Тема 4.1 Ресурсо- и энергосбере­гающие технологии использова­ния вычислительной техники

Технологии повторного использования различных материалов. Экономия матери­альных и людских ресурсов при использовании вычислительной техники. Энергосбере­гающие технологические решения, используемые в современных компьютерах.

Студент должен знать:

- об экономии материальных и людских ресурсов при использовании вычислительной техники;

- об энергосберегающих технологических решениях, используемых в современных компьютерах;

Цели занятия:

- ознакомить студентов с применением энергосбере­гающих технологических решений в современных компьютерах.

- воспитание экономического использования материальных и людских ресурсов.

- воспитание информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

- развитие познавательных интересов, навыков самоконтроля, умения конспектировать.

Ход занятия:

Теоретическая часть.

Амортизация (или износ) в данном случае подразумевает старение компонентов персонального компьютера и, в первую очередь, содержимого системного блока.

Понятно, что ни одна вещь со временем не становится новее: в конце концов, любой материал в природе подвержен разложению – это так называемое естественное старение. Наряду с течением времени амортизации способствуют и другие факторы: наличие в устройстве движущихся частей, высокий температурный режим, неблагоприятная окружающая среда и др.

Высокий температурный режим – важная проблема компьютерной техники. Все внутренние устройства персонального компьютера (процессор, блок питания, печатные платы, приводы, жесткие диски) в процессе работы производят значительное количество тепла. Перегрев различных частей системного блока приводит к сбоям и полному выходу из строя персонального компьютера.

Для качественной сквозной вентиляции в переднюю часть корпуса системного блока можно установить дополнительный вентилятор.

Если вентилятор блока питания закачивает воздух вовнутрь, то передний вентилятор должен выкачивать его наружу и наоборот.

Для обеспечения благоприятного температурного режима и хорошей вентиляции корпуса системного блока ПК важно правильно его расположить: не помещать в места с прямым воздействием солнечных лучей и рядом с отопительными батареями, а также в места, где затруднено сквозное прохождение воздуха через корпус (например, в ниши с глухой задней стенкой).

Закачивая воздух в корпус системного блока ПК, вентилятор засасывает и частицы пыли.

Попадающая на печатные платы пыль может накапливать заряды статического электричества, что негативно сказывается на работе устройств. Попадая внутрь приводов, например, CD-ROM, пыль оседает на читающих головках и затрудняет чтение информации с носителей.

Потенциально опасна для устройств настольных компьютеров и серверов неустойчивость работы сетей переменного тока (отключения, перенапряжения, броски питания и др.).

Отключение напряжения особенно опасно для серверов компьютерных сетей, поскольку они хранят информацию, используемую многими пользователями.

Броски напряжения, или переходные процессы, иногда вызываются грозовыми разрядами и могут приводить к кратковременному повышению номинального напряжения электросети до значений от 400 до 5600 В.

Перенапряжения напряжения представляют собой кратковременные превышения нормального значения напряжения (их длительность больше, чем у бросков, но превышение напряжения меньше).

Проседания сети – это кратковременные снижения входного напряжения, обычно обусловленные изменением нагрузки в электросети (например, при включении кондиционера, пылесоса, микроволновой печи или широкоэкранного телевизора).

Частичные отключения электроснабжения – более длительные снижения входного напряжения. Обычно они происходят во время жарких летних месяцев и там, где электростанции перегружены.

Полное отключение питания вызывается выходом из строя участков электросети.

Для борьбы с перечисленными проблемами обычно устанавливают сетевые фильтры и (или) источники бесперебойного питания.

Сетевой фильтр похож на обычный удлинитель, к которому подключаются устройства, но способен сглаживать импульсные помехи в сети переменного тока.

Как правило, фильтр имеет лампочку, выключатель и встроенный предохранитель, который срабатывает в случае возникновения бросков напряжения или перенапряжений и защищает компьютер и другие, подключённые к фильтру, технические средства.

Внутреннее устройство сетевых фильтров

Фильтр подавления высокочастотных помех. У модели TRG фильтр выполнен по упрощенной схеме, дроссель и два конденсатора. Фильтр модели THV более совершенен, два дросселя и четыре конденсатора.

Фильтр модели TRG Фильтр модели THV

Источники бесперебойного питания (ИБП, англ. «Uninterruptible Power Supply», UPS) представляют собой более дорогое и более надёжное решение. Они включаются в настенные розетки питания и служат отличной защитой системного блока, монитора и так далее.

Независимо от того, возникают ли в сети перенапряжения, броски, кратковременные понижения напряжения или полное отключение питания, ИБП «принимают их на себя» и обеспечивают на своем выходе напряжение питания возможно более близкое к номинальному.

При полном отключении питания ИБП переходит в режим работы от встроенной батареи и некоторое время может поддерживать работоспособность подключенных к нему устройств. Это время обычно составляет 5-30 минут и определяется исходя из мощности ИБП (емкости батареи), а также мощности и количества защищаемых устройств.

При возникновении проблемы в электросети, ИБП подаёт све-товой сигнал с помощью светодиодов или звуковых сигналов. После чего пользователь может сохранить информацию на жестком диске (или ином носителе) и выключить компьютер.

Кроме того, применяются специальные административные программы мониторинга ИБП. При этом компьютер и ИБП соединяются информационным кабелем. Произошедшее в сети событие фиксируется и сведения о нём могут быть отправлены администратору сети по электронной почтой. Программа мониторинга может самостоятельно закрыть все приложения и выполнить выключение компьютера.

Выделяют интерактивные (line-interactive) и постоянно действующие (online) ИБП.

Интерактивные ИБП фильтруют поступающее на них сетевое напряжение и еще раз фильтруют его при выдаче на подключен-ные устройства. Когда входное напряжение изменяется, ИБП компенсирует (уменьшает) или усиливает (увеличивает) сигнал, обеспечивая необходимое на выходе напряжение.

При полном отказе электросети такой ИБП переключается на режим питания от батарей. При этом время переключения составляет около 8 наносекунд, что не будет замечено компьютером.

Постоянно действующие ИБП для обеспечения питания компьютера стабильным напряжением используют батареи и преобразователи (инверторы) постоянного тока, то есть в отличие от интерактивных ИБП, пони пропускают всю поступающую электроэнергию через свою батарею и ничего не делают, пока напряжение входной электросети не упадет ниже определенного порога. В этот момент ИБП переключается в режим питания от батарей. Поступающая из электросети энергия служит главным образом для зарядки батарей.

Перебои электроснабжения не приводят к перерывам, вызванным переключением режимов, так как ИБП осуществляют питание оборудования от своих батарей. Такие ИБП обычно стоят дороже интерактивных.

Мощность ИБП (УБП) измеряется в вольт-амперах (ВА), а мощность, потребляемая нагрузкой, – в ваттах (Вт).

Для определения мощности УБП, обеспечивающей работу с соответствующей нагрузкой, необходимо его мощность умножить на коэффициент мощности, как правило, равный 0,7.

Целесообразно иметь запас мощность УБП от 25–30% до 50%. Например мощность, потребляемая нагрузкой (источником питания ПК), равна 300 Вт. Для нее может подойти ИБП мощностью 400 ВА (400х0,7 = 320 Вт), но лучше использовать ИБП мощностью 600 ВА (600х0,7= 420 Вт). При этом увеличивается и время автономной работы устройств, подключённых к ИБП от нескольких до десяти и более минут.

Когда требуется поддерживать работоспособность в течение более длительного периода после отключения электропитания, используют ИБП с большей номинальной мощностью, бензиновые и дизельные электрогенераторы (мотор-генераторы) и другие устройства.

Мотор-генераторы бывают с 1-фазным и 3-фазным напряжением. Они делятся на резервные и основные. Резервные станции предназначены для периодической непродолжительной работы (от 3–7 до 15–20 часов). Они характеризуются небольшими габаритами (20–100 кг) и мощностью 0,5–10 КВт.

Основные станции служат для постоянной и продолжительной работы. Обычно они оснащаются мощными дизельными двигателями с принудительным жидкостным охлаждением и имеют мощность от 6 до 300 КВт, а вес около 300 кг.

Любые модели установок резервного питания следует оснащать блоками автоматики, позволяющими автоматически включать и выключать системы в нужный момент времени. Например, при временном отключении централизованного электроснабжения такая система должна автоматически подключиться к потребителям электроэнергии, а при его возобновлении, также автоматически вернуть резервную установку в дежурный режим, оставив потребителей подключёнными к централизованной системе.

Дизельный агрегат экономичнее расходует более дешёвое топливо и имеет почти в два раза больший ресурс работы, но почти в 2,5 раза дороже бензиновых систем. Бензиновые двигатели обычно имеют 4-тактную систему и работают на бензине А-92 (А-95), расход которого примерно в два раза больше, чем дизельного топлива. При нагрузке 50–85% от номинала дизель расходует 0,25 л/КВт в ч, а бензиновый двигатель 0,5 25 л/КВт в ч.

Альтернативой автономным электрогенераторам на базе двигателей внутреннего сгорания, особенно для сред, где требуется строгое соблюдение экологических и строительных норм, электромагнитной совместимости и при ограничении пространства, являются водородные топливные элементы (ВТЭ) – модульные элементы с полимерной электролитической мембраной. Продуктом сгорания в ВТЭ являются тепло и вода. В течение нескольких часов они могут использоваться в качестве автономных резервных источников. ВТЭ обеспечивают повышение надёжности комплекса энергосбережения (в них отсутствуют движущиеся механические части), улучшение показателей готовности и эффективное устранение слабостей конструкции за счёт размещения системы в непосредственной близости от нагрузки, увеличивают срок службы резервных источников до 10 лет или до 5 тысяч включений/выключений.

Другими, общеизвестными устройствами аварийного электропитания являются аккумуляторы.

Они получили распространение и для поддержки работы компьютеров (особенно серверов) на время прекращения («провалов») подачи энергии (напряжения и тока) в сетях электропитания.

Для организаций, у которых отсутствует возможность установить мотор (дизель)-генератор, фирма INELT Intelligent предложила три варианта аккумуляторных батарей (ИБП линейно интерактивного типа) общей ёмкостью 1000, 2000 и 3000 ВА соответственно. Их батарея Inelt Intelligent 1000 LT обеспечивает напряжение 24 В и ёмкость 268 А ч, чего, например, хватит для питания оборудования ёмкостью 750 ВА в течение не менее 10 часов непрерывной работы. Такой ИБП через порт RS-232 подключается к компьютеру.

Экономия электроэнергии имеет большое значение, поэтому в современных персональных компьютерах предусмотрены возможности остановки жестких дисков через заданный период времени их простоя, отключение монитора, спящий режим (минимальное энергопотребление, выход из которого осуществляется по нажатию клавиши или сигналу от устройства, например, сетевой карты).

Настройка этих опций производится в BIOS, или средствами операционной системы.

Для предотвращения старения монитора и ухудшения его изображения во всех операционных системах предусмотрен хранитель экрана – специальная анимированная заставка, появляющаяся через установленный промежуток времени и выход из которой осуществляется по нажатию любой клавиши.