Архітектура комп'ютерів

1. Найбільш відомі формфактори системних плат.

Найважливішим вузлом комп’ютера є системна (system board) або материнською плата (motherboard). Практично всі внутрішні компоненти персонального комп’ютера вставляються в материнську плату, саме її характеристики визначають можливості комп’ютера та його загальну продуктивність.

Існує декілька найбільш поширених формфакторів, що враховуються при розробці системних плат. Формфактор (form factor) визначає фізичні параметри плати та тип корпусу, в якому вона може бути встановлена. Формфактори системних плат можуть бути стандартними (тобто взаємозамінними) і нестандартними. Нестандартні формфактори є перешкодою для модернізації комп’ютера, тому від них краще відмовитися.

Застарілі формфактори:

■ Baby-AT (PC і XT);

■ повнорозмірна АТ;

■ LPX (частково оригінальна розробка);

■ NLX;

■ WTX;

■ ВТХ, microBTX, picoBTX.

Сучасні формфактори:

■ АТХ і варіації; microATX, FlexATX, DTX/Mini-DTX, а також ITX/Mini-ITX.

За останні кілька років відбувся перехід від системних плат оригінального формфактора Baby-АТ (який використовувався в перших комп’ютерах IBM PC і XT) до плат формфактора ВТХ і АТХ, (використовуються в більшості повнорозмірних настільних і вертикальних систем). Існує кілька варіантів формфактора АТХ, в число яких входять microATX (зменшена версія формфактора АТХ, який використовується в системах малих розмірів) і Flex-АТХ (ще більш зменшений варіант, призначений для домашніх комп’ютерів нижнього цінового рівня). Формфактор ВТХ мав зміну положення основних компонентів з метою поліпшення охолодження системи, а також використання термального модуля.

Системні плати, параметри яких не вписуються у формфактор промислового стандарту, слід вважати невзаємозамінними. Ремонт і модернізація таких систем досить дорогі. Системи незалежних формфакторів іноді називають «одноразовими» ПК.

2. Застарілі формфактори PC і XT

Перша материнська плата була встановлена в перші ПК IBM PC, випущена в серпні 1981 року. У 1983 році IBM випустила системну плату PC XT з таким самим формфактором (9x13 дюймів), що й плата PC, але яка мала не вісім, а п’ять роз’ємів. У XT прибраний касетний порт, який використовувався для зберігання програм, які були написані мовою BASIC, на касетній стрічці, а не на дорогому (у той час) гнучкому диску.

Незначні відмінності в розміщенні роз’ємів і видалення касетного порту внесли зміни у конструкцію корпусу. Формфактор XT став настільки популярним, що багато виробників просто скопіювали його і випускали XT-сумісні системні плати.

3. Повнорозмірна плата АТ

Плата АТ за своїми габаритами відповідає системній платі оригінального комп’ютера IBM АТ. Це велика плата розміром 12x13,8 дюйма (приблизно 30,5 x35 см). Повнорозмірна системна плата АТ з’явилася в серпні 1984 року, коли IBM представила нову модель персонального

комп’ютера PC АТ. Для розміщення всіх компонентів, необхідних для підтримки 16-розрядного процесора 286, компанії IBM знадобилася системна плата більшого розміру, ніж у плат PC/XT. Тому в моделі АТ були збільшені розміри системної плати, але при цьому збережено розміщення монтажних отворів і роз’ємів. Для цього IBM просто «розширила» системну плату PC/XT в обох напрямках (Рис.).

Через рік після початку випуску завдяки інтеграції ряду компонентів стало можливим створення плати з використанням меншого числа комплектуючих, тому плата була зменшена в розмірі. Формфактор цієї плати назвали ХТ-286 (згодом стала називатись Baby-АТ).

Місцезнаходження роз’ємів і монтажних отворів на повнорозмірній платі АТ повністю відповідають специфікаціям XT, але через те що збільшилися розміри повнорозмірну системну плату АТ можна встановити тільки в повнорозмірні корпусу АТ у виконанні Desktop або Tower.

4. Baby-AT

Після представлення компанією IBM систем АТ в серпні 1984 консолідація елементів дозволила проектувати системи з використанням меншої кількості мікросхем, тобто з’явилася можливість зменшити розміри системних плат. У результаті всі компоненти вдалося розмістити на системній платі, розміри якої виявилися менші ніж розміри системних плат формфактора XT.

Baby-AT – це такий же формфактор, як і у системних плат XT. Єдина відмінність – невелика зміна положення кріпильних отворів. Подібні системні плати також характеризуються зміненим розташуванням порта клавіатури та інших роз’ємів, що пов’язано із зміною положення монтажних отворів. Практично всі системні плати АТ і Baby-АТ оснащені стандартним 5-контактним роз’ємом для клавіатури DIN. Системні плати Baby-АТ можна використовувати замість повнорозмірних плат АТ, причому можливе їх встановлення в корпуси декількох типів. Завдяки подібній універсальності Baby-АТ був популярним з 1983-го по 1996-й рік. Починаючи з 1996 року, використовувалися системні плати формфактора АТХ, microATX або NLX, тому формфактор Baby-АТ став швидко втрачати позиції.

Щоб ідентифікувати систему класу Baby-АТ слід подивитися на задню панель корпусу. Плати розширення вставляються безпосередньо в роз’єми на системній платі і орієнтовані перпендикулярно системній платі. При цьому на задній панелі системної плати Baby-АТ помітний тільки один роз’єм – 5- контактний DIN, призначений для підключення клавіатури; та деякі системи оснащувалися 6-контактними роз’ємами mini-DIN меншого розміру (PS/2) і навіть роз’ємом миші. Всі інші роз’єми розміщувалися або безпосередньо на системній платі, або на виносних колодках, які підключаються до системної плати за допомогою кабелів.

Усі системні плати Baby-АТ відповідають ряду вимог, що стосуються висоти, розміщення монтажних отворів і роз’ємів, але можуть відрізнятися по ширині. Системні плати, розміри яких менші стандартних 9x13 дюймів відносили до формфакторів mini-AT, micro-АТ, а іноді 2/3-Baby або l/2-Baby. При цьому їх можна було встановлювати в корпуси стандарту Baby-AT.

Контрольні запитання

1. Перечисліть найбільш відомі формфактори системних плат.

2. Які формфактори відносяться до застарілих?

3. Охарактеризуйте PC і XT.

4. Охарактеризуйте повнорозмірну плату АТ.

5. Охарактеризуйте Baby-AT.

Тема. ЗАСТАРІЛІ ФОРМФАКТОРИ (LPX, NLX, WTX, ВТХ)

1. LPX

Плати LPX і Mini-LPX були розроблені компанією Western Digital в 1987 році для своїх комп’ютерів. У назві LPX скорочення LP розшифровується як «низький профіль» (Low Profile). Оскільки роз’єми розташовувалися паралельно системній платі, став можливим випуск низькопрофільних корпусів.

Системні плати від різних виробників є невзаємозамінними тому деякі постачальники, наприклад IBM і HP, пропонували системи LPX, в яких використовувалися Т-подібні виносні плати, які дозволяли розташувати плати розширення перпендикулярно системній платі, на певній відстані від неї.

Ці плати були досить популярні з кінця 1980-х до середини 1990-х років. Це були переважно системи виробництва Compaq і Packard Bell. Системні плати LPX найбільш часто використовувалися в низькопрофільних корпусах, хоча зустрічалися і в корпусах типу tower.

Плати LPX (Рис.) істотно відрізняються від інших плат. Наприклад, роз’єми розширення в них змонтовані на окремій виносній платі, яка вставляється в системну плату.

Ще одна відмінність плат LPX полягає в характерному розміщенні роз’ємів на задній панелі – в один ряд а саме: роз’єми для монітора VGA (15 контактів), паралельного порту (25 контактів), двох послідовних портів (по 9 контактів) і роз’єми mini-DIN для клавіатури і миші стандарту PS/2.

Щоб розпізнати LPX слід подивитися чи використовується виносна плата (всі роз’єми паралельні системній платі). Виносна плата використовується також в платах NLX. Але в LPX вона розміщується посередині системної плати, а в NLX – збоку, причому фактично вона підключена до системної плати.

Роз’єми вздовж заднього краю плат можуть «конфліктувати» з роз’ємами шин. Саме тому і використовуються виносні плати.

2. NLX

Низькопрофільний формфактор NLX був представлений в листопаді 1996 року і швидко завоював популярність на ринку корпоративних настільних систем, вироблених такими компаніями, як Compaq, HP, Toshiba та ін.

Формфактор NLX схожий на перші варіанти LPX, проте в нього були внесені численні зміни з метою інтеграції нових технологій. Його можна розглядати як поліпшену версію нестандартної конструкції LPX, проте на відміну від останнього NLX повністю стандартизований. Це означає, що можна без зусиль замінити материнську плату NLX аналогічної платою іншого виробника.

Основною характерною особливістю систем NLX є те, що в них материнська плата вставлялася в виносну плату. Таким чином, материнську плату можна витягти з комп’ютера, не чіпаючи виносну плату і всі вставлені в неї карти розширення. До того ж материнські плати NLX взагалі не мають внутрішніх кабелів або штекерів, вставлених безпосередньо в неї. Всі пристрої, які зазвичай вставляють в материнську плату (кабелі дискових пристроїв, блоку живлення, індикаторів передньої панелі корпусу, перемикачів і т.д.), в цьому формфакторі вставляються в виносну плату (Рис.). Використовуючи виносну карту в якості центру підключень, можна зняти кришку системного блоку і в буквальному сенсі витягнути материнську плату з роз’єму, що не відключивши жодного штекера або кабелю. Це дозволяє швидко замінювати материнську плату в системному блоці.

Від інших формфакторів, NLX відрізняють по унікальному розташування роз’ємів на панелі введення-виведення, характерне тільки для формфактора NLX: у лівій частині роз’єми розташовуються в один ряд, а в правій-вже в два.

3.WTX

Формфактор систем і системних плат WTX розроблявся для робочих станцій середнього рівня. За своїми параметрами він був схожий на АТХ і визначав розмір/форму системної плати, а також інтерфейс плати та корпусу, розроблений відповідно до особливостей формфактора.

Формфактор WTX версії 1.0 був представлений у вересні 1998 року, а в лютому 1999 року з’явилася його наступна версія (1.1). З тих пір даний формфактор не оновлювався, і його підтримка була припинена.

Системні плати WTX набагато більші ніж плати АТХ. Мінімальні розміри плати не обмежені, що дозволяє виробникам зменшувати розміри плат відповідно з монтажними критеріями. Додатковий простір дозволяв розмістити два і більше процесора, а також інше інтегроване обладнання, необхідне в конструкції сервера або робочої станції.

4.ВTX

Формфактор системних плат ВТХ (Balanced Technology Extended) спочатку був представлений компанією Intel у вересні 2003 року. Оновлені редакції 1.0а і 1.0b представлені в лютому 2004 року і липні 2005 року відповідно. Формфактор ВТХ був розроблений для повної заміни формфактора АТХ, щоб задовольнити зростаючі вимоги до енергоспоживання і охолодженню. З 2005 року цей формфактор став популярним у фірмових збірках компаній Dell, Gateway та ін.

Формфактор ВТХ не є зворотно-сумісним з АТХ і з усіма іншими формфакторами. Повнорозмірна системна плата ВТХ більша ніж плата АТХ, що дозволяє розмістити на ній більше компонентів. Роз’єми портів і розташування монтажних отворів відрізняються від АТХ, що призвело до необхідності розробки нової конструкції корпусів.

До основних переваг формфактора ВТХ відносяться оптимізоване розміщення компонентів, що спрощує передачу сигналів, покращене проходження повітряних потоків, кріпильний модуль SRM (Support and Retention Module), можливість створення низькопрофільних систем, а також універсальний стандарт блоків живлення.

Стандарт ВТХ також чітко визначає розміщення системної плати та інших компонентів всередині корпусу, що значно спрощує роботу в корпусі і заміну компонентів.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте LPX.

2. Охарактеризуйте NLX.

3. Охарактеризуйте WTX.

4. Охарактеризуйте ВТХ.

Тема. СУЧАСНІ ФОРМФАКТОРИ МАТЕРИНСЬКИХ ПЛАТ

1. АТХ

Формфактор АТХ став першою революційною зміною конструкції материнських плат. У ньому поєднуються кращі особливості стандартів Baby-АТ і LPX і закладено багато додаткових вдосконалень. По суті, АТХ – це «лежача на боці» плата Baby-АТ із зміненим силовим роз’ємом і місцем розташування джерела живлення. Головне, що необхідно запам’ятати, – конструкція АТХ фізично не сумісна ні з Baby-АТ, ні з LPX.

Вперше АТС була випущена компанією Intel в липні 1995 року. У конструкції АТХ введені наступні поліпшення в порівнянні з Baby-АТ і LPX.

■ Наявність вбудованої подвійної панелі роз’ємів введення-виведення. На тильній стороні системної плати є область з роз’ємами введеннявиведення шириною 6,25 і висотою 1,75 дюйма. Це дозволяє розташувати зовнішні роз’єми безпосередньо на платі і виключає необхідність використання кабелів, що з’єднують внутрішні роз’єми і задню панель корпусу, як в конструкції Baby-АТ.

■ Наявність одноключевого внутрішнього роз’єму джерела живлення. Специфікація АТХ містить одноключевой роз’єм джерела живлення, який легко вставляється і який неможливо встановити неправильно. Цей роз’єм має контакти для підведення до системної плати напруги 3,3 В, тобто для системної плати АТХ не потрібні вбудовані перетворювачі напруги, які часто виходять з ладу.

■ Переміщення процесора і модулів пам’яті. Змінено місця розташування цих пристроїв: тепер вони не заважають платам розширення, і їх легко замінити новими, не виймаючи при цьому жодного з встановлених адаптерів.

■ Більш вдале розташування внутрішніх роз’ємів введення-виведення. Ці роз’єми для накопичувачів на гнучких і жорстких дисках зміщені і знаходяться не під роз’ємами розширення або самими накопичувачами, а поряд з ними.

■ Покращене охолодження. Процесор і оперативна пам’ять сконструйовані і розташовані таким чином, щоб максимально поліпшити охолодження системи в цілому.

■ Зниження вартості. Конструкція АТХ не вимагає наявності гнізда кабелів до роз’ємів зовнішніх портів, що зустрічаються на системних платах Baby-АТ, додаткового вентилятора для процесора і 3,3-вольтного стабілізатора на системній платі.

Конструктивні переваги формфактора АТХ витіснили з ринку материнські плати Baby-АТ і LPX.

2. MicroATX

Формфактор системної плати microATX представлений компанією Intel в грудні 1997 року як варіант зменшеної плати АТХ, призначений для невеликих і недорогих систем. Зменшення формфактора стандартної плати АТХ привело до зменшення розмірів корпусу, системної плати і блоку живлення і в кінцевому рахунку-до зниження вартості всієї системи. Крім того, формфактор microATX сумісний з АТХ, що дозволяє використовувати системну плату microATX в повноразмірному корпусі АТХ. Але вставити повнорозмірну плату АТХ в корпус microATX – не можна.

Системні плати формфакторів microATX і АТХ (або mini-ATX) мають такі основні відмінності:

■ зменшена ширина: 244 мм (9,6 дюйма) замість 305 мм (12 дюймів) або 284 мм (11,2 дюйма);

■ зменшене число роз’ємів розширення (максимум чотири, хоча в більшості випадків-всього три);

■ зменшений блок живлення (формфактора SFX/TFX).

Максимальні розміри системної плати microATX досягають усього 9,6x9,6 дюйма (244x244 мм). Зменшена кількість роз’ємів не є проблемою для звичайного користувача домашнього або офісного комп’ютера, так як ряд системних компонентів часто вбудовуються в системну плату. Висока інтеграція компонентів знижує вартість системної плати і відповідно всієї системи.

У системах microATX завдяки відповідності роз’ємів з успіхом використовувався стандартний блок живлення АТХ. Але, незважаючи на це, спеціально для таких систем був розроблений зменшений формфактор блоку живлення, що отримав назву SFX TFX. Зменшення розмірів блоку живлення дозволяє поліпшити компоновку елементів і відповідно зменшити загальні розміри системи і споживану нею потужність.

Сумісність плат microATX з АТХ означає наступне:

■ використання одного і того ж 20-контактного роз’єму живлення;

■ стандартне розташування роз’ємів введення-виведення;

■ однакове розташування кріпильних гвинтів.

Подібність геометричних параметрів дозволяє встановити системну плату microATX як в корпус АТХ, що містить стандартний блок живлення, так і в зменшений корпус microATX, що використовує менший за розмірами блок живлення SFX/TFX.

3. FlexATX

У березні 1999 року компанія Intel опублікувала доповнення до специфікації microATX – FlexATX. У цьому доповненні описувалися системні плати ще меншого розміру, ніж microATX, які дозволяють виробникам створювати невеликі і недорогі системи. Плати FlexATX зменшеного розміру призначені для використання в багатьох сучасних ПК, особливо в тих, які відрізняються невисокою ціною, невеликим розміром і орієнтовані на користувачів, що працюють з офісними додатками. У деяких платах FlexATX навіть немає слотів розширення, і замість них використовуються тільки порти USB або IEEE-1394/FireWire.

Формфактор FlexATX визначає системну плату, яка є найменшою з сімейства АТХ. Розміри цієї плати-всього 229x191 мм (9,0 x7, 5 дюйма). Системні плати FlexATX відрізняються, як уже зазначалося, меншими розмірами і підтримкою процесорів гніздовий конструкції. В іншому плати FlexATX зворотньо сумісні зі стандартною платою АТХ, оскільки використовують однакове розташування монтажних отворів, а також однакову специфікацію роз’ємів живлення і вводу-виводу.

У більшості систем FlexATX найчастіше використовуються блоки живлення найменшого формфактора SFX/TFX, представленого в специфікації microATX. У той же час, якщо дозволяють розміри корпусу.

4. DTX і mini-DTX

Специфікації DTX і mini-DTX були видані в лютому 2007 року компанією AMD. Це варіанти малого розміру специфікацій microATX і FlexATX відповідно. Плата DTX має розміри 8x9,6 дюйма (203x244 мм), а mini-DTX-8x6,7 дюйма (203x170 мм). Плати mini-DTX мають всього чотири кріпильних отвори, в той час як DTX-на два більше. Мала ширина плат DTX і mini-DTX (203 мм) дозволяє помістити на них всього два роз’єми розширення.

5. IТХі mini-ITX

Індустріальний стандарт найменшого формфактора FlexATX обмежує розміри системних плат до 22,86-19,05 см (9x7,5 дюйма). Створення формфактора з платами ще меншого розміру цілком допустимо. Аналіз специфікації FlexATX (особливо розташування монтажних отворів в системній платі) показує, що плату FlexATX можна зменшити для застосування тільки чотирьох монтажних отворів.

Співставлення мінімальної ширини і довжини плати демонструє, що мінімальний розмір плати, що входить в рамки обмежень FlexATX, становить 170x170 мм (6,7 x6,7 дюйма).

Підрозділ Platform Solutions компанії VIA Technologies поставило завдання створити системну плату з мінімальними розмірами (зрозуміло, наскільки це можливо), причому не вигадуючи для цього нічого нового. У березні 2001 року була створена плата дещо меншою ширини, ніж FlexATX (21,6 см замість 22,8 см), проте тієї ж довжини. В результаті вийшла плата менша ніж плата FlexATX і при цьому як і раніше відповідала стандартам FlexATX. Нова плата отримала назву ITX, проте зменшення розмірів всього на 6% виявилося недостатньо для промислового виробництва, тому плати формфактора ITX так і не побачили світ.

У квітні 2002 року компанія VIA представила плату з меншими габаритами, яка характеризувалася мінімальними довжиною і шириною, які допустимими в рамках стандарту FlexATX. Новий формфактор називався mini-ITX. По суті, всі зменшені варіанти плат стандарту АТХ являють собою плати FlexATX з мінімальними габаритами. Всі інші характеристики, такі як розмір і розташування портів введення-виведення, розміщення монтажних отворів і тип та кількість роз’ємів блоку живлення, аналогічні стандарту FlexATX. Проте плати більшого розміру не можна встановити в корпус mini-ITX.

Плати mini-ITX володіють більшістю необхідних портів введення-виведення. Проте між платами mini-ITX та іншими моделями АТХ існує ряд відмінностей.

■ Процесор в платі mini-ITX зазвичай припаяний до гнізда, що робить неможливим його оновлення або заміну.

■ У більшості корпусів mini-ITX встановлені блоки живлення TFX, які поставляються лише кількома компаніями, а значить, заміна такого блоку живлення обійдеться недешево.

■ Доступні на ринку блоки живлення TFX мають невелику вихідну потужність, як правило-до 240 Вт

■ Вбудований графічний адаптер не можна замінити платою AGP

6. Системні плати оригінальної розробки

Системні плати, які не володіють одним із стандартних формфакторів, називаються системними платами оригінальної розробки. Системи LPX, Mini-ITX і Nano-ITX потрапляють в клас частково-оригінальних, в той час як деякі компанії випускають цілком оригінальні системи, які з компонентів виключно свого виробництва. Не рекомендується купувати комп’ютер з системними платами нестандартних конструкцій, оскільки в них не передбачена умова заміни системної плати, джерела живлення або корпусу, що істотно обмежує можливості модернізації. Комп’ютери з такими платами також важко ремонтувати. Проблема полягає в тому, що комплектуючі для заміни можна придбати тільки у виробника системи, і вони зазвичай у багато разів дорожчі ніж стандартні.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте АТХ

2. Охарактеризуйте MicroATX

3. Охарактеризуйте FlexATX

4. Охарактеризуйте DTX і mini-DTX

5. Охарактеризуйте IТХі mini-ITX

6. Охарактеризуйте системні плати оригінальної розробки.

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ СИСТЕМНОЇ ЛОГІКИ

1. Набори мікросхем системної логіки

Сучасні системні плати неможливо уявити без мікросхем системної логіки. Набір мікросхем визначає функціональність системної плати. Тобто будь-які дві плати з однаковим набором мікросхем системної логіки функціонально ідентичні, якщо виробник навмисно не додав деякі функції, відсутні в чіпсеті, або не відключив деякі з наявних у ньому.

Набір мікросхем системної логіки включає в себе інтерфейс шини процесора (Front-Side Bus-FSB), контролери пам’яті, контролери шини, контролери введення-виведення і т.п. Всі схеми системної плати також містяться в наборі мікросхем. Якщо порівнювати процесор комп’ютера з двигуном автомобіля, то аналогом набору мікросхем є, швидше за все, шасі. Воно являє собою металевий каркас, службовець для установки двигуна і виконує роль проміжної ланки між двигуном і зовнішнім світом. Шасі – це рама, підвіска, рульовий механізм, колеса і шини, коробка передач, карданний вал, диференціал і гальма. Шасі автомобіля являють собою механізм, що перетворює енергію двигуна в поступальний рух транспортного засобу. Набір мікросхем, в свою чергу, є з’єднанням процесора з різними компонентами комп’ютера. Процесор не може взаємодіяти з пам’яттю, платами адаптера і різними пристроями без допомоги набору мікросхем.

Набір мікросхем управляє інтерфейсом, або з’єднаннями процесора з різними компонентами комп’ютера. Тому він визначає в кінцевому рахунку тип і швидкодію процесора, робочу частоту шини, швидкість, тип і обсяг пам’яті. По суті, набір мікросхем відноситься до числа найбільш важливих компонентів системи, навіть, напевно, більш важливих, ніж процесор.

2. Еволюція наборів мікросхем

Щоб змусити комп’ютер працювати, на першій системні плати IBM PC довелося встановити багато мікросхем. Крім процесора, на системну плату було встановлено безліч інших компонентів: генератор тактової частоти, контролер шини, системний таймер, контролери переривань і прямого доступу до пам’яті, пам’ять CMOS, годинник і контролер клавіатури. Нарешті, щоб забезпечити роботу встановлених компонентів, знадобився ще ряд мікросхем, а також процесор, математичний співпроцесор (модуль для виконання операцій над числами з плаваючою комою) і пам’ять.

У схемі системної плати оригінальних систем PC/XT, крім процесора/співпроцесора, використовувався набір з шести мікросхем. У комп’ютерах АТ і системах пізніших версій IBM перейшла до набору з дев’яти мікросхем, в який були додані додаткові переривання, мікросхеми контролера DMA і енергонезалежна мікросхема CMOS RAM/Real-time Clock (годинник реального часу). Компоненти мікросхем системної плати в основному були виготовлені компанією Intel або іншими виробниками по її ліцензії, за винятком мікросхеми CMOS/Clock, яку випустила компанія Motorola. для створення аналога або копії однієї з систем IBM були потрібні всі зазначені компоненти, а також більше сотні дискретних логічних мікросхем, що пов’язують конструкцію в єдине ціле. Основними недоліками подібної конструкції стали висока собівартість системної плати і відсутність вільного місця для інтегрування інших функціональних компонентів.

У 1986 році компанія Chips and Technologies представила якісно новий компонент, названий 82С206, який і став основною частиною першого набору мікросхем системної логіки системної плати ПК. Ця єдина мікросхема виконувала всі основні функції мікросхем системної плати в комп’ютерах, сумісних з АТ, а саме: функції генератора тактової частоти (мікросхема 82284), контролера шини (мікросхема 82288), системного таймера (мікросхема 8254), двох контролерів переривань (мікросхема 8259), двох контролерів прямого доступу до пам’яті (мікросхема 8237) і навіть мікросхеми CMOS-пам’яті і годиннника (мікросхема МС146818). Крім процесора, всі основні компоненти системної плати PC були замінені однією мікросхемою. Чотири додаткові мікросхеми використовувалися як буфери і контролери пам’яті, розширюючи можливості компонента 82С206. На системній платі було всього п’ять мікросхем. Цьому першому набору мікросхем системної логіки компанія Chips and Technologies привласнила назву CS8220.

Пізніше чотири мікросхеми, встановлені додатково до 82С206, були замінені новим набором, що складався тільки з трьох мікросхем; цей набір називався New Enhanced AT (NEAT) CS8221. А ще через деякий час з’явився набір мікросхем системної логіки 82С836 Single Chip AT (SCAT), який складався всього з однієї мікросхеми.

Ідею набору мікросхем системної логіки підтримали й інші виробники. Компанії Acer, Erso, Opti, Suntac, Symphony, UMC, VLSI і інші прагнули захопити свою частку ринку. Та у багатьох з них положення на ринку наборів мікросхем системної логіки було нестійким: ціни швидко мінялися, і багато компаній зазнали невдачі. Більшість системних плат в даний час мають набір мікросхем системної логіки, розроблений Intel.

Компанії ATI (на даний час – підрозділ AMD), NVIDIA, VIA Technologies, Silicon Integrates Systems (SiS) і Uli Electronics (раніше-Ali Corporation) також випускали набори мікросхем для Intel-сумісних систем.

3. Набори мікросхем системної логіки компанії Intel

В даний час компанія Intel займає домінуюче становище на ринку наборів мікросхем системної логіки. В 1989 році Compaq розробила шину EISA, яка, повинна була стати стандартом ринку. Але компанія відмовилася надати стороннім розробникам набір мікросхем системної логіки для цієї шини (тобто набір спеціальних мікросхем, необхідних для функціонування шини EISA на системній платі).

У Intel було прийнято рішення про постачання наборів мікросхем системної логіки збирачам комп’ютерів на основі системних плат EISA. Шина EISA, зазнала невдачі, зумівши лише на короткий час зайняти вільну нішу на ринку серверів. Однак Intel, за цей час встигла набути безцінного досвіду у виробництві наборів мікросхем. З появою процесорів 286 і 386 виявилося, що створення наборів мікросхем, відповідних новим конструкціям процесорів, віднімає у компаній-виробників дуже багато часу і призводить до затримки випуску системних плат, що підтримують ці процесори. Кількість продаваних процесорів Intel було обмежено відсутністю Intel-сумісних системних плат від інших виробників. Тому в Intel вирішили вести паралельну розробку процесорів і наборів логічних мікросхем, використовуваних в системних платах. Це призвело до якісного стрибка у виробництві системних плат і забезпечило виробників готовими наборами мікросхем системної логіки.

З 1989 року компанія Intel приступила до створення процесорів і наборів мікросхем системної логіки, що складає приблизно 90% компонентів типової системної плати. У 1993 році Intel одночасно з першим процесором Pentium представила набір мікросхем системної логіки 430LX, а також повністю закінчену системну плату. До 1994 року Intel не тільки домінувала на ринку процесорів і наборів мікросхем, але й монополізувала ринок системних плат.

Номери моделей наборів мікросхем системної логіки Intel:

У 1989 році було покладено початок єдиній системі нумерації наборів мікросхем системної логіки компанії Intel. У таблиці перераховані випущені цією компанією чіпсети і підтримувані ними процесори і компоненти.

Наведені в таблиці номери є скороченнями реальних номерів, якими марковані мікросхеми. Прочитавши логотип компанії, а також номери компонентів і комбінації символів мікросхем системної плати, можна легко ідентифікувати набір мікросхем, що використовуэться в конкретній системі.

При створенні наборів мікросхем Intel використовує два різних типи архітектури: північний/південний міст і більш сучасну hub-архітектуру, яка застосовується у всіх останніх наборах мікросхем системної логіки починаючи з серії 800.

У багатьох сучасних системних платах мікросхема північного моста/GMCH/MCH прихована під пасивним або активним радіатором; крім того, в деяких випадках радіатор встановлений і на мікросхемі південного моста/ICH. Для визначення набору мікросхем, використовуваного в подібних системних платах, можна звернути увагу на відомості, які відображаються при завантаженні системи, або скористатися спеціальною діагностичною програмою.

4. Архітектура графічної системи Intel Integrated Graphics

Виробництво наборів мікросхем системної логіки для материнських плат компанія Intel почала у квітні 1999 року, випустивши набір 810. Інтеграція підтримки графіки в набір мікросхем дозволяє відмовитися від відокремленої відеопам’яті та спеціальної мікросхеми; при цьому для графічної системи виділяється частина звичайної пам’яті, встановленої в комп’ютері. Багато наборів мікросхем з інтегрованим відеоадаптером підтримують також роз’єми AGP і/або PCI Express для можливості модернізації. У ці роз’єми можна вставити більш продуктивну відеокарту.

Не обтяжуючи себе функціями дискретної графіки, реалізованими в процесорах висококласних відеоадаптерів, інтегроване відео може забезпечити задовільну продуктивність графічних додатків, не вимагаючи на це додаткової плати.

5. Набори мікросхем системної логіки для процесорів AMD

Випустивши на ринок процесори сімейства Athlon, компанія AMD не мала наборів мікросхем системної логіки, і, крім того, вони були не сумісні з існуючими роз’ємами Intel для процесорів Pentium II/I II і Celeron. Серія процесорів К7 вставлялася в роз’єм Socket 7, створений Intel для сімейства процесорів Pentium, в той час процесори Athlon і Duron були несумісні по контактах ні з Pentium III, ні з Celeron. Замість «підгонки» до існуючих стандартів Intel компанія AMD вирішила створити власний набір мікросхем і материнську плату

Створений набір мікросхем був названий AMD-750 (кодова назва Irongate). Він підтримує процесори Socket/Slot А і складається з мікросхем системного контролера 751 (північний міст) і контролера шини периферійних пристроїв 756 (південний міст). За цим пішов набір мікросхем AMD-760 для процесорів Athlon/Duron, який є першим набором мікросхем системної логіки, що підтримував пам’ять DDR SDRAM. Він складається з двох мікросхем: AMD-761 (північний міст) і AMD-766 (південний міст). Також компанія AMD створила новий стандарт архітектури для своєї лінійки 64-розрядних процесорів Athlon 64 і Opteron, випустивши у світ набір мікросхем AMD-8000. Новаторські зусилля AMD підштовхнули й інші компанії, такі як VIA Technologies, NVIDIA, Ali, SiS і ATI, створити власні набори мікросхем, що підтримують процесори AMD. У 2007 році AMD придбала компанію ATI, щоб зосередити в одних руках виробництво наборів мікросхем і материнських плат для своїх процесорів. Цей крок вивів компанію AMD на один рівень з Intel і дав їй можливість самій випускати більшу частину мікросхем, необхідних для створення комп’ютерних систем на базі власних процесорів. В даний час велику частину наборів мікросхем для підтримки підтримки процесорів AMD випускають лише дві компанії – AMD і NVIDIA.

Контрольні запитання

1. Які є набори мікросхем системної логіки?

2. Розкажіть еволюцію наборів мікросхем.

3. Опишіть набори мікросхем системної логіки компанії Intel

4. Що таке архітектура графічної системи Intel Integrated Graphics?

5. Опишіть набори мікросхем системної логіки для процесорів AMD.

Тема. АРХІТЕКТУРА «ПІВНІЧНИЙ/ПІВДЕННИЙ МІСТ

1. Архітектура «північний/південний міст

Більшість ранніх версій наборів мікросхем Intel (і практично всі набори мікросхем інших виробників) створені на основі багаторівневої архітектури і містять такі компоненти: північний міст, південний міст і мікросхему Super I/O.

■ Північний міст. Являє собою з’єднання швидкодіючої шини процесора (400/266/200/133/100/66 МГц) з повільнішими шинами AGP (533/266/133/66 МГц) і PCI (33 МГц). Позначення мікросхеми північного моста часто дає назву всьому набору мікросхем; наприклад, в наборі мікросхем 440ВХ номер мікросхеми північного моста-82443ВХ.

■ Південний міст. Є мостом між шиною PCI (66/33 МГц) і більш повільної шиною ISA (8 МГц).

■ Super I/O. Окрема мікросхема, під’єднана до шини ISA, яка фактично не є частиною набору мікросхем і часто поставляється сторонніми виробниками, наприклад National Semiconductor і Standard Microsystems Corp. (SMSC). Мікросхема Super I/O містить звичайно використовуються периферійні елементи, об’єднані в одну мікросхему. Слід зазначити, що згодом мікросхеми південного моста включили в себе функціональність Super I/O, так що в сучасних материнських платах окрема мікросхема Super I/O відсутня.

Північний міст іноді називають контролером РАС (PCI/AGP Controller). По суті, він є основним компонентом системної плати і єдиною, за винятком процесора, схемою, що працює на повній частоті системної плати (шини процесора). У сучасних наборах мікросхем використовується однокристальна мікросхема північного мосту; в більш ранніх версіях містилося до трьох окремих мікросхем, складових повну схему північного мосту.

Південний міст має більш низьку швидкодією і завжди знаходиться на окремій мікросхемі. Одна і та ж мікросхема південного моста може використовуватися в різних наборах мікросхем системної логіки. (Різні типи схем північного мосту, як правило, розробляються з урахуванням того, щоб можна було використовувати один і той же компонент південного мосту.) Завдяки модульній конструкції набору мікросхем системної логіки стало можливим знизити вартість і розширити поле діяльності для виготовлювачів системних плат. Південний міст підключається до шини PCI (33 МГц) і містить інтерфейс шини ISA (8 МГц). Крім того, зазвичай він містить дві схеми, що реалізують інтерфейс контролера жорсткого диска IDE і інтерфейс USB (Universal Serial Bus-універсальна послідовна шина), а також схеми, що реалізують функції пам’яті CMOS і годинника. У старих конструкціях південний міст містив також всі компоненти, необхідні для шини ISA, включаючи контролер прямого доступу до пам’яті і контролер переривань

Мікросхема Super I/O, яка є третім компонентом системної плати, з’єднана з шиною ISA (8 МГц) і містить всі стандартні периферійні пристрої, вбудовані в системну плату. Наприклад, більшість мікросхем Super I/O підтримує паралельний порт, два послідовних порти, контролер гнучких дисків, інтерфейс «клавіатура/миша». До числа додаткових компонентів можуть бути віднесені CMOS RAM/Clock, контролери IDE і інтерфейс ігрового порту. Системи, що містять порти IEEE-1394 і SCSI, використовують для портів цього типу окремі мікросхеми.

У нових системних платах з мікросхемами північного і південного мостів представлена мікросхема Super-South Bridge, яка включає в себе функціональні можливості відразу двох мікросхем-власне південного мосту та Super I/O.

2. Hub-архітектура

Нові набори мікросхем системної логіки виробництва Intel використовують архітектуру концентратора (hub-архітектуру), в якій колишній північний міст називається концентратором контролера пам’яті (Memory Controller Hub-МСН), а південний-концентратором контролера вводу-виводу (I/O Controller Hub-ICH). Системи з інтегрованою графікою замість стандартного МСН використовують концентратор контролера графічної пам’яті (Graphics Memory Controller Hub-GMCH).

Замість з’єднання цих контролерів через шину PCI, як у стандартній архітектурі «північний/південний міст», взаємодія між ними здійснюється через виділений інтерфейс концентратора, швидкодія якого вдвічі вища, ніж швидкодія PCI. Hub-архітектура має переваги в порівнянні з традиційною архітектурою «північний/південний міст».

■ Збільшена пропускна здатність. Пропускна здатність інтерфейсу АНА (Accelerated Hub Architecture), використовувана в наборах мікросхем 8хх, вдвічі вище пропускної здатності PCI. У наборах мікросхем серій 3хх і 9хх використовується ще більш прискорена архітектура DMI (Direct Media Interface), яка швидше PCI в 7,5-14 разів.

■ Зменшене завантаження PCI. Hub-інтерфейс не залежить від PCI і не бере участі в перерозподілі смуги пропускання шини PCI або Super I/O. Це підвищує ефективність інших пристроїв, під’єднаних до шини PCI, при виконанні групових операцій.

■ Зменшення монтажної схеми. Незважаючи на подвоєну в порівнянні з PCI пропускну здатність, hub-інтерфейс має ширину, рівну 8 розрядам, і вимагає для з’єднання з системною платою всього 15 сигналів. Шині PCI для виконання подібної операції потрібно не менше 64 сигналів, що призводить до підвищення генерації електромагнітних перешкод, погіршення сигналу, появі «шуму» і в кінцевому результаті – до збільшення собівартості плат.

Конструкція hub-інтерфейсу передбачає збільшення пропускної спроможності пристроїв PCI, що пов’язано з відсутністю південного моста, що передає потік даних від мікросхеми Super I/O і завантажує тим самим шину PCI. Таким чином, hub-архітектура дозволяє збільшити пропускну здатність пристроїв, безпосередньо з’єднаних з південним мостом, до яких відносяться нові швидкодіючі інтерфейси АТА-100/133, Serial АТА 3 Гбіт/с і USB 2.0.

Існують два основних варіанти інтерфейсу концентратора:

■ AHA (Accelerated Hub Architecture). Використовується в серії набору мікросхем 8хх Це прискорений в чотири рази (4х) 8-розрядний інтерфейс, що працює на швидкості 66 МГц з пропускною здатністю 266 Мбіт/с, що вдвічі вище, ніж у PCI.

■ DMI (Direct Media Interface). Використовується в наборах мікросхем серій 9хх і 3хх Це виділене 4-смугове (шириною 4 біт) з’єднання PCI Express, що дозволяє передавати по 1 Гбіт/с по кожній з смуг, що в 7,5-14 разів швидше можливостей шини PCI.

Конструкція hub-інтерфейсу, ширина якого дорівнює 4 або 8 біт, досить економічна. Ширина інтерфейсу може здатися недостатньою, але така конструкція повністю себе виправдовує. Менша кількість виходів говорить про спрощену схему маршрутизації плати, зниженні кількості перешкод і підвищенні стійкості сигналу. Це також скорочує кількість виходів мікросхем що використовуються, зменшує їх розміри і собівартість. Таким чином, за допомогою дуже вузькою, але швидкодіючої архітектури інтерфейс концентратора досягає вищих показників швидкодії, ніж ті, на які була здатна стара архітектура «північний/південний міст».

Крім того, в ICH міститься нова шина Low-Pin-Count (LPC), що являє собою 4-розрядну версію шини PCI, яка була розроблена, в першу чергу, для підтримки мікросхем системної плати ROM BIOS і Super I/O. Разом із чотирма сигналами функцій даних, адрес і команд для функціонування шини потрібно дев’ять додаткових сигналів, що в цілому налічує тринадцять сигналів. Це дозволяє значно зменшити кількість ліній, що з’єднують ROM BIOS з мікросхемами Super I/О.

3. Високошвидкісні з’єднання між мікросхемами північного і південного мостів

Intel – не єдина компанія, яка прагне замінити повільне з’єднання по шині PCI між мікросхемами північного і південного мостів більш продуктивною альтернативою, яка не базується на шині PCI.

Нижче описуються подібні архітектури, створені декількома компаніями.

■ VIA. Інтерфейс V-link забезпечує взаємодію мікросхем північного і південного мостів зі швидкістю, яка рівна або перевищує швидкодію hubархітектури від Intel.

■ SiS. Інтерфейс MuTIOL (також званий гіперпотоковим) забезпечує продуктивність, яка порівнюється з інтерфейсом V-link 4х; в архітектурі другого покоління MuTIOL 1G, що використовується в сучасних наборах мікросхем від SiS, продуктивність порівнянна з Ultra V-link від SiS і DMI від Intel.

■ ATI (підрозділ AMD). У деяких наборах мікросхем серії IGP використовується високошвидкісна шина A-Link. Цей інтерфейс підтримує передачу даних зі швидкістю 266 Мбайт/с, володіючи продуктивністю, порівнянної з hub-архітектурою від Intel і першими поколіннями інтерфейсів V-link і MuTIOL. У своїх останніх наборах мікросхем ATI використовує шину HyperTransport.

■ NVIDIA. У наборах мікросхем серії nForce впроваджена шина HyperTransport, спочатку розроблена компанією AMD.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте архітектуру «північний/південний міст».

2. Що таке Hub-архітектура.

3. Опишіть високошвидкісні з’єднання між мікросхемами північного і південного мостів.

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ СИСТЕМНОЇ ЛОГІКИ КОМПАНІЇ INTEL

1. Перші набори мікросхем системної логіки 386/486 компанії Intel

Перший набір мікросхем системної логіки 82350 призначався для процесорів 386DX і 486. Але він не мав успіху, так як шина EISA не отримала широкого розповсюдження, до того ж багато виробників випускали набори мікросхем для цих процесорів. Та ситуація на ринку постійно змінювалася, Intel відмовилася від підтримки шини EISA, і наступні набори мікросхем системної логіки для процесора 486 були набагато більш вдалим.

У наборі мікросхем 420 вперше була представлена архітектура «північний/південний міст», яка продовжує використовуватися в деяких моделях і донині.

2. П’яте покоління мікросхем системної логіки Pentium (Р5)

Одночасно з процесором Pentium в березні 1993 року Intel представила свій перший набір мікросхем системної логіки 430LX (під кодовою назвою Mercury) для Pentium. Саме в цей рік Intel серйозно зайнялася проектуванням наборів мікросхем системної логіки і приклала всі зусилля, щоб стати лідером на ринку. І оскільки у інших виробників на проектування наборів мікросхем системної логіки йшло кілька місяців, а то й рік, компанія Intel дуже скоро домоглася своєї мети. Жоден з наборів мікросхем системної логіки Intel не підтримує порти AGP-ця підтримка була додана тільки в набори мікросхем, призначені для процесорів сімейства Pentium II/Celeron.

3. Шосте покоління мікросхем системної логіки Pentium Pro і Pentium ІІ/ІІІ (Р6)

Оскільки Pentium Pro, Celeron і Pefitium II/III-це, по суті, один і той же процесор, що має невеликі відмінності в конструкціях кеш-пам’яті, один і той же набір мікросхем системної логіки може використовуватися як для гнізд типу Socket 8 (Pentium Pro) і Socket 370 (Celeron), так і для роз’єму типу Slot 1 (Celeron і Pentium II/III).

Кеш-пам’ять другого рівня процесорів Pentium Pro, Celeron і Pentium ІІ/ІІІ знаходиться в корпусі процесора. Отже, характеристики кеш-пам’яті для цих комп’ютерів залежать не від набору мікросхем системної логіки, а від процесора.

Багато наборів мікросхем виробництва компанії Intel складаються з двох компонентів: північного моста (МСН або GMCH у разі hub-архітектури) і південного моста (ICH у разі hub-архітектури). Дуже часто одна і та ж мікросхема південного моста або ICH може використовуватися з декількома північними мостами (МСН або GMCH).

Набори мікросхем для підтримки процесорів класу Р6 випускалися і іншими компаніями, такими як ALi Corporation (раніше відома як Acer Laboratories), VIA Technologies і SiS. Компанія ALi (Acer Labs, Inc.) Виділила свій підрозділ з виробництва наборів мікросхем в 2003 році в окрему компанію ULi Electronics; потім в 2006 році ULi була поглинута компанією NVIDIA. Компанія ALi виробляла широкий асортимент наборів мікросхем для процесорів Классс Р6. Більшість з них за своїми функціями були аналогічні пропозиціям Intel.

4. Сьоме і восьме покоління мікросхем системної логіки для Pentium 4/D, Core 2, Core i

Оскільки процесори Pentium 4 і Celeron для гнізд Socket 423 і Socket 478 являли собою один і той самий процесор з різними обсягами кеш-пам’яті і невеликими внутрішніми модифікаціями, один і той самий набір мікросхем можна використовувати з процесорами обох типів. Процесор Pentium 4 для гнізда Socket 775 істотно відрізняється від своїх попередників; отже, основна частина сімейства наборів мікросхем 9хх підтримує тільки процесори Pentium 4 і Core 2 для гнізда Socket 775.

Характеристики наборів мікросхем сімейства 8хх Intel для процесорів Pentium 4 і Celeron 4 представлені в табл. 4.17 і 4.18. Ці набори мікросхем базуються на hub-архітектурі компанії Intel, що забезпечує швидкість передачі даних 266 Мбайт/с між компонентами MCH/GMCH і ICH.

Процесори Celeron D для настільних систем (спадкоємці Celeron 4) були представлені після наборів мікросхем, однак підтримувалися наборами 845Е, 845G, 845GE, 845РЕ і 845GV.

У середині 2004 року компанія Intel представила нове сімейство наборів мікросхем 9хх для процесорів Pentium 4 і Celeron 4. Дані набори з кодовими назвами Grantsdale і Alderwood оптимізовані для використання спільно з процесором Pentium 4 Prescott, випущеним на початку 2004 року. Це були перші набори мікросхем Intel, що підтримують кілька нових технологій, у тому числі пам’ять DDR2 і шину PCI Express для підключення відеоадаптерів та інших високошвидкісних пристроїв введення-виведення (таких, як мережеві адаптери Gigabit Ethernet).

У 2005 році Intel представила свій перший двоядерний процесор для настільних ПК (Pentium D), а також найбільш продуктивний одноядерний процесор Pentium Extreme Edition. Для підтримки даних процесорів, а також процесорів Pentium 4 з підтримкою технології НТ для гнізда Socket 775 були розроблені набори мікросхем 945,955 і 975.

Оскільки розвиток технологій висуває все більш високі вимоги до швидкості передачі даних, сімейство наборів мікросхем 9хх базується на поліпшеній hub-архитектурі HI 1.5, яка використовувалася в наборах мікросхем сімейства 8хх. Нова архітектура, відома як DMI (Direct Media Interface), забезпечує швидкість передачі даних до 1 Гбайт/с у кожному напрямку.

4.1. Сімейство Intel 915

Сімейство наборів мікросхем Intel 915, відоме під кодовою назвою Grantsdale, було представлено в 2004 році. До цього сімейства ставляться шість наборів мікросхем (910GL, 915PL, 915Р, 915G, 915GV і 915GL), кожен з яких підтримує новітні процесори Pentium 4 Prescott, виконані за 0,09- мікронною технологією. Дані набори мікросхем також підтримують нове гніздо для установки процесорів LGA 775 (Socket Т), описане в розділі 3. Ці набори мікросхем прийшли на зміну сімейству наборів мікросхем Intel 865 (Springdale).

Набори мікросхем 915Р, 915G, 915GV, 915GL і 915PL підтримують технологію НуperThreading, вбудовану в усі нові моделі процесорів Pentium 4, а також частоту шини 800 Мгц. Всі три набору мікросхем підтримують двоканальну пам’ять DDR з частотою до 400 МГц, а також роз’єми плат розширення PCI Express xl і PCI 2.3. Набори мікросхем 915Р, 915G і 915GV додатково підтримують новий стандарт пам’яті DDR2 зі швидкістю до 533 МГц.

Набори мікросхем 15Р і 915PL підтримують роз’єм PCI Express х16 для установки високорівневих вид щптеров, a 915G, крім цього, ще й оснащені інтегрованим відеоадаптером Inеel Graphics Media Accelerator 900 (раніше відомим як Extreme Graphics 3). Набори мікросхем 915GV, 915GL і 910GL оснащені інтегрованим відеоадаптером Intel Graphics Media Accelerator 900, але не підтримують роз’єм PCI Express х16. Відеоадаптер Intel Graphics Media Accelerator 900 підтримує частину функцій DirectX 9, але не підтримує вершинні шейдери, на відміну від повністю DirectX-сумісних графічних процесорів виробництва ATI і NVIDIA.

Набір мікросхем 910GL – найбільш дешевий член сімейства, який не підтримує пам’ять DDR2, частоту шини 800 Мгц, технологію HyperThreading, а також відеоадаптери PCI Express х16. Він призначений для використання в дешевих комп’ютерних системах на базі процесорів Intel Celeron і нового процесора Celeron D.

Всі мікросхеми MCH/GMCH з наборів сімейства 915 використовуються з новими мікросхемами південного моста – ICH6.

4.2. Сімейство Intel 925Х

Набір мікросхем Intel 925Х, до офіційного представлення відомий під кодовою назвою Alderwood, випущений в 2004 році. Він прийшов на зміну набору мікросхем 875Р (Canterwood). На відміну від наборів мікросхем сімейства 915, які все ще підтримують пам’ять DDR, набір 925Х підтримує тільки пам’ять DDR2. Набір мікросхем 925Х також підтримує пам’ять ЕСС, в результаті чого з’являється можливість створення швидкої платформи для запуску критичних додатків. Для подальшого підвищення швидкодії також використовується контроллер пам’яті поліпшеною архітектури.

Набір мікросхем 925Х підтримує роз’єми розширення PCI Express x1 і PCI Express х16 (відео), а також PCI 2.3. В якості контролера введення-виведення використовується сімейство ICH6, що замінило собою південний міст.

У поліпшену версію цього набору мікросхем – 925ХЕ – додана підтримка процесорної шини 1066 МГц, однак вона не підтримує процесор Pentium 4 Extreme Edition і пам’ять з корекцією помилок ЕСС.

4.3. Сімейство Intel 945 Express

Сімейство наборів мікросхем Intel 945 Express (кодова назва-Lakeport) випущено в 2005 році і включає в себе набори мікросхем 945G, 945р і 945PL. Подібно 955Х і 975Х, це перші набори мікросхем від компанії Intel, які підтримують нові двоядерні процесори Pentium D; при цьому вони також підтримують процесори Pentium 4 з реалізацією технології НТ для гнізда Socket 775.

Набори мікросхем 945G і 945Р націлені на сегмент ринку високопродуктивних ПК. Вони підтримують частоту шини до 1066 МГц і до 4 Гбайт двоканальної пам’яті DDR2 з частотою до 667 МГц (дві пари модулів). Обидва набори підтримують відеоадаптери PCI Express х 16, проте набір мікросхем 945G також містить інтегроване графічне ядро Intel Graphics Media Accelerator 950.

Набір мікросхем 945PL націлений на так званий сегмент масових ПК; він підтримує тільки два модулі пам’яті (одну пару в двоканальному режимі) з частотою до 533 МГц і об’ємом до 2 Гбайт. Також він підтримує відеоадаптери PCI Express х16.

Всі члени сімейства 945 містять мікросхему контролера введення-виведення ICH7

Відмінності південних мостів ICH7 від південних мостів ICH6:

■ підтримка жорстких дисків Serial АТА 300 Мбайт/с;

■ підтримка SATA RAID 5 і Matrix RAID (тільки мікросхемою ICH7R);

■ підтримка двох додаткових портів PCI Express xl (тільки мікросхемою ICH7R).

Контрольні запитання

2. Опишіть п’яте покоління мікросхем системної логіки Pentium (Р5).

3. Опишіть шосте покоління мікросхем системної логіки Pentium Pro і Pentium ІІ/ІІІ (Р6).

4. Опишіть сьоме і восьме покоління мікросхем системної логіки для Pentium 4/D, Core 2, Core i.

5. Охарактеризуйте сімейство Intel 915.

6. Охарактеризуйте сімейство Intel 925Х

7. Охарактеризуйте сімейство Intel 945 Express

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ INTEL (955Х І 975Х, Intel 96Х, 3х, 4х, 5х)

1. Набори мікросхем Intel 955Х і 975Х

Сімейство наборів мікросхем Intel Glenwood було представлено в 2005 році і включало в себе набори мікросхем 955Х і 975Х. Як і сімейство 945, це перші набори мікросхем Intel з підтримкою двоядерних процесорів Pentium D, проте вони також підтримують дуже продуктивний одноядерний процесор Pentium Extreme Edition і існуючі процесори Pentium 4 з технологією НТ для гнізда Socket 775. Компанія Intel відносить дані набори мікросхем до сегменту продуктивних ПК і робочих станцій початкового рівня.

Хоча числові позначення даних наборів мікросхем відрізняються, їх функції практично ідентичні. Обидва набори підтримують частоти шини 800 і 1066 МГц, а також до чотирьох модулів пам’яті DDR2 667/533 (по дві пари модулів в двоканальному режимі) з максимальним об’ємом 8 Гбайт. Обидва набори мікросхем підтримують пам’ять ЕСС (це обов’язкова вимога для робочих станцій) і використовують мікросхему ICH7 в якості контролера введення-виведення.

Набори 955Х і 975Х відрізняються тільки підтримкою відео. Набір мікросхем 955Х підтримує один адаптер PCI Express х16, в той час як набір 975Х-установку двох відеоадаптерів у режимі CrossFire.

2. Набори мікросхем Intel 96Х

Сімейство наборів мікросхем Intel 96Х було представлено у червні 2006 року і призначене для підтримки процесорів Core 2 (включаючи двох-і чотириядерні версії). У цьому сімействі було випущено кілька моделей, і кожна з них відрізняється своїми функціональними можливостями. Моделі Q963 і Q965 є базовими; в них інтегрована відеосистема GMA3000 (при цьому модель Q965 підтримує і роз’єм PCI Express х 16, що допускає модернізацію графічної системи) та підтримка швидкодіючої пам’яті DDR2 з частотою 800 МГц. У моделі Р965 видалено інтегроване відео; вона призначена для тих, хто хоче використовувати виключно карти розширення PCI Express х16. І нарешті, в модель G965 включені всі функції всіх інших наборів мікросхем сімейства, при цьому інтегрована поліпшена відеосистема GMA х3000 і впроваджена підтримка роз’єму PCI Express х16.

3. Набори мікросхем 3х і 4х

Вперше представлене в червні 2007 року сімейство наборів мікросхем системної логіки 3х (кодова назва-Bearlake) призначено для підтримки двох- і чотирьохядерних процесорів Core 2 з 0,065-мікронним ядром Conroe і 0,045- мікронним ядром Реnrуn. Набори мікросхем 4х були представлені в березні 2008 року; основні нововведення стосувалися підтримки пам’яті DDR3, продуктивних PCIe 2.x, а також поліпшеною інтегрованої графіки.

Одні набори мікросхем цих родин містять інтегровану графіку, інші підтримують технологію Clear Video, поліпшує відтворення відео і підтримуючу інтерфейс HDMI (High Definition Media Interface).

Існує безліч версій наборів мікросхем сімейств 3х і 4х, в тому числі моделі з інтегірованним відео, підтримкою високих частот шини і пам’яті, а також великих обсягів пам’яті і роз’ємів для неї.

Набори мікроcхtм 3х і 4х являють собою рішення з двох компонентів, тому повинні використовуватися з відповідною мікросхемою ICH (I/O Controller Hub). Мікросхема ICH містить інтерфейси для портів SATA (опціонально з підтримкою RAID), роз’ємів PCIe «не для відеоадаптерів», портів USB, а також інтегірованние контролери HD Audio і LAN

4. Набори мікросхем Intel 5х

Сімейство наборів мікросхем Intel 5х розроблене для забезпечення підтримки процесорів Core i Series. Архітектура цих процесорів і наборів мікросхем кардинально відрізняється від попередніх розробок Intel і являє новий рівень системної інтеграції. Насправді сімейство 5х складається з двох різних підсерій, приміром першою з яких є набір Х58 IOH (I/O Hub), представлений в листопаді 2008 року, а другий-Р55 РСН (Platform Controller Hub), представлений у вересні 2009 року

Можливо, найбільша відмінність між наборами мікросхем сімейства 5х і їх попередниками полягає в відсутності контролера пам’яті, який тепер є компонентом процесорів Core i Series. Розміщення контролера пам’яті в процесорі означає, що модулі пам’яті безпосередньо взаємодіють з процесором, не звертаючись до північного мосту, що означає наявність виділеного каналу для взаємодії процесора та пам’яті. Проте ідея не нова. Компанія AMD вперше представила такий підхід в процесорах Athlon 64 ще в 2003 році.

Після інтеграції контролера пам’яті в процесор біля північного моста залишається лише одна функція – забезпечення інтерфейсу для взаємодії з роз’ємами для відеоадаптерів PCIe. Оскільки північний міст більше не містить контролер пам’яті, компанія Intel змінила назву мікросхеми з МСН (Memory Controller Hub) на IOН (I/O Hub) для наборів мікросхем 5х, що підтримують процесори LGA1366.

У випадку систем з процесорами Core i Series у виконанні LGA1156 компанія Intel ще більше розвинула даний підхід, інтегрувавши в процесор не тільки контролер пам’яті, а й відеоінтерфейс PCI Express. Фактично це означає, що Intel інтегрувала в процесор всі функції північного моста, залишивши для системної плати тільки мікросхему південного мосту. Нова мікросхема виконує ті ж функції, що й попередні рішення, які Intel називала ICH (I/O Controller Hub), однак для того щоб підкреслити відмінності від попередніх рішень, компанія вирішила використовувати для мікросхеми назву РСН (Platform Controller Hub).

Вмонтувавши інтерфейс зовнішнього відео безпосередньо в процесор, компанія Intel також розробила і процесори з інтегрованим графічним ядром. Деякі з наборів мікросхем сімейства 5х (такі як Н55, Н57 і Q57) підтримують інтерфейс FDI (Flexible Display Interface), що вимагає наявності процесора Core i Series з інтегрованим відеоадаптером. Завдяки використанню FDI відеосигнали передаються від інтгеріровнного в процесор відеоадаптера до мікросхеми РСН, яка після цього реалізує фізичний ітерфейс для екрану (наприклад, DisplayPort, HDMI, DVI і/або VGA).

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте набори мікросхем Intel 955Х і 975Х

2. Охарактеризуйте набори мікросхем Intel 96Х

3. Охарактеризуйте набори мікросхем 3х і 4х.

4. Охарактеризуйте набори мікросхем Intel 5х.

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ СИСТЕМНОЇ ЛОГІКИ СТОРОННІХ ВИРОБНИКІВ ДЛЯ ПРОЦЕСОРІВ INTEL

Компанії SiS, Uli (нині NVIDIA), ATI і VIA виробляють набори мікросхем системної логіки для процесорів Intel Pentium 4/D і Core 2.

Хоча набори мікросхем системної логіки компанії Intel займають лідируюче положення на ринку, багато з наборів сторонніх виробників підтримують унікальні функції, що заслуговують уваги.

1. Набори мікросхем системної логіки SiS

Компанія SiS розробила декілька наборів мікросхем для Pentium 4, включаючи інтегровані набори, набори для підтримки зовнішніх відеоадаптерів або пам’яті стандарту RDRAM. На відміну від наборів мікросхем, створених для процесорів Pentium II/III/Celeron, в моделях для Pentium 4/D застосовуються високошвидкісні аналоги мікросхеми південного моста (мікросхеми Media I/O в моделях SiS96x) замість реалізації функцій північного і південного мостів в одній мікросхемі. Мікросхеми північного і південного мостів для Pentium 4 з’єднані за допомогою 16-розрядної шини MuTIOL (Multi-Threaded I/O Link), а не повільної шини PCI, як в старіших наборах мікросхем.

2. Набори мікросхем системної логіки ULi для Pentium 4

Компанія ULi (раніше відома як ALi Corporation і Acer Laboratories, а пізніше куплена компанією NVIDIA) розробила кілька наборів мікросхем для процесорів Pentium 4/Celeron 4. У табл. 4.33 і 4.34 наводяться докладні характеристики цих моделей наборів мікросхем.

У табл. 4.34 наведені відомості про мікросхемах південного моста, які використовуються в наборах мікросхем компанії ULi Electronics для процесорів Pentium 4; ці ж південні мости використовуються і в наборах мікросхем ULi для процесорів Athlon ХР і Athlon 64.

3. Набори мікросхем компанії ATI

Набори мікросхем компанії ATI для процесорів Pentium 4 (засновані на архітектурі «північний/південний міст») підтримують інтегровану графічну систему Radeon VE, апаратне відтворення DVD і одночасну роботу двох моніторів. Мікросхеми північного і південного мостів взаємодіють за допомогою ефективного з’єднання A-Link.

Мікросхеми північного мосту Radeon IGP для процесорів Pentium 4 включали сімейство ATI А4, що складається з мікросхем IGP 330 і IGP 340.

Radeon 9x00 IGP – це вже друге сімейство наборів мікросхем ATI для процесорів Pentium 4. Північний міст 9x00 IGP пропонує графічне ядро рівня Radeon 9200 з апаратною підтримкою DirectX 8.1 і декількох моніторів. Південний міст IXP 300 підтримує Serial АТА і USB 2.0, а також шестиканальний звук. До сімейства Radeon 9x00 IGP відносяться мікросхеми Radeon 9100 IGP, Radeon 9100 Pro IGP і Radeon 9000 Pro IGP.

До лінійки наборів мікросхем ATI для процесорів Pentium 4 відносяться RC410 (з інтегрованим відеоадаптером Radeon Х300 3D) і RS400 (з інтегрованим відеоадаптером Radeon Х300 3D і підтримкою відеоадаптерів PCI Express х16). Обидва набори продаються під маркою Radeon Xpress 200. Хоча в минулому компанія ATI випускала і мікросхеми південного моста, північний міст Radeon Xpress 200 можна використовувати в парі з такими мікросхемами, як ATI IXP 450 або ULi М157х. До південних мостів ATI відносяться такі мікросхеми, як IXP 150, IXP 200, IXP 250, IXP 300, IXP 400 і IXP 450.

4. Набори мікросхем системної логіки VIA

Хоча компанія VIA виробляє різноманітні моделі наборів мікросхем для процесорів Core 2 і Pentium 4, вона спочатку не мала ліцензії Intel на процесорний інтерфейс. Це уповільнило застосування наборів мікросхем VIA виробниками системних плат до моменту укладення домовленості між компаніями Intel і VIA в квітні 2003 р. Після досягнення домовленості між VIA і Intel набори мікросхем від VIA використовуються багатьма виробниками материнських плат.

Варто відзначити, що аналогічні мікросхеми використовуються в наборах мікросхем VIA для процесорів Athlon. Під всі.набори мікросхем VIA впроваджений високошвидкісний інтерфейс V-link між мікросхемами північного і південного мостів, які підключені до мікросхеми VT1211 LPC або її аналогу-мікросхемі Super I/O. При цьому забезпечується підтримка послідовних, інфрачервоних і паралельних портів, а також дисковода для гнучких дисків.

5. Набори мікросхем системної логіки для процесорів Athlon

Перший процесор AMD Athlon встановлювався в роз’єм Slot А; наступні версії процесорів виробництва компанії AMD (такі, як Athlon ХР, Duron і частково Semprom) призначені для гнізда Socket А. Незважаючи на загальну схожість з Pentium III і Celeron, процесорам AMD необхідні власні набори мікросхем. Спочатку єдиним постачальником мікросхем для процесорів Athlon була сама компанія AMD, але останнім часом компанії VIA Technology, ULi Electronics, SiS і NVIDIA представили велику кількість наборів мікросхем, що володіють різноманітними можливостями.

6. Набори мікросхем системної логіки AMD

Компанія AMD розробила два набору мікросхем системної логіки для процесорів Athlon і Duron: AMD-750 і AMD-760/MP/MPX

Набори мікросхем системної логіки VIA для AMD

Компанія VIA Technologies, Inc. є найбільшим постачальником процесорів і наборів мікросхем після Intel і AMD. Вона була заснована в 1987 році в Тайвані. VIA Technologies не має власних виробничих потужностей, тобто виробництво мікросхем передано компаніям, що мають технологічні дільниці виготовлення інтегральних мікросхем. У 1999 році компанія VIA придбала у National Semiconductor відділ з розробки процесорів Cyrix, а у компанії IDT-відділ процесорів Centaur, ставши таким чином постачальником не тільки мікросхем, але і процесорів. З метою інтегрування графічних функцій в різні набори мікросхем VIA Technologies створила спільне підприємство з компанією SonicBLUE (колишньої S3). Ця компанія отримала назву S3 Graphics, Ltd.

Компанія VIA Technologies створює набори мікросхем системної логіки для процесорів Intel, AMD і Cyrix (VIA).

Не так давно компанія VIA розробила нову архітектуру V-Link, що являє собою швидкодіюче виділене з’єднання між мікросхемами північного і південного мостів. Архітектура V-Link подібна hub-архітектурі Intel, а також технологіям Hyper-Transport (використовуваної в наборах мікросхем Ali, NVIDIA і ATI) і А-Link (ATI). Технологія V-Link також застосовується в наборах мікросхем VIA, призначених для Pentium 4. Нарівні з наборами мікросхем VIA для Pentium 4 компоненти V-MAP мають контактні виходи, сумісні з мікросхемами північного і південного мостів з шиною V-link. Це дозволяє постачальникам системних плат, грунтуючись на єдиній архітектурі, розширювати функціональні можливості моделей плат, що випускаються.

7. Набори мікросхем системної логіки SIS для процесорів AMD

Компанією SiS створений цілий ряд наборів мікросхем для процесорів Athlon, Duron і Athlon ХР.

У мікросхемах південного моста сімейства SiS96x використовується високошвидкісна шина MuTIOL, що забезпечує взаємодію з мікросхемами північного мосту. Базова версія MuTIOL (в мікросхемах SiS961/962) являє собою 16-розрядне з’єднання з тактовою частотою 266 МГц і швидкістю передачі даних 533 Мбайт/с, що в два рази перевищує аналогічний показник hub-архітектури Intel, використовуваної в наборах мікросхем сімейства Intel 800.

Мікросхеми південного моста сімейства SiS963 і сумісні з ними моделі північних мостів з’єднані за допомогою другого покоління шини MuTIOL, що отримала назву MuTIOL 1G. Це 16-розрядне з’єднання з тактовою частотою 533 МГц і швидкістю передачі даних більш ніж 1 Гбайт/с.

При підключенні до мікросхем північного моста SiS746FX, SiS741GX, SiS748 і SiS741, а також до більш нових моделей мікросхеми SiS963/964 використовують наступне покоління шини MuTIOL-HyperStreaming, в якій для підвищення продуктивності використовуються такі технології:

■ Технологія єдиного потоку з низьким часом очікування. Залежно від навантаження на шину досягається підвищення продуктивності від 5 до 43%.

■ Технологія множинних потоків з конвеєризацією пакетів даних і їх паралельного виконання. Використання паралельних конвеєрів даних і одночасної обробки розрізнених пакетів даних. Наприклад, при копіюванні файлів існує пряма залежність між підвищенням продуктивності і розміром копійованих файлів.

■ Технологія виділеного потоку даних з пріоритетними каналами. Поліпшення якості відтворення інтернет-музики, відео та програм для IP-телефонії та відеоконференцій.

■ Технологія інтелектуального контролю потоків. Аналіз характеристик різних інтерфейсів і загальна оптимізація роботи системи.

Набори мікросхем системної логіки NVIDIA nForce для процесорів AMD

Компанія NVIDIA, відомий виробник популярних графічних наборів мікросхем GeForce, також розробила моделі наборів мікросхем системної логіки для процесорів AMD Athlon/Duron/Athlon ХР, що одержали назви nForce і nForce2.

Сімейство nForce є нащадком спеціальної моделі набору мікросхем для ігрової системи Xbox компанії Microsoft.

Мікросхеми північного моста з інтегрованою графічною системою отримали назву IGP (Integrated Graphics Processor), в той час як мікросхеми, що підтримують слот AGP, іменуються SPP (System Platform Processor). Всім мікросхемам південного моста дано назву МСР (Media and Communications Processor). Мікросхеми IGP/SPP і MCP взаємодіють за допомогою шини HyperTransport з пропускною здатністю 800 Мбайт/с.

Поєднання продуктивних контролерів пам’яті, вдалої архітектури, високошвидкісного з’єднання HyperTransport і апаратної обробки аудіоданих за допомогою мікросхем MCP-D і МСР-Т виводить друге покоління nForce2 на перше місце серед всіх наборів мікросхем для процесорів Athlon ХР.

8. Набори мікросхем системної логіки ATI Radeon IGP

Набори мікросхем ATI для процесорів Athlon включають в себе інтегровану графічну систему Radeon VE, підтримку апаратного відтворення DVD і одночасну роботу з двома моніторами, що реалізовано на базі оптимізованих мікросхем північного і південного мостів. Ці мікросхеми взаємодіють за допомогою високошвидкісного з’єднання A-Link; крім того, підтримуються з’єднання з мікросхемами сторонніх розробників по шині PCI. У багатьох системах на основі набору мікросхем Radeon ICP спочатку застосовувалися мікросхеми південного моста таких виробників, як ALi (нині-ULi) і VIA. Мікросхема північного моста для процесорів Athlon отримала назву Radeon IGP 320. Для реалізації системної плати на основі компонентів компанії ATI разом з Radeon IGP 320 використовуються мікросхеми південного моста IXP 200 або IXP 250, що підтримують шість портів USB 2.0 і інтерфейс АТА-33/66/100.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки SiS.

2. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки ULi для Pentium 4.

3. Охарактеризуйте набори мікросхем компанії ATI.

4. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки VIA.

5. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки для процесорів Athlon.

6. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки AMD.

7. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки SIS для процесорів AMD.

8. Охарактеризуйте набори мікросхем системної логіки ATI Radeon IGP.

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ СИСТЕМНОЇ ЛОГІКИ ДЛЯ ПРОЦЕСОРА ATHLON 64

Для процесора Athlon 64 було розроблено нове покоління наборів мікросхем, що забезпечує підтримку 64-розрядної архітектури та інтеграцію контролера пам’яті безпосередньо в процесор (традиційно він розміщувався в мікросхемі північного мосту або її еквіваленті). В наслідок, деякі виробники не використовують термін «північний міст», коли мова йде про компоненти, що забезпечує взаємодію процесора і відеоадаптера AGP.

Набори мікросхем для процесорів Athlon 64 розробляють такі компанії, як AMD, VIA Technologies, NVIDIA, ATI, SiS і ULi Electronics (колишня ALi Corporation).

1. Набір мікросхем AMD-8000 (8151)

Це перший набір мікросхем AMD, розроблений для процесорів Athlon 64 і Opteron. Його архітектура дещо відрізняється від класичної архітектури «північний/південний міст» і hub-архітектури, які характерні для процесорів Pentium II/III/4/Celeron і AMD Athlon/Athlon ХР/Duron.

Набір мікросхем AMD-8000 часто називають AMD-8151, оскільки мікросхема AMD-8151 забезпечує взаємозв’язок між процесором Athlon 64 або Opteron і роз’ємом AGP. В інших наборах мікросхем дану функцію виконує північний міст або концентратор МСН. Назва мікросхеми північного моста або МСН часто використовується як загальна назва набору мікросхем. Однак AMD називає мікросхему AMD-8151 графічним тунелем AGP (AGP Graphics Tunnel), оскільки її єдине завдання-забезпечення високошвидкісного з’єднання з роз’ємом AGP материнської плати. До інших компонентів набору мікросхем AMD-8000 відносяться мікросхеми AMD-8111 HyperTransport I/O hub (контролер вводу-виводу) і AMD-8131 PCI-X Tunnel (тунель інтерфейсу PCI-X).

У зв’язку із затримками в розробці мікросхеми AMD-8151 AGP Graphics Tunnel багато виробників в кінці 2003 року використовували мікросхему AMD-8111 HyperTransport I/O hub або її комбінацію з мікросхемою AMD-8131 PCI-X Tunnel для отримання комбінації роз’ємів PCI і PCI-Х на серверних системних платах. Сучасні системи вже оснащуються мікросхемою AMD-8151, що дозволяє використовувати відеоадаптер AGP, але в кожному випадку набір мікросхем AMD-8000 знайшов основне застосування в серверах і робочих станціях, та не в настільних ПК.

Мікросхема графічного тунелю AGP AMD-8151 реалізує такі основні функції:

■ підтримка відеоадаптерів AGP 2.0/3.0 (AGP 1х-8х);

■ з’єднання HyperTransport з процесором, ширина шини якого становить 16 біт в обох напрямках;

■ з’єднання HyperTransport з іншими компонентами, ширина шини якого становить 8 біт в обох напрямках.

Мікросхема AMD-8111 HyperTransport I/O hub реалізує такі основні функції:

■ PCI 2.2-сумісна шина PCI (32-розрядна; 33 МГц), що допускає підключення до восьми пристроїв;

■ шестиканальний звук АС’97 2.2;

■ шість портів USB 1.1/2.0 (три контролера);

■ два контролера АТА/IDE, підтримують режими роботи до АТА-133;

■ годинник реального часу RTC;

■ шина LPC;

■ інтегрований мережевий адаптер 10/100 Ethernet;

■ з’єднання HyperTransport з іншими компонентами з шириною шини 8 біт в обох напрямках.

Мікросхема тунелю AMD-8131 HyperTransport PCI-Х реалізує такі основні функції

■ два мости PCI-Х (А і В), що підтримують по п’ять пристроїв PCI в режимі управління шиною;

■ шина PCI-Х з робочою частотою 133 МГц;

■ PCI 2.2-сумісна шина PCI з робочими частотами 33 і 66 МГц;

■ незалежні режими роботи і передача даних для кожного моста;

■ з’єднання HyperTransport з іншими компонентами з шириною шини 8 біт в обох напрямках.

2. Чіпсети ATI (AMD)

Один з цілком очікуваних результатів придбання компанією AMD компанії ATI в 2006 році-випуск наборів мікросхем AMD/ATI для процесорів AMD. Були випущені набори мікросхем для процесорів Athlon 64, Sempron і Phenom.

Набори мікросхем VIA для процесора Athlon 64

Компанія VIA Technologies протягом тривалого часу була одним з провідних розробників наборів мікросхем для процесорів виробництва AMD; така ситуація збереглася і з наборами мікросхем для процесорів Athlon 64 і Opteron. В даний час компанія VIA пропонує наступні набори мікросхем для даних процесорів: К8Т800 Pro, К8Т800, К8М800, К8Т890і К8М890.

3. Набори мікросхем К8Т800, К8Т800 Pro і К8М800

Першим набором мікросхем VIA для процесорів Athlon 64 і Opteron був К8Т800 (спочатку відомий як К8Т400). Він дещо відрізняється від аналогічних рішень компаній AMD і ALi, оскільки передбачає використання розробленої компанією VIA шини 8х V-link (533 Мбайт/с) між північним і південним мостами замість HyperTransport (використовується для з’єднання з процесором). Набір мікросхем К8Т800 припускає використання південного моста VT8237.

Набір мікросхем К8М800 базується на наборі К8Т800 і, крім того, включає в себе інтегроване графічне ядро S3 UniChrome Pro. Це 128-розрядне графічне ядро 2D/3D, що містить два піксельних конвеєра і підтримує апаратне прискорення відтворення відео MPEG-2 та MPEG-4, а також виведення зображення на рідкокристалічні і ЕЛТ-монітори, телевізори і дисплеї HDTV з роздільною здатністю до 1080 пікселів.

4. Набори мікросхем К8Т890, К8М890 і К8Т900

Це перші набори мікросхем VIA для процесорів Athlon 64/Opteron, що підтримують нову шину PCI Express х16 для підключення графічних адаптерів. При цьому підтримується з’єднання HyperTransport (16 біт/1 ГГц) між процесором і північним мостом, а також з’єднання Ultra V-Link (1 Гбайт/с) між північним і південним мостами. Північні мости підтримують двадцять ліній інтерфейсу PCI Express, залишаючи чотири лінії для плат з інтерфейсом PCI Express xl.

У даних наборах мікросхем також задіяний новий південний міст VT8251, який при використанні деяких додаткових компонентів підтримує наступні функції:

■ чотири контролери Serial АТА, що підтримують SATA RAID 0,1 і 0 +1;

■ підтримка нового стандарту High-Definition Audio компанії Intel (HDA; кодову назву-Azalia); HDA підтримує Dolby Digital IIfx-сумісний 7.1- канальний об’ємний звук з дискретизацією 24 біт/192 кГц;

■ два роз’єми PCI Express xl; загальна кількість роз’ємів може досягати шести (чотири з’єднані з північним мостом, два – з південним).

У зв’язку із затримками у виробництві цього південного моста в деяких системах на базі К8Т890 і К8М890 використовується південний міст VT8237R, а не VT8251.

Набір мікросхем К8М800 базується на наборі К8Т800 і містить інтегроване графічне ядро S3 Graphics DeltaChrome. Це графічне ядро 2D/3D підтримує функції DirectX 9.

Набір мікросхем К8Т900 базується на наборі К8Т890, проте підтримує режим PCI Express 2х8, що дозволяє встановити два відеоадаптера PCI Express.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте набір мікросхем AMD-8000 (8151).

2. Охарактеризуйте чіпсети ATI (AMD).

3. Охарактеризуйте набори мікросхем VIA для процесора Athlon 64.

4. Охарактеризуйте набори мікросхем К8Т800, К8Т800 Pro і К8М800.

5. Охарактеризуйте набори мікросхем К8Т890, К8М890 і К8Т900

Тема. НАБОРИ МІКРОСХЕМ NVIDIA ТА SIS ДЛЯ ПРОЦЕСОРА ATHLON 64

1. Набори мікросхем NVIDIA для процесора Athlon 64

Компанія NVIDIA пропонує більше чотирнадцяти наборів мікросхем для підтримки процесорів Athlon 64, Sempron і Opteron.

Компанія NVIDIA називає свої набори мультимедійними та комунікаційними процесорами (МСР-Media and Communications Processor), оскільки одна мікросхема виконує функції і північного, і південного мосту.

Набори мікросхем nForce3 150 і nForce3 Pro 150

Одним з перших представлених наборів мікросхем для процесора Athlon 64 є NVIDIA nForce3 150 МСР. Цей набір мікросхем не базується на класичній двокомпонентній архітектурі, яка характерна для більшості наборів мікросхем для Athlon 64, і відрізняється функціональною обмеженістю.

Набір мікросхем nForce3 Pro 150 підтримує подібні функції, але призначений для використання спільно з процесорами Opteron і графічними процесорами NVIDIA Quadra для робочих станцій.

2. Набори мікросхем nForce3 250, nForce3 250Gb, nForce3 250 Ultra та nForce3 250 Pro

До сімейства nForce3 250 MCP відносяться чотири набори мікросхем, які підтримують набагато більше функцій, ніж nForce3 150 і nForce3 150 Pro.

Модель 250Gb підтримує всі функції моделі 250, а також мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet з інтегрованим апаратним брандмауером. Модель 250 Pro підтримує всі функції моделі 250Gb і процесор Opteron і оптимізована для спільного використання з графічними процесорами NVIDIA Quadro.

Модель 250 Ultra підтримує всі функції моделі 250, а також мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet з інтегрованим апаратним брандмауером і з’єднання Advanced HyperTransport (16 біт/1 ГГц) між процесором і МСР в обох напрямках.

3. Сімейства nForce4 і nForce Professiona

Сімейство наборів мікросхем nForce4 компанії NVIDIA об’єднує в собі підтримку PCI Express і дуже вдалий однокомпонентний дизайн набору мікросхем nForce3. До сімейства nForce4 відносяться чотири моделі: nForce4, nForce Ultra, nForce4 SLI і nForce4 SLI xl6.

Базова модель nForce4 володіє наступними характеристиками:

■ шина HyperTransport 16 біт/800 МГц, що забезпечує двонаправлену взаємодію між процесором і мікросхемою МПР;

■ підтримка відеоадаптерів PCI Express х16;

■ два незалежних адаптера АТА-133 АТА/IDE з підтримкою RAID рівнів 0,1 і 0 +1;

■ SATA і SATA RAID 0,1, а також 0 +1;

■ десять портів USB 1.1/2.0;

■ мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet з інтегрованим апаратним брандмауером;

■ шестиканальний звук АС’97 2.1 з 20-бітовим виходом і підтримкою SPDIF.

Модель nForce4 Ultra також підтримує накопичувачі SATA 3 Гбіт/с (SATA II) і засіб захисту мережевих з’єднань ActiveArmor.

Модель nForce4 SLI підтримує конфігурування режимів PCI Express-допускається встановлення одного адаптера в режимі х16 або двох адаптерів NVIDIA в режимі х8. Можливості nForce4 Ultra доповнюються завантаженням з дискових масивів RAID 5.

Модель nForce4 SLI х16 дозволяє установку одного або двох відеоадаптерів NVIDIA в повношвидкісному режимі PCI Express х16, тому що підтримує до 38 ліній PCI Express. За іншими характеристиками даний набір мікросхем повністю аналогічний nForce4 SLI

Набори мікросхем nForce4 Professional для процесорів Opteron базуються на nForce4 мають деякі відмінності.

■ nForce Professional 2050 підтримує одну лінію PCI Express х16 і чотири лінії PCI Express xl, мережевий адаптер Gigabit Ethernet, а також чотири порти SAT А з пропускною споможністю 3 Гбіт/с і підтримкою RAID 0,1 і 0 +1. Однак він не підтримує накопичувачі РАТА, 32-розрядну шину PCI, звук і шину LPC для установки успадкованих пристроїв.

■ nForce Professional 2200 підтримує 20 ліній PCI Express з гнучким конффгуруванням, мережевий адаптер Gigabit Ethernet, а також чотири порти SATA з пропускною здатністю 3 Гбіт/с і підтримкою RAID 0,1 і 0 +1. У той же час він підтримує 32-розрядну шину PCI, 10 портів USB 2.0, шину LPC, звук АС’97 2.3 і чотири накопичувачі РАТА. Набір мікросхем 2200 призначений для застосування в робочих станціях; обидва набору мікросхем підтримують кілька процесорів Opteron.

4. Набори мікросхем nForce 410 nForce 430

Це перші набори мікросхем NVIDIA з інтегрованим відео для процесорів AMD Sempron-малобюджетного рішення на базі ядра Athlon 64. Набори мікросхем nForce 410 і nForce 430 в якості графічного ядра використовують GeForce 6100; крім того, nForce 430 підтримує графічне ядро GeForce 6150.

5. Набори мікросхем SiS для процесора Athlon 64

Компанія SiS пропонує вісім наборів мікросхем для 64-розрядних процесорів AMD, З них такі набори, як 755, 755FX і 756, припускають наявність дискретної графіки, а набори мікросхем 760, 760GX, 761, 761GX і 761GL є інтегрованими.

6. Набори мікросхем SiS755 і SiS755FX

Першим набором мікросхем SiS для процесорів Athlon 64, Opteron і Athlon 64 FX є SiS755. Він складається з двох мікросхем і припускає використання південного моста SiS964.

Північний міст SiS755FX по контактах сумісний з північним мостом SiS755; проте в даному випадку краще використовувати південний міст SiS965, який являє собою мікросхему з 588 контактами, на відміну від південного моста SiS964, що містить всього 505 контактів. У порівнянні з набором 755/964 набір 755FX/965 характеризується наступними пеокращенннями:

■ з’єднання HyperTransport (16 біт/1 ГГц) між процесором і північним мостом з використанням технології HyperStreaming;

■ підтримка двох роз’ємів PCI Express xl;

■ чотири порти Serial АТА з підтримкою SATA RAID 0, 1, 0 +1 і JBOD (об’єднання дисків);

■ мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet

7. Набір мікросхем SiS756

Набір мікросхем SiS756 розроблявся спеціально для використання разом з високопродуктивним процесором Athlon 64 FX. Це перший набір мікросхем SiS, який підтримує графічний інтерфейс PCI Express х16. У наборі SiS756 найчастіше використовується південний міст SiS965.

Шина PCI Express х16 прийшла на зміну шині AGP 8х, яку підтримували попередні набори мікросхем SiS.

8. Набори мікросхем SiS760 і Sis760GX

Першим набором мікросхем SiS з інтегрованою графікою для процесорів Athlon 64 і Opteron є SiS760. Всі інші його функції повністю ідентичні функціям набору мікросхем SiS755. Крім того, обидва набори мікросхем допускають використання південного моста SiS964

Інтегроване графічне ядро SiS Mirage 2 (Ultra256) набору мікросхем підтримує наступні функції:

■ DirectX 8.1-сумісний ядро 3D;

■ двоканальний 256-розрядний інтерфейс ядра 3D;

■ 128-розрядне графічне ядро 2D;

■ необов’язкова підтримка TV-виходу і другого рідкокристалічного або 6 ЕЛТ-монітора;

■ Колективна пам’ять об’ємом до 128 Мбайт. Набір мікросхем SiS760GX передбачає використання 128-розрядного графічного ядра Mirage 1. Разом з набором мікросхем SiS760GX використовується південний міст SiS966, який підтримує наступні функції:

■ чотири роз’єми PCI Express xl;

■ SATA, SATA RAID 0,1 і 0 +1;

■ десять портів USB 1.1/2.0;

■ звукова система АС’97 2.3 з підтримкою специфікації 7.1-канального звуку High Definition Audio, розробленої Intel;

■ мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet.

9. Набори мікросхем SiS761 GL і SiS761 GX

Інтегровані набори мікросхем SiS761GL і SiS761GX засновані на наборі SiS760 і підтримують всі процесори Athlon 64, Opteron і Sempron (у тому числі і 32-розрядні версії). Обидва набори допускають використання в якості південного моста мікросхеми SiS966.

Північний міст SiS761GX підтримує наступні функції:

■ з’єднання HyperTransport (16 біт/800 МГц) між процесором і північним мостом з використанням технології HyperStreaming;

■ підтримка відеоадаптерів PCI Express х 16;

■ з’єднання MuTIOL 1G між процесором і північним і південним мостами з використанням технології HyperStreaming;

■ інтегроване графічне ядро Mirage (підтримка DirectX 7.0) з об’ємом виділеної пам’яті до 128 Мбайт.

Відмінності набору мікросхем SiS761GL:

■ шина HyperTransport 16 біт/800 МГц;

■ Не підтримується роз’єм PCI Express х16;

■ інтегроване графічне ядро Mirage 1 (підтримка DirectX 7.0) з об’ємом виділеної пам’яті до 128 Мбайт. При використанні південного моста SiS966 обидва набори мікросхем також підтримують такі функції:

■ чотири роз’єми PCI Express xl;

■ SATA, SATA RAID 0, 1 і 0 +1;

■ десять портів USB 1.1/2.0;

■ шестиканальна звукова система АС’97 2.3 з підтримкою специфікації High Definition Audio;

■ мережевий адаптер 10/100/1000 Ethernet.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте набори мікросхем NVIDIA для процесора Athlon 6

2. Охарактеризуйте набори мікросхем nForce3 250, nForce3 250Gb, nForce3 250 Ultra та nForce3 250 Pro.

3. Охарактеризуйте сімейства nForce4 і nForce Professional

4. Охарактеризуйте набори мікросхем nForce 410 nForce 430.

5. Охарактеризуйте набори мікросхем SiS для процесора Athlon 64.

6. Охарактеризуйте набори мікросхем SiS755 і SiS755FX.

7. Охарактеризуйте набір мікросхем SiS756.

8. Охарактеризуйте набори мікросхем SiS760 і Sis760GX.

9. Охарактеризуйте набори мікросхем SiS761 GL і SiS761 GX

Тема. ФОРМИ ПОДАННЯ ДАНИХ

1. Super I/O

Третя основна мікросхема в більшості системних плат називається Super I/O. Зазвичай вона реалізує функції пристроїв, які колись розміщувалися на окремих платах розширення. Більшість мікросхем Super I/O містять як мінімум наступні компоненти:

■ контролер гнучких дисків;

■ подвійні контролери послідовного порту;

■ контролер паралельного порту.

Контролери гнучких дисків в більшості мікросхем Super I/O обслуговують два дисковода, але деякі з них можуть обслуговувати тільки один. У більш старих систем часто були потрібні окремі плати для контролера гнучких дисків.

Подвійний послідовний порт – інший пристрій, що колись розташовувалося на одній або декількох платах. У більшості кращих мікросхем Super I/O передбачена буферизація потоку даних через послідовний порт. Схема, що реалізує буферизацію, називається UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter – універсальний асинхронний приймач-передавач). Для кожного порту передбачається своя схема UART. У більшості випадків вона подібна до швидкодіючої автономної схеми UART NS16550A, розробленої компанією National Semiconductor. Оскільки Super I/O виконує функції двох цих мікросхем, можна сказати, що, по суті, ці порти вбудовані в системну плату.

Практично всі мікросхеми Super I/O також містять швидкодіючий багаторежимний паралельний порт. Кращі паралельні порти можуть працювати в трьох режимах: стандартному (двонаправленому), EPP (Enhanced Parallel Port – розширений паралельний порт) і ЕСР (Enhanced Capabilities Port – порт з розширеними можливостями). Режим ЕСРнайшвидший і найбільш продуктивний, але якщо вибрати його, то порт буде використовувати 8-розрядний канал прямого доступу до пам’яті шини ISA (зазвичай канал 3 прямого доступу до пам’яті). Якщо на цьому каналі не встановлено якийсь інше пристрій (наприклад, звукова плата), то паралельний порт в режимі ЕСР повинен працювати ідеально. Деякі більш нові принтери та сканери, що підключаються до комп’ютера через паралельний порт, використовують режим ЕСР, розроблений компанією Hewlett-Packard.

Мікросхема Super I/O може містити також інші компоненти. Наприклад, в даний час в системній платі Intel VC820 (формфактора АТХ) як Super I/O використовується мікросхема LPC47V102 компанії Standard Microsystems Corp. У цій мікросхемі встановлено наступне:

■ інтерфейс дисковода гнучких дисків;

■ два швидкодіючих послідовних порти;

■ один багаторежимний (ЕСР/ЕРР) паралельний порт;

■ контролер клавіатури типу 8042 і миші.

Ця мікросхема є зразком сучасного контролера Super I/O, в який інтегрована підтримка клавіатури і миші; старіші мікросхеми Super I/O їх не підтримували.

В останні роки мікросхема Super I/O помітно здала свої позиції. Це сталося насамперед тому, що компанія Intel реалізувала функції Super I/O типу IDE безпосередньо в таких компонентах набору мікросхем системної логіки, як південний міст і контролер вводу-виводу, що дозволило приєднувати відповідні пристрої до шини PCI або до високошвидкісного інтерфейсу IHA, а не до ISA. Один з недоліків Super I/O під’єднання до системи за допомогою інтерфейсу шини ISA, що обмежує її швидкодію і ефективність можливостями цієї шини, що працює на частоті 8 МГц.

Підключивши пристрої IDE до шини PCI, можна підвищити швидкодію дисководів IDE, оскільки, працюючи на тактовій частоті шини PCI (33 МГц), вони здатні передавати дані з більш високою швидкістю. Більш сучасні мікросхеми Super I/O підключаються до системи за допомогою шини LPC, розробленої компанією Intel в якості низького (приблизно до 6,67 Мбайт/с) з’єднання, що використовує не більше 13 сигналів. Незважаючи на те що в порівнянні з ISA швидкість шини LPC набагато нижче, вона більш ефективна.

Оскільки високошвидкісні пристрої, такі як IDE/АТА, тепер взаємодіють з південним мостом, шиною PCI або hub-архітектурою, все, що підключено до мікросхеми Super I/O, не потребує більшої пропускної здатності.

Розробники наборів мікросхем прагнуть об’єднати максимальну кількість функціональних можливостей в одній мікросхемі. Тому, оскільки інтерфейси USB і IEEE-1394 прийшли на зміну стандартним паралельному і послідовному портів, а також контролера для дисководів на гнучких дисках, мікросхема Super I/O буде все рідше зустрічатися в системних платах. З метою економії вільного простору на системній платі і зменшення числа використовуваних в ній компонентів функції мікросхем південного моста та Super I/O реалізуються на базі лише одного компонента (часто іменованого мікросхемою Super South Bridge). Більш того, в деяких наборах від SiS і NVIDIA в одну мікросхему об’єднані всі три компоненти: північний і південний мости і Super I/O.

2. Розподіл CMOS-пам’яті

В оригінальних системах АТ мікросхема Motorola 146818 використовувалася як мікросхеми RTC і RAM типу Complementary MetalOxide Semiconductor (CMOS). Вона містила простий цифровий датчик часу і 64 байт пам’яті. Годинники використовували 14 байт RAM, інші 50 байт невикористовуваної пам’яті розробникам IBM АТ пропонувалося використовувати для зберігання конфігураційних даних системи.

У сучасних комп’ютерних системах мікросхема компанії Motorola не використовується, а функції які вона виконувала перекладені на набір мікросхем системної плати (південний міст) або на мікросхему Super I/O. Крім того, можуть бути використані спеціальна батарея і модуль NVRAM, створені компаніями Dallas і Benchmarq.

Контрольні запитання

1. Які фукції виконує мікросхема Super I/O?

2. Як розподіляється CMOS-пам’ять?

Тема. : РОЗ’ЄМИ СИСТЕМНОЇ ПЛАТИ

1. Роз’єми системної плати

У сучасних системних платах є безліч різних роз’ємів.

Однією з найсерйозніших проблем, з якими доводиться стикатися при складанні або модернізації комп’ютерної системи, – це підключення елементів передньої панелі. Дуже часто роз’єми на системній платі не відповідають роз’ємам корпусу. На жаль, протягом багатьох років не існувало жодних стандартів, що стосуються даних питань. І тільки в жовтні 2000 року компанія Intel опублікувала керівництво «Front Panel I/O Connectivity Design Guide».

До публікації цього стандарту не існувало жодних загальноприйнятих правил. Незважаючи на те що більшість корпусів оснащувалося безліччю невеликих роз’ємів , кожен з яких відповідав окремій функції, деякі великі постачальники систем використовували роз’єми, розташовані в два ряди, що дозволяло збирати комп’ютери набагато швидше. Після розробки компанією Intel відповідного стандарту ситуація значно спростилася, так як багато виробників комп'ютерів використовували системні плати від Intel. Відповідно до стандарту, для підключення перемикачів та індикаторів передньої панелі передбачається використання наступних штирькових роз’ємів:

10 – контактного передній панелі,

10 – контактного USB,

10 – контактного IEEE 1394 (FireWire / i.LINK),

10 – контактного для підключення звукових пристроїв,

6 – контактного для підключення інфрачервоного порту.

Схема розташування контактів роз'єму для підключення перемикачів та індикаторів передньої панелі.

Деякі корпуси допускають використання одного 10-контактного роз’єму для підключення перемикачів та індикаторів передньої панелі, проте найчастіше кожній функції відповідає окремий 2-контактний роз’єм.

Корпуси можуть оснащуватися одно- або двоколірним індикатором LED, відповідним функції Power LED. Двоколірний індикатор дозволяє отримати більше відомостей про стан живлення та служби повідомлень.

Виробники багатьох системних плат не дотримуються рекомендацій з підключення перемикачів та індикаторів передньої панелі і використовують власні схеми розміщення контактів.

Деякі старі моделі системних плат Intel, а також плати від інших виробників часто оснащувалися роз’ємом, в якому контакти розташовувалися в один ряд.

Багато системних плат оснащені роз’ємами для підключення портів USB на передній панелі корпусу. Відповідно до стандарту, в даному випадку передбачається використання 10-контактного штиркового роз’єму.

Багато корпусів оснащені декількома внутрішніми роз’ємами для підключення портів USB

Використовуючи подібні роздільні роз’єми, слід обов’язково підключати їх до відповідних контактів. Іноді кабелі USB оснащені 5- контактним роз’ємом; в даному випадку дуже важливо правильно підключити роз’єм.

Якщо корпус оснащений тільки окремими роз’ємами, їх необхідно підключати до відповідних контактів; в іншому випадку це може привести до короткого замикання, що пошкодить системну плату та/або пристрій, підключений до порту USB. Деякі високоякісні моделі системних плат оснащені спеціальними запобіжниками, які дозволяют запобігти виникненню подібних ситуацій.

Деякі моделі материнських плат оснащені роз’ємами IEEE 1394 (FireWire/i.LINK); порти FireWire також можна додати за допомогою плат розширення.

Фізичні розміри і схема розміщення контактів роз’єму FireWire збігаються з розміщенням контактів для роз’єму USB. Це незручно, так як кабель USB можна випадково підключити до гнізда FireWire, абоі навпаки, і будь-яка з цих ситуацій призведе до короткого замикання.

Системні плати, оснащені звуковою підсистемою, також містять роз’єми для підключення звукових входів і виходів на передній панелі.

Деякі моделі системних плат мають роз’єм для підключення інфрачервоного порту, що забезпечує взаємодію з такими пристроями, як мобільні телефони, КПК, портатівні комп’ютери, принтери та інші пристрої з інтерфейсом IrDA.

У деяких системних платах є вмонтований пьезодінамік. Для того щоб включити його, необхідно замкнути перемичкою роз’єми 3 і 4. Без використання перемички буде задіяний традиційний динамік.

Багато сучасних системних плат містять три-чотири роз’єми для підключення вентилятора охолодження процесора, заднього і переднього корпусних вентиляторів, а також вентилятора блоку живлення або модуля стабілізатора напруги. Як правило, це 3-контактний роз’єм; третій контакт використовується для подачі сигналу тахометра, необхідного для контролю частоти обертання вентилятора. Якщо системна плата підтримує функцію контролю частоти обертання вентилятора, вона відтворює звуковий сигнал в тому випадку, коли вентилятор обертається дуже повільно або зупинився.

Контрольні запитання

1. Які фукції виконує мікросхема Super I/O?

2. Перечисліть основні роз’єми системної плати

Тема. ТИПИ, ПРИЗНАЧЕННЯ І ФУНКЦІОНУВАННЯ ШИН.

1. Типи, призначення і функціонування шин

Основою системної плати є різні шини, які служать для передачі сигналів компонентів системи. Шина являє собою загальний канал зв’язку, який використовується в комп’ютері і дозволяє з’єднати два і більше системних компонента.

Існує певна ієрархія шин ПК, яка виражається в тому, що кожна більш повільна шина з’єднана з більш швидкою. Сучасні комп’ютерні системи включають в себе три, чотири або більше шини. Кожний системнийе пристрій пов’язаний з якою-небудь шиною, причому певні пристрої (найчастіше це набори мікросхем) служать мостом між шинами.

■ Шина процесора. Ця високошвидкісна шина є ядром набору мікросхем і системної плати. Вона використовується в основному процесором для передачі даних між кеш-пам’яттю або основною пам’яттю і північним мостом набору мікросхем. У системах на базі процесорів Pentium ця шина працює на частоті 66, 100, 133, 200, 266, 400, 533, 800 або 1066 МГц і має ширину 64 розряду (8 байт).

■ Шина AGP. Ця 32-розрядна шина працює на частоті 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х), 266 (AGP 4х) або 533 МГц (AGP 8х), забезпечує пропускну здатність до 2133 Мбайт/с і призначається для підключення відеоадаптера. Вона з’єднана з північним мостом або контролером пам’яті (МСН) набору мікросхем системної логіки.

■ Шина PCI Express. Третє покоління шини PCI. Шина PCI Expres – це шина з диференціальними сигналами, які може передавати північний або південний міст. Швидкодія PCI Express виражається в кількості ліній. Кожна двонаправлена лінія забезпечує швидкість передачі даних 2,5 або 5 Гбіт/с в обох напрямках (ефективне значення – 250 або 500 Мбайт/с). Роз’єм з підтримкою однієї лінії позначається як PCI Express xl. Відеоадаптери PCI Express зазвичай встановлюються в роз’єм х16, який забезпечує швидкість передачі даних 4 або 8 Гбайт/с у кожному напрямку.

■ Шина PCI. Ця 32-розрядна шина працює на частоті 33 МГц; використовується, починаючи з систем на базі процесорів 486. На даний час існує реалізація цієї шини з частотою 66 МГц. Вона знаходиться під управлінням контролера PCI-компонента північного моста або контролера МСН набору мікросхем системної логіки. На системній платі встановлюються роз’єми, зазвичай чотири або більше, в які можна підключати мережеві адаптери, SCSI-і відеоадаптери, а також інше обладнання, що підтримує цей інтерфейс. Шини PCI-Х і PCI Express являють собою більш продуктивні реалізації шини PCI; материнські плати та системи, що підтримують цю шину, з’явилися на ринку в середині 2004 року.

■ Шина ISA. Ця 16-розрядна шина, що працює на частоті 8 МГц, вперше стала використовуватися в системах АТ в 1984 році (у початковому варіанті IBM PC вона була 8-розрядна і працювала на частоті 5 МГц). Дана шина мала широке поширення, але була виключена з специфікації РС99.

Реалізується за допомогою південного моста. Найчастіше до неї підключається мікросхема Super I/O.

Деякі сучасні системні плати містять спеціальний роз’єм, що отримав назву Audio Modem Riser (AMR) або Communications and Networking Riser (CNR). Подібні спеціалізовані роз’єми призначені для плат розширення, що забезпечують виконання мережевих і комунікаційних функцій. Ці роз’єми не є універсальним інтерфейсом шини, тому лише деякі із спеціалізованих плат AMR або CNR присутні на споживчому ринку. Як правило, такі плати додаються до якоїсь певної системної платі. Більшість системних плат, що забезпечують стандартні мережеві функції і функції роботи з модемом, створені на основі шини PCI, так як роз’єми AMR/CNR мають вузькоспеціалізоване призначення

У сучасних системних платах є також приховані шини, для яких не передбачено жодних гнізд або роз’ємів. Маються на увазі шини, призначені для з’єднання компонентів наборів мікросхем, наприклад hub-інтерфейсу і шини LPC. Hub-інтерфейс являє собою чотиритактний (4х) 8-розрядну шину з робочою частотою 66 МГц, яка використовується для обміну даними між компонентами МСН і ICH набору мікросхем (hub-архітектура). Пропускна здатність hub-інтерфейсу досягає 266 Мбайт/с, що дозволяє використовувати його для з’єднання компонентів набору мікросхем в недорогих конструкціях.

Деякі сучасні набори мікросхем для робочих станцій і серверів, а також остання серія 9хх від Intel для настільних комп’ютерів використовують більш швидкодіючі версії цього hub-інтерфейсу. Сторонні виробники наборів мікросхем системної логіки також реалізують свої конструкції високошвидкісних шин, що з’єднують окремі компоненти набору між собою.

Для подібних цілей призначена і шина LPC, яка являє собою 4-розрядную шину з максимальною пропускною здатністю 16,67 Мбайт/с і використовується як більш економічний варіант в порівнянні з шиною ISA. Зазвичай шина LPC використовується для з’єднання Super I/O або компонентів ROM BIOS системної плати з основним набором мікросхем.

Шина LPC має приблизно рівну робочу частоту, але використовує значно менше контактів. Вона дозволяє повністю відмовитися від використання шини ISA в системних платах.

Для підвищення ефективності в багатьох шинах протягом одного такту виконується кілька циклів передачі даних. Це означає, що швидкість передачі даних вища, ніж це може здатися на перший погляд. Існує досить простий спосіб підвищити швидкодію шини за допомогою зворотньосумісних компонентів.

2. Шина процесора (FSB)

Ця шина з’єднує процесор з північним мостом або контролером пам’яті МСН. Вона працює на частотах 66-200 МГц і використовується для передачі даних між процесором і основною системною шиною або між процесором і зовнішньої кеш-пам’яттю в системах на базі процесорів п’ятого покоління.

У системах, створених на основі процесорів Socket 7, зовнішня кешпам’ять другого рівня встановлена на системній платі і сполучена з шиною процесора, яка працює на частоті системної плати (зазвичай від 66 до 100 МГц). Таким чином, при появі процесорів Socket 7 з більш високою тактовою частотою робоча частота кеш-пам’яті залишилася рівною в порівнянні з низькою частотою системної плати. Наприклад, в найбільш швидкодіючих системах Intel Socket 7 частота процесора дорівнює 233 МГц, а частота шини процесора при множнику 3,5 х досягає тільки 66 МГц. Отже, кеш-пам’ять другого рівня також працює на частоті 66 МГц.

Проблема повільної кеш-пам’яті другого рівня була вирішена в процесорах класу Р6, таких як Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а також AMD Athlon і Duron. У цих процесорах використовувалися роз’єми Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket А чи Socket 370. Крім того, кеш-пам’ять другого рівня була перенесена з системної плати безпосередньо в процесор і з’єднана з ним за допомогою вбудованої шини. Тепер ця шина стала називатися шиною переднього плану (Front-Side Bus-FSB).

Включення кеш-пам’яті другого рівня в процесор дозволило значно підвищити її швидкість. У сучасних процесорах кеш-пам’ять розташована безпосередньо в кристалі процесора, тобто працює з частотою процесора. У більш ранніх версіях кеш-пам’ять другого рівня перебувала в окремій мікросхемі, інтегрованої в корпус процесора, і працювала з частотою, рівною 1/2, 2/5 або 1/3 частоти процесора.

У системах Slot 1 кеш-пам’ять другого рівня була вбудована в процесор, але працювала тільки на його половинній частоті. Підвищення частоти шини процесора з 66 до 100 МГц призвело до збільшення пропускної спроможності до 800 Мбайт/с. Слід зазначити, що в більшість систем була включена підтримка AGP. Частота стандартного інтерфейсу AGP дорівнює 66 МГц (тобто вдвічі більше швидкості PCI), але більшість систем підтримує порт AGP 2х, швидкодія якого вдвічі вища стандартного AGP, що призводить до збільшення пропускної спроможності до 533 Мбайт/с. Крім того, в цих системах зазвичай використовувалися модулі пам’яті PC 100 SDRAM DIMM, швидкість передачі даних яких дорівнює 800 Мбайт/с.

У системах Pentium III і Celeron роз’єм Slot 1 поступився місцем гнізду Socket 370. Швидкість шини процесора збільшилася до 133 МГц, що спричинило підвищення пропускної здатності до 1066 Мбайт/с. У сучасних системах використовується вже AGP 4х зі швидкістю передачі даних 1066 Мбайт/с.

У системах, створених на базі процесорів AMD, застосована конструкція Socket А, в якій використовуються більш швидкі порівняно з Socket 370 процесор і шини пам’яті, але все ще зберігається конструкція «північний/південний міст». Більшість південних мостів включає в себе функції, властиві мікросхемам Super I/O. Ці мікросхеми отримали назву Super South Bridge.

Система Pentium 4 (Socket 423 або Socket 478), створена на основі hubархітектури. Особливістю цієї конструкції є шина процесора з тактовою частотою 400/533/800 МГц і пропускною спроможністю відповідно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Також двоканальні модулі РС3200 (DDR400), пропускна здатність яких (3200 Мбайт/с) відповідає пропускній здатності шини процесора, що дозволяє максимально підвищити продуктивність системи. У більш продуктивних системах, що включають в себе шину з пропускною здатністю 6400 Мбайт/с, використовуються двоканальні модулі DDR400 з тактовою частотою 400 МГц, завдяки чому загальна пропускна здатність шини пам’яті досягає 6400 Мбайт/с. Процесори з частотою шини 533 МГц можуть використовувати парні модулі пам’яті (PC2100/DDR266 або PC2700/DDR333) в двоканальному режимі для досягнення пропускної здатності шини пам’яті 4266 Мбайт/с. Відповідність пропускної здатності шини пам’яті до робочих параметрів шини процесора є умовою для оптимальної роботи.

Процесор Athlon 64, незалежно від типу гнізда (Socket 754, Socket 939 або Socket 940), використовує високошвидкісну архітектуру HyperTransport для взаємодії з північним мостом або мікросхемою AGP Graphics Tunnel. Найбільш помітним відмінністю архітектури Athlon 64 від всіх інших архітектур ПК є розміщення контролера пам’яті не в мікросхемі північного моста (або мікросхемі MCH/GMCH), а в самому процесорі. Процесори Athlon 64/FX/Opteron оснащені вбудованим контролером пам’яті. Головний недолік цього підходу полягає в тому, що для додавання підтримки нових технологій, наприклад пам’яті DDR2, доведеться змінювати архітектуру процесора.

3. Обчислення продуктивності процесорної шини

Оскільки шина процесора повинна обмінюватися інформацією з процесором з максимально можливою швидкістю, в комп’ютері вона функціонує набагато швидше ніж будь-яка інша шина. Сигнальні лінії (лінії електричного зв’язку), що представляють шину, призначені для передачі даних, адрес і сигналів керування між окремими компонентами комп’ютера. Більшість процесорів Pentium має 64-розрядну шину даних, тому за один цикл по шині процесора передається 64 біт даних (8 байт).

Тактова частота, що використовується для передачі даних по шині процесора, відповідає його зовнішній частоті. Це слід враховувати, оскільки в більшості процесорів внутрішня тактова частота, яка визначає швидкість роботи внутрішніх блоків, може перевищувати зовнішню.

Шина FSB, підключена до процесора, по кожній лінії даних може передавати один біт даних протягом одного або двох періодів тактової частоти. Таким чином, в комп’ютерах з сучасними процесорами за один такт передається 64 біт.

Для визначення швидкості передачі даних по шині процесора необхідно помножити розрядність шини даних (64 біт, або 8 байт, для Celeron/Pentium IJI/4 або Athlon/Duron/Athlon XP/Athlon 64) на тактову частоту шини (вона дорівнює базовій (зовнішній) тактовій частоті процесора).

Максимальну швидкість передачі даних називають також пропускною здатністю шини процесора.

Контрольні запитання

1. Які шини включаєть в себе сучасні комп’ютери.

2. Яку функцію виконує шина процесора?

3. Як обчислити продуктивність процесорної шини?

Тема. ТИПИ ШИН ВВОДУ-ВИВОДУ. ЛОКАЛЬНІ ШИНИ

1. Типи шин вводу-виводу.

Потреба в підвищенні продуктивності шин вводу-виводу визначається трьома факторами:

■ швидкодією процесора;

■ якістю програмного забезпечення;

■ можливостями компонентів мультимедіа.

Однією з головних причин, які перешкоджають появі нових структур шин вводу-виводу, є їх несумісність зі старим стандартом PC. Нова, більш швидкодіюча шина повинна бути сумісною з колишнім стандартом, інакше всі старі плати доведеться просто викинути. Тому технологія виробництва шин еволюціонує повільно, без різких стрибків.

Шини введення-виведення розрізняються архітектурою.

Відмінності між цими шинами в основному пов’язані з обсягом одночасно переданих даних (розрядністю) і швидкістю їх передачі (швидкодією).

2. Шина ISA

Шина ISA (Industrial Standard Architecture-промислова стандартна архітектура) використовувалася в першому комп’ютері IBM PC, випущеному в 1981 році, а в 1984 році – в розширеному 16-розрядному варіанті в IBM PC/AT. Шина ISA – це основоположна база архітектури персональних комп’ютерів; вона використовувалася аж до кінця 1990-х років. Існує два варіанти шини ISA, які розрізняються кількістю розрядів даних: стара 8-розрядна версія і нова 16-розрядна. Стара версія працювала на тактовій частоті 4,77 МГц в комп’ютерах класів PC і XT. Нова версія використовувалася в комп’ютерах класу АТ з тактовими частотами 6 і 8 МГц. Максимальна швидкість передачі даних по шині ISA складає 8,33 Мбайт/с:

Смуга пропускання 8-розрядної шини вдвічі менша (4,17 Мбайт/с).

Проте через складний протокол обміну даними реальна пропускна здатність шини набагато нижча (зазвичай вдвічі). Та навіть у цьому випадку шина ISA працює швидше, ніж більшість периферійних пристроїв, які підключаються до неї.

8-розрядна шина ISA

Ця шина використовувалася в першому комп’ютері IBM PC. У нових системах вона не застосовується, але до цих пір експлуатуються сотні тисяч комп’ютерів з такою шиною.

В роз’єм вставляється плата адаптера з 62 контактами. На роз’єм подаються 8 ліній даних і 20 ліній адреси, що дозволяє адресувати до 1 Мбайт пам’яті.

Плата адаптера для 8-розрядної шини ISA має такі розміри:

■ висота-4,2 дюйма (106,68 мм);

■ довжина-13,13 дюйма (333,5 мм);

■ товщина-0,5 дюйма (12,7 мм).

16-розрядна шина ISA

Компанія IBM представила в 1984 році модель АТ, оснащену процесором 286. Даний процесор підтримував 16-розрядну шину даних, що дозволяло забезпечити взаємодію процесора, системної плати і пам’яті з використанням 16-розрядних, а не 8-розрядних даних.

Замість того щоб створювати нову шину введення-виведення, компанія IBM вирішила забезпечити сумісність системи з 8-і 16-розрядними адаптерами, залишивши той самий 8-розрядний роз’єм, але додавши до нього ще один додатковий. В результаті був отриманий роз’єм для установки 16- розрядних адаптерів. 16-розрядна шина ISA також називалася шиною АТ.

Додатковий роз’єм в кожному 16-розрядному роз’ємі розширення додає 36 контактів (загальна кількість контактів для передачі даних при цьому збільшується до 98), необхідних для передачі даних більшої розрядності. Крім того, було змінено призначення двох контактів 8-розрядної частини роз’єму. Однак подібні зміни ніяк не позначилися на працездатності 8-розрядних плат.

Звичайна плата адаптера класу АТ має такі розміри:

■ висота-4,8 дюйма (121,92 мм);

■ довжина-13,13 дюйма (333,5 мм);

■ товщина-0,5 дюйма (12,7 мм).

32-розрядна шина ISA

Через деякий час після випуску 32-розрядного процесора були розроблені перші стандарти на відповідну шину. Додаткові лінії цих шин зазвичай використовувалися тільки при роботі з платами розширення пам’яті та відеоадаптерами, які випускаються компаніями, що розробили цей стандарт. Їх параметри і розводки роз’ємів істотно відрізняються від стандартних.

3. Шина MCA

Поява 32-розрядних мікросхем призвела до того, що шина ISA перестала відповідати можливостям нового покоління процесорів. Процесор 386 може одночасно обробляти 32 біт даних, а шина ISA-тільки 16 біт. Замість того щоб знову розширити шину ISA, компанія IBM розробила новий стандарт архітектури. Так з’явилася шина MCA (Micro Channel Architectureмикроканальная архітектура), яка абсолютно не схожа на шину ISA і у всіх відносинах перевершує її.

Працювати з комп’ютерами MCA значно простіше, ніж з їх попередниками, і це може підтвердити кожен, хто мав з ними справу. У них немає ніяких перемичок або перемикачів, замість цього можна використовувати спеціальний Reference-диск, що постачається разом з комп’ютерною системою, а також Option-диски, що поставляються разом з окремими платами адаптерів. Встановивши плату, досить завантажити файли з Option-диска на Referenee-диск, після чого Option-диск більше не потрібен. Referenee-диск містив спеціальну BIOS і програму налаштування для конкретної системи MCA, а конфігурувати систему без подібного диска було просто неможливо.

4. Шина EISA

Стандарт шини EISA (Extended Industry Standard Architectureрозширена промислова стандартна архітектура) з’явився в 1988 році у відповідь на вимогу IBM ліцензувати використання шини MCA.

Шина EISA насправді була 32-розрядною версією шини ISA. На відміну від шини MCA компанії IBM, в 32-розрядні роз’єми EISA можна встановлювати старі 8-або 16-розрядні плати ISA, завдяки чому забезпечується повна зворотна сумісність. Як і шина MCA, шина EISA підтримує настройку адаптерів EISA за допомогою спеціального програмного забезпечення.

Кількість ліній в шині EISA в порівнянні з ISA збільшилася до 90 (55 нових), при цьому розміри роз’єму залишилися колишніми. На перший погляд 32-розрядив слот EISA виглядає майже так само, як 16-розрядний слот ISA. Насправді роз’єм шини EISA є здвоєним. Перший ряд контактів відповідає 16-розрядному слоту ISA, а інші розташовані в глибині роз’єму і ставляться до розширення EISA. Таким чином, плати ISA могли продовжувати використовуватися в роз’ємах EISA. Розміри плати EISA такі:

■ висота-5 дюймів (127 мм);

■ довжина-13,13 дюйма (333,5 мм);

■ ширина-0,5 дюйма (12,7 мм).

Використовуючи шину EISA, можна передавати до 32 біт даних одночасно з тактовою частотою 8,33 МГц. У більшості випадків передача даних здійснюється мінімум за два такти, хоча можлива і велика швидкість передачі (якщо плата адаптера має достатню швидкодію). Максимальна смуга пропускання шини складає близько 33 Мбайт/с:

5. Локальні шини (VESA, PCI, PCI Express, AGP)

Шини ISA, MCA і EISA мають один спільний недолік – порівняно низька швидкодія.

До основних типів локальних шин, що використовуються в ПК, належать такі:

■ VL-Bus (локальна шина VESA);

■ PCI;

■ PCI Express;

■ AGP.

Це обмеження існувало ще за часів перших PC, в яких шина введеннявиведення працювала з тією ж швидкістю, що і шина процесора. Швидкодія шини процесора зростала, а характеристики шин вводу-виводу поліпшувалися в основному за рахунок збільшення їх розрядності. Обмежувати швидкодію шин доводилося тому, що більшість вироблених плат адаптерів не могли працювати при підвищених швидкостях обміну даними.

Локальна шина – це будь-яка шина, яка призначена для безпосередньої взаємодії з процесором або його найближчим «оточенням». Перші 8- і 16- розрядні системи ISA побудовані на архітектурі локальної шини. Подібні системи володыють шиною процесора, а також основною шиною; при цьому всі компоненти працюють на частоті процесора. Коли системи ISA працювали з частотою вище 8 МГц, основна шина ISA була відокремлена від процесороної, оскільки плати розширення, пам’ять та інші компоненти не могли працювати на таких частотах. У 1992 році в ПК почали застосовувати розширення шини ISA, що отримало назву локальної шини VESA (VESA local bus-VL-Bus). В даний час на зміну іншим популярним локальним шинам прийшла шина PCI Express, яка забезпечує швидкий обмін даних між пристроями в ПК.

Локальна шина не замінює собою колишні стандарти, а доповнює їх. Основними шинами комп’ютера, як і раніше, залишаються ISA і EISA, але до них додається один або кілька слотів локальної шини. При цьому зберігається сумісність зі старими платами розширення, а швидкодіючі адаптери встановлюються в слоти локальної шини, при цьому реалізуються всі їхні можливості. Таким чином, до теперішнього моменту найбільш поширеними є роз’єми AGP, PCI і ISA.

6. Локальна шина VESA

Ця шина була найпопулярнішою з усіх локальних шин з дня її презентації у серпні 1992 року і до 1994 року. Вона є продуктом комітету VESA некомерційної організації, створеної за участю компанії NEC для контролю за розвитком і стандартизацією відеосистем і шин. Компанія NEC розробила VL-Bus (так надалі будемо називати цю шину), а потім створила комітет, який повинен був впровадити цю розробку в життя. У первинному варіанті слоти локальної шини використовувалися майже виключно для установки відеоадаптерів. Основним напрямком, на який робила акцент компанія NEC при розробці та реалізації комп’ютерної продукції, було підвищення якості та ефективності роботи комп’ютерних відеосистем. До 1991 року відеосистеми стали найвужчим місцем у більшості комп’ютерних систем.

По шині VL-Bus можна виконувати 32-розрядний обмін даними між процесором і сумісним відеоадаптером або жорстким диском, тобто її розрядність відповідає розрядності процесора 486. Максимальна пропускна здатність шини VL-Bus становить 133 Мбайт/с. Іншими словами, локальна шина VL-Bus зробила прорив в обмеженні швидкодії периферійних пристроїв.

VL-Bus яввляла собою шину процесора 486, що дозволяло використовувати дуже прості рішення, так як не було потрібно ніяких додаткових мікросхем. Однак оскільки VL-Bus працює на частоті шини процесора, використання різних процесорів призводило до появи шин з різною частотою, що значно ускладнювало вирішення завдань сумісності. Хоча VL-Bus і можна було адаптувати до інших процесорів, таким як 386 і Pentium, вона найкраще підходила саме для систем на базі процесора 486. Фізично роз’єм VL-Bus являв собою додаток до існуючих роз’ємів. Наприклад, в системах архітектури ISA роз’єм VL-Bus вважався доповненням до існуючих 16-розрядних роз’ємів ISA. Розширення VESA мало 112 контактів, які фізично були розташовані так само, як і в шині MCA.

Контрольні запитання

1. Які відмінності між шинами вводу-виводу.

2. Охарактеризуйте шину ISA

3. Охарактеризуйте шину MCA

4. Охарактеризуйте шину EISA

5. Назвіть основні типи локальних шин

6. Охарактеризуйте локальну шину VESA

Тема. ЛОКАЛЬНІ ШИНИ (PCI, PCI EXPRESS)

1. Шина PCI

На початку 1992 року Intel організувала групу розробників, перед якою було поставлено та ж задача, що і перед групою VESA: розробити нову шину, в якій були б усунені всі недоліки шин ISA і EISA. У червні 1992 року була випущена специфікація шини PCI версії 1.0, яка відтоді зазнала декілька змін.

Опис різних версій PCI

Творці PCI відмовилися від традиційної концепції, додавши ще одну шину між процесором і звичайною шиною вводу-виводу. Замість того щоб підключити її безпосередньо до шини процесора, вони розробили новий комплект мікросхем контролерів для розширення шини.

Шина PCI додає до традиційної конфігурації шин ще один рівень. При цьому звичайна шина введення-виведення не використовується, а створюється фактично ще одна Високошвидкісна системна шина з розрядністю, яка рівна з розрядністю даних процесора. Комп’ютери з шиною PCI з’явилися в середині 1993 року, і незабаром вона стала невід’ємною частиною комп’ютерів високого класу.

Тактова частота стандартної шини PCI – 33 МГц, а розрядність відповідає розрядності даних процесора. Для 32-розрядного процесора пропускна здатність становить 132 Мбайт/с:

В даний час 64-розрядні шини або шини з робочою частотою 66 і 133 МГц використовуються лише в системних платах серверів або робочих станцій. Одна з основних переваг шини PCI полягає в тому, що вона може функціонувати паралельно з шиною процесора (тобто незалежно від неї). Це дозволяє процесору обробляти дані зовнішньої кеш-пам’яті одночасно з передачею інформації по шині PCI між іншими компонентами системи.

Для підключення адаптерів шини PCI використовується спеціальний роз’єм. Плати PCI можуть бути тих же розмірів, що і плати для звичайної шини введення-виведення, проте конфігурація роз’ємів дозволяє відрізнити їх від старих плат з інтерфейсами ISA, MCA і EISA.

У специфікації PCI визначені три типи системних плат, кожна з яких розроблена для певних моделей комп’ютерів з різними вимогами до живлення. Існують 32-і 64-розрядні версії шини PCI. Версія з напругою 5 В призначена для стаціонарних комп’ютерів (PCI 2.2 або більш ранніх версій), версія з напругою 3,3 В – для портативних систем (також підтримується PCI 2.3), а універсальна версія – для системних плат і зовнішніх адаптерів, які підключаються до будь-якого з перерахованих роз’ємів. Універсальні шини і 64-розрядні шини PCI з напругою 5 В переважно призначені для серверних системних плат. Специфікацією PCI-X 2.0 для версій 266/533 обумовлена підтримка напруг 3,3 і 1,5 В, що відповідає стандарту PCI 2.3 з підтримкою напруги 3,3 В.

Універсальна плата PCI може встановлюватися в роз’єм, призначений для будь-якої плати з фіксованою напругою живлення. Якщо напруга, що подається на ті чи інші контакти, може бути різною, то вона позначається + В I/O. На ці контакти подається опорна напруга, яка визначає рівні вихідних логічних сигналів.

Іншою важливою властивістю плати PCI є те, що вона задовольняє специфікації Plug and Play компанії Intel. Це означає, що PCI не має перемичок і перемикачів і може налаштовуватися за допомогою спеціальної програми настройки. Системи з Plug and Play здатні самостійно настроювати адаптери, а в тих комп’ютерах, в яких відсутня система Plug and Play, але є роз’єми PCI, настройку адаптерів потрібно виконувати вручну за допомогою програми настроювання BIOS. З кінця 1995 в більшості комп’ютерів встановлюється система BIOS, яка задовольняє специфікації Plug and Play і забезпечує автоматичну настройку.

2. PCI Express

Протягом 2001 року фахівці групи компаній, що отримала назву Arapahoe Work Group, працювали над проектом специфікації нової швидкодіючої шини, що має кодову назву 3GIO (Third-Generation I/O-шина вводу-виводу третього покоління). У серпні 2001 року спеціальна група PCISIG (PCI Special-Interest Group) прийняла рішення про використання, управління і підтримку специфікації архітектури 3GIO в якості шини PCI майбутнього покоління. Робота над чорновою версією 3GIO 1.0 була завершена в квітні 2002 року, після чого була передана в групу PCI-SIG, де і отримала нову назву-PCI Express. У липні того ж року була схвалена специфікація PCI Express 1.0, в квітні 2005 року (версія 1.1) і в січні 2007 року (версія 2.0).

Як випливає з первісного кодового назви (3GIO), нова специфікація шини розроблялася з метою розширення і подальшої заміни існуючих шин ISA/AT (перше покоління) і PCI (друге покоління), що використовуються в персональних комп’ютерах. Архітектура шини кожного з попередніх поколінь розроблялася з урахуванням 10-або 15-річного терміну служби. Специфікація PCI Express, прийнята і схвалена спеціальною групою PCI-SIG, стане, як передбачається, домінуючою архітектурою шини ПК, створеної для підтримки збільшується пропускної здатності комп’ютера, протягом наступних десяти-п’ятнадцяти років.

Основні особливості PCI Express такі:

■ сумісність з існуючою шиною PCI і програмними драйверами різних пристроїв;

■ фізичне з’єднання, яке здійснюються за допомогою мідних, оптичних або інших фізичних носіїв і забезпечує підтримку майбутніх схем кодування;

■ максимальна пропускна здатність кожного виводу, що дозволяє створювати шини малих формфакторів, знижувати їх собівартість, спрощувати конструкцію плат, а також скорочувати кількість проблем, пов’язаних з цілісністю сигналу;

■ вбудована схема синхронізації, що дозволяє швидше змінювати частоту (швидкодію) шини, ніж при узгодженої синхронізації;

■ ширина смуги частот (пропускна здатність), збільшується при підвищенні частоти і розрядності (ширини) шини;

■ малий час очікування, найбільш підходить для додатків, що вимагають ізохронної (залежної від часу) доставки даних, що відбувається, наприклад, при обробці потокових відеоданих;

■ можливість «гарячої» комутації та «гарячої» заміни (тобто без виключення електроживлення);

■ можливості управління режимом живлення.

Шина PCI Express – це ще один приклад переходу ПК від паралельного до послідовного інтерфейсу. Особливістю архітектури шин попередніх поколінь є паралельна компоновка, при якій біти даних одночасно передаються по декількох паралельно розташованим висновків. Чим більше кількість одночасно переданих бітів, тим вище пропускна здатність шини. При цьому особливого значення набуває синхронізація (узгодження за часом) всіх паралельних сигналів, яка при використанні більш швидких і протяжних з’єднань стає досить складною. Незважаючи на те що шини PCI і AGP дозволяють передавати одночасно до 32 біт даних, затримки передачі сигналу та інші фактори призводять до спотворення одержуваних даних, що виникає через різницю в часі між прибуттям першого і останнього біта. Послідовна шина, що відрізняється більш простою конструкцією, одноразово передає тільки 1 біт даних, відправляючи сигнали по одному дроту з більш високою, ніж у паралельній шини, частотою. При послідовній передачі бітів даних синхронізація окремих бітів або довжина шини стає набагато менш значущим фактором. Об’єднання декількох послідовних трактів дозволяє досягти пропускної здатності, що значно перевищує можливості традиційних паралельних шин.

Архітектура швидкої послідовної шини PCI Express зворотно-сумісна з існуючими програмними драйверами і засобами управління паралельної шини PCI. При використанні PCI Express дані передаються в повнодуплексному режимі (тобто одночасно виконуються прийом і передача даних) за двома парним проводам, які називаються смугою або трасою.

Швидкість передачі даних в одному напрямку для кожної смуги досягає 250 Мбіт/с, причому кожна шина може включати в себе від 1 смуги до 2, 4, 8, 16 або 32 смуг. Наприклад, 16-смугова шина, що має високу пропускну здатність, дозволяє одночасно передавати в кожному напрямку 16 біт даних, завдяки чому швидкість передачі даних може досягати 4000 Мбайт/с. Версія PCI Express 2.0 збільшує швидкість передачі даних по одній смузі до 500 Мбайт/с, таким чином складаючи для роз’єму х16 – 8000 Мбайт/с, що незрівнянно вище, ніж 133 Мбайт/с у шини PCI.

У шині PCI Express використовується розроблена IBM схема кодування «8-10», що передбачає автосинхронізацію сигналів для підвищення частоти. Частота шини, на даний час рівна 2,5 ГГц, в майбутньому може бути збільшена до 10 ГГц, що фактично є межею для мідних з’єднань. Поєднання потенційного збільшення частоти і можливості одночасного використання до 32 смуг дозволяє підвищити швидкість передачі даних шини PCI Express до 32 Гбіт/с.

Шина PCI Express призначена для розширення і подальшої заміни шин, що використовуються в даний час в комп’ютерах. Використання цієї шини призведе не тільки до появи додаткових роз’ємів на системній платі, але й до поступової заміни існуючих інтерфейсів Intel Hub і AMD HyperTransport, які застосовуються для з’єднання компонентів мікропроцесорного набору. Крім того, PCI Express з успіхом замінить інтерфейси, що застосовуються для передачі відеоданих (наприклад, AGP), а також використовуватиметься як шини розширення (або шини другого рівня) для підключення до інших інтерфейсів, таких як Serial АТА, USB 2.0,1394 b (FireWire або iLink), Gigabit Ethernet і т.д.

Шина PCI Express, вироблена у вигляді кабелю або плати, може використовуватися для створення систем з окремих блоків, що містять ті чи інші компоненти.

Сучасні системні плати містять кілька роз’ємів PCI, а також роз’єми PCI Express xl і PCI Express xl6; системні плати для робочих станцій і серверів містять шини PCI Express, PCI-X і PCI. Для забезпечення сумісності нових рішень PCI Express з існуючою інфраструктурою PCI розроблені специфікації Express Bridge 1.0 і Mini PCI Express Card.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте шину PCI

2. Охарактеризуйте шину PCI Express

3. Охарактеризуйте прискорений графічний порт (AGP)

Тема. ПРИСКОРЕНИЙ ГРАФІЧНИЙ ПОРТ (AGP)

1. Прискорений графічний порт (AGP)

Для підвищення ефективності роботи з відео і графікою компанія Intel в середині 1990-х років розробила нову шину – прискорений графічний порт (Accelerated Graphics Port-AGP). Ця шина схожа на PCI, але містить ряд доповнень і розширень. І фізично, і електрично, і логічно вона не залежить від PCI. Наприклад, роз’єм AGP подібний роз’єму PCI, але має контакти для додаткових сигналів і іншу розводку контактів. На відміну від – PCI, яка є справжньою шиною з декількома роз’ємами, AGP – високоефективне з’єднання, розроблене спеціально для відеоадаптера, причому в системі для одного відеоадаптера допускається тільки один роз’єм AGP. Специфікація AGP 1.0 була вперше випущена компанією Intel в липні 1996 року. Відповідно до цієї специфікації використовувалися тактова частота 66 МГц і режим 1х або 2х з рівнем напруги 3,3 В. Версія AGP 2.0 була випущена в травні 1998 року; в неї доданий режим 4х, а також знижена робоча напруга до 1,5 В.

Останньою версією специфікації AGP стала версія 3.0 – для шини AGP 8х. У ній визначено швидкість передачі даних 2133 Мбайт/с, що рівно вдвічі більше, ніж у шини AGP 4х.

Специфікація AGP 8х була вперше публічно анонсована в листопаді 2000 року. Підтримка AGP 8х в даний час реалізована в більшості материнських плат основних виробників. Незважаючи на підвищену в два рази в порівнянні з AGP 4х пропускну здатність, практичні відмінності між пристроями, сумісними з 4х і 8х, мінімальні. У той же час багато наборів мікросхем, що підтримують тривимірну графіку, модернізували частоту ядер роботи з графікою і пам’яті, а також архітектуру графічної підсистеми, щоб вони могли краще підтримувати більш швидкісний інтерфейс.

Більшість нових відеоадаптерів AGP підтримують специфікацію AGP 4х або 8х, в кожній з яких використовується напруга 1,5 В. Багато старих системних плат з інтерфейсом AGP 2х підтримують тільки плати з напругою 3,3 В. Установка відеоадаптера з напругою 1,5 В в слот 3,3 В може призвести до фізичного пошкодження як адаптера, так і самої системної плати. Щоб уникнути подібних ситуацій в специфікації AGP передбачені спеціальні роз’єми. Як правило, адаптери і слоти мають роз’єми, що дозволяють встановлювати плати з напругою 1,5 і 3,3 В в слоти з напругою 1,5 і 3,3 В відповідно. Проте існують універсальні слоти, які дають можливість встановлювати відеоадаптери з різними рівнями напруги. Розташування роз’ємів для адаптерів AGP і типи слотів системної плати залежать від того чи іншого стандарту AGP

Відеоадаптери AGP 4х і 8х (1,5 В) встановлюються тільки в слоти AGP з напругою 1,5 В або в універсальні слоти з напругою 3,3/1,5 В. Дизайн слотів і роз’ємів адаптера не дозволяє встановити адаптер з напругою 1,5 в в слот 3,3 В.

Нова специфікація AGP Pro 1.0 була представлена в серпні 1998 року; у квітні 1999 року вона була переглянута в новій редакції AGP Pro 1.1а. У ній визначено досить довгий роз’єм з додатковими контактами на кожному кінці для підведення напруги живлення до плат AGP, які споживають більше 25 Вт (максимальна потужність – 110 Вт). Плати AGP Pro можуть використовуватися у високоякісних графічних робочих станціях. Роз’єми AGP Pro зворотньо сумісні, тобто до них можна підключати стандартні плати AGP. Так як роз’єм AGP Pro довший AGP 1х/2х, існує ймовірність неправильної установки плати AGP 1х/2х, що може призвести до її пошкодження. Щоб уникнути цього, розширення AGP Pro, розташоване в задній частині роз’єму, іноді закривається спеціальною кришкою. Перед установкою плати AGP Pro цю кришку слід видалити.

Шина AGP– швидкодіюче з’єднання, що працює на основній частоті 66 МГц, що вдвічі вища, ніж у PCI. В основному режимі AGP(1х), виконується одиночна передача за кожен цикл. Оскільки ширина шини AGP дорівнює 32 біт (4 байт), при 66 млн. тактів в секунду по ній можна передавати дані зі швидкістю приблизно 266 Мбайт/с. У початковій специфікації AGP також визначено режим 2х, при якому в кожному циклі здійснюються дві передачі, що відповідає швидкості 533 Мбайт/с. В даний час практично всі сучасні системні плати підтримують цей режим. Специфікація AGP 2.0 підтримує 4- кратний режим передачі даних (тобто передача здійснюється чотири рази протягом одного такту). При цьому пропускна спроможність досягає 1066 Мбайт/с.

Оскільки шина AGP не залежить від шини PCI, при використанні відеоадаптера AGP можна звільнити шину PCI для виконання традиційних функцій вводу-виводу, наприклад для контролерів IDE/АТА, SCSI і USB, звукових плат і т.д..

Крім підвищення ефективності роботи відеоадаптера, AGP дозволяє отримувати швидкий доступ безпосередньо до системної оперативної пам’яті. Завдяки цьому відеоадаптер AGP може використовувати оперативну пам’ять, що зменшує потребу в відеопам’яті. Проте останнім часом деякі моделі відеоадаптерів AGP стали оснащуватися досить великим обсягом швидкодіючої пам’яті (до 256 Мбайт). Використання власної пам’яті виявляється важливим при запуску додатків з високими вимогами, наприклад сучасних тривимірних ігор. Сучасні відеоадаптери AGP здатні не тільки запускати ігри, але й відтворювати на ПК повноцінне динамічне відео.

Шина AGP 8х (2133 Мбайт/с) у шістнадцять разів швидша 32-розрядної шини PCI, що працює з частотою 33 МГц (133 Мбайт/с), але в два рази повільніше шини PCI Express х16 (4000 Мбайт/с). Починаючи з середини 2004 року виробники материнських плат, призначених для ринку високопродуктивних систем на базі процесорів Pentium 4 і Athlon 64, почали замінювати роз’єми AGP 8х роз’ємами PCI Express 16х.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте шину PCI

2. Охарактеризуйте шину PCI Express

3. Охарактеризуйте прискорений графічний порт (AGP

Тема. СИСТЕМНІ РЕСУРСИ. ПЕРЕРИВАННЯ

1. Системні ресурси

Системними ресурсами називають комунікаційні канали, адреси і сигнали, які використовуються вузлами комп’ютера для обміну даними за допомогою шин. Зазвичай під системними ресурсами мають на увазі наступне:

■ адреси пам’яті;

■ канали запитів переривань (IRQ);

■ канали прямого доступу до пам’яті (DMA);

■ адреси портів введення-виведення.

Всі ці ресурси необхідні для різних компонентів комп’ютера. Плати адаптерів використовують ресурси для взаємодії з усією системою і виконання специфічних функцій. Кожній платі адаптера потрібен свій набір ресурсів. Так, послідовним портам для роботи необхідні канали IRQ і унікальні адреси портів введення-виведення, а аудіопристроям потрібно ще хоча б один канал DMA. Більшістю мережевих плат використовуються блок пам’яті ємністю 16 Кбайт, канал IRQ і адреса порту введення-виведення. В міру встановлення додаткових плат в комп’ютері збільшується ймовірність конфліктів, пов’язаних з використанням ресурсів. Конфлікт виникає при встановленні двох або більше плат, кожній з яких потрібно одна і та ж лінія IRQ або адреса порту введення-виведення. Іноді в таких ситуаціях на допомогу приходить функція автоматичного конфігурування Plug and Play. Ця технологія дозволяє «розвести» різні пристрої на різні ресурси. У деяких старих платах розширення є перемички або перемикачі, встановивши які можна змінити передбачену за замовчуванням конфігурацію споживання ресурсів. Деякі карти адаптерів супроводжуються програмним забезпеченням, що дозволяє конфігурувати їх налаштування. Також настройка ресурсів окремих пристроїв може бути виконана в диспетчері пристроїв операційних систем сімейства Windows 9х і пізніших версій.

Всі сучасні системи з підтримкою ACPI і всі нові шини типів PCI і PCI Express рідко стикаються з проблемами конфігурування цих ресурсів. Практично завжди конфігурування виконується автоматично і без проблем.

2. Переривання

Запити на переривання (IRQ), або апаратні переривання, використовуються різними пристроями для повідомлення системній платі (процесору) про необхідність обробки певного запиту.

Канали переривань являють собою провідники на системній платі і відповідні контакти в роз’ємах. Після отримання запиту IRQ комп’ютер приступає до виконання спеціальної процедури його обробки, першим кроком якої є збереження в стеці вмісту регістрів процесора. Потім відбувається звернення до таблиці векторів переривань, в якій міститься список адрес пам’яті, відповідних певним номерам (каналам) переривань.

Залежно від номера отриманого переривання запускається програма, що відноситься до даного каналу.

Дороговкази в таблиці векторів визначають адреси пам’яті, за якими записані програми-драйвери для обслуговування плати, яка послала запит. Наприклад, для мережевої плати вектор переривання містить адресу мережевих драйверів, призначених для роботи з нею; для контролера жорсткого диска вектор вказує на програмний код BIOS, який обслуговуючий контролер.

Після виконання необхідних дій по обслуговуванню пристрою, що послав запит, процедура обробки переривання відновлює вміст регістрів процесора (витягуючи його з стеку) і повертає управління комп’ютером тій програмі, яка виконувалася до виникнення переривання.

Завдяки перериванням комп’ютер може своєчасно реагувати на зовнішні події. Кожен раз, коли послідовний порт передає байт даних системі, генерується відповідне переривання, завдяки якому система повинна обробити байт даних до надходження наступних даних. В деяких випадках пристрій, що підключається до порту (наприклад, модем з мікросхемою UART 16550 або вище), може містити спеціальний буфер, що дозволяє зберігати декілька символів перед генеруванням переривання.

Апаратні переривання мають ієрархію пріоритетів: чим менше номер переривання, тим вище пріоритет. Переривання з вищим пріоритетом мають перевагу і можуть, так би мовити, переривати обробку інших переривань. У результаті в комп’ютері може виникнути декілька «вкладених» переривань.

По шині ISA запити на переривання передаються у вигляді перепадів логічних рівнів, причому для кожного з них призначена окрема лінія, підведена до всіх роз’ємів. Кожному номеру апаратного переривання відповідає свій провідник. Системна плата не може визначити, в якому роз’ємі знаходиться плата, яка послала переривання, тому можливо виникнення невизначеної ситуації в тому випадку, якщо кілька плат використовують один канал. Щоб цього не відбувалося, система настроюється так, щоб кожен пристрій (адаптер) використовував свою лінію (канал) переривання. Використання однієї лінії відразу декількома різними пристроями в більшості випадків неприпустимо.

Компанія IBM свого часу розробила методи спільного використання переривань на шині ISA, однак лише деякі пристрої дотримувалися необхідних правил, і дана методологія так і не була втілена в життя. У той же час в шині PCI спочатку передбачена можливість спільного використання переривань. Всі пристрої, підключені до шини PCI, використовують переривання А – переривання самої шини. Реальна проблема полягає в тому, що насправді в системі одночасно використовуються два набори переривань: ISA і PCI. Щоб карти PCI могли працювати в системі, переривання PCI відображаються на переривання ISA, які вже не допускають спільного використання. Таким чином, краще призначити всім картам (навіть з інтерфейсом PCI) різні переривання. Конфлікти, що виникають між перериваннями PCI і ISA, були властиві раннім поколінням комп’ютерів і викликали безліч проблем. І вони не самоусунулися після виходу в світ операційної системи Windows 95 і технології Plug and Play.

Технологія спільного використання переривань для адаптерів PCI називається PCI IRQ Steering і підтримується вже більше десятиліття операційними системами, починаючи з Windows 95 OSR 2.x, а також BIOS системної плати. Ця технологія дає можливість Windows з підтримкою пристроїв Plug and Play динамічно розподіляти стандартні переривання для плат PCI (зазвичай використовують переривання PCI INTA #), а також призначати одне переривання для декількох плат PCI.

Зовнішні апаратні переривання часто називають маскуючими, тобто їх можна відключити («замаскувати») на час, поки процесор виконує інші важливі операції. В цілому ж питання правильної обробки переривань є частиною системної BIOS і окремих програм.

Оскільки в шині ISA зазвичай не допускається спільне використання переривань, при встановленні нових плат може виявитися недолік ліній переривань. Якщо дві плати використовують одну і ту ж лінію IRQ, то їх нормальну роботу порушить конфлікт.

3. Переривання у 8-розрядній шині ISA

У комп’ютерах PC і XT з 8-розрядним процесором 8088 є вісім зовнішніх апаратних переривань. Стандартний розподіл цих переривань, пронумерованих від 0 до 7, наведено в табл. 4.75.

Встановлений за замовчуванням розподіл переривань у 8-розрядній шині ISA

У комп’ютері з 8-розрядною шиною ISA наявних переривань (ресурсів) часто катастрофічно не вистачає. Спроба встановити в комп’ютер PC/XT кілька пристроїв, що вимагають обробки своїх переривань, може призвести до того, що вирішити проблему браку переривань можна буде єдиним способом– вийняти найрідше використовувану плату адаптера.

4. Переривання в 16-розрядній шині ISA і шинах EISA і MCA

У комп’ютері АТ з процесором 286 кількість ліній зовнішніх апаратних переривань збільшилася. Вона подвоїлася завдяки використанню двох контролерів переривань, причому переривання, що генеруються другим контролером, подаються на закинутий вхід IRQ 2 перших. Фактично існує п’ятнадцять ліній IRQ, так як переривання IRQ2 стає недоступним.

Оскільки всі переривання з другого контролера передаються на перший через один вхід IRQ 2, в ієрархії пріоритетів вони розміщуються між IRQ 1 і IRQ 3. Так, переривання IRQ 15 отримує більший пріоритет, ніж переривання IRQ 3.

Для того щоб не виникало проблем при генерації фактично неіснуючого IRQ 2, конструктори виділили додаткове переривання IRQ 9 для вирішення цих проблем. Це означає, що будь-яка додана в комп’ютер плата, для якої характерне використання переривання IRQ 2, насправді буде використовувати IRQ 9. Це слід враховувати, щоб випадково не призначити переривання IRQ 9 іншому пристрою.

Відзначимо, що лінії переривань 0, 1, 2, 8 і 13 не виведено на роз’єми шини і не використовуються платами адаптерів. Лінії переривань 8, 10, 11, 12, 13, 14 і 15 підключені до другого контролера. Вони можуть використовуватися тільки адаптерами з 16-розрядним роз’ємом, оскільки підведені до контактів в розширених частинах слотів. Лінія IRQ 9 підключена до гнізда 8-розрядного слота замість IRQ 2 і доступна 8- розрядним платам, які використовують її як лінію IRQ 2.

Незважаючи на те що в 16-розрядній шині ISA вдвічі більше ліній переривань, ніж у 8-розрядної, їх все ж може не вистачити, тому що нові переривання можуть використовуватися тільки 16-розрядними адаптерами.

Контрольні запитання

1. Що таке системні ресурси?

2. Що таке переривання?

3. Охарактеризуйте переривання у 8-розрядній шині ISA.

4. Охарактеризуйте переривання в 16-розрядній шині ISA і шинах EISA і MC

Тема. ПЕРЕРИВАННЯ ШИНИ PCI. КОНФЛІКТИ ПЕРЕРИВАНЬ. КАНАЛИ ПРЯМОГО ДОСТУПУ ДО ПАМ’ЯТІ. АДРЕСИ ПОРТІВ ВВЕДЕННЯ-ВИВЕДЕННЯ

1. Переривання шини PCI

Шина PCI підтримує апаратні переривання, які використовують пристрої, встановлені на шину. Це переривання INTA #, INTB #, INTC # і INTD #. Переривання INTx # чутливі до рівня сигналу, що дозволяє розподіляти їх серед декількох пристроїв PCI. Якщо одиночний пристрій PCI використовує тільки одне переривання, то ним має бути INTA #, що є одним з основних правил специфікації шини PCI. Решта додаткових пристроїв повинні використовувати переривання INTB #, INTC # і INTD #.

Для нормального функціонування шини PCI в персональному комп’ютері її переривання повинні бути відображені на існуючі переривання ISA. Останні не можуть використовуватися спільно, тому в більшості випадків для кожної плати PCI, що використовує переривання INTA # шини PCI, слід встановити переривання, відмінні від неподілюваний переривань шини ISA. Розглянемо як приклад систему, яка має чотири роз’єми PCI і чотири встановлені плати PCI, кожна з яких використовує переривання INTA #. У такому випадку кожної з плат повинен бути призначений окремий запит переривання ISA, наприклад IRQ9, IRQ10, IRQ11 або IRQ5.

Установка однакових переривань для шин ISA і PCI обов’язково призведе до конфлікту. Також будуть конфліктувати і два пристрої ISA з однаковими перериваннями.

2. Вдосконалений програмований контролер переривань APIC

Як заміну традиційній парі контролерів переривань 8259 компанія Intel розробила в середині 1990-х років вдосконалений програмований контролер переривань APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller). Хоча всі процесори, починаючи з Pentium, підтримують APIC, цей контролер повинен бути присутнім на системній платі; крім того, системна BIOS також повинна підтримувати APIC. Підтримка APIC реалізована на більшості сучасних системних плат; контролер АРIC підтримується операційними системами Windows, починаючи з версії Windows 2000. Підтримку APIC можна дозволити або заборонити, скориставшись програмою BIOS Setup.

Контролер APIC забезпечує підтримку декількох процесорів, однак може використовуватися і в однопроцесорних системах. Основна перевага APIC для однопроцессорної системи – підтримка віртуальних переривань IRQ вище 15. Більшість реалізацій APIC підтримує віртуальні IRQ до 24.

2. Вдосконалений програмований контролер переривань APIC

Найбільш поширений конфлікт переривань (IRQ) пов’язаний з інтегрованим послідовним портом COM2, що існує в сучасних системних платах, і внутрішніх модемах. В повноцінному внутрішньому модемі вже є підтримка деякого порту; за умовчанням цей порт призначається в COM2, при цьому в системі також зазвичай включений другий послідовний порт.

Таким чином, в системі виявляються два ідентичних порти, що використовують одні й ті ж ресурси (переривання і адреси порту вводувиводу). Щоб усунути цю проблему слід увійти в BIOS Setup системи і відключити вбудований порт COM2.

Щоб забезпечити максимально можливу кількість спільних переривань в сучасній системі без роз’ємів ISA, при роботі з системної BIOS слід виконати наступні дії.

1. Вимкнути всі порти в системній BIOS. Наприклад, якщо замість послідовного і паралельного портів використовуються порти USB, вимкніть їх. В результаті можна вивільнити до трьох переривань.

2. Вкажіть переривання IRQ, звільнене в п. 1, в списку доступних переривань для пристроїв PCI/PnP. Залежно від версії BIOS відповідні

3 параметри доступні в розділі PnP/PCI Resource Exclusion або PnP/PCI Configuration.

3. Активізуйте параметр Reset Configuration Data, щоб очистити таблиці маршрутизації IRQ в пам’яті CMOS.

4. Збережіть зміни і завершите роботу з програмою настройки BIOS.

4. Канали прямого доступу до пам’яті (DMA)

Такі канали використовуються пристроями, що здійснюють високошвидкісний обмін даними. Послідовний і паралельний порти, на відміну від звукової плати, адаптера SCSI не використовують канали прямого доступу до пам’яті (DMA). Один канал DMA може використовуватися різними пристроями, але не одночасно.

Канали DMA 8-розрядної шини ISA

Функції каналів DMA в 8-розрядній шині ISA

Канали DMA 16-розрядної шини ISA

З появою процесора 286 кількість каналів DMA в шині ISA було доведено до восьми, причому сім з них доступні платам адаптерів, що встановлюються в слоти. Як і додаткові лінії IRQ, ці канали DMA підключені за допомогою другого контролера, що має каскадне підключення до першого. Канал DMA 4 використовується для підключення до процесора каналів DMA 0-3. Канали 0-3 доступні для 8-розрядних обмінів даними, а канали 5-7- тільки для 16-розрядних.

Функції каналів DMA в 16-розрядних шинах ISA, EISA і MCA

Слід зазначити, що адаптери PCI не використовують канали прямого доступу до пам’яті ISA, дані канали доступні тільки для плат ISA. Однак деякі плати PCI (наприклад, звукові) емулюють ці канали DMA для роботи зі старим програмним забезпеченням.

З усіх каналів DMA стандартне призначення у всіх комп’ютерних системах має тільки канал DMA 2, який використовується контролером гнучких дисків. Канал DMA 4 не використовується і не представлений у слотах шини. Канали DMA 1 і DMA 5 зазвичай використовуються в звукових платах, наприклад в Sound Blaster 16. Для швидкісної передачі інформації ця плата використовує як 8-, так і 16-розрядний канал. Канал DMA 3 використовується в тому випадку, якщо для паралельного порту заданий режим ЕСР або ЕРР/ЕСР. Деякі нестандартні системи, наприклад старі комп’ютери Packard Bell, при роботі з паралельним портом за замовчуванням використовують канал DMA 1, а не DMA 3. У цьому випадку канал DMA 3 можна призначити для паралельного порту за допомогою перемикачів на системній платі, що дозволить уникнути конфліктів зі звуковими платами, що використовують канал DMA 1.

5. Адреси портів введення-виведення

Порти введення-виведення дозволяють встановити зв’язок між пристроями та програмним забезпеченням в комп’ютері. Якщо ви хочете відправити будь-яку інформацію в послідовний порт, то повинні знати, який порт вводу-виводу (радіоканал) він прослуховує. Аналогічно, якщо потрібно отримати дані з послідовного порту, слід прослуховувати ту адресу, на який вони передаються.

На відміну від переривань IRQ і каналів прямого доступу до пам’яті в персональних комп’ютерах існує безліч портів введення-виведення. Існує 65535 портів, пронумерованих від OOOOh до FFFFh.

Сучасні системи, що підтримують специфікацію Plug and Play, автоматично вивирішують будь-які конфлікти портів, вибираючи альтернативні порти для одного з конфліктуючих пристроїв.

Спеціальні програми-драйвери - взаємодіють з пристроями, використовуючи різні адреси портів. Драйвер повинен знати, які порти використовує пристрій, щоб працювати з ним. Зазвичай це не складає проблеми, оскільки і драйвер, і пристрій, як правило, поставляються одним і тим же виробником.

Системна плата і набір мікросхем системної логіки зазвичай використовують адреси портів введення-виведення від 0h до FFh, а всі інші пристрої - від 100h до FFFFh.

Щоб з’ясувати, які адреси порту використовуються в конкретній системній платі, загляньте в прикладену до неї документацію або скористайтеся диспетчером пристроїв Windows.

Практично всі пристрої на системних шинах використовують адреси портів введення-виведення. Більшість з них стандартизовано, тому, як правило, будь-яких конфліктів чи проблем з адресами портів для цих пристроїв не виникає.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте переривання шини PCI.

2. Що таке вдосконалений програмований контролер переривань APIC?

3. Опишіть які є конфлікти переривань.

4. Що таке канали прямого доступу до пам’яті (DMA)?

5. що таке Адреси портів введення-виведення?

Тема. УСУНЕННЯ КОНФЛІКТІВ, ЩО ВИНИКАЮТЬ ПРИ ВИКОРИСТАННІ РЕСУРСІВ

1. Усунення конфліктів, що виникають при використанні ресурсів

Ресурси комп’ютера обмежені, а потреба в них безмежна. Встановлюючи в комп’ютер нові плати адаптерів, ви істотно збільшуєте ймовірність виникнення конфліктів між ними. Якщо система не задовольняє специфікації Plug and Play, то вирішенням конфліктів доводиться займатися вручну.

Які ознаки конфліктів, пов’язаних з неправильним використанням ресурсів? Один з них-припинення роботи якого-небудь пристрою. Але можуть бути й інші ознаки:

■ дані передаються з помилками;

■ комп’ютер часто «зависає»;

■ звукова плата спотворює звук;

■ миша не функціонує;

■ на екрані несподівано з’являється «сміття»;

■ принтер друкує нісенітницю;

■ гнучкий диск не піддається форматуванню;

■ Windows 9х/МЕ при завантаженні перемикається в режим захисту від збоїв, а в Windows 2000 або більш нової версії може бути завантажена тільки остання працездатна конфігурація.

Диспетчер пристроїв відзначає конфліктуючі пристрої жовтою або червоною піктограмою. Це найшвидший спосіб виявлення конфліктів.

Послідовний і паралельний порти, а також порт миші PS/2, наявні в більшості комп’ютерів, являють собою пристрої ISA, які не мають можливості спільно використовувати системні переривання. Якщо дані порти не використовуються, виділені для них переривання можуть бути призначені для інших пристроїв в таких випадках:

• якщо непотрібний порт відключений в BIOS;

• якщо BIOS налаштована на використання переривання, спочатку задіяного пристрою для конфігураційної настройки РnР; в деяких комп’ютерах подібні параметри вказані автоматично.

Cпособи виявлення конфліктів та усунення їх причин.

Плати необхідно встановлювати в певній послідовності (а не всі одночасно). Порядок встановлення плат дуже важливий, оскільки багато з них використовують певні переривання, характерні для кожної марки або моделі плати. При послідовній інсталяції плат програмне забезпечення пристроїв Plug and Play (РnР) значно спрощує вирішення конфліктів IRQ, які викликаних заданими за замовчуванням конфігураціями різних плат.

При первинному завантаженні зібраної або модернізованої системи відразу ж слід звернути увагу на налаштування BIOS. Якщо операційна система, встановлена у вашому комп’ютері, підтримує пристрої Plug and Play, переконайтеся в тому, що це знайшло відображення в настройках BIOS. В іншому випадку (наприклад, для Windows NT і Windows 3.x) доведеться відключити підтримку РпР.

Для першого запуску слід використовувати мінімальну конфігурацію системи, що включає тільки графічну плату, модулі пам’яті, жорсткий диск, дисководи гнучких дисків, CD-ROM або DVD. Подібна конфігурація дозволяє зменшити ймовірність виникнення системних конфліктів. Якщо до системної плати додається компакт-диск з необхідними драйверами наборів мікросхем або інших вбудованих компонентів, то їх потрібно відразу завантажити або інсталювати. Перед установкою будь-яких інших плат або зовнішніх пристроїв необхідно завершити конфігурування всіх вже існуючих компонентів системи.

Завершивши налаштування основної системи і успішно завантаживши операційну систему з усіма оновленнями, починайте встановлювати різні пристрої. Порядок установки наступний: вимкніть комп’ютер, встановіть потрібну плату, увімкніть живлення, а після завантаження операційної системи інсталюйте необхідні драйвери і налаштуйте пристрій. Щоб повністю завершити конфігурування, доведеться знову перезавантажити систему.

Між установками нових пристроїв рекомендується запустити диспетчер пристроїв в Windows і вивести на друк існуючі на даний момент налаштування. Це допоможе відстежувати зміни в конфігурації, що відбулися при встановлення та налаштування різних пристроїв.

Існує рекомендована послідовність установки додаткових плат.

1. Звукова плата.

2. Внутрішній або зовнішній модем.

3. Мережева плата.

4. Додаткові відеопристрої, наприклад декодер MPEG, 3D-акселератори і т.п.

5. Адаптер SCSI.

6. Інші пристрої.

Описаний порядок формування або конфігурування системи дозволяє значно спростити процес інтеграції і зменшити кількість можливих конфліктів.

2. Застосування шаблону таблиці конфігурації

Шаблон таблиці конфігурації комп’ютера простий і зручний, оскільки завжди простіше подивитися на аркуш паперу, ніж ритися в своїй пам’яті. Спочатку в шаблон слід внести дані про ті ресурси, які використовуються кожним компонентом комп’ютера. Якщо захочете внести в систему якінебудь зміни або встановити новий адаптер, то зможете швидко знайти джерело проблем. Для виведення на друк необхідної інформації можна скористатися диспетчером пристроїв Windows.

Краще використовувати шаблон таблиці, що складається з трьох розділів: «Системні переривання», «Пристрої, які не використовують переривань» і «Канали DMA». Зліва в кожному розділі слід перерахувати канали IRQ і DMA, а праворуч - адреси портів введення-виведення для встановлених компонентів. Таким чином, можна отримати чітке уявлення про те, які ресурси в системі використовуються і які доступні.

Шаблон таблиці конфігурації побудований на основі наявних ресурсів комп’ютера. Кожен рядок таблиці відповідає одному ресурсу, напроти якого представлений список адрес для його застосування. У шаблоні вказані всі компоненти, використання певних ресурсів для яких фіксоване і не може бути змінено.

Для створення подібного шаблону виконайте такі дії.

1. Визначте ресурси, використання яких закріплено за конкретними вбудованими компонентами комп’ютера - послідовними і паралельними портами, контролерами дискових накопичувачів і відеоадаптерами.

2. Вкажіть ресурси, які використовуються додатковими компонентами системи, наприклад адаптером SCSI, звуковою, мережевою та іншими спеціальними платами. У разі використання пристроями технології РnР не існує такого поняття, як значення за замовчуванням. Для визначення ресурсів, що використовуються таким пристроєм, слід скористатися диспетчером пристроїв або будь-якою іншою програмою діагностики.

3. Змініть конфігурацію пристроїв, що вступають в конфлікт. Постарайтеся зберегти за вбудованими пристроями (а також за звуковою платою) призначені для них ресурси. Використання ресурсів іншими компонентами можна змінити, зробітть про це відповідні записи. Шаблон таблиці конфігурації, звичайно ж, краще всього складати до установки в комп’ютері нових пристроїв. Збережіть створений шаблон. Коли вирішите додати в комп’ютер який-небудь пристрій, він послужить корисним керівництвом для визначення найкращого способу його конфігурування.

3. Системи Plug and Play

Ці системи викликали справжній переворот в сучасній технології розподілу ресурсів. Вперше вони з’явилися на ринку в 1995 році, і в більшості нових систем використовуються переваги цієї технології. Раніше при додаванні кожного нового пристрою користувачі комп’ютерів повинні були налаштовувати перемикачі і перемички, а результатом часто були конфлікти системних ресурсів і непрацюючі плати.

Технологію Plug and Play не можна назвати абсолютно новою, її можливості були реалізовані ще в таких шинах, як MCA і EISA, проте ці шини так і не стали промисловим стандартом. Ранні карти PCI також використовували технологію Plug and Play, однак у той час ще не існувало засобів вирішення конфліктів між картами PCI і ISA. Технологія РnР в її сучасному вигляді забезпечує власникам комп’ютерів досить просту установку будь-яких апаратних компонентів.

Щоб реалізувати можливості Plug and Play, необхідно наступне:

■ апаратні засоби підтримки Plug and Play;

■ підтримка Plug and Play в BIOS;

■ підтримка режиму Plug and Play операційною системою.

Кожен з цих компонентів має підтримувати стандарт Plug and Play, тобто відповідати певним вимогам.

4. Апаратні засоби

Під апаратними засобами маються на увазі як комп’ютерні системи в цілому, так і плати адаптерів. Деякі користувачі вважають, що в комп’ютері, що підтримує технологію Plug and Play, не можна використовувати старі адаптери шини ISA. Застосовувати їх можна, але переваг, які надає автоматична конфігурація, вже не буде, хоча деякі останні карти ISA вже можна було перемикати в режим РnР.

Плати адаптерів Plug and Play інформують системну BIOS і операційну систему про необхідні їм ресурсb. В свою чергу, BIOS і операційна система по можливості запобігають конфліктам і передають платам адаптерів інформацію про конкретні виділені їм ресурси. Після цього плата адаптера автоматично настроюється під ці ресурси.

Контрольні запитання

1. Які конфлікти можуть виникають при використанні ресурсів?

2. Що таке система Plug and Play

3. Застосування шаблону таблиці конфігурації.

4. Апаратні засоби.

Тема. КОМПОНЕНТИ BIOS. ВИБІР СИСТЕМНОЇ ПЛАТИ

1. Компоненти BIOS

Більшості користувачів доведеться замінити BIOS або придбати нові комп’ютери з BIOS, що підтримує стандарт Plug and Play. У PnP-сумісну BIOS включено тринадцять додаткових системних функцій, які використовуються операційними системами комп’ютерів, що базуються на технології Plug and Play. Сумісні BIOS розробляють такі компанії, як Compaq, Intel і Phoenix Technologies.

Можливості Plug and Play в BIOS реалізуються в процесі виконання процедури POST при включенні комп’ютера. BIOS ідентифікує і визначає розташування плат в роз’ємах, а також налаштовує адаптери Plug and Play. Ці дії виконуються в кілька етапів.

1. На системній платі і платах адаптерів відключаються настроюються вузли.

2. Виявляються всі пристрої ISA типу Plug and Play.

3. Створюється вихідна таблиця розподілу ресурсів: портів, ліній IRQ, каналів DMA і пам’яті.

4. Підключаються пристрої введення-виведення.

5. Здійснюється пошук ROM в пристроях ISA.

6. Пристрої конфігуруються програмами початкового завантаження, які потім беруть участь у запуску всієї системи.

7. Пристроям, шо налаштовуються передається інформація про виділені для них ресурси.

8. Запускається початковий завантажувач.

9. Управління передається операційній системі.

2. Операційна система

Деякі виробники комп’ютерних систем додають до операційної системи, додаткові компоненти, необхідні для управління певними пристроями. Найчастіше такий підхід застосовується для портативних комп’ютерних систем. Тому переконайтеся в тому, що всі необхідні компоненти завантажені.

Операційна система повинна повідомити про конфлікти, які не були усунені BIOS. Залежно від можливостей операційної системи можна налаштувати параметри адаптерів вручну (з екрану) або вимкнути комп’ютер і змінити положення перемичок і перемикачів на самих платах. При перезавантаженні буде виконана повторна перевірка і видані повідомлення про решту (або нових) конфліктів. Після декількох «заходів» всі конфлікти, як правило, усуваються.

Завдяки доопрацюванню специфікацій Plug and Play і особливо ACPI можна переконатися, що в системі використовується новітня BIOS і останні драйвери для підключених пристроїв. Мікросхема Flash ROM, що застосовувана в більшості систем з підтримкою Plug and Play, дозволяє завантажити новий образ BIOS з сайту виробника/постачальника комп’ютера і запустити програму оновлення BIOS.

3. Вибір системної плати

Багато користувачів при виборі системних плат керуються інформацією з журнальних оглядів або рекомендаціями випадкових осіб.

Щоб виключити такі чинники, нижче наведений список компонентів і відповідних критеріїв вибору. У ньому враховано декілька важливих критеріїв, відсутніх в більшості подібних списків і гарантують, що обрана модель буде дійсно сумісної з метою подальшої модернізації.

Підійдіть до вибору системної плати з інженерної точки зору, при цьому уважно розгляньте її з усіх боків. Не забудьте про технічну підтримку на професійному рівні.

Відомості для оцінки будь-якого PC-сумісного комп’ютера.

■ Набір мікросхем системної логіки. Системні плати повинні використовувати високоефективний набір мікросхем системної логіки, що підтримує модулі DDR2 або DDR3 SDRAM DIMM. Крім того, обов’язкова підтримка PCI Express х16 та інтерфейсів Serial АТА. Набори мікросхем є одним з її найбільш важливих елементів. Цей вибір впливає практично на всі інші системні компоненти.

■ Гнізда процесорів. Для забезпечення максимальних можливостей з модернізації та високої швидкодії слід купувати систему, оснащену гніздом для установки найбільш сучасних процесорів. У сучасних комп’ютерах використовуються гнізда Socket АМ2, Socket АМ2 + або Socket АМЗ для процесорів AMD і гнізда Socket LGA775, LGA1156 або LGA1366 для процесорів Intel. Якщо в системі використовується одне з таких гнізд, можете розраховувати на установку досить сучасних процесорів.

■ Модулі пам’яті. Сучасні системи використовують модулі пам’яті DIMM типів DDR, DDR2 і DDR3. Більш старих типів пам’яті, таких як SIMM, або ще не зовсім віджилих своє SDRAM і RIMM слід уникати. Використовуваний тип пам’яті здебільшого залежить від характеристик набору мікросхем системної логіки, так що при виборі материнської плати враховуйте і її можливості щодо пам’яті.

■ Формфактор. Для того щоб забезпечити максимальну продуктивність, гнучкість, надійність і простоту обслуговування, вибирайте формфактор АТХ в будь-який з його модифікацій (microATX або FlexATX).

■ Вбудовані інтерфейси. В ідеальному варіанті системна плата повинна мати якомога більше вбудованих стандартних контролерів і інтерфейсів. При виборі плати з інтегрованим відео зверніть увагу на наявність роз’єму PCI Express х 16, необхідного для майбутньої модернізації графічної підсистеми комп’ютера.

■ Вбудовані інтерфейси АТА. Усі системні плати, які є сьогодні на ринку, містять вбудовані інтерфейси АТА і SATA, проте далеко не всі вони еквівалентні. Вибирайте материнські плати, що містять від 4 до 6 роз’ємів SATA з пропускною здатністю до 3 Гбайт/с і підтримкою RAID-масивів.

■ Інші вбудовані інтерфейси. В ідеалі системна плата повинна містити максимально можливу кількість вбудованих стандартних контролерів і інтерфейсів. Більшість плат оснащено інтегрованими портами USB, аудіо і LAN (деякі плати можуть навіть похвалитися інтерфейсом Gigabit Ethernet), а деякі моделі також оснащені інтегрованим відеоадаптером, портами FireWire, eSATA, двома портами LAN і т.д.

■ Документація. Системні плати повинні неодмінно супроводжуватися детальною технічною документацією, яка описує всі наявні на платі перемички і перемикачі, розводки контактів всіх роз’ємів, параметри мікросхем кеш-пам’яті, модулів пам’яті та інших замінних елементів, а також містить іншу необхідну інформацію. Багато виробників пропонують цю інформацію в електронному вигляді (зазвичай у форматі PDF) на своїх сайтах, так що перед покупкою системної плати зайдіть на сайт виробника.

■ Технічна підтримка. Крім документації, на сайті виробника повинно пропонуватися технічний супровід своєї продукції, такий як оновлення BIOS і драйверів, таблиці сумісності процесорів і пам’яті, а також програми, що дозволяють виконувати моніторинг стану системи.

Найчастіше слід купувати системні плати таких відомих компаній, як Intel, Acer, ABIT, AsusTek, SuperMicro, Tyan, FIC (First International Computer) і т.п. І хоча вони можуть коштувати трохи дорожче інших, відома марка додасть вам деяку впевненість: адже чим більше плат продає компанія, тим вища ймовірність того, що наявні недостатки вже виявлені і усунені. Крім того, технічну підтримку легше отримати у великих виробників.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте компоненти BIOS.

2. Як вибирати системну плату?

3. Назвіть основні критерії вибору системної плати.