От чего зависит пропускная способность шины?

Пропускная способность шины

Тема: Устройства ПК.

Учебныевопросы:

1. Устройства, составляющие архитектуру ПК.

2. Внутренние устройства ПК.

3. Внешние устройства ПК.

1.

Современные ЭВМ весьма разнообразны как по своему устройству, так и по исполняемым функциям.

Если рассматривать ЭВМ по их функциональности, можно условно классифицировать их:

1. «Бытовые» ЭВМ (ПК);

2. «Учебные» ЭВМ (упрощенной архитектуры);

3. «Профессиональные» ЭВМ (рабочие станции на производстве, в офисе и др.);

4. ЭВМ-серверы (управление рабочими станциями, объединенными в сети, хранение больших массивов информации и т.д.) и др.

В зависимости от выполняемых функций и, благодаря открытой архитектуре устройство ЭВМ весьма разнообразно. В результате научно-технического развития архитектура ЭВМ постоянно усовершенствуется (эволюционирует).

Открытая архитектура современных ПК:

Интерфейсная система

Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения, реализующие программное управление взаимодействием её основных узлов. Архитектура ЭВМ – это, прежде всего блоки и устройства, а также структура связей между ними.

Блоки и устройства, составляющие архитектуру ПК, кроме того разделяют на две группы:

· внутренние устройства;

· внешние (периферийные) устройства.

2.

Внутренние устройства, вероятно, получили такое обобщающее название, так как объединены в одном корпусе, называемом системным блокомПК.

Внешний вид и размеры корпусов системных блоков разнообразны. Однако обязательным для всех корпусов элементом являются разъёмы для подключения внешних устройств и интерфейс управления.

При огромном разнообразии вариантов, составляемых из устройств, систем, помещенных в корпус системного блока, обязательно наличие минимальной их комплектации.

К «обязательным» относятся:

· Блок питания. В среднем мощность их составляет 100 – 400 Вт. Чем больше устройств в системе, тем большую мощность должен иметь блок питания. (Средняя мощность 200 – 300 Вт).

· Системная (материнская) плата. Это многофункциональное устройство является центральным для ЭВМ с открытой архитектурой. По физическому строению она представляет собой очень сложно организованную многослойную печатную плату.

С точки зрения функциональности системная плата выполняет комплекс функций по интеграции устройств и обеспечению их взаимодействия.

По мере того, как элементы конфигурации архитектуры ЭВМ стандартизируется, реализуется тенденция включения их в состав материнской платы.

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в августе 1981 года (PC-1). С самого начала материнская плата задумывалась как компонент, обеспечивающий механическое соединение и электрическую связь между всеми прочими аппаратными средствами. Кроме этих функций, она также осуществляет подачу электроэнергии (питание) на компоненты компьютера.

Архитектура современной системной платы (обобщенная).

Современная МП содержит большое количество контроллеров (специализированных микропроцессоров) обеспечивающих взаимодействие всех устройств. Они реализованы в двух наборах микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост» или чипсетов.

· Контроллер-концентратор памяти, или «северный мост» (англ. North Bridge) обеспечивает работу процессора, оперативной памяти и видеоподсистемы;

· Контроллер-концентратор ввода-вывода, или «Южный мост» (англ. South Bridge) обеспечивает работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются.

Быстродействие устройства зависит от:

· тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц);

· и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт (промежуток времени между подачей электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств ПК).

Соответственно скорость передачи данных – пропускная способность соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины равна разрядности шины (биты) умноженной на частоту шины (Гц – герцы. 1Гц = 1 такт в секунду).

Системная шина (FSB от англ. Front Side Bus) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и микропроцессором. В современных ПК системная шина имеет разрядность 64 бита и частоту 400 МГц – 1600 МГц.

Пропускная способность может достигать 12,5 Гбайт/с.

Шина памяти осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и оперативной памятью ПК. Имеет те же показатели, что и системная шина.

Шина PCI Express (Peripherial Component Interconnect Bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и видеоплатой (видеокартой). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

Шина SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и устройством внешней памяти (жесткие диски, CD и DVD дисководы, дискеты). Пропускная способность может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB (англ. Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и разнообразными внешними устройствами (сканерами, цифровыми камерами и др.). Пропускная способность до 60 Мбайт/с. Обеспечивает подключение к ПК одновременно до 127 периферийных устройств.

Другие важные функции системной платы – обеспечение механического соединения и электрической связи между всеми прочими аппаратными средствами, а также подачи на них питания.

Существует большое разнообразие конструктивных решений системных плат.

Одной из характеристик системной платы является форм-фактор (AT/ATX). Она определяет размеры системной платы и расположений на ней компонентов аппаратных средств.

Упрощенная схема размещения компонентов СП.

Центральным блоком ПК считается расположенный в специальном разъёме системной платы электронный блок получивший название процессорили микропроцессор.

Первоначально микропроцессор объединил на одном кристалле кремния СБИС арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ).

Выполняемые микропроцессором команды предусматривают обычно арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещение данных между регистрами, оперативной памятью и портами ввода-вывода. С внешними устройствами микропроцессор сообщается благодаря своим шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы.

Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по шинам инструкций во все блоки ЭВМ.

Упрощенная схема УУ

Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Дешифратор операций, считывая код операции из регистратора команд, выбирает в ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов ­– код команды.

Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций – части внутренней шины микропроцессора, осуществляющие передачу сигналов между процессором и другими устройствами ПК.

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

· выборки из регистра – счетчика адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

· выборки из ячеек ОЗУ, когда очередной команды и приёма считанной команды в регистр команд;

· расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

· считывания из соответствующих расшифрованному коду операций ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках ЭВМ процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

· считывания из регистра команд и регистром МПП (микропроцессорной памяти) отдельных составляющих адресов операндов;

· выборки операндов и выполнения заданной операции их обработки;

· записи результатов в памяти;

· формирование адреса следующей команды программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.

Компьютерная Энциклопедия

Архитектура ЭВМ

Компоненты ПК

Интерфейсы

Мини блог

Самое читаемое

Системные платы

Шина процессора


Общие сведения о шине процессора

Шина процессора — соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66–200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рисунке.

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится шина процессора, далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.

В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х ч астота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.

Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала называться шиной переднего плана (Front-Side Bus — FSB), однако я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю называть ее шиной процессора.

Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второгоуровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работала с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае скорость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ограниченного частотой системной платы Socket 7.

Будет полезно:  Какой производитель колесных дисков лучше?

В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.

В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потребность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.

Шина процессора на основе hub-архитектуры

Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архитектуры “северный/южный мост”. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре “северный/южный мост” для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Super I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB. В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).

В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в которой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция “северный/южный мост”. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность — 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые поддерживают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).

Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой частотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули памяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропускной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины памяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.

Процессор Athlon 64, независимо от типа гнезда (Socket 754, Socket 939 или Socket 940), использует высокоскоростную архитектуру HyperTransport для взаимодействия с северным мостом или микросхемой AGP Graphics Tunnel. Первые наборы микросхем для процессоров Athlon 64 использовали версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/800 МГц, однако последующие модели, предназначенные для поддержки процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX в исполнении Socket 939, используют более быструю версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/1 ГГц.

Наиболее заметным отличием архитектуры Athlon 64 от всех остальных архитектур ПК является размещение контроллера памяти не в микросхеме северного моста (или микросхеме MCH/GMCH), а в самом процессоре. Процессоры Athlon 64/FX/Opteron оснащены встроенным контроллером памяти. Благодаря этому исключаются многие “узкие места”, связанные с внешним контроллером памяти, что положительно сказывается на общем быстродействии системы. Главный недостаток этого подхода состоит в том, что для добавления поддержки новых технологий, например памяти DDR2, придется изменять архитектуру процессора.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с максимально возможной скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).

Тактовая частота , используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутренняя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внешнюю. Например, процессор AMD Athlon 64 3800+ работает с внутренней тактовой частотой 2,4 ГГц, однако внешняя частота составляет всего 400 МГц, в то время как процессор Pentium 4 с внутренней частотой 3,4 ГГц имеет внешнюю частоту, равную 800 МГц. В новых системах реальная частота процессора зависит от множителя шины процессора (2x, 2,5x, 3x и выше). Шина FSB, подключенная к процессору, по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в компьютерах с современными процессорами за один такт передается 64 бит.

Пропускная способность шины процессора

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 бит, или 8 байт, для Celeron/Pentium III/4 или Athlon/Duron/ Athlon XP/Athlon 64) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора).

Например, при использовании процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц, установленного на системной плате, частота которой равна 800 МГц, максимальная мгновенная скорость передачи данных будет достигать примерно 6400 Мбайт/с. Этот результат можно получить, используя следующую формулу:
800 МГц × 8 байт (64 бит) = 6400 Мбайт/с.

Для более медленной системы Pentium 4:
533,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 4266 Мбайт/с;
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.

Для системы Athlon XP (Socket A) получится следующее:
400 МГц × 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с;
333 МГц × 8 байт (64 бит) = 2667 Мбайт/с;
266,66 МГц × 8 байт (64 бит) = 2133 Мбайт/с.

Для системы Pentium III (Socket 370):
133,33 МГц × 8 байт (64 бит) = 1066 Мбайт/с;
100 МГц × 8 байт (64 бит) = 800 Мбайт/с.

Максимальную скорость передачи данных называют также пропускной способностью шины (bandwidth) процессора.

Пропускная способность памяти видеокарты и ее зависимость от «битности»

Мы продолжаем серию статей по разбору основных характеристик видеокарты, и на очереди у нас: пропускная способность памяти, а также прямо влияющий на неё показатель – ширина шины памяти видеокарты.

Ширина шины или сколько бит «нужно»

Ширина шины памяти – важнейший параметр, который косвенно влияет на общую производительность видеокарты. Сама по себе шина – это канал, соединяющий память и графический процессор видеокарты. А от ширины шины зависит количество данных, которое может быть передано графическому процессору и обратно в память за единицу времени. Соответственно, чем больше ширина шины видеопамяти, тем лучше. Рост производительности особенно заметен в требовательных играх, которые подкреплены утяжелением в виде максимального сглаживания и анизотропной фильтрации .

Теперь, давайте рассмотрим несколько популярных классов «битности» шин памяти:

64 бита – довольно популярный класс видеокарт бюджетного сегмента рынка. Видеокарты с такой шиной позиционируются для «облагораживания» бюджетных систем (но и то, там зачастую царят интегрированные решения), а также домашних ПК с нетребовательными задачами к графической производительности системы. Особенно смешно смотрятся такие видеокарты с большим объёмом видеопамяти на борту.

128 бит – средний класс. Изредка, можно увидеть в бюджетных видеокартах, и очень часто в видеокартах middle-сегмента. Зачастую, такие видеокарты пригодны для полноценных домашних систем, с довольно широкими игровыми задачами, но часть игр всё равно будет «неподъёмной» для данного класса.

256 и 384 бит – топовый класс. Зачастую, «идёт» в сочетании с отменными частотными показателями, как памяти, так и ядра, безусловно, – это максимальная игровая производительность для всего и сразу.

Но, хотелось бы подчеркнуть, что данная классификация является очень и очень условной, потому что нельзя оценивать видеокарту по одной лишь ширине шины памяти. К тому же, сама по себе «битность», влияет на производительность лишь с жёсткой зависимостью от частоты видеопамяти. Эти два параметра рассчитывают пропускную способность памяти видеокарты (ПСП).

Поэтому, чтобы уверенно говорить относительно оптимальной величины шины, нужно рассматривать всё в комплексе, то есть, саму ПСП. Чем мы сейчас и займёмся.

Пропускная способность памяти

Как уже говорилось выше, данный показатель зависит от двух параметров: частоты памяти и ширины шины.
С помощью нехитрой формулы можно найти пропускную способность памяти, к примеру, какой-нибудь из видюшек на чипе Radeon HD 7970.
Возьмем модель с эффективной частотой памяти 6000 МГц и шириной шины 384 бита (48 байт если перевести). ПСП= эффективная частота памяти х ширину шины памяти = 6000 х 48 = 288 Гбайт/с. Величину ПСП также можно посмотреть с помощью специальных программ, к примеру, GPU-z.

Будет полезно:  Полировальная машинка для авто какая лучше?

Также, предлагаю ознакомиться с довольно интересной шкалой актуальности ПСП современных видеокарт. Конечно, тут тоже всё очень неоднозначно – ведь «не одной лишь ПСП живём», но всё же, вполне логичную зависимость можно отследить:

Какая же ширина шины оптимальна? Ответ на данный вопрос для каждого случая будет отличаться. Во-первых, нужно отталкиваться от задач, которые будут выполняться с помощью будущей системки. Во-вторых, необходимо помнить про баланс в параметрах видеокарты. Поэтому для определенной конфигурации, должна быть подобрана видеокарта с определенной шириной шины и другими показателями. И зависят они от задач и только от них.

ПСП на пару с шириной шины, не сделают «погоды», если видюшка укомплектована слабым графическим процессором , с плохими частотными показателями. GPU просто не сможет «переваривать» те объёмы данных, которые буду поступать по более быстрой шине.

Поэтому, как итог, можно еще раз смело напомнить: баланс и еще раз баланс!

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Описание разработки

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип .

Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.

(Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера). Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.

Пропускная способность шины (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):

Пропускная способность шины = разрядность шины × частоту шины

Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.

Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:

– контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;

– контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост, обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontSide Bus).

В наиболее быстрых компьютерах частота системной шины составляет 400 МГц. Однако между Северным мостом и процессором эффективная частота передачи данных в 4 раза выше. Таким образом, процессор может получать и передавать данные с частотой 400 МГц × 4 = 1600 МГц.

Так как разрядность системной шины равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность системной шины равна 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.

В современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.

Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет

400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.

Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.

Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:

64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/сек = 12, 5 байт/с = 12800 Мбайт/с .

Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.

Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используется шина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.) .

Содержимое разработки

АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Магистрально-модульный принцип построения компьютера

Урок по предмету

«Информатика и ИКТ»

высшей квалификационной категории

Давыдовой Галины Владимировны

изучить и закрепить новые понятия по теме «Архитектура персонального компьютера. Магистрально-модульный принцип построения компьютера»

способствовать развитию логического мышления, умения излагать мысли, интереса учащихся к данной теме и предмету в целом

Воспитание информационной культуры студентов, внимательности, дисциплинированности, усидчивости

урок изучения нового материала

  • Наглядные материалы:
  • Мультимедийная презентация

  • Организационный момент (2 мин);
  • Подготовка к основному

этапу занятия (3 мин);

способов действий (15мин);

  • Физкультминутка (2 мин);
  • Самостоятельная работа (10 мин)
  • Первичное закрепление (10 мин);
  • Подведение итогов урока,

домашнее задание (3 мин);

  • Проверка посещаемости.
  • Проверка наличия конспектов и раздаточного материала на столах.
  • Проверка исправности технических средств

Подготовка к основному этапу занятия

  • Вступительное слово преподавателя.
  • Ознакомление с новым материалом с использованием мультимедийной презентации.

Магистрально-модульный принцип построения компьютера

  • В основу архитектуры современных персональных компьютеров положенмагистрально-модульный принцип.
  • Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.
  • К магистрали, которая представляет собой три различные шины, подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией в форме последовательностей нулей и единиц, реализованных электрическими импульсами.

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ШИНЫ

  • Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различается. Быстродействие устройств зависит от тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц) и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт.
  • (Такт – это промежуток времени между подачами электрических импульсов, синхронизирующих работу устройства компьютера). Соответственно, скорость передачи данных (пропускная способность) соединяющих эти устройства шин также должна различаться.
  • Пропускная способность шины (измеряется в бит/с)равна произведениюразрядности шины (измеряется в битах ) и частоты шины (измеряется в герцах – Гц, 1Гц = 1 такт в секунду):
  • Пропускная способность шины = разрядность шины×частоту шины

Многие дополнительные устройства интегрированы в современные материнские (системные) платы:

Сетевой адаптер беспроводной

  • Важнейшей частью материнской платы является чипсет, который во многом определяет архитектуру современного персонально компьютера.

Северный и Южный мосты

  • Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:
  • контроллер-концентратор памяти, или Северный мост, который обеспечивает работу процессора с оперативной памятью и с видеоподсистемой;
  • контроллер-концентратор ввода-вывода, или Южный мост , обеспечивающий работу с внешними устройствами.

Чипсет Intel 845 GE

Упрощенная схема системной платы

Web-камера, модем, клавиатура, мышь

  • Южный мост

  • Системная шина

(см. рисунок предыдущего слайда)

    Между Северным мостом и процессором данные передаются по системной шине (FSB от анл. FrontS > то пропускная способность системной шины равна

64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с = 100 Гбит/с = =12,5 Гбайт/с

  • В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины.
  • В современных процессорах используется коэффициент умножения частоты 8.
  • Это означает, что процессор за один такт шины способен генерировать 8 своих внутренних тактов и, следовательно, частота процессора составляет
  • 400 МГц × 8 = 3,2 ГГц.

  • Обмен данными между Северным мостом и оперативной памятью производится по шине памяти , частота которой может быть больше (например, в 4 раза), чем частота системной шины. У современных модулей памяти частота шины памяти может составлять 400 МГц × 4 = 1600 МГц, т.е. оперативная память получает данные с такой же частотой, что и процессор.
  • Так как разрядность шины памяти равна разрядности процессора и составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти также равна:
  • 64 бита × 1600 МГц = 102400 Мбит/с =

= 100 Гбит/сек = 12, 5 байт/с = 12800 Мбайт/с .

Шины SATA и USB

  • Устройства внешней памяти (жесткие диски, CD- и DVD-дисководы) подключаются к Южному мосту по шине SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей), скорость передачи данных по которой может достигать 300 Мбайт/с.
  • Для подключения принтеров, сканеров, цифровых камер и других периферийных устройств обычно используетсяшина USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина). Эта шина обладает пропускной способностью до 60 Мбайт/с и обеспечивает подключение к компьютеру одновременно до 127 периферийных устройств (принтер, сканер, цифровая камера, Web-камера, модем и др.) .

Шина PCI Express

  • По мере усложнения графики приложений требования к быстродействию шины, связывающей видеопамять с процессором и оперативной памятью, возрастают.
  • В настоящее время для подключения видеоплаты к Северному мосту все большее распространение получает шина PCI Express (Peripherial Component Interkonnect bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) . Пропускная способность этой шины может достигать
Будет полезно:  Что называется рабочим объемом двигателя?

  • К видеоплате с помощью аналогового разъема VGA (Video Graphics Array – графический видеоадаптер) или цифрового разъема DVI(Digital Visual Interface – цифровой видеоинтерфейс) подключается электронно-лучевой или жидкокристаллический монитор или проектор.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМЕ «АРХИТЕКТУРА ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА. МАГИСТРАЛЬНО-МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ КОМПЬЮТЕРА»

  • Какой принцип положен в основу архитектуры современных персональных компьютеров?
  • Какие возможности предоставляет модульность потребителю?
  • Что из себя представляет «магистраль»?
  • Какие дополнительные устройства могут быть интегрированы в современные материнские платы?
  • Назовите две основные большие микросхемы чипсета и перечислите их функции.
  • От чего зависит быстродействие устройств компьютера. Назовите единицу измерения тактовой частоты обработки данных и разрядности.
  • Дайте объяснение термину «такт».
  • Как рассчитывается пропускная способность шины?
  • Назовите назначение системной шины. Чему равна её пропускная способность?
  • Чему равна частота процессора?
  • Шина памяти – её назначение и пропускная способность
  • Шина PCI Express – её назначение, пропускная способность.
  • Шина SATA – её назначение, скорость передачи данных.
  • Шина USB – её назначение, пропускная способность.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА

  • Я попрошу вас закончить предложения, это будут ваши чувства, эмоции здесь и сейчас.
  • В целом урок прошёл… .
  • На занятии я научился… .
  • Во время занятия мне было трудно…, потому что… .
  • Мне бы хотелось…..
  • Я приобрёл. .
  • Больше всего мне понравилось… .

Пропускная способность шины памяти

чтобы вычислить пропускную способность шины памяти нужно разрядность этой шины умножить на частоту.

Частоту программа CPU-Z показывает Rated FSB 665 MHz. как узнать разрядность этой шины?

И еще может быть глупый вопрос. Если частота шины памяти 665MHz, а частота памяти 333MHz (эффективная 667) работающая в дуале. То с какой то с какой теоретической скоростью будут обмениваться данными процессор и память.

Ответы на оба вопроса желательно подкреплять ссылками или источниками.

  • местный

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 17 510

Сообщение отредактировал Москит: 14.04.2010 – 21:27

  • кофе мне!

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 2 283
  • Homunculus

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 933
QUOTE (Москит @ 14 апреля 2010, 21:24)
разрядность оперативки 64бита (8байт)

где можно увидеть подтверждение? искал долго, ничего не нашел.

QUOTE (Москит @ 14 апреля 2010, 21:24)
скорость передачи данных также зашифрована в маркировке
для памяти с эффективной частотой 667МГц пропускная способность будет около 5300Мб/сек (маркировка PC5300)

а вот за это спасибо, не знал. думал цифра просто для маркетинга.
но тем не менее, даже зная эти цифры, хотелось бы услышать про шину данный. у некоторых процессоров она намного выше, чем в моем случае.

QUOTE (HoaX @ 14 апреля 2010, 21:27)
студент?

студент. это не задание. просто способ проверить надежность некоторых цифр.

QUOTE (HoaX @ 14 апреля 2010, 21:27)
Скотт Мюллер “Энциклопедия IBM PC”
Михаил Гук “Аппаратное обеспечение IBM PC”
QUOTE (HoaX @ 14 апреля 2010, 21:27)
Можно посмотреть http://www.intuit.ru/department/hardware/digs/12/ и http://www.ixbt.com/platform/memory/
QUOTE (HoaX @ 14 апреля 2010, 21:27)
вроде, так. разрядность шины можно узнать, если поискать в вики аббревиатуры sdram или ddr

с оперативной памятью разобрались, а что с шиной?

добавлено в [mergetime]1271263938[/mergetime]

64бита * 667 000 000 = 42688000000 = 40710 Мбит/с = 5088Мбайт/с

вроде примерно но сходится. старно что не указывали большее число. в маркетинговых целях смотрелось бы солиднее

  • почтенный теронозавр

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 3 319
QUOTE (MuxauJlo @ 14 апреля 2010, 21:45)
с оперативной памятью разобрались, а что с шиной?
QUOTE (MuxauJlo @ 14 апреля 2010, 21:45)
вроде примерно
  • Homunculus

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 933
QUOTE (rattle @ 14 апреля 2010, 22:23)
Ну так поищите на тех же сайтах – иксбите, тнг..Вообще же, если пропускная способность шины проца одинакова с памятью, то проц на максимум не прокачает память, а вот если больше, то память он уже может близко к пределу прокачать, к тому же проц не только с рам общается, поэтому лучше брать процы с жирной шиной) Некоторые наверное помнят, как “замечательно” работал из за урезанной шины селерон-коппермайн с 600 по 766. Но и брать проц с узкой шиной для хорошей памяти тоже нет смысла, старый пример, когда на пень 3 почти небыло чипсета на ддр, ибо он ее не прокачивал..

ответ не что лучше брать. если бы стоял вопрос какой проц купить, я бы по форумам не спрашивал. не первый комп покупаю, сам бы выбрал.

Я задал поверхностные вопросы.
В действительности я хочу оценить правильность получения двух цифр.
В одной учебной статье экспериментальным путем было получено время выполнения одно операции (алгоритм умножения матрицы на вектор.), путем деления времени выполнения на количество операций на маленьких объемах данных(те считается что используется только кэш память). Затем на больших объемах данный вычислили скорость доступа к памяти, учитывая время выполнения операций.
получили следующие результаты:
0,586нс – время выполнения одной операции.
5,5Гбайт/с – скорость доступа к памяти.
У меня получаются числа отличающиеся от этих на порядок.
скорость доступа вроде в пределах максимальной ДДР2 800. (в статье указана именно такая), поэтому эти цифры стали вызывать меньше сомнения.

если пересчитать цифры из статьи на мой компьютер, то у меня должно получаться примерно следующие цифры.
4,5Гбайс/с и 0,843нс.

Пожалуй самое главное различие между компьютерами – операционные системы. У меня Вин7, в статье написано, что ХР.
Исходя из формул и экспериментов, чтобы получить цифры, которые указаны выше мой компьютер должен считать раза в 1,5 быстрее.

Неужели вин7 дает такую потерю в производительности?

  • почтенный теронозавр

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 3 319
QUOTE (MuxauJlo @ 14 апреля 2010, 22:54)
У меня получаются числа отличающиеся от этих на порядок.
  • рядовой пользователь

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 146
QUOTE (MuxauJlo @ 14 апреля 2010, 21:45)
64бита * 667 000 000 = 42688000000 = 40710 Мбит/с = 5088Мбайт/с

вроде примерно но сходится. старно что не указывали большее число. в маркетинговых целях смотрелось бы солиднее

  • Homunculus

  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 933
QUOTE (micro_evil @ 14 апреля 2010, 23:20)
несколько неверны ваши рассчеты, в 1 Mbit/s = 1000 Kbit/s = 1 000 000 bit/s тынц
поэтому 64 bit * 667 000 000 = 42688000000 = 42688 Mbit/s = 5336 MB/s
QUOTE (rattle @ 14 апреля 2010, 23:04)
На порядок – это в 10 раз, насколько я помню математику..Неужто у вас такой разброс??

да. Если бы результаты отличались раза в 2, я бы еще понял и списал все на излишнюю приближенность расчетов, включенный антивирус, интерфейс аэро и другие причины.
Не понял насчет тестов. что они мне покажут?

добавлено в [mergetime]1271271373[/mergetime]

В статье заявлена конфигурация: Intel Core 2 6300, 1.87 ГГц, 2 Гб RAM под управлением операционной системы Microsoft Windows XP Professional. больше ничего не известно.

Информация о системе. думаю больше не требуется.

CPU-Z version 1.53

Number of processors 1
Number of threads 2

Processor 0
— Core 0
— Thread 0 0
— Core 1
— Thread 0 1

Processor 1 > Number of cores 2 (max 2)
Number of threads 2 (max 2)
Name Intel Mobile Core 2 Duo T5250
Codename Merom
Specification Intel® Core™2 Duo CPU T5250 @ 1.50GHz
Package (platform ID) Socket P (478) (0x7)
CPUID 6.F.D
Extended CPUID 6.F
Core Stepping M0
Technology 65 nm
Core Speed 998.0 MHz
Multiplier x FSB 6.0 x 166.3 MHz
Rated Bus speed 665.3 MHz
Stock frequency 1500 MHz
Instructions sets MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, EM64T
L1 Data cache 2 x 32 KBytes, 8-way set associative, 64-byte line size
L1 Instruction cache 2 x 32 KBytes, 8-way set associative, 64-byte line size
L2 cache 2048 KBytes, 8-way set associative, 64-byte line size
FID/VID Control yes
FID range 6.0x – 9.0x
Max VID 1.200 V

CPU Thread 0
APIC ID 0
Topology Processor ID 0, Core ID 0, Thread ID 0
Type 01008001h
Max CPUID level 0000000Ah
Max CPUID ext. level 80000008h
Cache descriptor Level 1, D, 32 KB, 1 thread(s)
Cache descriptor Level 1, I, 32 KB, 1 thread(s)
Cache descriptor Level 2, U, 2 MB, 2 thread(s)

CPU Thread 1
APIC ID 1
Topology Processor ID 0, Core ID 1, Thread ID 0
Type 01008001h
Max CPUID level 0000000Ah
Max CPUID ext. level 80000008h
Cache descriptor Level 1, D, 32 KB, 1 thread(s)
Cache descriptor Level 1, I, 32 KB, 1 thread(s)
Cache descriptor Level 2, U, 2 MB, 2 thread(s)

Northbridge Intel GM965 rev. C0
Southbridge Intel 82801HBM (ICH8-ME) rev. B1
Memory Type DDR2
Memory Size 1536 MBytes
Channels Dual, (Symmetric)
Memory Frequency 332.7 MHz (1:2)
CAS# latency (CL) 5.0
RAS# to CAS# delay (tRCD) 5
RAS# Precharge (tRP) 5
Cycle Time (tRAS) 15
MCHBAR I/O Base address 0x0FED14000
MCHBAR I/O Size 4096

DIMM # 1
SMBus address 0x50
Memory type DDR2
Module format SO-DIMM
Manufacturer (ID) Hyundai Electronics (AD00000000000000)
Size 1024 MBytes
Max bandwidth PC2-5300 (333 MHz)
Part number HYMP512S64CP8-Y5
Serial number 04008210
Manufacturing date Week 32/Year 07
Number of banks 2
Data width 64 bits
Correction None
Nominal Voltage 1.80 Volts
EPP no
XMP no
JEDEC timings table CL-tRCD-tRP-tRAS-tRC @ frequency
JEDEC #1 3.0-3-3-9-12 @ 200 MHz
JEDEC #2 4.0-4-4-12-16 @ 266 MHz
JEDEC #3 5.0-5-5-15-20 @ 333 MHz

DIMM # 2
SMBus address 0x52
Memory type DDR2
Module format SO-DIMM
Manufacturer (ID) Ramaxel Technology (7F7F7F7F43000000)
Size 512 MBytes
Max bandwidth PC2-5300 (333 MHz)
Part number RMN1150EG38D6F-667
Number of banks 1
Data width 64 bits
Correction None
Nominal Voltage 1.80 Volts
EPP no
XMP no
JEDEC timings table CL-tRCD-tRP-tRAS-tRC @ frequency
JEDEC #1 3.0-3-3-9-12 @ 200 MHz
JEDEC #2 4.0-4-4-12-16 @ 266 MHz
JEDEC #3 5.0-5-5-15-20 @ 333 MHz

Источники:

http://perscom.ru/system-plates/46-funkcianirovanie-shin/188-shina-cpu

http://we-it.net/index.php/zhelezo/videokarty/154-propusknaya-sposobnost-pamyati-videokarty-i-ee-zavisimost-ot-bitnosti

http://videouroki.net/razrabotki/magistralno-modulnyy-printsip-postroeniya-kompyutera-1.html

http://teron.online/index.php?showtopic=378934

http://plusiminusi.ru/stoit-li-shipovat-zimnyuyu-rezinu-povtorno/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector