Абулаксимов М.М. - ПЭВМ - работа и обслуживание (1075722), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Процессоры в корпусах PGA, PPGA, SPGA устанавливались в ZIF-сокет (Zero Insertion Force – сокет с нулевым усилием вставки).

Процессоры Pentium II выполнялись в виде картриджных конструк-ций (рис. 2.1):

- SECC – Single Edge Connector, картридж процессора Pentium II, печатная плата с краевым разъемом, заключенным в кожух. Микро-схемы смонтированы на обеих сторонах платы. В картридже установ-лены также радиатор и вентилятор охлаждения.

- SEPP – Single Edge Processor Package, картридж без задней крышки с односторонним расположением микросхем на печатной плате.

Для современных процессоров Intel используется сокет LGA (Land Grid Array) – корпус PGA, в котором штырьковые контакты за-менены на контактные площадки.

Рис. 2.1. Устройство процессора Pentium II в корпусе SECC

Тепловые режимы. Вопрос охлаждения процессора стал акту-альным для пользователя, начиная с процессоров 486. Процессор 486SX-33 не требовал применения специальных элементов охлажде-ния. Для старших моделей процессоров с повышением частоты рас-сеиваемая мощность увеличилась, что привело к интенсификации ох-лаждения за счет применения пассивных элементов – радиаторов (Heat Sink – теплоотводы).

Радиатор эффективно работает, только если обеспечивается его плот-ное прилегание к верхней поверхности корпуса процессора за счет теплопроводящей пасты. Пасту наносят тонким слоем на корпус про-цессора, после чего радиатор «притирают» к процессору.

Если естественная циркуляция воздуха при наличии пассивного радиатора не способна обеспечить заданный тепловой режим процес-сора, то применяют активные теплоотводы (Cooler, Fan). Они имеют вентиляторы, устанавливаемые на радиатор процессора или на сам процессор (рис. 2.2). Вентиляторы обычно являются съемными уст-ройствами, питающимися от источника +12 В. Габаритные и устано-вочные размеры вентиляторов и радиаторов увеличивались по мере совершенствования процессоров (основная тенденция: чем новее процессор, том больше вентилятор и радиатор).

Рис. 2.2. Установка процессора AMD Athlon

В современных процессорах для охлаждения применяют тепло-вые трубки. По принципу действия тепловые трубки во многом схожи с термосифонами, в которых теплоотвод осуществляется за счет теп-ловой конвекции. Тепловые трубки, используемые для системы охла-ждения процессоров, обычно изготавливаются из меди, с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем пористого материала.

–– 19 –– 19

Термосифон может работать только тогда, когда зона испарения нахо-дится ниже зоны конденсации, – это главный недостаток термосифона, который ограничивает его использование в системах охлаждения про-цессоров. Для построения более универсальных систем охлаждения требуется, чтобы теплоотвод осуществлялся при любом положении тру-бы. Для этого необходимо предусмотреть иной механизм возврата кон-денсата в зону испарения (вопреки действию гравитационных сил). Та-ким механизмом возврата жидкости в зону испарения в тепловых труб-ках служит капиллярный эффект в пористом материале.

В качестве рабочей жидкости могут применяться вещества, удовлетворяющие условиям:

- точка фазового перехода жидкость – пар соответствует тре-буемому диапазону рабочих температур;

- большая удельная теплота парообразования;

- высокая теплопроводность;

- высокое поверхностное натяжение.

Для охлаждения процессоров в качестве рабочей жидкости при-меняют воду (диапазон рабочих температур – от 30 до 200 °С) или ацетон (диапазон рабочих температур – от 0 до 120 °С).

Капиллярно-пористый материал, используемый в тепловых трубках, должен быть мелкопористым для обеспечения капилляр-ного эффекта. Вместе с тем материал не должен препятствовать проницаемости жидкости. Выбор капиллярно-пористого материала зависит от рабочих температур и от общей длины тепловой трубки.

Задание на подготовку к работе

1. 1. Ознакомиться с основными особенностями процессоров семейства x86, с правилами маркировки процессоров.

2. 2. Ознакомиться с особенностями реализации схем тепловой защиты процессоров.

3. 3. Согласовать с преподавателем исследуемые характеристики про-цессоров и список используемых программ для тестирования.

Лабораторное задание

1. 1. Изучить выданные преподавателем процессоры, определить ос-новные характеристики (тип корпуса микросхемы, расположения выводов, сокет для подключения, мощность тепловыделения), выявить технологические особенности (техпроцесс, площадь кристалла), выполнить расшифровку наименования процессоров.

2. 2. Выполнить запуск предложенных преподавателем тестовых утилит с целью определения дополнительных инструкций процессора, яд-ра, семейства, модели процессора, частотных параметров процессо-ра, а также анализа производительности процессоров.

3. 3. Разработать схему тепловой защиты указанного преподавателем процессора.

4. 4. Выполнить анализ тепловых режимов процессоров аналитиче-ским и численным методами, выполнить экспериментальные ис-следования температурных режимов при различных режимах ра-боты.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Внешний вид процессоров, оформленных в виде чертежа или трех-мерной модели, наименования процессоров.

3. Основные характеристики процессоров, оформленные в виде таблицы.

4. Результат работ тестовых утилит, включающий анализ производи-тельности процессоров.

5. Схема тепловой защиты процессора.

6. Результаты анализа тепловых режимов работы процессора.

7. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные этапы эволюции процессоров семейства x86.

2. Дайте определение ZIF-сокета, основных видов сокетов для про-цессоров AMD.

3. Назовите основные виды сокетов для процессоров Intel.

4. Назовите основные типы корпусов для процессоров на платфор-ме Intel.

5. Назовите основные частотные характеристики процессоров.

6. Дайте определение кэш-памяти, назовите основные функции.

7. Охарактеризуйте принципы тепловой защиты процессоров.

8. Назовите основные способы снижения тепловыделения, приме-няемые в процессорах.

9. Назовите принципы наименования процессоров фирмы Intel.

10. Назовите принципы наименования процессоров AMD.

11. Назовите основные виды инструкций, используемых в современ-ных процессорах.

12. Назовите основные этапы эволюции техпроцессов процессоров Intel.

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ НАКОПИТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИИ

НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Цель работы – изучение принципов работы накопителей ин-формации на жестких магнитных дисках, их основных характеристик, исследование влияния параметров накопителей на производительность ПЭВМ.

Содержание работы

1. 1. Изучение основных элементов и принципов работы накопителей информации на жестких магнитных дисках.

2. 2. Определение характеристик жестких дисков.

3. 3. Исследование влияния параметров накопителей на жестком диске на производительность ПЭВМ.

Методические указания

Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) (HDD – Hard Disk Drive) – основное устройство дисковой памяти современных пер-сональных компьютеров. Наряду с процессором и оперативной памя-тью жесткий диск определяет производительность компьютера. Основ-

ные требования, предъявляемые к накопителям на жестких дисках: большой объем информации при малом времени доступа к ней, боль-шая скорость передачи данных, высокая надежность и малая стоимость.

Типовые жесткие диски, устанавливаемые в большинство со-временных ПЭВМ имеют форм-фактор Slimline 3,5 дюйма (101,6×25,4×146,0 мм).

Жесткие диски включают в себя электромеханическую и элек-тронную части. Основные элементы конструкции накопителя на же-стких магнитных дисках (рис. 3.1):

- магнитные диски;

- головки чтения/записи;

- механизм привода головок;

- двигатель привода дисков;

- печатная плата с электронной схемой управления;

- разъемы, элементы конфигурации и монтажа.

Вся электромеханическая часть накопителя – пакет дисков со шпиндельным двигателем и блок привода головок – находится в гер-моблоке (HAD – Head Disk Assembly). Корпус жесткого диска имеет отверстие, закрытое микрофильтром, для защиты рабочего слоя от попадания пыли и грязи. Через это же отверстие выравнивается дав-ление воздуха внутри накопителя и в окружающей среде. На корпусе гермоблока размещается электронная плата накопителя.

Диски (пластины) в количестве от одного до пяти изготавлива-ют из композиционного материала из стекла и керамики. Диски из стеклокерамики прочны и обладают низким температурным коэффи-циентом линейного расширения (ТКЛР).

Поверхность диска имеет магнитное покрытие (рабочий слой), способное сохранять намагниченность после прекращения воздейст-вия внешнего магнитного поля. В современных дисках рабочий слой исполняют по тонкопленочной технологии. На подложку диска на-носится слой фосфида никеля, а затем магнитный кобальтовый сплав толщиной 0,03 – 0,05 мкм. Магнитный слой защищают покры-тием толщиной 0,025 мкм, изготовленным на основе карбида крем-ния.

В накопителях на жестких дисках для каждой стороны диска предусмотрена своя головка чтения/записи (H – Head). Головки чте-ния записи находятся на малом расстоянии от рабочей поверхности (10^-5 мм), удерживаясь над ней воздушным потоком. Все головки смонтированы на общем подвижном каркасе и перемещаются одно-временно. В современных накопителях используются раздельные го-ловки чтения и записи, скомпонованные в единую сборку.

Рис. 3.1. Основные элементы накопителя на жестких дисках

Для считывания информации используются магниторезистивные головки (MHR – Magneto-Resistance Head), основанные на анизотропии сопротивления полупроводников в магнитном поле. Величина падения напряжения на магниторезистивном датчике пропорциональна намаг-ниченности участка магнитной поверхности диска под головкой. В со-временных дисках используют головки считывания на аномальном магниторезистивном эффекте (GMR – Giant Magneto Resistive). Запись информации выполняется индуктивной головкой. От каждой такой комбинированной головки отходит 4 проводника: одна пара от элек-тромагнитной головки записи (сопротивление постоянному току 8 – 10 Ом), вторая – от магниторезистивной головки чтения (около 30 Ом).

В качестве привода шпинделя используют трехфазные синхронные двигатели. Схема управления двигателем обеспечивает пуск и оста-новку шпинделя и поддерживает требуемую скорость с высокой точностью. Шпиндельный двигатель – основной потребитель по шине +12 В.

Основные параметры накопителей на жестких дисках:

1) форматированная емкость, Гбайт – объем хранимой полезной информации;

2) скорость вращения шпинделя, об/мин (RPM) – параметр, кос-венно свидетельствующий о производительности (внутренней) жест-кого диска. Типовое значение RPM для большинства современных жестких дисков – 7200 об/мин. Для высокопроизводительных дисков скорость вращения достигает значения 15000 об/мин;

3) объем буферной памяти, используемой для ускорения про-цесса чтения/записи. Объем буфера в современных жестких дисках достигает значения 16 МБ.

Основные временные характеристики жестких дисков:

- время доступа (access time) – время от начала операции чтения до момента, когда начинается чтение данных;

- время поиска (seek time) – время, которое необходимо для ус-тановки головок в нужную позицию (на дорожку, где будут произво-диться операции чтения/записи данных);

- среднее время поиска (average seek time) – усредненное время, требуемое для установки головок на случайно заданную дорожку;

- время поиска при переходе на соседнюю дорожку (track-to-track seek time) – время перехода головок с 1-й дорожки на 2-ю и т. д.

Интерфейс жесткого диска определяет способ подключения накопителя к системной плате. Для жестких дисков, устанавливае-мых в корпусе системного блока, применяются 3 типа интерфейсов: ATA (IDE), SerialATA, SCSI. Внешние диски могут подключаться че-рез интерфейсы USB и IEEE 1394.

Интерфейс ATA (AT Attachment) был разработан для подключения жестких дисков с собственным встроенным интерфейсом (IDE – Inte-grated Device Electronics). Спецификация IDE определяет, что на сис-

темной плате устанавливается контроллер IDE-интерфейса с двумя одинаковыми каналами, к каждому из которых можно подключить до 2 равноправных устройств. Состояние накопителя (Master и Slave) опре-деляется положением переключателей (джамперов). До скорости пере-дачи данных в 33 Мбайт/с (UltraATA/33) включительно для IDE-интерфейса применяется 40-жильный плоский кабель с 40-контактными разъемами и длиной не более 46 см (18 дюймов). Пере-круток проводов не допускается. Для стандартов UltraATA/66, UltraATA/100 и UltraATA/133 используют 80-жильный кабель.

Развитием семейства ATA является интерфейс SerialATA (по-следовательный ATA). Интерфейсный кабель SerialATA содержит две пары сигнальных проводов (уровни логических сигналов 0,5 В) и три земляных провода, шина питания состоит из 15 линий. Сигна-лы передаются в дифференциальной форме. К каждому кабелю под-ключается только одно устройство. Скорость передачи по интер-фейсу SATA составляет 150 Мбайт/с, SATAII – 300 МБ/c.

Характеристики

Список файлов книги