Дипломная работа: Конвективный и одноступенчатый термоэлектрические способы охлаждения персонального компьютера

Настоящая дипломная работа посвящена сравнению конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения персонального компьютера.

Приведен литературный обзор, в котором рассмотрен: системный блок ПК и его основные части, конвективный способ охлаждения, термоэлектрический способ охлаждения ПК.

Представлены характеристики системного блока ПК и термоэлектрического элемента Пельтье. Приведена методика проведения экспериментальных исследований охлаждения центрального процессора, графического процессора и жёсткого диска.

Описаны результаты экспериментальных исследований охлаждения конвективным и термоэлектрическим способами. Представлены графики изменения температуры в зависимости от времени работы ПК в режиме 100% нагрузки центрального процессора, видеокарты и жёсткого диска. В ходе экспериментальных исследований сравнили полученные результаты и сделали общий вывод об использовании элементов Пельтье в качестве охлаждения в микропроцессорной техники.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Системный блок персонального компьютера и его основные части

1.2 Основные требования, предъявляемые для охлаждения ПК

1.3 Конвективный способ для охлаждения ПК

1.4 Одноступенчатый термоэлектрический способ при охлаждении элементов ПК

1.5 Заключение по литературному обзору

2. Описание экспериментальной установки

3. Методика проведения эксперимента

4. Результаты экспериментальных исследований

4.1 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения центрального процессора ПК

4.2 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения видеокарты ПК

4.3 Сравнительный анализ конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов охлаждения жёсткого диска ПК

Выводы

Список использованной литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

В начале ХХ века человечество вступило в новый этап развития, который назвали - постиндустриальный. Особенностью этапа стал нарастающий прогресс в сфере средств вычислительной техники. С начала 90-х годов прошлого столетия начинается стремительно внедряться персональные компьютеры во все сферы функционирования общества.

Персональный компьютер (ПК) за последние десятилетия приобрёл огромную популярность, благодаря технологиям производительность увеличилась в десятки раз, а размеры уменьшились. Однако, с увеличением мощности компьютеров - повысилось тепловыделение. Что привело к созданию различных систем охлаждения для стабильной работы персонального компьютера.

Система охлаждения - это набор средств для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных элементов. Первая система охлаждения - радиаторная. Она подразделялась на:

- активную (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт его обдува вентиляторами);

- пассивную (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт естественной конвекции).

С усовершенствованием персонального компьютера стали развиваться и другие системы охлаждения:

- системы воздушного (аэрогенного) охлаждения;

- системы жидкостного охлаждения;

- системы фреоновой установки;

- системы открытого испарения;

- системы ватерчиллер;

- системы с использованием элементов Пельтье.

Цель данной дипломной работы:

- сравнение конвективного и одноступенчатого термоэлектрического способов при охлаждении элементов системного блока персонального компьютера.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- выбрать исследуемый объект - системный блок;

- подбор термоэлемента;

- проведение экспериментов;

- сравнение результатов;

- вывод об эффективности охлаждения с помощью термоэлементов.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

История создания персонального компьютера

Размеры первых компьютеров были очень громоздки, иногда даже занимали целые помещения. Главным элементом была - электронная лампа, которая в ту пору стоила немалых денег. Этим машинам дали название - ламповые компьютеры. Сфера использования - в основном военная. После окончания Второй мировой войны - в государственных учреждениях. В малых количествах использовалась в крупных фирмах. Изобретение транзисторов в 1948 году, помогло значительно уменьшить габариты.

Первая модель PDP-8, выпущенная в 1965 году была самая продаваемая компьютерная техника середины 60-х годов. Компьютер широко использовался в различных сферах. По размерам, он был похож на холодильник. После того, как изобрели интегральные схемы, размеры компьютера были существенно уменьшены.

Рис 1.1 - Компьютер модели PDP-8

Впервые микропроцессор Intel-4004, выпущенный в 1971 году стал четырёхбитным. В истории этот процессор стал первым доступным однокристальным микропроцессором.

Intel-8008, появившийся на свет стал первым восьмибитным микропроцессором. Архитектурно был схож с Intel-4004.

Рис 1.2 - Микропроцессор серии Intel-4004

«Альтаир» - первый микрокомпьютер, созданный в 1975 году Генри Э. Р., который работал на процессоре Intel-8008. В этот период компьютеры завоёвывают сферы общественной жизни. Впервые появляются крупные компании, которые выпускают компьютерную технику и программное обеспечение для неё.

IBM PC 5150 - первая модель персонального компьютера, которая выпустила корпорация IBM в 1981 году. Этот компьютер стал родоначальником всех современных персональных компьютеров. [7]

Рис. 1.3 - Компьютер модели IBM PC 5150

Таблица 1.1 - Поколения ЭВМ и их характеристики

1.1 Системный блок персонального компьютера и его основные части

персональный компьютер охлаждение видеокарта

Системный блок - часть компьютера, внутри которого располагаются основные компоненты. Выполненный в виде металлического корпуса. Чаще всего прямоугольной формы. Спереди располагаются: кнопка включения и выключения, оптические приводы, USB-порты, аудио вход/выход.

Различают системный блок по внутреннему и внешнему строению, также по производительности и скорости работы и т.п. [1]

По конструктивным особенностям системные блоки разделяются для:

- дома;

- офиса;

- мультимедии.

В офисах, как правило, системные блоки довольно дешевые и экономичные, они служат для решения простых задач и не могут претендовать на высокую производительность.

Домашние компьютеры собираются с определенными характеристиками, чтобы они соответствовали требованиям для игр и программного обеспечения, а также они имеют среднюю производительность.

У мультимедийных компьютеров высокая производительность, их использование не ограничивается видеоиграми, а в большей части работой в графических редакторах, там, где требуется значительная производительность от видеокарты и центрального процессора, такие компьютеры по сравнению с другими дороже в несколько раз.

Компьютеры используются во всех сферах деятельности в настоящее время, поэтому нужно знать, как проводить аппаратное техническое обслуживание.

Составные части системного блока:

- корпуса

- материнская плата;

- центральный процессор;

- ОЗУ;

- жесткий диск (HDD);

- дисковод;

- видеоадаптер;

- блок питания.

Корпус - составная часть системного блока, которая служит для защиты внутренних компонентов системного блока от внешних воздействий и механических повреждений. Так же для поддержания температурного внутри него. Корпус, как правило, изготавливают из деталей на основе стали, алюминия, реже - пластика. [1]

В зависимости от строения, корпус имеет следующий вид:

- вертикальный;

- горизонтальный.

Подразделяются вертикальные корпуса:

- big tower;

- midi tower;

- mini tower.

Горизонтальная - desktop.

Mini tower - самый первый корпус, сделанный для персонального компьютера, невысокий по высоте корпус. Изначально, когда материнские платы были небольшого размера, этот корпус был самым распространенным, но сегодня встречается довольно редко, так как материнские платы нового поколения не помешаются в корпусе. Чаще всего используются в офисах или сетевых терминалов, где нужны маломощные компьютеры.

Midi tower - средний по размерам и наиболее распространенный на сегодняшний день тип корпуса. Внутри корпуса вмещается большое число накопителей и служит практически для всех типов системных плат. Данная форма корпуса подходит наиболее для домашних и офисных компьютеров и применяется везде.

Big tower - самый большой крупногабаритный корпус, который обеспечивает расположение системных плат всех видов и размеров. Обычно при покупке корпуса входит блок питания с повышенной мощностью. Применение корпусов данного вида нашли рабочие станции, малые сервера и киберспортсмены.

Desktop - размещение этого типа корпуса обычно под монитором. Такая конструкция занимается меньше места. Но есть существенный недостаток - собирать и ремонтировать компьютер этого типа неудобно и потребует много усилий и времени. Объем внутри корпуса невелик, следовательно, блок питания на такой корпус будет отличаться малой мощностью. Отсюда следует вывод - для сборки новейшего компьютера этот тип корпус не подходит.

Рис. 1.4 - Корпуса ПК tower и desktop

Таблица 1.2 - Типы корпусов ПК и их габаритные размеры

Материнская плата (motherboard) - одна из основных частей, на которой устанавливаются внутренние компоненты системного блока. Ее характеристики во многом зависят от возможности компьютера, в особенности от производительности. Второй по значительности, после центрального процессора компонент системного блока. [4]

Форм-фактор материнской платы - это стандарт, который определяет основные размеры системной платы для персонального компьютера и где будет она крепиться к корпусу; по расположению интерфейсов шин, портов, разъёма центрального процессора и слотов ОЗУ, а также разъём, чтобы подключить блок питания.

- Устаревшие: Baby-AT; WTX, ITX; полноразмерная плата AT; LPX.

- Современные: BТХ; MicroATX; FlexАТХ; NLX; WTX, DTX и другие

Рис. 1.6 - Материнская плата для ПК:

1 - выводы для подключения периферийных устройств; 2 - слот для установки центрального процессора; 3 - радиатор северного моста; 4 - слот PCI Express x16; 5 - стандартный PCI слот; 6 - батарейка BIOS; 7 - коннекторы SATA портов; 8 - радиатор южного моста; 9 - слот для подключения FDD; 10 - слот для IDE; 11 - коннектор для подключения питания материнской платы; 12 - слоты оперативной памяти

Рис. 1.7 - Материнские платы различных размеров для ПК

Таблица 1.3 - Физические размеры материнских плат