Текст книги "Собираем компьютер своими руками"

Частота ядра – это показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Она не характеризует его быстродействие: в зависимости от конструкции ядра и его наполнения различными аппаратными блоками, ядро за один такт способно выполнять разное количество команд, поэтому бывает, что процессоры с разной частотой имеют одинаковую производительность.

По умолчанию единицей одного такта считается 1 Гц. Это означает, что при частоте 1 ГГц ядро процессора выполняет 1 млрд тактов. Теоретически, если считать, что за один такт ядро выполняет одну операцию, скорость работы процессора составляет 1 млрд операций в секунду. На практике этот показатель вычислить сложно, поскольку на него влияет количество выполняемых за такт операций, сложность операции, пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.

Шины. Этот термин следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером может быть канал, по которому идет обмен данными с кэш-памятью, контроллером памяти, видеокартой, жестким диском и т. д.

Главными характеристиками шины являются ее разрядность и частота работы: чем они выше, тем больше данных проходит через нее за единицу времени, а значит, больше будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, процессоры AMD имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют различную разрядность. Это связано с технологическими особенностями, поскольку не все компоненты способны функционировать с частотой самой быстрой шины.

Именно здесь кроется первая и главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем скорости его работы. На самом деле все зависит от пропускной способности шины. Например, если предположить, что за один такт ядра передается 64 Бит или 8 Байт информации (64-битный процессор) и частота шины составляет 100 МГц, пропускная способность шины составит 8 Байт х 100 000 000 тактов, что равно приблизительно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше, что означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора простаивает.

С другой стороны, существуют шины, например между процессором и кэш-памятью первого уровня, которые позволяют наиболее эффективно обмениваться данными, что достигается за счет их работы на одной частоте.

Разрядность. Разрядность процессора определяет количество информации, которое он может обработать за один такт: чем она выше, тем больше информации он сможет обработать. Однако это не означает, что скорость процессора повышается. Разрядность влияет на объем адресуемых данных (а, соответственно, и на объем используемой оперативной памяти), хотя может повышать и скорость выполнения целочисленных операций. Разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти.

Стоит отметить, что разрядность процессора не означает, что он работает именно с ней. Это просто обозначает, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды, а в то же время работать с разрядностью 80 или 128 Бит при операциях с плавающей точкой.

На сегодня используются 32– и 64-разрядные процессоры. При этом если раньше 64-битные процессоры использовались только в серверных решениях, то теперь они часто встречаются в обычных компьютерах.

Кэш-память. Скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков, которая зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров с целью максимально ускорить работу аппаратных блоков изобрели и внедрили кэш-память.

Главное отличие кэш-памяти от оперативной памяти компьютера – скорость работы. На практике скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше скорости работы оперативной памяти, что связано с технологическим процессом их изготовления и условиями функционирования.

Существует несколько типов кэш-памяти. Наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, затем – второго и третьего. Обязательными обычно являются только первые две позиции, хотя можно сделать кэш-память четвертого, пятого уровня и т. д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной.

Размер кэш-памяти может быть разным – в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше второго или третьего. Кроме того, кэш-память первого уровня самая быстродействующая, поскольку работает на частоте ядра процессора.

Размер кэш-памяти процессоров Intel заметно больше, чем AMD. Это связано с алгоритмом работы кэш-памяти. У процессоров AMD кэш-память имеет эксклюзивный тип, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. Кэш-память процессоров Intel может хранить повторяющиеся данные, что объясняет ее увеличенный размер.

Кэш-память, как и обычная, имеет разрядность, от которой зависит ее быстродействие, поскольку большая разрядность позволяет передавать больше данных за один такт. Процессоры различных производителей работают с кэш-памятью по-разному: одни используют большую разрядность, например 256 Бит, вторые – малую, но в режиме одновременного чтения и записи.

Количество ядер. Недавно на рынке процессоров появились модели, содержащие несколько ядер. В отличие от виртуальных ядер, которые предлагает технология HyperThreading, на процессорной пластине располагается несколько физических ядер. На сегодня получают распространение процессоры, у которых имеется четыре независимых ядра.

Первые двухъядерные процессоры имели два независимых ядра, то есть ядра с одинаковым строением, включая кэш-память первого и второго уровня. Сегодня ядра имеют общую кэш-память второго уровня, что позволяет увеличить производительность процессора.

Использование многоядерного процессора дает заметное повышение производительности компьютера. Такой процессор практически невозможно загрузить работой на 100 % из-за некоторых технологических аспектов. Это означает, что ситуация, когда приложение настолько заняло процессор, что компьютер не реагирует ни на какие действия и его приходится перезагружать с помощью кнопки Reset, не возникнет.

Производительность процессора не всегда увеличивается: использование нескольких ядер подразумевает соответствующие приложения. На сегодня достаточно мало приложений, написанных с учетом многоядерности. Это означает, что обычно загружается только одно ядро. Однако многоядерность обязательно будет востребована.

Маркировка. Раньше процессоры можно было легко идентифицировать по названию и тактовой частоте. Однако с появлением процессоров с разной архитектурой (разными ядрами) подобная маркировка процессоров оказалась малоэффективной. Неразберихи добавили также процессоры AMD, которые в качестве тактовой частоты используют Pentium-рейтинг, а не реальную частоту процессора.

Сейчас существует определенный способ маркировки процессоров Intel, который можно расшифровать по таблице соответствий. Для процессоров AMD подобная маркировка пока не используется.

Интерфейс. Этот термин означает конструкцию процессора, которая, в свою очередь, определяет особую форму процессорного слота на материнской плате.

За время существования процессоров сменилось множество процессорных слотов, что было вызвано постоянным усложнением конструкции процессора и увеличением количества контактов на его пластине. Процессоры разных производителей также имеют различное количество контактов.

Несколько лет назад была введена маркировка для процессоров Intel, которая сменила показатель частоты процессора на незнакомый пользователям, но понятный производителям номер. Процессоры AMD придерживаются старого способа маркировки, который включает название процессора, его Pentium-рейтинг и дополнительный код из цифр и букв, с помощью которого можно узнать о ядре, технологическом процессе, степпингах и других показателях.

При повышении температуры любые электронные составляющие могут выйти из строя.[5]5
  С помощью BIOS можно установить защиту процессора от перегрева путем автоматического понижения тактовой частоты. Можно также настроить автоматическое отключение компьютера при достижении процессором критической температуры.


[Закрыть] В первую очередь это касается процессора.

Современные процессоры сильно нагреваются, особенно те, которые созданы с применением устаревших технологий. Тепловыделение таких процессоров может составлять до 130 Вт. Именно поэтому важно обеспечить эффективную систему охлаждения.

До недавнего времени существовал один способ охлаждения процессора – применение радиаторов. Для охлаждения радиатора использовался вентилятор. Сегодня эту проблему можно решить несколькими способами.

Воздушное охлаждение применяется в 90 % компьютеров. Для охлаждения процессора используется радиатор, который, в свою очередь, охлаждается закрепленным на нем вентилятором с высокой скоростью вращения. В сборке такое устройство называется кулером (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Кулер

Сам по себе радиатор не охлаждает процессор, а только увеличивает площадь рассеивания тепла и создает условия для эффективного прохождения воздуха, поступающего от вентилятора.

Что касается материала, то наибольшой популярностью пользуются медные радиаторы, которые позволяют рассеивать тепло на 20–30 % эффективнее, чем алюминиевые.

В последнее время часто используется воздушное охлаждение с применением тепловых трубок. Тепловая трубка – это герметичное устройство с теплоносителем, которое позволяет переносить тепло, используя для этого молекулярный механизм переноса пара.

На практике это выглядит следующим образом. Нагретый, например, радиатором процессора теплоноситель (жидкость) тепловой трубы превращается в пар и переносится в ее холодную часть, где конденсируется и охлаждается, после чего возвращается в исходную точку. Получается замкнутый цикл и практически безупречная и вечная система.

Конструкция охлаждающей системы с применением тепловых трубок может быть различной – в зависимости от количества переносимого тепла и наличия свободного места для ее организации. Однако чем больше тепловых трубок участвует в системе охлаждения, тем больше рассеивается тепла.

Подобная система охлаждения, реализованная для процессора, напоминает обычный кулер, только большего размера (рис. 2.26), и устанавливается, как правило, в мощные рабочие станции и серверы. Ее предпочитают любители экстремального разгона.

Рис. 2.26. Кулер на основе тепловых трубок

Жидкостное охлаждение применяется сравнительно давно. Существует несколько его способов. Один из них заключается в следующем. На процессор устанавливается металлический радиатор, представляющий собой теплообменник особой конструкции (рис. 2.27): металлическая трубка определенное количество раз изгибается внутри радиатора, покрывая всю его площадь. К концам трубки присоединяется водяная помпа, которая с некоторой скоростью перекачивает дистиллированную воду или другую жидкость. Холодная жидкость, протекая через трубку в теплообменнике, охлаждает его и одновременно процессор. Далее вода попадает в специальный резервуар, снабженный одним или двумя вентиляторами, где охлаждается для следующего цикла. Подбирая скорость перекачивания воды, конструкцию теплообменника и его охлаждение, можно добиться максимальной производительности системы.

Рис. 2.27. Теплообменник системы водяного охлаждения

Установить водяную систему охлаждения в системный блок просто, что привлекает многих, кто увлекается разгоном. Таким способом можно параллельно охлаждать процессор и память на графическом адаптере, которые также сильно нагреваются.

Примечание

Использование водяного охлаждения несет в себе потенциальную угрозу. При нарушении целостности конструкции вода может попасть на электрические схемы, что приведет к замыканию, последствия которого непредсказуемы.

В продаже сегодня имеется множество наборов водяного охлаждения, которые сопровождаются инструкцией по сборке.

Минус системы жидкостного охлаждения – высокая стоимость, однако для любителей игр это не препятствие.

Оперативная память – одно из устройств, от объема и скорости работы которого зависит быстродействие всего компьютера. Ее задача – своевременное предоставление процессору необходимой информации.

Наиболее популярны модули памяти DDR2 SDRAM (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Модули оперативной памяти DDR2 SDRAM

Этот стандарт обеспечивает параллельную передачу данных в двух направлениях, используя 64-битную шину. За один такт DDR2 передает в два раза больше информации, чем DDR. Технологические нововведения позволяют уменьшить потребление энергии.

На рынке начали встречаться модули памяти стандарта DDR3, которые имеют еще большую пропускную способность. Однако в результате тестов заметной разницы в производительности модулей DDR2 и DDR3 не обнаружено, поскольку модули DDR3 имеют большие тайминги. Кроме того, использование таких модулей памяти требует наличия самых новых чипсетов и, соответственно, материнской платы.

При выборе типа оперативной памяти следует помнить, что ее должна поддерживать материнская плата, поэтому перед приобретением модулей необходимо обратиться к справочной информации, прилагаемой к материнской плате. Стоит также учитывать, что современные материнские платы умеют работать с оперативной памятью в двухканальном режиме, позволяя добиться прироста производительности, но чтобы память заработала в таком режиме, требуется парное число модулей, например два модуля по 512 Мбайт, и установка их в соответствующие слоты памяти.

Для любителей трехмерных игр видеокарта – главное устройство. Именно от нее в 90 % случаев зависит скорость работы в этих приложениях, хотя многие пользователи полагают, что самое важное – процессор.

Видеокарта (рис. 2.29) служит для формирования и вывода на монитор изображения 2D (двухмерного, плоского) и 3D (объемного). От нее зависит качество изображения на экране и скорость воспроизведения графики.

Рис. 2.29. Видеокарта

Особенно критична скорость работы с трехмерной графикой, поскольку все современные игры и графические программы для обработки сложных 3D-объектов используют аппаратные возможности видеокарты.

На производительность графической подсистемы компьютера влияет множество показателей, основными среди которых являются:

• скорость шины данных, по которой передается видеоинформация;

• скорость установленной на видеокарте видеопамяти;

• объем установленной видеопамяти;

• скорость графического процессора и сопроцессора;

• аппаратные технологии работы с 3D-графикой.

На скорость работы видеокарты также влияет центральный процессор, но современные графические адаптеры используют его ресурсы крайне слабо, поскольку имеют собственный, не менее производительный графический процессор.

Важной составляющей видеокарты является графический чипсет, от которого зависит набор технологий и инструкций, используемый графическим процессором для обработки информации: чем больше информации сможет обработать графический процессор на аппаратном уровне, тем меньше придется работать центральному процессору, доделывая работу на программном уровне, а следовательно, тем быстрее будет работать видеоподсистема компьютера.

Разрешение выводимого изображения. Разрешение, с которым видеокарта выводит изображение на экран монитора, влияет на качество картинки. Пользователю вряд ли понравится изображение с прорехами.

Разрешение определяется количеством точек (пикселов), одновременно отображающихся на экране. Например, для 15-дюймовых мониторов стандартным считается разрешение 1024 х 768, для 17-дюймовых – 1280 х 1024, для 19-дюймовых – 1600 х 1200 и т. д.

Примечание

Видеокарта способна формировать изображение и более высокого разрешения, однако все зависит от возможностей монитора, которые пока далеки от возможностей видеокарты.

Глубина цвета. Под глубиной цвета подразумевается количество одновременно выводимых цветов: чем их больше, тем реалистичнее изображение.

Глубина цвета может быть любой, однако на практике используются показатели, созданные по конкретной формуле. С помощью 1 бита отображается два цвета – черный и белый, с помощью 2 бит – четыре цвета и т. д. В итоге получается арифметическая зависимость 2n, где n – количество бит.

Сегодня официально принятым считается цвет глубиной 32 бит, который позволяет передавать несколько миллионов оттенков, чего достаточно для вывода фотореалистичных изображений.

Объем видеопамяти. Для обработки видеоданных графическому процессору необходим некоторый объем видеопамяти, где он смог бы хранить их. Это особенно важно при формировании и обработке сложных трехмерных объектов.

Подсчитать затраты памяти, которая расходуется для отображения двухмерной информации, просто: нужно умножить текущее разрешение на глубину цвета, например 1280 х 1024 х 32 = 41 943 040 бит = 5120 Кбайт = 5 Мбайт. Получается немного, если просто смотреть на изображение Рабочего стола или рисовать в редакторе Paint. Однако в играх, где прорисовка даже простого объекта требует несколько мегабайт памяти, ресурсы расходуются быстро. Можно сделать вывод, что чем больше памяти, тем быстрее обрабатывается и выводится на экран графика.

В видеоадаптерах используется динамическая память с произвольным доступом, которая является самой эффективной, поскольку позволяет передавать данные в две стороны за один такт процессора. Современные видеокарты оснащаются памятью DDR, время доступа к которой составляет 0,6–2 нс.

В настоящее время наибольшее распространение получили видеоадаптеры с объемом памяти 256 Мбайт. Любители максимального комфорта покупают видеокарты с объемом памяти 512 Мбайт.

При выборе видеокарты следует в первую очередь обратить внимание на чипсет и объем памяти; если вы планируете разгонять видеокарту, лучше остановиться на моделях с активной системой охлаждения, то есть с вентилятором.

Жесткий диск (Hard Disk Drive, HDD), или винчестер, предназначен для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером, и быстрого доступа к ней. Это могут быть самые различные данные – документы, видео, аудио, базы данных и др.

Винчестер выглядит как металлическая коробка высотой 2–4 см и устанавливается в 3,5– или 5,25-дюймовый отсек компьютера (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Винчестер (вид сверху и снизу)

Внутри винчестера находятся одна или несколько пластин (дисков), на которые записывается информация. Данные записываются и считываются блоком магнитных головок, которые, не соприкасаясь, скользят над пластинами. Передвигает этот блок высокоточный шаговый двигатель, которым управляет интегрированный контроллер.

В рабочем состоянии пластины постоянно вращаются; чем выше скорость их вращения, тем быстрее считывается и записывается информация. Сегодня наиболее распространены винчестеры со следующими скоростями вращения:

• 7200 об/мин – для IDE– и SATA-дисков;

• 10 000–15 000 об/мин – для SCSI-дисков.

Жесткие диски отличаются интерфейсом, объемом, скоростью вращения пластин, кэш-буфером, временем позиционирования, временем поиска и другими параметрами. Выбирая жесткий диск, в первую очередь нужно руководствоваться первыми двумя из вышеперечисленных параметров: от интерфейса зависит скорость обмена между винчестером и контроллером материнской платы; что касается объема, сегодня встречаются модели с объемом 1 Тбайт (1024 Гбайт).

Чем меньше временные характеристики винчестера, тем быстрее жесткий диск реагирует на поступающие команды, а значит, придется меньше ждать, записывая и считывая большие объемы информации.

Сегодня наиболее распространены три типа интерфейсов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

• IDE – один из первых интерфейсов, завоевавший популярность благодаря простоте, дешевизне и достаточной эффективности. IDE-контроллер встраивается в жесткий диск, что избавляет от необходимости приобретать дополнительные платы расширения.

За все время существования IDE-интерфейса было разработано множество стандартов, описывающих правила и скорость обмена данными между контроллерами винчестера и материнской платы. Наибольшее распространение получили спецификации UltraATA/100 и UltraATA/133, которые позволяют передавать данные со скоростью 100 и 133 Мбайт/с.

IDE-устройства чаще всего используются в рабочих компьютерах пользователей, поскольку интерфейс имеет ряд ограничений.

Для подключения IDE-устройств к материнской плате используется 80-жильный шлейф. Как правило, на материнской плате присутствует от одного до четырех IDE-разъемов.

• SerialATA – тип интерфейса, который появился в результате развития IDE-интерфейса. Работа над его созданием началась в 1999 году. В итоге была выпущена спецификация, которая позволяла передавать данные со скоростью до 150 Мбайт/с. Затем появилась еще одна спецификация, имеющая пропускную способность вдвое выше. В настоящий момент ведется разработка спецификации SerialATA-3, скоростные показатели которой достигнут 600 Мбайт/с. Однако практика показывает, что скорость чтения информации с физического диска винчестера далека от теоретически возможной, поэтому дальнейшее развитие спецификации интерфейса не даст заметных результатов, пока не будет увеличена реальная скорость считывания данных.

На всех современных материнских платах присутствуют коннекторы для подключения SATA-винчестеров с помощью четырехпроводного шлейфа. Их количество может быть различным, но, как правило, таких коннекторов два-четыре (с возможностью создания RAID-массива).

• SCSI – интерфейс, который развивался параллельно с IDE-интерфейсом и изначально использовался в серверах. Современные SCSI-контроллеры поддерживают скорость передачи данных до 320 Мбайт/с (что значительно выше, чем у аналогичных IDE-устройств). SCSI-интерфейс обладает неоспоримыми преимуществами, среди которых – возможность параллельного считывания информации с нескольких накопителей, поддержка большого количества накопителей, высокая надежность и т. д.

При всех достоинствах, SCSI – дорогой интерфейс. Кроме того, для использования SCSI-винчестера необходим соответствующий контроллер, который также стоит недешево. Однако для обработки видео такой винчестер очень пригодится.

При выборе жесткого диска главными критериями должны быть скорость чтения/записи информации и объем диска. Стоит также рассмотреть модели винчестеров, которые имеют наименьший уровень шума при работе.

Что касается выбора интерфейса жесткого диска, то все зависит от того, где будет использоваться винчестер. В любом случае, SATA-винчестер предполагает отличную производительность.