по требованиям даже к средним по сложности играм.
Устаревшие типы памяти сегодня стоят зачастую значительно
дороже современных типов (например, 72-контактные модули
SIMM запросто могут стоить 1 у. е. за каждый мегабайт). Покупать самую современную и мощную память может
оказаться нерациональным. Так, например, произошло с памятью
RDRAM: компания Intel все-таки перешла к широкой поддержке
DDR-памяти как более перспективной.
Устанавливать более быструю память стоит только в том
случае, когда старая стала "узким" местом, из-за которого
процессор не может показать весь свой потенциал. Например,
- 267 -
отдавать выбор памяти DDR SDRAM стоит только при установке
процессора с тактовой частотой не ниже 1,3—1,5 ГГц. Более
медленные процессоры не смогут реализовать весь потенциал, но
теперь уже потенциал самой памяти. Если же вы хотите ускорить
работу "тяжелых" приложений вроде 3ds max, то лучше всего
увеличить объем SDRAM до 512 Мбайт, чем приобретать 128
Мбайт, но DDR-памяти. В этом случае вы сможете уменьшить
количество обращений к файлу подкачки, расположенному на
жестком диске, и этим, соответственно, ускорить выполнение
программы. Во втором же случае (при выборе DDR меньшего
объема) преимущества более скоростной памяти "съест" тот самый
файл подкачки — скорость чтения с жесткого диска намного ниже,
чем скорость доступа даже к самой медленной оперативной памяти.
Производители модулей и чипов памяти
Сегодня лидируют корейские компании Samsung Electronics и
Hynix Semiconductor, которые по некоторым данным обеспечивают
до 49% поставок DRAM на мировой рынок. Та же немало известная
компания Micron Technologies удерживает только 14% объема
мировых продаж.
Наиболее зарекомендовавшие себя производители модулей:
Kingston, Viking, Crucial, Apacer, Samsung, Transcend, Visiontek.
Чипы памяти выпускают: Samsung (SEC), Infineon, NEC (Elpida),
Toshiba, Micron, Hyundai (Hynix), LG Electronics, Mosel Vitelic,
Nanya (рис. 9.3).
Рис. 9.3. Внешний вид нескольких модулей памяти
В нижеприведенном списке можно найти адреса большинства
производителей, занимавшихся производством памяти.
□ Alliance — http://www.alsc.com/product/dram.html
□ Altera Corp. — http://www.altera.com/
□ Centon — http://www.centon.com/
□ Century Microelectronics — http://www.century-micro.com/
□ Fujitsu —
http://www.fujitsumicro.com/products/memory/memory.html
□ Hitachi —
- 268 -
http://www.halsp.hitachi.com/techprod/tree/index.htm
□ IBM — http://www.chips.ibm.com/products/memory/
□ Kingston Technology — http://www.kingston.com/
□ Micron — http://www.micron.com/mti/msp/html/product.html
□ Mitsubishi —
http://www.mitsubishichips.com/products/dram/drams.htm
□ NEC — http://www.nec.com/cgi-bin/list.exe?product=memory
□ OKI — http://www.okisemi.com/public/nf/Products.html
□ PNY — http://www.pny.com/
□ Panasonic — http://www.mec.panasonic.co.jp/sc/product/eproduct2.html#mem
□ Samsung —
http://www.sec.samsung.com/Products/dram/pro_index.html
□ Siemens —
http://www.siemens.de/Semiconductor/products/ICs/31/31.htm
□ Simple Technology — http://www.simpletech.com/
□ Smart Modular Technologies — http://www.smartm.com/
□ Southland Micro Systems — http://www.southlandmicro.com/
□ Texas Instruments —
http://www.ti.com/sc/docs/psheets/pidsl.htm
□ Toshiba — http://www.toshiba.com/taec/cgi-bin
/display.cgi?table=FamiIy&FamilyID=7
□ Unigen — http://www.unigen.com/
□ Viking — http://www.vikingmem.com/
□ Visiontek — http://www.visiontek.com/
□ Vitelic — http://www.moselvitelic.com/frame_products.html
Характерные проблемы с оперативной памятью
Неисправности в оперативной памяти являются наиболее
опасными, потому что через нее проходит практически вся
информация, имеющаяся в компьютере. Через оперативную память
производится запись данных на жесткий диск, вывод на экран
монитора, принтер и т. д. Любой сбой в памяти сразу мгновенно
сказывается на работе всей системы. Обычно такие сбои выглядят
как регулярные зависания, вывод на экран монитора ошибок при
выполнении программ, потеря данных и т. п.
ГЛАВА 10
Жесткий диск
На днях мне приснился кошмарный сон: "...Включаю
компьютер, а он мне выводит на экран монитора сообщение:
- 269 -
"Вставьте дискету для начала загрузки операционной системы". Ну,
думаю, отвалился соединительный кабель от винчестера или
"глюк" какой-нибудь. Открыл системный блок, а там... Нет ни
жесткого диска, ни места, куда его установить, и разъема для его
подключения на материнской плате тоже нет. А вместо привода
CD-ROM установлен древний дисковод 5,25", который до этого
висел на стене. Ну, все думаю, хана — Windows этого не
выдержит...". Хорошо хоть проснулся быстро, а то мучился бы
полночи.
Такая история лет 10 назад вовсе не показалась бы смешной.
Практически все ПК были оснащены дисководами для гибких
дисков, которые использовались для загрузки как программ, так и
операционной системы. И никого это нисколько не смущало.
Первые компьютеры IBM PC также были оснащены только
дисководами, и операционная система MS-DOS загружалась в
память с гибких дисков. В принципе, неудобным было лишь то, что
при каждой перезагрузке компьютера приходилось устанавливать
специальную загрузочную дискету. Все программы также
хранились на гибких дисках, их небольшой размер даже позволял
сохранять на одном диске до десятка различных программ. Но
постепенно, как того и требует прогресс, размер программ стал
увеличиваться.
Как всегда, главной причиной повышения требований к
устройству компьютера стали игровые программы. Гибкие диски,
несмотря на все ухищрения разработчиков, уже не могли вместить
достаточное количество файлов, содержащих графические образы
компьютерных игр и звуки. А пользователи требовали все более
красочных игр. И, наконец, было принято решение, в результате
которого разработали новое устройство — жесткий диск.
Жесткий диск, он же Hard Disk Drive, HDD, винчестер, или с
использованием жаргона "винт", является прямым потомком
дисковода для гибких дисков. Как уже упоминалось, первые
компьютеры IBM PC имели в наличии только одно устройство хранения информации —
дисковод для 5,25" гибких дисков (напомню, что символ " означает
единицу измерения — дюйм, который примерно равен 2,54 см).
Операционная система MS-DOS загружалась с такого диска, и
только потом можно было установить другой диск, на котором
записана игра или рабочая программа. Представляете такой
- 270 -
"сервис"? Сегодня многие не умеют даже создать загрузочную
дискету на случай краха системы, а о работе в операционной
системе MS-DOS и говорить не приходится. Даже опытный
пользователь уже не способен обходиться без тех удобств, которые
предоставляют современные системы Windows: красивые и
удобные окна программ, курсор, управляемый легким движением
мыши, и т. п. Все это оценено и принято абсолютно всеми
пользователями, но "красота требует жертв"... Вы когда-нибудь
обращали внимание на то, сколько места занимает операционная
система, которой вы пользуетесь? Бьюсь об заклад, что этот объем
составляет не менее 200 Мбайт дискового пространства.
Представляете, сколько дискет понадобится, чтобы сохранить этот
объем? Вот почему я начал эту главу с описания кошмарного сна.
Из всего вышесказанного следует основное предназначение
жесткого диска — он должен предоставить пользователю дисковое
пространство, столь нужное для хранения файлов операционной
системы и всех необходимых программ.
Особенностью жесткого диска в отличие от дисковода для
гибких дисков является высокая надежность хранения данных.
Если дискеты, как многие уже испытали на практике, в любой
момент могут дать сбой, то винчестеры могут хранить данные
бесконечно долго. Добиться такого качества было нелегко, но
"светлые" головы ученых справились с поставленной задачей.
Единственный недостаток нового изобретения — отсутствие
мобильности носителя, из-за чего остро встала проблема переноса
данных. Ведь дискеты так и остались маленькими по объему, а
жесткий диск изначально создавался как несъемное устройство. Но
это не особенно взволновало ни разработчиков, ни пользователей,
т. к. наконец-то появилось устройство, на котором можно было
хранить важные документы без боязни их случайной утраты. А
если говорить об играх? Сегодня сложно представить себе игру без
возможности сохранения текущего состояния. Работа с дискетами в
таком случае превратилась бы в подобие "русской рулетки" —
"загрузит или не загрузит?".
Устройство и принцип работы жесткого диска
Внешне жесткий диск похож на небольшую металлическую
коробку (рис. 10.1). Сверху на корпусе, как правило, имеется
наклейка, на которой нанесены основные технические параметры
данной модели, такие как на- 271 -
именование производителя, название модели, номинальное
напряжение питания, информация о положении перемычек,
предназначенных для конфигурирования винчестера, и т. п. Снизу
на корпусе прикреплена печатная плата, представляющая собой
встроенный контроллер жесткого диска, который необходим для
обеспечения его нормальной работы.
Рис. 10.1. Внешний вид жесткого диска
Корпус винчестера
Несмотря на весьма распространенные заявления, корпус
винчестера не является на самом деле герметичным. Практически
все модели жестких дисков имеют фильтр, уравнивающий
внутреннее давление с внешним атмосферным давлением. Обычно
этот фильтр представляет собой небольшое окошко, закрытое
прочным материалом, пропускающим незначительное количество
воздуха. Воздух, которым заполнен корпус, обязательно должен
быть очищен от пыли, иначе даже самая маленькая частица при
попадании внутрь может привести в негодность все устройство.
Внутри корпуса размещаются практически все элементы,
необходимые для работы винчестера: носитель информации,
который представляет собой все те же, но жесткие диски, а также
устройство считывания/записи информации (магнитные головки и
устройство позиционирования) (рис. 10.2).
Габаритные размеры современных жестких дисков
характеризуются так называемым форм-фактором, который
указывает горизонтальный и вертикальный размеры корпуса.
Возможны следующие горизонтальные размеры: 1,8; 2,5; 3,5 или
5,25", из них наиболее распространены два последних (хотя самый
последний встречается все реже и реже). Вертикальный размер
обычно характеризуется такими параметрами, как Full Height (FH),
Half- 272 -
Height (HH), Third-Height (или Low-Profile, LP), что
соответствует размеру более 3,25" (82,5 мм), 1,63" и около 1".
Рис. 10.2. "Внутренности" жесткого диска
Носитель информации
Один или несколько дисков, собранных в единый пакет,
насажены на шпиндель плоского двигателя, который придает им
определенную скорость вращения.
Диски изготовлены из твердого алюминиевого сплава или из
очень прочного стекла (керамики). С обеих сторон диски покрыты
тончайшим слоем ферромагнитного материала (окисью какогонибудь металла), подобного тому, что применяется для
производства, например, дискет. От прочности покрытия зависят
некоторые эксплуатационные характеристики, к примеру,
ударопрочность винчестеров. В качестве рабочей поверхности
обычно используют обе стороны каждого диска, кроме дисков,
расположенных по краям пакета — у этих дисков внешние
поверхности, повернутые в сторону корпуса, для хранения
информации не используются. Они являются защитными.
Диаметр дисков строго стандартизирован и ограничивается
размером корпуса. Для IBM PC размер корпуса жесткого диска
должен соответствовать размеру одного из посадочных мест в
системном блоке: 3,5" или 5,25". Первый вариант более
распространен и считается "нормальным", жесткие диски в корпусе
5,25" имеют название "Big Foot" и сегодня встречаются очень
редко.
Как уже говорилось, диски вращаются с постоянной
скоростью, которая является стандартной для определенной модели
винчестера. Этот параметр в первую очередь влияет на скорость
- 273 -
операций чтения/записи данных. Измеряется скорость вращения в
оборотах в минуту (RPM). Современные винчестеры могут иметь
скорость вращения дисков 5400, 7200 или даже 10 000 об/мин.
Достигнуты скорости вплоть до 15 000 об/мин., но такие
винчестеры пока что слишком дороги для среднего пользователя.
Верхний потолок скорости вращения дисков ограничен
механической прочностью самих дисков и всего механизма в
целом. Следует иметь в виду, что чем выше скорость вращения, тем
выше уровень шума, издаваемый винчестером. Это является
довольно неприятной платой за высокую скорость работы.
Информация заносится на концентрические дорожки,
равномерно распределенные по всему диску. Запись, как правило,
начинается с внешней дорожки, получившей название "нулевой". В
случае наличия более чем одного диска все дорожки, которые
располагаются одна над другой, составляют цилиндр (разумеется,
логический). Операции чтения/записи производятся одновременно
над всеми дорожками цилиндра, после чего головки перемещаются
на новую позицию.
За счет большой скорости вращения дисков создается
воздушный поток, который приподнимает магнитные головки на
расстояние от нескольких десятков до нескольких микрон. В таком
положении головки находятся до момента выключения винчестера,
после чего они снова прижимаются к поверхности дисков. В одном
из углов корпуса расположен специальный фильтр, который
постоянно очищает движущийся поток воздуха от частиц пыли.
Магнитные головки
Головки представляют собой магнитные управляемые
контуры с сердечниками, на обмотки которых подается переменное
напряжение. Принцип действия очень похож на принцип работы
головок обычного магнитофона, только требования к ним
предъявляются значительно более жесткие.
Количество магнитных головок всегда равно количеству
физических поверхностей, используемых для хранения данных.
Каждая пара головок одета на своеобразную "вилку",
обхватывающую диск с обеих сторон. Данная "вилка" имеет очень
длинный "хвост", который заканчивает массивным хвостовиком,
составляющим противовес головкам и их несущим. Когда винчестер не работает, головки благодаря упругости "вилки"
прижимаются к поверхности диска, что позволяет исключить их
- 274 -
"дребезг" во время транспортировки. Все магнитные головки
объединены в единый блок, что позволяет организовать их
синхронное перемещение.
Практически все современные жесткие диски имеют функцию
автоматической "парковки" головок. Парковкой называется
процесс перемещения магнитных головок в специальную зону диска, которая
называется "парковочной зоной" (от англ. Landing Zone). Эта зона
не содержит абсолютно никакой полезной информации, кроме
специальной сервисной метки, указывающей на местоположение
места "парковки". В "запаркованном" состоянии жесткий диск
можно транспортировать при достаточно плохих физических
условиях — вибрация, легкие удары, сотрясения.
Функция "парковки" реализована достаточно просто. В
нерабочем состоянии хвостовик блока головок "приклеивается" к
небольшому магниту, расположенному в устройстве
позиционирования. При поступлении напряжения питания на
жесткий диск генерируется достаточно мощный электромагнитный
импульс, который "отрывает" хвостовик от посадочного места.
Пока жесткий диск работает, постоянно удерживаемое
электромагнитное поле не дает хвостовику "прилипнуть" к
магниту. Когда же напряжение питания исчезает, то головки за счет
притяжения постоянного магнита практически мгновенно
перемещаются в зону парковки, где они благополучно
приземляются на поверхность дисков.
Устройство позиционирования
Устройство позиционирования, которое перемещает
магнитные головки, внешне очень похоже на башенный кран. С
одной стороны находятся длинные тонкие несущие магнитных
головок, а с другой — короткий и значительно более массивный
хвостовик с обмоткой электромагнитного привода. Обмотку
позиционера окружает статор, представляющий собой постоянный
магнит. При подаче в обмотку электромагнита тока определенной
величины и полярности хвостовик начинает поворачиваться в
соответствующую сторону с ускорением, пропорциональным силе
тока. При изменении полярности тока хвостовик начинает
движение в обратную сторону. Динамически изменяя уровень и
полярность тока, можно устанавливать магнитные головки в любое
возможное положение (от центра до края дисков). Такую систему
- 275 -
иногда называют Voice Coil (звуковая катушка) — по аналогии с
диффузором громкоговорителя. Данное устройство позиционирования еще называют линейным двигателем. Применение в
качестве движущей силы электромагнитного поля придает
головкам равномерное линейное перемещение, чего так не хватает
шаговым двигателям, которые используются в дисководах для
гибких дисков.
Для определения необходимого положения головок служат
специальные сервисные метки, записанные на носитель при
изготовлении винчестера и считываемые при позиционировании. В
некоторых моделях винчестеров под сервисную информацию
отводят отдельную поверхность и специализированную магнитную
головку, позволяющую с высокой скоростью определить точное
местоположение остальных головок, двигающихся синхронно с
ней. Если сервисные метки записаны на тех же дорожках, что и
данные,
то для них выделяется специальный сектор, а чтение
производится теми же головками, что и чтение данных. Благодаря
использованию линейного двигателя появилась возможность
"тонкой настройки" головок путем их незначительного
перемещения относительно дорожки, что помогает более точно
отследить центр окружности сервисной метки. В результате
повышается достоверность считываемых данных и исключается
необходимость временных затрат на процедуры коррекции
положения головок, как это происходит в дисководах.
Плата электроники
Печатная плата, на которой расположены электронные
компоненты системы управления жестким диском, обычно
прикрепляется к нижней плоскости корпуса при помощи обычных
винтов. В зависимости от модели электроника может быть либо
закрыта металлической пластиной, либо открыта для любых
механических воздействий — производители по-разному представляют реальные условия эксплуатации жесткого диска. С
внутренней частью винчестера плата соединяется при помощи
специального разъема.
Плата электроники предназначена для управления работой
механических подвижных частей устройства и формирования
электрических импульсов при чтении/записи. Она содержит:
□ микропроцессор, управляющий всей остальной
- 276 -
электроникой жесткого диска;
□ буферную память, предназначенную для временного
хранения данных, которые записываются на диск или считываются
с него;
□ микросхему ПЗУ, используемую для хранения алгоритмов
работы, как основного микропроцессора, так и всех остальных
электронных компонентов;
□ генератор, питающий переменным током двигатель дисков;
□ сложную сервисную систему, которая управляет
устройством позиционирования блока головок на требуемую
дорожку (цилиндр) в соответствии с поступающими сигналами;
□ усилители записи, формирующие электрические импульсы,
которые подаются на магнитные головки при записи данных;
□ усилители считывания и формирователи выходных
сигналов при считывании информации.
Микропроцессор представляет собой специализированную
микросхему, внутренняя структура которой направлена на
обработку массивов данных, поступающих в схему электроники,
как со стороны магнитных головок, так и со стороны компьютера.
Основной задачей этой микросхемы является преобразование
цифровых потоков данных, поступающих из компьютера в
электромагнитные импульсы, записываемые на диск, а также
обратная операция: преобразования считываемых импульсов в
поток цифровых данных. Помимо этого микропроцессор
занимается постоянным наблюдением за состоянием всех функций
винчестера, чтобы можно было прогнозировать возможный выход
его из строя.
Буферная память необходима жесткому диску, чтобы немного
согласовать разницу в скорости работы интерфейса с реальной
скоростью чтения/записи с дисков. При записи информации она
сначала сохраняется в буфере, а уже затем записывается на
поверхность дисков. При чтении информации используется
немного другой режим: данные передаются сразу же на интерфейс
и параллельно записываются в буферную память. При повторном
обращении к этим же данным чтение производится уже из буфера.
На современных жестких дисках объем буферной памяти (иногда
встречается название кэш-память винчестера) может достигать 2
Мбайт и более, что является оптимальным для большинства
выполняемых компьютером задач.
- 277 -
Микросхема ПЗУ предназначена для хранения алгоритмов
работы микропроцессора, а также технической информации,
которую можно прочитать при помощи различных тестовых утилит
(модель винчестера, серийный номер и т. д.). Некоторые дешевые
модели жестких дисков хранят всю служебную информацию на
дисках и при каждом включении загружают ее в обыкновенный
модуль оперативной памяти.
Интерфейсная логика представляет целый набор электронных
компонентов, задача которых сводится к организации соединения с
компьютером, т. е. создании физического соединения интерфейса
жесткого диска с контроллером компьютера.
Важным компонентом электронной платы являются разъемы
для подключения соединительного кабеля и напряжения питания
(рис. 10.3). Между этими разъемами, как правило, располагается
набор перемычек, при помощи которых изменяется конфигурация
жесткого диска (Master, Slave). Описание всех возможных
вариантов вы, скорее всего, найдете на наклейке, которая имеется
на верхней плоскости корпуса.
Плата интерфейсной электроники современного винчестера,
как вы уже поняли, представляет собой самостоятельное
устройство с собственным процессором, памятью, устройствами
ввода/вывода и прочими атрибутами, присущими любому
компьютеру. По сути, жесткий диск это компьютер в компьютере.
Многие винчестеры имеют на плате электроники специальный
технологический интерфейс с разъемом, через который при
помощи стендового оборудования можно выполнять различные
сервисные операции с накопителем — тестирование,
форматирование, поиск и "фиксацию" дефектных участков.
Рис. 10.3. Корпус жесткого диска со стороны разъемов
Принцип работы
При включении питания микропроцессор жесткого диска
выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду
включения шпиндельного двигателя. При достижении
определенной скорости вращения плотность воздуха, увлекаемого
- 278 -
поверхностями дисков, становится достаточной для преодоления
силы прижима головок к поверхности. После чего головки
поднимаются на определенную высоту над поверхностью дисков —
они как бы "всплывают". С этого момента и до снижения скорости
ниже критической головки "висят" на воздушной подушке и
совершенно не касаются поверхности дисков. При отключении
питания диски останавливаются далеко не сразу, так что плотность
воздушной подушки уменьшается постепенно. Этого вполне
достаточно для нормального срабатывания системы парковки и
предотвращения "падения" головок на поверхность с записанными
данными.
Магнитные головки выводятся из зоны парковки только после
достижения дисками скорости вращения, принятой в качестве
стандартной для данной модели (например, 7200 об/мин). Сразу же
после этого начинается поиск сервисных меток для точной
стабилизации скорости вращения. В завершение инициализации
выполняется тестирование устройства позиционированием головок
путем перебора заданной последовательности дорожек. Если оно
проходит успешно, на выход интерфейса жесткого диска
выставляется сигнал готовности к работе, и жесткий диск
переходит в режим обмена данными по интерфейсу. Момент
тестирования позиционера можно определить на слух: через 2—3 с
после включения жесткий диск начинает "хрустеть" своим
содержимым.
В это время накопитель потребляет максимум питающего
напряжения и создает предельную нагрузку на блок питания
компьютера по напряжению + 12 В, которое используется для
питания шпиндельного двигателя. Для питания электроники по
традиции используется напряжение +5 В.
Поток воздуха, увлекаемый вращающимися дисками,
постоянно очищается фильтром, который установлен в одном из
углов металлического корпуса
(как правило, с противоположной стороны от позиционера).
Если внутрь жесткого диска попадет даже самая мельчайшая
частица пыли, это, скорее всего, будет началом конца рабочей
жизни винчестера — расстояние между поверхностью и магнитной
головки составляет от нескольких единиц до долей единицы
микрон, поэтому попадание под головку частицы пыли равнозначно удару молотком по пальцу пользователя.
- 279 -
Во время работы винчестера постоянно функционирует
система слежения за положением головок на диске: из непрерывно
считываемого сигнала выделяется специальный сигнал, который
подается в схему обратной связи, управляющую током обмотки
позиционера. В результате, если головка отклоняется от центра
дорожки, в обмотке линейного двигателя возникает сигнал,
стремящийся вернуть ее на место.
При отключении питания микропроцессор винчестера,
используя остаточную энергию конденсаторов, имеющихся на
плате, выдает команду на установку головок в зону парковки.
Иногда для извлечения дополнительной энергии используются
обмотки двигателя, работающего некоторое время как генератор.
Методы хранения информации
Жесткий диск относится к магнитным запоминающим
устройствам, потому что способ хранения информации выбран
донельзя традиционный — с использованием магнитных свойств
материалов. То есть общая технология записи состоит в
намагничивании переменным магнитным полем участков носителя,
а технология считывания определяется как считывание информации, закодированной в виде областей переменной
намагниченности. Запись производится в цифровом виде, а
намагничивание достигается за счет создания переменного
магнитного поля при помощи головок чтения/записи.
Форматирование жесткого диска
Первоначальное форматирование (низкоуровневое)
осуществляется только на заводе изготовителе. При этом на
поверхность дисков наносятся специальные сервисные метки,
которые потом используются для стабилизации скорости вращения
дисков, слежения за положением головок на дорожке и поиска
требуемых секторов. Сервисные метки могут располагаться в нескольких местах: либо на отдельной поверхности, либо между
секторами данных. Некоторые модели жестких дисков применяют
комбинированный вариант. При этом по выделенной поверхности
производится грубая настройка головок после включения питания,
а метки между секторами предназначены для точной подстройки во
время работы.
При первом форматировании (еще на заводе) и последующем
тестировании обычно обнаруживается небольшое количество
дефектных участков, на ко- 280 -
торые невозможно записать данные. Такие участки (обычно не
больше сектора) сразу же помечаются как "плохие" (Bad Blocks),
для чего заносится соответствующая запись в специальную таблицу
переназначения. При обычной работе контроллер винчестера
подменяет эти сектора резервными, которые специально
оставляются для этих целей. Благодаря такой системе новый
жесткий диск создает видимость полного отсутствия дефектов поверхности, хотя на самом деле они есть практически всегда.
При программном форматировании (с помощью команды
FORMAT) только проверяется состояние сервисных меток, т. к.
контроллер физически не способен исправить или перезаписать их.
Перезапись осуществляется лишь в области заголовков секторов,
предназначенных для хранения данных, а при выборе "быстрого"
режима только проверяется контрольная сумма каждого сектора и
"обнуляется" содержимое таблицы размещения файлов — FAT (File
Allocation Table).
Многие слышали, что существуют специальные программы,
которые способны выполнять низкоуровневое форматирование
винчестера, к тому же они не требуют абсолютно никакого
специального оборудования. Такие программы имеются
практически во всех BIOS старых компьютеров — самое известное
название Low Level Format. Следует иметь в виду, что все они
предназначены для форматирования старых типов жестких дисков.
Ранние модели винчестеров выпускались с "чистыми" магнитными
поверхностями (прямо как дискеты) и первоначальное
форматирование осуществлялось самим пользователем. Для них
требовалось первоначальное низкоуровневое форматирование,
потому что только после этого появлялась возможность создания
разделов. Если вы вздумаете применить такую утилиту для
форматирования современного жесткого диска, то можете
ликвидировать сервисные метки и тогда вам уже ничего не
поможет. В лучшем случае программа просто "обнулит"
содержимое секторов с проверкой записи. Так что сами думайте —
стоит или не стоит применять утилиты для низкоуровневого
форматирования. Тем более что вполне достаточно ввести команду
format С: и выполнить высокоуровневое форматирование диска С:.
Метод кодировки данных
Запись данных на диск производится только после
специального кодирования, от которого зависит эффективность
- 281 -
хранения и скорость чтения/записи данных. В настоящее время
используется метод подобный тому, что применяется для записи
цифрового сигнала на магнитную ленту. При этом запись
осуществляется путем изменения направления тока подмагничивания в обмотках магнитных головок, что вызывает
периодическое изменение полярности намагниченности
сердечников. При этом неважно, происходит изменение
направления магнитного потока от положительного направления к
отрицательному или обратно, важен сам факт смены полярности.
То есть предполагается использование в качестве
информационного
источника не само магнитное поле, а изменение направления
индукции в процессе продвижения головки вдоль концентрической
дорожки.
В старых винчестерах (и в современных флоппи-дисководах)
применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM
(Modified Frequency Modulation), в более новых моделях — метод
RLL (Run Length Limited), который кодирует записываемую
информацию так, чтобы длина серий нулей лежала в определенном
диапазоне, обычно от 2 до 7. В этом случае метод обозначается как
RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов, причем
плотность записи примерно на 50% выше, чем у MFM. Существует
также усовершенствованный метод ARLL (Advanced RLL), обычно
имеющий параметры (1,7) и (3,9), который позволяет записать до
43 секторов на одну дорожку.
В современных винчестерах применяется более эффективный,
хотя и более сложный в реализации метод PRML (Partial Response
Maximum Likelihood), что можно перевести как метод
максимального правдоподобия при частично перекрывающемся
отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко,
что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек
сразу, а затем на основе методов теории вероятностей выделяется
сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции
правдоподобия. При этом все вычисления осуществляются
буквально "на лету" специализированной микросхемой,
установленной на плате электроники. При использовании этого
метода кодирования плотность записи повышается еще на 40-50%.
Для дальнейшего повышения плотности записи применяется
также зонный метод записи ZBR (Zoned Bit Recording). При
- 282 -
использовании данного метода появляется возможность
размещения на внешних дорожках значительно большего объема
информации за счет более плотного размещения секторов. Поэтому
при форматировании диска каждая последующая дорожка (от центра) разбивается на все большее количество секторов. Это, кстати,
является причиной того, что скорость доступа к данным у 3,5- и
5,25-дюймовых накопителей зависит от положения данных на
диске. Для 1,8- и 2,5-дюймовых накопителей эта техника, как
правило, не применяется. На современных дисках давно уже
используется логическая, а не физическая адресация данных,
поэтому различное число секторов на разных дорожках никому не
мешает.
Метод адресации данных
Все современные винчестеры независимо от интерфейса
используют метод адресации LBA. Режим LBA (Logical Block
Addressing) позволяет "обойти" одну маленькую и очень
неприятную проблему — это ограничения, которые в совокупности
накладывают BIOS (точнее параметры вызова прерывания INT 13h)
и контроллер жесткого диска с интерфейсом IDE (ATA) на количество цилиндров (1024), головок (16) и секторов (63). При
известном стандартном размере сектора в 512 байт нетрудно
подсчитать, что максимально возможный объем винчестера
составит всего 504 Мбайт:
1024 (цилиндра) х 16 (головок) х 63 (сектора) х 512 байт = 504
Мбайт.
При работе в режиме LBA адрес каждого сектора передается в
виде абсолютного линейного номера, как будто все сектора
расположены в одной большой прямой линии. Когда необходимо
записать данные, контроллер жесткого диска самостоятельно
преобразует линейный номер в физический адрес (номер цилиндра,
головки, сектора) и только после этого записывает данные на диск.
На самом же деле секторов и дорожек может быть намного больше,
чем могут в совокупности поддерживать интерфейсы IDE и BIOS.
Существует также режим трансляции Large, который
используется с жесткими дисками объемом до 1 Гбайт и не
поддерживающими режим LBA. С более емкими дисками этот
режим работы крайне не рекомендуется. В AMI BIOS, в отличие от
AWARD, не существует поддержки режима адресации Large и ему
подобных режимов. Все режимы, отличные от LBA, объединены в
- 283 -
один тип, который получил название CHS.
Интерфейсы
современных жестких дисков
Стоит отметить, что внутреннее устройство жестких дисков
практически одинаково для всех моделей. Единственный фактор,
который может серьезно повлиять на скорость работы винчестера,
— это тип интерфейса, при помощи которого он соединяется с
компьютером. Существует два принципиально разных интерфейса
— IDE (он же АТА) и SCSI (Small Computer System Interface,
системный интерфейс малых компьютеров). Первый более известен
как стандартный интерфейс для всех IBM-совместимых компьютеров, а второй — как интерфейс для подключения внешних
устройств, например, сканера.
На рынке компьютеров зачастую выигрывает не тот стандарт,
который предоставляет "максимум удовольствий при минимуме
затрат", а тот, что активно продвигается одним или несколькими
крупными производителями, способными играть роль законодателя
моды. Так, например, произошло с внедрением самого
распространенного сегодня интерфейса IDE (ATA), который на
момент разработки обладал большим количеством недостатков по
сравнению с имеющимся уже в то время интерфейсом SCSI.
Единственным его плюсом была простота изготовления и,
соответственно, невысокая стоимость. Интерфейс же SCSI до сих
пор отличается значительно более высокой ценой. Выбор был
сделан: стандартом для IBM-совместимых компьютеров стал
интерфейс IDE, a SCSI применяется только в дорогих специализированных компьютерах (например, интернет-серверах).
Интерфейс IDE (ATA)
Для начала выясним, откуда пошло название интерфейса и
почему для его обозначения используется две разные
аббревиатуры.
IDE (Integrated Drive Electronics, встроенная электроника
накопителя) — это тип жестких дисков, управляющая электроника
которых располагается прямо на них. Дело в том, что до появления
жестких дисков использовались дисководы для гибких дисков, в
функции которых входило чтение/запись данных с дискеты и
передача сигналов контроллеру дисковода. Электронные
компоненты самого дисковода занимались только преобразованием
данных при записи или считывании, а всем остальным занимался
- 284 -
контроллер, расположенный либо на материнской плате, либо на
плате расширения. В случае жестких дисков IDE наиболее важная
часть электронной схемы, управляющей работой накопителя,
располагается на печатной плате, прикрепленной к нижней
плоскости винчестера, от чего и произошло название.
АТА (AT Attachment, подключение к AT) — способ
подключения устройств к компьютеру класса IBM PC AT.
Почувствовали разницу? То есть более правильным было бы
говорить интерфейс АТА, но т. к. этот интерфейс длительное время
использовался для подключения только жестких дисков IDE, то и
названия эти стали синонимами. Можно сказать, что термин "IDE"
является физической частью, а "АТА" — программной частью
одного и того же интерфейса. Поэтому если говорят об изменениях
в интерфейсе АТА, то имеется в виду, например, появление новых
команд, позволяющих более эффективно управлять питанием
жесткого диска и т. п.
В настоящее время широко используется расширенная версия
интерфейса — EIDE (АТА-2), являющаяся простым расширением
предыдущей версии.
Жесткие диски с интерфейсом IDE, как правило, имеют
нижеприведенные характерные особенности.
□ Плата контроллера, управляющего работой внутренних
компонентов, устанавливается прямо на корпус винчестера, что
позволяет уменьшить длину соединительных проводников (от
магнитных головок до "электронного входа" контроллера).
□ Несмотря на различия физических форматов записи разных
поколений жестких дисков, все они совместимы, т. е. интерфейс
компьютера может иметь стандартное устройство независимо от
модели подключаемого винчестера. Достигается это благодаря
наличию встроенного контроллера. Также открывается большой
простор для применения различных методов оптимизации обмена
данными (например, компрессии данных), что абсолютно не
сказывается на "общении" жесткого диска с компьютером.
Жесткие диски EIDE подключаются к компьютеру при
помощи плоского 40-контактного кабеля (шлейфа), который
позволяет передавать параллельно все сигналы, входящие в стандарт интерфейса АТА, — это
данные, управляющие сигналы и т. д. Несмотря на эволюционные
изменения, которые характерны для любого современного
- 285 -
стандарта передачи данных, связь компьютера с жестким диском до
сих пор осуществляется при помощи 40-контактного
соединительного кабеля. Правда, в последних модификациях
используется более "широкий" 80-контактный кабель, но все
дополнительные провода заземлены, что позволяет частично
экранировать информационные линии и увеличить стабильность
передачи данных по тем же 40 проводам. Все изменения вносились
только в архитектуру контроллеров и программную составляющую
интерфейса: вводились новые дополнительные команды,
позволяющие полноценно реализовать новые функции вроде
прямого доступа к памяти и т. п.
Существует несколько разновидностей интерфейса АТА,
некоторые из которых уже практически не встречаются, а
некоторые только начали свое активное вхождение в жизнь
пользователя. Рассмотрим краткую историю всех нововведений,
что поможет нам понять некоторые особенности новых и
устаревших жестких дисков. Сразу оговорюсь: рассматривать
оригинальный интерфейс АТА мы не будем, т. к. он безнадежно
устарел и совершенно бесполезен для современных систем.
АТА-2 — это расширенная спецификация АТА, которая,
наконец, позволила увеличить максимальный объем жестких
дисков вплоть до 8 Гбайт, что даже сегодня является неплохим
результатом: на таком диске вполне может разместиться
операционная система Windows и полный офисный пакет программного обеспечения (плюс останется место для Quake, Duke
Nukem и прочих радостей). Введены такие дополнительные
режимы работы, как PIO Mode 3, DMA Mode 1, Block Mode,
впервые появилась поддержка режима LBA.
Fast АТА-2 — единственное отличие от предыдущей
модификации — это поддержка более скоростных режимов работы:
DMA Mode 2 и PIO Mode 4.
АТА-3 — все внесенные изменения коснулись только
надежности передачи данных: улучшена система управления
питанием, введена система предупреждения о возможных отказах
S.M.A.R.T. Из-за того, что принципиальных изменений режима
передачи данных не было, эта спецификация так и не прижилась,
хотя функции самодиагностики используются во всех современных
жестких дисках.
Ultra АТА/33 (Ultra DMA/33) — это новое поколение
- 286 -
интерфейса АТА, которое позволило значительно увеличить
производительность жестких дисков (числовые значения
пропускной способности всех модификаций вы найдете далее). С
этого момента в обозначении всех последующих модификаций
интерфейса указывается пиковая пропускная способность (в нашем
случае это 33 Мбит/с). Основным отличием этой модификации
стало активное использование каналов прямого доступа к памяти,
что вкупе с режимом захвата шины Bus-Mastering позволяет значительно снизить
загрузку центрального процессора при обращении к жесткому
диску. Считается, что использование этих режимов позволяет
увеличить быстродействие дисковой подсистемы на 10% (при
условии неизменности механической конструкции и других
условий работы).
Впервые появилась возможность контроля целостности
передаваемых данных, что оказалось вынужденной мерой из-за
резко увеличившейся скорости передачи. Для проверки
используется метод контроля целостности данных по циклически
избыточному коду CRC (Cyclic Redundancy Check). К сожалению,
методов исправления ошибок в интерфейсе АТА не введено до сих
пор.
Заметным изменением во всех Ultra-спецификациях стала
"очистка" от старых и уже ненужных команд. Это может привести к
тому, что очень старый жесткий диск не сможет нормально
работать на современном компьютере.
Ultra АТA/66 (Ultra DMA/66) — дальнейшее развитие
интерфейса с вдвое увеличенной скоростью передачи данных (до
66 Мбит/с). Повышение производительности стало возможным
благодаря уменьшению временных задержек всех сигналов,
увеличению рабочей частоты, а также применению режима
передачи данных по обоим фронтам тактирующего импульса. Еще
один момент: увеличена разрядность линейного адреса при
трансляции LBA, что значительно "приподняло планку"
максимально возможного объема жестких дисков. Начиная с этого
протокола, все вновь появившиеся команды направлены на
оптимизацию передачи мультимедийных данных (музыка, видео и
т. п.).
Ultra АТА/100 (Ultra DMA/100) — наиболее распространенная
сегодня модификация интерфейса АТА (пиковая скорость передачи
- 287 -
100 Мбит/с).
Ultra А ТА/133 (Ultra DMA/133) — попытка еще немного
повысить пропускную способность интерфейса, которая, похоже,
не приживется так хорошо, как предыдущие модификации.
Спецификация предложена компанией Maxtor, но никто не
торопится переходить именно на нее, наверное, все производители
ждут широкого распространения последовательного интерфейса
Serial ATA. Большого прироста производительности стандарт Ultra
DMA/133 не принес, т. к. скорость работы современных жестких
дисков ограничена не столько пропускной способностью
интерфейса, сколько другими факторами, такими как относительно
небольшой объем буферной памяти, ограниченная пропускная
способность шины PCI, через которую работает современный IDEконтроллер и т. п.
ATAPI(ATA Packet Interface)— специфическая модификация
интерфейса АТА, позволяющая кроме жесткого диска подключить
к компьютеру любое другое устройство, имеющее интерфейс
программно совместимый с IDE (EIDE). Фактически она
представляет собой программную надстройку над одной из
модификаций АТА, позволяющей ввести новые команды для организации работы, например, привода CD-ROM или Iomega
Zip. Новый протокол позволяет подключать любые устройства при
помощи стандартного соединительного кабеля, причем контроллер
IDE, подключенный к материнской плате, "видит" эти устройства
как обычный винчестер.
Все версии интерфейса АТА являются 16-битными, хотя в
последнее время широко применяется 32-битная система передачи
данных, использующая по максимуму возможности шины PCI,
через которую работает любой современный контроллер IDE.
Serial ATA — это самый новый стандарт, который только
начинает входить в нашу жизнь. Стандарт поддерживает
практически все накопители (винчестеры, приводы CD-ROM и
DVD, флоппи-дисководы и т. д.). Serial ATA предусматривает
работу при более низких напряжениях — 250 мВ (у обычного
канала IDE сигналы имеют напряжение 5 В), максимальная
пропускная способность увеличена до 1200 Мбит/с, количество
проводов кабеля сокращено до семи и до метра увеличена его
допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке
кабеля и более качественным условиям охлаждения компонентов
- 288 -
системного блока, а также удешевляет конструкцию. Интерфейс
допускает "горячее подключение" устройств. Вы, наверное,
обратили внимание, что по описанию Serial ATA очень похож на
широко распространенный последовательный интерфейс FireWire.
Разница состоит в стоимости обоих вариантов: группа,
продвигающая Serial ATA, работает в первую очередь над
снижением стоимости производства устройств с этим интерфейсом,
чего, наверное, никогда не достичь "огненному порту".
Важной особенностью архитектуры интерфейса Serial ATA
является то, что все изменения коснулись только физического
устройства, а программно он полностью совместим с нынешним
параллельным интерфейсом АТА. Еще одно нововведение:
поддержка средств исправления ошибок ЕСС, что дает гарантию
целостности передаваемых по кабелю данных.
Как видите, скорости передачи постепенно приближаются к
астрономическим цифрам (по крайней мере, относительно первого
интерфейса с его 5 Мбит/с). Столь резкое повышение скорости
работы интерфейса АТА нельзя связывать только с увеличением
скорости передачи данных по соединительному шлейфу. На
скорость работы повлияло множество факторов, которые можно
объединить одной фразой: новые технологии. Явно повлияли на
скорость работы жестких дисков IDE следующие нововведения:
□ появление нового типа магнитных головок, позволяющих
увеличить плотность записи — чем выше плотность записи, тем
выше скорость последовательного чтения (головке нужно пройти
значительно меньший путь от дорожки к дорожке, чем это было
раньше);
□ применение совершенно нового типа ферромагнитного
покрытия также позволило дополнительно повысить плотность
записи, что не могло не сказаться на скорости работы жестких
дисков.
Помимо возросшей скорости работы увеличение плотности
записи позволило значительно повысить максимальный объем
накопителей, а также привело к значительному падению стоимости
одного гигабайта емкости (практически в 2 раза). Поэтому сегодня
пик популярности охватывает модели объемом от 40 до 80 Гбайт,
цена которых незначительно превышает модели емкостью 20—30
Гбайт.
Еще один момент: нынешний 80-жильный плоский кабель,
- 289 -
применяемый для протоколов Ultra DMA66/100, где сигнальные
проводники чередуются с проводами, подключенными к "земле",
уже не способен эффективно работать на более высоких частотах
даже с применением избыточных кодов защиты от ошибок.
Похожая проблема для интерфейсов SCSI при переходе с Ultra2
LVD (80 Мбит/с) на Ultral60 (160 Мбит/с) была решена заменой
такого же плоского кабеля на многожильный, состоящий из витых
пар — интерфейс IDE похоже ждет такое же решение.
Теперь пришло время для рассмотрения всех терминов,
которые встретились нам при описании интерфейса АТА. Это
поможет лучше понять внесенные изменения.
EIDE (Enhanced IDE) — улучшенный стандарт IDE-устройств
(он же АТА-2). Практически он не является новым стандартом, а
включает в себя все расширения оригинального интерфейса АТА,
такие как различные режимы PIO, DMA и т. д. Наиболее важным
моментом стало введение особых требований к поддержке всех
новых технологий со стороны чипсета и BIOS (кстати, практически
все ограничения, которые встречаются на устаревших
компьютерах, решаются обновлением версии BIOS).
PIO — наиболее "старый" способ передачи данных по
интерфейсу АТА. Аббревиатура расшифровывается как
Programmed Input/Output, т. е. вход/выход, запрограммированный
на осуществление различных операций над данными.
Программированием работы в этом случае занимается центральный
процессор. Существует несколько режимов PIO, различающихся
максимальной скоростью пакетной передачи данных. Все
существующие режимы передачи (Mode 0...4) отличаются друг от
друга скоростью работы, при этом каждый последующий примерно
в два раза быстрее, чем предыдущий: Mode 0 = 3,3; Mode 1 = 5,2;
Mode 2 = 8,3; Mode 3=11,1 и Mode 4 = = 16,6 Мбит/с. Сегодня еще
можно встретить винчестеры, поддерживающие последний способ
(PIO Mode 4) передачи данных, но постепенно все они сходят с
пользовательской сцены, уступая более "продвинутым" моделям с
активной поддержкой DMA-каналов.
DMA — аббревиатура произошла от английского
наименования Direct Memory Access, что означает прямой доступ к
памяти. Это специальный протокол, который позволяет устройству
копировать данные в оперативную память без участия
центрального процессора. Современные жесткие диски активно
- 290 -
используют эту возможность в сочетании с режимом Bus-Mastering,
позволяющим временно "захватить" управление шиной и
самостоятельно управлять передачей данных. Существует
несколько режимов: DMA Mode 0 = 4,2; DMA Mode 1 = 13,3 и
DMA Mode 2 = 16,6 Мбит/с. В дальнейшем принцип наименования
режима передачи был изменен — в названии стали указывать
скорость передачи данных, например, Ultra DMA/33 = 33 Мбит/с.
Block mode — блочный метод передачи данных. Позволяет за
один тактирующий импульс передать целый блок данных (адресов),
что заметно уменьшает нагрузку на центральный процессор и
увеличивает быстродействие интерфейса.
Bus-Mastering — режим работы, при котором устройство (в
нашем случае жесткий диск) способно "захватывать" управление
шиной. В момент захвата всем остальным устройствам приходится
ожидать, пока операция чтения/записи, инициированная
контроллером винчестера, не закончится. Практически все
современные контроллеры и винчестеры поддерживают этот режим
работы, в чем можно убедиться, заглянув на вкладку Устройства
диалогового окна Система (Пуск | Настройка | Панель управления |
Система | Устройства). Прочитайте название контроллера жесткого
диска, установленного в вашей системе и если в названии есть
надпись вроде Bus Master, значит, поддержка данного режима
имеется и его можно использовать. В противном случае вам, скорее
всего, следует обновить драйверы.
S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)
— технология заключается в создании механизма предсказания
возможного выхода из строя жесткого диска, благодаря чему
предотвращается потеря данных. При этом часть электронной
схемы контроллера постоянно занята ведением статистики рабочих
параметров. К этим параметрам относятся: количество
стартов/остановок и наработанных часов, время разгона шпинделя,
обнаруженные/исправленные физические ошибки и т. п. Вся эта
информация сохраняется в микросхеме Flash-памяти и в любой
момент может быть использована программами анализа. Сегодня
система S.M.A.R.T поддерживается практически всеми моделями
жестких дисков.
Теперь немного о поддержке всех нововведений со стороны
компьютера. Хорошо, когда жесткий диск поддерживает новейший
стандарт, например, Ultra DMA/100, но будет ли это работать на
- 291 -
вашем компьютере? Давайте разберемся.
Контроллер жесткого диска фактически разделен на две части:
одна располагается непосредственно на винчестере, а вторая, как
правило, интегрирована в материнскую плату. Поэтому наличие
каких-либо нововведений в жестком диске обязательно должно
отражаться на материнской плате — чипсет просто обязан
поддерживать тот же режим передачи данных, что и винчестер.
Смотрим дальше. Как уже упоминалось, все изменения в
интерфейсе производились в основном в программной части, а где
хранятся самые важные
программы, которые жизненно необходимы для работы
компьютера? В базовой системе ввода/вывода (BIOS). Поэтому для
полноценной поддержки нового интерфейса требуется
обязательное соблюдение условий.
□ Поддержка интерфейса со стороны жесткого диска —
электронная схема должна стабильно работать на частоте, принятой
в качестве стандартной для выбранной модификации, при этом она
должна обеспечивать соответствующую скорость записи данных на
диск при поступлении данных со скоростью, например, 100 Мбит/с,
и наоборот.
□ Поддержка интерфейса со стороны чипсета материнской
платы — как уже говорилось, чипсет, не поддерживающий новый
стандарт, не сможет полностью использовать возможности того же
Ultra DMA/100. Например, если чипсет поддерживает режим
работы Ultra DMA/66, то и жесткий диск будет работать в том же
режиме, т. е. часть "мощностей" будет "простаивать". В
противоположной ситуации, когда чипсет поддерживает новый
стандарт, а жесткий диск нет, чипсет будет работать в более медленном режиме, который поддерживается винчестером. Таким
образом достигается совместимость разных протоколов —
электрически все они совместимы, а разницу в программном
обеспечении можно сделать "прозрачной" для пользователя. В
случае необходимости существует возможность подключения
контроллера, выполненного в виде платы расширения. Начиная с
протокола Ultra DMA/66, такие контроллеры выпускаются в
большом количестве, что позволяет при модернизации обойтись
без замены материнской платы.
□ Поддержка интерфейса со стороны подпрограмм BIOS —
никого уже сегодня не удивишь тем, что версию BIOS надо
- 292 -
регулярно обновлять. Разработчики компьютерного "железа" не
дремлют и постоянно выпускают на рынок все более совершенные
(или просто исправленные) версии протоколов работы с
устройствами IDE. Ситуация усугубляется тем, что производитель
материнской платы запросто может сделать попытку внести в
протокол что-нибудь такое, что должно в принципе улучшить
работу устройств, но на самом деле только ухудшает их реальные
параметры. Со временем такие "фишки" удаляются или
исправляются, ну а пользователю остается только "прошить" новую
версию BIOS, чтобы избавиться от старых "глюков" и "обрасти"
новыми. При помощи обновления BIOS можно, например,
устранить ограничение объема винчестеров в 8 Гбайт у старых
материнских плат. Правда, далеко не все производители выпускают
обновленные версии для своих старых плат, но возможность такая
существует.
□ Поддержка интерфейса со стороны драйверов операционной
системы — стандартные драйверы, имеющиеся в составе
операционных систем Windows, поддерживают режимы передачи
вплоть до UDMA33 (начиная с Windows 98). Более новые
стандарты, как правило, требуют установки
обновленного драйвера контроллера жестких дисков,
который можно найти на официальном сайте производителя
вашей материнской платы.
Теперь несколько слов о недостатках интерфейса. Основной
недостаток интерфейса АТА — отсутствие "интеллекта". Так,
например, если на одном канале подключены жесткий диск и
привод CD-ROM, то в случае обращения к компакт-диску
процессор будет ожидать завершения операций с приводом CDROM, прежде чем вновь обратиться к жесткому диску. Отдельные
каналы контроллера IDE практически независимы друг от друга,
поэтому быстрые и медленные устройства следует подключать
именно к разным каналам, а не к одному, как в описанном здесь
случае.
Интерфейс SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) — название
интерфейса произносится как "скази". Интерфейс является
универсальным, т. е. подходит для подключения практически всех
классов устройств: накопителей, сканеров и т. п. В SCSI
отсутствует ориентация на какой-либо конкретный тип устройства
- 293 -
как, например, в интерфейсе IDE. Протокол обмена командами и
данными между устройствами определяет все подключенные
устройства как равноправные. Для правильной организации работы
всех подсоединенных устройств от интерфейса требуется наличие
определенного "интеллекта". Так, например, все функции
кодирования данных, коррекции ошибок и пр., возлагаются на
встроенную электронику жесткого диска, а внешний контроллер
выполняет только функции обмена данными между накопителем и
компьютером, очень часто в автономном режиме без участия центрального процессора.
В общем случае можно считать, что все устройства на шине
SCSI абсолютно одинаковы и для работы с ними используется один
набор команд. Наиболее распространенный программный
интерфейс сегодня — ASPI (Advanced SCSI Programming Interface).
Через него работают драйверы всех подключаемых устройств —
сканеров, приводов CD-ROM и т. п.
Базовый интерфейс SCSI, который иногда называют SCSI-1,
представляет собой универсальный интерфейс для подключения
внешних или внутренних устройств. Имея всего лишь 8-разрядную
шину данных, максимальная скорость которой достигает 5 Мбит/с,
он способен практически одновременно работать с 7-ю
устройствами. При этом можно организовать проверку целостности
передаваемых данных — ничего этого у интерфейса IDE не было
(имеется в виду та модификация интерфейса, которая была
использована в первых компьютерах IBM PC). Интерфейс SCSI
тогда уже существовал и предоставлял, как вы видите, значительно
более широкие возможности, но и обладал одним неприятным
свойством — высокой ценой как контроллеров, так и самих
носителей.
Для подключения устройств используется 50-проводный
плоский кабель, в котором 24 линии предназначены для передачи
сигналов, а остальные подключены к. "земле". Иногда для
низкоскоростных устройств (например, сканера) используется 25проводный кабель, у которого заземлена всего одна линия. Разъем
интерфейса SCSI (IDC-50) очень похож на разъем IDE, только
количество проводников больше. Скорость передачи по такому кабелю, предназначенному для всех 8-битных устройств, не
превышает 5 Мбит/с при тактовой частоте шины 5 МГц (SCSI Fast
при частоте шины 10 МГц - 10 Мбит/с и Ultra SCSI при частоте 20
- 294 -
МГц — 20 Мбит/с).
SCSI-2 — является существенным развитием базового
интерфейса SCSI. Самое главное изменение — это возможность
расширения шины данных до 16 разрядов, что позволило увеличить
пропускную способность вдвое (до 10 Мбит/с при частоте шины 5
МГц). Используются также дополнительные расширения SCSI-2 —
это Wide SCSI-2 (широкий SCSI), Fast SCSI-2 (быстрый SCSI) и
Ultra SCSI-2. У Fast SCSI-2 за счет уменьшения различных
временных задержек увеличена скорость передачи данных вплоть
до 20 Мбит/с (частота шины 10 МГц). Также добавлены новые
команды, а поддержка контроля четности сделана обязательной. 16разрядная шина (реже 32-разрядная) получила название Wide SCSI2, она использует 68-контактный плоский кабель. Разъем этого
интерфейса внешне похож на разъем монитора SVGA —
трехрядное расположение контактов, трапециевидная пластмассовая окаемка.
Ultra SCSI — продолжение развития шины, которое позволило
еще вдвое увеличить пропускную способность интерфейса (частота
шины 20 МГц). При 8-битной организации скорость обмена
составляет до 20 Мбит/с, а при 16-битной — до 40 Мбит/с (Ultra
Wide SCSI, иногда его называют SCSI-3).
На уровне электрических соединений интерфейс может
выполняться в двух видах:
□ линейный;
□ дифференциальный.
Первый из них позволяет передавать сигналы относительно
общего провода (с общим или раздельными обратными линиями).
Второй, дифференциальный, применяет для каждого сигнала
отдельную пару проводников (прямой и обратный) с помощью
специальных передатчиков и приемников. Дифференциальный
способ передачи более сложен и дорог, однако он обеспечивает
лучшую защиту от помех за счет устранения паразитных токов в
"общем" проводнике. В названии первого типа интерфейса, как
правило, присутствует аббревиатура SE (Single Ended), во втором
случае — LVD (Low Voltage Differential).
Ultra2 SCSI LVD — одна из самых современных реализаций
16-битного интерфейса, в ней используется дифференциальное
соединение. Скорость передачи данных по этому интерфейсу
достигает 80 Мбит/с, что предъявляет
- 295 -
высокие требования к качеству соединительного кабеля.
Используемый ранее 68-контактный плоский кабель не справился
со своей задачей и был заменен витым кабелем, каждая пара
проводников в котором представляет собой отдельную витую пару.
Ultra3 SCSI LVD — продолжение развития LVD-интерфейса,
позволившее достичь максимальной скорости передачи данных 160
Мбит/с, поэтому его иногда называют Ultral60 SCSI LVD. Для
соединения устройств, поддерживающих этот интерфейс,
используют уже ставший традиционным 68-контактный витой
кабель.
Ultra320 SCSI LVD — самый современный стандарт шины,
который используется исключительно для профессиональных
целей, таких как системы хранения данных, редактирование
видеоизображения и т. п.
Иногда для соединения устройств SCSI с контроллером
применяют 80-про-водный кабель, который объединяет цепи
питания и сигнальные цепи. Такой тип соединения используется в
системах "горячего подключения", что позволяет сократить,
например, время замены неисправного жесткого диска.
Все типы SCSI с одинаковой электрической реализацией
интерфейса (SE или LVD) теоретически полностью совместимы
друг с другом, т. к. устройства, как' правило, способны
самостоятельно устанавливать приемлемый протокол обмена.
Например, можно использовать устройство с интерфейсом SE
вместе с контроллером, поддерживающим LVD-интерфейс, и наоборот. Однако на практике это не всегда так и для согласования
устройств может понадобиться ручная настройка при помощи
перемычек и т. п.
Одновременная работа контроллеров IDE- и SCSIинтерфейсов возможна, но только в случае работы с различными
портами ввода/вывода. Как правило, контроллер IDE
устанавливается как первичный, а контроллер SCSI как вторичный,
хотя современные BIOS способны менять данную последовательность. В этом случае появляется возможность загрузки с SCSIвинчестера даже при наличии в системе одного или нескольких
дисков с IDE-интерфейсом.
Каждое устройство на шине SCSI имеет свой
идентификационный номер, который называется SCSI ID. Для
подключения устройств необходим так называемый хост-адаптер
- 296 -
(Host Adapter).
Теперь о недостатках. Самый главный недостаток интерфейса
SCSI — это его высокая цена, которая не позволяет выбрать его
пользователю со средними доходами.
IDE против SCSI
Скорость работы интерфейса зависит от его версии,
аппаратной реализации и программной поддержки (драйвера
операционной системы). Так что сказать однозначно, что SCSI
быстрее IDE никак нельзя. Основное преимущество SCSI состоит в том, что уже при создании интерфейса в
его спецификацию были заложены широкие возможности.
Например, пакетное выполнение команд, внепроцессорная (DMA)
передача данных, контроль четности, автоматический выбор
скоростей и т. п., что позволило с самого начала ориентировать на
них аппаратуру, драйверы и операционную систему.
У многих производителей программного обеспечения
сохраняется ранее принятый подход к IDE, как к
"непрофессиональному" интерфейсу, что выражается в
неполноценной поддержке IDE/ATAPI, написании драйверов по
упрощенной, неоптимальной схеме, поддержке не всех
возможностей новых интерфейсов и т. п. Поэтому практическое
тестирование нередко показывает лучшие результаты для SCSI, чем
для IDE — даже если "чистые" технические характеристики
первого заметно хуже, чем второго. На самом деле, интерфейс IDE
в момент своего появления представлял собой довольно
примитивное устройство, однако со временем он претерпел
настолько революционные изменения, что по возможностям догнал
"профессиональный" интерфейс SCSI. Это произошло потому, что
в SCSI-интерфейсе наращивались только ширина канала и скорость
передачи данных, а протокол передачи данных практически не
изменялся. Сегодня основные ключевые параметры жестких дисков
ничуть не хуже их SCSI-аналогов.
Несмотря на длительную конкуренцию обоих интерфейсов,
по-прежнему бытует мнение, что SCSI лучше, чем IDE. На самом
ли деле это так? SCSI, конечно, имеет преимущества: возможность
подключения большого количества устройств, длина кабеля может
быть намного больше, чем IDE и т. п. Но... Посмотрим на ситуацию
глазами пользователя.
□ Высокая цена интерфейса SCSI (сам диск плюс
- 297 -
контроллер), даже несмотря на его высокую скорость работы, не
позволяет остановить на нем выбор пользователю "средней руки",
которых в мире больше всего. Тем более, что современные
стандарты Ultra DMA66/100 имеют скорость работы, сравнимую с
наиболее распространенными стандартами SCSI-интерфейса.
□ Среднестатистическая система содержит, как правило, не
более двух жестких дисков и приводов CD-ROM (Iomega Zip и т.
п.), поэтому преимущества в подключении большого количества
устройств к интерфейсу SCSI сводятся к минимуму. Тем более что
в большинстве систем SCSI-интерфейс используется именно для
подключения внутренних устройств (прикиньте-ка, сколько
жестких дисков вы сможете установить в ваш системный блок).
□ Современные системные блоки для настольных
компьютеров не позволяют применять преимущество SCSIинтерфейса в использовании длинных соединительных кабелей.
Даже короткие шлейфы IDE иногда значительно затрудняют
охлаждение того же процессора.
□ Решение о покупке отдельного контроллера должно
базироваться на серьезных причинах. Контроллер SCSI занимает
один свободный слот
расширения, тогда как контроллер IDE интегрирован
практически во все современные материнские платы.
О Настройка устройств IDE (Master, Slave) намного проще,
чем SCSI-устройств, у которых надо установить
идентификационный номер ID для каждого устройства, да не
следует забывать о необходимых для интерфейса SCSI
терминаторах. Легкость настройки особо важна для пользователя
домашнего компьютера, который, скорее всего, только начинает
изучение ПК.
Если сравнивать наиболее близкие по цене варианты
интерфейса SCSI со скоростью передачи данных до 40 Мбит/с, то
станет ясным, почему пользователю все-таки стоит выбрать более
дешевый интерфейс IDE современного стандарта Ultra DMA/100 —
ведь скорость работы последнего варианта, несмотря на все его
недостатки, намного выше первого.
Контроллеры жестких дисков
Современные материнские платы практически всегда
содержат интегрированный контроллер IDE, который имеет два
канала, позволяющих подключить одновременно до 4-х устройств
- 298 -
(например, жестких дисков). Собственно контроллер жесткого
диска всегда физически располагается на печатной плате,
установленной на самом винчестере. Он предназначен для
обеспечения операций чтения/записи, преобразования данных и т.
п. Но очень часто контроллером называют ту электронную схему,
которая предназначена для связи компьютера с жестким диском и
по сути являющуюся обычным интерфейсом.
Несмотря на то, что IDE-контроллер обязательно имеется на
любой материнской плате (рис. 10.4), сегодня часто встречаются
платы расширения, подключаемые к шине PCI и используемые при
модернизации старых компьютеров. Такие платы выпускают: Abit,
EpoX и Promise Technology. Внешний контроллер имеет несколько
плюсов по сравнению с интегрированным "собратом": он, как
правило, поддерживает все самые современные модификации
интерфейса и при этом может работать с любыми материнскими
платами, на которых имеются свободные слоты PCI. Так что если
вы по каким-то причинам не хотите менять материнскую плату, то
ваш выбор — отдельный IDE-контроллер. Имеются и недостатки
таких контроллеров: если системная BIOS не поддерживает
загрузку с внешних контроллеров, то может возникнуть проблема
при использовании такого диска в качестве загрузочного. К тому
же для установки требуется один свободный слот PCI и отдельное
прерывание, а, как правило, свободных слотов и прерываний и без
этого постоянно не хватает.
Все устройства, поддерживающие интерфейс SCSI,
подключаются к компьютеру исключительно при помощи
внешнего контроллера. Существуют, конечно, материнские платы, в которых контроллер
интегрирован, но они довольно редки. Операционная система
получает доступ к устройствам через драйверы.
Рис. 10.4. Внешний вид микросхемы контроллера АТА
Традиционно контроллер SCSI-интерфейса представляет
собой печатную плату, устанавливаемую в слот расширения шины
PCI (рис. 10.5). На плате больше всего места занимают разъемы.
Самый большой — это разъем для 8-битных внутренних устройств
(часто называется "narrow"). Он аналогичен разъему IDE, только
- 299 -
контактов в нем не 40, а 50. Более маленький разъем, рассчитанный
на подключение 16-битных устройств, имеет 68 контактов
(объясняется это тем, что используется трехрядное расположение
контактов, а не двухрядное). Внешне разъем похож на разъемы
СОМ-портов и LPT, т. к. контакты обрамлены трапециевидной
пластмассовой каемкой. На большинстве контроллеров есть и
внешний разъем, который предназначен для подключения внешних
SCSI-устройств.
Рис. 10.5. Внешний вид контроллера SCSI
Наличие на плате SCSI-контроллера собственного
специализированного процессора позволяет значительно снизить
нагрузку на центральный процессор при выполнении операций
ввода/вывода. Практически на всех контроллерах установлена собственная BIOS, позволяющая
реализовать следующие функции:
□ загрузку с жесткого диска или CD-ROM; □ настройку
контроллера:
• включение/выключение терминатора, либо установку его в
автоматический режим. При этом в контроллерах с 16-битным
интерфейсом обычно возможно раздельное
включение/выключение терминатора для верхних и нижних 8 бит;
• включение/выключение контроля четности;
• установку скорости работы конкретных устройств;
• установку номера загрузочного диска;
• управление запуском двигателя винчестера, что
позволяет снизить пиковую нагрузку на блок питания при
включении многодисковых систем;
□ проверку поверхности диска;
□ низкоуровневое форматирование.
- 300 -
Исключением может стать контроллер, принадлежащий к
одному из устаревших стандартов, предназначенный для
подключения, например, сканера.
Наиболее известными производителями контроллеров SCSI
являются компании Adaptec (http://www.adaptec.com/), Symbios
(http://www.symbios.com/) и Tekram (http://www.tekram.com.tw/).
Производители жестких дисков
На сегодняшний день известно несколько основных
производителей, выпускающих жесткие диски, по крайней мере,
для настольных компьютеров: IBM, Maxtor, Seagate, Samsung,
Quantum, Western Digital и Fujitsu.
□ IBM. http://www.storage.ibm.com/. Один из старейших
производителей компьютерного "железа". Производит как IDE, так
и SCSI-диски, которые имеют отличное быстродействие и
относительно невысокую цену. Самая известная серия дисков —
Deskstar.
□ Maxtor. http://www.maxtor.com/. Один из ведущих
производителей жестких дисков различной емкости и с различными
интерфейсами. Ее диски отличаются средними показателями
уровня шума и скорости работы, а также цены диска.
□ Seagate. http://www.seagate.com/. Компания издавна
занимается производством жестких дисков, выпущенных
традиционно по самым передовым технологиям, что положительно
сказывается на их быстродействии.
Но за высокую скорость работы приходится платить: цена
этих дисков одна из самых высоких. Самые известные серии дисков
— Medalist и Barracuda.
□ Samsung. http://samsungelectronics.com/hdd/hdd_index.html.
Бурно развивающаяся компания, которая, наконец, решилась
начать выпуск жестких дисков. Производство организуется по
новейшим технологиям, но многие модели все-таки обладают
большим количеством недостатков: высокий уровень шума и
тепловыделения и т. п. Единственный плюс — это невысокая цена.
□ Quantum. http://www.quantum.com/. Одна из лидирующих
компаний в производстве IDE- и SCSI-дисков. Жесткие диски IDE,
производимые этой компанией, имеют одни из самых лучших
показателей быстродействия. Наиболее известные серии дисков —
Pioneer и Fireball.
□ Western Digital. http://www.wdc.com/. Один из ведущих
- 301 -
производителей жестких дисков IDE и SCSI. Ее диски отличаются
одними из самых лучших показателей быстродействия.
Наиболее известная серия дисков — Caviar.
□ Fujitsu. http://www.fcpa.com/. Японская компания, имеющая
"привычку" устанавливать приемлемые цены за неплохое
быстродействие. Ее диски отличаются невысоким уровнем
шума при среднем быстродействии. В последнее время
компания прекратила производство жестких дисков.
Рекомендации
по выбору жесткого диска
Жесткие диски отличаются друг от друга большим
количеством параметров, что немного усложняет выбор
необходимой модели. Наиболее важными являются
нижеследующие параметры.
□ Производитель. Очень важно, чтобы торговая марка
производителя жесткого диска была очень известной, иначе вы
можете приобрести "кота в мешке".
Примечание
У каждого даже самого известного производителя имеются
либо не очень, либо крайне неудачные модели жестких дисков.
Поэтому, прежде чем остановить свой выбор на одной модели,
обязательно проконсультируйтесь со знакомыми специалистами
или просто почитайте в Интернете отзывы или результаты тестирования, касающиеся данной модели. Где найти подобные
описания, рассказано в части II, посвященной модернизации.
Яркий пример вышесказанного — компания Fujitsu отозвала
около 300 тыс. винчестеров, произведенных в период с сентября
2000 года по
сентябрь 2001 года. Главным образом это касается моделей,
установленных в ПК производства Fujitsu, а также некоторых
моделей от NEC, Hitachi и IBM. Связано это с некорректной
работой некоторых полупроводниковых элементов в условиях
влажного климата.
□ Интерфейс — от английского слова Interface (по сути, лицо
устройства, которым оно во время работы "поворачивается" к
другим устройствам). Определяет способ подключения жесткого
диска к компьютеру. Как уже упоминалось, наиболее
распространены интерфейсы АТА и SCSI, встречается несколько их
модификаций, которые отличаются друг от друга скоростью
- 302 -
передачи данных. Скорость передачи данных позволяет оценить
скорость работы всего интерфейса (измеряется она в битах, переданных за одну секунду). Особенностью любого винчестера
является то, что скорость считывания данных непосредственно с
диска значительно ниже, чем скорость передачи по интерфейсу,
поэтому различают внутреннюю и внешнюю скорость. В названии
интерфейса обычно указывают только внешнюю скорость как
самый высокий показатель всего интерфейса. Еще один момент:
при вычислении пиковой пропускной способности берется
скорость передачи пакета данных, т. е. совокупность данных,
полученных при последовательном чтении с поверхности диска. В
результате полудается несколько идеализированный параметр —
современные системы очень редко позволяют достичь
максимальной скорости передачи. Виной тому оказываются "узкие
места" вроде слишком маленького объема буферной памяти,
фрагментации файлов и т. п.
□ Скорость вращения шпинделя — этот параметр
характеризует скорость вращения дисков, расположенных внутри
винчестера (измеряется в оборотах в минуту). Значение этого
параметра влияет на общую производительность жесткого диска:
чем выше скорость вращения, тем быстрее считываются данные с
поверхности дисков.
□ Объем винчестера — имеется в виду суммарный объем
всех дисков, которые установлены в данном винчестере.
Представляет собой полезный объем, который можно
использовать для размещения файлов и программ. Следует иметь в
виду, что некоторые производители (например, Maxtor)
рассчитывают емкость своих дисков нестандартным методом. При
этом они предполагают, что в каждом килобайте ровно 1000 байт, а
не 1024, как принято считать. В результате объем, написанный на
жестком диске, принимает большее значение, чем имеется на самом
деле.
Как уже было сказано, основных производителей жестких
дисков на рынке представлено не очень много, поэтому выбор
сделать можно, следуя такому принципу: выбирайте наиболее
известную торговую марку, например, IBM или Seagate. Но из
любого правила имеется хотя бы одно исключение — даже самые
известные производители иногда выпускают весьма неудачные модели винчестеров, обладающих, например, слишком высоким
- 303 -
уровнем шума. Считается, что компания Samsung, которая
выпустила немало отличных
мониторов, абсолютно не умеет делать жесткие диски,
поэтому их продукция выгодна лишь по одной причине — из-за
невысокой их цены.
Характерные проблемы с жесткими дисками
Неприятно, конечно, когда после стольких лет безупречной
работы, вдруг, неожиданно... жесткий диск тихо, а бывает что и не
тихо, "умирает". В принципе это может произойти в любой момент:
хоть со старым, хоть с новым диском. Давайте посмотрим, какие
проблемы непосредственно связаны с жестким диском:
□ начинают теряться файлы, документы, а то и целые папки;
□ при открытии каких-нибудь документов, например файлов
электронной почты, система "намертво" зависает, при этом после
перезагрузки повторное обращение к этому файлу также приводит
к зависанию;
□ после того как компьютер поработает несколько часов,
система начинает работать очень медленно, документы
открываются с жуткими "тормозами", не говоря об играх, от
которых жесткий диск начинает жужжать подобно безумной пчеле;
□ при включении компьютера система "сообщает", что
жесткого диска нет, хотя на слух он продолжает работать так же,
как и раньше;
В при включении компьютера жесткий диск "молчит", не
помогает даже повторное выключение/включение;
□ система работает нормально, но при каждой загрузке
выдается сообщение о необходимости проверки поверхности диска.
И это только самые распространенные признаки того, что у
вашего жесткого диска начинаются или уже начались проблемы со
"здоровьем". Если вы на своем компьютере выполняете какуюнибудь важную работу, от которой зависит ваше благосостояние, то
лучше всего позаботиться о регулярном создании резервных копий
всех важных документов. Но если беда вас постигла столь
неожиданно, что вы даже не успели дочитать свой любимый
самоучитель по работе на ПК до главы, посвященной архивации и
резервированию данных, то вам следует обратиться к части III этой
книги, в которой рассмотрены самые распространенные способы
реанимации жестких дисков.
ГЛАВА 1 1
- 304 -
Дисковод
для гибких дисков
"Гибкий диск" — это описательный термин. Он появился
очень давно, задолго до того, как разработали первый компьютер
IBM PC. На нем сохраняются все самые важные данные,
документы, которые нужно отнести на работу/домой, на них
"сидят" вирусы и т. п. — все это отождествляется с гибким диском.
Да это и понятно, ведь он старее самого компьютера IBM PC. Когда
ребята из гаража с гордой вывеской IBM собрали свой первый
компьютер, гибкие диски были выбраны в качестве носителя
операционной системы, которая управляла компьютером и
пользователем (чтобы тот мог хоть что-нибудь сделать с
компьютером). Сегодня роль этих дисков немного изменилась, т. к.,
во-первых, на них вмещается очень мало информации, во-вторых,
они слишком ненадежны.
Для чтения информации с гибких дисков используется
специальный дисковод, который так и называется: дисковод для
гибких дисков. Очень часто можно услышать термин "флоппидисковод" или еще проще "флоппик". Этот термин произошел от
английского слова Floppy, что переводится как хлюпающий. На
самом деле: возьмите любую дискету (так еще называются гибкие
диски) и снимите с нее защитный кожух, под ним вы найдете очень
гибкую круглую пластину, которая вполне способна играть роль
хлюпающей.
В последнее время стали все чаще прогнозировать скорую
"смерть" флоппи-дисковода, мода на это началась практически
сразу после появления первых приводов CD-ROM, но он, похоже,
переживет практически всех своих современных конкурентов и
увидит светлое будущее суперкомпьютеров, размеры которых
сравнимы с размером корпуса самого дисковода. Это лирическое
отступление неплохо характеризует истинное "самочувствие"
дисковода в сов