Методические указания для проведения лабораторных занятий по дисциплине (стр. 3 )

Системы воздушного (аэрогенного) охлаждения. Системы жидкостного охлаждения. Фреоновая установка. Системы открытого испарения.

Наиболее распространенными являются системы воздушного охлаждения. Их принцип работы заключается в непосредственной передаче тепла от нагревающегося компонента на радиатор за счёт теплопроводности материала или с помощью тепловых трубок (или их разновидностей, таких, как термосифон и испарительная камера). Радиатор излучает тепло в окружающее пространство тепловым излучением и передаёт тепло теплопроводностью окружающему воздуху, что вызывает естественную конвекцию окружающего воздуха. Для увеличения излучаемого радиатором тепла применяют чернение поверхности радиатора.

Поверхности нагревающегося компонента и радиатора после шлифовки имеют шероховатость около 10 мкм, а после полировки – около 5 мкм. Эти шероховатости не позволяют поверхностям плотно соприкасаться, в результате чего образуется тонкий воздушный промежуток с очень низкой теплопроводностью. Для увеличения теплопроводности промежуток заполняют теплопроводными пастами.

Наиболее распространенный тип систем охлаждения в настоящее время. Отличается высокой универсальностью – радиаторы устанавливаются на большинство компьютерных компонентов с высоким тепловыделением. Эффективность охлаждения зависит от эффективной площади рассеивания тепла радиатора, температуры и скорости проходящего через него воздушного потока. На компоненты с относительно низким тепловыделением (чипсеты, транзисторы цепей питания, модули оперативной памяти), как правило, устанавливаются простейшие пассивные радиаторы. На некоторые компьютерные компоненты, в частности, жёсткие диски, установить радиатор затруднительно, поэтому они охлаждаются за счёт обдува вентилятором. На центральный и графический процессоры устанавливаются преимущественно активные радиаторы (кулеры). Пассивное воздушное охлаждение центрального и графического процессоров требует применения специальных радиаторов с высокой эффективностью отвода тепла при низкой скорости проходящего воздушного потока и применяется для построения бесшумного персонального компьютера.

Если плотность теплового потока (тепловой поток, проходящий через единицу поверхности) не превышает 0,5 мВт/смІ, перегрев поверхности устройства относительно окружающей среды не превысит 0,5 °C, такая аппаратура считается нетеплонагруженной и не требует специальных схем охлаждения.

При не очень большой мощности чипа или при ограниченной вычислительной ёмкости задач, достаточно бывает только радиатора, без вентилятора.

При необходимости обеспечения большего протока воздуха (измеряется в «литрах в минуту»), используется следующая схема: на тепловыделяющий компонент устанавливается теплоотводящий радиатор из материала с высокой теплопроводностью (доступнее всего — алюминий и медь).

На стык между тепловыделяющей и теплоотводящей поверхностями радиатора наносится слой термоинтерфейса (например, в виде термопасты) для уменьшения потерь теплопроводности на стыке, обусловленных возможными неровностями на этих поверхностях.

На радиатор прикрепляется вентилятор, нагнетающий воздух к радиатору.

Вентиляторы бывают 2,3 и 4-контактными.

Цветовая маркировка проводов (тип 1):

красный - +12 вольт; черный - земля (минус); желтый - тахометр, сигнализирует о реальной скорости вращения; синий - управление скоростью с помощью сигнала цифровой ШИМ (Pulse Width Modulation – PWM) (0/12 вольт);

Цветовая маркировка проводов (тип 2):

желтый - +12 вольт; черный - земля (минус); зелёный - тахометр, сигнализирует о реальной скорости вращения; синий - управление скоростью с помощью сигнала цифровой ШИМ (Pulse Width Modulation – PWM) (0/12 вольт);

Характеристика процессора, которая используется при расчете системы его охлаждения – это его максимальное тепловыделение или тепловая мощность. В англоязычной документации этот параметр носит название Maximum Thermal Power. Его физический смысл – количество тепла, выделяемое работающим процессором за единицу времени.

Эффективность радиатора определяется тепловым сопротивлением по отношению к поверхности кристалла, или, проще говоря, насколько изменится температура кристалла под радиатором при рассеивании через него 1 Ватта мощности.

Чем тепловое сопротивление меньше, тем радиатор эффективней.

Математически тепловое сопротивление выражается следующим образом:

R=(T-t)/P,

где R – собственно, тепловое сопротивление,

T – температура процессора,

t – температура воздуха,

P – тепловая мощность процессора.

То есть, подставляя вместо T желаемую температуру, рассчитываем тепловое сопротивление радиатора.

Основные характеристики вентиляторов:

RPM - число оборотов в минуту. Чем оно больше, тем выше производительность вентилятора (см. ниже), и тем сильнее он сможет охладить радиатор. Но и тем шумнее он будет. CFM - производительность вентилятора (количество подаваемого воздуха, кубических футов в минуту). Вентилятор размером 40х40 миллиметров имеет производительность до 7 CFM, 50х50 - до 10 CFM, 60х60 - до 15 и больше CFM. 1 кубический метр равен 35,3 кубического фута.

Для оценки необходимой производительности вентилятора (в CFM) используется формула:

P1 / (990 · 1,2 · P0 · R · 0,00047),  где

P1 = S · 5,7 · 10-8 · t14 – количество рассеиваемого тепла телом с температурой T и площадью поверхности S (закон Стефана-Больцмана), 5.7E-8 — постоянная Стефана-Больцмана,

t1 = t2 + P0 · R,

t2 – температура воздуха (в градусах Кельвина),

P0 – тепловыделение процессора,

R – тепловое сопротивление радиатора,

S – площадь поверхности радиатора.

Температура процессора не фигурирует в формуле, т. к. она уже учтена в тепловом сопротивлении.

Порядок выполнения работы

Изучить теоретическую часть. Выполнить расчет параметров системы охлаждения. Оформить отчет.

Содержание отчета

Описание хода выполнения работы. Характеристики процессора, для которого выполнялся расчет. Результаты проделанного расчета. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

Какие вы знаете виды систем охлаждения? Что такое тепловая мощность процессора? Как размеры радиатора влияют на эффективность его работы?

Лабораторная работа №4

МОДУЛИ ПАМЯТИ И ИХ МАРКИРОВКА.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ

Цель работы: ознакомиться с теоретической информацией по модулям оперативной памяти и параметрам, влияющим на их производительность. Определить тип используемой в тестовом компьютере памяти и дать рекомендации по улучшению быстродействия данного компьютера.

Общие сведения

Как известно, оперативная память вкладывает большую составляющую в производительность компьютера. И понятно, что пользователи стараются увеличить объем оперативной памяти по максимуму.

Если года 2-3 назад на рынке было буквально несколько типов модулей памяти, то сейчас их значительно больше. И разобраться в них стало сложнее.

Рассмотрим различные обозначения в маркировке модулей памяти. Для начала введем ряд терминов, которые нам понадобятся для дальнейшего понимания:

планка – модуль памяти, печатная плата с микросхемами памяти на борту, устанавливаемая в слот памяти; односторонняя планка – планка памяти, у которой микросхемы памяти расположены с 1 стороны модуля. двухсторонняя планка – планка памяти, у которой микросхемы памяти расположены с обоих сторон модуля. RAM (Random Access Memory, ОЗУ) – память с произвольным доступом, проще говоря – оперативная память. Это энергозависимая память, содержимое которой теряется при отсутствии питания. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) – синхронная динамическая оперативная память: все современные модули памяти имеют именно такое устройство, то есть требуют постоянной синхронизации и обновления содержимого.

Рассмотрим маркировки

4096Mb (2x2048Mb) DIMM DDR2 PC2-8500 Corsair XMS2 C5 [TWIN2X4096-8500C5] BOX

1024Mb SO-DIMM DDR2 PC6400 OCZ OCZ2M8001G (5-5-5-15) Retail

Объем

Первым обозначением в строке идет объем модулей памяти. В частности, в первом случае это - 4 ГБ, а во втором - 1 ГБ. Правда, 4 ГБ в данном случае реализованы не одной планкой памяти, а двумя. Это так называемый Kit of 2 – набор из двух планок. Обычно такие наборы покупаются для установки планок в двухканальном режиме в параллельные слоты. Тот факт, что они имеют одинаковые параметры, улучшит их совместимость, что благоприятно сказывается на стабильности.

Тип корпуса

DIMM/SO-DIMM - это тип корпуса планки памяти. Все современные модули памяти выпускаются в одном из двух указанных конструктивных исполнений.

DIMM (Dual In-line Memory Module) - модуль, у которого контакты расположены в ряд на обоих сторонах модуля.

Память типа DDR SDRAM выпускается в виде 184-контактных DIMM-модулей, а для памяти типа DDR2 SDRAM выпускаются 240-контактные планки.

В ноутбуках используются модули памяти меньших габаритов, называемые SO-DIMM (Small Outline DIMM).

Тип памяти

Тип памяти – это архитектура, по которой организованы сами микросхемы памяти. Она влияет на все технические характеристики памяти – производительность, частоту, напряжение питание и др.

На данный момент используется 3 типа памяти: DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM. Из них DDR3 - самые производительные, меньше всего потребляющие энергии.

Частоты передачи данных для типов памяти:

  DDR: 200-400 МГц

  DDR2: 533-1200 МГц

  DDR3: 800-2400 МГц

Цифра, указываемая после типа памяти - и есть частота: DDR400, DDR2-800.

Модули памяти всех типов отличаются напряжением питания и разъемами и не позволяют быть вставленными друг в друга.

Частота передачи данных характеризует потенциал шины памяти по передаче данных за единицу времени: чем больше частота, тем больше данных можно передать.

Однако, есть еще факторы, такие как количество каналов памяти, разрядность шины памяти. Они также влияют на производительность подсистем памяти.