Практикум: Центральная и периферийная части компьютера

Индивидуальная практическая работа: идентификация компонентов системной платы, сравнительный анализ характеристик системных магистралей и составление протокола распознавания узлов.

Фамилия, имя обучающегося:

Учебная группа:

Дата выполнения:

Индивидуальный вариант:

Критерии открытой 4-балльной шкалы оценивания:

Корректность (до 2 баллов): верная идентификация и классификация всех 6 аппаратных узлов (Задание 1) и точное заполнение сравнительной таблицы магистралей (Задание 2).
Объяснение (1 балл): аргументированное раскрытие назначения каждого узла и детальная пошаговая трассировка линий связи в индивидуальном варианте (Задание 3.1 и 3.2).
Проверка (1 балл): обоснованный анализ системных ограничений (узкое горлышко шины DMI, паразитные отражения дорожек памяти или перегрев VRM при высокой токовой нагрузке) в Задании 3.3.

Срок сдачи индивидуального протокола: до начала следующего учебного занятия.

Задание 1. Идентификация и классификация узлов системной платы

Заполните таблицу классификации 6 ключевых аппаратных узлов. Укажите принадлежность к части ЭВМ (Центральная или Периферийная), физический интерфейс связи и аргументируйте назначение узла.

Аппаратный узел	Часть компьютера	Физический интерфейс связи	Функциональное назначение и аргументация
1. Процессорный сокет (LGA/AM5)
2. Подсистема питания VRM
3. Чипсет / Концентратор PCH
4. Слоты ОЗУ (DIMM DDR4/DDR5)
5. Слот M.2_1 (Primary NVMe)
6. Контроллер Super I/O (EC)

Задание 2. Сравнительный анализ характеристик системных магистралей

Заполните технические параметры ключевых интерфейсов системной платы. Рассчитайте или укажите теоретическую пропускную способность, разрядность и архитектурный уровень шины.

Магистраль / Интерфейс	Разрядность (бит или линий)	Пропускная способность (ГБ/с)	Тип передачи (симплекс / дуплекс)	Точки подключения (Откуда ➔ Куда)
1. Внутренняя шина ЦП (Ring Bus / Infinity Fabric)
2. Шина оперативной памяти (DDR5 Dual Sub-channel)
3. Шина PCIe 5.0 x16 (Слот видеокарты)
4. Шина DMI 4.0 x8 (Связь ЦП с PCH)

Задание 3. Индивидуальный протокол распознавания узлов (по 4 вариантам)

Выполните аналитический протокол в соответствии с вашим назначенным вариантом. Приведите пошаговую трассировку пути прохождения сигналов, дайте архитектурное обоснование и выявите системное ограничение.

Вариант 1: Платформа Intel LGA 1700 (Чипсет Z790 + DDR5) Вариант 1

Аппаратная спецификация: Процессор Core i7-13700K (16 линий PCIe 5.0 + 4 линии PCIe 4.0), чипсет Z790 (шина DMI 4.0 x8, 20 линий PCIe 4.0 чипсета), память 2×16 ГБ DDR5-6000, накопитель Kingston KC3000 NVMe установлен во вторичный слот M.2_2 (чипсетный).

3.1. Трассировка линий связи: Опишите полный маршрут передачи данных при чтении файла видеомонтажа 4K с накопителя M.2_2 в видеопамять видеокарты PCIe 5.0 x16 (укажите все узлы, мосты и шины):

3.2. Архитектурная аргументация: Почему подсистема питания VRM данной платы имеет конфигурацию 16+1 фаз с DrMOS на 70 А, и зачем радиаторы VRM соединены тепловой трубкой?

3.3. Анализ ограничения: В чем состоит риск падения производительности накопителя в слоте M.2_2 при одновременной активной сетевой передаче 2.5G Ethernet и копировании файлов на внешний диск USB 3.2 Gen 2x2?

Вариант 2: Платформа AMD Socket AM5 (Чипсет B650 + DDR5) Вариант 2

Аппаратная спецификация: Процессор Ryzen 7 7700X (24 процессорные линии PCIe 5.0/4.0: 16 GPU + 4 M.2 Primary + 4 General), чипсет B650 (связь с ЦП по 4 линиям PCIe 4.0), память 2 модуля DDR5-5600, системная плата с разводкой Daisy-Chain.

3.1. Трассировка линий связи: Опишите цепочку прохождения сигналов при установке системного накопителя Crucial T700 PCIe 5.0 в первичный разъем M.2_1 (укажите сокет, линии PCIe, IMC и кэш ЦП):

3.2. Архитектурная аргументация: Почему на данной плате при использовании всего 2 модулей ОЗУ их категорически предписано ставить в слоты A2 и B2, а не в A1 и B1? Объясните физику отражения сигналов (stub reflection):

3.3. Анализ ограничения: Сравните пропускную способность линка Процессор–Чипсет на B650 (4 линии PCIe 4.0 = ~7.88 ГБ/с) с шиной DMI 4.0 x8 на Z790 (15.75 ГБ/с). К какому эффекту это приведет при установке двух чипсетных M.2 SSD?

Вариант 3: Платформа Intel LGA 1200 (Чипсет B560 + DDR4) Вариант 3

Аппаратная спецификация: Процессор Core i5-11400 (линии PCIe 4.0), системная плата B560 (чипсет поддерживает только PCIe 3.0, шина связи с ЦП — DMI 3.0 x4 с полосой ~3.93 ГБ/с), 2 модуля памяти DDR4-3200 в двухканальном режиме.

3.1. Трассировка линий связи: Трассируйте поток данных при обращении процессора к сетевому интерфейсу Realtek RTL8125 2.5G (через какие узлы и шины передается принятый сетевой пакет до помещения в буфер ОЗУ):

3.2. Архитектурная аргументация: Почему верхний слот M.2_1 на платах B560 аппаратно отключается (не видит накопитель), если в плату установить процессор 10-го поколения (Comet Lake), но работает с 11-м поколением (Rocket Lake)?

3.3. Анализ ограничения: Пропускная способность шины DMI 3.0 x4 составляет всего 3.93 ГБ/с. Объясните, почему при одновременной работе накопителя M.2 PCIe 3.0 x4 (3.5 ГБ/с) и портов SATA копирование замедлится:

Вариант 4: Платформа AMD Socket AM4 (Чипсет X570 + DDR4) Вариант 4

Аппаратная спецификация: Процессор Ryzen 9 5900X (24 линии PCIe 4.0), чипсет премиум-класса AMD X570 (полноценная поддержка PCIe 4.0 на всех чипсетных линиях и межчиповом линке PCIe 4.0 x4), активное охлаждение чипсета вентилятором, аудиокодек Realtek ALC1220 с выделенной зоной PCB.

3.1. Трассировка линий связи: Трассируйте аудиопоток высокого разрешения от программы воспроизведения в ОЗУ до аналоговых наушников, подключенных к разъему на задней панели (укажите ОЗУ, IMC, шины, PCH, аудиокодек и цепи фильтрации):

3.2. Архитектурная аргументация: Зачем чипсету AMD X570 потребовалось активное охлаждение отдельным вентилятором (TDP ~11-15 Вт), в то время как более простые чипсеты (B450/B550) обходились пассивным алюминиевым радиатором?

3.3. Анализ ограничения: Какую роль играет изолирующая линия на текстолите платы (Audio PCB Isolation Line) и отдельный слой заземления для аналоговой части звукового кодека? Что произойдет при ее отсутствии?