загрузка...
загрузка...
На головну

PC-сумісного ПК

Системна (system board), або материнська (motherboard), плата персонального комп'ютера є основою системного блоку, що визначає архітектуру і продуктивність комп'ютера.

Існують системні плати з інтегрованими відео-, аудіо- та іншими пристроями, що забезпечують повну функціональність комп'ютера без всяких карт розширення. При необхідності інтегровані пристрої можуть бути замінені пристроями, встановленими в слоти розширення. Розміщення на системній платі контролерів, які потребують інтенсивного обміну даними (ATA, SCSI, графічний адаптер), дозволяє використовувати переваги локального підключення до шини пам'яті і процесора. Мета розміщення інших контролерів на системній платі - скорочення загального числа плат комп'ютера.

Яка плата краще - «гола» або з інтегрованою периферією, - залежить від призначення комп'ютера. Інтегровані відео- і аудіо, як правило, за своїми параметрами не є видатними, але цілком задовольняють запитам багатьох користувачів.

Системні плати перших ПК, виконаних на процесорах 8088/86, крім процесора містили кілька периферійних БІС (контролери переривань, прямого доступу до пам'яті, контролер шини) і сполучну логіку на мікросхемах малої і середньої ступені інтеграції. Сучасні плати виконуються на основі чіпсетів - наборів з декількох БІС, що реалізують всі необхідні функції зв'язку основних компонентів - процесора, пам'яті і шин розширення.

Чіпсет визначає можливості застосування різних типів процесорів, основний і кеш-пам'яті, а також ряд інших характеристик системи, найбільш важливих в плані її функціональності і перспектив модернізації. Тип чіпсета істотно впливає і на продуктивність - при однакових встановлених компонентах (процесор, пам'ять, графічний адаптер і жорсткий диск) продуктивність комп'ютерів, зібраних на різних системних платах (читай: чіпсетах), може відрізнятися на 30%.

Довгий час центральної шиною, навколо якої компонувалися всі інші елементи системної плати, була PCI. Її центральне місце не було оскаржено, оскільки шина PCI мала високу продуктивність - 132 Мбайт / с. Традиційно на схемах шину PCI зображують посередині, як екватор. Процесор і пам'ять (разом з кеш-пам'яттю) зображують вище - «на північ від", а шину ISA і всі пристрої, що підключаються до PCI і ISA, зображують нижче - «на південь від екватора». Відповідні частини чіпсета отримали вкорінені назви північних (north) і південних (south).

Архітектура системної плати пройшла шлях від шинно-мостовий до хабів, осібно тримається архітектура HyperTransport. Незалежно від архітектури системної плати і фізичної реалізації з'єднань всі сучасні периферійні пристрої (або контролери і адаптери їх інтерфейсів) представляються логічними пристроями (точніше, функціями).

Традиційні (legacy) пристрою (PIC 8259А, DMA 8237А, СОМ і LPT-порти та інші аксесуари PC) в плані конфігурації тримаються окремо - їх конфігурація є статичною і не змінюється протягом більше двох десятків років.

4.1. Шинно-мостова архітектура

У шинно-мостовий архітектурі є центральна магістральна шина, до якої інші компоненти підключаються через мости. У ролі центральної магістралі спочатку виступала шина (E) ISA, потім її змінила шина PCI. Шинно-мостова архітектура чіпсетів проіснувала довгий час і пережила багато поколінь процесорів (від 2-го до 7-го). Переміщення вторинного кеша з системної плати на процесор (Р6 і Pentium 4 у Intel і К7 у AMD) кілька спростило північну частину чіпсета - в ній не треба керувати статичної кеш-пам'яттю, а залишається лише забезпечувати когерентність процесорного кешу з основною пам'яттю, доступ до якої можливий і з боку шини PCI.

Відеокарт з ЗD-акселератором пропускної здатності шини PCI, що розділяється між всіма пристроями, виявилося недостатньо. Тоді і з'явився порт AGP як виділений потужний інтерфейс між графічним акселератором і пам'яттю (а також процесором). При цьому завдання північного моста ускладнилися: контролеру пам'яті доводиться працювати вже на три фронти - йому посилають запити процесор (и), майстри шини PCI (і ISA, але теж через PCI) і порт AGP. Пропускна здатність AGP в режимі 2х / 4х / 8х становить 533/1066/2133 Мбайт / с, так що шина PCI по продуктивності стала вже другорядною. Однак в шинно-мостовий архітектурі вона зберігає свою роль магістралі підключення всіх периферійних пристроїв (крім графічних).

В якості потужного представника шинно-мостовий архітектури можна розглядати чіпсет AMD-760 (рис.4.1). Тут є первинна шина PCI на 64 біт і 66 МГц, що є «екватором», і вторинна шина для підключення рядовий периферії.

Рис.4.1. Приклад шинно-мостовий архітектури PC

Шина, до якої підключається безліч пристроїв, є вузьким місцем по ряду причин. По-перше, через велику кількість пристроїв, підключених (електрично) до шини, не вдається підняти тактову частоту до рівня, досяжного в двоточкових з'єднаннях. По-друге, шина, до якої підключається безліч різнотипних пристроїв (особливо розташованих на картах розширення), обтяжена вантажем зворотної сумісності зі старими периферійними пристроями. Наприклад, передбачені можливості підвищення продуктивності PCI використовуються не завжди: розширення розрядності до 64 біт обходиться занадто дорого (велике число провідників породжує свої проблеми), а підвищення частоти до 66 МГц для шини можливо лише якщо всі її абоненти підтримують цю частоту. Досить встановити одну «просту» карту PCI, і продуктивність центральної шини падає до початкових 133 Мбайт / с. Те ж можна сказати і про PCI-X: досить підключити до неї одне застаріле пристрій PCI, і все протокольні удосконалення будуть скасовані.

4.2. хабів архітектура

З введенням високошвидкісних режимів UltraDMA (ATA / 66, АТА / 100, а потім і ATА / 133) зв'язок двоканального контролера IDE з пам'яттю через шину PCI стала вже занадто сильно навантажувати цю шину. Крім того, з'явилися високошвидкісні інтерфейси Gigabit Ethernet, FireWire (100/200/400/800 Мбіт / с) і USB 2.0 (480 Мбіт / с). Відповіддю на ці зміни в розстановці сил став перехід на хабів архітектуру чіпсета. В даному контексті хаби - це спеціалізовані мікросхеми, що забезпечують передачу даних між своїми зовнішніми інтерфейсами. Цими інтерфейсами є «прикладні» інтерфейси підключення процесорів, модулів пам'яті, шин розширення і периферійні інтерфейси (ATA, SATA, USB, FireWire, Ethernet). Оскільки до однієї мікросхемі всі ці інтерфейси не підключений (занадто складна структура і багато потрібно висновків), чіпсет будується, як правило, з пари основних хабів (північного і південного), пов'язаних між собою високопродуктивним каналом.

Рис.4.2. Приклад хабів архітектури PC

Північний хаб чіпсета виконує ті ж функції, що і північний міст шин-но-мостовий архітектури: він пов'язує шини процесора, пам'яті і порту AGP. Однак на південній стороні цього хаба знаходиться вже не шина PCI, а високопродуктивний інтерфейс зв'язку з південним хабом (рис.4.2). Пропускна здатність цього інтерфейсу складає 266 Мбайт / с і вище, залежно від чіпсета. Якщо чіпсет має інтегровану графіку, то в північний хаб входить і графічний контролер з усіма своїми інтерфейсами (аналоговими і цифровими інтерфейсами дисплея, шиною локальної пам'яті). Чіпсети з інтегрованим графічним контролером можуть мати зовнішній порт AGP, який стає доступним при відключенні вбудованого графічного контролера. Є чіпсети, у яких порт AGP є суто внутрішньою засобом з'єднання вбудованого контролера, і зовнішній графічний контролер до них може підключатися тільки по шині PCI.

З появою PCI-E архітектура не дуже змінилася: північний хаб (міст) замість порту AGP тепер пропонує високопродуктивний (8х або 16х) порт, а то і пару портів PCI-E для підключення графічного адаптера. Малопотужні (1х) порти PCI-E можуть надаватися як північним, так і південним хабами (це вирішує розробник чіпсета). В останньому випадку кореневої комплекс PCI-E «розповзається» по двом мікросхем чіпсета, пов'язаних між собою «фірмовим» інтерфейсом. Використання PCI-E як єдиної комунікаційної бази всередині чіпсета поки не спостерігається.

4.3. архітектура HyperTransport

Технологія (архітектура) HyperTransport (НТ) замислювалася як альтернатива шинно-мостовий архітектурі системних плат. Технологія розроблена компаніями AMD, Apple Computers, Broadcom, Cisco Systems, NVIDIA, PMC-Sierra, SGI, SiPackets, Sun Microsystems, Transmeta. Перший реліз вийшов в 2001 році, в 2003-му - версія 1.10. Колишнє кодову назву - LDT (Lighting Data Transport).

Основна ідея НТ - заміна шинного з'єднання компонентів (периферійних пристроїв) системою двоточкових зустрічно спрямованих з'єднань. При цьому досяжна більш висока тактова частота інтерфейсів, що забезпечує їх більш високу (в порівнянні з шиною) пропускну здатність. Структурна схема комп'ютера архітектури НТ приведена на рис.4.3. Головний міст (host bridge) забезпечує зв'язок НТ з ядром - процесором і пам'яттю. Периферійні контролери, що вимагають високої пропускної здатності, реалізуються у вигляді НТ-тунелів. В архітектурі передбачається і бруківка зв'язок з шиною PCI.

Архітектура НТ забезпечує всі типи транзакцій процесорів і пристроїв PCI, PCI-X і AGP, використовувані в PC. Транзакції виконуються у вигляді серій передач пакетів різних типів. У традиційних транзакціях цільове ідентифікації пристрою адресою: читання і запис в просторі пам'яті, введення-виведення в конфігураційному просторі, а також зчитування вектора переривання з PIC 8259А і спеціальні цикли PCI.

Архітектура НТ заснована на двосторонній пакетної передачі даних між парою пристроїв. Пристрій НТ може виступати в ролі ініціатора або / та цільового пристрою транзакцій. За топологічним властивостям розрізняють кілька типів пристроїв НТ:

· Тунель (tunnel) - пристрій з двома інтерфейсами НТ; такі пристрої можуть збиратися в ланцюжок, що утворить логічну шину. Ланцюжок підключається до хосту (процесору з головним мостом), що відповідає за конфігурування всіх пристроїв і керуючому роботою НТ.

· Міст (bridge) - пристрій, що з'єднує одну логічно первинну шину (підключену до хосту) з однією або декількома логічно вторинними шинами (ланцюжками).

· Комутатор (switch) - пристрій з декількома інтерефейса НТ, за структурою аналогічний декільком мостам PCI, підключеним до однієї (внутрішньої) шині.

· Тупик, або печера (cave) - пристрій з одним інтерфейсом НТ.

Рис.4.3. Приклад архітектури HyperTransport

Хост (host) - це «господар шини», що підключається до неї через головний міст і виконує функції конфігурації (аналогічно і сумісно з PCI). Основний варіант топології - ланцюжок пристроїв-тунелів, підключена верхнім кінцем до хосту. Кожен інтерфейс НТ складається з двох незалежних частин: передавача і приймача. Кожному пристрою при конфігурації виділяються свої області в адресному просторі. У ланцюжку пристрої-тунелі транслюють пакети зверху вниз (низхідний трафік) і від низу до верху (висхідний). Якщо в низхідному керуючому пакеті пристрій виявляє свою адресу, воно «розуміє», що звертаються до нього, і приймає відповідну інформацію (керуючі пакети і дані).

За задумом розробників, НТ повинна стати архітектурою побудови PC, однак поки що використовується лише технологія НТ. У наведеному вище прикладі головний міст реалізує інтерфейс AGP. У 64-бітних процесорах AMD, в яких застосовується НТ, головний міст розміщується в самому процесорі. При цьому у процесора виявляється два інтерфейси: інтерфейс пам'яті (поки що DDR SDRAM) і НТ в якості системної шини. У поширених чіпсетах (від VIA, SiS) до інтерфейсу НТ підключається тільки північний хаб, що забезпечує лише інтерфейс підключення графічного адаптера - AGP або PCI-E. Південний хаб з'єднується з північним власним інтерфейсом, так що використання НТ як універсальної транспортної структури для безлічі компонентів поки не спостерігається.

4.4. Чіпсети і системні плати

Хоча чіпсети в значній мірі визначають властивості системних плат, виконаних на їх основі, у розробника плат завжди залишаються можливості спростити плату і «зіпсувати хорошу річ». Так що системні плати, виконані на одному і тому ж чіпсеті, можуть мати різні характеристики по продуктивності і різний діапазон підтримуваних встановлюваних компонентів (процесорів, пам'яті, інтерфейсу). І звичайно ж, істотну роль в реалізації всіх корисних властивостей чіпсета грають BIOS і приємним версії системних драйверів. Чіпсети орієнтуються на різні застосування системних плат, і функції, необхідні для сервера, можуть виявитися зайвими для офісного комп'ютера, а за надмірності завжди доводиться платити. Тому не можна чіпсети вибудувати по порядку від гіршого до кращого, вони позиціонуються в багатовимірному просторі суперечливих вимог.

Порівнювати інтегровані чіпсети потрібно не тільки за загальними параметрами, але і за характеристиками графіки, звуку, адаптера локальної мережі. Основні параметри поширених системних плат (і чіпсетів) наведені в літературі. Результати тестування і порівняння системних плат регулярно публікуються в періодичних виданнях і в Мережі, наприклад на сайті iXBT.com.

Мікросхеми чіпсета при ініціалізації під час тесту POST програмуються за багатьма параметрами, частина з яких (константи) зберігається в BIOS, а частина - в незалежній пам'яті конфігурації, що включає осередки CMOS і ESCD системи РпР. Таким чином, є програмні способи як оптимальної настройки, так і виведення плати з ладу записом певних значень в незалежну пам'ять. Цей запис виробляє утиліта CMOS Setup, а також такі «експансивні» операційні системи, як Windows.

Контрольні питання

1. Які компоненти містить системна плата PC-сумісного комп'ютера?

2. Переваги і недоліки інтегрованих в системну плату пристроїв.

3. Особливості шинно-мостовий архітектури системної плати.

4. Особливості хабів архітектури системної плати.

5. Особливості архітектури HyperTransport.





 Конспект лекцій з дисципліни |  Організація системних шин PC / XT |  індексні регістри |  Регістри стану і управління |  Лекція 7. Основи програмування на мові Асемблера |  Команди мови Асемблера |  команда NOT |  Інструкції складання ADD і віднімання SUB |  Команди инкрементирования INC і декрементірованія DEC |  Команди MUL і IMUL |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати