CОВРЕМЕННЫЙ КОМПЬЮТЕР
 
План:
Введение
Процессоры
Материнские платы
Оперативная память
Кэш-память
BIOS и CMOS RAM
Новые виды памяти
Жеские диски
Видеоконтроллеры
Магнитооптика
Устройства с многократной записью
Введение
Современную жизнь практически невозможно представить без компьютеров и даже не верится, что не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а об их применении ничего не было известно
Но пришел 1971г, когда еще почти неизвестная фирма Intel из американского городка Санта-Клара (шт. Калифорния) выпустила первый микропроцессор. Это событие в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. Именно микропроцессору мы обязаны тем, что появился новый класс вычислительной техники – персональные компьютеры. Сейчас ими пользуются все – школьники, студенты, бухгалтеры, ученые, инженеры. Настольные компьютеры решают все новые и новые задачи, которые раньше были доступны лишь машинам, занимавшим целые этажи в исследовательских институтах. Наверное, никогда прежде человек не имел в своих руках инструмента, обладающего столь колоссальной мощью при столь микроскопических размерах
Процессоры
Эра персональных компьютеров началась 15 ноября 1971 г. В этот день начались поставки первого в мире микропроцессора Intel 4004 - такое обозначение получил первый прибор, послуживший отправной точкой абсолютно новому классу полупроводниковых устройств
Можно сказать, что компания Intel сама создала новый рынок и захватила его целиком, но тем не менее развитие никогда не прекращалось. Посмотрим, какой путь прошли процессоры за последние 25 лет
80286
Этот процессор был представлен 1 февраля 1982 г. Новый чип оказался весьма впечатляющим. Он остался 16-ти разрядным, но по производительности новый процессор в 3—6 раз превзошел своего предшественника i8086. Тактовая частота первой модификации составляла 8 МГц. Благодаря использованию многовыводного корпуса разработчики смогли применить схему с раздельными шинами адресов и данных. Новые технологии позволили обращаться к физической памяти объемом до 16 Мбайт. Также впервые была представлена идея многозадачности – возможности выполнять различные программы отдельно друг от друга в одно и то же время. Эта идея не была реализована под Dos, но позже позволила создать такую операционную систему, как Windows. Кроме того, аппаратура i80286 обеспечивала работу с виртуальной памятью объемом до 1 Гбайт. Можно сказать, что это был первый “настоящий” процессор
Новый ЦП имел два режима работы - реальный и защищенный . В первом случае он воспринимался как быстрый ЦП i8086 с несколько расширенной системой команд и прекрасно подходил тем потребителям, для которых, помимо скоростных характеристик, жизненно важным было сохранение существующего задела ПО. Работа в защищенном режиме позволяла использовать преимущества прибора в полном объеме, и прежде всего — большой объем основной памяти
80386
Процессор i80386, ставший первенцем 32-х разрядных систем, был представлен 17 октября 1985 г. Он уже являлся процессором для ЭВМ общего назначения. Благодаря новым тежнологиям (КМОП-технологии с проектными нормами 1 мкм и двумя уровнями металлизации) на кристалле удалось разместить 275 тыс. транзисторов и реализовать полностью 32-х разрядную архитектуру процессора. Это обеспечило адресацию физической памяти объемом до 4 Гбайт и виртуальной памяти емкостью до 64 Тбайт. Среднее время выполнения команды было значительно уменьшено благодаря предварительному выбору команд в буфер на 16 инструкций, конвейеру команд и аппаратной реализация функций преобразования адреса. Новый процессор мог выполнять 3-4 млн. операций в секунду. Превысив в 6 – 8 раз производительность своего предшественника i8086, новый прибор остался совместимым с ним на уровне объектных кодов
Новый кристалл имел три режима работы ѕ реальный , защищенный и режим виртуального МП i8086 . Совместимость на уровне объектных кодов с устройствами i8086 и i80286 обеспечивалась в реальном режиме. В этом режиме программисту вообще представлялось, что он имеет ЦП i8086, выполняющий соответствующие программы с большей скоростью и обладающий расширенной системой команд и регистрами. Благодаря этому компания сохранила прежних клиентов, которые хотели модернизировать свои системы, не отказываясь от имевшегося программного обеспечения, и привлекла тех, кому изначально требовалась высокая скорость обработки информации. Но в реальном режиме предельный объем адресуемой памяти составлял 1 Мбайт, что было существенным ограничением. Но от него свободен защищенный режим, позволяющий воспользоваться всеми преимуществами архитектуры нового процессора. В этом режиме объем адресуемой памяти увеличивался до 4 Гбайт, а объем поддерживаемых программ до 64 Тбайт. Защищенный режим обладал более высоким быстродействием и возможностями организации истинной многозадачности
Последний режим давал возможность одновременного исполнения ОС и прикладных программ написанных для МП i8086, i80286 и 80386. Поскольку объем памяти, адресуемой 386-м процессором, не ограничен значением 1 Мбайт, он позволял формировать несколько виртуальных сред i8086
i80486, запущенный корпорацией Intel в серийное производство 10 апреля 1989г, на несколько лет вперед стал лучшим процессором
Pentium
В конце 80-х годов многие предсказывали скорый отказ от кристаллов CISC, потому что стремительно развивались RISC-процессоры. Усложнение программного обеспечения и постоянное расширение сферы применения компьютеров требовали существенного роста вычислительной мощи ЦП
Но корпорация Intel посчитала, что в микропроцессорах использованы не все возможности СISC-архитектуры и отказываться от нее пока рано. Кроме того, стоимость накопленного прикладного програмного обеспечения измерялась миллиардами долларов, и фирме просто не простили бы отказ от совместимости с предыдущими моделями
В основу нового процессора была положена суперскалярная архитектура, которая и дала возможность получить пятикратное повышение производительности по сравнению с моделью 486DХ. Высокая скорость выполнения команд достигалась благодаря двум 5-ступенчатым конвейерам, позволявшим одновременно исполнять несколько инструкций. Для постоянной загрузки обоих конвейеров из кэш'а требуется широкая полоса пропускания . Совмещенный буфер команд и данных обеспечить ее не мог, и разработчики воспользовались решением из арсенала RISC-процессоров, оснастив Pentium раздельными буферами команд и данных. При этом обмен информацией с памятью через кэш данных осуществлялся совершенно независимо от процессорного ядра, а буфер инструкций был связан с ним через высокоскоростную 256-разрядную внутреннюю шину. Несмотря на то что новый кристалл был спроектирован как 32-разрядный, для связи с остальными компонентами системы использовалась внешняя 64-разрядная шина данных с максимальной пропускной способностью 528 Мбайт/с. Еще одной "изюминкой" архитектуры, позаимствованной у представителей универсальных ЭВМ стала схема предсказания переходов
По скорости выполнения команд с плавающей точкой Pentium в пять - семь раз превзошел процессор 486DX2/50 и почти на порядок - микросхему 486DX/33
Pentium Pro
27 марта 1995 г. Intel представила микропроцессор шестого поколения, получивший название Pentium Pro. Стремление выжать из CISC-архитектуры практически все, на что она способна, заставило разработчиков этого продукта пользоваться почти всеми техническими решениями, которые ранее применялись в супер ЭВМ и мэйнфреймах (благо, достигнутая степень интеграции это уже позволяла). Прежде всего речь идет об использовании механизма динамического разделения порядка выполнения команд нескольких многоступенчатых конвейеров вместо двух 5-ступенчатых конвейеров, характерных для Pentium. Новый ЦП имеет их три, в каждом из которых 14 ступеней. Подобный многофазный конвейер позволил обеспечить высокую тактовую частоту процессора (133 МГц в первой модели). Для осуществления постоянной загрузки конвейера необходимы высокоэффективный кэш команд и высококачественная схема предсказания переходов. Поэтому в отличие от своего предшественника, имевшего двухвходовой ассоциативный кэш инструкций, Pentium Pro обладает более эффективным четырехвходовым кэш'ем, а также схемой предсказания ветвлений на 512 входов. Кроме того, для повышения производительности была применена буферная память второго уровня емкостью 256 Кбайт, расположенная в отдельном чипе и смонтированная в том же корпусе, что и процессор. Кристалл кэш'а связан с процессором собственной синхронной 64-разрядной шиной, работающей на тактовой частоте процессора
Технические характеристики нового ЦП обеспечили ему устойчивый сбыт в секторе высокопроизводительных серверов и рабочих станций, на долю которого приходится пока наибольший объем продаж кристалла. Что касается персональных компьютеров, то здесь распространение Pentium Pro пока сдерживается относительно высокой стоимостью и недостаточны