Текст книги "Апгрейд, ремонт и обслуживание компьютера"

Установка новой материнской платы – процедура довольно трудоемкая. Однако это совсем не означает, что вы сами с ней не справитесь. Главное – делать все последовательно, не спеша и знать некоторые технические особенности. Вам в этом помогут видеоуроки «Урок 3.1. Установка материнской платы» и «Урок 3.2. Подключение питания к материнской плате», которые покажут, как устанавливается и подключается материнская плата ATX-формата в корпус Middle Tower.

Примечание

Во многих корпусах крышка, на которую крепится материнская плата, снимается. Это связано, в первую очередь, с тем, что размеры материнской платы могут быть велики для выбранного корпуса, что мешает и ее свободной установке. Если у вас такой корпус, воспользуйтесь этой возможностью.

Как видите, установка материнской платы требует аккуратности, которую и необходимо проявить. В противном случае компьютер может работать со сбоями или вообще не работать. Причинами могут быть отсутствие контакта в одном из разъемов, микротрещины в структуре платы в результате ее прогибов и т. д.

Глава 4
Процессор и система охлаждения

• 4.1. Общие сведения о процессоре

• 4.2. Общие сведения о системе охлаждения

Как человек не может жить без кислорода, так и компьютер не может обходиться без процессора. Поскольку процессор – это одно из самых главных устройств в компьютере, то и условия функционирования ему нужно обеспечивать соответствующие. Самое важное из них – эффективная система охлаждения. Поэтому в этой главе мы рассмотрим процессор вместе с кулером.

Процессор (Central Processing Unit, CPU) – это один из основных компонентов компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой.

Физически процессор представляет собой интегральную микросхему (пластина кристаллического кремния прямоугольной формы), на которой размещены электронные блоки, реализующие все его функции. Кристалл-пластинка обычно помещается в плоский керамический корпус и соединяется золотыми (медными) проводниками с металлическими штырьками (выводами, с помощью которых процессор входит в процессорное гнездо на материнской плате компьютера) или металлическими площадками (сами выводы уже содержатся в процессорном слоте).

Процессор обладает множеством характеристик, с помощью которых можно осуществлять сравнение разных моделей процессоров от разных производителей. Именно факт наличия нескольких производителей влияет на разнообразие характеристик процессора, поскольку вступают в силу патенты на технологии, которые не могут повторяться разными производителями.

На сегодняшний день на рынке присутствует только два реальных производителя процессоров, а именно, AMD и Intel. Поэтому их и рассматривают, когда речь идет о выборе процессора.

Вот некоторые представители этих типов процессоров: Intel Celeron, Intel Core 2 Duo, AMD Athlon, Athlon 64 X2 и др. Все они отличаются интерфейсом, используемыми технологиями (алгоритмами, количеством ядер) и быстродействием.

Рынок предлагает очень большой выбор процессоров разной частоты, начиная с «младших» (более дешевых) моделей и заканчивая моделями высшей категории, содержащими несколько ядер.

Стоит также упомянуть о том, что создание процессоров идет по трем направлениям: процессоры для персональных компьютеров, процессоры для серверов и процессоры для переносных устройств (ноутбуков, КПК, PDA и др.). Процессоры третьего направления характеризуются уменьшенным потреблением энергии, что особенно важно для данного типа устройств.

Когда идет речь о сравнении быстродействия процессоров от этих производителей, то возникает множество спорных вопросов и еще больше неоднозначных ответов. Однако ясно одно: быстродействие процессора зависит от очень многих факторов, основными из которых являются шины обмена информацией, частота работы ядра, наличие расширений стандартных инструкций, тип и размер кэш-памяти, пропускная способность контроллера памяти, аппаратные технологии ядра и многое другое. С некоторыми из них вы сможете познакомиться далее.

Частота ядра

Частота ядра – показатель, влияющий на скорость выполнения команд процессором. Однако это совсем не означает, что это характеризует его быстродействие. Дело в том, что, в зависимости от конструкции ядра и наполнения его различными аппаратными блоками, ядро способно выполнять за один такт разное количество команд, поэтому часто бывает так, 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 составила бы 1 млрд операций в секунду. На практике же этот показатель вычислить достаточно трудно, поскольку на него влияют количество выполняемых операций за такт, сложность операции[7]7
  Часто одну операцию декодер команд раскладывает на несколько более простых.


[Закрыть], пропускная способность шин кэш-памяти и оперативной памяти и т. д.

Шины

Слово «шина» следует понимать как некоторый канал с определенными характеристиками, через который процессор обменивается данными с остальными компонентами. Примером такого канала 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. Так, чем выше ее разрядность и частота, тем больше данных проходит через шину за единицу времени, а значит, больше данных будет обработано процессором или другим компонентом. К примеру, если брать процессоры AMD, то они имеют несколько подобных шин (внешних и внутренних), которые работают на разных частотах и имеют разную разрядность. Это связано с технологическими особенностями, поскольку не все компоненты способны функционировать с частотой наиболее быстрой шины.

Именно здесь и кроется первая и самая главная ошибка многих пользователей, которые считают, что частота процессора является показателем его скорости работы. На самом же деле все упирается в пропускную способность 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, то пропускная способность шины составит 8 байт Ґ 100 000 000 тактов, что равно примерно 763 Мбайт. В то же время частота ядра процессора может быть в несколько раз выше. Это, в свою очередь, означает, что при достижении этого показателя оставшийся запас скорости процессора элементарно простаивает.

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

Разрядность

Разрядность процессора определяет то количество информации, которое он может обработать за один такт. Чем выше будет его разрядность, тем больше информации он сможет обработать. Однако это совсем не означает, что скорость процессора от этого повышается. Главным образом разрядность влияет на объем адресуемых данных (а соответственно, и объем используемой оперативной памяти), хотя, конечно, может повышаться скорость выполнения целочисленных операций. Мало того, разрядность процессора тесно связана с разрядностью модулей оперативной памяти.

Однако стоит отметить тот факт, что разрядность процессора совсем не означает, что он работает именно с ней. На самом деле это просто говорит о том, что он может выполнять, к примеру, 64-битные команды. В то же время процессор спокойно может работать с разрядностью, например, 80 или 128 бит, когда дело касается операций с плавающей точкой.

На сегодняшний день используются 32– и 64-разрядные процессоры.

Кэш-память

Как вы уже поняли, скорость работы процессора определяется скоростью работы всех его участков. Скорость работы этих участков зависит от их аппаратных возможностей и пропускных способностей соответствующих шин данных. Предвидя такую ситуацию, производители процессоров придумали и внедрили кэш-память с целью максимально ускорить работу их аппаратных блоков.

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 условий функционирования.

Чтобы не заходить в теоретические дебри, достаточно будет сказать, что существует несколько типов кэш-памяти. Так, наиболее быстрой является кэш-память первого уровня, после нее по скорости идет кэш-память второго и третьего уровней. Обычно обязательными являются только первые две позиции, хотя ничто не мешает сделать кэш-память четвертого уровня и т. д. В любом случае эта память будет быстрее оперативной памяти.

Что касается размера кэш-памяти, то он может быть разным, в зависимости от модели процессора и его производителя. Обычно размер кэш-памяти первого уровня значительно меньше размера кэш-памяти второго или третьего уровня. Кроме того, кэш-память первого уровня имеет наибольшее быстродействие, поскольку работает на частоте ядра процессора.

Стоит заметить тот факт, что размер кэш-памяти процессоров Intel заметно больше, нежели процессоров AMD. Это связано с алгоритмом работы кэш-памяти. Так, у процессоров AMD кэш-память имеет эксклюзивный тип, то есть в памяти любого уровня содержатся только уникальные данные. В то же время кэш-память у процессоров Intel может содержать повторяющиеся данные, что и объясняет ее увеличенный размер.

Кэш-память, как и обычная память, имеет разрядность. От этого напрямую зависит ее быстродействие, поскольку большая разрядность позволяет передавать за один такт больше данных. Опять-таки, процессоры разных производителей по-разному работают с кэш-памятью: одни используют большую разрядность, например 256 бит, вторые – малую разрядность, но режим одновременного чтения и записи.

Количество ядер

Не так давно на рынке процессоров появились модели, содержащие несколько ядер. В отличие от виртуальных ядер, что предлагает технология HyperThreading, на процессоре действительно может располагаться несколько ядер. На сегодняшний день распространение уже получают процессоры, у которых имеются четыре независимых ядра.

Первые двухъядерные процессоры имели два абсолютно независимых ядра, то есть каждое ядро имело абсолютно одинаковое строение, включая кэш-память первого и второго уровней. Сегодня же ядра имеют общую кэш-память второго уровня, что позволяет еще больше увеличить производительность процессора.

Есть ли смысл использовать многоядерные процессоры? Ответ однозначный: есть. Использование многоядерного процессора дает заметный прирост в производительности компьютера. Кроме того, вы получаете процессор, который практически невозможно на 100 % загрузить работой, поскольку имеются некоторые технологические аспекты. Это означает, что вы больше не увидите ситуацию, когда приложение настолько заняло процессор, что компьютер не реагирует ни на какие действия и его приходится перегружать с помощью кнопки Reset.

Стоит отметить тот факт, что производительность процессора не всегда увеличивается. Дело в том, что использование нескольких ядер подразумевает соответствующее написание приложений. На сегодняшний же день достаточно мало программ, написанных с учетом многоядерности. Это означает, что обычно загружается только одно ядро. Однако время не стоит на месте и становится понятно, что многоядерность обязательно будет востребована.

Маркировка процессоров

В прежние времена процессор можно было достаточно легко идентифицировать, используя для этого лишь его название и тактовую частоту. Однако с появлением процессоров с разной архитектурой (разными ядрами) подобная маркировка оказалась малоэффективной. Кроме того, большую неразбериху добавили процессоры AMD, которые в качестве тактовой частоты используют так называемый Pentium-рейтинг, а не реальную частоту процессора.

Как бы там ни было, на сегодняшний день существует определенный способ маркировки процессоров Intel, который можно расшифровать, только видя перед собой таблицу соответствий. Что касается процессоров AMD, то подобная маркировка пока не используется, однако недалек тот час, когда это произойдет.

Интерфейс процессоров

Под словом «интерфейс» стоит понимать конструкцию процессора, которая, в свою очередь, определяет особую конструкцию процессорного слота на материнской плате.

За все время существования процессоров сменилось множество процессорных слотов, что было вызвано постоянным усложнением конструкции процессора и увеличением количества контактов на пластине процессора. Кроме того, процессоры разных производителей также имеют разное количество контактов.

Что касается маркировки процессоров, то таковая несколько лет назад была введена для процессоров Intel, сменив понятный показатель частоты процессора на его номер, непонятный пользователям, зато понятный производителям. Процессоры AMD придерживаются старого способа маркировки, включающего 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.

Ниже в табл. 4.1–4.7 дается описание популярных процессоров для персональных компьютеров, которые характерны для используемых сегодня процессорных слотов.

Таблица 4.1. Процессоры для процессорного слота Socket 478

Таблица 4.2. Процессоры для процессорного слота Socket 775

Таблица 4.3. Процессоры для процессорного слота Socket 462 (Socket A)

Таблица 4.4. Процессоры для процессорного слота Socket 754

Таблица 4.5. Процессоры для процессорного слота Socket 940

Таблица 4.6. Процессоры для процессорного слота Socket 939

Таблица 4.7. Процессоры для процессорного слота Socket AM2

Зачем нужно охлаждение? Ответ простой: законы физики. При чрезмерном повышении температуры[8]8
  Защита процессора от перегрева настраивается в BIOS путем автоматического понижения тактовой частоты. Кроме того, можно настроить автоматическое отключение компьютера при достижении процессором критической температуры. Во многих процессорах также аппаратно реализован механизм понижения частоты или питания.


[Закрыть] любые электронные составляющие теряют работоспособность и могут выйти из строя. А если вспомнить, что таких составляющих десятки и даже сотни миллионов…

На сегодняшний день процессоры в ходе работы нагреваются достаточно сильно. При этом их тепловыделение может составлять от 30 Вт для процессоров начального уровня до 130 Вт и более для высокопроизводительных процессоров. Поэтому, чтобы погасить этот «пожар», необходим эффективный теплоотвод.

До недавнего времени существовал всего один способ охлаждения процессора – радиатор. Для его охлаждения, соответственно, использовался вентилятор.

Сегодня же имеется несколько решений этой проблемы, которые реально применяются на практике и находят все более широкое применение.

Ниже рассмотрены некоторые из способов охлаждения процессора, получившие наибольшее распространение.

Воздушное охлаждение

Оно применяется в большинстве компьютеров. Для этого используются радиатор (из алюминия, меди или другого сплава) и закрепленный на нем высокооборотный вентилятор. Он охлаждает радиатор. В сборе такое устройство называется кулером (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Обычный кулер

На сегодняшний день существует большое количество радиаторов, от формы которых зависит степень охлаждения процессора. Сам по себе радиатор его не охлаждает, а лишь увеличивает площадь рассеивания тепла и создает все условия для наиболее эффективного прохождения воздуха, поступающего от вентилятора.

В последнее время все большую популярность получают медные радиаторы. Доказано, что медь рассеивает тепло эффективнее алюминия (в среднем на 20–30 %). Именно поэтому любители экстремального разгона отдают предпочтение именно меди. Хорошо зарекомендовали себя медные радиаторы Zalman, которые отличаются своей оригинальной формой (веер с множеством граней). Их цена оправдывается высокой эффективностью (в среднем кулер Zalman стоит в 2–4 раза дороже обычного кулера).

Важен в охлаждении контакт между процессором и радиатором. Чем он лучше, тем лучше будет теплоотдача между двумя этими устройствами. Если нормального контакта нет, то ни о каком эффективном охлаждении и речи быть не может.

Чтобы обеспечить хороший контакт между радиатором и поверхностью процессора, используются разнообразные теплопроводящие пасты. При выключенном компьютере паста имеет вязкое состояние. После его включения процессор начинает нагреваться, а вместе с ним нагревается и паста, переходя из вязкого состояния в жидкое. Благодаря этому она равномерно покрывает пластину процессора и обеспечивает хороший контакт с поверхностью радиатора.

Таким образом, кулер обеспечивает эффективное охлаждение процессора при его нормальном режиме работы. Большая нагрузка на него ложится при разгоне, когда температура повышается в 2–3 раза. Если в этом режиме система работает стабильно, то вы являетесь обладателем качественного и, главное, самодостаточного кулера. Если же при работе процессора в системе происходят сбои, то стоит задуматься о замене кулера более производительным или продумать вариант перехода на другой тип охлаждения.

Воздушное охлаждение с применением тепловых труб

В последнее время все большую популярность приобретают системы охлаждения, в составе которых используются тепловые трубы. Если говорить коротко, то тепловая труба – 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 холодную ее часть на некоторое расстояние до тех пор, пока не начнет конденсироваться и охлаждаться, возвращаясь обратно к исходной точке. В результате получается замкнутый цикл и практически безупречная и вечная система.

Конструкция охлаждающей системы с применением тепловых труб может быть разной, в зависимости от количества переносимого тепла и свободного места для ее организации. Однако чем больше тепловых труб участвует в системе охлаждения и чем эффективнее будет система их охлаждения, тем больше тепла сможет рассеяться.

Такая система охлаждения для процессора напоминает обычный кулер (рис. 4.2). Тепловая труба (или трубы) берет свое начало в небольшом радиаторе, прикладывающемся к поверхности процессора и заканчивающемся в более мощном радиаторе, который, в свою очередь, охлаждается мощным вентилятором.

Рис. 4.2. Кулер на основе тепловых труб

Подобные системы охлаждения находят свое применение практически в любом месте и на любом устройстве, которому требуется охлаждение. К примеру, охлаждение на основе тепловых труб можно с одинаковым успехом использовать для охлаждения процессора, видеокарты, системного набора микросхем и т. д. Очень часто такая система настолько эффективна, что позволяет даже обходиться без охлаждающего вентилятора.

Жидкостное охлаждение

В промышленности использование воды со специальными присадками в качестве охладителя практикуется давно, однако в компьютерах такая технология появилась сравнительно недавно.

Понятно, что окунуть процессор в воду не удастся. Как же тогда поступить? Подходов несколько. Один из них заключается в следующем. На процессор устанавливается металлический радиатор. Он представляет собой теплообменник особой конструкции (рис. 4.3), содержащий металлическую трубку, которая определенное количество раз изгибается внутри радиатора, покрывая при этом всю его площадь. К концам трубки присоединяется водяная помпа, которая перекачивает дистиллированную воду или другую жидкость. Холодная жидкость, протекая через трубку в теплообменнике, охлаждает его и одновременно сам процессор. Далее она попадает в специальный резервуар, снабженный одним-двумя вентиляторами, где охлаждается для следующего цикла. После этого процесс повторяется снова.

Рис. 4.3. Теплообменник системы водяного охлаждения

Как видите, все достаточно просто и эффективно. Подбирая скорость перекачивания воды, конструкцию теплообменника и его охлаждение, можно добиться максимальной производительности системы.

Установить водяную систему охлаждения компьютера достаточно легко, и именно этот факт привлекает большое количество оверклокеров. Мало того, таким способом параллельно можно охлаждать еще процессор и память на графическом адаптере, которые нагреваются не меньше центрального процессора. Установка водяного охлаждения облегчается тем, что на самом радиаторе или пластиковом держателе теплообменника имеется множество отверстий, пара из которых уж точно должна совпасть с отверстиями на материнской плате возле процессорного гнезда.

Внимание!

Водяное охлаждение несет в себе потенциальную угрозу, которая проявляется при нарушении целостности конструкции. Вода может попасть на электрические схемы, что приведет к замыканию. Последствия непредсказуемы.

В продаже есть достаточно много разных наборов водяного охлаждения, которые отличаются лишь своей конструкцией и эффективностью охлаждения. При этом в комплект входит подробная инструкция по сбору такого «самогонного» аппарата.

Большой минус системы жидкостного охлаждения – ее стоимость, что сдерживает ее широкое распространение среди обычных пользователей. Но для любителей игр это не должно стать препятствием.

Элементы Пельтье

Этот вариант охлаждения процессора можно отнести к экзотическим, но действительно результативным. Его особенно полюбили те пользователи, которые любой ценой хотят заставить процессор работать на максимальных частотах и с максимальной отдачей. Этот вариант можно применять и для охлаждения других комплектующих (например, графического процессора или памяти).

Для охлаждения используются специальные элементы (рис. 4.4), которые основаны на эффекте Пельтье (назван по имени французского физика Жана Пельтье).

Рис. 4.4. Элементы Пельтье

Суть этого эффекта состоит в следующем. Если пропускать электрический ток через границу двух полупроводников p– и n-типов, изготовленных из разных материалов, то это приводит к поглощению тепла на одном проводнике и к выделению его на другом. Количество выделяемого или поглощаемого тепла зависит от материалов проводников и силы протекающего по ним тока.

Однако не все так безоблачно. Поскольку элементы Пельтье во время работы выделяют большое количество тепла, которое напрямую зависит от их мощности, для их охлаждения необходим мощный вентилятор[9]9
  Для более эффективного охлаждения можно использовать несколько элементов Пельтье, соединяя горячую сторону одного с холодной стороной другого.


[Закрыть].

Еще один минус – большое потребление тока, а соответственно, и мощности. Например, для поглощения 40 Вт тепла процессора требуется элемент Пельтье размером 40 × 40 мм, который будет обеспечивать перепад температур в 60°, потребляя при этом до 85 Вт мощности блока питания.

Ну и самый главный недостаток: при большой мощности элемента Пельтье он способен выделять конденсат (особенно когда температура процессора низкая и не требует особого охлаждения).

Исходя из всего сказанного выше, можно предложить следующий вариант. Для максимального эффекта при минимальном риске следует использовать готовые системы кулеров, которые оснащены термодатчиками, позволяющими повышать или понижать скорость вращения вентиляторов или вообще отключать элемент Пельтье.

В комплекте с кулером стоит использовать достаточно мощный блок питания (не менее 350 Вт), который обеспечит необходимую мощность для всех компонентов компьютера.

Использование той или иной системы охлаждения – личный выбор каждого пользователя. Однако посоветовать можно только одно: если вы не пытаетесь разгонять процессор или ваша система почти справляется с таким разгоном, то нет абсолютно никакого смысла в том, чтобы приобретать, например, дорогую жидкостную систему охлаждения. Намного проще приобрести хороший медный кулер, который отлично будет справляться с поставленной задачей.

Если же планируется экстремальный разгон, то в этом случае, конечно, скупиться не рекомендуется.