Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Ответы на экзаменационные вопросы по техническим средствам информатизации - файл 1.doc


Ответы на экзаменационные вопросы по техническим средствам информатизации
скачать (1432.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc1433kb.16.12.2011 00:21скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Билет №1. Направления развития средств вычислительной техники

Тенденции развития микропроцессоров

По прогнозам аналитиков, к 2012 году число транзисторов в микропроцессоре достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастет до 10 ГГц, а производительность достигнет 100 млрд.оп/с.

Рассмотрим основные направления развитие микропроцессоров.

1. Повышение тактовой частоты.

Для повышения тактовой частоты при выбранных материалах используются: более совершенный технологический процесс с меньшими проектными нормами; увеличение числа слоев металлизации; более совершенная схемотехника меньшей каскадности и с более совершенными транзисторами, а также более плотная компоновка функциональных блоков кристалла.

Так, все производители микропроцессоров перешли на технологию КМОП, хотя Intel, например, использовала БиКМОП для первых представителей семейства Pentium. Известно, что биполярные схемы и КМОП на высоких частотах имеют примерно одинаковые показатели тепловыделения, но КМОП-схемы более технологичны, что и определило их преобладание в микропроцессорах.

Уменьшение размеров транзисторов, сопровождаемое снижением напряжения питания с 5 В до 2,5-3 В и ниже, увеличивает быстродействие и уменьшает выделяемую тепловую энергию. Все производители микропроцессоров перешли с проектных норм 0,35-0,25 мкм на 0,18 мкм и 0,12 мкм и стремятся использовать уникальную 0,07 мкм технологию.

Год производства

2005

2006

2007

2010

2013

2016

DRAM, нм

80

70

65

45

32

32

МП, нм

80

70

65

45

32

32

Uпит, В

0,9

0,9

0,7

0,6

0,5

0,4

Р, Вт

170

180

190

218

251

288

При минимальном размере деталей внутренней структуры интегральных схем 0,1-0,2 мкм достигается оптимум, ниже которого все характеристики транзистора быстро ухудшаются. Практически все свойства твердого тела, включая его электропроводность, резко изменяются и "сопротивляются" дальнейшей миниатюризации, возрастание сопротивления связей происходит экспоненциально. Потери даже на кратчайших линиях внутренних соединений такого размера "съедают" до 90% сигнала по уровню и мощности.

При этом начинают проявляться эффекты квантовой связи, в результате чего твердотельное устройство становится системой, действие которой основано на коллективных электронных процессах. Проектная норма 0,05-0,1 мкм (50-100 нм) - это нижний предел твердотельной микроэлектроники, основанной на классических принципах синтеза схем.

Уменьшение длины межсоединений актуально для повышения тактовой частоты работы, так как существенную долю длительности такта занимает время прохождения сигналов по проводникам внутри кристалла. Например, в Alpha 21264 предприняты специальные меры по кластеризации обработки, призванные локализовать взаимодействующие элементы микропроцессора.

Проблема уменьшения длины межсоединений на кристалле при использовании традиционных технологий решается путем увеличения числа слоев металлизации. Так, Cyrix при сохранении 0,6 мкм КМОП технологии за счет увеличения с 3 до 5 слоев металлизации сократила размер кристалла на 40% и уменьшила выделяемую мощность, исключив существовавший ранее перегрев кристаллов.

Одним из шагов в направлении уменьшения числа слоев металлизации и уменьшения длины межсоединений стала технология, использующая медные проводники для межсоединений внутри кристалла, разработанная фирмой IBM и используемая в настоящее время и другими фирмами-изготовителями СБИС.

Впервые рубеж тактовой частоты в 500 МГц перешагнули микропроцессоры фирмы DEC, которая уже в конце 1996 г. поставляла Alpha 21164 с тактовой частотой 500 МГц, в 1997 г. - Alpha 21264 с тактовой частотой 600 МГц, а в 1998 г. - Alpha 21264 с тактовой частотой 750 МГц и выше. В настоящее время ряд фирм выпускает процессоры для персональных компьютеров с тактовой частотой свыше 4 ГГц.
^ 2. Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти.

Возможные решения по увеличению пропускной способности подсистемы памяти включают создание кэш-памяти одного или нескольких уровней, а также увеличение пропускной способности интерфейсов между процессором и кэш-памятью и конфликтующей с этим увеличением пропускной способности между процессором и основной памятью. Совершенствование интерфейсов реализуется как увеличением пропускной способности шин (путем увеличения частоты работы шины и/или ее ширины), так и введением дополнительных шин, расшивающих конфликты между процессором, кэш-памятью и основной памятью. В последнем случае одна шина работает на частоте процессора с кэш-памятью, а вторая - на частоте работы основной памяти. При этом частоты работы второй шины, например, равны 66, 66, 166 МГц для микропроцессоров Pentium Pro-200, Power PC 604E-225, Alpha 21164-500, работающих на тактовых частотах 300, 225, 500 МГц, соответственно. При ширине шин 64, 64, 128 разрядов это обеспечивает пропускную способность интерфейса с основной памятью 512, 512, 2560 Мбайт/с, соответственно.

Общая тенденция увеличения размеров кэш-памяти реализуется по-разному:

внешние кэш-памяти данных и команд с двухтактовым временем доступа объемом от 256 Кбайт до 2 Мбайт со временем доступа 2 такта в HP PA-8000;

отдельный кристалл кэш-памяти второго уровня, размещенный в одном корпусе в Pentium Pro;

размещение отдельных кэш-памяти команд и кэш-памяти данных первого уровня объемом по 8 Кбайт и общей для команд и данных кэш-памяти второго уровня объемом 96 Кбайт в Alpha 21164.

Наиболее используемое решение состоит в размещении на кристалле отдельных кэш-памятей первого уровня для данных и команд с возможным созданием внекристальной кэш-памяти второго уровня. Например, в Pentium II использованы внутрикристальные кэш-памяти первого уровня для команд и данных по 16 Кбайт каждая, работающие на тактовой частоте процессора, и внекристальный кэш второго уровня, работающий на половинной тактовой частоте.
^ 3. Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств.

Каждое семейство микропроцессоров демонстрирует в следующем поколении увеличение числа функциональных исполнительных устройств и улучшение их характеристик, как временных (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение длительности каждой ступени), так и функциональных (введение ММХ-расширений системы команд и т.д.).

В настоящее время процессоры могут выполнять до 6 операций за такт. Однако число операций с плавающей точкой в такте ограничено двумя для R10000 и Alpha 21164, а 4 операции за такт делает HP PA-8500.

Для того чтобы загрузить функциональные исполнительные устройства, используются переименование регистров и предсказание переходов, устраняющие зависимости между командами по данным и управлению, буферы динамической переадресации.

Широко используются архитектуры с длинным командным словом - VLIW. Так, архитектура IA-64, развиваемая Intel и HP, использует объединение нескольких инструкций в одной команде (EPIC). Это позволяет упростить процессор и ускорить выполнение команд. Процессоры с архитектурой IA-64 могут адресоваться к 4 Гбайтам памяти и работать с 64-разрядными данными. Архитектура IA-64 используется в микропроцессоре Merced, обеспечивая производительность до 6 Гфлоп при операциях с одинарной точностью и до 3 Гфлоп - с повышенной точностью на частоте 1ГГц.
^ 4. Системы на одном кристалле и новые технологии.

В настоящее время получили широкое развитие системы, выполненные на одном кристалле - SOC (System On Chip). Сфера применения SOC - от игровых приставок до телекоммуникаций. Такие кристаллы требуют применения новейших технологий.

Основной технологический прорыв в области SOC удалось сделать корпорации IBM, которая в 1999 году смогла реализовать сравнительно недорогой процесс объединения на одном кристалле логической части микропроцессора и оперативной памяти. В новой технологии, в частности, используется так называемая конструкция памяти с врезанными ячейками (trench cell). В этом случае конденсатор, хранящий заряд, помещается в некое углубление в кремниевом кристалле. Это позволяет разместить на нем свыше 24 тыс. элементов, что почти в 8 раз больше, чем на обычном микропроцессоре, и в 2-4 раза больше, чем в микросхемах памяти для ПК. Следует отметить, что хотя кристаллы, объединяющие логические схемы и память на одном кристалле, выпускались и ранее, например, такими фирмами, как Toshiba, Siemens AG и Mitsubishi, подход, предложенный IBM, выгодно отличается по стоимости. Причем ее снижение никоим образом не сказывается на производительности.

Использование новой технологии открывает широкую перспективу для создания более мощных и миниатюрных микропроцессоров и помогает создавать компактные, быстродействующие и недорогие электронные устройства: маршрутизаторы, компьютеры, контроллеры жестких дисков, сотовые телефоны, игровые и Интернет-приставки.

Для создания SOC IBM использует самые современные технологические решения, одним из которых являются медные межсоединения (copper interconnect). Первым микропроцессором IBM с медными межсоединениями в 1998 г. стал PowerPC 750. По сравнению с технологией, где межсоединения выполнены на основе алюминия, медь позволяет сделать кристалл меньшим по размеру и более быстродействующим. Медная металлизация уменьшает общее сопротивление, что позволяет увеличить скорость работы кристалла на 15-20%. Обычно эта технология дополняется еще одной новинкой: технологией кремний на изоляторе - КНИ (SOI, Silicon On Insulator). Она уменьшает паразитные емкости, возникающие между элементами микросхемы и подложкой. Благодаря этому тактовую частоту работы транзисторов также можно увеличить. Возрастание скорости от использования КНИ приближается к 20-30%. Таким образом, общий рост производительности в идеальном случае может достигнуть 50%.
Нанотехнологии

Нанотехнологии - это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Это технологии манипуляции отдельными атомами и молекулами, в результате которых создаются структуры сложных спецификаций. Слово "нано" (в древнегреческом языке "nano" - "карлик") означает миллиардную часть единицы измерения и является синонимом бесконечно малой величины, в сотни раз меньшей длины волны видимого света и сопоставимой с размерами атомов. Поэтому переход от "микро" к "нано" - это уже не количественный, а качественный переход: скачок от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Мир таких бесконечно малых величин намного меньше, чем мир сегодняшних микрокристаллов и микротранзисторов.

Основа нанофизики и нанотехнологии создана именно в нашей стране. Теоретические и первые экспериментальные работы в этой области были сделаны выдающимся российским ученым и изобретателем профессором П.К. Ощепковым (1908-1992). В его работах - обоснование физики ультратонких или, как сейчас говорят, наноструктур.
Российский ученый впервые теоретически обосновал положение о том, что переход на уровень нано означает не только количественный, но и качественный переход в новое состояние материи. Кроме того, Ощепков впервые высказал основные положения современной нанотехнологии об использовании волновых свойств электронов и их способности к туннелированию на наноструктурах для создания принципиально новых энергетических устройств.

Сейчас работы в области нанотехнологий ведутся в четырех основных направлениях:

молекулярная электроника;

биохимические и органические решения;

квазимеханические решения на основе нанотрубок;

квантовые компьютеры.

На долю США ныне приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии (Европейский Союз - примерно 15%, Япония - 20%). Исследования в этой сфере активно ведутся также в странах бывшего СССР, Австралии, Канаде, Китае, Южной Корее, Израиле, Сингапуре и Тайване. Если в 2000 году суммарные затраты стран мира на подобные исследования составили примерно 800 млн.долларов, то в 2001 году они увеличились вдвое. По мнению экспертов, чтобы нанотехнологии стали реальностью, ежегодно необходимо тратить не менее 1 трлн.долларов.

В последнее время резко увеличилось количество публикаций о новых достижениях в области нанотехнологий. Самые свежие новости можно найти, например, на сайте http://www.nanonewsnet.com/. Ниже мы рассмотрим некоторые из них.

Наиболее значимые практические результаты достигнуты в области молекулярной электроники. Она логически близка к традиционной полупроводниковой электронике. Методами молекулярной электроники из углеводородных соединений удается получить аналоги диодов и транзисторов, а следовательно, и основные булевы модули И, ИЛИ и НЕ, из которых затем можно строить схемы любой сложности. Подобный подход позволяет сохранить преемственность архитектурных решений.

В 1999 году сотрудники компании Hewlett-Packard и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) смогли получить действующий молекулярный вентиль. Его толщина составляет всего одну молекулу. Первоначально он умел либо только открываться, либо только закрываться.

Исследователи из Йельского университета смогли продвинуться дальше: их вентиль может принимать любое из двух положений, что позволяет произвольно записывать в него 0 или 1. Обе группы работают над объединением вентилей в регистры.

По мнению аналитиков, предел миниатюризации для традиционной кремниевой электроники наступит через 10-15 лет, а число транзисторов в более сложных устройствах вроде электрических схем неуклонно растет.

Ученые из лаборатории Lucent Technologies Bell Labs сообщили о создании транзистора, который в миллион раз меньше крупицы песка.

Это событие может стать ключевым моментом в создании миниатюрных компьютерных микросхем с малым потреблением энергии. Транзисторы являются "мозгом" компьютеров и любых других электронных устройств. Используя органическую молекулу и химические внутренние процессы, исследователи уменьшили размер транзистора до 1-2 нанометров (миллиардной части метра), чего еще никому не удавалось.

При создании транзисторов использовалась техника "самосборки", когда молекулы фактически сами присоединяются одна к другой с помощью электродов, сделанных из золота. Это позволило уменьшить размер канала до 1-2 нм, причем использованная методика относительно недорога и позволяет увеличить плотность транзисторов на единицу площади. Хотя пока получен только экспериментальный образец, исследователи настроены весьма оптимистично и считают, что вскоре станет возможным строить микропроцессоры и микросхемы памяти из транзисторов размером с молекулу.

Ученые компании Philips разработали нанотранзистор, использующий эффект сверхпроводимости. Новые транзисторы состоят из арсенида индия и алюминиевых сверхпроводящих контактов, а заряд переносится не электронами, а куперовскими парами. Последние представляют собой спаренные электроны с противоположно направленными спинами. Как и в случае с обычными полевыми транзисторами, в новых элементах ток в канале между стоком и истоком регулируется напряжением на затворе. Известно, что эффекта сверхпроводимости можно достичь при очень низких температурах. При какой температуре элементы новых транзисторов проявляют сверхпроводящие свойства, разработчики не сообщают.

Арсенид-индиевые полупроводники размерами от 10 до 100 нм ученые получили с помощью сложного процесса выпаривания. По заявлению Philips, новые транзисторы не только могут стать основой для сверхпроводящих электронных наноцепей нового поколения, но и позволят более основательно изучить явление квантового переноса. Подробно свои исследования ученые собираются представить в одном из выпусков журнала Science.

О крупном достижении, "открытии, представляющем новое мышление в наноэлектронике" сообщили исследователи из двух американских университетов - Калифорнии в

Сан-Диего (UCSD) и Клемсона (Clemson University). Им впервые удалось сделать транзистор полностью из углеродных нанотрубок, разветвленных в форме буквы "Y"). Размер нанотранзистора - несколько сотен микрон, что примерно в 100 раз меньше компонентов, используемых в сегодняшних микропроцессорах.



Нанотранзистор на углеродных нанотрубках (Изображение из журнала New Scientist)

В компании Hewlett Packard утверждают, что разработали методику изготовления микросхем, которая позволит продлить действие закона Мура по крайней мере на 50 лет.

По словам ученых, технология теоретически позволит создавать сверхбыстродействующие микросхемы для компьютеров следующего поколения. Другим достоинством методики является относительно низкая себестоимость производства чипов, для изготовления которых предполагается применять систему, напоминающую струйную печать.

Патент на предложенную технологию был получен компанией Hewlett-Packard еще в 2003 году, однако доказать жизнеспособность методики исследователям удалось значительно позже. Планируется, что первые гибридные микросхемы, содержащие и транзисторы, и "нанозащелки", появятся на рынке в первой половине следующего десятилетия. Изготавливаться такие чипы будут, предположительно, по 32-нанометровой технологии. Коммерциализация новой методики намечена на 2020-е гг.

Суть новой технологии состоит в следующем. Вместо транзисторов исследователи НР предлагают использовать так называемые "защелки", состоящие из трех нанопроводников и двух молекулярных переключателей. Два из этих проводников расположены параллельно друг другу и размещены над третьим под прямым углом. Молекулярные переключатели служат для соединения нанопроводников друг с другом. Причем переключатели всегда находятся в различных состояниях: один из них открыт, а другой - закрыт, или наоборот. Эти комбинации и соответствуют логическим 0 и 1.



Нанопереключатели для микросхем следующего поколения

Успехи нанотехнологий можно отметить в области хранения данных. Так, фирма IBM создала прототип устройства памяти "многоножка" (Millipede), первое наноустройство хранения данных. Компания ожидает, что эта переломная технология завоюет рынок к 2006 или 2007 году. Новинка состоит из записывающей матрицы манипуляторов, которая включает в себя 4096 кантилеверов, выполненных как устройства чтения-записи (подобные кантилеверы используются сейчас в электронных и атомно-силовых микроскопах). Правда, у прототипа пока вчетверо меньше кантилеверов, но это не мешает сделать вывод о благоприятных рыночных перспективах продукта.

Теоретически квадратный чип с длиной стороны 2,4 см может хранить до 125 Гб данных, что эквивалентно емкости 25 дисков формата DVD.

Разрабатывается магнитная flash-память на основе углеродных нанотрубок. Ее архитектура довольно проста: каждая ячейка памяти состоит из двух пересекающихся нанотрубок, содержащихся внутри примеси железа или помещенных в ферромагнитное окружение. В нанопамяти роль слоев будут играть пересекающиеся нанотрубки, магнитную ориентацию которых можно менять с помощью электрических импульсов различной полярности. А считывать логическое состояние "1" или "0" будут более слабые электрические сигналы определенной полярности. Таким образом, если магнитная ориентация нанотрубок установлена противоположно посылаемому импульсу считывания, то по низкой величине тока импульса будет определяться значение "0". И наоборот - если магнитная ориентация нанотрубок совпадает с направлением электронов в импульсе, то амплитуда тока импульса будет соответствовать логической "1". Полученная память будет энергонезависимой.



Матрица ячеек памяти из нанотрубок

Фирма Motorola продемонстрировала действующий прототип нового цветного дисплея, в котором используется множество микроскопических нитей, называемых углеродными нанотрубками. Прототип дисплея имеет размер 4,7 дюйма по диагонали и дает оптическое разрешение в 128х96 пикселей. Он должен стать элементом 42-дюймо-вого телевизионного экрана высокой четкости изображения с разрешением 1280х720 пикселей. В качестве источника электронов используются углеродные нанотрубки.



Принцип действия дисплея NCD
Фотоника

Фотоника - это технология излучения, передачи, регистрации света при помощи волоконной оптики и оптоэлектроники.

Довольно давно уже известна оптимальная среда для передачи огромных массивов данных - это свет, бегущий по волоконно-оптическим кабелям. А все компьютерные транзисторы работают с электрическим током, текущим по медным проводам. Исследователям лабораторий Intel удалось органически совместить кремний со светом - так родилась кремниевая фотоника.

16.февраля 2004 г. впервые было продемонстрировано устройство, передающее информацию по волоконно-оптическому кабелю со скоростью 1 Гбит в секунду!

Луч света, идущий по оптическому волокну, расщепляется на два луча, затем один из лучей проходит через специальное устройство, в котором световые колебания могут сдвигаться по фазе. После сложения лучей наблюдается интерференция. Наличие света считают "1", а его отсутствие - "0".

До сих пор существовали быстрые модуляторы (устройства, преобразующие свет в последовательность битов информации), но они были очень дорогими, сложными в производстве и делались с использованием экзотических материалов (таких как арсенид галлия или фосфид индия). Самые быстрые кремниевые модуляторы работали на скоростях около 20 МГц. Кремниевый модулятор Intel работает со скоростью более 1 ГГц, исследователи надеются повысить эту скорость еще раз в 10!

У кремниевой фотоники есть масса преимуществ. Прежде всего, это то, что по оптическому волокну можно передавать тысячи потоков сигналов на разных длинах световых волн, тогда как по медному проводу может идти лишь один ток. Теоретический предел для такой передачи близок к 100 триллионам бит в секунду - этого достаточно, чтобы передать по одному волокну (в 30 раз тоньше человеческого волоса) телефонные переговоры всех жителей Земли одновременно.

Микропроцессорная технология потенциально имеет много назначений: создание персональных электронных партнеров, интеллектуализация (в известном смысле "оживление") всей техносферы, усиление и защита функций организма с помощью персональных медико-кибернетических устройств, в том числе вживляемых в организм

В результате эволюции электронной технологии от "микро" к "нано" и ее слияния с "генной", вероятно, будет достигнуто состояние, при котором станет возможным синтез в массовых количествах любых технических устройств. Однако основная цель будущей нанотехнологии, по всей вероятности, - создание структур, способных к эволюции и саморазвитию.
^ Билет №2. Персональный компьютер. Состав

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.

Персональный компьютер-это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения.

Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.



Структурная схема ПК

Аппаратная часть состоит из вычислительного блока и внешних устройств.

-Вычислительный блок включает процессор и память. Процессор - это устройство, выполняющее операции (команды) с информацией (данными). Память (ОЗУ - оперативно запоминающее устройство) - устройство, содержащее команды и данные для процессора. Процессор и память устанавливаются на материнской плате. Материнская плата - плата, которая обеспечивает взаимодействие основных компонентов компьютера.

Внешние устройства делятся на устройства ввода, вывода и накопители информации. Внешние устройства крепятся к материнской плате либо непосредственно, либо через специальные платы (карты). Материнская плата с процессором, памятью и платами внешних устройств находятся в системном блоке компьютера.

К устройствам ввода информации относятся:

- клавиатура - ввод текстовой информации;

- мышь, световое перо, трекбол - ввод информации путем "указания", например выбор одного из предложенных вариантов, или указание координат;

- сканер - ввод текстовой и графической информации с бумажных носителей;

- микрофон - ввод звуковой информации.

К устройствам вывода информации относятся:

- монитор (дисплей) - вывод текстовой, графической и видео информации;

- принтер, плоттер (графопостроитель) - вывод информации на бумажный носитель;

- динамик (колонки) - вывод звуковой информации.
^ Билет №3. Корпус и блок питания ПК. Форм-фактор, классификация

Корпус компьютера предназна­чен для монтажа основных компонентов компьютера. Среди корпусов можно выде­лить три категории изделий: технологические, дизайнерские, интерьерные. Самой многочисленной выглядит категория технологических корпу­сов, внешний вид которых знаком любому покупателю: параллелепипед цвета слоновой кости (Ivory), стоящий вертикально (Tower) или уложен­ный на бок (Desktop). Для домашних компьютеров использу­ют вертикальные корпуса стандартных типоразмеров: Mini Tower, Midi Tower и Full Tower.

Основным параметром, определяющим качество корпуса, является толщина металла несущей рамы, шасси системной платы, а также стенок (кожуха). Если шасси сделано из достаточно толстого металла, то резко снижается уровень излучаемого шума и практически отсутствует вибра­ция. Такие качества обеспечивают корпуса с толщиной металла не менее 0,8 мм. Известные фирмы, специализирующиеся на изготовлении корпусов, обычно делают их из металла толщиной 1 мм. Дешевые корпуса (ценой 25-30 долларов) изготавливают из стального листа толщиной 0,5-0,6 мм (практически из жести), поэтому их стенки легко прогибаются и могут входить в резонансную вибрацию с вентиляторами системы охлаждения и жесткими дисками. Качественные корпуса имеют шасси с обработанными или завальцованными краями, иногда даже по­крашенные, часто изнутри покрыты пермаллоем — материалом, не пропускающим низкочастотные электромагнитные излучения.

На лицевой стороне корпуса должны находиться как минимум две кнопки: включения питания (POWER) и перезагрузки (RESET). Кнопка POWER должна выделяться цветом и размером; лучше, если она чуть утоплена. Для корпуса типа AT лучшим выключателем является тумблер. Для корпуса типа АТХ это в принципе невозможно, так как согласно спецификации ACPI длительность нажатия кнопки POWER определяет переход в различные состояния по энергопи­танию компьютерной системы. Кнопка RESET должна быть мелкой и утопленной достаточно глубоко, чтобы исключить непреднамеренное нажатие. На некото­рых качественных АТХ корпусах дополнительно устанавливают кнопку SLEEP.

Отличительные признаки технологически продуманного корпуса:

- крепление боковых стенок на клипсах, на барашках или на винтах с накатанной головкой, не требующих применения отвертки;

- размещение блока питания вне проекции системной платы;

- малошумящий блок питания с входным отверстием снизу;

- съемное, выдвигающееся или откидное шасси системной платы;

- установка накопителей в отсеки 5,25" на планках, без использова­ния винтов;

- съемная или выдвигающаяся корзина для жестких дисков;

- установка жестких дисков на амортизирующем шасси;

- использование планок для крепления плат расширения;

- отверстие для входа охлаждающего воздуха на боковой стенке;

- места для установки дополнительных вентиляторов на передней и тыльной панелях.

Выделяют 2 основных форм-фактора корпусов – ATX и BTX.

В корпусе АТХ плата (стандартного размера 305x244 мм) располагает­ся длинной стороной вдоль задней стенки. Процессор на плате устанав­ливается в непосредственной близости от разъема питания для миними­зации длины питающих цепей и охлаждения от встроенного вентилятора БП. Некоторые блоки имеют автоматическую регулировку скорости вра­щения вентилятора в зависимости от температуры. Блок питания АТХ, кроме стандартных для AT напряжений и сигна­лов, обеспечивает также напряжение 3,3 В и поддерживает управление питанием по сигналу с платы, которая имеет для этого программный ин­терфейс. Для соединения блока питания с платой используется единый 24-кон­тактный разъем. В стандарте АТХ оговорен также разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вен­тилятора, а с платы в блок питания — сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3,3 В для более точной его стабили­зации.

Спецификации Balanced Technology Extended разработаны с целью стандартизации интерфейсов и определе­ния форм-факторов для настольных вычислительных систем в области их электрических, механических и термических свойств. Спецификации описывают механические и электрические интерфейсы для разработки системных плат, шасси, блоков питания и других системных компонен­тов. Спецификациями ВТХ предусмотрены три основных форм-фактора корпусов. Вместе с тем, обеспечена поддержка платформ самых различных габаритов при соблюдении одного условия - все систем­ные платы должны иметь стандартную глубину 266,7 мм. Полноразмерная плата ВТХ характеризуется шириной платы 325,12 мм (что соответству­ет АТХ). Подразумевается поддержка до 7 слотов расширения. Формат microBTX характеризуется шириной платы 264,16 мм. Подразумевается поддержка до 4 слотов расширения. Низкопрофильный формат picoBTX нормируется шириной платы всего 203,20 мм. Подразумевается поддерж­ка лишь одного слота расширения. Разработчики пред­усмотрели обратную совместимость с корпусами спецификации АТХ 2.03. Поэтому системные платы форм-фактора ВТХ можно монтировать в лю­бой из нынешних корпусов АТХ. Разъемы питания систем ВТХ и требо­вания к стабильности напряжения остались в целом неизмененными по сравнению с АТХ. Механизм крепления системных плат семейства ВТХ к шасси значительно изменился. Теперь монтаж производится с помо­щью специализированных модулей поддержки и крепления Support and Retention Module (SRM). Такой механизм одновременно с приданием до­полнительной жесткости всей конструкции подразумевает улучшение термобаланса компонентов системы, особенно процессора.
В современных компьютерах в основном применяют блоки питания им­пульсного типа. Входное напряжение сети 220 В подается непосредствен­но на выпрямитель, без понижающего трансформатора. Выпрямленное напряжение используется для питания транзисторного генератора, рабо­тающего на частотах в десятки килогерц, который накачивает энергией дроссель. Дроссель нагружен на высокочастотный трансформатор, с вто­ричных обмоток которого снимаются напряжения согласно спецификации АТХ: +5 В, -5 В, +12 В, -12 В, +3,3 В. Транзистор генератора работает в так называемом ключевом режиме, поэтому в любой момент времени либо ток через него равен нулю, либо напряжение на нем равно нулю, в итоге на ключевом транзисторе практически не выделяется мощности. Но все же некоторые потери энергии происходят и в транзисторе, и в дросселе, и в трансформаторе, поэтому КПД импульсного блока питания обычно на­ходится в диапазоне 65-85%. В импульсном стабилизаторе регулирование напряжения осущест­вляется изменением ширины импульсов, вырабатываемых генератором, то есть используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Стабилизатор сравнивает присутствующее на его выходе напряжение с образцовым и регулирует ширину вырабатываемых импульсов так, что­бы эти два напряжения совпадали. Типовой импульсный стабилизатор имеет линию обратной связи, идущую с выхода +5 В. Прочие выходные линии проходят через общий дроссель.

На блоке питания в видном месте должна быть наклейка с указанием названия тестовой лаборатории, выдавшей сертификат безопасности и соответствия стандартам: UL, CSA, TUV, СВ, СЕ, VDE, FCC, FTZ, DEMKO, NEMKO, FIMKO&SEMKO (какая именно, оговаривается в спецификации к блоку). На блоке питания помимо сетевого разъема монтируются розетка для питания дисплея и выключатель. Для соединения блока питания с платой используется единый 24-кон­тактный разъем, для питания HDD и ODD 4-контакный разъем. В стандарте АТХ оговорен также разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вен­тилятора, а с платы в блок питания — сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3,3 В для более точной его стабили­зации.
^ Билет №4.Система охлаждения компонентов компьютерной системы

Системы охлаждения классифицируются по способам отво­да тепла:

- воздушные;

- на элементах Пельтье;

- водяные;

- криогенные.

Воздушные системы охлаждения основаны на передаче тепловой энер­гии от процессора к радиатору, имеющему гораздо большую площадь поверхности, чем кристалл, через которую и отводится излишек тепла. Поверхность радиатора обдувается воздушным потоком, создаваемым вентилятором.

Тепловые трубки способствуют эффективному теплоотводу от поверхности про­цессора, а по коэффициенту теплопроводности в сотни раз превосходят обычные медные трубки. По принципу действия тепловые трубки во мно­гом схожи с термосифонами, в которых теплоотвод осуществляется за счет тепловой конвекции. Простейший термосифон представляет собой полую, герметично за­крытую трубку (например, из меди), внутри которой имеется небольшое количество рабочей жидкости. Термосифон располагается вертикально, а конец с жидкостью помещается в область повышенной температуры. При подводе тепла жидкость начинает превращаться в пар (зона испарения), который в результате конвекции движется вверх, то есть в зону с меньшей температурой. При остывании пар конденсируется и по стенкам термоси­фона под действием гравитационных сил стекает вниз. Для эффективного теплоотвода с помощью такого термосифона необходимо обеспечить по­стоянный отвод тепла от зоны конденсации, что можно сделать с помощью радиатора. То есть необходимо, чтобы всегда существовал градиент тем­пературы и чтобы температура зоны конденсации была достаточной для конденсации пара. Необходимо, чтобы теплоотвод осуществлялся при любом положении трубки. Для этого возврат конденсата в зону ис­парения должен происходить не под действием гравитационных сил, а вопреки их действию. Таким меха­низмом возврата служит капилляр­ный эффект в пористом материале, который реализуется в тепловых трубках. Тепловые трубы, используемые для системы охлаждения процес­соров, обычно изготавливаются из меди, а на их внутреннюю поверх­ность наносят слой пористого ма­териала. В качестве рабочей жидкости могут использоваться различ­ные вещества, которые должны удовлетворять определенным условиям. Во-первых, рабочая жидкость должна иметь точку фазового перехода «жидкость — пар» в требуемом диапазоне рабочих температур. Во-вто­рых, жидкость должна обладать достаточно большой удельной теплотой парообразования, так как чем выше удельная теплота парообразования, тем меньше потребуется жидкости. В-третьих, жидкость должна обла­дать достаточно высокой теплопроводностью, чтобы свести к минимуму перепад температур между стенкой трубки и поверхностью испарения. В данном случае предпочтительнее использование жидкостей с высоким поверхностным натяжением, поскольку такая жидкость обладает ярко выраженным капиллярным эффектом. При охлаждении процессоров в качестве рабочей жидкости используют 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 достаточно мелкопористым для улучшения капиллярного эффекта, однако слишком мелкопористая структура будет препятство­вать проницаемости жидкости. Выбор капиллярно-пористого материала зависит как от рабочих температур, так и от общей длины тепловой трубки.

Системы водного охлаждения отводящие тепло от кристалла с помощью принудитель­ной циркуляции охлаждающей жидкости. Комплект такой системы обычно состоит из медного теплообменника, крепящегося к процессору, водяного насоса, медного радиатора, вентилятора и соеди­нительных силиконовых трубок. В качестве жидкости рекомендуется ис­пользовать дистиллированную воду. Принцип работы системы предельно прост: насос прокачивает воду через теплообменник, который закреплен на кристалле. Нагретая вода поступает в радиатор, где охлаждается за счет увеличения поверхности рассеивания тепла и обдува воздухом, на­гнетаемым вентилятором. Испытания показывают, что эффективность системы водяного охлаж­дения на 35-40% выше, чем у типовых систем воздушного охлаждения. Однако уровень шума, создаваемого насосом и вентилятором, достигает 48-50 Дб, причем в неприятном для слуха диапазоне. Также к минусам следует отнести высокую стоимость данной системы.

Принцип работы элементов Пельтье основан на явлении термоэлектриче­ской эмиссии. Отметим, что для охлаждения процессора с рассеиваемой мощностью 50-60Вт потребуется элемент Пельтье не меньшей мощно­сти, с потребляемым током 10—15 А, который так поднимет температу­ру внутри корпуса, что прочим компонентам компьютера станет невмо­готу. Кроме того, для охлаждения «горячей» стороны термопары нужен мощный вентилятор. Причем его выход из строя грозит расплавлением и модуля Пельтье, и процессора, и материнской платы. Поэтому целесо­образно использовать элементы Пельтье для охлаждения процессоров с тепловыделением 20—25 Вт и ниже.

Криогенные учтановки работают по тому же принципу, что и бытовые холодильники. Поэтому состав таких систем вполне предсказуем: компрессор, испаритель, радиатор (расширитель) и соединительные элементы. Фирма Asetek выпускает корпуса модели Vapochill со встроенным криогенным охла­дителем на фреоне. Естественно, что испаритель выполнен миниатюр­ным и охлаждает только кристалл процессора. В результате мощность, потреблемая криогенной системой охлаждения, не превышает 50-70 Вт. Вместе с тем надо понимать, что фирма запрашивает за такую систему столько денег, что их хватило бы на покупку настоящего домашнего холо­дильника. Серийного производства криогенных систем пока не налажено. Каждый раз создается по сути уникальная, единичная конструкция, нацеленная на достижение рекордных результатов в разгоне процессора.
^ Билет №5. Конструкция системных плат, форм фактор ATX.

Материнская (системная) плата является важнейшим компонентом пер­сонального компьютера, выступая интегратором для всех других ком­пьютерных устройств. Совместно с процессором и оперативной памятью она образует платформу, определяющую основные функциональные воз­можности компьютера и его производительность. Форм-фактор, или типоразмер системной платы, определяет ее габариты, параметры электропитания, расположение монтажных элементов (от­верстий, клипсов), размещение разъемов различных интерфейсов и т. д.


Форм-фактор ^ АТХ был предложен фирмой Intel в 1995 г. Особенности спецификации АТХ: размещение портов ввода-вывода на системной пла­те; встроенный разъем типа PS/2; расположение IDE-разъемов и разъ­емов контроллера дисководов ближе к самим устройствам (благодаря развороту платы, по сравнению с AT, на 90°); размещение гнезда про­цессора в задней части платы, рядом с блоком питания (в последней вер­сии — 24 контакта); использование единого 20-контактного разъема пи­тания. Предусмотрена возможность управления режимами работы блока питания со стороны контроллера системной платы.
  1   2   3   4



Скачать файл (1432.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru