Вторичный кэш (SRAM)

12. Вторичный кэш (SRAM)

Статическая кэш-память на системной плате стала широко применяться с процессорами 386, 486 и Pentium, производительность которых сильно оторвалась от быстродействия динамической памяти. Кэш на системной плате 486 и Pentium является вторичным (Level 2), поскольку первый уровень кэширования реализуется внутри процессора. У процессоров Pentium pro & Pentium II вторичный кэш с системной платы перекочевал на микросхему (картридж) процессора.

В качестве кэш-памяти применяются следующие типы статической памяти:

Async SRAM, она же A-SRAM или просто SRAM - традиционная асинхронная память;

Sync Burst SRAM, или SB SRAM - пакетная синхронная память;

PB SRAM - пакетно-конвейерная синхронная память.

Конструктивно, вторичный кэш может быть запаян на системную плату или иметь возможность дополнительной установки микросхем в DIP-корпусах в сокеты (только асинхронная память) либо модулей COAST в специальный слот (на них может быть установлена память любого типа). Кроме собственно памяти данных кэша, может потребоваться и установка дополнительной микросхемы TagSRAM (асинхронной для любых типов памяти данных кэша).

Тип устанавливаемых модулей либо однозначно задается системной платой, либо устанавливается перемычками.

Размер кэша часто приходится задавать перемычками.

Требуемое быстродействие микросхем определяется тактовой частотой. Вторичный кэш может быть запрещен в BIOS Setup, кроме того, часто может задаваться политика записи, заметно влияющая на производительность подсистемы памяти.

Хотя вторичный кэш и не является строго обязательным элементом РС, его установка позволяет существенно повысить производительность компьютера в целом.

13. Процессор

Процессоры, установленные в компьютерах ХТ, АТ-286 и АТ-386, обычно заменять не приходится: выходят из строя они сами по себе крайне редко - скорее откажут другие компоненты системной платы. Их замена на более производительные может потребовать радикальных изменений в остальных компонентах или же просто не поддерживаться. В этих компьютерах чаще приходиться сталкиваться с установкой математического сопроцессора. Для этого микросхему достаточно установить в соответствующую колодку и включить опцию сопроцессора в BIOS Setup. Некоторые версии BIOS не имеют специальной опции разрешения и автоматически обнаруживают его присутствие во время POST. В ХТ для включения сопроцессора необходимо переключить соответствующий DIP-переключатель конфигурации.

Начиная с процессоров 486 ситуация существенно изменилась: сопроцессор стал частью основного процессора. В то же время замена процессора на более мощный стала возможна благодаря применению внутреннего умножения частоты, прогрессу архитектуры процессоров и гибкой конфигурируемости системных плат. Процессоры стали устанавливать в стандартизированные ZIF-сокеты - контактные колодки с нулевым усилием вставки. Назначение их выводов обычно определяется процессорами-первопроходцами от фирмы Intel, а другие фирмы в своих процессорах выдерживают совместимость с этими сокетами. В настоящее время определены сокеты типов с 1 по 8, а для процессоров Pentium II - слот 1.

Типы сокетов для процессоров 4, 5 и 6 поколений:

Тип	Кол-во выводов	Матрица	Питание, В	Поддерживаемые процессоры
Сокет 1	168/169	17*17 PGA	5	486 SX/SX2, DX/DX2
Сокет 2	238	19*19 PGA	5	486SX/SX2, DX/DX2, PODP
Сокет 3	237	19*19 PGA	5/3	486SX/SX2, DX/DX2, DX4, PODP, DX4ODP
Сокет 4	273	21*21 PGA	5	P5 Pentium 60/66 Pentium 60/66ODP
Сокет 5	320	37*37 SPGA	3,3	P54 Pentium 75/100 Pentium 75/100ODP
Сокет 6	235	19*19 PGA	3,3	486SX/SX2,DX4,DX4PODP
Сокет 7	321	37*37 SPGA	2,9-3,3	Pentium 75-233,P55C, P55CT
Сокет 8	387	Модифицированный SPGA	2,9-3,3	P6 Pentium Pro, Pentium Pro ODP
Слот 1	242	Двухряд. слот 2*121	2,9-3,3	P6 Pentium II

К сожалению, полной совместимости между всеми процессорами, устанавливаемыми в сокет одного типа, нет. Возможный тип устанавливаемого процессора определяется следующими свойствами системной платы:

Тип сокета.

Наличие возможности установки требуемого напряжения питания процессора и его допустимой мощности.

Поддержкой процессора конкретной версии BIOS.

Указанием на применимость данного процессора, сделанным разработчиком системной платы в ее описании.

Если первые два пункта определяются однозначно, то для последних возможны варианты. Версию BIOS можно и обновить. Что касается списков совместимости, то они условны. Разработчик платы может заранее заявить о совместимости с будущим процессором, но будут ли они работать вместе - вопрос. Напротив, разработчик процессоров может и не включить конкретную системную плату в свой список совместимости, но они смогут нормально работать в паре. Типов системных плат гораздо больше, чем типов процессоров, и если производитель платы не позаботился о доставке образцов своих изделий для тестирования с конкретным процессором, такая плата может и не попасть в список. Существуют и «черные списки», заполняемые сборщиками компьютеров. Что касается ряда системных плат для процессоров Pentium, то практика показывает, что не заявленные в документации процессоры AMD в них работают со странностями, часто не выявляемыми диагностическими программами. Эти странности могут проявляться в работе со вторичным кэшем, а также в генерации ложных прерываний от клавиатуры в процессе загрузки.

Платы для симметричных мультипроцессорных систем должны иметь пару слотов. В них устанавливают процессоры фирмы Intel, пригодные для использования в таких конфигурациях. Сведений о поддержке мультипроцессорных конфигураций изделиями фирм AMD, Cyrix, IBM пока не попадалось. Архитектура Pentium Pro поддерживает непосредственное объединение до четырех процессоров, но на системных платах больше двух слотов обычно не размещают. В четырехпроцессорных системах чаще применяют двухпроцессорные модули, устанавливаемые в общую системную или кросс-плату. Шина Pentium II допускает объединение не более двух процессоров.

14. Питание и охлаждение процессоров

Процессоры младших поколений (до первых моделей 486) использовали напряжение питания 5 В. Развитие технологии привело к необходимости и возможности снижения напряжения питания до 3,3 В и ниже. Стандартный блок питания для питания процессора обеспечивает только питание +5 В, поэтому на системных платах для процессоров с пониженным напряжением питания стали использовать дополнительные регуляторы напряжения VRM (Volt Regulation Module). Эти регуляторы представляют собой микросхему стабилизатора напряжения фиксированного или управляемого уровня. Для питания мощных процессоров она устанавливается на радиаторе, на некоторых системных платах для 486 в качестве теплоотвода используется медная площадка под микросхемой на самой печатной плате. Напряжение управляемых регуляторов задается джамперами, иногда их для отличия делают красного цвета. Установленное значение питающего напряжения должно соответствовать номиналу процессора. Слишком низкое напряжение приводит к неустойчивой работе, слишком высокое может вывести процессор из строя. Для процессоров с раздельным питанием на плате должно стоять два и даже три регулятора. На плате АТХ он может быть и один, поскольку для питания интерфейса процессора 3,3 В может использоваться непосредственно дополнительная шина источника +3,3 В. Возможен вариант, когда на плате установлен один VRM и имеется разъем для подключения дополнительного. Для процессоров с одним питанием в этом разъеме джамперами соединяется несколько контактов, а для процессоров с раздельным питанием в него нужно вставить дополнительный VRM - не очень распространенное и стандартизированное изделие.

С максимально допустимой мощностью регулятора могут появиться проблемы при использовании процессоров Cyrix, отличающихся повышенным энергопотреблением.

Вопрос охлаждения стал весьма актуальным для пользователей также начиная с процессоров 486. Процессор 486SX 33 еще не требовал установки специального радиатора. Однако с повышением тактовой частоты возрастает мощность, рассеиваемая процессором. Кроме того, потребляемая мощность зависит от интенсивности работы процессора: разные инструкции задействуют различный объем внутреннего оборудования процессора, и при увеличении доли «энергоемких» инструкций мощность, рассеиваемая процессором, повышается. Существуют даже специальные тестовые программы для проверки теплового режима, способные перегреть процессор с недостаточным охлаждением и довести его до сбоев и даже разрушения.

Для охлаждения процессоров применяют радиаторы (Heat Sink - теплоотвод). Радиатор эффективно работает, только если обеспечивается его плотное прилегание к верхней поверхности корпуса процессора. Весьма эффективное использование теплопроводной мастики, которую наносят тонким слоем на корпус процессора, после чего радиатор «притирают» к процессору. Хорошие результаты дает и приклеивание радиатора к процессору двусторонней «самоклейкой». Когда пассивного теплоотвода, обеспечиваемого только радиатором, который рассчитан на естественную циркуляцию воздуха внутри корпуса компьютера, оказывается недостаточно, применяют активные теплоотводы (Cooler). Они имеют дополнительные вентиляторы (Fan), устанавливаемые на радиатор процессора. Вентиляторы обычно являются съемными устройствами, питающимися от источника +12 В через специальный переходной разъем. Некоторые процессоры имеют вентиляторы, приклеенные на заводе.

Стандарт конструктива АТХ предусматривает установку процессора прямо под блоком питания, при этом для обдува радиатора может использоваться как внутренний вентилятор блока питания, так и дополнительный внешний, устанавливаемый снаружи блока питания, и вентилятор процессора. Теоретически, все они должны работать согласованно - на обдув воздухом радиатора процессора. В противном случае их суммарная эффективность будет падать. При наличии большого радиатора на процессоре в корпусе АТХ можно обойтись и без отдельного вентилятора на процессоре.

Вентилятор как электромеханическое устройство принципиально имеет меньшую надежность, чем процессор. С вентиляторами могут быть связаны неприятности разной степени тяжести - от повышенного шума при работе до отказа. Частой причиной остановки вентилятора является касание внутренних соединительных проводов. Поэтому рекомендуется после сборки компьютера подвязывать провода к шасси корпуса - для сохранности как проводов, так и вентилятора. Существуют вентиляторы с сигнализацией неисправности: они имеют датчик вращения и простенькую плату электроники, смонтированную на вентиляторе. Эта плата включается между разъемом стандартного динамика и самим динамиком. При остановке вентилятора динамик начинает пищать. Признаком наличия такого устройства является характерная мелодия, звучащая при включении питания.

Более совершенные системы могут иметь и датчики температур, подающие прерывание в случае ее превышения. Процессоры Pentium Pro & Pentium II имеют внутренний датчик температуры, аварийно останавливающий процессор в случае перегрева. Вентилятор картриджа Pentium II имеет датчик вращения, вырабатывающий пару импульсов за один оборот. Сигнал датчика выведен на разъем питания вентилятора, его обработка возлагается на компоненты системной платы.

Рабочая температура процессора измеряется в центре верхней поверхности корпуса процессора в установившемся рабочем режиме. Процессоры для мобильных применений обычно имеют меньшую потребляемую мощность и более высокую допустимую температуру корпуса. Существуют и специальные исполнения процессоров, допускающих расширенный температурный диапазон. Они дороже обычных и в РС применяются довольно редко.

15. Синхронизация

Основной тактовый генератор системной платы вырабатывает высокостабильные импульсы опорной частоты, используемой для синхронизации процессора, системной шины и шин ввода/вывода. Стандартные частоты генератора: 4.77, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 33.3, 40, 50, 60, 66.6 МГц, для новейших плат характерны частоты 75, 83 МГц, не за горами и частоты 100 МГц и выше. Когда появились компьютеры с тактовой частотой, обеспечивающей производительность выше стандартной модели ХТ (4.77 МГц) или АТ (8 МГц), для обеспечения совместимости с программами, у которых какие-либо задержки формировались с помощью подсчета циклов процессора, ввели режим и переключатель TURBO. В режиме TURBO процессор работает на максимальной скорости , а в нормальном - на пониженном, обеспечиваюшей эталонную производительность. Со временем производительность компьютера даже на пониженной скорости от начального эталона ушла далеко вперед и большого смысла переключение режима уже не имеет.

Поскольку быстродействие различных компонентов существенно различается, в компьютерах на процессорах класса Pentium применяется деление опорной частоты для синхронизации шин ввода/вывода и внутреннее умножение частоты в процессорах. Различают следующие частоты:

Host Bus Clock - частота системной шины (внешняя частота шины процессора). Эта частота является опорной для всех других и устанавливается перемычками. Процессора класса Pentium используют частоты 50, 55, 60, 66, 75, 83, 100, 125 МГц. Частоту 55 мгц, имеют не все системные платы. Частоты 75 мгц и выше выдвигают весьма высокие требования к технологии изготовления системных плат, чипсетов и микросхем обрамления.

Cpu clock - внутренняя частота процессора, на которой работает его вычислительное ядро. Современные технологии позволили существенно повысить предельные частоты интегральных компонентов, в связи с чем широко применяется внутреннее умножение частоты на 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4 и некоторые другие значения. Коэффициент умножения выбирается перемычками на системной плате, заземляющие определенные выводы процессора. Заметим, что не все модели процессоров воспринимают все сигналы управления коэффициентом деления. Кроме того, одному и тому же положению джамперов могут соответствовать разные значения коэффициентов - трактовка управляющих сигналов зависит от марки и модели процессора.

PCI Bus Clock - частота шины PCI, которая должна составлять 25-33.3 МГц. Она обеспечивается делением Host Bus Clock на 2. Слишком низкая частота шины PCI замедляет обмен данными, что особенно заметно на графических адаптерах, SCSI-контроллерах, адаптерах скоростных локальных сетей, установленных в слоты PCI. Слишком высокая частота может привести к неустойчивости работы адаптеров.

VLB Bus Clock - частота шины VLB, определяемая аналогично PCI Bus Clock. Платы с шиной VLB обычно имеют джампер, переключаемый в зависимости от того, превышает ли системная частота значение 33.3 МГц.

ISA Bus Clock - частота шины ISA, которая должна быть близка к 8 МГц.

Кроме этих тактовых частот на системной плате присутствуют и другие - для синхронизации COM-портов, CMOS-таймера, НГМД и других периферийных адаптеров.

16. Шины расширения ввода/вывода

Стандартизированные шины расширения ввода\вывода обеспечивают основу функциональной расширяемости РС-совместимого персонального компьютера, который с самого рождения не замыкался на выполнении сугубо вычислительных задач. Хотя многие компоненты, ранее размещаемые на платах расширения, постепенно переселяются на системную плату.

К шинам расширению ввода\вывода, реализованным в виде слотов на системной плате, относятся следующие:

ISA-8 & ISA-16 - традиционные универсальные слоты подключения периферийных адаптеров, не требующих высоких скоростей обмена

EISA - дорогая 32-битная шина средней производительности, применяемая в основном для подключения контроллеров дисков и адаптеров локальных сетей в серверах

PCI - самая распространенная высокопроизводительная 32/64-битная шина. Используется для подключения адаптеров дисков, контроллеров SCSI, графических, видео-, комуникационных и других адаптеров. На системной плате чаще всего устанавливают 3 или 4 слота PCI. Слот PCI иногда имеет дополнительный маленький слот расширения Media BUS, на который выведены сигналы шины ISA

Кроме шин, релизованных щелевыми разъемами-слотами, имеется ряд шин, в которых устройства соединяются кабелями. К ним относятся следующие:

SCSI - интерфейсная шина системного уровня, предназначенная для подлкючения широкого спектра внутренних и внешних периферийных устройств, требующих высокой производительности обмена данными. Системная плата со встроенным SCSI-адаптером имеет разъем одного из типов, принятых для этого интерфейса, который со внутренними и внешними устройствами соединяется обычно ленточным кабелем-шлейфом.

USB - последовательная шина среднего быстродействия для подключения разнообразных внешних устройств. Системная плата может иметь два порта USB, выведенных на 4-штырьковые разъемы. Внешние разъемы устанавливаются на задней или лицевой панели корпуса компьютера.

FireWire - высокопроизводительная последовательная шина подключения внешних устройств, предназначенная в основном для подключения видеоаппаратуры. С помощью этой же шины возможно и объединение нескольких компьютеров в локальную сеть.

Кроме шин расширения, современные системные платы могут иметь и вспомогательные шины, используемые для тестирования и передачи конфигурационной информации. К ним относятся следующие:

JTAG - последовательный интерфейс тестирования, реализованный в большинстве процессоров, а также входящий в спецификацию разъема шины PCI

I2C - последовательная шина, используемая для передачи конфигурационной информации новых модулей памяти DIMM, а также в цифровом канале связи с монитором.

Карты расширения устанавливаются в соответствующие слоты системной платы. Их количество и состав на различных платах варьируется. Типы слотов легко определить визуально. Распространенные сочетания: ISA+PCI, ISA+VLB, EISA+PCI, EISA+VLB.

У адаптеров для шины PCI компоненты расположены на левой стороне печатной платы. Для экономии площади печатной платы часто используют так называемый разделяемый слот. На самом деле это разделяемое окно на задней стенке корпуса, которое может использоваться либо картой ISA, либо картой PCI.

Конфигурирование шин расширения предполагает настройку их временных параметров.

Для шины VLB применяется перемычка, управляющая делителем частоты сигнала синхронизации в зависимости от того, превышает ли системная частота значение 33,3 МГц.

Для шины PCI частота синхронизации определяется частотой системной шины процессора. Кроме того, в Bios Setup для этой шины могут определяться некоторые ее возможные режимы.

Для шины ISA кроме частоты задают время восстановления для 8- и 16-битных обращений к памяти вводу выводу. Неустойчивая работа адаптеров может потребовать замедления шины ISA, но сейчас время понижение ее производительности не сильно отражается на производительности компьютера в целом.

Для шин ISA и PCI иногда опциями Bios Setup приходится распределять системные ресурсы.

17. Чипсет

Как уже упоминалось выше, чипсет является связующим звеном между всеми компонетами системной платы.

Центральную роль в архитектуре играет процессор. К его локальной шине адреса и данных подключаются модули вторичного кэша. Основная динамическая память имеет собственную мультиплексированную шину адреса и шину данных, обычно изолированную от локальной шины процессора. На этом "этаже" архитектуры чипсет решает следующие задачи:

Обслуживание управляющих и конфигурационных сигналов процессора.

Мультиплексирование адреса и формирование управляющих сигналов динамической памяти, связь шины данных памяти с локальной шиной.

Формирование управляющих сигналов вторичного кэша, сравнение его тегов текущим адресом обращения на локальной шине.

Обеспечение когерентности данных в обоих уровнях кэш-памяти и основной памяти при обращении как со стороны процессора, так и от контроллеров шины PCI.

Связь мультиплексированной шины адреса и данных шины PCI с локальной шиной процессора и шиной динамической памяти.

Формирование управляющих сигналов шины PCI, арбитраж контроллеров шины.

3 микросхемы чипсета - системный контоллер и 2 корпуса коммутаторов данных определяют:

типы и частоты поддерживаетмых процессоров

политику записи, возможности применения различных микросхем и скоростные характеристики вторичного кэша, возможный размер кэша и кэшируемой области основной памяти

типы, объемы и максимальное количество модулей динамической памяти, возможность чередования банков, скоростные характеристики обмена

поддерживаемые частоты шины PCI, возможное количество контроллеров шины, способы буферизации.

Следующий этаж архитектуры - устройства, подключенные к шине PCI. Эта шина является центральной в современных системных платах, и все интерфейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода в конечном счете общаются с ядром системы через шину PCI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины PCI, ее абонентом является и мост PIIX - практически неотъемлемая часть современных плат.

PIIX представляет собой многофункциональное устройство, на которое возлагаются следующие функции:

организация моста между шинами PCI и (E)ISA с согласованием частот синхронизации этих шин

реализация высокопроизводительного, двухканального интерфейса АТА, подключенного к шине PCI

реализация стандартных систем средств ввода-вывода - двух контроллеров прерываний, двух контроллеров прямого доступа к памяти, трехканального системного счетчика-таймера, канала управления динамиком, логики немаскируемого прерывания

коммутация линий запросов прерывания шин PCI & ISA, а также встроенной периферии на линии запросов контроллеров прерываний, управление их чувствительностью, обслуживание прерывания от сопроцессора

коммутация каналов прямого доступа к памяти

поддержка режимов энергосбережения - обработка SMM, программирование событий управления потреблением, управление частотой процессора, переключение режимов

реализация моста с внутренней шиной X-Bus, используемой для подключения микросхем контроллера клавиатуры, BIOS, CMOS, RTC, контроллеров гибких дисков и интерфейсных портов

реализация контроллера USB

Реализация перечисленных функций влияет на такие параметры системной платы, как:

производительность шины ISA

производительность, число каналов АТА, возможные режимы обращения

гибкость системы управления энергопотреблением

гибкость конфигурирования системных ресурсов и поддержка PnP

гибкость управления адресацией ROM BIOS, позволяющая использовать большой объем хранимого кода, не занимая излишнего пространства в верхней памяти

Контроллеры гибких дисков, интерфейсных портов, клавиатуры, CMOS RTC могут входить собственно в чипсет, а могут быть реализованы на отдельных "инородных" микросхемах. От них зависят следующие параметры системной платы:

типы поддерживаемых дисководов;

режимы параллельного порта;

режимы последовательных портов;

Чипсеты ориентируются на разные применения системных плат, и функции, необходимые для сервера, могут оказаться излишествами для офисного компьютера. Поэтому нельзя чипсеты выстроить по порядку от худшего к лучшему, они позиционируются в многомерном пространстве противоречивых требований.

18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты

Базовый набор микросхем Intel 440BX состоит из двух чипов - ядра 82443BX и контроллера ввода-вывода PIIX4E 82371EB. Интеловский чипсет поддерживает двухпроцессорность (SMP), и 64-разрядный оптимизированный 3.3-вольтовый интерфейс памяти, не поддерживающий 5-вольтовые модули. Поддерживается 33-мегагеровая шина PCI версии 2.1 и AGP 1.0, функционирующая в режимах 1х и 2х.

Фирма ALI, являющаяся подразделением ACER, предлагает свой чипсет - Aladdin Pro II, состоящий из контроллера AGP, поддерживающего режимы 1х и 2х, памяти и буферизированного контроллера ввода-вывода, позволяющего реализовать 66-мегагерцовую шину PCI, M1621 и моста PCI-ISA, контроллера ACPI, IDE, USB, PS/2 и портов M1533/M1543.

Отличительной особенностью чипсетов от ALI уже давно является достаточно быстрая работа с памятью. И на этот раз в Aladdin Pro II используются различные методы ускорения работы с памятью и разгрузки системной шины. В частности, применяется так называемый конвейерный цикл обращения к памяти, когда периодические регенерации данных в ней выполняются во время ожидания.

Давний конкурент Intel, тайваньская компания VIA, в настоящий момент предлагает чипсет VIA Apollo Pro - второе поколение Apollo P6, первого неинтеловского чипсета для Slot-1. Состоит из ядра VT82C691, обеспечивающего как синхронное, так и асинхронное функционирование шин памяти, AGP и PCI, и южного моста VT82C596, позаимствованного от MVP-3 и позволяющего, кроме базовых функций ввода-вывода (ACPI, USB, порты), реализовать новый интерфейс UltraATA-66. VIA Apollo Pro, как и i440BX, поддерживает режим Suspend to DRAM.

VIA делает не самые производительные чипы, но зато самые продвинутые по функциям. В частности, южный мост у VIA уже давно совместим по выводам с интеловским PIIX4E 82371EB.А новая версия Apollo Pro, VT82C692, также именуемая BXPro, стала совместима по выводам с i440BX.

SiS представляет 100-мегагерцовый чипсет 5600/5595. Состоит из ядра 5600, поддерживающего до полутора гигабайт оперативной памяти - больше чем все остальные, но только 4 PCI-устройства и 1x/2x режимы AGP. Южный мост 5595 кроме базовых функций (ACPI, USB, порты) и интегрированных часов реального времени имеет встроенный модуль мониторинга системы, имеющий 5 аналоговых датчиков вольтажа, 2 - счетчика оборотов и один вход для термоэлемента.

Традиционно, чипсеты от SiS славились небольшой скоростью и не были популярны у пользователей. Зато, SiS представляет самые дешевые решения именно за счет высокой степени интеграции.

В таблице ниже приведено сравнение спецификаций на 100-мегагерцовые чипсеты.

	Intel 440BX	VIA Apollo Pro (BXPro)	Ali Aladdin Pro II	SiS 5600/5595
North Bridge	82443BX	VT82C691(692)	M1621	5600
South Bridge	82371EB	VT82C596	M1543C	5595
Шины
	PCI 2.1	+	+	+	+
	Максимальное число PCI-устройств	5	5	5	4
	AGP	1x/2x	1x/2x	1x/2x	1x/2x
	Частота системной шины	66/100 МГц	66/100 МГц	66/100 МГц	66/100 МГц
Асинхронные шины памяти, PCI и AGP	-	+	-	+
Память
	Типы	EDO, SDRAM	FP, EDO, SDRAM, DDR SDRAM, BDDR SDRAM, ESDRAM	EDO, SDRAM	FP, EDO, SDRAM
	Максимальный объем	1 Гбайт / 512 Мбайт	1 Гбайт	1 Гбайт / 2 Гбайта	1.5 Гбайт
	Количество банков	4	8	8	6
	ECC и контроль четности	+	+	+	+
EDO Timing	x-2-2-2-2-2-2-2	5-2-2-2-2-2-2-2	x-2-2-2-2-2-2-2	x-2-2-2-2-2-2-2
SDRAM Timing	x-1-1-1-1-1-1-1	6-1-1-1-2-1-1-1	x-1-1-1-1-1-1-1	6-1-1-1-2-1-1-1
Интегрированные возможности
	UltraATA-33	+	+	+	+
	UltraATA-66	-	+	-	-
	Порты USB	2	2 (3)	2	2
	Контроллер клавиатуры	+	+	+	+
Интегрированные часы	+	+	+	+
Интегрированный мониторинг	-	-	-	+
Дополнительные возможности
	ACPI	+	+	+	+

19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX. Все эти спецификации, определяющие форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов, и описаны ниже.

AT

Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру модификации - AT и Baby AT. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину, а это значит, что такая плата вряд ли поместится в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 386, такой размер уже не встречается.

Таким образом, единственные материнские платы, выполненные в форм-факторе AT, доступные в широкой продаже, это платы соответствующие форматы Baby AT. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину. В принципе, некоторые производители могут уменьшать длину платы для экономии материала или по каким-то другим причинам. Для крепления платы в корпусе в плате сделаны три ряда отверстий.

Все AT платы имеют общие черты. Почти все имеют последовательные и параллельные порты, присоединяемые к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют один разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне платы. Слоты SIMM и DIMM находятся в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.

LPX

Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-profile. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помешаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт - 2-3 штуки. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип. Размер корпуса для LPX оставляет 9 х 13'', для Mini LPX - 8 х 10''.

ATX

Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена как раз на исправление всех тех недостатков, что выявились со временем у форм-фактора AT. А решение, по сути, было очень простым – повернуть Baby AT плату на 90 градусов, и внести соответствующие поправки в конструкцию. К тому моменту у Intel уже был опыт работы в этой области – форм-фактор LPX. В ATX как раз воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. В результате получилось:

Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы, за счет уменьшения кабелей в комплекте.

Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT материнских платах порой приходится браться за отвертку.

Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысить надежность системы.

Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением - теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор.

Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем, вместо двух, как на AT платах. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой, и т.д.

Напряжение 3.3 В. Теперь напряжение питания 3.3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы, (взять хотя бы карты PCI!) поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.

20. Процессор Intel Pentium II Xeon

Внутри корпуса процессора расположены: вариант кристалла Deschutes, выполненный по технологии 0.25, Vcc=2 вольта, в стандартном корпусе, новый кэш второго уровня, способный работать на полной частоте процессора (сейчас это 400 МГц), причем это одна (512 Кбайт) или две (2*512 Кбайт) микросхемы, практически в таком же корпусе, как и сам процессор. Дело в том, что работающий на такой скорости кэш рассеивает тепла ничуть не меньше, чем сам кристалл процессора, и требует металлической крышки на корпусе для достаточного теплоотвода. Процессор рассеивает 30 или 38 Ватт тепла в штатном режиме работы (кэш 512 Кбайт и 1Мбайт соответственно). Когда картридж собран, крышки всех микросхем касаются металлической стороны картриджа, на которую в свою очередь крепятся радиатор и вентилятор. Кроме процессора и кэш памяти второго уровня на плате картриджа находятся: PIROM (Processor Information Read Only Memory) – микросхема ПЗУ с зашитой в ней информацией о частоте, модели, размере кэш памяти и версиях различных компонент процессора, SEEPROM (Scratch Electric Erasable Programmable Read Only Memory) – микросхему с перезаписываемой "пользовательской" (например, производителя сервера) информацией и микросхему интерфейса с тепловым датчиком расположенном на самом кристалле процессора. Все эти компоненты объединены последовательной шиной SMBus (System Management Bus) и могут быть опрошены программно, например BIOS'ом, через чипсет, включающий в себя контроллер этой шины. Надо отметить, что подобная мера вовсе не является защитой от разгона, так как производители материнских плат всегда могут скорректировать BIOS, допустив установку не предназначенных для данной модели процессора параметров. Как большинство из них и поступает в случае с модулями памяти DIMM, содержащими информацию о скоростных и электрических параметрах памяти. Не менее кардинальным, чем кэш, отличием от Pentium II является новая FSB (Front Side Bus – внешняя шина самого процессора), известная как Slot 2. Правда, если уж быть точным Slot 2, как и Slot 1, это спецификация на разъем, шину и геометрию картриджа, а также на электрические и термальные параметры шины и процессора. Процессор поддерживает Extended Server Memory архитектуру, которая позволяет программно и аппаратно адресовать объем памяти превышающий 4 Гбайта (64 Гбайта в случае Xeon), и была впервые применена в процессорах Pentium Pro. Возможны SMP конфигурации до восьми процессоров, без дополнительных схемных решений (Pentium II – максимум 2 процессора).

21. Чипсет i440GX

Чипсет i440GX состоит из двух микросхем, модификации PIIX4 (PCI ISA IDE Xcelerator 4) и GX (82443GX Host Bridge/Controller). Как и его предшественники, построен он по архитектуре QPA (Quad Port Architecture) и представляет собою коммутатор между четырьмя интерфейсами: AGP, PCI, FSB и шиной памяти.

FSB: Slot 1 и Slot 2 процессоры с внешней частотой (64 битной) шины 100 МГц. Поддержка отложенных транзакций и SMP для двух процессоров. Режим 66 МГц больше не поддерживается (частота PCI всегда равна частоте FSB/3).

AGP: 1x (66 МГц) и 2x (133МГц) режимы, возможно только одно AGP устройство.

PCI: спецификация версии 2.1 (32 бит, 5.5 и 3.3 вольта, 33 МГц), и все возможности известные еще со времен i430TX чипсета. MEMBUS: До 8 банков 100 МГц SDRAM памяти (4 разъема 16, 64, 128 и еще не выпускаемые серийно 256 Мбит чипы на одно- и двухбанковых модулях DIMM). Итого - 16 Мбайт - 2 Гбайта памяти с поддержкой коррекции ошибок (ECC – Error Correction Codes). Первое серьезное отличие от LX и BX чипсетов, если не считать поддержки необходимых для Slot 2 уровней логических сигналов.

Чипсет i440GX изначально предназначен для владельцев мощных рабочих станций на основе Xeon'а. Его поддержка - и есть главная и кардинальная функция этого чипсета, а 2 Гб памяти станут нормальным явлением еще не скоро, даже в мире рабочих станций.

22. Чипсет i450NX

Это действительно новый набор, имеющий собственную оригинальную архитектуру, нацеленную на достижение максимальной производительности в системе с несколькими процессорами. Первое, что бросается в глаза – это отсутствие слова AGP в названии чипсета. Дело в том, что AGP была разработана как недорогое решение, более быстрое, чем стандартный PCI 32 бит / 33МГц и предназначенное для одного конкретного применения – обеспечения необходимого для графического ускорителя потока данных. Вряд ли сервер стоимостью $100000 будет использоваться для графических целей, пусть даже не игровых как обычная однопользовательская рабочая станция. Зато основные характеристики вполне под стать назначению этого набора:

Поддержка до 4-х (с применением специальных расширителей до 8) Slot 2 процессоров

Поддержка полной 36 битной адресации

До 8 Гбайт памяти, DIMM 50 и 60 нс, 3.3 вольт, 16- и 64- мегабитные чипы, память устанавливается блоками по 64 Мбайта

Чередование обращений к памяти, с четырьмя банками

До четырех шин PCI 32 бита, 33 МГц или до двух PCI 64 бит

Хорошая зависимость производительности от числа процессоров (производительность возрастает до 3.5 раз при четырех процессорах)

Чередование обращений бас-мастер карт к памяти

До 6 мастеров и до 10 карт на каждой PCI шине

Коррекция ошибок (ECC) на шине памяти и FSB

Диагностика ошибок (Parity) по всем сигналам PCI

Предвыборка данных при чтении из памяти (вот это действительно ново)

За подобные возможности естественно приходится расплачиваться ценою, рассеиваемой чипсетом мощностью и количеством чипов, из которых он состоит. Рассеивается 30 ватт тепла (только чипсет, не считая памяти и процессоров). Набор состоит из чипов четырех типов:

82451NX Memory and I/O Bridge Controller (MIOC) – самый "главный" чип, коммутатор

82454NX PCI Expander Bridge (PXB) – контроллер шин PCI (две 32 бит или одна 64)

82452NX RAS/CAS Generator (RCG) – генератор сигналов управления памятью

82453NX Data Path Multiplexor (MUX) – мультиплексор данных памяти

Причем, первый из них как правило один (возможны конфигурации с двумя наборами на одной плате, для поддержки 8 процессоров, но они требуют специальных заказных чипов), контроллеров шин может быть два, а генераторов сигналов и мультиплексоров до четырех, в зависимости от количества поддерживаемой памяти. Реальная скорость считывания из памяти с 4-х кратным чередованием 1.067 Гбайт/сек, что несколько превышает предельную пропускную способность FSB Xeon. Сделано это не зря, четыре PCI шины способны одновременно затребовать до 400 Мбайт/сек. Возможна установка на одну из PCI шин PIIX4, для обеспечения совместимости с PC архитектурой и периферией.

23. BIOS

Базовая система ввода/вывода BIOS является ключевым элементом системной платы, без которого все ее замечательные компоненты представляют собой лишь набор дорогих "железок". BIOS, пользуясь средствами, предоствавляемыми чипсетом, управляет всеми компонентами и ресурсами системной платы. Из этого следует, что используемая версия BIOS очень сильно привязана к чипсету и она должна знать особенности применяемых компонентов. Код BIOS хранится в микросхеме энергонезависимой постоянной или флэш-памяти. С точки зрения регулярной работы тип носителя BIOS принципиального значения не имеет. С точки зрения модифицируемости, флэш-память имеет явное преимущество - возможность модернизации прямо в компьютере.

Новую версию BIOS лучше всего получать от изготовителя системной платы. Фирмы-разработчики BIOS новые версии BIOS для конечных пользователей не поставляют. Свои новые продукты с инструментальными средствами они поставляют разработчику системной платы, который производит окончательную подгонку BIOS под конкретную модель платы, особенности которой он знает лучше всех. В первом приближении BIOS различных системных плат с одинаковыми или близкими чипсетами могут оказаться совместимыми.

Утилиты перезаписи флэш-памяти привязаны к поддерживаемым типам микросхем энергонезависимой памяти, системным платам и производителям BIOS. Обычно не удается штатным образом переписать BIOS со сменой производителя. Как вариант возможна замена микросхемы BIOS на снятую с аналогичной системной платы, но если микросхема припаяна, а не установлена в кроватку, процедура замены сильно осложняется. Смело заниматься перепрограммированием BIOS можно, только когда вы имеете доступ к программатору и микросхема BIOS установлена в кроватке.

Если новая версия BIOS не позволяет загрузить компьютер, ряд системных плат позволяет включить режим восстановления. Для этого на плате должен быть специалный переключатель. В режиме восстановления работает только дисковод, в котором необходимо установить специальную дискету с файлом-образом ROM BIOS. При этом сообщения пользователю могут сводиться к подмигиванию индикатором дисковода и гудкам динамика. Язык этих сообщений должен приводиться в описании системной платы. Иногда режим восстановления включается автоматически.

Говоря о недостатках флэш- BIOS, имеется в виду опасность потери работоспособности системной платы не только из-за неосмотрительных действий пользователя, модернизирующего BIOS, но и новое "поле деятельности" для вирусов. Стереть BIOS, зная работу чипсета и конкретной микросхемы памяти, можно даже отладчиком DEBUG. Парольная защита перезаписи может быть взломана, а надежная аппаратная защита имеется далеко не у всех микросхем энергонезависимой памяти и системных плат.

24. Питание и обнуление CMOS

Для питания энергонезависимой памяти конфигурации компьютера (CMOS) на системной плате устанавливается литиевая батарейка. Она имеет нормальный срок жизни несколько лет.

На современных системных платах чаще применяется батарейка-таблетка в специальном держателе, которую легко заменить.

Разъем подключения внешней батарейки используется и для обнуления CMOS. Такая необходимость может возникнуть при утере входного пароля, заданного в BIOS Setup. Теоретически для этого достаточно при выключенном компьютере на несколько минут переставить перемычку. Иногда для сброса пароля предназначен отдельный джампер. В этом случае, переключив джампер, компьютер необходимо включить - только тогда пароль будет сброшен, после чего вернуть в исходное положение.

Периодическое разрушение информации CMOS при включении питания может быть вызвано вовсе не батарейкой, а недостаточной задержкой сигнала PowerGood относительно момента установления питающего напряжения или излишней задержкой этого сигнала после выключения источника.

25. Основные характеристики системной платы

конструктивное исполнение, определяемое предполагаемым типом корпуса, или определяющее его тип (Mini Tower, Midi Tower, Big Tower, Desctop, Slim Line) традиционного стандарта или нового - ATX или NLX

чипсет - набор микросхем, определяющий архитектуру и производительность платы

BIOS - производитель и версия, определяющие функциональные возможности

Возможность перезаписи, блокировки, и восстановления Flash BIOS

поддержка PnP

поддерживаемые типы и количество процессоров, определяемые типом сокетов, возможностями конфигурирования чипсета и BIOS

возможности выбора питающего напряжения для процессора и максимальный ток его питания, определяемые типом применяемого регулятора, возможность раздельного питания ядра и интерфейса процессора

поддерживаемые частоты синхронизации процессора и шин

максимальный ОЗУ; количество и тип применяемых модулей памяти - конструктивно и архитектурно; количество банков, возможность смешивания типов модулей в разных банках, применение чередования страниц памяти при использовании нескольких банков, возможность использования модулей с различным временем доступа, применимость памяти с исправлением ошибок

вторичный кэш: объем и тип - асинхронный, синхронный, конвейерный,

максимальный объем кешируемой памяти

количество слотов шин ввода/вывода

количество каналов IDE-интерфейса и поддерживаемые режимы

наличие контроллера гибких дисков, поддержка накопителей 2.88 Мбайт

наличие и параметры адаптера SCSI

наличие COM-портов с FIFO-буферами, возможность подключения инфракрасного приемопередатчика, использование COM-порта в качестве порта MIDI

наличие LPT-порта, поддерживаемые режимы, наличие FIFO-буферов для ECP

наличие разъема PS/2-Mouse

наличие разъема USB

наличие и параметры графического адаптера

наличие и параметры звукового контроллера.

26. Прайс-лист компьютерного центра Polaris на материнские платы:

Материнские платы	Цена(руб.)
MB ASUS A7V Soket A ATX	4332
MB ASUSTEK P2-99 Slot1 ZX AGP ATX	2422
MB Gigabyte ALI Alladin V Soket7 ATX	2049
MB Gigabyte GA-6BX2000 Slot1 BX ATX	2821
MB Polaris BX Slot1 ATXBX6XP2 RTL	2109

27. Литература:

М.Гук “Аппаратные средства IBM PC”

Журнал “Мир ПК” Ноябрь 1998.

http://www.ixbt.com

http://www.developer.intel.com

http://www.intel.ru