Формфакторы системных плат

Компоненты системной платы

Гнезда для процессоров

Наборы микросхем системной логики

Эволюция микросхем

Наборы микросхем системной логики компании Intel

Микросхема Super I/O

Назначение и функционирование шин

Назначение разъемов расширения

Типы шин ввода-вывода

Системные ресурсы

Предотвращение конфликтов

Выбор системной платы

Формфакторы системных плат

Важнейшим узлом компьютера является системная плата (system board), иногда назы ваемая материнской (motherboard), основной или главной платой (main board). В этой главе рассматриваются типы системных плат и их компоненты.
Существует несколько наиболее распространенных формфакторов, учитываемых при раз работке системных плат. Формфактор (form factor) представляет собой физические парамет ры платы и определяет тип корпуса, в котором она может быть установлена. Формфакторы системных плат могут быть стандартными (т.е. взаимозаменяемыми) или нестандартными. Нестандартные формфакторы, к сожалению, являются препятствием для модернизации ком пьютера, поэтому от их использования лучше отказаться. Наиболее известные формфакторы системных плат перечислены ниже.
Устаревшие:
-- Baby-AT;
-- полноразмерная плата AT;
-- LPX.
Современные:
-- ATX;
-- Micro-ATX;
-- Flex-ATX;
-- NLX;
-- WTX(в настоящее время не производятся).
Другие:
-- независимые конструкции (разработки компаний Compaq, Packard Bell, Hewlett- Packard, портативные/мобильные системы и т.д.).
За последние несколько лет произошел переход от системных плат оригинального форм фактора Baby-AT, который использовался в первых компьютерах IBM PC и XT, к платам формфактора ATX и NLX, используемым в большинстве полноразмерных настольных и вер тикальных систем. Существует несколько вариантов формфактора ATX, в число которых входят Micro-ATX (который представляет собой уменьшенную версию формфактора ATX, используемого в системах малых размеров) и Flex-ATX (еще более уменьшенный вариант, предназначенный для домашних компьютеров низшего ценового уровня). Формфактор NLX предназначен для корпоративных настольных систем; WTX, в свою очередь, разрабатывался для рабочих станций и серверов со средним режимом работы, но широкого распространения не получил. Современные формфакторы и область их применения приведены в табл. 4.1. Несмотря на широкое распространение плат Baby-AT, полноразмерной AT и LPX, им на смену пришли системные платы более современных формфакторов, которые фактически яв ляются промышленным стандартом, гарантирующим совместимость каждого типа плат. Это означает, что системная плата ATX может быть заменена другой платой того же типа, вместо системной платы NLX может быть использована другая плата NLX и т.д. Благодаря дополни тельным функциональным возможностям современных системных плат, компьютерная инду стрия смогла быстро перейти к новым формфакторам. Поэтому я настоятельно рекомендую приобретать системы, созданные на основе одного из современных формфакторов. Системные платы, параметры которых не вписываются в какой-либо из формфакторов промышленного стандарта, относятся к платам независимых конструкций. Покупать компью Формфаeторы системных плат 221 теры с нестандартными системными платами следует только в случае особых обстоятельств. Ремонт и модернизация таких систем достаточно дороги, что связано, в первую очередь, с невозможностью замены системных плат, корпусов или источников питания другими моде лями. Системы независимых формфакторов иногда называются “одноразовыми” PC, что ста новится очевидным, когда приходит время их модернизации или ремонта после окончания гарантийного срока.
Таблица 4.1. Формфакторы системных плат Формфактор Область применения ATX Стандартные настольные компьютеры в корпусахm ini-tower и full-tower; наиболее приемлемая конструкция как для новичков, так и для опытных пользователей, серверов и младших моделей рабочих станций, а также домашних систем более высокого уровня. ПлатыA TX поддерживают до семи разъемов расширения
Mini-ATX Уменьшенная версия ATX, которая используется там же, где и плата ATX. Многие из так называемых системных плат ATX в действительности являются платами Mini-ATX. Системные платы Mini-ATX поддерживают до шести расширительных гнезд
Micro-ATX Настольные компьютеры или вертикальные системыm ini-tower среднего уровня Flex-ATX Недорогие или менее производительные настольные или вертикальные системmыi ni-tower, используемые в самых разнообразных целях
NLX Корпоративные настольные или вертикальные системыm ini-tower, отличающиеся простотой и удобством обслуживания WTX Рабочие станции среднего и высшего уровней, серверы (в настоящее время не используется) Замечание В настоящее время одноразовые PC распространены более чем eоaда-либо. По неeоторым оценeам, на их долю приходится более 60% продаваемых eомпьютеров. Это связано не стольeо с использoемыми платами (системные платы Flex-ATX и Micro-ATX сеaодня использoются чаще, чем предшествoющие им модели LPX), сeольeо с миниатюрными источниeами питания SFX и oзeими eорпoсами micro-tower, занимающими привиле aированное положение на сеaодняшнем рынeе PC. Дешевые системы, использoющие малый eорпoс и неболь шой источниe питания более приaодны для модернизации по сравнению с предшествoющими моделями. Но если понадобится еще один разъем расширения или, например, дополнительный дисeовод, то вы через неeо торое время в бoeвальном смысле “oпретесь в стенo”. Системы mini-tower довольно тесны и оaраниченны, по этомo в сeором времени, я полаaаю, они перейдoт в разряд одноразовых таe же, eаe и вытесненные ими LPX. Бoдьте особенно осторожны с недавно появившимися системами промышленноaо стандарта, e eоторым относят ся, например, модели eомпьютеров Dell (первая была представлена в сентябре 1998 aода). В этих eомпьютерах использoется модифицированный источниe питания и силовые разъемы платы ATX, что делает oeазанные eомпо ненты совершенно несовместимыми со стандартными системными платами и блоeами питания. Поэтомo, чтобы модернизировать источниe питания, придется использовать специальный Dell-совместимый блоe. Более тоaо, за меняя системнoю платo стандартной, следoет приобрести соответствoющий источниe питания. Итаe, если вы хотите полoчить действительно расширяемoю системo, остановитесь на eомпьютере с системной платой Micro-ATX или ATX и eорпoсом mid-tower (или еще большим), имеющим по eрайней мере пять отсеeов для oстановeи дисeоводов.
Информацию о формфаeторах системных плат Baby-AT, AT и LPX можно найти в дополнении на прилаaае мом eомпаeт-дисeе.
Более подробно каждый из стандартных формфакторов рассматривается в следующих разделах. 222 Глава 4. Системные платы ATX Конструкция ATX была разработана сравнительно недавно. В ней сочетаются наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. По существу, ATX — это “лежащая на боку” плата Baby-AT с измененным разъемом и ме стоположением источника питания. Главное, что необходимо запомнить, — конструкция ATX физически не совместима ни с Baby-AT, ни с LPX. Другими словами, для системной платы ATX нужен особый корпус и источник питания.
Впервые официальная спецификация ATX была опубликована компанией Intel в июле 1995 года и представлена в качестве открытой промышленной спецификации. Системные платы ATX появились на рынке примерно в середине 1996 года и быстро заняли место ранее исполь зуемых плат Baby-AT. В феврале 1997 года появилась версия 2.01 спецификации ATX, после че го было сделано еще несколько незначительных изменений. В мае 2000 года выпускается по следняя (на сегодняшний день) редакция спецификации ATX (содержащая рекомендацию Engineering Change Revision PI), которая получила номер 2.03. Компания Intel опубликовала подробную спецификацию ATX, тем самым открыв ее для сторонних производителей. Техниче ские характеристики существующих спецификаций ATX, а также других типов системных плат можно получить на Web-узле Desktop Form Factors по адресу: www.formfactors.org. В настоя щее время ATX является наиболее распространенным формфактором системных плат, рекомен дуемым для большинства новых систем. Система ATX останется расширяемой в течение еще многих лет, в чем она похожа на предшествующую ей системную плату Baby-AT. Конструкция ATX позволила усовершенствовать стандарты Baby-AT и LPX.
?? Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода-вывода. На тыльной стороне сис темной платы есть область с разъемами ввода-вывода шириной 6,25 и высотой 1,75 дюйма. Это позволяет расположить внешние разъемы непосредственно на плате и исключает необходимость использования кабелей, соединяющих внутренние разъемы и заднюю панель корпуса, как в конструкции Baby-AT.
?? Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания. Это упрощает замену разъемов на источнике питания типа Baby-AT. Спецификация ATX содержит одноклю чевой разъем источника питания, который легко вставляется и который невозможно ус тановить неправильно. Этот разъем имеет контакты для подвода к системной плате на пряжения 3,3 В, а это означает, что для ATX не нужны встроенные преобразователи на пряжения, которые часто выходят из строя. В спецификацию ATX были включены два дополнительных разъема питания, получивших название вспомогательных силовых разъемов (3,3 и 5 В), а также разъем ATX12V, используемый в системах, потребляющих большее количество электроэнергии, чем предусмотрено оригинальной спецификацией. ?? Перемещение процессора и модулей памяти. Изменены места расположения этих уст ройств: теперь они не мешают платам расширения, и их легко заменить новыми, не вынимая при этом ни одного из установленных адаптеров. Процессор и модули памяти расположены рядом с источником питания и обдуваются одним вентилятором, что по зволяет обойтись без специального вентилятора для процессора, который не всегда эффективен и часто подвержен поломкам. Есть также место и для большого пассивно го теплоотвода. Высота свободного пространства, предназначенного для установки процессора и теплоотвода, достигает примерно 70 мм (2,8 дюйма).
?? Более удачное расположение внутренних разъемов ввода-вывода. Эти разъемы для на копителей на гибких и жестких дисках смещены и находятся не под разъемами расши рения или самими накопителями, а рядом с ними. Поэтому можно уменьшить длину внутренних кабелей к накопителям, а для доступа к разъемам не нужно убирать одну из плат или накопитель.
Формфаeторы системных плат 223 ?? Улучшенное охлаждение. Процессор и оперативная память сконструированы и распо ложены таким образом, чтобы максимально улучшить охлаждение системы в целом. При этом необходимость в отдельном вентиляторе для охлаждения корпуса или про цессора снижается (правда, не настолько, чтобы отказаться от него совсем). Дополни тельное охлаждение все еще является насущной потребностью большей части быстро действующих систем. Одна из особенностей оригинальной спецификации ATX заклю чалась в том, что вентилятор блока питания направляет поток воздуха внутрь корпуса. Обратный поток или схема нагнетания воздуха приводит к повышению давления в корпусе, что препятствует проникновению грязи и пыли. Тем не менее направление потока воздуха в спецификации ATX было пересмотрено и предпочтение отдано вен тилятору, работающему на выдувание, что приводит к понижению давления воздуха в корпусе. В целом схема нагнетания воздуха менее эффективна для охлаждения систе мы. И так как существующая спецификация допускает практически любую схему воз духообмена, большинство производителей поставляют блоки питания ATX в комплек те с вентиляторами, отсасывающими воздух из системы или, говоря иначе, с конст рукцией отрицательного давления. Более подробно об этом речь идет в главе 21, “Блоки питания и корпуса”.
Замечание
Обратите внимание, что неeоторые сборщиeи eомпьютеров все еще oстанавливают вентилятор процессора даже в системы ATX, посeольeo Intel поставляет процессоры вместе с высоeоeачественными вентиляторами на шариeовых подшипниeах. Это таe называемые боeсированные процессоры, посeольeo они продаются в от дельных eорпoсах. Intel oстанавливает вентиляторы для подстраховeи, поэтомo неeоторые сборщиeи систем не вниeают в детали расчета и измерения распределения температoр и не проводят тестирования в объеме, достаточном для правильноaо выбора размера oстанавливаемоaо пассивноaо теплоотвода (радиатора). Ус танавливая вентилятор на таeих “боeсированных” процессорах, Intel страхoет их от переaрева, посeольeo вентилятор aарантирoет адеeватное охлаждение центральноaо процессора. Крoпные же сборщиeи систем, правильно выбирая соответствoющий пассивный теплоотвод (радиатор), снижают стоимость системы и повы шают ее надежность.
?? Снижение стоимости. Конструкция ATX не требует наличия гнезд кабелей к разъе мам внешних портов, встречающихся на системных платах Baby-AT, дополнительного вентилятора для процессора и 3,3-вольтного стабилизатора на системной плате. В этой конструкции используется один-единственный разъем питания. Кроме того, вы може те укоротить внутренние кабели дисковых накопителей. Все это существенно умень шает стоимость не только системной платы, но и всего компьютера, включая корпус и источник питания.
На рис. 4.1 показано, как выглядит новая конструкция системы ATX в настольном испол нении со снятой верхней крышкой или в вертикальном с удаленной боковой панелью. Обра тите внимание: системная плата практически не закрывается отсеками для установки диско водов, что обеспечивает свободный доступ к различным компонентам системы (таким, как процессор, модули памяти, внутренние разъемы дисководов) и не мешает доступу к разъемам шины. Кроме того, процессор расположен рядом с блоком питания. Системная плата ATX, по сути, представляет собой конструкцию Baby-AT, перевернутую на бок. Разъемы расширения параллельны более короткой стороне и не мешают гнездам процессора, памяти и разъемам ввода-вывода. Кроме полноразмерной схемы ATX, компания Intel описала кон струкцию mini-ATX, которая размещается в таком же корпусе. Полноразмерная плата ATX имеет размеры 305?244 мм (12?9,6 дюймов), а плата mini-ATX — 284?208 мм (11,2?8,2 дюймов). Кроме того, существуют два уменьшенных варианта системной платы ATX, которые но сят названия Micro-ATX и Flex-ATX (более подробно они рассматриваются в следующих раз делах главы).
224 Глава 4. Системные платы Рис. 4.1. Системная плата ATX, установленная в корпусе, располагается таким обра зом, что гнездо процессора находится рядом с вентилятором блока питания (и с вентилятором, встроенным в корпус, если таковой существует) Несмотря на то что отверстия в корпусе располагаются так же, как и в Baby-AT, конст рукции ATX и Baby-AT несовместимы. Для источников питания необходим сменный разъем, но основная конструкция источника питания ATX аналогична конструкции стандартного ис точника питания Slimline. Размеры материнских плат ATX и mini-ATX показаны на рис. 4.2. Я не рекомендовал бы собирать или покупать компьютер с системной платой Baby-AT, поскольку возможности модернизации при этом будут весьма ограниченны. Я советовал бы приобретать компьютеры только с системными платами ATX.
Не снимая кожух компьютера, можно определить, имеет ли установленная в нем плата формфактор ATX. Обратите внимание на заднюю панель системного блока. ATX имеет две отличительные черты. Во-первых, все разъемы плат расширения подключены непосредст венно к системной плате; нет никаких выносных плат, как у LPX или NLX. Разъемы перпен дикулярны к плоскости системной платы. Во-вторых, платы ATX имеют уникальную плат форму удвоенной высоты для всех встроенных разъемов на системной плате (рис. 4.3). Замечание
На рис. 4.3 поeазаны основные разъемы задней панели системной платы ATX. На сеaодняшний день сoщест вoет множество различных ее вариантов, а в бoдoщем их станет еще больше. Например, системы со встроен ным видеоадаптером имеют 15-eонтаeтный разъем VGA, а в системах, содержащих отдельнoю звoeовoю платo, отсoтствoют порт MIDI/иaровой и звoeовые aнезда.
В бoдoщем oвеличится eоличество таe называемых нетрадиционных систем, не содержащих последователь ные и параллельные порты. По неeоторым соображениям, моaoт быть oдалены даже порты eлавиатoры и мы ши PS/2, таe eаe их фoнeции бoдoт переданы oстройствам USB. Формфаeторы системных плат 225 Рис. 4.2. Спецификация платы ATX версии 2.03, сопоставляющая размеры плат ATX и micro-ATX Вся необходимая информация, относящаяся к спецификациям формфакторов ATX, mini- ATX, micro-ATX, flex-ATX или NLX, может быть получена на Web-узле Form Factors (ранее Platform Developer), который находится по адресу: http://www.formfactors.org. Web-узел Form Factors предоставляет спецификации формфакторов и технические характеристики кон струкций системных плат, а также содержит обзор новых технологий, данные по различным поставщикам и дискуссионный форум.
Micro-ATX Формфактор системной платы micro-ATX был впервые представлен компанией Intel в де кабре 1997 года как вариант уменьшенной платы ATX, предназначенный для небольших и не дорогих систем. Уменьшение формфактора стандартной платы ATX привело к уменьшению размеров корпуса, системной платы и блока питания и в конечном счете к снижению стоимости системы в целом. Кроме того, формфактор micro-ATX совместим с формфактором ATX, что по зволяет использовать системную плату micro-ATX в полноразмерном корпусе ATX. Но вставить полноразмерную плату ATX в корпус micro-ATX, как вы понимаете, нельзя. В начале 1999 года 226 Глава 4. Системные платы этот формфактор стремительно захватил рынок недорогих компьютерных систем. В настоящее время системы mini-tower доминируют на рынке дешевых PC, несмотря на то что их небольшие размеры и узкий корпус серьезно ограничивают возможную модернизацию. Системные платы формфакторов micro-ATX и ATX имеют следующие основные различия:
-- уменьшенная ширина (244 мм (9,6 дюйма) вместо 305 мм (12 дюймов) или 284 мм (11,2 дюйма));
-- уменьшенное число разъемов;
-- уменьшенный блок питания (формфактора SFX).
Максимальные размеры системной платы micro-ATX достигают всего лишь 9,6?9,6 дюймов (244?244 мм) по сравнению с полноразмерной платой ATX (12?9,6 дюймов, или 305?244 мм) либо mini-ATX (11,2?8,2 дюймов, или 284?208 мм). Размеры системной Типичное расположение разъемов на плате ATX (вид сзади):
A — клавиатура или мышь PS/2,
B — клавиатура или мышь PS/2,
C — порт USB 1,
D — порт USB 0,
E — последовательный порт A,
F — параллельный порт,
G — последовательный порт B,
H — порт MIDI или игровой (необязательный),
I — линейный выход (необязательный),
J — линейный вход (необязательный),
K — микрофон (необязательный)
Формфаeторы системных плат 227 платы могут быть уменьшены, если расположение ее крепежных отверстий и разъемов будет соответствовать промышленному стандарту. Уменьшенное количество разъемов не составит проблемы для обычного пользователя домашнего или офисного компьютера, так как некото рая часть системных компонентов, к числу которых относятся, например, звуковая и графи ческая платы, часто встраивается в системную плату. Высокая интеграция компонентов уменьшает стоимость системной платы и соответственно всей системы. Внешние разъемы USB, 10/100 Ethernet, иногда SCSI или 1394 (FireWire) также могут содержать дополнитель ные слоты расширения. Спецификация системной платы micro-ATX показана на рис. 4.4. В системах micro-ATX благодаря соответствию разъемов с успехом использовался стан дартный блок питания ATX. Но, несмотря на это, специально для таких систем был разрабо тан уменьшенный формфактор блока питания, получивший название SFX. Уменьшение раз меров блока питания, в свою очередь, позволяет улучшить компоновку элементов и соответ ственно уменьшить в целом размеры системы и потребляемую ею мощность. Но при использовании блока питания SFX можно столкнуться с недостатком выходной мощности для более быстрых или полностью сконфигурированных систем. Потребляемая мощность со временных систем существенно выросла, поэтому шасси большей части систем micro-ATX разработано под стандартный блок питания ATX.
Совместимость плат micro-ATX с ATX означает следующее: ?? использование одного и того же 20-контактного разъема питания; ?? стандартное расположение разъемов ввода-вывода; ?? одинаковое расположение крепежных винтов. Рис. 4.4. Спецификация платы micro-ATX версии 1.0 228 Глава 4. Системные платы Сходство геометрических параметров позволяет установить системную плату micro-ATX как в корпус ATX, содержащий стандартный блок питания, так и в уменьшенный корпус micro- ATX, использующий меньший по размерам блок питания SFX.
Общие размеры системы micro-ATX достаточно малы. Типичная система, созданная на основе платы указанного формфактора, имеет следующие размеры: высота 304,8 или 355,6 мм (12 или 14 дюймов), ширина 177,8 мм (7 дюймов), длина 304,8 мм (12 дюймов), что соответствует корпусу класса micro-tower или desktop. Типичная системная плата micro-ATX показана на рис. 4.5.
Формфактор micro-ATX был представлен на всеобщее рассмотрение компанией Intel фак тически в качестве промышленного стандарта. Спецификации и прочая информация, отно сящаяся к формфактору micro-ATX, может быть получена на Web-узле www.formfactors.org. Flex-ATX
В марте 1999 года Intel опубликовала дополнение к спецификации micro-ATX, названное flex-ATX. В этом дополнении описывались системные платы еще меньшего размера, чем ATX, которые позволяют производителям создавать небольшие и недорогие системы. Формфактор flex-ATX определяет системную плату, которая является наименьшей из се мейства ATX. Размеры этой платы всего лишь 229?191 мм (9,0?7,5 дюймов). В отличие от плат с формфактором micro-ATX, платы flex-ATX имеют меньший размер и поддерживают процессоры, для установки которых используются гнезда типа Socket — Socket 7 или Рис. 4.5. Системная плата формфактора micro-ATX
Формфаeторы системных плат 229 Socket A для процессоров AMD, Socket 370 версии PPGA (Plastic Pin Grid Array) и FCPGA (Flip Chip PGA) для Intel Celeron и Pentium III, а также новое гнездо Socket 423 для Pentium 4. Плата flex-ATX не поддерживает разъемов Slot 1, Slot 2 или Slot A, которые служат для уста новки процессоров Pentium II/III и Athlon. Как вы знаете, в своих последних разработках ком пании Intel и AMD используют процессоры исключительно конструкции Socket, поэтому их несовместимость с процессорами других типов большой роли не играет.
Системные платы flex-ATX отличаются, как было уже сказано, меньшими размерами и поддержкой процессоров конструкции Socket. В остальном же платы flex-ATX обратно со вместимы со стандартной платой ATX, так как используют единое расположение крепежных отверстий, а также одинаковую спецификацию разъемов питания и ввода-вывода (рис. 4.6). В большинстве систем flex-ATX чаще всего используются блоки питания наименьшего формфактора SFX, представленного в спецификации micro-ATX. В то же время, если позво ляют размеры корпуса, может использоваться и стандартный блок питания ATX.
Замечание
Неeоторые системные платы, использoемые чаще всеaо в серверных системах, относятся e разрядo нестандарт ных, eоторые носят собирательное название расширенных плат ATX. Этот термин может быть применен праeти чесeи e любой плате, параметры eоторой превышают размеры стандартной платы ATX. Обратите внимание, что официально “расширенноaо стандарта ATX” не сoществoет, поэтомo плата, форма и размеры eоторой являются oниeальными, может оeазаться совершенно не подходящей для использoемоaо eорпoса. Перед приобретением таe называемой расширенной платы АТХ oбедитесь, что данная плата соответствoет использoемомo eорпoсo. Два процессора Xeon, например, моaoт быть oстановлены на стандартной плате ATX, поэтомo постарайтесь выбрать платo ATX, eоторая наиболее совместима с сoществoющим eорпoсом ATX.
С появлением системной платы flex-ATX семейство плат ATX расширилось и в настоя щее время содержит уже четыре типоразмера, которые приведены в табл. 4.2. Обратите внимание, что в этой таблице даны максимальные размеры плат. Системные платы могут быть уменьшены, причем единственным условием для этого является соответствие распо ложения разъемов и крепежных отверстий требованиям, приведенным в спецификации. Все платы семейства АТХ отличаются стандартным расположением базовых винтовых отверстий и разъемов, т.е. системные платы mini-, micro- или flex-ATX могут быть установлены в любой корпус, отвечающий требованиям полноразмерной платы ATX. Само собой разумеется, что платы mini-ATX или полноразмерные платы ATX не могут быть установлены в корпус меньше го размера, предназначенный для системных плат формфактора micro- или flex-ATX. ATX Riser
В декабре 1999 года Intel представила очередную модификацию системных плат семейства ATX. Эта конструкция включает в себя дополнительный 22-контактный (2?11) разъем, распо ложенный в одном из слотов PCI системной платы, в котором размещается вертикальная плата, содержащая, в свою очередь, два или три разъема. Эта плата позволяет установить две или три дополнительные платы PCI. Следует заметить, что данная конструкция не поддерживает AGP. Системные платы семейства ATX обычно устанавливаются в вертикально расположенных корпусах, но в некоторых случаях более приемлемой оказывается настольная система с горизон тальной компоновкой. При установке платы ATX в горизонтальный корпус высота платы PCI достигает 4,2 дюйма, что приводит к увеличению высоты корпуса по крайней мере до 6–7 дюй мов. В настольных системах Slimline чаще всего используются системные платы NLX, более сложная конструкция которых значительно увеличивает общую стоимость системы. В связи с этим возник вопрос о поиске более дешевых способов использования стандартных плат форм фактора ATX в настольных системах Slimline. Наиболее перспективным решением стало созда ние малогабаритной конструкции платы PCI. 14 февраля 2000 года специалистами группы Peripheral Component Interconnect Special Interest Group (PCI SIG) была представлена спецификация PCI Low-Profile, которая в настоящее время используется при разработке уменьшенных (до 2,5 дюймов) плат PCI. Новая спецификация PCI пока не получила широкого распространения, поэтому Intel остановилась на конструкции ATX Riser, которая позволяет применять платы PCI стандартной высоты в системах стоечного исполнения и системах Slimline.
При добавлении 22-контактного разъема расширения к одному из слотов PCI, в системной плате генерируются дополнительные сигналы, необходимые для поддержки платы ATX Riser, содержащей два или три разъема. В эти разъемы могут быть подключены платы PCI стан дартной длины. Следует заметить, что системная плата может использоваться как с платой ATX Riser, так и без нее. Однако если плата ATX Riser установлена, то оставшиеся разъемы PCI системной платы не используются; следовательно, для подключения плат расширения придется сделать выбор между системной платой и ATX Riser. Плата ATX Riser предназна чена исключительно для плат PCI (отсутствует поддержка плат AGP или ISA). На рис. 4.7 по казана системная плата ATX с установленной платой ATX Riser.
Разъем расширения с 22 контактами обычно устанавливается в шестой разъем шины PCI (второй с правой стороны). Нумерация разъемов, как правило, начинается с седьмого разъе Таблица 4.2. Размеры системных плат семейства ATX Формфактор Максимальная ширина, мм (дюймов) Максимальная глубина, мм (дюймов) ATX 305 (12,0) 244 (9,6) mini-ATX 284 (11,2) 208 (8,2) micro-ATX 244 (9,6) 244 (9,6) flex-ATX 229 (9,0) 191 (7,5) Формфаeторы системных плат 231 ма, наиболее близкого к процессору, и выполняется справа налево. Расположение выводов разъема ATX Riser показано на рис. 4.8. Разъем PCI платы ATX Riser представляет собой стандартный разъем PCI с идентичными сигналами.
Системы, использующие плату ATX Riser, принадлежат в основном к низкопрофильным конструкциям. Поэтому платы PCI и AGP, имеющие стандартную длину, нельзя установить в свободные разъемы системной платы. Стандарт ATX Riser первоначально разрабатывался для младших моделей системных плат, интегрированных со звуковыми, графическими и се тевыми микросхемами. Несмотря на это, указанный стандарт используется во многих серве рах стоечного исполнения. Это связано с тем, что в ATX Riser большая часть требуемых ком понентов уже встроена в системную плату. Фактически плата ATX Riser чаще используется в серверах стоечного исполнения, чем в настольных системах Slimline.
Тем не менее платы ATX Riser, совместимые с ними корпуса и системные платы различных производителей позволяют пользователям сконструировать собственную систему Slimline ATX. Можно установить три стандартные платы PCI Плата ATX Riser с тремя дополнительными разъемами Стандартный разъем PCI Процессор с пассивным теплоотводом Модули памяти 22
контактный дополнительный разъем 232 Глава 4. Системные платы NLX
Конструкция NLX, представленная компанией Intel в ноябре 1996 года, стала формфакто ром корпоративных настольных систем Slimline. NLX представляет собой низкопрофильный формфактор, предназначенный для замены ранее используемой нестандартной конструкции LPX. Многочисленные усовершенствования, отличающие формфактор NLX от конструкции LPX, позволяют в полной мере использовать самые последние технологии в области систем ных плат. NLX — это улучшенная и, что самое главное, полностью стандартизированная вер сия независимой конструкции LPX.
Применение системных плат LPX ограничено физическими размерами современных про цессоров и соответствующих им теплоотводов, а также новыми типами шин (например, AGP). Эти проблемы были учтены при разработке формфактора NLX (рис. 4.9). Конструкция системной платы NLX также позволяет разместить сдвоенный процессор Pentium III, уста новленный в разъемы Slot 1.
В формфакторе LPX дополнительная вертикальная плата подключается к системной плате. Основная особенность системы NLX состоит в том, что, в отличие от LPX, системная плата подключается к разъему вертикально расположенной дополнительной платы. Подобная конст рукция позволяет извлечь системную плату без отключения вертикальной платы или подклю ченных к ней адаптеров. Кроме того, системная плата NLX не содержит каких-либо внутренних кабелей или подключенных к ней разъемов. Устройства, обычно подключаемые к системной плате (кабели дисковода, блоки питания, индикаторные лампы лицевой панели, разъемы вы ключателей и т.п.) подключены вместо этого к дополнительной вертикальной плате (рис. 4.10). Используя то, что основные разъемы находятся на дополнительной плате, можно снять верх нюю крышку корпуса компьютера и без особых усилий извлечь системную плату, не отключив при этом ни одного кабеля или разъема. Это позволяет невероятно быстро заменить системную плату; фактически на замену системной платы NLX у меня уходит не более 30 секунд! Плата NLX Riser, показанная на рис. 4.10, позволяет опытному технику создать систему с заранее определенными свойствами и возможностями.
Подобная конструкция имеет определенные преимущества для корпоративного рынка, где простота и легкость обслуживания являются важнейшими критериями оценки. К ее основным свойствам относится не только замена компонентов “со скоростью света”, но и высокая взаимозаменяемость системных плат, источников питания и других элементов.
Формфаeторы системных плат 233 Ниже описаны основные достоинства этого нового стандарта. -- Поддержка процессорных технологий настольных систем. Это особенно важно для более современных процессоров, возросшие размеры которых требуют увеличения геометрических параметров соответствующих теплоотводов. ?? Гибкость по отношению к быстро изменяющимся процессорным технологиям. Идея гибких систем с объединительной платой нашла новое воплощение в конструкции плат NLX, установить которые можно быстро и легко, не разбирая при этом всю сис тему на части. В отличие от традиционных систем с объединительными платами, но вый стандарт NLX поддерживают такие лидеры компьютерной индустрии, как AST, Digital, Gateway, Hewlett-Packard, IBM, Micron, NEC и др.
-- Поддержка других новых технологий. Речь здесь идет о таких высокопроизводитель ных решениях, как AGP (Accelerated Graphics Port), USB (Universal Serial Bus), техно логия модулей памяти RIMM и DIMM.
-- Быстрота и легкость обслуживания/ремонта. По сравнению с другими взаимозаме няемыми формфакторами промышленного стандарта системы NLX позволяют значи тельно снизить время, необходимое для замены или обслуживания компонентов. 234 Глава 4. Системные платы Учитывая неуклонно возрастающую роль мультимедиа-приложений, разработчики встроили в новую системную плату еще и поддержку таких возможностей, как воспроизведе ние видеоданных, расширенные средства для обработки графики и звука. И если в прошлом использование мультимедиа-технологий требовало затрат на различные дополнительные пла ты, то теперь необходимость в них отпала. Расположение основных компонентов системы NLX показано на рис. 4.11. Обратите вни мание, что, как и в системе ATX, отсеки для установки дисководов и другие смонтированные в корпусе компоненты не мешают системной плате. Кроме того, системная плата и платы ввода-вывода (установленные по аналогии с формфактором LPX параллельно системной пла те) могут быть легко извлечены из корпуса, при этом плата NLX Riser и платы расширения останутся на месте. Подобная конструкция обеспечивает свободный доступ к процессору и значительно улучшает его охлаждение.
Этот разъем установлен не на дополнительной плате, как, например, разъемы PCI или ISA, а непосредственно на системной плате. Это связано с тем, что технология AGP была разработана гораздо позже, чем появился формфактор NLX. В системах NLX обычно исполь зуется не отдельная плата AGP, а встроенный или интегрированный видеоадаптер. Если в системе установлен адаптер AGP, то, перед тем как заняться обслуживанием системной пла ты, адаптер необходимо извлечь. Кроме того, плата AGP, используемая в системе NLX, должна иметь другой формфактор, который позволил бы освободить место для заднего разъ ема системной платы NLX.
Формфакторы системных плат 235 Существует три типоразмера длин системной платы NLX: 13,6 дюйма, 11,2 дюйма и 10 дюймов (рис. 4.13). Для того чтобы установить плату меньшей длины в корпус, разрабо танный для более длинной платы, потребуется специальный кронштейн. Рис. 4.12. Высокопроизводительный AGP-видеоадаптер Erazor III Pro от компании Elsa конструкции PCB, устанавливаемый в стандартную систему ATX/Baby-AT или NLX. Этот адаптер отличается наличием свободного пространства между разъемом порта AGP и схемами платы для соответствия тыльной части разъема системной платы NLX. Фотография предоставлена компанией Elsa AG 236 Глава 4. Системные платы Системная плата NLX, как и большинство формфакторов, отличается уникальной конст рукцией гнезд ввода-вывода и схемой расположения разъемов. Достаточно только взглянуть на тыльную часть системы, чтобы определить тип ее системной платы. На рис. 4.14 пред ставлена уникальная ступенчатая конструкция области разъемов ввода-вывода платы NLX. Подобная конструкция предусматривает расположение всех основных разъемов в нижнем ря ду, а также обеспечивает возможность подключения сдвоенных разъемов.
Как видите, целью разработки формфактора NLX было достижение максимальной гибко сти и наиболее эффективного использования пространства системной платы. Даже длинные платы ввода-вывода в этой системе устанавливаются достаточно легко, не встречая препятст вий со стороны других компонентов системы (что было, например, проблемой для систем формфактора Baby-AT).
Спецификация формфактора NLX и связанная с ним информация может быть получена на Web-узле Desktop Form Factor по адресу: http://www.formfactors.org. Формфакторы ATX, mini-ATX, micro-ATX, flex-ATX и NLX станут наиболее используемыми практически во всех будущих системах. Эти формфакторы являются современными стандартами компьютерного рынка, поэтому следует избегать более ранних, устаревших формфакторов (например, Baby- AT). Я также рекомендую отказаться от использования LPX и других оригинальных систем, возможность расширяемости которых весьма проблематична. Например, система LPX отли чается не только сложностью замены системной платы, но и отсутствием слотов расширения и дополнительных отсеков для установки дисководов. В общем, плата ATX является наибо лее приемлемым вариантом для современных систем, в которых воплощены принципы рас ширяемости, возможности обновления, низкой стоимости и легкости обслуживания.
WTX
Формфактор систем и системных плат WTX разрабатывался для рабочих станций средне го уровня. WTX по своим параметрам ненамного отставал от ATX и определял размер/форму системной платы, а также интерфейс платы и корпуса, разработанный в соответствии с осо бенностями формфактора.
Формфактор WTX версии 1.0 был представлен в сентябре 1998 года, а в феврале 1999 года появилась его следующая версия (1.1). Спецификация формфактора WTX и связан ная с ним информация находилась на Web-узле http://www.wtx.org. К сожалению, на дан ный момент эта информация недоступна, так как этот узел закрыт. Я не уверен в том, что эти данные когда-либо еще появятся.
Некоторые из представленных систем формфактора WTX разрабатывались в качестве серверов. Обратите внима ние, что свободный доступ к внутренним компонентам системы обеспечивается за счет вы движения сборочных модулей и возможности открывать боковые панели. Системные платы WTX, максимальная ширина которых достигает 14 дюймов (356 мм), а максимальная длина 16,75 дюйма (425 мм), гораздо больше плат ATX. Минимальные разме ры платы не ограничены, поэтому производители могут уменьшать размеры плат в соответ ствии с монтажными критериями.
Официальные требования по установке и расположению системной платы WTX не опре делены, что позволяет обеспечить необходимую гибкость конструкции. Точное расположе ние и размер крепежных отверстий также не указывается; вместо этого системная плата WTX устанавливается на стандартной монтажной плате, которая должна быть поставлена в ком плекте с системной платой. Конструкция корпуса WTX позволяет установить монтажную плату с присоединенной к ней системной платой.
Формфаeторы системных плат 237
Последовательный порт B
Последовательный порт A
Клавиатура или мышь PS/2
Видео
Клавиатура или USB
порт 1 мышь PS/2
USB
порт 0
Вход Параллельный порт
Выход
Разъем RJ
45 238 Глава 4. Системные платы Системные платы оригинальной разработки
Системные платы, которые не обладают одним из стандартных формфакторов (полноразмерный AT, Baby-AT, ATX, mini-ATX, micro-ATX или NLX), называются систем ными платами оригинальной разработки. Не рекомендуется покупать компьютер с систем ными платами нестандартных конструкций, поскольку в них не предусмотрено условие заме ны системной платы, источника питания или корпуса, что значительно ограничивает возмож ности модернизации. Компьютеры с такими платами также трудно ремонтировать. Проблема состоит в том, что комплектующие для замены можно достать только у изготовителя системы и они обычно во много раз дороже стандартных. По истечении срока гарантии систему с та кой платой не стоит восстанавливать. Если системная плата выйдет из строя, дешевле купить новую стандартную систему целиком, поскольку такая плата в пять раз дороже новой стан дартной системной платы. Кроме того, новая системная плата со стандартным формфакто ром, скорее всего, будет обладать более высоким быстродействием, чем заменяемая. Следует заметить, что существует возможность ограниченной модификации систем ран них версий, содержащих системные платы оригинальных конструкций. Это возможно благо даря замене нестандартного процессора подключенным к нему регулятором напряжения, ко торый обычно называется микросхемой “перевозбуждения” (overdrive) или ускоренного ре жима (turbo). К сожалению, подобная модификация далеко не всегда позволяет сочетать более дешевый новый процессор и системную плату. Как правило, следует обновлять сис темную платы вместе с процессором, что невозможно выполнить в оригинальной системе. Конструкция распространенной системной платы LPX является основой большей части оригинальных систем. Подобные системы продаются в основном по каналам розничной тор говли. В системах этого класса традиционно доминировали компании Compaq (правда, сей час в некоторых современных системах используется уже стандартный промышленный формфактор), Hewlett-Packard (серия Vectra) и Packard Bell (которая уже прекратила свое су ществование). В целом всем перечисленным системам свойственны проблемы, характерные для любых систем оригинальных конструкций.
Если, например, выйдет из строя системная плата в компьютере класса AT (или в PC лю бого другого класса, использующего системную плату и корпус типа ATX, либо в более уста ревших Baby-AT), можно найти сколько угодно системных плат подходящей конструкции с разными процессорами и быстродействием по вполне приемлемым ценам. Если же выйдет из строя системная плата уникальной конструкции, то придется обращаться к фирме производителю. При этом практически не будет возможности подобрать плату с более каче ственным процессором, чем тот, который был у вас. Другими словами, осуществлять модер низацию и ремонт подобных компьютеров сложно и, как правило, невыгодно. Компьютеры, продаваемые ведущими фирмами, такими как Dell, Gateway и Micron, име ют стандартный формфактор ATX, micro-ATX и NLX, и поэтому с их модернизацией не воз никнет проблем в будущем. Эти формфакторы позволяют легко заменить системную плату, источник питания и другие компоненты, причем найти новые компоненты вы сможете не только у производителей первоначальной системы.
Объединительные платы
Системные платы в полном комплекте установлены не во всех компьютерах. В некоторых системах компоненты, обычно расположенные на системной плате, устанавливаются в плату расширения. В таких компьютерах главная плата с разъемами называется объединительной платой, а компьютеры, использующие такую конструкцию, — компьютерами с объедини тельной платой.
Формфаeторы системных плат 239 Существует два основных типа систем с объединительными платами: пассивные и актив ные. Пассивные объединительные платы вообще не содержат никакой электроники, кроме разве что разъемов шины и нескольких буферов и драйверных схем. Все остальные схемы обычных системных плат размещены на платах расширения. Есть пассивные системы, в ко торых вся системная электроника находится на единственной плате расширения. Практиче ски это настоящая системная плата, но она должна быть вставлена в разъем на пассивной объединительной плате. Такая конструкция была разработана для того, чтобы как можно бо лее упростить модернизацию системы и замену в ней любых плат. Но из-за высокой стоимо сти системных плат нужного типа подобные конструкции крайне редко встречаются в персо нальных компьютерах. А вот в промышленных системах пассивные объединительные платы весьма популярны. И еще их можно встретить в некоторых мощных серверах. На рис. 4.16 показана плата Pentium II/III для пассивных систем, а на рис. 4.17 — корпус этой системы. Системы (иногда называемые одноплатными компьютерами), содержащие в себе системные и пассивные объединительные платы, являются наиболее распространенной конструкцией по добного вида. Обычно они используются в промышленных или лабораторных системах стоеч ного исполнения. Эти системы отличаются большим количеством разъемов, сверхмощными ис точниками питания и высокой производительностью; для таких систем характерна обратная схема охлаждения, используемая для нагнетания давления внутри корпуса с помощью охлаж денного фильтрованного воздуха. Более подробная информация, относящаяся к указан ным стандартам, представлена на Web-узле PICMG по адресу: www.picmg.org. Как видите, плата обеспечивает согла сование шин PCI и ISA с системной платой, содержит разъем AGP, два сетевых гнезда Ethernet, 68-контактный разъем Wide SCSI, а также интерфейсы параллельного и последовательного портов, жестких дисков IDE и накопителя на гибких дисках 240 Глава 4. Системные платы Активные объединительные платы включают схемы управления шиной и множество других компонентов. Большинство таких плат содержат всю электронику обычной системной платы, кроме процессорного комплекса. Процессорным комплексом называют ту часть схемы платы, которая включает сам процессор и непосредственно связанные с ним компоненты — тактовый генератор, кэш и т.д. Если процессорный комплекс расположен на отдельной плате, то упроща ется операция замены процессора более новым. В такой системе достаточно заменить только эту плату, а системную плату менять не обязательно. Получается, что у вас как бы модульная системная плата с заменяемым процессорным комплексом. Большинство современных компью теров с объединительной платой используют именно активную плату с отдельным процессор ным комплексом. Компании Compaq и IBM используют такую конструкцию в своих самых мощных системах серверного класса. Активные объединительные платы позволяют легко и с наименьшими затратами модернизировать систему, поскольку плата процессорного комплекса гораздо дешевле системной. К сожалению, интерфейс процессорных комплексов до сих пор не стандартизирован, поэтому такие платы рекомендуется покупать только у производителя систе мы. Это сужает рынок и, естественно, приводит к росту цен, так что в результате полная сис темная плата другого производителя может оказаться даже дешевле.
Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. В конце 1970-х годов в большинстве компьютеров известных производителей использовались объединительные платы. Позже Apple и IBM перешли к системным платам, поскольку при массовом производстве такая конструкция ока залась дешевле. Однако теоретически преимуществом систем с объединительной платой остается то, что их легче модернизировать до нового процессора и нового уровня производительности (для этого требуется заменить только лишь небольшую второстепенную плату). В компьютерах с сис темной платой для замены процессора часто приходится менять всю системную плату, что намно го сложнее. Но модернизация систем с объединительной платой может обойтись гораздо дороже. Компоненты системной платы 241 Следующий шаг для вытеснения с рынка систем с объединительной платой сделали мо дернизируемые процессоры. Все процессоры Intel — 486, Pentium, Pentium MMX и Pentium Pro — могут быть заменены более быстрыми, называемыми обычно OverDrive. Конечно, мо дернизация компьютера будет и дешевле и проще, если вместо системной платы заменить только сам процессор более быстрым и современным.
Ограниченные поставки системных или процессорных плат приводят к тому, что они оказы ваются дороже новых системных плат промышленного стандарта. Системные платы объедини тельной конструкции обычно используются в высокопроизводительных промышленных или ла бораторных системах, чаще всего стоечного исполнения. Для обычных компьютеров лучше воспользоваться стандартными платами формфактора ATX, что будет гораздо дешевле. Замечание
Неeоторые компании предлаaают сменные процессорные платы, eоторые, по сoти, отeлючают aлавный про цессор и память, перекладывая на себя их фoнeции, тем самым превращая сoществoющoю системнoю платo в аeтивнoю объединительнoю плату. Стоимость сменных плат значительно выше, чем стоимость новой систем ной платы или процессора. В таeой eонстрoeции обычно использoется более дороaая память SO-DIMM и от сoтствoет поддержeа видеоадаптеров AGP.

Компоненты системной платы

В современную системную плату встроены такие компоненты, как гнезда процессоров, разъ емы и микросхемы. Самые современные системные платы содержат следующие компоненты:
-- гнездо для процессора;
-- набор микросхем системной логики (компоненты North/South Bridge или Hub);
-- микросхема Super I/O;
-- базовая система ввода-вывода (ROM BIOS);
-- гнезда модулей памяти SIMM/DIMM/RIMM;
-- разъемы шин ISA/PCI/AGP;
-- разъем AMR (Audio Modem Riser);
-- разъем CNR (Communications and Networking Riser);
-- преобразователь напряжения для центрального процессора;
-- батарея.
Некоторые системные платы также включают интегрированные аудио- и видеоадаптеры, се тевой и SCSI-интерфейсы, а также другие элементы, в зависимости от типа системной платы. Все стандартные компоненты обсуждаются далее в главе.

Гнезда для процессоров

Процессоры можно устанавливать в гнезда типа Socket или Slot. Процессоры, разрабатываемые Intel (начиная с 486-го), пользователь может устанавливать и заменять самостоятельно. Были разработаны стандарты для гнезд типа Socket, в которые можно установить различные модели конкретного процессора. Каждый тип гнезда Socket или Slot имеет свой номер. Любая системная плата содержит гнездо типа Socket или типа Slot; по номеру можно 242 Глава 4. Системные платы точно определить, какие типы процессоров могут быть установлены в данное гнездо. Более под робно гнезда процессоров описываются в главе 3, “Типы и спецификации микропроцессоров”. Гнезда для процессоров до 486-го не были пронумерованы; их взаимозаменяемость огра ниченна. В табл. 4.3 указаны микросхемы, которые можно установить в различные гнезда ти па Socket или Slot.
Изначально, процессоры всех типов устанавливались в гнезда (или впаивались непосред ственно в системную плату). С появлением Pentium II и первых версий процессоров Athlon, компании Intel и AMD перешли к другой конструкции, разработанной вследствие того, что в процессоры была включена встроенная кэш-память второго уровня, приобретаемая в виде отдельных микросхем памяти Static RAM (SRAM) у сторонних производителей. Таким обра зом, процессор содержал в себе уже несколько различных микросхем, установленных на до черней плате, которая, в свою очередь, была подключена в разъем системной платы. Основ ным недостатком этой весьма неплохой конструкции являются дополнительные расходы, связанные с приобретением микросхем кэш-памяти, дочерней платы, разъема, корпуса или упаковки, механизмов поддержки и подставок для установки процессора и теплоотвода. В ре зультате себестоимость процессора, монтируемого на отдельной плате, оказалась значитель но выше по сравнению с предшествующими версиями процессоров Socket.
С появлением второго поколения процессоров Celeron компания Intel начала интегриро вать кэш-память второго уровня непосредственно в кристалл процессора, не добавляя в схему процессора каких-либо дополнительных микросхем. Второе поколение процессоров Pentium III (кодовое имя Coppermine), процессоры K6-3, Duron (кодовое имя Spitfire) и второе поколение процессоров Athlon (кодовое имя Thunderbird) компании AMD (ранние версии процессора Thunderbird Athlon имеют конфигурацию Slot A) также содержат встроенную кэш-память второго уровня. Появление встроенного кэша позволило вернуться к однокри стальной конструкции процессора, а следовательно, отказаться от его установки на отдельной плате. В результате интеграции кэш-памяти второго уровня производители вернулись к кон струкции Socket, которая сохранится, вероятно, в обозримом будущем. В настоящее время конструкция процессоров Socket используется практически во всех современных моделях. Кроме того, интеграция кэш-памяти позволила повысить рабочую частоту кэша второго уровня с половины или одной трети до полной тактовой частоты процессора. Характерной особенностью процессора Itanium является корпус, содержащий кэш-память третьего уровня, также устанавливаемый в гнездо системной платы.

Наборы микросхем системной логики

Современные системные платы невозможно представить без микросхем системной логи ки. Набор микросхем подобен системной плате. Другими словами, две любые платы с одина ковым набором микросхем функционально идентичны. Набор микросхем системной логики включает в себя интерфейс шины процессора (которая называется также Front-Side Bus или FSB), контроллеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п. Все схемы системной платы также содержатся в наборе микросхем. Если сравнивать процессор компью тера с двигателем автомобиля, то аналогом набора микросхем является, скорее всего, шасси. Оно представляет собой металлический каркас, служащий для установки двигателя и выпол няющий роль промежуточного звена между двигателем и внешним миром. Набор микро схем — это рама, подвеска, рулевой механизм, колеса и шины, коробка передач, карданный вал, дифференциал и тормоза. Шасси автомобиля представляет собой механизм, преобра зующий энергию двигателя в поступательное движение транспортного средства. Набор мик росхем, в свою очередь, является соединением процессора с различными компонентами ком пьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптера и различными устройствами без помощи наборов микросхем. Если воспользоваться медицинской термино логией и сравнить процессор с головным мозгом, то набор микросхем системной логики по праву займет место позвоночника и центральной нервной системы.
244 Глава 4. Системные платы Набор микросхем управляет интерфейсом или соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущно сти, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, на верное, более важных, чем процессор. Мне приходилось видеть системы с мощными процес сорами, которые проигрывали в быстродействии системам, содержащим процессоры мень шей частоты, но более функциональные наборы микросхем. Во время соревнований опытный гонщик часто побеждает не за счет высокой скорости, а за счет умелого маневрирования. При компоновке системы я бы начинал в первую очередь с набора микросхем системной логики, так как именно от его выбора зависит эффективность процессора, модулей памяти, устройств ввода-вывода, а также разнообразные возможности расширения.

Эволюция микросхем

Чтобы заставить компьютер работать, на первые системные платы IBM PC пришлось ус тановить много микросхем. Кроме процессора, на системную плату было установлено мно жество других компонентов: генератор тактовой частоты, контроллер шины, системный тай мер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, память CMOS, часы и контроллер клавиатуры. Наконец, чтобы обеспечить работу установленных компонентов, понадобился еще ряд микросхем, а также процессор, математический сопроцессор (модуль для выполне ния операций над числами с плавающей запятой) и память. В табл. 4.4 перечислены все пер вичные компоненты, использовавшиеся в оригинальных системных платах PC/XT и AT. В схеме системной платы оригинальных систем РС и ХТ, кроме процессора/сопроцессора, также использовался набор из шести микросхем. В компьютерах АТ и системах более поздних версий, IBM перешла к набору из девяти микросхем, куда были добавлены дополнительные прерывания, микросхемы контроллера DMA и энергонезависимая микросхема CMOS RAM/Real-time Clock (часы истинного времени). Компоненты микросхем системной платы большей частью были изготовлены компанией Intel или другими производителями по ее лицен зии, за исключением микросхемы CMOS/Clock, созданной компанией Motorola. Для создания аналога или копии одной из систем IBM требовались все указанные компоненты, а также более сотни дискретных логических микросхем, соединяющих конструкцию в одно целое. Основными недостатками подобной конструкции стали высокая себестоимость системной платы и отсутст вие свободного места для интегрирования других функциональных компонентов. В 1986 году компания Chips and Technologies представила качественно новый компонент, названный 82C206, который и стал основной частью первого набора микросхем системной логики системной платы PC. Эта единственная микросхема выполняла все основные функции микросхем системной платы в компьютерах, совместимых с AT, а именно: функции генера тора тактовой частоты (микросхема 82284), контроллера шины (микросхема 82288), систем ного таймера (микросхема 8254), двух контроллеров прерываний (микросхема 8259), двух контроллеров прямого доступа к памяти (микросхема 8237) и даже микросхемы CMOS памяти и часов (микросхема MC146818). Кроме процессора, все основные компоненты сис темной платы PC были заменены одной микросхемой. Четыре дополнительные микросхемы использовались в качестве буферов и контроллеров памяти, расширяя возможности компо нента 82C206. На системной плате было всего пять микросхем. Этому набору микросхем сис темной логики компания Chips and Technologies присвоила название CS8220. Это был корен ной переворот в производстве системных плат для PC. Не только значительно снизилась стоимость системной платы и упростилась ее конструкция, но и появилась возможность реа лизации функций, для которых прежде устанавливались платы расширения. Позже четыре микросхемы, установленные дополнительно к 82C206, были заменены новым набором, со стоявшим только из трех микросхем; этот набор назывался New Enhanced AT (NEAT) CS8221. А еще через некоторое время появился набор микросхем системной логики 82C836 Single Chip AT (SCAT), который состоял всего из одной микросхемы.
Идею набора микросхем системной логики поддержали и другие изготовители микро схем. Компании Acer, Erso, Opti, Suntac, UMC, VLSI и другие стремились захватить свою до лю рынка. К сожалению, у многих из них положение на рынке наборов микросхем системной логики было неустойчивым: цены быстро менялись, и многие компании потерпели неудачу. Например, в 1993 году VLSI доминировала на рынке наборов микросхем системной логики, а на следующий год чуть не стала банкротом. В 1994 году на рынке появился новый изготови тель наборов микросхем системной логики — Intel. Через год эта компания уже полностью контролировала рынок. Большинство системных плат в настоящее время имеют набор мик росхем системной логики, разработанный Intel.
Некоторое время спустя Intel начала конкурентную борьбу с другими разработчиками набо ров микросхем, причиной чего явилась зависимость Intel от памяти RDRAM. В 1996 году Intel подписала контракт с компанией Rambus, объявив о всесторонней поддержке памяти RDRAM при создании наборов микросхем для настольных компьютеров вплоть до 2001 года. Я подозре ваю, что Intel пришлось не раз об этом пожалеть. Память RDRAM, не имеющая каких-либо не вероятных преимуществ по отношению к SDRAM, отличается от нее гораздо более высокой се бестоимостью. По сути, быстродействие памяти этого типа ниже, чем SDRAM с удвоенной ско ростью передачи данных (DDR), которая завоевывает все большую популярность. Как результат, Intel начала разрабатывать набор микросхем, поддерживающий DDR SDRAM (кодовое имя Brookdale), который должен быть выпущен в конце 2001 или в начале 2002 года. Несколько производителей все же нашли свою нишу на рынке, занявшись производством наборов микросхем для процессоров компании AMD, таких как AMD K6, Athlon и Duron. Речь идет о таких компаниях, как ALi (Acer Laboratories, Inc.), VIA Technologies и SiS (Silicon integrated Systems). Chips and Technologies выжила благодаря тому, что заняла существенную долю рынка видеоадаптеров для портативных компьютеров. В 1998 году Intel купила эту компанию, чтобы начать разработку собственных видеоадаптеров.

Наборы микросхем системной логики компании Intel

В настоящее время Intel занимает доминирующее положение на рынке наборов микро схем системной логики. Необходимо заметить, что это стало возможно в значительной мере благодаря компании Compaq, с помощью которой Intel вышла на первое место в производст ве микросхем.
Все началось с того, что в 1989 году Compaq разработала шину EISA, которая, как пред полагалось, должна была стать стандартом рынка. Но компания отказалась предоставить сто ронним разработчикам набор микросхем системной логики для этой шины (т.е. набор специ альных микросхем, необходимых для функционирования шины EISA на системной плате). В Intel было принято решение о поставке наборов микросхем системной логики сборщикам компьютеров на основе системных плат EISA. Шина EISA, как известно, потерпела неудачу, сумев лишь на короткое время занять свободную нишу серверного рынка. Однако Intel за это время успела приобрести бесценный опыт в производстве наборов микросхем. С появлением процессоров 286 и 386 оказалось, что создание наборов микросхем, соответствующих новым конструкциям процессоров, отнимает у компаний-производителей слишком много времени и приводит к задержке выпуска системных плат, поддерживающих эти процессоры. Например, между появлением процессора 286 и выпуском первой системной платы, созданной на его осно ве, прошло более двух лет, а для создания первых системных плат на основе процессора 386 по требовалось чуть более года. Количество продаваемых процессоров Intel было ограничено от сутствием Intel-совместимых системных плат от других производителей. Поэтому в Intel решили вести параллельную разработку процессоров и наборов логических микросхем, используемых в системных платах. Это привело к качественному скачку в производстве системных плат, обес печив производителей готовыми наборами микросхем системной логики.
Столь важное решение вскоре получило практическое подтверждение. В апреле 1989 года одновременно с процессором 486 Intel выпустила набор микросхем серии 420. Это позволило производителям практически сразу начать производство системных плат, и первые платы се рии 486 появились буквально через несколько месяцев. Нельзя сказать, что подобная практи ка обрадовала других производителей; ведь в лице Intel они получили достойного конкурента. Начиная с 1989 года Intel стала создавать процессоры и наборы микросхем системной ло гики, что составляет примерно 90% компонентов типичной системной платы. Что может по служить лучшей гарантией совместимости аппаратных компонентов, чем системная плата и процессор Pentium, изготовленные в одно время одним производителем и предназначенные друг для друга? В 1993 году Intel одновременно с первым процессором Pentium представила набор микросхем системной логики 430LX, а также полностью законченную системную пла ту. Это вызвало огорчения не только производителей наборов микросхем, но и компаний, за нимающихся сборкой системных плат. Мало того что Intel была основным поставщиком компонентов, необходимых для формирования системных плат (процессоры и наборы мик росхем системной логики), но она занялась производством и продажей готовых системных плат! К 1994 году Intel не только доминировала на рынке процессоров и наборов микросхем, но, по сути, монополизировала рынок системных плат.
В наши дни, наряду с разработкой процессоров, Intel продолжает заниматься созданием наборов микросхем системной логики и системных плат, т.е. представление и выпуск нового продукта происходит практически одновременно. Подобный подход позволяет избавиться от свойственных началу компьютерной эпохи задержек, которые возникают между созданием новых процессоров и появлением системных плат, где они могут быть использованы. С точки Эволюция миeросхем 247 зрения потребителя, это означает, в первую очередь, возможность скорейшего использования новой системы. Начиная с 1993 года, т.е. с момента появления оригинального процессора Pentium, пользователи получили возможность приобретать готовые системы в день выпуска нового процессора.
На семинарах я часто спрашиваю, у кого из студентов есть компьютер Intel. Ответ на этот вопрос известен заранее. Компания Intel не занимается продажей или поставкой компьютеров под собственным именем, поэтому систем “торговой марки Intel” не существует. Но в том случае, если компьютер содержит системную плату Intel, его можно уверенно называть ком пьютером Intel, по крайней мере по отношению к некоторым компонентам. Имеет ли какое либо значение, в каком корпусе и под каким именем компания Dell, Gateway или Micron уста новила системную плату Intel?
Если снять крышку корпуса, то обнаружится, что большинство систем основных произво дителей практически одинаковы, так как состоят из одних и тех же компонентов. В последнее время производители все чаще и чаще предлагают системы, созданные на базе процессоров Athlon и Duron компании AMD, в качестве альтернативы системам Intel. Но, несмотря на это, нет такого производителя, который смог бы занять лидирующее положение на рынке систем ных плат AMD, используя методы Intel.
Во многих недорогих системах, продаваемых в розницу и созданных на основе формфак тора micro-ATX, используются системные платы других производителей, что позволяет удерживать цены на постоянном уровне. Несмотря на то что многие компании производят Intel-совместимые системные платы, используемые для модернизации систем или локальных компьютерных сборок, Intel все еще занимает доминирующее положение среди основных по ставщиков OEM на рынке систем средней и высшей ценовых категорий. Ниже приведен шаблон нумерации наборов микросхем системной логики компании Intel. Номер набора микросхем системной логики Поколение процессора 420xx P4 (486) 430xx P5 (Pentium) 440xx P6 (Pentium Pro/Pentium II/Pentium III) 8хх P6 (Pentium II/Pentium III) с архитектурой Hub 450xx P6 Server (Pentium Pro/Pentium II/III Xeon) По номеру на большей микросхеме системной платы можно идентифицировать набор микросхем системной логики. Например, в системах на базе процессоров Pentium II/III широ ко используется набор микросхем системной логики 440BX, который состоит из двух компо нентов: 82443BX North Bridge и 82371EX South Bridge. Набор микросхем 850 поддерживает Pentium 4 и состоит из двух основных частей: 82850 Memory Controller Hub (MCH) и 82801BA I/O Controller Hub (ICH2). Прочитав логотип компании (Intel или какой-либо дру гой), а также номера компонентов и комбинации символов микросхем системной платы, можно легко идентифицировать набор микросхем, используемый в конкретной системе. При создании наборов микросхем Intel использует два различных типа архитектуры: North/South Bridge и более современную hub-архитектуру, которая используется во всех по следних наборах микросхем системной логики серии 800. 248 Глава 4. Системные платы Наборы микросхем для процессоров AMD Athlon/Duron Выпустив на рынок процессоры Athlon/Duron, компания AMD пошла на рискованный шаг: для них не существовало наборов микросхем системной логики, а кроме того, они были несовместимы с существующими разъемами Intel для процессоров Pentium II/III и Celeron. Вместо “подгонки” к существующим стандартам Intel компания AMD разработала собствен ный набор микросхем и на его базе системные платы для процессоров Athlon/Duron. Этот набор микросхем получил название AMD 750 (кодовое название Irongate) и поддер живает процессоры Socket/Slot A. Он состоит из микросхем 751 System Controller (компонент North Bridge) и 756 Peripheral Bus Controller (компонент South Bridge). Не так давно AMD представила набор микросхем AMD-760 для процессоров Athlon/Duron, который является первым основным набором микросхем системной логики, поддерживающим память DDR SDRAM. Он состоит из двух микросхем: AMD-761 System Bus Controller (компонент North Bridge) и AMD-766 Peripheral Bus Controller (компонент South Bridge). Ряд компаний, в число которых вошли VIA Technologies и SiS, создали несколько наборов микросхем, разработан ных специально для процессоров AMD типа Socket/Slot A. Это дало возможность компаниям производителям разработать несколько типов системных плат, поддерживающих указанные микросхемы и процессоры Athlon/Duron, что позволило, в свою очередь, отхватить изрядную долю рынка у компании Intel.
Архитектура North/South Bridge Большинство ранних версий наборов микросхем Intel (и практически все наборы микро схем других производителей) созданы на основе многоуровневой архитектуры и содержат компоненты North Bridge и South Bridge, а также микросхему Super I/O. -- North Bridge. Этот компонент представляет собой соединение быстродействующей шины процессора (400/266/200/133/100/66 МГц) с более медленными шинами AGP (533/266/133/66 МГц) и PCI (33 МГц).
-- South Bridge. Этот компонент является мостом между шиной PCI (66/33 МГц) и более медленной шиной ISA (8 МГц).
-- Super I/O. Это отдельная микросхема, подсоединенная к шине ISA, которая фактиче ски не является частью набора микросхем и зачастую поставляется сторонним произ- водителем, например National Semiconductor или Standard Microsystems Corp. (SMSC). Микросхема Super I/O содержит обычно используемые периферийные элементы, объ единенные в одну микросхему.
Наборы микросхем, созданные за последние годы, позволяют поддерживать различные типы процессоров, скорости шин и схемы периферийных соединений.
Расположение всех микросхем и компонентов типичной системной платы AMD Socket A, использующей архитектуру North/South Bridge, показано на рис. 4.18. North Bridge иногда называют контроллером PAC (PCI/AGP Controller). В сущности, он яв ляется основным компонентом системной платы и единственной, за исключением процессора, схемой, работающей на полной частоте системной платы (шины процессора). В современных наборах микросхем используется однокристальная микросхема North Bridge; в более ранних версиях находилось до трех отдельных микросхем, составляющих полную схему North Bridge. South Bridge — компонент в наборе микросхем системной логики с более низким быстро действием; он всегда находился на отдельной микросхеме. Одна и та же микросхема South Bridge может использоваться в различных наборах микросхем системной логики. (Различные типы схем North Bridge, как правило, разрабатываются с учетом того, чтобы мог использо ваться один и тот же компонент South Bridge.) Благодаря модульной конструкции набора микросхем системной логики стало возможным снизить стоимость и расширить поле дея тельности для изготовителей системных плат. South Bridge подключается к шине PCI (33 МГц) и содержит интерфейс шины ISA (8 МГц). Кроме того, обычно он содержит две схемы, реализующие интерфейс контроллера жесткого диска IDE и интерфейс USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), а также схемы, реализующие функции памяти CMOS и часов. South Bridge содержит также все компоненты, необходимые для шины ISA, включая контроллер прямого доступа к памяти и контроллер прерываний. Микросхема Super I/O, которая является третьим компонентом системной платы, соеди нена с шиной ISA (8 МГц) и содержит все стандартные периферийные устройства, встроен ные в системную плату. Например, большая часть микросхем Super I/O поддерживает парал лельный порт, два последовательных порта, контроллер гибких дисков, интерфейс клавиату ра/мышь. К числу дополнительных компонентов могут быть отнесены CMOS RAM/Clock, контроллеры IDE, а также интерфейс игрового порта. Системы, содержащие порты IEEE- 1394 и SCSI, используют для портов этого типа отдельные микросхемы.
250 Глава 4. Системные платы Hub-архитектура
В новой серии 800 набора микросхем используется hub-архитектура, в которой компонент North Bridge получил название Memory Controller Hub (MCH), а компонент South Bridge — I/O Controller Hub (ICH). В результате соединения компонентов посредством шины PCI обра зуется стандартная конструкция North/South Bridge. В hub-архитектуре соединение компо нентов выполняется с помощью выделенного hub-интерфейса, скорость которого вдвое выше скорости шины PCI. Hub-архитектура обладает некоторыми определенными преимуществами по отношению к традиционной конструкции North/South Bridge. -- Увеличенная пропускная способность. Hub-интерфейс представляет собой 8-разрядный интерфейс 4X (четырехтактный) с тактовой частотой 66 МГц (4 ? 66 МГц ? 1 байт = 266 Мбайт/с), имеющий удвоенную по отношению к PCI пропускную способность (33 МГц ? 32 байт = 133 Мбайт/с).
-- Уменьшенная загрузка PCI. Hub-интерфейс не зависит от PCI и не участвует в перерас пределении или захвате полосы пропускания шины PCI при выполнении трафика набора микросхем или Super I/O. Это повышает эффективность всех остальных устройств, под соединенных к шине PCI, которая не участвует в выполнении групповых операций. -- Уменьшение монтажной схемы. Несмотря на удвоенную по сравнению с PCI пропу скную способность, hub-интерфейс имеет ширину, равную 8 разрядам, и требует для соединения с системной платой всего лишь 15 сигналов. Шине PCI, например, для вы полнения подобной операции требуется не менее 64 сигналов, что приводит к повы шению генерации электромагнитных помех, ухудшению сигнала, появлению “шума” и в конечном итоге к увеличению себестоимости плат.
Hub-архитектура предусматривает увеличение пропускной способности устройств PCI, что связано с отсутствием компонента South Bridge, передающего поток данных от микро схемы Super I/O и загружающего тем самым шину PCI. Благодаря обходу PCI hub- архитектура позволяет увеличить пропускную способность устройств, непосредственно со единенных с I/O Controller Hub (ранее South Bridge), к которым относятся новые быстродей ствующие интерфейсы ATA-100 и USB 2.0.
Конструкция hub-интерфейса, ширина которого равна 8 бит, достаточно экономична. Ши рина интерфейса может показаться недостаточной, но такая конструкция полностью себя оп равдывает. При ширине интерфейса 8 бит достаточно только 15 сигналов, в то время как 32- разрядный интерфейс шины PCI, используемый в традиционной конструкции North/South Bridge, требует 64 сигналов. Меньшее число выводов говорит о более упрощенной схеме мар шрутизации платы, уменьшении помех и повышении устойчивости сигнала. Это приводит к снижению числа выводов используемых микросхем, уменьшению их размеров и себестоимости. Несмотря на то что одновременно могут быть переданы только 8 бит информации, hub интерфейс позволяет выполнить четыре передачи за один такт, чем и достигается рабочая частота 66 МГц. В результате фактическая пропускная способность равняется 266 Мбайт/с (4 ? 66 Мгц ? 1 байт). Это вдвое больше полосы пропускания шины PCI, имеющей ширину 32 бит, но выполняющей только одну передачу с частотой 33 МГц при общей пропускной способности 133 Мбайт/с. Благодаря уменьшению ширины и увеличению скорости конструк ции hub-интерфейс позволяет достичь высокой эффективности при снижении себестоимости и повышении устойчивости сигнала.
Компонент MCH осуществляет соединение быстродействующей шины процессора (400/133/100/66 МГц) и hub-интерфейса (66 МГц) с шиной AGP (533/266/133/66 МГц); ком понент ICH, в свою очередь, связывает hub-интерфейс (66 МГц) с портами ATA (IDE) (66/l00 МГц) и шиной PCI (33 МГц).
Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 251 Кроме того, в ICH содержится новая шина Low-Pin-Count (LPC), представляющая собой 4-разрядную версию шины PCI, которая была разработана в первую очередь для поддержки микросхем системной платы ROM BIOS и Super I/O. Вместе с четырьмя сигналами функций данных, адресов и команд для функционирования шины требуется девять дополнительных сиг налов, что составит в общей сложности тринадцать сигналов. Это позволяет значительно уменьшить количество линий, соединяющих ROM BIOS с микросхемами Super I/O. Для сравне ния: в ранних версиях наборов микросхем North/South Bridge в качестве интерфейса использо валась шина ISA, количество сигналов которой равно 96. Максимальная пропускная способ ность шины LPC достигает 6,67 Мбайт/с, что примерно соответствует параметрам ISA и более чем достаточно для поддержки таких устройств, как ROM BIOS и микросхемы Super I/O. На рис. 4.19 показана типичная системная плата Intel DB850GB, использующая шинную архитектуру и поддерживающая процессор Intel Pentium 4. В отличие от некоторых менее до рогих системных плат Intel, созданных на основе hub-архитектуры, набор микросхем Intel 850 не поддерживает встроенного видеоадаптера.
Теперь познакомимся поближе с наиболее распространенными наборами микросхем, на чиная с тех, которые использовались в системных платах 486, и заканчивая последними на борами микросхем для процессоров Pentium III/Celeron и Athlon/Duron. Первые наборы микросхем системной логики 386/486 компании Intel Первый набор микросхем системной логики 82350 предназначался для процессоров 386DX и 486. Но он успеха не имел — шина EISA не получила широкого распространения. Однако по следующие наборы микросхем системной логики для процессора 486 были намного удачливее. В табл. 4.5 перечислены наборы микросхем системной логики для процессора Intel 486. Intel довольно успешно справилась с разработкой наборов микросхем системной логики для процессора 486. Уже тогда была разработана двухуровневая организация набора. А две главные составляющие — North Bridge и South Bridge — используются в наборах для всех процессоров Intel (486, Pentium, Pentium Pro и Pentium II/III).
Наборы микросхем системной логики процессоров Pentium Одновременно с появлением процессора Pentium в марте 1993 года Intel представила свой первый набор микросхем системной логики 430LX (под кодовым названием Mercury) для Pentium. Именно в этот год Intel серьезно занялась проектированием наборов микросхем сис темной логики и приложила все усилия, чтобы стать лидером на рынке. И поскольку у других производителей проектирование наборов микросхем системной логики занимало несколько месяцев, а то и год, очень скоро Intel добилась своей цели. В табл. 4.6 перечислены наборы микросхем системной логики Intel для системных плат Pentium.
Intel 430LX (Mercury) Набор микросхем системной логики 430LX был представлен в марте 1993 года вместе с появлением на рынке процессоров Pentium первого поколения. Он использовался только с первыми процессорами Pentium, которые работали на частотах 60 и 66 МГц. Для работы этих микросхем необходимо было напряжение 5 В, и устанавливались они в гнездо типа Socket 4. North Bridge в наборе микросхем системной логики 430LX состоял из трех микросхем. Основной из них был системный контроллер 82434LX, который содержал контроллер кэша и контроллер шины PCI; кроме того, в его функции входила реализация интерфейса между процессором и памятью. Имелась также пара микросхем 82433LX для ускорения интерфейса шины PCI.
Набор микросхем системной логики 430LX поддерживал:
-- один процессор;
-- кэш-память второго уровня объемом до 512 Кбайт;
-- память DRAM объемом до 192 Мбайт.
Этот набор микросхем предназначался для процессоров Pentium 60/66 МГц, 5 В. Intel 430NX (Neptune) Представленный в марте 1994 года, 430NX был первым набором микросхем системной логики для второго поколения процессоров Pentium с напряжением питания 3,3 В. Эти про цессоры устанавливались в гнезда типа Socket 5 со встроенным преобразователем напряже ния на 3,3 В/3,5 В, который использовался и для процессора, и для набора микросхем сис темной логики. Этот набор микросхем был разработан прежде всего для процессоров Pentium с тактовыми частотами от 75 до 133 МГц, хотя обычно использовался для процессоров с так товыми частотами 75 и 100 МГц. Вместе с процессором, потребляющим более низкое напря жение, этот набор микросхем работал быстрее и надежнее и расходовал меньше энергии, чем наборы микросхем системной логики для первого поколения процессоров Pentium.
Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 255 Компонент North Bridge в наборе микросхем системной логики 430NX состоял из трех микросхем. Основная микросхема 82434NX содержала контроллер кэш-памяти и оператив ной памяти (DRAM) и интерфейс управления шиной PCI. Фактически передачей данных по шине PCI управляли две микросхемы 82433NX, называемые акселераторами локальной ши ны, которые вместе с основной микросхемой и составляли North Bridge.
Компонент South Bridge (микросхема 82378ZB) набора 430NX представлял собой микро схему системного ввода-вывода (System I/O (SIO)). Этот компонент подсоединялся к шине PCI и генерировал сигналы для шины ISA малого быстродействия. По сравнению с набором Mercury (430LX) рассматриваемый набор микросхем системной логики обладал некоторыми новыми возможностями. Он мог поддерживать:
-- два процессора;
-- память объемом до 512 Мбайт.
Набор микросхем системной логики 430NX быстро стал самым популярным для компью теров с процессорами Pentium, работавшими на частотах от 75 до 100 МГц. Intel 430FX (Triton) В январе 1995 года самым популярным набором микросхем системной логики стал 430FX (Triton). Это был первый набор, который поддерживал память EDO (Extended Data Out). Она хотя и не стоила дороже, но ее быстродействие было несколько выше, чем у стандартной па мяти FPM (Fast Page Mode). К сожалению, Triton был набором микросхем системной логики для Pentium, который не поддерживал контроля четности, что нанесло главный удар по на дежности компьютеров, хотя многие тогда и не подозревали об этом.
Кроме того, набор микросхем системной логики Triton мог поддерживать только один процессор. Он не заменил 430NX, который использовался в более совершенных сетевых файл-серверах и других компьютерах, выполнявших критические задания. Компонент North Bridge в 430FX состоял из трех микросхем. Основная микросхема 82437FX выполняла функции системного контроллера, который состоял из контроллеров па мяти и кэш-памяти, интерфейса процессора и контроллера шины PCI, а две микросхемы 82438FX представляли собой тракты прохождения данных для шины PCI. South Bridge (микросхема 82371FB) был первым чипом PIIX (PCI ISA IDE Xcelerator). Эта микросхема служила мостом между шиной PCI, работающей на частоте 33 МГц, и более медленной ши ной ISA, работающей на частоте 8 МГц. Кроме того, в этой микросхеме впервые был реали зован двухканальный интерфейс IDE. Переместив интерфейс IDE с шины ISA в микросхему PIIX, удалось подключить его к шине PCI, что позволило намного увеличить скорость пере дачи данных. Благодаря этому стало возможным реализовать интерфейсы ATA-2 и Enhanced IDE и тем самым значительно повысить эффективность жесткого диска. Основные возможности 430FX:
-- поддержка памяти EDO;
-- поддержка более высокого быстродействия кэша (режим pipelined burst);
-- реализация PIIX South Bridge с быстродействующим Bus Master IDE;
-- отсутствие поддержки контроля четности в памяти;
-- поддержка только одного процессора;
-- поддержка оперативной памяти объемом не более 128 Мбайт, причем кэшироваться могли только первых 64 Мбайт.
256 Глава 4. Системные платы Возможность кэшировать только до 64 Мбайт оперативной памяти означает, что, если в вашей системе установлена оперативная память емкостью более 64 Мбайт, эффективность системы снижается. Многие считают это несерьезной проблемой, поскольку их программное обеспечение не занимает все 64 Мбайт. Это еще одна ошибка, потому что Windows 9х и Windows NT/2000 (а также другие операционные системы, например Linux) загружаются в верх ние адреса памяти. Таким образом, если вы установили оперативную память объемом 96 Мбайт (64 Мбайт + 32 Мбайт), то почти все ваше программное обеспечение, включая опе рационную систему, будет загружаться в некэшируемую область выше 64 Мбайт. Эффектив ность повышается только тогда, когда вы используете более 32 Мбайт. Попробуйте отклю чить кэш-память второго уровня, выбрав соответствующий параметр с помощью программы Setup BIOS, чтобы увидеть, как замедлится работа вашей системы. Именно такого эффекта можно ожидать, если установить более 64 Мбайт оперативной памяти на компьютере с набо ром микросхем 430FX.
Intel 430HX (Triton II) Набор микросхем системной логики Triton II 430HX был разработан Intel для замены на бора 430NX. Он поддерживает память EDO и кэш-память второго уровня типа pipeline burst. В нем также предусмотрена поддержка двухпроцессорных систем и в дополнение к средст вам контроля четности добавлена поддержка кодов с исправлением ошибок, которые не только обнаруживают, но и исправляют ошибку в одном разряде в памяти. И для всего этого понадобилась только память с контролем четности.
Этот набор микросхем системной логики подходит не только для выполняющих критиче ские задания высокоэффективных систем, например файл-серверов, но и для дешевых ком пьютеров. Если контроля четности или кодов с исправлением ошибок в памяти не требуется, этот набор микросхем можно легко сконфигурировать так, чтобы использовать более деше вую память, т.е. без контроля четности или без кодов с исправлением ошибок. Ниже приведены основные преимущества набора микросхем системной логики HX перед FX:
-- поддержка симметричной мультипроцессорной обработки (для двух процессоров);
-- поддержка кодов с исправлением ошибок (ECC) и контроля четности в памяти;
-- поддержка оперативной памяти объемом 512 Мбайт (а не 128 Мбайт);
-- кэширование оперативной памяти объемом 512 Мбайт (а не 64 Мбайт) с помощью кэш- памяти второго уровня (если установлена необязательная оперативная память Tag RAM);
-- уменьшение количества циклов при обмене с памятью;
-- поддержка версии PCI 2.1, которая допускает параллельно выполняемые операции PCI;
-- поддержка компонентом PIIX3 различных установок скорости передачи IDE/ATA на одиночном канале;
-- поддержка шины USB компонентом PIIX3 South Bridge.
Проблемы с кэшированием памяти, возникавшие в 430FX, были исправлены в 430HX. Этот набор микросхем системной логики позволял кэшировать все 512 Мбайт оперативной памяти, если было установлено необходимое количество кэш-памяти для тэгов (это неболь шая микросхема кэш-памяти, используемая для хранения адресов данных, которые содержат ся в кэше). Большинство наборов микросхем 430HX поставлялись с таким количеством мик росхем кэш-памяти для тэгов, что можно было кэшировать только 64 Мбайт оперативной па мяти, но по желанию каждый мог установить дополнительные микросхемы и кэшировать все 512 Мбайт оперативной памяти. Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 257 North Bridge в наборе микросхем системной логики 430HX был однокристальным. PIIX3 South Bridge (микросхема 82371SB) допускал независимую синхронизацию двойных каналов IDE. Иначе говоря, вы могли установить два устройства с различным быстродействием на одном и том же канале и конфигурировать скорости передачи для каждого в отдельности. Микросхемы PIIX предыдущих поколений позволяли обоим устройствам работать только с одинаковым быстродействием. Микросхема PIIX3 также поддерживала шину USB (Universal Serial Bus). К сожалению, в то время не существовало никаких устройств для подключения к USB, не было также ни операционных систем, ни драйверов для поддержки шины, а порты USB были диковинкой, и никто их не использовал. 430HX поддерживает более новый стандарт PCI 2.1, ко
торый допускает параллельное вы полнение операций PCI и тем самым увеличивает эффективность. Поддерживая память EDO и кэш-память типа pipelined burst, этот набор микросхем системной логики, возможно, ока зался самым лучшим решением для мощных компьютеров на основе Pentium. Системы на ос нове этого набора микросхем были не только эффективны, но и обладали высокой надежно стью и устойчивостью — в них поддерживались коды с исправлением ошибок в памяти. Набор микросхем системной логики 430HX использовался в файл-серверах, серверах баз данных, компьютерах для бизнес-приложений и т.д. Intel 430VX (Triton III) Набор микросхем системной логики 430VX никогда не имел официального кодового на- звания, хотя многие начали называть его Triton III. Он был разработан в качестве замены де шевого набора 430FX, но никак не для замены более мощного 430HX. Набор VX обладает только одним существенным техническим преимуществом перед HX — поддержкой памяти SDRAM, во всех других отношениях он больше похож на 430FX, чем на HX. Набор микросхем 430VX поддерживает:
-- синхронную память DRAM (SDRAM) 66 МГц;
-- коды с исправлением ошибок в памяти или отсутствие контроля четности;
-- только один процессор;
-- оперативную память объемом не более 128 Мбайт;
-- кэширование только 64 Мбайт оперативной памяти.
Хотя этот набор микросхем и поддерживает память SDRAM, фактическое быстродействие, достигаемое с помощью этой памяти, ограничено. Это происходит потому, что при хорошей кэш-памяти второго уровня потери в ней займут приблизительно 5% времени, которое система затрачивает на чтение из памяти или запись в память. Так что эффективность кэш-памяти гораз до важнее эффективности оперативной памяти. Именно поэтому большинство систем с 430HX обладают более высоким быстродействием, чем системы на основе 430VX, даже несмотря на то, что VX может использовать память SDRAM с более высоким быстродействием. Обратите внимание, что набор микросхем системной логики VX разработан для дешевых компьютеров, в большинство из которых никогда не устанавливалась память SDRAM.
Как и 430FX, VX может кэшировать только 64 Мбайт оперативной памяти. После падения цен на микросхемы памяти в 1996 году многие пользователи установили память объемом бо лее 64 Мбайт, и это ограничение стало действительно серьезным недостатком. В связи с этим набор микросхем системной логики 430VX быстро устарел и был заменен набором 430TX. 258 Глава 4. Системные платы Intel 430TX Набор микросхем системной логики 430TX не имел кодового названия, однако некоторые пользователи называют его Triton IV. Это последний набор микросхем системной логики компании Intel для Pentium. Он был разработан не только для настольных систем, но и для портативных версий Pentium, которые использовались в ноутбуках. Набор микросхем 430TX имеет некоторые преимущества перед 430VX, но, к сожалению, не поддерживает контроля четности и кодов с исправлением ошибок и может кэшировать только 64 Мбайт оперативной памяти, как и более старые наборы FX и VX. Этот набор мик росхем не предназначался для замены высококачественного 430HX, который все еще исполь зовался в системах, выполнявших наиболее сложные задания. Набор микросхем системной логики TX обладает следующими возможностями:
-- поддержка памяти SDRAM, работающей на частоте 66 МГц;
-- кэширование памяти объемом до 64 Мбайт;
-- поддержка Ultra-ATA или Ultra-DMA 33 (UDMA) интерфейса IDE передачи данных;
-- более низкое потребление мощности, что важно для портативных компьютеров;
-- отсутствие контроля четности и поддержки кодов с исправлением ошибок;
-- поддержка только одного процессора.
Если вы хотите собрать устойчивую систему для выполнения критических заданий, необ ходимо использовать подлинно высокоэффективный набор микросхем системной логики. Та кой набор должен поддерживать коды с исправлением ошибок, кэширование более чем 64 Мбайт памяти, а также процессор Pentium II/III, а не обычный Pentium. В настоящее время Intel прекратила выпуск наборов микросхем для процессоров Pentium. Наборы микросхем системной логики сторонних разработчиков для пятого поколения процессоров (P5 Pentium) Толчком к созданию наборов микросхем системной логики класса, отличного от Pentium, послужила разработка компанией AMD собственных аналогов Pentium — процессоров се мейства K5 и K6. Процессор K5 не достиг особого успеха; в отличие от него, процессоры се мейства K6 заняли доминирующее положение на рынке недорогих систем, а также стали ис пользоваться для модернизации систем Pentium. Компания AMD чаще использует компонен ты сторонних производителей, чем собственные наборы микросхем. Но возможность своевременной поставки соответствующих наборов микросхем, позволяющих поддерживать продукты AMD, помогла превратить процессор K6 и его последующие версии, Athlon и Duron, в наиболее вероятных конкурентов процессоров семейств Intel Pentium MMX и Pentium II/III/Celeron. Эта же возможность подтолкнула других поставщиков, таких как VIA, Acer Laboratories и SiS, к поддержке процессоров AMD.
AMD 640 Этот набор микросхем разработан для процессоров серий AMD K5 и K6. Набор AMD 640 состоит из системного контроллера (в 328-контактном корпусе типа BGA (Ball Grid Array)) и контроллера шины AMD-645 (в 208-контактном корпусе типа PQFP (Plastic Quad Flat Pack)). Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 259 Системный контроллер включает поддержку 64-разрядного интерфейса Socket 7, контролле ра кэша и системной памяти, а также контроллера шины PCI. Набор микросхем системной логики AMD 640 обладает следующими возможностями:
-- поддержка всех процессоров семейств AMD-K5 и AMD-K6;
-- частота шины 66 МГц;
-- низкое напряжение питания — 3,3 В;
-- поддержка кэш-памяти типа pipelined burst;
-- объем кэш-памяти 256 и 512 Кбайт, 1и 2 Мбайт;
-- поддержка памяти типа FPM, EDO, DRAM;
-- максимальный объем оперативной памяти 768 Мбайт;
-- поддержка контроля четности и кодов с исправлением ошибок;
-- поддержка PCI 2.1.
Этот набор микросхем не поддерживает другие частоты шины, кроме 66 МГц, что не по зволяет устанавливать более поздние модели процессоров K6-2 и K6-3. VIA Technologies Компания VIA Technologies, Inc. была основана в 1987 году и сразу заняла лидирующее положение среди разработчиков микросхем. Свои продукты VIA создает на основе микро схем ведущих производителей полупроводниковой продукции — Toshiba и Taiwan Semiconductor Manufacturing Corporation. Apollo VP1 Набор из четырех микросхем VT82C580VP Apollo VP1, используемый в более ранних системах Socket 5 и Socket 7, был выпущен в октябре 1995 года. Apollo VP1 является альтер нативой набору микросхем системной логики Intel 430V. Он поддерживает память SDRAM, EDO или FPM, а также конвейерную структуру кэш-памяти SRAM. В состав VP1 вошли сле дующие микросхемы: 208-контактная VT82C585VP, две 100-контактные VT82C587VP (North Bridge) и 208-контактная VT82C586 (South Bridge). Все эти микросхемы выпускались в кор пусе PQFP (Plastic Quad Flat Pack).
Apollo VP2 Набор микросхем Apollo VP2 увидел свет в мае 1996 года. Он предназначался для исполь зования в высокопроизводительных системах с гнездом Socket 7. Этот набор микросхем ли цензирован компанией AMD в собственном наборе микросхем AMD 640. Системные платы на базе Apollo VP2 могут поддерживать процессоры семейства P5, включая Intel Pentium и Pentium MMX, AMD K5 и K6, Cyrix/IBM 6x86 и 6x86MX (MII). В набор микросхем VP2 входит 328-контактная микросхема VT82C595 в корпусе BGA, которая является компонентом North Bridge и поддерживает до 2 Мбайт кэш-памяти второго уровня и до 512 Мбайт оперативной памяти DRAM. К дополнительным возможностям отно сятся: быстродействующий контроллер DRAM, позволяющий поддерживать оперативную память типа SDRAM, EDO, BEDO и FPM DRAM в различных сочетаниях с 32/64-разрядной шиной данных и построчной/постолбцовой адресацией; расширенный буфер с улучшенной производительностью; программируемый контроллер шины PCI. Для серверного использова ния и обеспечения целостности данных в набор VP2/97 включена поддержка памяти с кор рекцией ошибок (ECC) и контролем четности.
260 Глава 4. Системные платы Apollo VPX Набор микросхем VT82C580VPX Apollo VPX состоит из четырех микросхем и предна значен для системных плат с гнездом Socket 7. Он был представлен в декабре 1996 года. Apollo VPX был подобен набору Intel 430TX, но обладал большей производительностью по сравнению с ним и поддерживал новые процессоры AMD и Cyrix P5. Apollo VPX состоит из микросхем VT82C585VPX North Bridge и VT82C586B South Bridge. Этот набор микросхем совместим со спецификацией Microsoft PC97 и поддерживает технологии ACPI/OnNow, Ultra DMA/33 и USB. Системные платы на базе Apollo VPX могут поддерживать процессоры семейства P5, включая Intel Pentium и Pentium MMX, AMD K5 и K6, Cyrix/IBM 6x86 и 6x86MX (MII). В этом наборе микросхем поддерживается частота ши ны 66 и 75 МГц, а также до 2 Мбайт кэш-памяти второго уровня и 512 Мбайт оперативной памяти типа DRAM.
Apollo VP3 Это один из первых наборов микросхем для процессоров пятого поколения, который под держивает спецификацию Intel AGP. Компания Intel реализовала подобную возможность только в системных платах семейства процессоров P6. Именно благодаря этому набору мик росхем в системных платах Socket 7 можно использовать видеоадаптеры AGP. В гнездо Socket 7 можно устанавливать процессоры Intel Pentium и Pentium MMX, AMD K5 и K6, Cyrix/IBM 6x86 и 6x86MX (MII). Набор Apollo VP3 состоит из системного контроллера VT82C597 North Bridge (472- контактный корпус BGA) и VT82C586B South Bridge (208-контактный корпус PQFP). Компо нент North Bridge обеспечивает поддержку AGP спецификации 1.0 и частоту системной ши ны 66 МГц. Apollo MVP3 В этом наборе микросхем реализована поддержка новой спецификации Super 7 100 МГц. Это позволяет использовать в системных платах на базе набора микросхем Apollo MVP3 процессоры AMD K6 и Cyrix/IBM MII. Набор Apollo MVP3 состоит из двух микросхем: VT82C598AT North Bridge (476-контактный корпус BGA) и VT82C586B South Bridge (208- контактный корпус PQFP).
Микросхема VT82C598AT North Bridge включает в себя мост CPU-PCI, контроллер буфе ра и кэш-памяти второго уровня, контроллер DRAM, интерфейс AGP и контроллер PCI IDE. Данная микросхема обеспечивает высокою степень взаимодействия между процессором, фа культативной синхронной кэш-памятью, DRAM, шиной AGP, а также шиной PCI с конвейер ным, пакетным и параллельным выполнением операций. Конфигурация большей части сис темных плат позволяет использовать только память SDRAM. Несмотря на это, контроллер DRAM поддерживает стандарты FPM, EDO и SDRAM. Микросхема VT82C598AT соответст вует спецификации AGP (Accelerated Graphics Port) версии 1.0 и поддерживает частоты шины процессора 66/75/83/100 Мгц и частоту шины AGP 66 МГц.
Микросхема VT82C586B South Bridge включает в себя мост PCI-ISA, поддержку ACPI, SMBus, host/hub-интерфейс USB, ведущий регулятор Ultra-33 IDE, контроллер PS/2 Keyboard/ Mouse, а также контроллер ввода-вывода.
Этот набор микросхем, наиболее близкий по своим параметрам к Intel 430TX, поддержи вает микросхемы Socket 7 (Pentium и P5-совместимые процессоры), а также память SDRAM DIMM, и состоит из двух микросхем. Его основным отличием является возможность выпол нения операций с частотой до 100 МГц и поддержка AGP. Компонент South Bridge соответ ствует более современной микросхеме Intel PIIX4e и включает в себя UDMA IDE, USB, CMOS RAM и управление режимом питания ACPI 1.0. Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 261 Основным преимуществом Apollo MVP3 по сравнению с Intel 430TX является поддержка памяти с коррекцией ошибок и контролем четности, выполненная по принципу “bank-bybank”, что позволяет совместить модули контроля четности и ЕСС. В то же время набор Intel 430TX вообще не поддерживает функции коррекции ошибок и контроля четности. Схема синхронизации памяти FPM определяется выражением X-3-3-3, памяти EDO — X-2-2-2, а памяти SDRAM — X-1-1-1.
Другим отличием от Intel 430TX является кэшируемость памяти. Набор 430TX позволял кэшировать только до 64 Мбайт оперативной памяти. Максимальный объем кэшируемой па мяти определяется размером кэш-памяти и количеством используемых тэговых разрядов. Как правило, объем кэш-памяти второго уровня достигает 512 Кбайт или 1 Мбайт, что позволяет кэшировать соответственно до 128 или 256 Мбайт основной памяти. Кэш-память второго уровня объемом 2 Мбайт (максимальная конфигурация) позволяет увеличить объем кэши руемой памяти до 512 Мбайт. Набор микросхем Apollo MVP3 использовали в своих системных платах следующие про изводители: DFI, FIC, Tyan, Acer и др. Apollo MVP4 Этот набор микросхем разработан для использования в системных платах с гнездом Socket 7, поддерживающих процессоры AMD-K6 и VIA Cyrix MII. Набор Apollo MVP4 пред ставляет собой Apollo MVP3 и интегрированное ядро видеоадаптера AGP2x Trident Blade3D. Этот набор микросхем обладает следующими характеристиками:
-- интегрированная шина AGP2x;
-- интегрированное ядро видеоадаптера AGP2x Trident Blade3D;
-- поддержка частот шины 66/75/83/95/100 МГц;
-- возможность установки процессоров AMD-K6, AMD-K6-2, AMD-K6-III и VIA Cyrix MII с частотой до 533 МГц;
-- возможность установки до 768 Мбайт оперативной памяти SDRAM PC100;
-- интегрированные компоненты аудио AC97, ввода-вывода, USB (четыре порта), рас ширенной системы управления питанием, а также аппаратный мониторинг;
-- поддержка ATA-66.
Набор микросхем Apollo MVP4 состоит из двух микросхем: VT8501 North Bridge Controller и VT82C656A South Bridge Controller (или VT82C596B Mobile South Bridge Controller в мобильных системах). Acer Laboratories, Inc. (Ali) Acer Laboratories, Inc. была создана в 1987 году как независимый центр исследований и разработок для Acer Group. В 1993 году этот центр стал частью компании Acer Group. Aladdin IV Набор Aladdin IV состоит из двух микросхем — M1531 North Bridge и M1533 или M1543 South Bridge. Он поддерживает все процессоры семейства P5 — Intel Pentium и Pentium MMX, AMD K5 и K6, Cyrix/IBM 6x86 и 6x86MX (MII). Набор Aladdin IV эквивален тен Intel 430TX, но позволяет использовать память с коррекцией ошибок и контролем четно сти, а также частоты шины 75 и 83,3 МГц. При использовании M1543 South Bridge дополни тельная микросхема Super I/O не нужна, так как ее функции включены в M1543 South Bridge. Микросхема M1531 North Bridge, выполненная в 328-контактном корпусе BGA, поддержи вает частоты шины процессора 83,3/75/66/60/50 МГц. В этой микросхеме также реализована 262 Глава 4. Системные платы поддержка конвейерной структуры кэш-памяти SRAM объемом до 1 Мбайт, что позволяет кэ шировать 64 Мбайт (для 8-разрядного тэга SRAM) или 512 Мбайт (для 11-разрядного тэга SRAM) оперативной памяти. Поддержка модулей памяти FPM, EDO или SDRAM позволяет увеличить пропускную способность четырех общих банков в целом до 1 Гбайт. Схема синхро низации памяти FPM в пакетном режиме имеет вид 6-3-3-3, памяти EDO — 5-2-2-2, а памяти SDRAM — 6-1-1-1. Для повышения надежности и целостности данных в ответственных или серверных приложениях реализована поддержка коррекции ошибок и контроля четности, а так же спецификации 2.1 шины PCI, что обеспечивает выполнение параллельных операций. В M1533 South Bridge интегрирована поддержка ACPI, двухканальный главный контрол лер Ultra-DMA 33 IDE, двухпортовый контроллер USB, а также стандартный контроллер кла виатура/мышь. Микросхема M1543 South Bridge содержит полный набор функциональных возможностей M1533 South Bridge, а также все функции контроллера Super I/O. Кроме того, M1543 включает в себя поддержку ACPI, двухканальный главный контроллер Ultra-DMA 33 IDE, двухпортовый контроллер USB и стандартный контроллер клавиатура/мышь. В ее со став также вошла микросхема Super I/O, содержащая контроллер гибкого диска объемом 2,88 Мбайт, два высокопроизводительных последовательных порта, а также многорежимный параллельный порт. Последовательные порты соединяют 16550-совместимые универсальные асинхронные трансмиттер-приемники (UART) с 16-байтовым буфером обратного магазинно го типа (FIFO) и функцией SIR (serial infrared). Многорежимный параллельный порт включает в себя поддержку стандартного параллельного порта (SPP), двунаправленного PS/2, расши ренного параллельного порта (EPP), а также порта расширения функциональных возможно стей (ECP), разработанного компаниями Microsoft и Hewlett-Packard.
Aladdin V Набор микросхем Acer Labs Aladdin V содержит M1541 North Bridge и M1533 (см. раздел “Aladdin IV”) или комбинированную микросхему M1543C/M1453 South Bridge/контроллер Super I/O. 456-контактная M1541 North Bridge и 330-контактная M1543C South Bridge выпол нены в корпусе BGA (M1543 South Bridge, не используемая в настоящее время, выполнена в 328-контактном корпусе BGA). Набор микросхем M1541, в отличие от предшествующего на бора M1532, поддерживает AGP и высокоскоростной (до 100 МГц) режим работы. Микросхема M1541 North Bridge включает в себя мост CPU-PCI, контроллер буфера и кэш-памяти второго уровня, контроллер DRAM, интерфейс AGP, а также контроллер PCI. Она поддерживает высокоскоростной (до 100 МГц) интерфейс процессора Socket 7, исполь зуемый рядом процессоров Р5 компаний AMD и Cyrix/IBM. Кроме того, для обратной со вместимости в M1541 реализована поддержка частот шины процессора 83,3/75/66/60/50 МГц. При тактовой частоте шины процессора 75 МГц, рабочая частота шины PCI достигает только 30 МГц; при повышении частоты шины процессора до 83,3 или 100 МГц, шина PCI работает со стандартной частотой 33 МГц.
В M1541 интегрировано достаточное количество кэш-тэгов RAM (16 Кбайт?10), что по зволяет поддерживает 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, упрощая его конструкцию и уменьшая число микросхем системной платы. При использовании 512 Мбайт кэш-памяти второго уровня, объем кэшируемой памяти равен 512 Мбайт; при увеличении объема кэш- памяти второго уровня до 1 Мбайт объем кэшируемой памяти увеличивается до 1 Гбайт. Микросхема M1541поддерживает память FPM, EDO или SDRAM, которая может быть орга низована в четыре банка памяти общим объемом до 1 Гбайт. Для повышения надежности от ветственных прикладных программ или приложений, выполняемых на файл-серверах, реали зована поддержка памяти с коррекцией ошибок и контролем четности. Схема синхронизации памяти FPM в пакетном режиме имеет вид 6-3-3-3-3-3-3-3, памяти EDO — 5-2-2-2-2-2-2-2, а памяти SDRAM — 6-1-1-1-2-1-1-1. Более подробно синхронизация памяти рассматривается в главе 6, “Оперативная память”. Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 263 Кроме того, в режимах 1х и 2х поддерживается спецификация V1.0 интерфейса AGP. Комбинированная микросхема M1543 South Bridge и Super I/O включает в себя поддержку ACPI, host/hub-интерфейс USB, интерфейс двухканального Ultra-DMA/33 IDE, контроллер клавиатуры и мыши, а также контроллер Super I/O. Встроенная микросхема Super I/O содер жит интегрированный контроллер гибкого диска, два последовательных порта с инфракрас ной поддержкой и многорежимный параллельный порт. Микросхема M1543C, заменившая M1543 South Bridge, поддерживает жесткий диск Ultra-DMA/66 IDE, а также инфракрасные последовательные порты IrDA и спецификацию управления питанием ACPI. Микросхема M1543C South Bridge обычно используется вместе с процессорами Pentium II. В набор микросхем Aladdin V может также входить M1533 South Bridge, которая в этом случае используется вместе с отдельным чипом Super I/O (подробнее это описано в разделе “Aladdin IV”). Aladdin 7 Набор микросхем системной логики Acer Labs Aladdin 7 включает в себя M1561 North Bridge, а также M1535D или M1543C South Bridge. Микросхема M1561 North Bridge 492- контакная, выполнена в термически усовершенствованном корпусе BGA (T2 BGA), а M1535D South Bridge — это 352-контакная микросхема исполнения BGA. Микросхема M1561 North Bridge интегрирует поддержку объемной графики, 2D- акселератор, видеосигнал VGA, контроллер памяти SDRAM и интерфейс шины PCI, а также поддерживает унифицированную архитектуру памяти (UMA), которая позволяет использо вать оперативную память в видеосистемах недорогих компьютеров. Эта микросхема поддер живает мост CPU-PCI, контроллер буфера и кэш-памяти второго уровня, контроллер DRAM, а также контроллер PCI (для PCI версии 2.2). Она поддерживает процессоры Super 7 и опера тивную память объемом до 1 Гбайт, работающую на частотах 66, 100 и 133 МГц. Конструк ция 128-разрядного конвейера памяти позволяет повысить быстродействие набора микро схем, увеличив пропускную способность памяти при использовании двух согласованных мо дулей DIMM до 2,1 Гбайт/с.
Встроенный в микросхему М1561 адаптер 3D-видео изготовлен компанией ArtX (которая также предоставляет графическую логику для новой системы Nintendo) и демонстрирует функ ции аппаратно-ускоренной трансформации и освещения (T&L), стандартные 3D-функции, на стройку параметров ядра, функции параллельной визуализации и эквивалента восьмикратной шины AGP. Контроллер дисплея поддерживает разрешение экрана 1600?1200, воспроизведение DVD с компенсацией движения 30 кадров/с, а также 32-битовый полный набор цветов. К сожалению, этот набор микросхем не поддерживает кэш-память второго уровня, так как он был разработан для снятого с производства процессора AMD K6-III, отличительной чертой которого является встроенная кэш-память второго уровня объемом 256 Кбайт. Таким образом, он обеспечивает достаточно низкую эффективность процессора AMD K6-2, не имеющего соб ственного кэша второго уровня, но в то же время может быть с успехом использован с процес сором K6-2 Plus, имеющим встроенную кэш-память второго уровня объемом 128 Кбайт. Silicon integrated Systems (SiS) Эта компания ранее называлась Symphony Labs и в настоящее время является одним из трех ведущих производителей наборов микросхем системной логики. SiS540 Этот набор микросхем разработан для использования в системных платах с гнездом Socket 7, поддерживающих процессоры AMD-K6-2/K6-III и VIA Cyrix. В набор SiS540 интег рирован видеоакселератор AGP2x, поддерживающий как стандартные мониторы, так и пло 264 Глава 4. Системные платы ские жидкокристаллические мониторы, а также реализована поддержка выхода NTSC/PAL TV. В этот набор интегрированы интерфейсы 10/100 Мбит Fast Ethernet и аудио AC97. Набор микросхем системной логики SiS540 обладает следующими возможностями:
-- поддержка процессоров Intel/AMD/Cyrix/IDT и частот шины 66/83/90/95/100 МГц;
-- поддержка памяти SDRAM PC133;
-- соответствие требованиям спецификации PC99;
-- соответствие PCI 2.2;
-- поддержка Ultra DMA66/33;
-- интегрированный видеоакселератор двух- и трехмерной графики с интерфейсом AGP2x ;
-- поддержка обычных (электронно-лучевых) мониторов и плоских панелей;
-- поддержка аудиофункций и функций модема;
-- соответствие ACPI 1.0;
-- интегрированный контроллер 10/100 Мбит Fast Ethernet;
-- поддержка четырех портов USB.
SiS530/5595 Набор микросхем системной логики SiS530/5595 включает в себя SiS530 North Bridge, 5595 South Bridge и интегрирует 3D-видеоадаптер. SiS530/5595 представляет собой набор микросхем Super Socket 7, поддерживающий процессоры AMD K6-2/K6-III и VIA Cyrix. Интегрированная видеосистема выполнена на основе интерфейса 64-разрядного графиче ского адаптера с характеристиками AGP. Наряду с поддержкой стандартного аналогового ин терфейса экранных мониторов, набор SiS530/5595 осуществляет поддержку цифровых плос копанельных мониторов, а также поддерживает память UMA объемом до 8 Мбайт. Микросхема 5595 South Bridge включает в себя интегрированный интерфейс Super I/O, содержащий главный контроллер USB с двумя портами USB. Набор микросхем системной логики SiS530/5595 обладает следующими возможностями:
-- поддержка процессоров Intel/AMD/Cyrix/IDT Pentium и частот шины 66/83/90/95/100 МГц;
-- контроллер интегрированной кэш-памяти второго уровня объемом 2 Мбайт;
-- увеличение объема кэшируемой памяти SDRAM до 256 Мбайт;
-- поддержка памяти SDRAM PC100;
-- соответствие требованиям спецификации PC99;
-- соответствие спецификации PCI 2.2;
-- поддержка Ultra DMA66/33;
-- интегрированный видеоакселератор двух- и трехмерной графики с интерфейсом AGP;
-- поддержка цифровых мониторов TFT;
-- встроенный вторичный контроллер CRT, поддерживающий независимый второй мо нитор, жидкокристаллический дисплей и цифровой TV-выход;
-- соответствие требованиям спецификации ACPI 1.0;
-- спецификация 1.0 интерфейса управления питанием шины PCI;
-- интегрированный контроллер клавиатура/мышь;
-- контроллер USB с двумя портами USB.
Наборы миeросхем системной лоaиeи процессоров Pentium 265 SiS598 Микросхема SiS5598 выполнена в одном 553-контактном корпусе BGA и объединяет в себе функции компонентов North и South Bridge. Она поддерживает мост PCI-ISA, PCI IDE, host/hub USB, интегрированный RTC, интегрированный контроллер клавиатуры и встроенный PCI VGA. В этой микросхеме реализована поддержка частот шины процессора 50/55/60/66/75 МГц. Эта микросхема 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, что позволяет кэшировать до 128 Мбайт оперативной памяти. Следует заметить, что коррекция ошибок и контроль четно сти памяти не поддерживаются. Схема синхронизации памяти FPM имеет вид 5-3-3-3, памяти EDO — 5-2-2-2, памяти SDRAM — 6-1-1-1. Микросхема 5598 также включает в себя усовершенствованный интерфейс конфигуриро вания системы и управления энергопитанием (ACPI), интерфейс двухканального Ultra DMA/33 IDE, контроллер USB, CMOS RAM и часы истинного времени (Real Time Clock — RTC). Реализована поддержка спецификации PCI версии 2.1, что позволяет параллельное вы полнение операций PCI. К сожалению, интерфейс AGP не поддерживается. 5581, 5582 и 5571 Микросхемы SiS5581 и 5582 (компоненты North Bridge и South Bridge) выполнены в од ном 553-контактном корпусе BGA. Набор микросхем SiS5582 предназначен для системных плат формфактора AT/ATX, а SiS5581 — для плат LPX/NLX. Эти наборы микросхем эквива ленты набору Intel 430TX. Такое конструктивное исполнение (одна микросхема) существенно снижает стоимость системных плат. Микросхема 5581/5582 объединяет в себе функции компонентов North и South Bridge. Она поддерживает мост PCI-ISA, PCI IDE, host/hub USB, встроенные RTC, а также интегрирован ный контроллер клавиатуры. В ней реализована поддержка частот шины процессора 50/55/60/66/75 МГц. Микросхема 5581/5582 поддерживает 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня, что позво ляет кэшировать до 128 Мбайт оперативной памяти. Максимальный объем кэшируемой па мяти определяется соотношением объема кэш-памяти и числа используемых разрядов тэга. В целом может быть создано до трех банков памяти общим объемом 384 Мбайт. Микросхема 5581/5582 разрабатывалась для недорогих систем, поэтому коррекция ошибок и контроль четности памяти не поддерживаются. Схема синхронизация памяти FPM имеет вид x-3-3-3, памяти EDO — x-2-2-2, памяти SDRAM — x-1-1-1. Микросхема 5581/5582 также включает в себя усовершенствованный интерфейс конфигу рирования системы и управления энергопитанием (ACPI), интерфейс двухканального Ultra- DMA/33 IDE, контроллер USB, CMOS RAM и RTC. Реализована поддержка спецификации PCI версии 2.1, что позволяет параллельное выполнение операций PCI. Кроме того, набор микросхем не поддерживает AGP. Микросхема 5571 480-контакная, выполнена в корпусе BGA, является более ранней версией этого набора и поддерживает частоты шины не выше 66 МГц, стандарт управления питанием APM первых версий и только режимы PIO (программируемого ввода-вывода) доступа к жесткому диску. 5591 и 5592 Эти наборы состоят из микросхем 5591 или 5592 North Bridge (553-контактный корпус BGA) и SiS5595 South Bridge (208-контактный корпус PQFP). Набор SiS5591 предназначен для системных плат формфактора ATX, а SiS5592 — для плат NLX. Микросхемы 5591/5592 North Bridge включают в себя мост host-to-PCI, контроллер кэш- памяти второго уровня, контроллер DRAM, интерфейс AGP, а также контроллер PCI IDE. В свою очередь, S1S5595 South Bridge содержит мост PCI-ISA, модуль управления питанием ACPI/APM, интерфейс USB, а также интерфейс шины ISA, включающий в себя контроллер шины ISA, контроллеры DMA, контроллеры прерывания и таймеры. Также интегрирован контроллер клавиатуры и RTC. 266 Глава 4. Системные платы Микросхемы 5591/5592 North Bridge поддерживают частоту шины процессора до 75 МГц, а также кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт, что позволяет кэшировать до 256 Мбайт оперативной памяти. Максимальный объем кэшируемой памяти определяется со отношением объема кэш-памяти и числа используемых разрядов тэга. Наиболее распростра ненными размерами кэша являются 512 Кбайт и 1 Мбайт. Использование кэш-памяти второго уровня объемом 512 Кбайт и семи разрядов тэга позволяет кэшировать только 64 Мбайт па мяти. При использовании восьми разрядов тэга объем кэшируемой памяти увеличивается до 128 Мбайт. Встроенная кэш-память объемом 1 Мбайт позволяет удвоить диапазон кэшируе мой памяти до 256 Мбайт. В целом может быть создано до трех банков памяти общим объемом 256 Мбайт. Для повы шения надежности выполнения ответственных прикладных программ и приложений файл- серверов реализована поддержка коррекции ошибок и контроля четности памяти. Схема син хронизация памяти FPM имеет вид x-3-3-3, памяти EDO — x-2-2-2, памяти SDRAM — x-1-1-1. Реализована поддержка спецификации PCI версии 2.1 до частоты 33 МГц, а также AGP спецификации 1.0 в 1х и 2x режимах. Отдельная микросхема 5595 South Bridge содержит ин терфейс двухканального Ultra-DMA/33 и поддержку шины USB.

Шестое поколение микросхем системной логики Pentium Pro и Pentium II/III

Intel явно доминирует на рынке наборов микросхем системной логики для Pentium, а для процессоров Pentium Pro и Pentium II/III является фактически единственным производителем. Как уже упоминалось, начиная с 1993 года Intel представляет новые наборы микросхем сис темной логики (и даже готовые системные платы) одновременно с новыми процессорами. Едва ли есть еще какая-либо компания, которая могла бы делать это так оперативно. Кроме того, для других изготовителей наборов микросхем системной логики проблема состоит еще и в том, что Intel запатентовала разъемы типа Slot 1 и Socket 370, используемые процессора ми Celeron и Pentium II/III, и теперь нужно брать разрешение на использование, например, гнезда типа Socket 7.
Поскольку Intel отказалась выдавать разрешение на использование разъема типа Slot 1, некоторые производители, такие как VIA Technologies, Acer Laboratories, Inc (ALi) и Silicon integrated Systems (SiS), разработали собственные наборы микросхем системной логики для системных плат с разъемом типа Slot 1 и Socket 7. Если Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III — это, по сути, один и тот же процессор, имею щий лишь небольшие отличия в конструкциях кэш-памяти, значит, один и тот же набор мик росхем системной логики может использоваться и для гнезда типа Socket 8 (Pentium Pro), Socket 370 (Celeron), и для разъема типа Slot 1 (Celeron и Pentium II/III). Это утверждение бы ло верным для некоторых старых наборов микросхем класса P6 (например, Intel 440FX). Но вые наборы микросхем системной логики оптимизированы для архитектуры разъема типа Slot 1/Socket 370 и не могут быть установлены в платы с гнездом типа Socket 8. Именно по этому Pentium Pro в настоящее время используется только в файл-серверах. Хотя на рынке наборов микросхем системной логики для P6 появилось несколько новых производителей, фактически во всех системных платах для Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III используются наборы микросхем системной логики компании Intel, так как именно ей принадлежит практически весь этот рынок.
Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 267 Шестое поколение наборов микросхем системной логики (для процессоров поколения P6 — Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III) содержит компоненты North Bridge и South Bridge, впервые появившиеся в наборах микросхем для процессора Pentium. В табл. 4.8 приведены наборы, используемые в системных платах для Pentium Pro. В табл. 4.9 приведены параметры наборов микросхем серии 4хх, созданных на основе ар хитектуры North/South Bridge и используемых в системных платах Celeron и Pentium II/III. В табл. 4.10 приведены параметры наборов микросхем системной логики серии 8хх для процес соров P6/P7 (Pentium III/Celeron, Pentium 4и Xeon), созданных, в свою очередь, на основе бо лее современной hub-архитектуры.
Замечание
Кэш-память второaо oровня процессоров Pentium Pro, Celeron и Pentium II/III находится в eорпoсе процессо ра. Следовательно, хараeтеристиeи eэш-памяти для этих eомпьютеров зависят не от набора миeросхем сис темной лоaиeи, а тольeо от процессора. Каждый набор микросхем системной логики Intel разработан как система, состоящая из двух частей (или компонентов) — North Bridge и South Bridge. Зачастую один тот же компонент South Bridge наборов микросхем системной логики может использоваться с различными компо нентами North Bridge. В табл. 4.11 перечислены все компоненты South Bridge и их назначение. В следующих разделах описаны наборы микросхем системной логики для поколения про цессоров P6 (Pentium II и Pentium Pro). Intel 450KX/GX (Orion Workstation/Server) Первыми наборами микросхем системной логики, которые поддерживали Pentium Pro, были 450KX и GX; оба имели кодовое название Orion. 450KX был предназначен для рабочих (автономных или подключенных к сети) станций, а 450GX — для файл-серверов. Набор мик росхем системной логики GX разработан для серверов, поскольку может поддерживать до четырех процессоров Pentium Pro в серверах с симметричной мультипроцессорной обработ кой, до 8 Гбайт памяти с кодами коррекции ошибок или с контролем четности и две соеди ненных между собой шины PCI. Версия Orion 450KX предназначена для рабочих станций или автономных компьютеров и поддерживает меньшее количество процессоров (один или два) и меньший объем памяти (1 Гбайт), чем GX.
Компонент North Bridge в 450GX и 450KX состоит из четырех отдельных микросхем — 82454KX/GX PCI Bridge, 82452KX/GX Data Path (DP), контроллера данных 82453KX/GX (DC) и контроллера интерфейса памяти 82451KX/GX Memory Interface Controller (MIC). Компьютеры с набором 450 очень надежны, так как поддерживают коды с исправлением ошибок при передаче данных по шине из процессора Pentium Pro в память. Надежность была увеличена за счет контроля четности на шине процессора, шине управления и при передаче всех сигналов по шине PCI. Кроме того, здесь реализована возможность исправления оди ночной ошибки, вследствие чего сокращается время простоя сервера из-за ошибок памяти, вызванных космическими лучами. До введения следующего набора микросхем системной логики набор 450 использовался исключительно в файл-серверах. После выхода в свет 440FX выпуск микросхем Orion пре кратился из-за их сложности и высокой стоимости. Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 271 Intel 440FX (Natoma) Набор микросхем для системных плат P6 (Pentium Pro или Pentium II) 440FX имел кодо вое название Natoma. Он был разработан Intel для замены набора 450KX в рабочих станциях. Новый набор имел более низкую стоимость и более высокую эффективность, так как поддер живал память EDO.
Набор микросхем системной логики 440FX включает вдвое меньше компонентов, чем предыдущий. Он поддерживает параллельные операции (в соответствии со стандартом PCI 2.1), универсальную последовательную шину (USB), а также коды коррекции ошибок, что повышает надежность системы. Параллельная обработка запросов в PCI максимизирует эффективность системы: процес сор, а также шины PCI и ISA могут работать одновременно. Кроме того, параллельная обра ботка увеличивает пропускную способность, поэтому ускоряется обработка двух- и трехмер ной графики, видео и звука, а также выполнение приложений. Поддержка в памяти кодов коррекции ошибок повышает надежность системы. Описываемый набор микросхем системной логики поддерживает:
-- память EDO объемом до 1 Гбайт;
-- кэширование памяти объемом до 1 Гбайт (кэш-память второго уровня и тэги находят ся в процессоре);
-- USB;
-- Bus Master IDE;
-- контроль четности и коды коррекции ошибок.
Компонент North Bridge в 440FX состоит из двух микросхем. Основные составляющие — 82441FX PCI Bridge, контроллер памяти и акселератор шины данных для PCI 82442FX. В этом наборе в качестве моста между шинами PCI и ISA используется микросхема 82371SB (компонент South Bridge PIIX3), которая поддерживает быстродействующие интерфейсы прямого доступа к памяти IDE и USB. Обратите внимание: это был первый набор микросхем системной логики P6, который поддерживал память EDO; его недостаток состоял в том, что он не поддерживал быстродей ствующую память SDRAM. Кроме того, микросхема PIIX3, используемая в этом наборе, не поддерживала жесткие диски Ultra DMA IDE. Набор микросхем 440FX использовался в первых системных платах для Pentium II, кото рые имели ту же самую архитектуру, что и платы для Pentium Pro. Процессор Pentium II был выпущен несколько раньше набора микросхем системной логики 440LX, который предназна чался для него. Поэтому, когда был готов Pentium II, в системных платах использовали более старый набор микросхем 440FX, который не был рассчитан на него. (Intel 440LX был специ ально оптимизирован, чтобы могли использоваться все преимущества архитектуры Pentium II. Поэтому я не рекомендую устанавливать в системные платы 440FX процессоры Pentium II, лучше приобрести платы с набором микросхем 440LX или последующими.) Intel 440LX Практически сразу же после своего появления в начале 1998 года набор микросхем 440LX завоевал колоссальную популярность. Это был первый набор микросхем, который действи тельно полностью использовал все преимущества Pentium II. В отличие от 440FX, набор мик росхем системной логики 440LX поддерживает:
-- шину AGP;
-- память SDRAM на частоте 66 МГц;
-- интерфейс Ultra DMA IDE;
-- универсальную последовательную шину (USB).
Intel 440EX Набор микросхем системной логики 440EX — более дешевый вариант набора 440LX. Он был выпущен в апреле 1998 года вместе с дешевым вариантом процессора Intel Pentium II — Celeron. В отличие от 440LX, этот набор микросхем не поддерживает двухпроцессорный ре жим, коды коррекции ошибок и контроль четности в памяти. Он в основном предназначен для дешевых компьютеров с шиной, работающей на частоте 66 МГц, в которых используется про цессор Intel Celeron. Платы с 440EX полностью поддерживают Pentium II, но все же некоторые возможности более мощных наборов микросхем системной логики 440LX и 440BX недоступны. Основные параметры 440EX:
-- разработан для применения в дешевых компьютерах;
-- поддерживает процессор Intel Celeron;
-- поддерживает AGP;
-- не поддерживает коды коррекции ошибок и контроль четности в памяти;
-- поддерживает только один процессор.
440EX состоит из микросхемы 82443EX PCI AGP (контроллер PAC), являющейся компо нентом North Bridge, и новой микросхемы 82371EB (PIIX4E), представляющей собой компо нент South Bridge. Хотя этот набор микросхем довольно дешевый, рекомендую приобретать более быстродействующий, мощный и надежный набор 440BX, поддерживающий коды кор рекции ошибок в памяти.
Замечание
Ориaинальные процессоры Celeron с частотой 266 и 300 МГц, использoемые вместе с набором миeросхем 440EX, имеют очень низeoю производительность, таe eаe им не хватает встроенной eэш-памяти второго oровня. Процессоры Celeron последoющих версий, начиная с Celeron 300A с частотой 300 МГц, содержат eэш-память второaо oровня объемом 128 Кбайт, встроеннoю в eорпoс SIP; eроме тоaо, eэш-память второaо oровня вeлючена таeже в процессоры Celeron исполнения Socket 370. Поэтомo при обновлении системы, созданной на основе набора 440EX, воспользoйтесь процессором Celeron, содержащим встроеннoю kэш память второaо oровня.
Intel 440BX Набор микросхем системной логики Intel 440BX был представлен в апреле 1998 года. Это первый набор микросхем, который поддерживал шину процессора (и системную плату) при работе на частоте 100 МГц. Он разработан специально для поддержки более новых процес соров Pentium II/III, работающих на тактовых частотах 350, 400, 450 или 500 МГц. Версия 440BX для портативных компьютеров является также первым набором микросхем системной логики для портативных компьютеров на основе процессора Pentium II/III. Набор микросхем 440BX отличается от LX тем, что позволяет повысить эффективность, увеличивая частоту системной шины от 66 до 100 МГц. Он может работать на частоте 66 или 100 МГц, поэтому на системную плату с этим набором микросхем можно установить практи чески любой процессор Pentium II/III, работающий на частотах от 233 до 500 МГц и выше. Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 273 Основные особенности набора Intel 440BX:
-- поддерживает память SDRAM при частоте 100 МГц (PC100);
-- поддерживает системную шину и память при частоте 100 и 66 МГц;
-- поддерживает объем памяти до 1 Гбайт в четырех банках (четыре модуля DIMM);
-- поддерживает коды коррекции ошибок в памяти;
-- поддерживает ACPI (Advanced Configuration and Power Interface);
-- поддерживает Intel Pentium II для портативных компьютеров.
Intel 440BX состоит из одной микросхемы North Bridge, называемой 82443BX Host Bridge/Controller, которая соединена с новой микросхемой 82371EB PCI-ISA/IDE Xcelerator (PIIX4E), представляющей собой компонент South Bridge. Этот компонент поддерживает версию ACPI 1.0. На рис. 4.20 показана блок-схема компонентов компьютера на базе набора микросхем 440BX. Набор микросхем системной логики 440BX был особенно популярен в 1998–1999 гг. Intel 440ZX и 440ZX-66 Набор микросхем Intel 440ZX представляет собой более дешевую версию набора 440BX. Он работает на частоте 66 или 100 МГц и предназначен для компьютеров на базе процессо ров Celeron и младших версий Pentium II/III. По расположению выводов наборы 440ZX и 440BX идентичны, поэтому можно разрабатывать сразу же две модели системных плат. В настоящее время существует две версии этого набора микросхем — стандартный 440ZX, поддерживающий частоты 66 и 100 МГц, и 440ZX-66, который поддерживает только частоту 66 МГц. Набор микросхем 440ZX обладает следующими свойствами:
-- оптимизирован для системных плат формфактора micro-ATX;
-- поддерживает процессоры Celeron и Pentium II/III, работающие на частоте 100 МГц.
Основные отличия набора микросхем 440ZX от 440BX следующие:
-- отсутствует поддержка памяти с кодами коррекции ошибок и контролем четности;
-- доступны только два банка памяти (два гнезда для модулей DIMM);
-- максимально поддерживаемый объем памяти — 256 Мбайт.
Набор 440ZX не вытеснит 440BX. Эти два набора микросхем предназначены для систем ных плат из различных ценовых и функциональных категорий. Intel 440GX Этот набор микросхем предназначен для высокопроизводительных рабочих станций и серверов нижнего уровня. По сути, он аналогичен набору 440BX, но в нем реализована под держка разъема Slot 2, в который устанавливаются процессоры Pentium II/III Xeon. Кроме то го, в этом наборе продолжает использоваться разъем Slot 1. Набор Intel 440GX поддерживает до 2 Гбайт оперативной памяти, что вдвое больше, чем в Intel 440BX. Во всем остальном эти наборы микросхем абсолютно одинаковы. Производители могут выбирать один из них для создания системных плат, отвечающих требованиям, предъявляемым как к производительно сти, так и к стоимости. Набор микросхем Intel 440GX поддерживает:
-- разъемы Slot 1 и Slot 2;
-- системную шину, работающую на частоте 100 МГц;
-- память SDRAM объемом до 2 Гбайт.
Intel 440NX Этот набор микросхем разработан для создания мультипроцессорных систем и серверов высокого уровня на базе процессоров Pentium II/III Xeon. Набор Intel 440NX состоит из четы рех компонентов: расширитель моста PCI (PCI Expander Bridge — PXB) 82454NX, контрол лер памяти и моста ввода-вывода (Memory and I/O Bridge Controller — MIOC) 82451NX, ге нератор RAS/CAS (RAS/CAS Generator — RCG) 82452NX и расширитель (Data Path Multiplexor — MUX) 82453NX. Набор микросхем 440NX поддерживает процессоры Pentium II/III Xeon и частоту систем ной шины 100 МГц. Два специализированных расширителя моста PCI позволяют подключать устройства с помощью расширенной шины. Каждый такой расширитель реализует две неза висимые 32-разрядные шины PCI, работающие на частоте 33 МГц, позволяя соединять их в одну 64-разрядную шину, работающую на частоте 33 МГц. На рис. 4.21 представлена блок-схема высокопроизводительного сервера на базе набора микросхем системной логики Intel 440NX. Набор микросхем Intel 440NX поддерживает одну или две карты памяти. На каждой карте устанавливается микросхема RCG и две MUX. В этом наборе используются модули памяти DIMM и максимальный объем памяти может достигать 8 Гбайт. Набор Intel 440NX поддерживает следующие аппаратные средства:
-- разъем Slot 2 и шину 100 МГц;
-- до четырех процессоров;
-- два специализированных расширителя мостов PCI;
-- четыре 32-разрядные или две 64-разрядные шины PCI.
Набор микросхем Intel 440NX не поддерживает шину AGP, поскольку в высокопроизводи тельных серверах быстродействие графической подсистемы не имеет решающего значения. Intel 810 В представленном в апреле 1999 года наборе микросхем Intel 810 (кодовое название Whitney) используются абсолютно новые компоненты, которые существенно отличаются от стандартных North Bridge и South Bridge из предыдущих наборов. Этот набор микросхем системной логики предназначен для создания высокопроизводительных системных плат различного уровня. Набор микросхем Intel 810 обладает следующими свойствами:
-- разработан на основе технологии набора 440BX;
-- поддерживает частоты шины 66, 100 и 133 МГц;
-- содержит интегрированную графическую систему Intel 3D с интерфейсом Direct AGP для двух- и трехмерной графики;
-- эффективно использует системную память для увеличения производительности графи ческой подсистемы;
-- поддерживает дополнительно 4 Мбайт видеопамяти (не во всех моделях);
-- поддерживает порт Digital Video Out, совместимый со спецификацией DVI для плос копанельных мониторов;
-- использует программную реализацию MPEG-2 DVD с Hardware Motion Compensation;
-- поддерживает архитектуру Accelerated Hub для увеличения производительности ввода вывода;
-- реализует поддержку UDMA-66;
-- содержит интегрированный контроллер Audio-Codec 97 (AC97);
-- поддерживает режим приостановки с пониженным энергопотреблением;
-- имеет встроенный генератор случайных чисел для обеспечения высокого уровня безо пасности программ шифрования;
-- содержит интегрированный контроллер USB;
-- не имеет шины ISA.
Набор микросхем Intel 810 состоит из трех основных компонентов:
-- 82810e Graphics Memory Controller Hub (GMCH) — 421-контактый корпус BGA;
-- 82801 Integrated Controller Hub (ICH) — 241-контактный корпус BGA;
-- 82802 Firmware Hub (FWH) — 32-контактный корпус PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) или 40-контактный корпус TSOP (Thin Small Outline Package).
По сравнению с конструктивным исполнением предыдущих наборов микросхем системной логики (компоненты North Bridge и South Bridge) конструкция набора Intel 810 подверглась зна чительным изменениям. В предыдущих наборах компонент North Bridge представлял собой контроллер памяти, к которому через шину PCI подключался South Bridge. В новом наборе ком понент Graphics Memory Controller Hub (GMCH) подключается к Integrated Controller Hub (ICH) с помощью интерфейса Accelerated Hub, работающего на частоте 66 МГц. Такой прямой способ соединения компонентов стал основой для реализации нового интерфейса UDMA-66, к которо му подключаются жесткие диски, оптические накопители и другие IDE-устройства. На рис. 4.23 показана блок-схема набора микросхем Intel 810. Для поддержки двух- и трехмерной графики используется интегрированный порт AGP (микросхема 82810). С помощью этой же микросхемы обеспечивается поддержка DVD, ана логового и цифрового видеовыходов. Микросхема 82810 (GMCH) поддерживает System Manageability Bus, что позволяет использовать с Intel 810 сетевое оборудование. Управление энергопотреблением осуществляется согласно спецификации ACPI. Обратите внимание, что микросхема GMCH выпускается в двух вариантах: 82810 и 82810- DC100. Последняя версия DC-100 (Display Cache 100 МГц) использует в качестве специализи рованного дисплейного кэша до 4 Мбайт видеопамяти SDRAM, работающей на частоте 100 МГц. Обычная версия микросхемы GMCH не поддерживает эту внешнюю кэш-память. Микросхемы GMCH и 82801 ICH соединяются с помощью Accelerated Hub Architecture (AHA), что позволяет удвоить скорость передачи данных (266 Мбайт/с) по сравнению с со единением компонентов North Bridge и South Bridge с помощью шины PCI в предыдущих на борах микросхем. Благодаря новой шине AHA также повышается производительность гра фической и аудиоподсистемы. В микросхему ICH интегрирован сдвоенный контроллер IDE, который поддерживает ско рость передачи данных 33 Мбайт/с (UDMA-33 или Ultra-ATA/33) либо 66 Мбайт/с (UDMA 66 или Ultra-ATA/66). Обратите внимание, что эта микросхема выпускается в двух версиях: 82801AA (ICH), поддерживающая скорость передачи данных 66 Мбайт/с и шесть разъемов PCI, и 82801AB (ICH0), которая поддерживает только скорость передачи данных 33 Мбайт/с и четыре разъема PCI. В микросхему ICH также интегрирован контроллер Audio-Codec 97, два порта USB и поддерж ка от четырех до шести разъемов PCI. Контроллер Audio-Codec 97 предназначен для программной реализации аудиофункций и функций модема. При этом основная нагрузка ложится на процессор. Уменьшение числа компонентов приводит к общему снижению стоимости системы. Микросхема 82802 (FWH) содержит системную и видео-BIOS. Эта микросхема относится к типу flash и может быть перепрограммирована. Кроме того, в 82802 реализован генератор случайных чисел. Он используется для увеличения стойкости шифрования и создания цифро вой подписи. Данная микросхема, как и другие из этого набора, выпускается в двух вариан тах: 82802AB и 82802AC. Версия AB содержит 512 Кбайт (4 Мбит) памяти flash-BIOS, а вер сия AC — 1 Мбайт (8 Мбит). Графический контроллер интегрирован в набор микросхем Intel 810, и поэтому на сис темной плате нет разъема шины AGP. Так что с модернизацией графической подсистемы мо гут возникнуть проблемы, хотя производительность интегрированной графической системы достаточна для выполнения повседневных задач, в том числе и для запуска современных игр. Внутренний интерфейс AGP работает на частоте 100 МГц, в то время как в обычных систем ных платах — только на частоте 66 МГц. Интеграция компонентов, впервые реализованная в наборе микросхем системной логики Intel 810, будет доминировать в последующих наборах. Генератор случайных чисел Intel Отличительной чертой набора микросхем Intel серии 8xx является генератор случайных чи сел RNG (Random Number Generator). Он сформирован в микросхеме 82802 FWH, которая явля ется компонентом ROM BIOS, используемым в системных платах серии 8хх. Генератор случай ных чисел предоставляет программному обеспечению недетерминированные случайные числа. Случайные числа необходимы большинству стандартных программ безопасности, выпол няющих идентификацию пользователя или шифрование файлов, и используются, например, при генерировании ключевого кода. Один из методов “взлома” шифрованных кодов состоит в угадывании случайных чисел, используемых в процессе генерирования ключей. Существую щие методы, применяющие при генерировании псевдослучайных чисел исходные данные пользователя и системы в качестве начального числа, весьма уязвимы для взлома. Для гене рирования по-настоящему недетерминированных, непредсказуемых случайных чисел Intel RNG использует тепловые помехи резистора, находящегося в FWH (т.е. ROM BIOS систем ной платы серии 8xx). Таким образом, “произвольные” числа, генерированные набором мик росхем серии 8xx, действительно случайны.
Intel 815, 815E и 815EP Наборы микросхем системной логики 815 и 815Е, представленные в июне 2000 года, со держат интегральную видеосистему, возможности которой могут быть расширены посредст вом разъема AGP 4x. Версия 815EP, представленная несколькими месяцами позже, не содер жит встроенной видеосистемы и, как следствие, имеет более низкую цену. Наборы микросхем 815 поддерживают процессоры Celeron и Pentium III (Slot 1 или Socket 370) и являются пер Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 279 выми наборами микросхем, разработанных компанией Intel для непосредственной поддержки памяти PC133 SDRAM. Набор микросхем 815, как и другие наборы Intel серии 8хх, создан на основе hub-архитектуры, которая обеспечивает соединение между основными компонентами набора с пропускной способностью 266 Мбайт/с. В конструкциях, созданных на основе архи тектуры North/South Bridge, для этого использовалась шина PCI. Существующие варианты наборов микросхем (уже известные нам 815, 815Е и 815ЕР) от личаются друг от друга только типом используемого I/O Controller Hub (ICH или ICH2) и на личием интегрированной графической системы. Например, набор 815 является результатом объединения микросхем 82815 GMCH и 82801AA ICH. Набор 815Е содержит в себе микро схемы 82815 GMCH и 82801BA ICH2 (рис. 4.24). Набор микросхем 815ЕР включает в себя микросхемы 82815EP Memory Controller Hub (MCH не имеет интегрированной графической системы) и ICH2. I/O Controller Hub 2 (ICH2) обеспечивает дополнительный контроллер USB, сдвоенные контроллеры Ultra ATA/100, а также поддерживает плату LAN/Modem/Sound с помощью интегрированного интерфейса Communications and Networking Riser (CNR). Вот основные характеристики набора микросхем 815:
-- частота шины 66/100/133 МГц;
-- hub-архитектура Intel (266 Мбайт/с);
-- интерфейсы ATA-100 (815E/EP) или ATA-66 (815);
-- модули памяти SDRAM типа PC100 или PC133CL-2;
-- до 512 Мбайт RAM;
-- интегрированный контроллер Audio-Codec 97 (AC97);
-- экономный режим ожидания;
-- встроенный генератор случайных чисел (RNG) для обеспечения высокого уровня сис тем безопасности;
-- один (815) или два (815E/EP) интегрированных контроллера USB с двумя или четырь мя портами соответственно;
-- шина LPC, соединяющая микросхемы Super I/O и Firmware Hub (ROM BIOS);
-- исключена шина ISA.
К дополнительным свойствам наборов микросхем 815 и 815E относятся:
-- интегрированная графическая система Intel AGP 2x;
-- эффективное использование системной памяти для увеличения производительности графической подсистемы;
-- поддержка дополнительной видеопамяти объемом 4 Мбайт (не во всех системах);
-- поддержка порта Digital Video Out, совместимого со спецификацией DVI для плоско панельных мониторов;
-- программное обеспечение воспроизведения MPEG-2 DVD с аппаратной компенсацией изображения.
Контроллер ICH2, используемый в наборах микросхем 815E/EP, поддерживает специфи кацию ATA-100, позволяющую повысить быстродействие дисковода до 100 Мбайт/с. Конеч но, подобная производительность необходима далеко не каждому дисководу, однако она по зволяет устранить возможный критический параметр. Другой отличительной чертой являют ся два контроллера USB и четыре встроенных порта. Эта особенность позволяет повысить рабочие характеристики USB вдвое, распределяя устройства по двум портам, и дает возмож ность осуществить до четырех соединений. Одним из важных свойств набора микросхем 815 является непосредственная интеграция контроллера “быстрой” сети Ethernet. Интегрированный контроллер локальной сети (LAN) работает с одним из компонентов различных физических уровней и позволяет производите лям компьютерных систем организовать одну из трех возможных схем:
-- расширенная сеть Ethernet со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/с, использую щая технологию Alert on LAN;
-- основная сеть Ethernet со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/с;
-- внутренняя сеть со скоростью передачи данных 1 Мбит/с.
Физические компоненты того или иного уровня могут быть расположены непосредствен но на системной плате PC (в виде дополнительных микросхем) или установлены с помощью адаптера, подключаемого в разъем CNR. Платы и разъем CNR позволяют сборщикам PC формировать готовые сетевые системы для различных рынков. Общим для наборов микросхем 815/815E является один и тот же встроенный адаптер трех мерной графики AGP 2x, а основное различие заключается в способах его расширения. К вари антам улучшения параметров графической системы относятся плата Graphics Performance Accelerator (GPA), показанная на рис. 4.25, или же плата AGP 4x. Плата GPA (которая называется также AGP Inline Memory Module — AIMM), в сущности, представляет собой высокопроизво дительную плату видеопамяти, которая устанавливается в разъем AGP 4x и повышает эффек тивность интегрированной графической системы примерно на 30%. Для дальнейшего повыше ния производительности можно воспользоваться платой AGP 4х, установив ее в соответствую щий разъем AGP 4х и отключив интегрированную графическую систему. В целом интегрированная графическая система позволяет создавать более дешевые компьютеры с при емлемыми графическими параметрами. Платы GPA или AGP 4х, установленные в этих компью терах, позволяют повысить производительность графической системы на 100% и более. Поддержка памяти PC133 Одним из важных свойств набора микросхем 815 является поддержка памяти PC133, на ряду с памятью РС100. Осуществив поддержку памяти PC133, Intel официально установила более высокий по сравнению с существующими стандарт памяти PC133. Без сомнения, это повлечет за собой некоторую путаницу. Для того чтобы соответствовать всем требованиям спецификации Intel PC133, память должна поддерживать схему синхронизации 2-2-2, назы ваемую иногда CAS-2 (Column Address Strobe — строб адреса столбца) или CL-2. Отношение чисел к количеству циклов синхронизации определяет выполнение ряда функций.
-- Команды Precharge-Active. Зарядка запоминающих конденсаторов памяти для их под готовки к обработке данных.
-- Команды Active-Read. Выбор считываемых строк и столбцов в массиве памяти.
-- Команды Read-Data Out. Считывание данных из выбранных строк и столбцов для их передачи.
Существующая на сегодняшний день память PC133 требует три цикла для выполнения каждой функции, поэтому ее следовало бы назвать памятью PC133 3-3-3, CAS-3 или CL-3. Следует заметить, что вместо памяти CL-3 может быть использована более быстрая память PC133 CL-2, но не наоборот. Результатом более жесткой синхронизации цикла PC133 CL-2 явилось уменьшение на чального времени ожидания до 30 нс (для памяти PC133 CL-3 эта величина составляет 45 нс). Это привело к повышению быстродействия памяти на 34%. Выполненные усовершенствования позволяют набору микросхем 815 занять господствую щее положение на рынке PC и отказаться от приобретения более дорогой памяти RDRAM. В сущности, набор микросхем 815 разрабатывался для замены устаревшего набора 440BX. Intel 820 и 820E Этот набор микросхем продолжает серию наборов 800 и в нем используется все та же новая hub-архитектура (рис. 4.26). Набор Intel 820 поддерживает процессоры Pentium III и Celeron (Slot 1 и Socket 370), технологию памяти RDRAM, частоту системной шины 133 МГц и AGP 4х. Микросхема 82820 Memory Controller Hub (MCH) обеспечивает интерфейсы процессора, памяти и AGP. Она выпускается в двух версиях: поддерживающая один процессор (82820) и два процессора (82820DP). Микросхема 82801 I/O Controller Hub (ICH) используется во всех наборах микросхем серии 800. В микросхеме 82802 Firmware Hub (FWH) реализованы BIOS и генератор случайных чисел (Intel Random Number Generator — RNG). Соединение между компонентами MCH и ICH осуществляется с помощью шины Intel Hub Architecture, а не PCI, как в предыдущих наборах микросхем с архитектурой North/South Bridge. Такой способ соединения компонентов обеспечивает скорость передачи до 266 Мбайт/с. Набор 820 поддерживает память типа RDRAM (Rambus DRAM), которая, как минимум, в два раза производительнее стандартной памяти типа PC-100 SDRAM. Набор 820 поддержи вает следующие типы памяти RDRAM: PC600, PC700 и PC800 (теоретическая полоса про пускания 1,6 Гбайт/с). В два разъема RIMM можно установить до 1 байт системной памяти. Интерфейс AGP набора 820 позволяет графическим контроллерам получать доступ к па мяти со скоростью AGP 4x (около 1 Гбайт/с), что в два раза превышает скорость AGP 2x. На рис. 4.27 показана блок-схема набора микросхем Intel 820. Набор микросхем Intel 820 обладает следующими возможностями:
-- поддерживает частоту шины 100/133 МГц;
-- использует hub-архитектуру Intel (266 Мбайт/с);
-- поддерживает модули памяти RIMM типа PC800 RDRAM;
-- поддерживает AGP 4x;
-- использует интерфейсы ATA-100 (820E) или ATA-66;
-- имеет генератор случайных чисел (Intel Random Number Generator — RNG);
-- поддерживает интерфейс Low Pin Count (LPC);
-- содержит контроллер AC97;
-- имеет четыре (820E) или два порта USB.
Основной компонент набора микросхем Intel 820 — это 324-контактная микросхема 82820 (один процессор) или 82820DP (два процессора) Memory Controller Hub в корпусе типа Ball Grid Array (BGA). Компонент 82801 I/O Controller Hub представляет собой 241- контактную микросхему в корпусе Ball Grid Array (BGA), а компонент 82802 Firmware Hub — это обычная микросхема Flash ROM BIOS. Иногда при установке на системной плате разъе мов ISA используется микросхема 82380AB PCI-ISA Bridge. В обновленной версии набора 820E используется компонент 82801BA I/O Controller Hub (ICH2), который поддерживает спецификацию ATA-100 и сдвоенный котроллер USB, т.е. всего четыре порта USB. Ошибка набора микросхем 820 Набор 820 поддерживает память типа RDRAM (Rambus DRAM). Однако на рынке все еще пользуется популярностью более дешевая память SDRAM. Поэтому Intel создала микросхему транслятора RDRAM–SDRAM, называемую Memory Translator Hub (MTH). К сожалению, в этой микросхеме был выявлен дефект, так что Intel в середине 2000 года пришлось заменять миллионы системных плат с дефектной микросхемой MTH. Это напоминает последствия об наружения ошибки в процессоре Pentium в 1994 году. 10 мая 2000 года Intel официально объявила о том, что все системные платы с дефектной микросхемой MTH будут заменены. Ошибка состояла в неожиданном зависании или переза грузке системы. Обратите внимание, что эта проблема проявляется лишь при использовании памяти SDRAM с набором микросхем Intel 820. При установке модулей памяти RDRAM в та кую плату ошибка не проявляется. 284 Глава 4. Системные платы Если вы “подозреваете”, что в вашей системной плате установлен дефектный компонент, загрузите утилиту Intel MTH I.D. по адресу: www.intel.com/support/mth. Intel 840 Этот набор микросхем предназначен для создания системных плат высокопроизводитель ных и мультипроцессорных систем. Набор 840 имеет ту же архитектуру, что и другие наборы серии 800. На рис. 4.28 показаны микросхемы набора Intel 840. Аналогично другим наборам микросхем серии 800, Intel 840 состоит из трех основных компонентов.
-- 82840 Memory Controller Hub (MCH). Обеспечивает поддержку графики AGP 2X/4X, два канала памяти RDRAM и несколько сегментов шины PCI для реализации высоко производительного ввода-вывода.
-- 82801 I/O Controller Hub (ICH). Аналог компонента South Bridge в архитектурах дру гих наборов; напрямую подключается к компоненту MCH через шину Intel Hub Architecture. Компонент ICH поддерживает 32-разрядную шину PCI, контроллеры IDE и сдвоенные порты USB.
-- 82802 Firmware Hub (FWH). Представляет собой микросхему Flash ROM, хранящую системную и видео-BIOS, а также генератор случайных чисел (Intel Random Number Generator — RNG). Этот генератор используется для реализации более стойких систем шифрования, цифровой подписи и безопасных протоколов. Кроме этих основных компонентов, в наборе микросхем Intel 840 используются еще три компонента.
-- 82806 64-разрядный PCI Controller Hub (P64H). Поддерживает 64-разрядные разъемы шины PCI, работающей на частоте 33 или 66 МГц. Этот компонент напрямую под ключается к MCH через шину Intel Hub Architecture. Это первая реализация 64- разрядной шины PCI на 66 МГц.
-- 82803 RDRAM-based memory repeater hub (MRH-R). Преобразует каждый канал памяти в два канала, что позволяет существенно увеличить емкость устанавливаемой памяти.
-- 82804 SDRAM-based memory repeater hub (MRH-S). Преобразует сигналы RDRAM в сигналы, “понятные” памяти SDRAM. Этот набор микросхем может нормально функ ционировать с памятью типа SDRAM.
На рис. 4.29 показана блок-схема набора микросхем системной логики Intel 840. Набор 840 обладает следующими возможностями:
-- поддерживает частоту шины 100/133 МГц;
-- содержит два канала памяти RDRAM, работающих совместно и обеспечивающих по лосу пропускания до 3,2 Гбайт/с;
-- 16-разрядная реализация Intel Hub Architecture (HI16) позволяет использовать более производительную шину PCI;
-- поддерживает AGP 4x;
-- имеет генератор случайных чисел (Intel Random Number Generator — RNG);
-- использует два порта USB.
К необязательным элементам набора 840 относятся сетевой и RAID-интерфейс. Для их реализации необходимо добавить соответствующие микросхемы. Intel 850 Это первый набор микросхем системной логики, разработанный для процессора Intel Pentium 4 и поддерживающий микроархитектуру NetBurst. В наборе микросхем 850, предназна ченном для высокопроизводительных настольных компьютеров и рабочих станций, исполь зуется hub-архитектура и модульная конструкция, свойственные всем наборам микросхем Intel серии 8xx. Набор микросхем системной логики Intel 850 показан на рис. 4.30. Набор микросхем Intel 850 включает в себя только два из трех основных компонентов, используемых в ранних версиях наборов серии 800. ?? 82850 Memory Controller Hub. Обеспечивает поддержку сдвоенных каналов памяти RDRAM с частотой 400 МГц и пропускной способностью 3,2 Гбайт/с, а также систем ной шиной 100 МГц. Микросхема 82850 MCH поддерживает видеоплаты 1.5V AGP 4x с полосой пропускания, превышающей 1 Гбайт/с. 286 Глава 4. Системные платы ?? 82801BA I/O Controller Hub 2. Микросхема ICH2 (расширенная версия 82801, исполь зуемая в других наборах серии 800) поддерживает 32-разрядную шину PCI, контрол лер сервера сдвоенного UDMA 33/66/100 IDE, четыре порта USB, интегрированный контроллер LAN, шестиканальный кодек AC-97, интерфейс FWH, SMBus, а также технологии Alert on LAN и Alert on LAN 2. Для поддержки работы в сетях 10BASE-T и Fast Ethernet в набор микросхем 850 могут быть введены дополнительные микросхемы связи Intel 82562ET/82562EM Platform LAN, формирующие необходимые LAN-свойства микросхемы 82801BA ICH2. В наборе микросхем 850 для интеграции сетевых и аудиофункций, а также функций мо дема осуществлена поддержка платы CNR. На рис. 4.31 схематически показана архитектура набора микросхем Intel 850. Intel 860 Это высокопроизводительный набор микросхем системной логики, разработанный для процессора Socket 602 Xeon, предназначенного для рабочих станций DP. В набор микросхем 860, который поддерживает один или два процессора Socket 602 Xeon (кодовое имя Foster), включены микросхемы 82801BA ICH 2 (та же, что и в наборе Intel 850) и 82860 MCH (Memory Controller Hub). Микросхема 82860 MCH поддерживает сдвоенный канал памяти RDRAM с частотой 400 МГц и пропускной способностью 3,2 Гбайт/с, а также системную шину с рабочей частотой 100 МГц. В этой микросхеме также реализована поддержка видео платы 1.5V AGP 4x с полосой пропускания свыше 1 Гбайт/с. Модульная конструкция набора микросхем Intel 860 позволяет ввести дополнительные микросхемы 82860AA (P64H) PCI Controller Hub (6 МГц) и 82803AA MRHR. Микросхема 82860AA поддерживает 64-разрядную шину PCI при частоте 33 или 66 МГц, а микросхема 82803AA удваивает каждый канал памяти RDRAM, что позволяет удвоить пропускную спо собность всей оперативной памяти. Наборы микросхем системной логики сторонних разработчиков для шестого поколения процессоров (P6) Acer Laboratories, Inc. (ALi) Aladdin Pro II Набор микросхем Aladdin Pro II M1621 предназначен для установки процессоров Pentium Pro и Pentium II и состоит из двух микросхем в корпусе BGA: 456-контактной M1621 (компонент North Bridge) и 328-контактной M1533 или M1543 (компонент South Bridge). Это один из первых наборов микросхем, выпущенных сторонним разработчиком для создания системных плат с разъемом Slot 1 на базе процессоров шестого поколения. Микросхема M1621 (компонент North Bridge) включает поддержку AGP, контроллеры памя ти и ввода-вывода и многое другое. Она может поддерживать несколько процессоров Pentium II с частотой шины 60, 66 и 100 МГц. Этот набор микросхем эквивалентен Intel 440BX. Интегрированный контроллер памяти поддерживает память типа FPM, EDO и SDRAM объемом 1 Гбайт (SDRAM) или 2 Гбайт (EDO), а также коды коррекции ошибок. Описывае мый набор микросхем поддерживает AGP 1.0 и шину PCI спецификации 2.1. Компонент South Bridge (микросхема M1533) реализует следующие функции:
-- мост PCI-to-ISA;
-- встроенный контроллер клавиатуры и мыши;
Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 289
-- систему управления питанием ACPI;
-- два порта USB;
-- двухканальный адаптер Ultra-DMA/33 IDE.
Микросхема M1543 поддерживает все описанные свойства M1533, а кроме того, имеет встроенную схему Super I/O, включающую контроллер дисковода, два высокоскоростных по следовательных порта и один параллельный порт. Aladdin Pro 4 Набор микросхем Acer Labs Aladdin Pro 4 предназначен для установки процессоров Pentium II/III/Celeron (Slot 1 или Socket 370) и состоит из двух микросхем, выполненных в 508-контактном корпусе BGA: M1641 или M1641B North Bridge и M1535D или M1535D + South Bridge. Микросхема M1641 North Bridge поддерживает частоты шины процессора 66/100/133 МГц. Микросхема M1641B, обеспечивающая концепцию двойной скорости пере дачи данных, поддерживает память DDR SDRAM при частотах до 266 МГц. Интегрированный контроллер памяти микросхемы M1641/M1641B поддерживает EDO, SDRAM или VC-SDRAM общим объемом до 1,5 Гбайт. Кроме того, реализована поддержка коррекции ошибок и контроля четности памяти, что позволяет использовать данный набор микросхем в файл-серверах и при выполнении ответственных приложений. Схема синхрони зации памяти SDRAM в пакетном режиме определяется выражением x-1-1-1-1-1-1-1. Микросхема M1641/M1641B поддерживает AGP 4x, спецификацию PCI 2.2, до шести внешних устройств управления передачей данных по шине PCI, а также мост PCI. Кроме то го, реализована поддержка управления режимом электропитания Dark Green, включая Power On Suspend, Suspend to RAM, PCI Bus CLKRUN и Dynamic Clock Stop. Микросхема M1535D South Bridge обладает следующими свойствами:
-- встроенный контроллер клавиатура/мышь;
-- усовершенствованная система управления электропитанием;
-- интерфейс USB с четырьмя портами;
-- контроллер двухканального Ultra-DMA/66 IDE;
-- интегрированная микросхема Super I/O, включающая в себя контроллер гибкого диска, два быстродействующих последовательных порта, многорежимный параллельный порт и последовательный порт IrDA;
-- встроенная аудиосистема Wavetable, соответствующая Sound Blaster 16;
-- программно-совместимая система AC97;
-- 352-контактный корпус BGA.
Aladdin TnT2 Набор микросхем Acer Labs Aladdin TnT2, разработанный для процессоров Pentium II/III/Celeron (Slot 1 или Socket 370), состоит из двух микросхем, выполненных в 556- контактном корпусе BGA: M1631 North Bridge и M1543С или M1535D South Bridge. В микросхему M1631 North Bridge интегрированы широко распространенная трехмерная графическая система nVidia TnT2 и набор микросхем Aladdin Pro 4. Эта микросхема позволя ет поддерживать частоты шины процессора 66/100/133 МГц. Интегрированный контроллер памяти поддерживает EDO, SDRAM или VC-SDRAM об- щим объемом до 1,5 Гбайт. Кроме того, реализована поддержка коррекции ошибок и контро ля четности памяти, что позволяет использовать данный набор микросхем в файл-серверах и при выполнении ответственных приложений. Схема синхронизации памяти SDRAM в пакет ном режиме определяется выражением x-1-1-1-1-1-1-1. 290 Глава 4. Системные платы Микросхема M1631 поддерживает спецификацию PCI 2.2, до шести внешних устройств управления передачей данных по шине PCI, мост PCI-ISA, а также управление режимом элек тропитания Dark Green, включая Power On Suspend, Suspend to RAM, PCI Bus CLKRUN и Dynamic Clock Stop. Основными свойствами интегрированного графического адаптера nVidia TnT2 являются 128-разрядный графический конвейер, трехмерное DirectX-совместимое ускорение, 32- битовое воспроизведение цвета True-Color, мультитекстурное отображение поверхности, кар ты среды и другие. Системные платы, созданные на основе этого набора микросхем, позво ляют совместно использовать память UMA либо обеспечивают память SDRAM или SGRAM объемом 4, 8 или 16 Мбайт непосредственно для нужд графической системы. Микросхема M1641 поддерживает цифровой плоский экран, TV-выход и оцифровку изображений. Основными свойствами M1543C South Bridge являются:
-- мост PCI-ISA;
-- встроенный контроллер клавиатура/мышь;
-- усовершенствованная система управления электропитанием;
-- интерфейс USB с тремя портами;
-- хост-адаптер двухканального Ultra-DMA/66 IDE;
-- интегрированная микросхема Super I/O, включающая контроллер гибкого диска, два быстродействующих последовательных порта, многорежимный параллельный порт и последовательный порт IrDA;
-- 330-контактный корпус BGA.
Aladdin Pro 5 и Pro 5T Набор микросхем Acer Labs Aladdin Pro 5 предназначен для использования с процессора ми Pentium II/III/Celeron (Slot 1 или Socket 370) и состоит из двух микросхем, выполненных в 528-контактном корпусе BGA: M1651 North Bridge и M1535D или M1535D+ South Bridge. Набор Aladdin Pro 5М, в который включена микросхема М1535 или М1535+ South Bridge, ис пользуется в основном в портативных компьютерах. Микросхема M1651 North Bridge поддерживает память SDRAM и частоты шины процес сора 66/100/133 МГц, а также память DDR SDRAM при частотах 200 или 266 МГц. Эта мик росхема поддерживает RAM объемом до 3 Гбайт, но не поддерживает код корректировки ошибок (ЕСС). Схема синхронизации памяти SDRAM в пакетном режиме определяется вы ражением x-1-1-1-1-1-1-1. M1651 поддерживает как стандартные типы памяти, так и DDR SDRAM, что позволяет производителям использовать одинаковые наборы микросхем для обоих типов памяти. Микросхема M1651 поддерживает AGP 4x, спецификацию PCI 2.2, до шести внешних устройств управления передачей данных по шине PCI, мост PCI, спецификацию ACPI, а так же традиционную систему управления электропитанием. Кроме того, реализована поддержка технологий PCI Mobile CLKRUN# и AGP Mobile BUSY#/STOP#. В набор Aladdin Pro 5T включена микросхема M1651T North Bridge, разработанная в со ответствии с требованиями нового, созданного по 0,13-микронной технологии процессора Pentium III Tualatin, который был представлен в мае 2001 года. В других отношениях она практически не отличается от обычной микросхемы M1651 North Bridge. Микросхема M1535D+ South Bridge обладает следующими свойствами:
-- встроенный контроллер клавиатура/мышь;
-- усовершенствованная система управления электропитанием, в которую вошли ACPI и управление питанием PCI с поддержкой режимов G0-G3;
Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 291 -- шестипортовый интерфейс USB с поддержкой клавиатуры и мыши;
-- хост-адаптер двухканального Ultra-DMA/66 IDE;
-- интегрированная микросхема Super I/O, включающая контроллер гибкого диска, два быстродействующих последовательных порта, многорежимный параллельный порт и последовательный порт IrDA;
-- встроенная аудиосистема PCI, поддерживающая DirectSound 3D, MIDI и Sound Blaster 16, а также интерфейс SPDIF для цифровой обработки звука;
-- программно-совместимый модем;
-- 352-контактный корпус BGA.
VIA Technologies Apollo Pro266 VIA Apollo Pro266 представляет собой высокопроизводительный набор микросхем North/South Bridge, созданный для поддержки процессоров Socket 370 (Pentium III, Celeron, а также C3 — собственного процессора компании VIA). Apollo Pro266 является усовершенст вованной версией набора Apollo Pro133A и позволяет поддерживать DDR200/266 МГц RAM, PC100/133 SDRAM и VC-SDRAM. К основными свойствам Apollo Pro266 относятся:
-- поддержка графической шины AGP 2x/4x;
-- поддержка шины процессора 133/100/66 МГц;
-- интерфейс памяти PC-100/133 SDRAM и PC200/266 DDR SDRAM;
-- интерфейс ATA-100 IDE;
-- поддержка шести портов USB;
-- интегрированная шестиканальная система AC97;
-- интегрированный модем MC97;
-- интегрированные адаптеры 10/100 BASE-T Ethernet и 1/10 МГц Home PNA;
-- текущий контроль аппаратного обеспечения;
-- система управления питанием ACPI/On Now!
В набор Apollo Pro266 вошли две микросхемы, выполненные в корпусе BGA: 552-контактная VT8633 North Bridge Controller и 352-контактная VT82C686B South Bridge Controller. Apollo Pro 133A Этот набор микросхем используется для создания системных плат на базе процессоров Pentium III, Celeron и VIA Ciryx III (для разъемов Slot 1 и Socket 370). Он создан на базе набо ра Apollo Pro 133 и поддерживает:
-- AGP 4х;
-- частоту шины 66/100/133 МГц;
-- интерфейс памяти PC133 SDRAM;
-- интерфейс ATA-66;
-- четыре порта USB;
-- AC97;
-- аппаратный мониторинг;
-- систему управления питанием.
292 Глава 4. Системные платы Набор VIA Apollo Pro133A состоит из двух микросхем: VT82C694X (North Bridge) и VT82C596B или VT82C686A (South Bridge). ProSavage PM133 В наборе VIA ProSavage PM133 интегрированы системы двух- и трехмерной графики S3 Savage 4 S3 и Savage 2000 с набором микросхем Apollo Pro133A. К основным свойствам на бора Apollo Pro 133A были добавлены некоторые дополнительные возможности:
-- архитектура совместно используемой памяти объемом от 2 до 32 Мбайт, интегриро ванная с графической системой Savage 4 3D Savage 2000 2D;
-- Z-буферизация, 32-битовое цветовое воспроизведение, однопроходное наложение тек стур, устранение контурных неровностей;
-- поддержка воспроизведения DVD, дисплеев DVI LCD, TV-выхода;
-- поддержка спецификации PCI 2.2.
Вспомогательный интерфейс AGP 4x позволяет модернизировать интегрированный ви деоадаптер AGP 4x с помощью платы расширения. В набор ProSavage PM133 вошли две микросхемы: VT8605 North Bridge и VT8231 South Bridge. Микросхема VT8231 South Bridge объединяет в одно целое Super I/O и поддержку интер фейса LPC. Apollo Pro 133 В этом наборе микросхем впервые реализована поддержка памяти PC133 SDRAM. Он ис пользуется для создания системных плат на базе процессоров Pentium III, Celeron и VIA Ciryx III (для разъемов Slot 1 и Socket 370). Набор Apollo Pro 133 поддерживает:
-- AGP 2х;
-- частоту шины 66/100/133 МГц;
-- интерфейс памяти PC133 SDRAM;
-- интерфейс ATA-66;
-- четыре порта USB;
-- AC97;
-- аппаратный мониторинг;
-- систему управления питанием.
Набор VIA Apollo Pro 133 состоит из двух микросхем: VT82C693A (North Bridge) и VT82C596B или VT82C686A (South Bridge). Apollo KLE133 Apollo KLE133 (ранее известный как PM601) представляет собой высокоинтегрированный комплекс наборов микросхем системной логики, разработанный для рынка персональных компьютеров и устройств Internet. Этот набор содержит встроенный графический адаптер Trident Blade3D и сетевую плату 10/100 Ethernet. Набор Apollo KLE133 предназначен для процессоров Pentium III, Celeron и VIA C3 (Slot 1 или Socket 370). Основными свойствами Apollo KLE133 являются:
-- поддержка AGP 2x;
-- интегрированный видеоадаптер Trident Blade3D;
-- шина процессора 66/100/133 МГц;
-- поддержка памяти PC133 SDRAM;
Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 293 -- интегрированный сетевой адаптер 10/100 Ethernet;
- поддержка AC97, модема MC97, Super I/O, аппаратный мониторинг;
-- четыре порта USB;
-- поддержка ATA-66;
-- расширенная система управления питанием.
В набор Apollo KLE 133 вошли две микросхемы: VT8601 North Bridge Controller и VT82C686А South Bridge Controller. Apollo Pro Набор микросхем Apollo Pro предназначен для системных плат с разъемом Slot 1, используе мых в настольных и портативных компьютерах. Этот набор поддерживает расширенное управле ние питанием, память PC100 SDRAM и AGP 2x. Набор Apollo Pro аналогичен Intel 440BX. Описываемый набор состоит из двух компонентов — микросхема VT82C691 (North Bridge) и VT82C596 (South Bridge). В некоторых системных платах вместо микросхемы VT82C691 используется VT82C586B. Набор Apollo Pro поддерживает все процессоры, устанавливаемые в разъем Slot 1 (Intel Pentium II) и Socket 8 (Intel Pentium Pro), частоты шины 66 и 100 МГц, AGP спецификации 1.0 и PCI спецификации 2.1, память типа FPM, EDO и SDRAM, объем памяти до 1 Гбайт, систе мы управления питанием ACPI и APM, шину USB и два порта UltraDMA-66 EIDE. Apollo Pro Plus Этот набор микросхем предназначен для использования в системных платах Slot 1/Socket 307 настольных и мобильных систем. Набор Apollo Pro Plus поддерживает:
-- AGP 1х;
-- частоту шины 66/100 МГц;
-- интерфейс памяти PC100 SDRAM (общий объем памяти до 1 Гбайт);
-- контроллер UltraDMA-33;
-- контроллер USB;
-- системы управления питанием ACPI и APM.
Набор Apollo Pro состоит из двух микросхем: VT82C693 (North Bridge) и VT82C596A (South Bridge), используемой для мобильных систем, или VT82C686A (South Bridge) — для настольных. Silicon integrated Systems (SiS) SiS633/635 Семейство SiS633/635 представляет собой серию наборов микросхем системной логики, поддерживающих процессоры Pentium III и Celeron (Socket 370). Набор микросхем Т-серии также поддерживает процессоры Pentium III Tualatin, созданные по 0,13-микронной техноло гии, которые были выпущены в мае 2001 года. Наборы микросхем S1S633 и S1S633T поддерживают память PC133 SDRAM, а наборы SiS635 и SiS635T, в свою очередь, поддерживают PC133 SDRAM, DDR266 DDR SDRAM или сочетание PC133 и DDR266 SDRAM. Наборы микросхем указанного семейства обеспечивают следующие возможности:
-- интегрированный AGP 4x;
-- до шести устройств управления передачей данных по шине PCI;
-- контроллеры UDMA/100 IDE;
-- 1,5 Гбайт RAM;
-- шесть портов USB;
-- поддержка AC97 и AMR.
Наборы S1S635/635T также поддерживают технологию ACR или CNR и интегрируют 10/100 BASE-T Ethernet и 1/10 МГц Home PNA. В этих микросхемах использован 677-контактный корпус BGA. SiS630 Этот набор микросхем с интегрированным графическим ядром (двух- и трехмерной гра фики) предназначен для создания системных плат на базе процессоров Pentium III, Celeron и Cyrix III (Slot 1 and Socket 370). Интегрированный 128-разрядный графический интерфейс по зволяет использовать как обычные электронно-лучевые мониторы, так и современные плос копанельные цифровые мониторы. Необязательный компонент SiS301 Video Bridge поддер живает видеовыход NTSC/PAL TV. В набор микросхем SiS630 также интегрированы интер фейсы 10/100 Мбит Fast Ethernet и AC97. Этот набор поддерживает интерфейс Low Pin Count (LPC), а сдвоенный контроллер USB позволяет использовать четыре порта USB. Набор SiS630 обладает следующими возможностями:
?? поддерживает процессоры Intel/AMD/Cyrix/IDT Pentium CPU и частоту шины 66/83/90/95/100 МГц;
-- имеет интегрированный контроллер кэш-памяти второго уровня объемом 2 Мбайт;
-- поддерживает память типа PC133 SDRAM;
-- соответствует спецификации PC99;
-- совместим со спецификацией PCI 2.2;
-- поддерживает Ultra DMA-33/66;
-- содержит интегрированный виедоакселератор AGP 2х;
-- поддерживает плоскопанельные мониторы;
-- содержит встроенный вторичный контроллер монитора;
-- поддерживает интерфейс Low Pin Count;
-- соответствует требованиям ACPI 1.0;
-- имеет пять портов USB;
-- содержит интегрированный 10/100 Мбит Ethernet-контроллер.
SiS620/5595 Этот набор микросхем предназначен для использования в недорогих системных платах Slot 1 или Socket 370. Набор SiS620/5595 обладает следующими возможностями:
-- поддерживает частоту шины 66/100 МГц;
-- поддерживает память типа PC100 SDRAM;
-- совместим со спецификацией PCI 2.2;
-- поддерживает Ultra DMA-33/66;
-- имеет интегрированный видеоакселератор;
-- поддерживает плоскопанельные мониторы.
Шестое поeоление миeросхем системной лоaиeи Pentium Pro и Pentium II/III 295 SiS600/5595 и 5600/5595 Семейство SiS600/SiS5595 представляет собой набор микросхем North/South Bridge, раз работанный для недорогих систем. Основными свойствами набора являются:
-- шина процессора 66/100 МГц;
-- PC100 SDRAM с поддержкой коррекции ошибок (ЕСС);
-- AGP 2x;
-- Ultra DMA/33;
-- два порта USB;
-- спецификация ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) версии 1.0. Наборы микросхем для процессоров Athlon/Duron Процессоры Athlon и Duron, созданные компанией AMD, устанавливаются в разъемы Slot A и Socket A. Несмотря на сходство с Pentium III и Celeron, процессорам AMD необхо димы собственные наборы микросхем. Вначале единственным поставщиком микросхем для процессоров Athlon была компания AMD, но в последнее время VIA Technology, Acer Labs и SiS представили большое количество наборов микросхем, обладающих разнообразными воз можностями. Об этих наборах и пойдет речь в следующих разделах. Наборы микросхем компании AMD для процессоров Athlon/Duron Компания AMD разработала два набора микросхем системной логики для процессоров Athlon и Duron: AMD-750 и AMD-760. Их основные свойства приведены в табл. 4.12, а более подробно эти наборы описаны в следующих разделах. AMD-750 Для своих новых моделей процессоров Athlon/Duron компания AMD разработала системные платы Slot A и Socket A на базе набора микросхем AMD-750. Этот набор использует традицион ную архитектуру North/South Bridge, соответствующую особенностям процессоров Athlon и Duron. Набор AMD-750 состоит из компонентов AMD-751 (North Bridge) и AMD-756 (South Bridge). Компонент AMD-751 соединяет процессор с шиной, а также содержит контроллер памя ти, контроллер шин AGP и PCI. Компонент AMD-756 включает мост PCI-to-ISA, контроллер интерфейса USB и контроллер ATA33/66. Набор микросхем AMD-750 обладает следующими возможностями:
-- поддерживает шину AMD Athlon 200 МГц;
-- совместим со спецификацией PCI 2.2;
-- поддерживает AGP 2x;
-- поддерживает память типа PC100 SDRAM с кодами коррекции ошибок;
-- позволяет установить до 768 Мбайт памяти;
-- включает систему управления питанием ACPI;
-- поддерживает интерфейс ATA-33/66;
-- содержит контроллер USB;
-- включает интегрированную 256-байтовую микросхему CMOS RAM с часами;
-- имеет интегрированный контроллер клавиатуры и мыши.
296 Глава 4. Системные платы AMD-760 Набор AMD-760, представленный в октябре 2000 года, известен как первый набор микро схем системной логики, поддерживающий память DDR SDRAM. Этот набор содержит две микросхемы, выполненные в корпусе PBGA (Pin Plastic Ball-Grid Array): 569-контактный сис темный контроллер AMD-761 (North Bridge) и 272-контактный контроллер периферийной шины AMD-766 (South Bridge). Подробная блок-схема набора микросхем AMD-760 пред ставлена на рис. 4.32. AMD-761 North Bridge содержит системную шину AMD Athlon, контроллер памяти DDR SDRAM с поддержкой памяти PC1600 или PC2100, контроллер AGP 4x, а также контроллер шины PCI. Набор микросхем 761 поддерживает функционирование шины процессора с час тотой 200 или 266 МГц, а также более современные микросхемы Athlon, использующие шину процессора с частотой 266 МГц. Набор AMD-766 South Bridge включает в себя контроллер USB, интерфейсы сдвоенных UDMA/100 ATA/IDE, шину LPC, предназначенную для соединения с микросхемой Super I/O, а также компоненты ROM BIOS. Основными свойствами набора микросхем AMD-760 являются:
-- шина процессора AMD Athlon 200/266 МГц;
-- поддержка сдвоенных процессоров;
-- шина PCI 2.2, содержащая до шести устройств управления;
-- интерфейс AGP 2.0, поддерживающий режим 4x;
-- память PC1600 или PC2100 DDRSDRAM с поддержкой ECC;
-- поддержка до 2 Гбайт буферизированной или 4 Гбайт зарегистрированной памяти DDR SDRAM;
-- система управления питанием ACPI;
-- поддержка ATA-100;
-- контроллер USB;
-- шина LPC, поддерживающая Super I/O.

Микросхема Super I/O

Третья основная микросхема в большинстве системных плат называется Super I/O. Эта микросхема обычно реализует функции устройств, которые прежде размещались на отдель ных платах расширения. Большинство микросхем Super I/O содержат (как минимум) следующие компоненты:
-- контроллер гибких дисков;
-- двойные контроллеры последовательного порта;
-- контроллер параллельного порта.
Контроллеры гибких дисков в большинстве микросхем Super I/O обслуживают два диско вода, но некоторые из них могут обслуживать только один. В более старых системах часто требовались отдельные платы для контроллера гибких дисков. Двойной последовательный порт — другое устройство, которое прежде располагалось на одной или нескольких платах. В большинстве лучших микросхем Super I/O предусмотрена буферизация потока данных через последовательный порт. Схема, реализующая буфериза Миeросхема Super I/O 303 цию, называется UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter — универсальный асин хронный трансмиттер-приемник). Для каждого порта предусматривается своя схема UART. В большинстве случаев она подобна быстродействующей автономной схеме UART NS16550A, разработанной компанией National Semiconductor. Поскольку Super I/O выполняет функции двух этих микросхем, можно сказать, что, по сути, эти порты встроены в системную плату. Фактически все микросхемы Super I/O также содержат быстродействующий многорежим ный параллельный порт. Лучшие параллельные порты могут работать в трех режимах: стан дартном (двунаправленном), EPP (Enhanced Parallel Port — расширенный параллельный порт) и ECP (Enhanced Capabilities Port — порт с расширенными возможностями). Режим ECP — самый быстрый и наиболее мощный, но если выбрать этот режим, то порт будет использо вать 8-разрядный канал прямого доступа к памяти шины ISA (обычно канал 3 прямого досту па в память). Если на этом канале не установлено какое-нибудь другое устройство (например, звуковая плата), то параллельный порт в режиме ECP должен работать отлично. Некоторые более новые принтеры и сканеры, подсоединяемые к компьютеру через параллельный порт, используют режим ECP, разработанный Hewlett-Packard. Микросхема Super I/O может содержать также другие компоненты. Например, в настоя щее время в системной плате Intel VC820 (формфактора ATX) используется в качестве Super I/O микросхема LPC47V102 компании SMC (Standard Microsystems Corp.). В этой микросхеме установлены:
-- интерфейс дисковода гибких дисков;
-- два быстродействующих последовательных порта;
-- один многорежимный (ECP/EPP) параллельный порт;
-- контроллер клавиатуры типа 8042 и мыши.
Удивляет здесь только наличие контроллера клавиатуры и мыши; все другие компоненты есть в большинстве микросхем Super I/O. В последние годы роль Super I/O уменьшилась. Это произошло прежде всего потому, что Intel реализовала функции Super I/O типа IDE непосредственно в компоненте South Bridge на бора микросхем системной логики, что позволило подсоединять соответствующие устройства к шине PCI, а не к ISA. Один из недостатков Super I/O — подсоединение к системе с помо щью интерфейса шины ISA, что ограничивает ее быстродействие и эффективность возмож ностями этой шины, работающей на частоте 8 МГц. Подключив устройства IDE к шине PCI, можно повысить быстродействие дисководов IDE, поскольку, работая на тактовой частоте шины PCI (33 МГц), они смогут передавать данные с более высокой скоростью. Более современные микросхемы Super I/O подключаются к системе с помощью шины LPC, разработанной компанией Intel в качестве низкоскоростного (примерно до 6,67 Мбайт/с) соединения, использующего не больше чем 13 сигналов. Несмотря на более низкую по срав нению с ISA скорость, шина LPC имеет пропускную способность, вполне достаточную для микросхемы Super I/O. Intel объединяет все больше функций в основном наборе микросхем системной логики, а периферийные устройства, подключаемые к шине USB, заменяют устройства, подключаемые к стандартному последовательному и параллельному портам, а также к контроллеру гибких дисков. Поэтому, скорее всего, необходимость в микросхеме Super I/O постепенно исчезнет. По крайней мере, в одном из наборов микросхем системной логики независимых производи телей микросхемы Super I/O и South Bridge уже объединены в одно целое, благодаря этому появилось дополнительное свободное пространство и уменьшилось количество компонентов на системной плате. 304 Глава 4. Системные платы Распределение CMOS-памяти В оригинальных системах АТ, микросхема Motorola 146818 использовалась в качестве микросхемы RTC и RAM типа Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS). Она со держала простой цифровой датчик времени, использующий 10 байт RAM, и дополнительные 54 байт неиспользуемой RAM, предназначенные для хранения каких-либо данных. Разработ чики IBM АТ предполагали использовать эту память для хранения конфигурационных дан ных системы. В современных компьютерных системах микросхема компании Motorola не используется и выполняемые ею функции включены в набор микросхем системной платы (South Bridge) или микросхему Super I/O. Кроме того, могут быть использованы специальная батарея и мо дуль NVRAM, созданный компаниями Dallas или Benchmarq. Более подробная информация может быть получена в разделе “Распределение CMOS- памяти” главы 5, “Базовая система ввода-вывода”. Разъемы системной платы В современных системных платах существует множество различных разъемов. На рис. 4.34 показано расположение разъемов типичной системной платы Intel DB850GB. Неко торые из этих разъемов, такие как разъем питания, параллельные и последовательные порты, разъемы клавиатуры и мыши, описываются в других главах этой книги. В табл. 4.14–4.18 приведены назначения выводов описываемых разъемов.

Назначение и функционирование шин

Основой системной платы являются различные шины, служащие для передачи сигналов компонентам системы. Шина (bus) представляет собой общий канал связи, используемый в компьютере и позволяющий соединить два или более системных компонента. Существует определенная иерархия шин PC, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой. Современные компьютерные системы включают три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с какой-либо шиной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) выполняют роль моста между шинами.
-- Шина процессора. Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Используется в основном процессором для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и компонентом North Bridge набора микросхем. В системах на базе процессоров Pentium II эта шина работает на частоте 66, 100, 133 или 200 МГц и имеет ширину 64 разряда.
-- Шина AGP. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х) или 266 МГц (AGP 4х) и предназначена для подключения видеоадаптера. Она подключает ся к компоненту North Bridge или Memory Controller Hub (MCH) набора микросхем системной логики.
-- Шина PCI. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 33 МГц; используется начиная с систем на базе процессоров 486. В настоящее время есть реализация этой шины с частотой 66 МГц. Находится под управлением контроллера PCI — части компонента North Bridge или Memory Controller Hub (MCH) набора микросхем. На системной пла те устанавливаются разъемы, обычно четыре или более, в которые можно подключать сетевые, SCSI- и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. К шине PCI подключается компонент South Bridge набора микросхем, ко торый содержит реализации интерфейса IDE и USB.
-- Шина ISA. Это 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц; впервые стала ис пользоваться в системах AT в 1984 году (была 8-разрядной и работала на частоте 5 МГц). Имела широкое распространение до настоящего времени, но из спецификации PC99 исключена. Реализуется с помощью компонента South Bridge. Чаще всего к этой шине подключается микросхема Super I/O. Некоторые современные системные платы содержат специальный разъем, получивший название Audio Modem Riser (AMR) или Communications and Networking Riser (CNR). Подоб ные специализированные разъемы предназначены для плат расширения, обеспечивающих выполнение сетевых и коммуникационных функций. Следует заметить, что эти разъемы не являются универсальным интерфейсом шины, поэтому лишь немногие из специализирован ных плат AMR или CNR присутствуют на открытом рынке. Как правило, такие платы прила гаются к какой-либо определенной системной плате. Их конструкция позволяет легко созда вать как стандартные, так и расширенные системные платы, без необходимости резервиро вать место на платах для установки дополнительных микросхем. Большинство системных плат, обеспечивающих стандартные сетевые функции и функции работы с модемом, созданы на основе шины PCI, так как разъемы AMR/CNR имеют специализированное назначение. В современных системных платах существуют также скрытые шины, которые никак не проявляются в виде гнезд или разъемов. Имеются в виду шины, предназначенные для соеди нения компонентов наборов микросхем, например hub-интерфейса и шины LPC. Hub интерфейс представляет собой четырехтактную (4x) 8-разрядная шину с рабочей частотой 66 МГц, которая используется для обмена данными между компонентами MCH и ICH набора микросхем (hub-архитектура). Пропускная способность hub-интерфейса достигает 266 Мбайт/с, что позволяет использовать его для соединения компонентов набора микросхем в недорогих конструкциях.
Для подобных целей предназначена и шина LPC, которая представляет собой 4-разрядную шину с максимальной пропускной способностью 6,67 Мбайт/с и применяется в качестве более экономичного по сравнению с шиной ISA варианта. Обычно шина LPC используется для соеди нения Super I/O или компонентов ROM BIOS системной платы с основным набором микросхем. Шина LPC имеет примерно равную рабочую частоту, но использует значительно меньше кон тактов. Это позволяет полностью отказаться от использования шины ISA в системных платах. Системный набор микросхем — это дирижер, который руководит оркестром системных компонентов системы, позволяя каждому из них подключиться к собственной шине. В табл. 4.26 приведены разрядность, частота и скорость передачи данных практически всех ти пов шин PC. Обратите внимание, что для повышения эффективности во многих шинах в течение одного такта выполняется несколько циклов данных (передач данных). Это означает, что скорость пе редачи данных выше, чем это может показаться на первый взгляд. Существует достаточно про стой способ повысить быстродействие шины с помощью обратно совместимых компонентов. В следующих разделах речь пойдет о главных шинах ввода-вывода, шинах процессора и других компонентов системы, упомянутых в предыдущей таблице. Шина процессора Эта шина соединяет процессор с компонентом набора микросхем North Bridge или Memory Controller Hub. Она работает на частотах 66–200 МГц. Используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш- памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Взаимодействие шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) показано на рис. 4.36. В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте системной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении про цессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низкой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродейст вующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процес 310 Глава 4. Системные платы сора при множителе 3,5х достигает только 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использую щую процессоры AMD K6-2 550, которые работают на частоте 550 МГц; при множителе 5,5х частота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих системах частота кэш памяти второго уровня достигает только 100 МГц.
Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких, как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Socket 8, Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с процессором посредством встроенной шины. Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно увеличить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второго уровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работа ла с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае ско рость интегрированной кэш-памяти была значительно выше скорости внешнего кэша, огра ниченного частотой системной платы Socket 7. На рис. 4.37 показана архитектура типичной системы Slot 1 (или Slot А) со встроенной кэш-памятью второго уровня, частота которой равна половинной частоте процессора. Повы шение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело, в свою очередь, к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Обратите внимание, что в большинство систем бы ла включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство этих систем поддерживают AGP 2x, быстро действие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к повышению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использовались модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с. В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры содержат встроенную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла потреб ность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с. На рис. 4.38 показана архитектура типичной системы Socket 370. Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной North/South Bridge. В этой конструкции основное соединение между компонентами набора микросхем было перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI использовать полную, без учета компо нента South Bridge, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой через шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре North/South Bridge для этого использовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Super I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позволяет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживае мые микросхемой Super I/O, называются стандартными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила название нестандартной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, исполь зующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью USB. В этих системах обычно используется два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные пор ты могут быть подключены к узлам USB).
316 Глава 4. Системные платы В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в ко торой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция North/South Bridge. Архитектура типичной системы Socket A (Athlon/Duron) показана на рис. 4.39. Обратите внимание на быстродействующую шину процессора, частота которой достигает 266 МГц (пропускная способность 2133 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые под держивают аналогичную пропускную способность (т.е. 2133 Мбайт/с). Также следует заме тить, что большая часть компонентов South Bridge включает функции, свойственные микро схемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge.
Система Pentium 4 (Socket 423), созданная на основе hub-архитектуры, показана на рис. 4.40. Основной особенностью этой конструкции является шина процессора, частота ко торой равна 400 МГц, а пропускная способность достигает 3200 Мбайт/с. Это самая быстро действующая шина на сегодняшний день. Кроме того, следует обратить внимание на двухка нальные PC-800 RDRAM RIMM, пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответст вует пропускной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производительность системы.
Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с макси мально высокой скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой дру гой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предна значены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонен тами компьютера. Например, в компьютере с процессором Pentium шина состоит из 64 линий данных, 32 линий адреса и соответствующих линий управления. Компьютеры с процессорами Pentium Pro и Pentium II имеют по 36 линий адреса.
Тактовая частота, используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутрен няя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внешнюю. Так, например, Pentium 266 имеет внутреннюю частоту процессора 266 МГц, в то время как внешняя частота составляет всего 66,6 МГц. Процессор Pentium II 450 имеет внут реннюю частоту 450 МГц, в то время как внешняя частота составляет всего 100 МГц. В про цессорах Pentium 133, 166, 200 и 233 шина работает на тактовой частоте 66,6 МГц. В боль шинстве современных компьютеров соотношение частоты процессора и частоты шины соот ветствует одному из коэффициентов: 1,5х, 2х, 2,5х, 3х и т.д. Рис. 4.40. Архитектура системы на базе процессора Pentium 4 (Socket 423) 318 Глава 4. Системные платы Шина процессора, подключенная к процессору, по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в ком- пьютерах с процессорами Pentium, Pentium Pro и Pentium II за один такт можно передать 64 бит. Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 для Pentium, Pentium Pro или Pentium II) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора). Процессоры Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro или Pentium II с базовой тактовой частотой 66 МГц могут переда вать один бит по каждой линии данных за один период тактовой частоты, поэтому макси мальная скорость передачи данных составляет 528 Мбайт/с.

Назначение разъемов расширения

Шина ввода-вывода позволяет процессору взаимодействовать с периферийными устройст вами. Эта шина и подключенные к ней разъемы расширения предназначены для того, чтобы компьютер мог выполнить все предъявляемые запросы. Шина ввода-вывода позволяет подклю чать к компьютеру дополнительные устройства для расширения его возможностей. В разъемы расширения устанавливают такие жизненно важные узлы, как контроллеры накопителей на же стких дисках и платы видеоадаптеров; к ним можно подключить и более специализированные устройства, например звуковые платы, сетевые интерфейсные платы, адаптеры SCSI и др.
Замечание
В большинстве современных eомпьютеров неeоторые oстройства ввода-вывода oстановлены непосредствен но на системной плате. Это может быть eонтроллер жестeоaо дисeа, порт с интерфейсом SCSI, последова тельный порт, порт мыши, параллельные порты и сетевой интерфейс. Если эти oстройства поддерживаются eомпонентами South Bridge или Super I/O, то дополнительные разъемы на шине ввода-вывода им oже не нoжны. Тем не менее при взаимодействии с процессором эти встроенные eотроллеры и порты использoют тo же самoю шинo.

Типы шин ввода-вывода

За время, прошедшее после появления первого PC, особенно за последние годы, было разработано довольно много вариантов шин ввода-вывода. Объясняется это просто: для по вышения производительности компьютера нужна быстродействующая шина ввода-вывода. Производительность определяется тремя основными факторами:
-- быстродействием процессора;
-- качеством программного обеспечения;
-- возможностями мультимедиа-компонентов.
Чтобы улучшить каждый из этих параметров, нужна шина ввода-вывода с максимальным быстродействием. Как это ни удивительно, значительное число компьютеров до сих пор вы пускается с такой же архитектурой шины, которая применялась в компьютерах IBM класса PC/AT. Однако сейчас ситуация изменилась, поскольку в новых компьютерах используются принципиально другие шины ввода-вывода; их структура постоянно совершенствуется, а стоимость снижается.
Одной из главных причин, препятствующих появлению новых структур шин ввода вывода, является их несовместимость со старым стандартом PC, который, подобно крепкому морскому узлу, связывает нас с прошлым. В свое время успех компьютеров класса PC предо пределила стандартизация — многие компании разработали тысячи плат, соответствующих требованиям этого стандарта. Новая, более быстродействующая шина должна быть совмес тимой с прежним стандартом, иначе все старые платы придется просто выбросить. Поэтому технология производства шин эволюционирует медленно, без резких скачков. Шины ввода-вывода различаются архитектурой. Основными на сегодняшний день являются:
-- ISA (Industry Standard Architecture);
-- MCA (Micro Channel Architecture);
-- EISA (Extended Industry Standard Architecture);
-- VESA (также называемая VL-Bus или VLB);
-- локальная шина PCI;
-- AGP;
-- PC Card (или PCMCIA);
-- FireWire (IEEE-1394);
-- USB (Universal Serial Bus).
Различия между этими шинами в основном связаны с объемом одновременно передавае мых данных (разрядностью) и скоростью передачи (быстродействием). Каждая шина строит ся на основе специальных микросхем, которые подключаются к шине процессора. Обычно эти же микросхемы используются и для управления шиной памяти.
Замечание
Подробное описание шин ISA, EISA и MCA можно найти в дополнении на прилаaаемом kомпаkт-дисkе. Локальные шины Шины ISA, МСA и EISA имеют один общий недостаток — сравнительно низкое быстро действие. Это ограничение существовало еще во времена первых PC, в которых шина ввода вывода работала с той же скоростью, что и шина процессора. Быстродействие шины процес сора возрастало, а характеристики шин ввода-вывода улучшались в основном за счет увели чения их разрядности. Ограничивать быстродействие шин приходилось потому, что боль шинство произведенных плат адаптеров не могли работать при повышенных скоростях обме на данными. На рис. 4.41 в общем виде показано, как шины в обычном компьютере используются для подключения устройств.
Некоторым пользователям не дает покоя мысль о том, что компьютер работает медленнее, чем может. Однако быстродействие шины ввода-вывода в большинстве случаев не играет роли. Например, при работе с клавиатурой или мышью высокое быстродействие не требуется, по скольку в этой ситуации производительность компьютера определяется самим пользователем. Оно действительно необходимо только в подсистемах, где важна высокая скорость обмена дан ными, например в видеоконтроллерах и контроллерах дисковых накопителей. Проблема, связанная с быстродействием шины, стала актуальной в связи с распростране нием графических пользовательских интерфейсов (например, Windows). Ими обрабатывают ся такие большие массивы данных, что шина ввода-вывода становится самым узким местом системы. В конечном счете процессор с тактовой частотой, например, 66 или 450 МГц ока зывается совершенно бесполезным, поскольку данные по шине ввода-вывода передаются в несколько раз медленнее (тактовая частота около 8 МГц).
Очевидное решение состоит в том, чтобы часть операций по обмену данными осуществ лялась не через разъемы шины ввода-вывода, а через дополнительные быстродействующие разъемы. Наилучший подход к решению этой проблемы — расположить дополнительные разъемы ввода-вывода на самой быстродействующей шине, т.е. на шине процессора (это на поминает подключение внешней кэш-памяти (рис. 4.42)). Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus), поскольку внешние устройства (платы адаптеров) теперь имеют доступ к шине процессора (ближайшей к нему шине). Конечно, разъемы локальной шины должны отличаться от слотов шины ввода-вывода, чтобы в них нельзя было вставить платы “медленных” адаптеров. Интересно, что первые 8- и 16-разрядные шины ISA имели архитектуру локальных шин. В этих системах в качестве основной использовалась шина процессора и все устройства рабо тали со скоростью процессора. Когда тактовая частота в системах ISA превысила 8 МГц, ос новная шина компьютера отделилась от шины процессора, которая уже не могла выполнять эти функции. Появившийся в 1992 году расширенный вариант шины ISA, который назывался VESA Local Bus (или VL-Bus), ознаменовал возврат к архитектуре локальных шин.
Ускоренный графический порт (AGP) Для повышения эффективности работы с видео и графикой Intel разработала новую ши ну — ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port — AGP). AGP похожа на PCI, но содержит ряд добавлений и расширений. И физически, и электрически, и логически она не зависит от PCI. Например, разъем AGP подобен разъему PCI, но имеет контакты для допол нительных сигналов и другую разводку контактов. В отличие от PCI, которая является на стоящей шиной с несколькими разъемами, AGP — высокоэффективное соединение, разрабо танное специально для видеоадаптера, причем в системе для одного видеоадаптера допуска ется только один разъем AGP. Спецификация AGP 1.0 была впервые реализована Intel в июле 1996 года. В соответствии с этой спецификацией использовалась тактовая частота 66 МГц и режим 1х или 2х с уровнем напряжения 3,3 В. Версия AGP 2.0 была выпущена в мае 1998 года, в ней был добавлен режим 4х, а также понижено рабочее напряжение до 1,5 В.
Внимание!
В неeоторых AGP 4x-совместимых системных платах моaoт использоваться тольeо платы AGP 4x с рабочим напряжением 1,5 В. Поэтомo перед приобретением платы AGP oбедитесь в ее совместимости с сoществoю щей системной платой. Кроме тоaо, в отдельных AGP 4x-совместимых разъемах использoется механизм фиe сации платы, поeазанный на рис. 4.63. В разъемах AGP 1x/2x сoществoет явно выраженный делитель, отсoт ствoющий в более новом разъеме AGP 4x.
В новой спецификации AGP Pro определен довольно длинный разъем с дополнительными контактами на каждом конце для подвода напряжения питания к платам AGP, которые по требляют больше 25 Вт (максимальная мощность — 110 Вт). Платы AGP Pro могут исполь зоваться для высококачественных графических рабочих станций. Разъемы AGP Pro обратно совместимы, т.е. к ним можно подключать стандартные платы AGP. Так как разъем AGP Pro длиннее AGP 1х/2х, существует вероятность неправильной установки платы AGP 1х/2х, что может привести к ее повреждению. Для того чтобы этого избежать, расширение AGP Pro, расположенное в задней части разъема, иногда закрывается специальной крышкой. Перед ус тановкой платы AGP Pro эту крышку следует удалить. Стандартные разъемы AGP 1x/2x, AGP 4x и AGP Pro показаны на рис. 4.47. В августе 2000 года была представлена последняя версия спецификации AGP для PC — AGP 8x; в этой спецификации определен более быстрый, 8-кратный (8x) режим передачи данных, позво ляющий значительно увеличить ее производительность. AGP — быстродействующее соединение, работающее на основной частоте 66 МГц (фактически — 66,66 МГц), которая вдвое выше, чем у PCI. В основном режиме AGP, назы ваемом 1х, выполняется одиночная передача за каждый цикл. Поскольку ширина шины AGP равна 32 битам (4 байта), при 66 млн тактов в секунду по ней можно передавать данные со скоростью приблизительно 266 млн байт в секунду! В первоначальной спецификации AGP также определен режим 2х, при котором в каждом цикле осуществляются две передачи, что соответствует скорости 533 Мбайт/с. В настоящее время практически все современные сис темные платы поддерживают этот режим.
Спецификация AGP 2.0 поддерживает 4-кратный режим передачи данных, т.е. передача данных осуществляется четыре раза в течение одного такта. При этом скорость передачи данных достигает 1066 Мбайт/с. Большинство современных плат AGP поддерживают, как минимум, стандарт 4х. В табл. 4.29 приведены тактовые частоты скорости передачи данных для различных режимов AGP.

Системные ресурсы

Системными ресурсами называются коммуникационные каналы, адреса и сигналы, ис пользуемые узлами компьютера для обмена данными с помощью шин. Обычно под систем ными ресурсами подразумевают:
-- адреса памяти;
-- каналы запросов прерываний (IRQ);
-- каналы прямого доступа к памяти (DMA);
-- адреса портов ввода-вывода.
В приведенном списке системные ресурсы размещены в порядке уменьшения вероятности возникновения из-за них конфликтных ситуаций в компьютере. Наиболее распространенные проблемы связаны с ресурсами памяти, иногда разобраться в них и устранить причины их возникновения довольно сложно. Более подробно эти проблемы рассматриваются в главе 6, “Оперативная память”. В данной главе речь идет о других видах перечисленных выше ресур сов. Так, возникает значительно больше конфликтов, связанных с ресурсами IRQ, чем с ре сурсами DMA, поскольку прерывания запрашиваются чаще. Практически во всех платах ис пользуются каналы IRQ. Каналы DMA применяются реже, поэтому обычно их более чем дос таточно. Порты ввода-вывода используются во всех подключенных к шине устройствах, но 64 Кбайт памяти, отведенной под порты, обычно хватает, чтобы избежать конфликтных си туаций. Общим для всех видов ресурсов является то, что любая установленная в компьютере плата (или устройство) должна использовать уникальный системный ресурс, иначе отдельные компоненты компьютера не смогут разделить ресурсы между собой и произойдет конфликт. Все эти ресурсы необходимы для различных компонентов компьютера. Платы адаптеров используют ресурсы для взаимодействия со всей системой и для выполнения своих специфи ческих функций. Для каждой платы адаптера нужен свой набор ресурсов. Так, последова тельным портам для работы необходимы каналы IRQ и уникальные адреса портов ввода вывода, для аудиоустройств требуется еще хотя бы один канал DMA. Большинством сетевых плат используется блок памяти емкостью 16 Кбайт, канал IRQ и адрес порта ввода-вывода. 328 Глава 4. Системные платы По мере установки дополнительных плат в компьютере растет вероятность конфликтов, связанных с использованием ресурсов. Конфликт возникает при установке двух или более плат, каждой из которых требуется линия IRQ или адрес порта ввода-вывода. Для предот вращения конфликтов на большинстве плат устанавливаются перемычки или переключатели, с помощью которых можно изменить адрес порта ввода-вывода, номер IRQ и т.д. А в совре менных операционных системах Windows9х, удовлетворяющих спецификации Plug and Play, установка правильных параметров осуществляется на этапе инсталляции оборудования. К счастью, найти выход из конфликтных ситуаций можно почти всегда, для этого нужно лишь знать правила игры.
Прерывания
Каналы запросов прерывания (IRQ), или аппаратные прерывания, используются различ ными устройствами для сообщения системной плате (процессору) о необходимости обработ ки определенного запроса. Каналы прерываний представляют собой проводники на системной плате и соответст вующие контакты в разъемах. После получения IRQ компьютер приступает к выполнению специальной процедуры его обработки, первым шагом которой является сохранение в стеке содержимого регистров процессора. Затем происходит обращение к таблице векторов преры ваний, в которой содержится список адресов памяти, соответствующих определенным номе рам (каналам) прерываний. В зависимости от номера полученного прерывания запускается программа, относящаяся к данному каналу. Указатели в таблице векторов определяют адреса памяти, по которым записаны программы драйверы для обслуживания платы, пославшей запрос. Например, для сетевой платы вектор пре рывания содержит адрес сетевых драйверов, предназначенных для работы с ней; для контроллера жесткого диска вектор указывает на программный код BIOS, обслуживающий контроллер. После выполнения необходимых действий по обслуживанию устройства, пославшего за прос, процедура обработки прерывания восстанавливает содержимое регистров процессора (извлекая его из стека) и возвращает управление компьютером той программе, которая вы полнялась до возникновения прерывания.
Благодаря прерываниям компьютер может своевременно реагировать на внешние собы тия. Например, всякий раз, когда с последовательного порта в систему поступает новый байт, вырабатывается IRQ. Аппаратные прерывания имеют иерархию приоритетов: чем меньше номер прерывания, тем выше приоритет. Прерывания с более высоким приоритетом обладают преимуществом и могут “прерывать прерывания”. В результате в компьютере может возникнуть несколько “вложенных” прерываний. При генерации большого количества прерываний стек может переполниться и компьютер зависнет. Если такая ошибка возникает слишком часто при работе в операционной системе DOS, попытайтесь исправить ситуацию, увеличив параметр Stacks (размер стека) в файле Config.sys. В операционных системах Windows 9x и Windows NT такая ошибка встречается довольно редко. По шине ISA запросы на прерывание передаются в виде перепадов логических уровней, причем для каждого из них предназначена отдельная линия, подведенная ко всем разъемам. Каждому номеру аппаратного прерывания соответствует свой проводник. Системная плата не может определить, в каком разъеме находится пославшая прерывание плата, поэтому воз можно возникновение неопределенной ситуации в том случае, если несколько плат исполь зуют один канал. Чтобы этого не происходило, система настраивается так, что каждое уст ройство (адаптер) использует свою линию (канал) прерывания. Применение одной линии сра Системные ресoрсы 329 зу несколькими разными устройствами в большинстве случаев недопустимо. Совместное ис пользование прерывания допускается только PCI-устройствами. Эта возможность поддержи вается системной BIOS и операционной системой. Внешние аппаратные прерывания часто называются маскируемыми прерываниями, т.е. их можно отключить (“замаскировать”) на время, пока процессор выполняет другие критические операции.
Поскольку в шине ISA совместное использование прерываний обычно не допускается, при установке новых плат может обнаружиться недостаток линий прерываний. Если две платы ис пользуют одну и ту же линию IRQ, то их нормальную работу нарушит возникший конфликт. Замечание Прерывания шин ISA, EISA и MCA описаны в дополнении на прилаaаемом kомпаkт-дисkе. Прерывания шины PCI Шина PCI поддерживает аппаратные прерывания, которые использует установленное уст ройство, чтобы привлечь внимание шины. Это прерывания INTA#, INTB#, INTC# и INTD#. Прерывания INTх# чувствительны к уровню, что позволяет распределять их среди несколь ких устройств PCI. Если одиночное устройство PCI использует только одно прерывание, то им должно быть INTA# — одно из основных правил спецификации шины PCI. Остальные дополнительные устройства должны использовать прерывания INTB#, INTC# и INTD#. Для нормального функционирования шины PCI в персональном компьютере ее прерыва ния должны быть установлены в соответствии с существующими прерываниями ISA. Преры вания ISA не могут использоваться совместно, поэтому в большинстве случаев для каждой платы PCI, использующей прерывание INTA# шины PCI, следует установить прерывания, от личные от неразделяемых прерываний шины ISA. Рассмотрим в качестве примера систему, имеющую четыре разъема PCI и четыре установленные платы PCI, каждая из которых ис пользует прерывание INTA#. В таком случае каждой из плат должен быть назначен отдель ный запрос прерывания ISA, например IRQ9, IRQ10, IRQ11 или IRQ5.
Установка одинаковых прерываний для шин ISA и PCI обязательно приведет к конфликту. Также будут конфликтовать два устройства ISA с одинаковым прерыванием. Что же делать, если доступных прерываний недостаточно для всех установленных в системе устройств? В большинст ве новых систем допускается использование одного прерывания несколькими устройствами PCI. Все системные BIOS, удовлетворяющие спецификации Plug and Play, а также операционные сис темы, начиная с Windows 95b (OSR 2), поддерживают функцию управления прерываниями. В та ких компьютерах всю заботу о прерываниях берет на себя система. Обратите внимание, что ориги нальная версия Windows 95, а также Windows 95a эту функцию не поддерживают. Чаще всего BIOS назначает уникальные прерывания устройствам PCI. А если операцион ная система поддерживает управление прерываниями, то эту задачу она выполняет самостоя тельно. Следует заметить, что, даже если активизирована системная функция управления прерываниями, их начальное распределение берет на себя BIOS. Если свободных прерываний недостаточно, то операционная система распределяет одно прерывание между несколькими устройствами PCI. Если операционная система не обладает функцией управления прерыва ниями, то она просто деактивизирует устройство до появления свободного прерывания. Чтобы определить, поддерживается ли описанная функция в вашем компьютере, выпол ните ряд действий.
1. Щелкните на кнопке Пуск (Start) и выберите команду Настройка??Панель управле ния (Settings??Control Panel).
2. Дважды щелкните на пиктограмме Система (System). 330 Глава 4. Системные платы
3. В появившемся окне активизируйте вкладку Устройства (Device Manager).
4. Щелкните на знаке “+” возле группы Системные устройства (System Devices).
5. Дважды щелкните на компоненте Шина PCI (PCI Bus). В появившемся окне активи зируйте вкладку Управление IRQ (IRQ Steering). Вы увидите группу флажков.
Управление прерываниями осуществляется с помощью нескольких таблиц. Windows по следовательно просматривает следующие таблицы IRQ в поисках необходимых параметров:
-- ACPI BIOS;
-- спецификации MS;
-- PCIBIOS 2.1 в защищенном режиме;
-- PCIBIOS 2.1 в реальном режиме.
Для устранения проблем с распределением прерываний попробуйте по одному отключать установленные по умолчанию флажки во вкладке Управление IRQ. В первую очередь ис пользуйте таблицу IRQ из ACPI BIOS, а если проблема не будет устранена — таблицу IRQ из PCIBIOS 2.1 в защищенном режиме. Обратите внимание, что описанные действия подходят только для Windows 98. В Windows 95 эти параметры несколько отличаются. Шина PCI позволяет использовать два типа устройств — bus master (инициатор) и slave (назначение). Устройство bus master берет на себя управление шиной и инициирует передачу данных на устройство slave. Согласно спецификации PC 97 все устройства PCI могут высту пать как в роли инициирующего, так и в роли получателя. В настоящее время практически все разъемы PCI поддерживают “универсальные” устройства. Шиной PCI управляет арбитр, который является частью контроллера шины PCI в наборе микросхем системной логики. Именно этот арбитр управляет доступом всех устройств к ши не. Перед “захватом” управления шиной устройство Bus Master получает на это разрешение у арбитра. Примерно аналогичные действия происходят в локальной сети: сначала отправляет ся запрос на выполнение определенных действий, а при получении положительного ответа на него выполняются сами действия.
Конфликты прерываний
Вероятно, наиболее распространенный конфликт прерываний (IRQ) связан с интегриро ванным последовательным портом COM2, существующим в современных системных платах, и внутренним модемом (имеется в виду полноценный внутренний PC-модем, а не программ ный модем, который также называется WinModem). Внутренний модем, соединенный с од ним из последовательных портов, использует его в качестве одного из элементов схемы соб ственной платы. Этот порт назначается по умолчанию как последовательный порт СОМ2. В результате в компьютере появляются два порта СОМ2, использующих одни и те же прерыва ния (IRQ) и адреса портов ввода-вывода. Решить эту проблему достаточно просто: следует войти в BIOS Setup системы и отклю чить встроенный порт COM2. Кроме того, можно подумать также об отключении порта COM1, который используется довольно редко. Отключение неиспользуемых портов СОМх является одним из лучших способов высвобождения прерываний (IRQ) для других исполь зуемых устройств. Чаще всего конфликты IRQ возникают между последовательными портами СОМ. Как уже отмечалось, прерывание IRQ 3 предназначено для СОМ2, а IRQ 4 — для СОМ1. Проблемы появляются при установке в компьютере дополнительных последовательных портов, что вполне логично, поскольку их максимальное количество равно четырем. Принятое в свое время распределение линий IRQ между портами СОМ оказалось неудачным. Прерывание IRQ 3 предназначено для портов СОМ с четными номерами, а IRQ 4 — для портов СОМ с Системные ресoрсы 331 нечетными номерами. В результате порты СОМ2 и СОМ4 используют одну линию IRQ 3, а порты СОМ1 и СОМ3 — IRQ 4. Следовательно, использовать одновременно СОМ1 и COM3 невозможно; то же самое относится и к портам СОМ2 и СОМ4. Напомним, что, если к одной линии IRQ подключено несколько устройств, ни одно из них не сможет привлечь к себе вни мание процессора. При работе в DOS это допускалось, поскольку тогда одновременно могла выполняться только одна задача, но в системах Windows и OS/2 это совершенно невозможно. Для того чтобы в компьютере можно было применять более двух параллельных портов COM, необходима многопортовая плата, которая, помимо прерываний с номерами 3 и 4, по зволяет использовать дополнительные прерывания.
Если в вашем компьютере какое-либо из перечисленных в таблице устройств отсутствует, например на системной плате нет порта мыши (IRQ 12) или параллельного порта 2 (IRQ 5), то соответствующие им прерывания вы можете использовать как свободные. Так, второй па раллельный порт встречается довольно редко и во многих компьютерах IRQ 5 используется в качестве звуковой платы. Обратите внимание, что проще всего для проверки бесконфликтности прерываний ис пользовать диспетчер устройств в Windows 9х или Windows NT/2000. Дважды щелкнув на пиктограмме Компьютер во вкладке Устройства окна Свойства: Система, вы получите краткий список всех используемых ресурсов системы. Microsoft также включила программу HWDIAG в Windows 95B и более поздние версии; эта программа сообщает об использовании ресурсов системы.
Каналы прямого доступа к памяти Каналы прямого доступа к памяти (DMA) используются устройствами, осуществляющими высокоскоростной обмен данными. Последовательный и параллельный порты, например, не используют DMA, в отличие от звуковой платы или адаптера SCSI. Один канал DMA может использоваться разными устройствами, но не одновременно. Например, канал DMA 1 может использоваться как сетевым адаптером, так и накопителем на магнитной ленте, но вы не сможете записывать информацию на ленту при работе в сети. Для этого каждому адаптеру необходимо выделить свой канал DMA. Замечание Каналы DMA шин ISA, EISA и MCA описаны в дополнении на прилаaаемом kомпаkт-дисkе. Адреса портов ввода-вывода Через порты ввода-вывода к компьютеру можно подключать разнообразные устройства для расширения его возможностей. Принтер, подключенный к одному из параллельных портов LPT, позволяет вывести на бумагу результаты работы. Модем, соединенный с одним из последова тельных портов СОМ, обеспечивает связь по телефонным линиям с другими компьютерами, на ходящимися за тысячи километров от вас. Сканер, подключенный к порту LPT или адаптеру SCSI, позволяет ввести в компьютер графические изображения или текст непосредственно с листа бумаги и преобразовать их в необходимый формат для дальнейшей обработки. Большинство компьютеров имеют хотя бы два последовательных порта и один парал лельный. Последовательные порты обозначаются как СОМ1 и СОМ2, а параллельный — LPT1. В принципе в компьютере можно установить до четырех последовательных (СОМ1– СОМ4) и трех параллельных (LPT1–LPTЗ) портов. 332 Глава 4. Системные платы Порты ввода-вывода позволяют установить связь между устройствами и программным обеспечением в компьютере. Они подобны двусторонним радиоканалам, так как обмен ин формацией в ту и другую сторону происходит по одному и тому же каналу. В отличие от прерываний IRQ и каналов прямого доступа к памяти, в персональных ком пьютерах множество портов ввода-вывода. Существует 65 535 портов, пронумерованных от 0000h до FFFFh, и это, пожалуй, самый удивительный артефакт в процессоре Intel. Хотя мно гие устройства используют до восьми портов, все равно их количество более чем достаточ ное. Самая большая проблема состоит в том, чтобы двум устройствам случайно не назначить один и тот же порт.
Наиболее современные системы, поддерживающие спецификацию Plug and Play, автома тически разрешают любые конфликты из-за портов, выбирая альтернативные порты для од ного из конфликтующих устройств. Хотя порты ввода-вывода обозначаются шестнадцатеричными адресами, подобными ад ресам памяти, они не являются памятью, они — порты. Различие состоит в том, что данные, посланные по адресу памяти 1000h, будут сохранены в модуле памяти SIMM или DIMM. Ес ли вы посылаете данные по адресу 1000h порта ввода-вывода, то они попадают на этот “канал” шины и любое устройство, прослушивающее канал, может принять их. Если никакое устройство не прослушивает этот адрес порта, то данные достигнут конца шины и будут по глощены ее нагрузочными резисторами. Специальные программы — драйверы — взаимодействуют прежде всего с устройствами, используя различные адреса портов. Драйвер должен знать, какие порты использует устрой ство, чтобы работать с ним. Обычно это не проблема, поскольку и драйвер и устройство, как правило, поставляются одним и тем же производителем. Системная плата и набор микросхем системной логики обычно используют адреса портов ввода-вывода от 0h до FFh, а все другие устройства — от 100h до FFFFh. В табл. 4.30 приве дены адреса портов ввода-вывода, обычно используемые системной платой и набором мик росхем системной логики.

Предотвращение конфликтов возника ющих при использовании ресурсов

Предотвращение конфликтов, возникающих при использовании ресурсов Ресурсы компьютера ограниченны, а потребность в них поистине беспредельна. Устанав ливая в компьютер новые платы адаптеров, вы существенно увеличиваете вероятность воз никновения между ними конфликтов. Если система не удовлетворяет спецификации Plug and Play, то этим приходится заниматься вручную. Каковы признаки конфликтов, связанных с неправильным использованием ресурсов? Один из них — прекращение работы какого-либо устройства. Но могут быть и другие при знаки, например:
-- данные передаются с ошибками;
-- компьютер часто зависает;
-- звуковая плата искажает звук;
-- мышь не функционирует;
-- на экране неожиданно появляется “мусор”;
-- принтер печатает бессмыслицу;
-- гибкий диск не поддается форматированию;
-- Windows 9х при загрузке переключается в режим защиты от сбоев.
Диспетчер устройств в Windows 9х отмечает конфликтующие устройства желтой или красной пиктограммой. Это самый быстрый способ обнаружения конфликтов. Ниже рассматриваются некоторые способы выявления и устранения причин конфликтов.
Внимание!
Диаaностирoя системo, бoдьте внимательны. Возможно, проблемы связаны не с неправильным (kонфлиkтным) использованием ресoрсов, а с eомпьютерным вирoсом. Большинство из них создается именно для тоaо, чтобы периодичесeи отравлять вам жизнь. Если вы заподозрили, что в eомпьютере неправильно распределяются ре сoрсы или “назревает” eаeой-либо дрoaой eонфлиeт, то на всяeий слoчай запoстите eаeoю-нибoдь антивирyс нoю проaраммo — это, возможно, избавит вас от мноaих часов бессмысленной работы. Один из способов разрешения конфликтов состоит прежде всего в их предотвращении. Я хочу дать вам несколько советов, которые помогут избежать многих проблем при формирова нии новой системы. Во-первых, старайтесь не использовать устройства ISA ранних версий. Как уже отмечалось, эти устройства не позволяют совместно использовать прерывания (IRQ), ак тивно применяемые системой. Вместо ISA лучше подходят платы PCI и AGP, допускающие со вместное использование прерываний и поддерживающие функцию управления прерываниями. Во-вторых, платы необходимо устанавливать в определенной последовательности. Порядок установки плат весьма важен, так как многие из них используют вполне определенные прерыва ния, характерные для каждой марки или модели платы. При последовательной инсталляции плат программное обеспечение устройств Plug and Play (PnP) значительно упрощает решение конфликтов IRQ, вызванных заданными по умолчанию конфигурациями различных плат. При первоначальной загрузке собранной или модернизированной системы сразу же сле дует обратить внимание на BIOS Setup. Если операционная система, установленная на вашем компьютере, поддерживает устройства Plug and Play (как, например, Windows 9x/Me/2000), убедитесь в том, что это нашло отражение в настройках BIOS. В противном случае (например, для Windows NT) придется отключить поддержку PnP. Для первого запуска я бы порекомендовал использовать минимальную конфигурацию сис темы, включающую в себя только графическую плату, модули памяти, жесткий диск, дисководы гибких дисков, CD-ROM или DVD. Подобная конфигурация позволяет уменьшить вероятность возникновения системных конфликтов. Если к системной плате прилагался компакт-диск с не обходимыми драйверами наборов микросхем или других встроенных компонентов, то их нужно сразу загрузить или инсталлировать. Перед установкой каких-либо других плат или внешних устройств необходимо завершить конфигурацию всех встроенных компонентов. Завершив конфигурирование основной системы и успешно загрузив операционную систе му со всеми “заплатами” и обновлениями, начинайте устанавливать различные устройства. Порядок установки следующий: выключите компьютер, установите нужную плату, включите питание, а затем, после загрузки операционной системы, инсталлируйте необходимые драй веры и конфигурируйте устройство. Чтобы полностью завершить процедуру конфигурации, вероятно, придется снова перезагрузить систему. Совет Иноaда перед oстановeой новых oстройств можно записать oстановочные параметры ресoрсов (Пуск (Start)??Настройка (Settings)??Панель управления (Control Panel)??Система (System)??Устройства (Device Manger)). Это позволит определить, eаe изменились параметры системы во время инсталляции yст ройств и их последoющеaо eонфиaoрирования. Предотвращение eонфлиeтов, возниeающих при использовании ресoрсов 337 Существует определенная последовательность установки дополнительных плат.
1. Звуковая плата.
2. Внутренний или внешний модем.
3. Сетевая плата.
4. Дополнительные видеоустройства, например декодер MPEG, 3D-акселераторы и т.п.
5. Адаптер SCSI.
6. Другие устройства.
Описанный порядок формирования или конфигурирования системы позволяет значитель но упростить процесс интеграции и уменьшить количество возможных конфликтов. Предотвращение конфликтов вручную К сожалению, единственный способ устранить конфликт вручную — открыть компьютер и переставить перемычки и переключатели на платах адаптеров. После каждой перестановки или переключения приходится перезагружать компьютер, на что уходит много времени. Прежде чем что-либо изменить, запишите параметры исходной конфигурации системы, чтобы в любой момент можно было вернуться к ней. Постарайтесь раздобыть документацию к платам адаптеров. Если руководств нет, то на значение перемычек и переключателей можно выяснить у фирмы-производителя. Теперь вы готовы к работе. Прежде чем приступить к ней, ответьте на несколько важных вопросов (это поможет вам сузить область поиска).
-- Когда впервые возник данный конфликт? Если после установки новой платы адаптера, то, по-видимому, причиной была именно она; если после запуска новой программы, возможно, эта программа использует какое-то устройство, которое по-новому пере распределяет ресурсы компьютера.
-- Есть ли в компьютере два устройства, которые не работают одновременно? Если, например, не работают мышь и модем, значит, конфликт возник именно из-за них.
-- Возникала ли аналогичная проблема у других пользователей и как они ее решали? Найдите с помощью Internet пользователей, которые помогут вам справиться с трудностями.
После любого изменения конфигурации компьютера перезагрузите его и проверьте, не исчез ли конфликт. Если вам кажется, что все в порядке, проверьте работу всех программ. Устранение одних проблем часто порождает другие. Убедиться в их полном отсутствии мож но только после тщательной проверки всей системы. При ликвидации конфликтов, связанных с применением ресурсов, удобно использовать таблицу конфигурации, которую следует обновлять после каждого изменения параметров компьютера.
Применение шаблона таблицы конфигурации
Шаблон таблицы конфигурации компьютера очень прост и удобен. Вначале в него следу ет внести данные о тех ресурсах, которые используются каждым компонентом компьютера. Если вы захотите внести в систему какие-либо изменения или установить новый адаптер, то сможете предотвратить возникновение конфликтов. Лучше использовать шаблон таблицы, состоящий из трех разделов: “Системные прерыва ния”, “Устройства, не использующие прерываний” и “Каналы DMA”. В каждом разделе слева 338 Глава 4. Системные платы следует перечислить каналы IRQ и DMA, а справа — адреса портов ввода-вывода для уста новленных компонентов. Таким образом вы сможете получить четкое представление о том, какие ресурсы в вашей системе используются, а какие доступны. Ниже приведен шаблон таблицы конфигурации, над структурой которого мы работали долгие годы, а теперь используем его практически каждый день. Данный тип конфигурации построен на основе имеющихся ресурсов компьютера, а не на основе его компонентов. Каж дая строка таблицы соответствует одному ресурсу, напротив которого представлен список адресов для его использования. В шаблоне указаны все компоненты, использование опреде ленных ресурсов для которых фиксировано и не может быть изменено.

Выбор системной платы

Многие пользователи при выборе системных плат руководствуются информацией из жур нальных обзоров или, что еще хуже, чьими-то соображениями. Чтобы исключить такие случай ные факторы, ниже приведен список компонентов и критериев выбора компьютера. В нем учте но несколько важных критериев, отсутствующих в большинстве подобных списков и гаранти рующих, что выбранная модель будет действительно совместимой и ее можно модернизировать. Выбирая плату, внимательно рассмотрите ее со всех сторон. Не забудьте о технической поддержке на профессиональном (а не на пользовательском) уровне. Будет ли обеспечена та кая поддержка? Есть ли документация и все ли она охватывает?
Перечисленными ниже компонентами и критериями можно руководствоваться при оценке любого PC-совместимого компьютера. Рассматривая конкретный компьютер, не следует рас считывать, что он будет удовлетворять буквально всем этим требованиям. Но если он не удовлетворяет многим из них, держитесь от него подальше. Несколько первых пунктов наи более критичны (хотя я считаю, что все они одинаково важны!).
-- Процессор. В современных системах обычно используется конструкция процессора Socket со встроенной кэш-памятью второго уровня. Оцените параметры существую щих процессоров и выберите тот, шина которого имеет наибольшую частоту. Не за бывайте также о размерах кэша второго уровня; недостаточный объем кэш-памяти снижает производительность процессора. Не менее важно, чтобы кэш-память работала на полной частоте ядра (обычно это относится ко встроенной кэш-памяти). Перечис ленным критериям полностью соответствуют более поздние версии процессоров Celeron/Pentium III, а также процессоры Duron/Athlon и Pentium 4.
-- Установочное гнездо процессора. Наиболее приемлемым вариантом с позиции макси мальной расширяемости и производительности являются системы, использующие для Выбор системной платы 347 установки процессоров разъемы типа Socket. На сегодняшний день используются в ос новном разъемы Socket 370 для процессоров Celeron/Pentium III, Socket A (Socket 462) для Duron/Athlon, а также Socket 423 для Pentium 4. Если выбранная системная плата содержит один из этих разъемов, значит, вы не прогадали.
-- Быстродействие системной платы. Существует обычно определенный диапазон час тот для системных плат того или иного типа, включающий, например, частоты от 66 до 266 МГц для системных плат на базе процессоров Celeron/Pentium III, 200–266 МГц для системных плат Duron/Athlon или 400 МГц для системных плат Pentium 4. Перед приобретением системной платы убедитесь, что ее частота достаточна для поддержки процессора, который будет на ней установлен.
-- Кэш-память. Во всех современных системах используются процессоры с интеграль ной кэш-памятью, встроенной непосредственно в кристалл процессора, что позволяет достичь максимальной частоты кэш-памяти. В сущности, в современных компьютерах кэш-память практически исчезла с системных плат. Убедитесь в том, что процессор содержит встроенную кэш-память второго уровня, частота которой равна полной час тоте ядра, так как подобное соотношение частот предполагает максимальное быстро действие процессора. Все современные процессоры в настоящее время содержат встроенную кэш-память второго уровня.
-- Модули памяти SIMM/DIMM/RIMM. Модули памяти SIMM по стандартам сегодняш него дня устарели, поэтому держитесь подальше от системных плат, использующих эти модули. Системная плата должна поддерживать стандарты DDR DIMM или RIMM, которые содержат SDRAM, DDR SDRAM или соответственно RDRAM. Выбор модулей памяти зависит главным образом от набора микросхем системной платы, по этому выбирайте плату и набор микросхем системной логики, поддерживающие тот тип памяти, которым вы собираетесь воспользоваться. В настоящее время DDR SDRAM и RDRAM представляют собой наиболее быстрые типы памяти, причем RDRAM является более дорогой.
В системах, используемых для выполнения ответственных заданий, применяется па мять с коррекцией ошибок (ЕСС), поэтому убедитесь в том, что системная плата пол ностью поддерживает ЕСС. Обратите внимание, что многие наборы микросхем низ шего класса, например Intel 810/815, не поддерживают код коррекции ошибок, следо вательно, их применение ограничено. Это необходимо учитывать перед приобретением системы.
В заключение следует заметить, что большинство системных плат поддерживают три четыре разъема DIMM или два-три разъема RIMM. Устанавливайте модули памяти та ким образом, чтобы их не пришлось удалять при модернизации системы.
-- Тип шины. Современные системные платы обычно не имеют слотов шины ISA. Вме сто этого увеличивается число разъемов локальной шины PCI (пять и более). Убеди тесь, что шина PCI удовлетворяет спецификации PCI 2.1. Обратите внимание на рас положение разъемов, чтобы удостовериться, что вставленные в них платы расширения не блокируют доступ к разъемам памяти и сами не заблокированы другими компонен тами. Во всех современных системных платах должна быть установлена шина AGP. -- BIOS. В системных платах должна использоваться стандартная программа BIOS ком паний AMI, Award или Phoenix. Для упрощения модернизации BIOS должна быть за писана в микросхемах Flash-ROM или EEPROM и поддерживать технологию Plug and Play, Enhanced IDE или Fast ATA, дисководы LS-120 и загрузку с накопителя CDROM. В BIOS должны поддерживаться системы управления питанием APM (Advanced Power Management) или ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). -- Формфактор. Лучше всего использовать один из формфакторов семейства ATX, имеющий значительные преимущества перед Baby-AT и LPX. Кроме этого, для деше вых настольных компьютеров предназначен формфактор NLX, разработанный Intel. -- Встроенные интерфейсы. В идеальном варианте системная плата должна иметь как можно больше встроенных стандартных контроллеров и интерфейсов (за исключени ем, возможно, видеоадаптеров). Наметилась тенденция к использованию нестандарт ных систем, не содержащих компонент Super I/O и, следовательно, имеющих для внешнего расширения только порты USB. В системах подобного рода отсутствуют обычные порты мыши и клавиатуры, последовательные и параллельные порты и даже, вероятно, внутренний контроллер дисковода для гибких дисков. Стандартный интер фейс характерен для систем, использующих встроенную микросхему Super I/O. Также достаточно удобны встроенные сетевые адаптеры Ethernet 10/100, особенно при использовании кабельного модема или DSL-соединения с Internet. В некоторых ситуа циях преимуществом можно считать наличие встроенного видеоадаптера. Оптималь ным является видеоадаптер, подключаемый к локальной шине. То же самое можно сказать о встроенных звуковых платах. Обычно они поддерживают основные функции и совместимость с платой Sound Blaster, но зачастую не имеют других характеристик, свойственных подключаемым звуковым платам.
-- Встроенные интерфейсы IDE. Все системные платы, существующие сегодня на рын ке, содержат встроенные интерфейсы IDE, однако далеко не все интерфейсы IDE эк вивалентны. Системная плата должна поддерживать, по меньшей мере, частоты UDMA/33 (ATA-33), которые соответствуют реально существующему быстродейст вию дисководов IDE. Быстродействие UDMA/66 и UDMA/100 превышает фактиче скую эффективность дисководов, использующих эти стандарты, обеспечивая, таким образом, некоторый запас для будущих дисководов. Для гарантированного повышения производительности стоит обратить внимание на системные платы со встроенными контроллерами IDE RAID. Системные платы при определенной конфигурации позво ляют ускорить операции чтения/записи, выполняя расслоение данных или, напротив, их зеркальное отражение, которое позволяет повысить надежность системы, исполь зующей два или более идентичных дисковода IDE. Эти системные платы созданы на основе стандартных наборов микросхем, в которые включены дополнительные наборы микросхем RAID, изготовленные компаниями AMI, HighPoint или Promise.
Совет
Довольно трoдно найти системнoю платo, обладающoю всеми нoжными вам свойствами, в бесeонечном пото- eе производимых аппаратных eомпонентов. Поэтомo обратите внимание на поисeовый сервер Motherboard Homeworld's Mobot, eоторый позволит найти наиболее подходящoю платo на основании выбранных форм- фаeтора системной платы, платформы, набора миeросхем, процессора, производителя, типа модoлей памяти и разъемов, встроенных портов и т.п. Убедитесь в этом сами, обратившись по адресo: http://iceberg.pchomeworld.com/cgi-win/mobotGen/mobot.asp. -- Управление питанием. Системная плата должна полностью поддерживать все воз можности процессоров SL Enhanced с APM (Advanced Power Management) и SMM (System Management Mode), которые позволяют переводить различные узлы компью тера на разные уровни готовности и энергопотребления. Усовершенствованный стан дарт для управления питанием называется ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). Компьютеры, удовлетворяющие стандарту Energy-Star, в режиме приоста новки потребляют меньше 30 Вт электроэнергии.
Выбор системной платы 349
-- Наборы микросхем системной платы. Системные платы для Pentium II/III должны ис пользовать высокоэффективный набор микросхем системной логики, поддерживаю щий модули DIMM SDRAM или RIMM RDRAM (предпочтительно те, в которых при меняются коды коррекции ошибок). Кроме этого, обязательна поддержка AGP 4х и интерфейсов ATA-66/100.
-- Документация. Системные платы должны непременно сопровождаться подробной технической документацией, описывающей все имеющиеся на плате перемычки и пе реключатели, разводки контактов всех разъемов, параметры микросхем кэш-памяти, модулей SIMM, DIMM, RIMM и прочих заменяемых элементов, а также содержащей другую необходимую информацию. Имеет смысл разыскать документацию к BIOS, ус тановленной в компьютере, а также справочную информацию обо всех имеющихся на системной плате микросхемах. Кроме того, неплохо было бы получить справочную информацию о микросхемах контроллеров и ввода-вывода.
На первый взгляд может показаться, что эти требования слишком строги и большинство имеющихся в продаже системных плат не удовлетворяют им (включая и ту, которая уже уста новлена в вашем компьютере!). Однако, придерживаясь всех этих критериев, вы сможете вы брать системную плату наивысшего качества, выполненную по последнему слову компьютер ной технологии, которую можно будет модернизировать и расширять в течение многих лет. Со ветую приобретать системные платы таких известных компаний, как Intel, Acer, ABIT, AsusTek, Elitegroup, FIC (First International Computer) и т.п. И хотя они могут стоить несколько дороже других, известная марка придаст вам некоторую уверенность: ведь, чем больше плат продает компания, тем выше вероятность того, что имевшиеся недостатки уже обнаружены и устранены. Кроме того, техническую поддержку легче получить у крупных производителей.
Документация
Как уже отмечалось, наличие документации является важным фактором при покупке сис темной платы. Большинство системных плат конструируется на базе определенного набора микросхем, из которых строятся практически все узлы системной платы. Наборы микросхем выпускают Intel, VIA, ALI, SiS и др. Советую заказывать справочную информацию об ис пользуемом наборе микросхем непосредственно в компании-производителе.
Пользователи часто задают вопросы, касающиеся программы Setup BIOS. Например, они интересуются, что означает дополнительная настройка микросхем (advanced chipset setup) и что произойдет, если ее изменить. Как правило, ответ на этот вопрос пытаются найти в доку ментации к BIOS, однако настройка микросхем обычно в ней не описывается. Нужная ин формация приводится в технических справочниках по конкретному набору микросхем, вы пускаемых производителями. Эти справочники предназначены для инженеров, разрабаты вающих системные платы, и в них содержатся подробные сведения о свойствах микросхем, особенно о тех, которые можно изменять.
Не следует пренебрегать любыми справочниками и по таким важным микросхемам ком пьютера, как контроллеры накопителей на гибких и жестких дисках, микросхемы ввода вывода и, конечно, центральный процессор. В справочниках вы найдете обширную информа цию об этих узлах.
Внимание!
Имейте в видo, что большинство производителей выпoсeают eонeретные модифиeации миeросхем в течение eоротeоaо времени, а затем переходят e производствo их модернизированных вариантов. Справочниeи по миeросхемам достoпны тольeо тоaда, eоaда производятся сами миeросхемы. Если же вы бoдете раздoмывать слишeом долaо, может оeазаться, что достать нoжнoю доeoментацию oже невозможно. Не отeладывайте на завтра то, что НУЖНО сделать сеaодня!
Оптимальное соотношение быстродействия компонентов Некоторые производители совместимых компьютеров для экономии средств применяют не стандартные компоненты. Самым дорогостоящим элементом системной платы является процес сор. В связи с тем, что платы часто поставляются без процессоров, компании-сборщики уста навливают в них микросхемы с меньшим быстродействием. Например, компьютер может быть продан как работающий с тактовой частотой 266 МГц, но на самом деле в нем установлен про цессор, рассчитанный на 233 МГц. Даже если компьютер будет работать нормально, то надолго ли это? Когда процессор работает на частоте, превышающей номинальную, он перегревается, что может привести к зависаниям, сбоям и т.д. Поэтому лучше не приобретать компьютеров, тактовая частота которых превышает номинальную частоту используемых элементов. Искушению приобрести такой компьютер легко поддаться, так как “быстрые” микросхе мы стоят дороже, а Intel и другие производители маркируют процессоры “с запасом”. Я взял несколько процессоров Pentium на 200 МГц и запустил их на 233 МГц. Они довольно непло хо работали. Я вполне мог бы купить компьютер с процессором Pentium 200 и попытаться за ставить его работать с тактовой частотой 233 МГц. Если бы я обнаружил, что он зависает или сбоит, то немедленно вернул бы его в исходное состояние. Но, покупая систему, рассчитан ную на частоту 200 МГц, я вправе требовать, чтобы все ее детали были рассчитаны именно на 200, а не на 166 МГц. Сейчас многие микросхемы снабжаются теплоотводами, которые, с од ной стороны, несколько снижают остроту проблемы, а с другой — весьма удачно прикрыва ют заводскую маркировку. Если цена слишком хороша, чтобы в нее поверить, выясните, все ли компоненты имеют быстродействие, соответствующее тактовой частоте компьютера. Чтобы положить конец порочной практике разгона, Intel стала встраивать защиту от него в свои процессоры. Такие процессоры не будут работать на повышенной частоте. (Но они смогут работать на более низких частотах.)
Необходимо предупредить, что маркировку микросхем AMD и Cyrix легко стереть. По скольку большинство микросхем AMD могут хорошо работать и на повышенных частотах, бывали случаи их перемаркировки. Если вы приобретаете процессор AMD K6 или систему с таким процессором, убедитесь, что первоначальная маркировка не была стерта. Максимальная тактовая частота процессора обычно указывается на его корпусе. Обозначе ние типа микросхемы заканчивается последовательностью цифр -xxx, где xxx — число, обозна чающее максимальную частоту. Например, -333 означает, что процессор рассчитан на 333 МГц.
Замечание
Бoдьте осторожны, определяя сeорость процессора с помощью тестовых проaрамм! Большинство из них моaoт поeазать тольeо тo частотo, на eоторой процессор работает в данный момент, но не тo, на eоторoю он рас считан. Исeлючением из этоaо является проaрамма Intel Processor Frequency ID Utility, позволяющая опреде лить, соответствoет ли рабочая частота процессора номинальной. Эта проaрамма дает тольeо основнoю ин формацию, относящoюся e процессорам Intel, но, несмотря на это, позволяет однозначно oстановить oровень исходной частоты процессоров Pentium III, третьеaо поeоления Celeron (созданных на базе Coppermine), а таeже любых более современных процессоров. Проaрамма Intel Processor Frequency ID Utility может быть за aрoжена по адресo: http://developer.intel.com/support/processors/tools/frequencyid/download.htm. Не смотрите таeже на индиeатор частоты на передней панели eорпoса. Эти цифровые индиeаторы можно за ставить поeазывать все, что oaодно! Их поeазания не имеют отношения e действительной частоте системы. Гораздо лoчше воспользоваться проaраммой Norton Utilities фирмы Symantec, eоторая может читать иденти фиeатор процессора и номер изменения. Можете проeонсoльтироваться o изaотовителя процессора или за aлянoть в таблицы, приведенные в aлаве 3, “Типы и специфиeации миeропроцессоров”.