35468

Разновидности системных плат

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Системные платы Системная или материнская motherboard MB плата это важнейшая часть компьютера содержащая основные электронные компоненты машины. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины. Существует две основные разновидности конструкции системной платы СП: на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах называемых одноплатными; непосредственно на системной плате размещается лишь...

Русский

2013-09-15

247 KB

43 чел.

Разновидности системных плат.

Системные платы

Системная, или материнская (motherboardMB), плата — это важнейшая часть компьютера, содержащая основные электронные компоненты машины. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины.

Конструктивно MB представляет собой печатную плату площадью 100-150 кв. см, на которой размещается большое число различных микросхем, разъемов и других элементов. Существует две основные разновидности конструкции системной платы (СП):

-  на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы — сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах, называемых одноплатными;

-  непосредственно на системной плате размещается лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой.

Современные профессиональные персональные компьютеры имеют именно шинную архитектуру. На системной плате непосредственно расположены:

-    разъем для подключения микропроцессора;

-  набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;

-  микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (basic input-output systemBIOS);

-  микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного, расположенного на MB аккумулятора), по технологии изготовления называемая CMOS;

-  микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропроцессора);

-  разъемы (слоты) для подключения модулей оперативной памяти;

-  наборы микросхем и разъемы для системных, локальных и периферийных интерфейсов;

-  микросхемы мультимедийных устройств и т. д.

В качестве примера на рис. 5.4 показано размещение основных компонентов на мультимедийной системной плате ТС430НХ.

На рисунке показаны:

1.  Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL4-ML — звуковая карта с поддержкой табличного синтеза звука Wawe Table.

2.  Интегральная схема звукового адаптера Yamaha OPL3-S А, звуковая карта с поддержкой цифрового частотно-модулированного синтеза звука.

3.  Выход CD-ROM audio.

 

1 2   34    5    6

29

 

 23          22 21 20    19 18 17  16          15

 Рис. 5.4. Системная плата ТС430НХ

4. Разъем для подключения внешнего звукового адаптера.

5. Разъем для подключения телефонной линии.

6. Интегральная схема стереоадаптера audio.

7. Разъемы ввода-вывода на задней панели ПК.

8. Последовательный порт СОМ 2.

9. Разъем типа Socket 7 для микропроцессора.

10. Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня.

11. Разъем питания материнской платы (два раздельных напряжения питания
2,8 и 3,3 В).

12. Регулятор напряжения.

13. Разъемы (слоты) для микросхем оперативной памяти.

14. Разъем для подключения вентилятора микропроцессора.

15. Разъем для подключения дисководов гибких дисков.

16. Набор системных микросхем — чипсет 1430НХ.

17. Разъемы передней панели.

18. Разъем первичного канала дискового интерфейса IDE.

19. Разъем вторичного канала дискового интерфейса IDE.

20. Аккумулятор для системы CMOS (в том числе и для внутреннего таймера).

21.  Интегральная схема контроллера шин PCI/ISA IDE.

22.  Блок конфигурационных перемычек (джамперов).

23.  Пьезоэлектрический системный динамик.

24.  Интегральная схема контроллера ввода-вывода (для универсальной шины USB), поддерживающего интерфейсы гибких дисков, последовательных и параллельного порта, часов реального времени (таймера), контроллера клавиатуры и т. д.

25.  Видеопамять — память графики типа EDO (2 Мбайт).

26.  Видеокарта — графический контроллер S3 VIRGE, поддерживающий растровую и трехмерную графику.

27.  Разъемы шины расширения ISA.

28.  Разъем для внешних адаптеров работы с видео.

29.  Разъемы расширения локальной шины PCI.

Разновидности системных плат

В настоящее время десятки фирм выпускают большое число различных системных плат, отличающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими микропроцессоров, и по тактовой частоте их работы, и по величине рабочих напряжений и т. д.

Тип системной платы определяет, прежде всего, базовый микропроцессор. Поскольку микропроцессоры фирмы Intel и процессоры некоторых других фирм, в частности фирмы AMD, используют электрически разные интерфейсы и геометрически разные разъемы, то следует разделить все материнские платы на две группы по типу процессорного разъема: Intel-системные платы и пр. Поскольку МП фирмы Intel распространены гораздо шире, в дальнейшем основное внимание уделим именно им. Так, по типу поддерживаемых Intel микропроцессоров СП можно разделить на следующие группы:

-  платы для МП 8086,8088, в новых компьютерах они уже не применяются более десятка лет;

-  платы для МП 80286 тоже устарели, но в некоторых компьютерах еще используются (для МП 80386 и выше непригодны);

-  платы для микропроцессоров 80386 и 80486 — используются в соответствующих ПК прежних лет выпуска; следует иметь в виду, что системные платы, установленные в компьютерах с МП 80386, часто не пригодны для установки МП 80486, а в компьютерах с МП 80486 чаще всего непригодны для установки МП Pentium (в случае модернизации (upgrade) при замене МП приходится менять и системные платы); некоторые из плат этой группы позволяют устанавливать дополнительно МП Over Drive, расширяющие характеристики основного микропроцессора до уровня характеристик МП Pentium. В этой группе определены многие важные параметры системных плат, характеризующие современные СП и поныне, в частности стандартным стал тип микропроцессорного разъема с нулевым усилием сочленения (тип ZIP), что позволяет проводить замену МП в домашних условиях без применения специальных инструментов;

- платы для МП Pentium и Pentium Pro рассчитаны на напряжения питания 3,3 и 5 В и тактовую частоту 60, 66, 75 МГц. СП, рассчитанные на МП Pentium Pro, отличаются лишь другим процессорным разъемом и отсутствием кэшпамяти второго уровня, которая интегрирована непосредственно на плату МП;

- платы для МП Pentium MMX, отличающиеся от плат для МП Pentium и Pentium Pro двумя раздельными напряжениями питания (2,8 В и 3,3 В), наличием модифицированного процессорного разъема Socket 7 и специальной микросхемы BIOS, поддерживающей ММХ;

- СП для МП Pentium II (в том числе и Celeron) имеют разъем Slot 1 или Socket 37, пониженное напряжение питания 2,0 В; у них отсутствует кэш-память 2-го уровня. Материнские платы этой группы (в частности, с чипсетами iBX) впервые могут работать с тактовой частотой 100, 133, 150 МГц;

- СП для микропроцессоров Pentium III с новыми разъемами типа Socket 370 (для XeonSlot 2) используют еще более низкие напряжения — 1,65 В и работают с чипсетами iBX, iGX, iZX, 1810, i815, i820, i840, VIA Apollo Pro и некоторыми другими, поддерживающими тактовые частоты от 100 до 266 МГц;

- СП для микропроцессоров Pentium 4 с разъемами Socket 423 или Socket 478, раздельными напряжениями питания 5 уровней от 1,1 до 1,8 В, на чипсете 1850 поддерживающие тактовые частоты до 400 МГц.

Важным параметром системной платы является тактовая частота, на которой она работает: современные СП имеют рабочую частоту 100, 133, 150, 200, 266 и даже 400 МГц. Эта частота особенно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большинство преобразований экономической информации).

Socket 7, Slot 1, Socket 370, Socket 8, Slot 2, Slot A, Socket 423 — процессорные разъемы, установленные на материнской плате. Спецификация разъема определяет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, электрические параметры, определяет порядок взаимодействия с шинами данных, особенности взаимодейтвия с оперативной памятью и т. п.

Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат. Форм-фактор задает не только внешние размеры системных плат, но и ряд специфических характеристик, определяющих функциональные и эксплуатационные свойства СП:

- Full-size АТ размером 12 х 13,8 дюйма (использовались в первых моделях IBM PC, сейчас не выпускаются);

- Baby ATимеют ширину 8,57 и длину 13,04 и их разновидность Mini AT — 8,57 х 9,85 дюйма; они могут устанавливаться во все корпуса, кроме Slim Line (выпускаются, но также постепенно устаревают);

- полномасштабные платы А Т отличаются от Baby AT только размером — ширина их 12 дюймов, что затрудняет установку в корпус;

- LPX и Mini LPX размером 9 х 13 и 8,2 х 10,4 дюйма соответственно — устанавливаются в сверхнизкие корпуса Slim Line;

- АТХ — самый распространенный формат системной платы, размером 9,6 х 12 дюймов, отличающийся от Baby AT более удобным расположением элементов на плате (позволяет легко без снятия платы менять ее элементы), лучшей вентиляцией (не требуется устанавливать отдельный вентилятор на микропроцессор), наличием разъема новой универсальной шины USB и возможностью дистанционного выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. На плате установлены разъемы только под модули оперативной памяти DRAM. В 1997 году была представлена модификация МiniАТХ — СП размером 9,6 х 9,6 дюйма.

Системные платы поддерживают разные виды интерфейсов системных, локальных и периферийных шин. От состава поддерживаемых шин, количества слотов для этих шин, имеющихся на СП, существенно зависит эффективность работы ПК в целом.

От типа используемого на СП набора системных микросхем (чипсета) зависят многие важные характеристики ПК. Чипсеты определяют во многом тактовую частоту шин СП; обеспечивают надлежащую работу микропроцессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами ПК. В частности, они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.

Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы:

-   типы поддерживаемых процессоров;

-  структуру и объем кэш-памяти;

-  возможные сочетания типов и объемов модулей памяти;

-  поддержку режимов энергосбережения;

-  возможность программной настройки параметров и т. п.

Современные системные наборы состоят из двух базовых микросхем с условными именами северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge). Северный мост обеспечивает управление четырьмя компонентами: шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его иногда называют 4-портовым контроллером. Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши; управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE1294, его также называют функциональным контроллером.

Наиболее известные наборы микросхем для СП выпускает фирма Intel. Сейчас популярны ее чипсеты 440ВХ, 440GX, 440ZX, 810, 815, 820, 840 и последний, разработанный для МП Pentium 4 чипсет i860. Распространены также весьма удачные микросхемы фирмы VIA TechnologiesVIA Apollo Pro 133, фирм Aser Laboratories, Silicon Integrated System и т. д.

Сравнительные характеристики некоторых популярных чипсетов представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Сравнительные характеристики чипсетов

Параметр

Частота шины

Поддержка SDRAM

Макс. объем поддерживаемой ОП, Мбайт

Пиковый трансфер с памятью, Мбайт/с

Макс. число слотов DIMM/RIMM

Intel 440BX

66, 100, 133

PC66, PC100, PC133*

1024

800-1064

4

Intel 815

66, 100, 133

PC100, PC133

512

1064

3

Intel 820

100, 133

RDRAM

1024

1600

2

Intel 850

400

RDRAM 300 и 400 МГц

2048

3200

4

VIA Apollo Pro 133A

66, 100, 133

РС66, РС100, PC 133

1024

1064

4

Системная плата имеет разъемы (слоты) для установки определенных модулей оперативной памяти. Для модулей ОЗУ используются 30-, 72- и 168-контактные разъемы и они сгруппированы в 2-4 слотах. Слоты 30- и 72-контактные рассчитаны на модули памяти типа SIMM, которые в новых машинах уже не используются; 168-контактные слоты предназначены для современных модулей DIMM. С точки зрения поддерживаемой оперативной памяти важными характеристиками СП являются также число слотов памяти, рабочая тактовая частота памяти (например, память РС100, РС133 и т. п.), общая емкость поддерживаемой памяти (так, чипсет 1815 обеспечивает работу только 512 Мбайт памяти, в то время как 440ВХ, 1820 и VIA Apollo - 1024 Мбайт).

На системных платах может размещаться дополнительная кэш-память второго уровня (Cache Level 2), которая предназначена для ускорения процесса обмена данными между процессором и оперативной памятью и служит для временного хранения часто используемых данных и команд, снимая во многих случаях необходимость обращения к более медленной оперативной памяти.

Расположенная непосредственно на материнской плате кэш-память относится, как правило, ко второму уровню, так как во многих процессорах уже имеется встроенная в кристалл кэш-память первого уровня. Объем Cache Level 2 на СП варьируется от 128 до 1024 Кбайт: микросхемы кэш-памяти выполнены в корпусах типа DIP или SOP и устанавливаются либо в соответствующие разъемы DIP-панель-ки, либо распаиваются непосредственно на плате. Синхронная кэш-память может размещаться в специальных модулях COAST, очень напоминающих модуль SIMM, устанавливаемых в специальный разъем.

Современные модели процессоров Pentium II, III и 4 имеют Cache Level 2 на плате самого процессора, поэтому для них кэш-память на материнской плате может отсутствовать. На системной плате (в новых моделях обычно в составе микросхем чипсета) располагается микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), содержащая программы BIOS, необходимые для управления многими компонентами компьютера. BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких, например, как системные загрузочные диски (назначение BIOS более подробно рассмотрено в разделе «Операционные системы компьютеров» главы 10). В BIOS есть программа, которая называется System Setup — именно с ее помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы.

В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, в которые могут перезаписываться при помощи специальных средств, что облегчает модернизацию этих программ при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти). У Flash BIOS есть один существенный недостаток. Существует много вирусов, которые, попав в систему, просто стирают все содержимое Flash BIOS, после чего системная плата выходит из строя. Печально известный вирус «Чернобыль» испортил очень большое количество компьютеров. От вирусов можно защититься только одним способом — в System Setup запретить перезапись содержимого BIOS. Если эта опция активизирована, то ни один вирус ничего сделать не сможет.

Важным компонентом, размещенным на системной плате (часто в системном чип-сете), является микросхема CMOS-памяти. Она питается от своего локального аккумулятора (батарейки) и поэтому является энергонезависимой (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети). Название CMOS произошло от названия технологии исполнения ее элементов. Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в ПК. Информация в ней может изменяться по мере необходимости, то есть память может отслеживать текущую конфигурацию компьютера, чего не может выполнять микросхема BIOS. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS-памяти считывается информация об установленном МП, о типах и емкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т. д. Четкое отслеживание времени (в том числе и календаря), даже в отключенном от энергосети состоянии, также связано с тем, что информация о времени хранится в CMOS-памяти.

На системных платах располагаются также джамперы и DIP-переключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: переключатели используемого напряжения (5 В, 3,5 Вит. д.), переключатели внутренней частоты МП и др. Джампер представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на штырьковые контакты СП; DIP-переключатели представляют собой миниатюрные выключатели в DIP-корпусе. В современных компонентах пытаются сократить количество механических переключателей, перекладывая их функции на автоматические программно-управляемые электронные схемы. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к категории РnР-уст-ройств (PnPPlug and Play, «Вставляй и играй»).

В заключение несколько слов о системной плате ASUS P4T для процессора Pentium 4. Внешний вид этой платы показан на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Системная плата ASUS P4T

Вот спецификация этой платы с небольшими сокращениями: - процессор:

•   процессор Intel Pentium 4 (однопроцессорная конфигурация) на разъеме Socket-423 с тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц и выше;

•   системная шина с возможностью передачи данных на частоте 400 МГц. - чипсет (функциональная схема чипсета показана на рис. 5.6):

•   северный мост: Intel 82850 Memory Controller Hub (MCH); -   южный мост: Intel 82801 I/O Controller Hub 2 (ICH2);

•   интерфейс с южным мостом — 8-разрядный, 4 х 66 МГц Hub Interface. Микросхема Intel 82802AB Firmware Hub (FWH).

-  системная память:

•   четыре слота RIMM;

*   поддержка двух каналов РС800/РС600 RDRAM памяти, общей емкостью до 2 Гбайт;

•   поддержка ЕСС (Error Checking and Correction) — режима автоматического обнаружения и исправления одиночных бит в хранимых числах (применяется код Хэмминга — см. главу 20);

- слоты интерфейсов расширения:

•   один AGP Pro/AGP слот для 66 МГц AGP интерфейса с поддержкой режима 4х;

•   пять слотов PCI;

ATA 100Mb/s 2 IDE Channels)

 

Рис. 5.6. Функциональная схема чипсета i850

-  порты ввода-вывода:

•   один порт для дисковода, два последовательных и один параллельный порты, порты для мыши и клавиатуры;

•   два встроенных и два дополнительных порта USB; D  интегрированный IDE контроллер:

•   два канала IDE, поддерживающие протоколы АТАЗЗ/66/100 (с поддержкой до четырех ATAPI-устройств);

-  BIOS:

•   4-мегабитный Flash ROM;

•   Award BIOS с поддержкой РnР и режима энергосбережения; -  форм-фактор:

•   Standard ATX 24,4 х 30,5 см (9,6" х 12,0").

Значимость этих данных в плане пропускной способности каждой подсистемы показана в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Пропускная способность интерфейсов СП Р4Т

Интерфейс

Тактовая частота, МГц

Количество блоков данных за такт

Разрядность, бит/байт

Пропускная способность, Мбайт/с

Системная шина

100

4

64/8

3200

AGP

66

4

32/4

1066

Двухканальный RDRAM

400

2

32/4

3200

Hub Interface

66

4

8/1

266

PCI

33

1

32/4

133

Итак, при выборе системной платы следует учитывать:

- микропроцессор, который должен быть установлен на плате;

- типоразмер системной платы (должен быть согласован с возможностями системного блока);

- тактовую частоту, на которой работает системная плата;

- набор основных и вспомогательных микросхем (чипсет), обеспечивающих эффективную работу ПК;

- основную, локальные и периферийные шины, с которыми плата может работать, и количество слотов для них;

- наличие или возможность установки кэш-памяти;

- наличие разъемов для подсоединения микросхем (разъем для процессора Over Drive, слоты для микросхем памяти и т. д.).

8. Внутримашинный системный и периферийный интерфейс

Интерфейс (interface)1 — совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. В интерфейсе обычно предусмотрены вопросы сопряжения на механическом (число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т. п.) и логическом (понятные сигналы, их длительности, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия) уровнях. В современных интерфейсах для формирования стандарта подключения устройств к системе широко используются наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы. Это существенно усложняет и удорожает не только сам интерфейс, но и компьютер в целом.

Внутримашинный интерфейс — система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

- многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК), дополняющего системный, а в качестве системного — лишь в некоторых простых компьютерах;

- односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина. Шина (bus) — совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной

В компьютерной литературе иногда вместо термина «интерфейс» используют термины «контроллер» или «адаптер». Строго говоря, это не совсем верно, ибо контроллер (controller) управляет интерфейсом и обеспечивает его работу, адаптер (adapter) обеспечивает совместимость интерфейсов.

Обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой. Структура и состав системной шины были рассмотрены в разделе «Интерфейсная часть МП». Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации. Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

Разрядность, или ширина, шины (bus width), — количество линий связи в шине, то есть число бит, которое может быть передано по шине одновременно.

Тактовая частота шины (bus frequency) — частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи.

В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:

-  шины расширений — шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;

- локальные шины, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

В компьютерах широко используются также периферийные шины — интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных медленнодействующих устройств. Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Основные характеристики шин

Характеристика

Шина

ISA

EISA

МСА

VLB

PCI

AGP

Разрядность шины, бит

16 — данные/ 24 — адреса

32/32

32/32

32/32 64/64

32/32 64/64

32/32 64/64

Рабочая частота, МГц

8

8-33

10-20

До 33

До 66

66/133

Пропускная способность, Мбайт/с

16

33

76

132

132/264/ 528

528/1056/ 2112

Число подключаемых устройств, шт.

6

15

15

4

10

1

Шины расширений

Шина Multibus1 имеет две модификации: PC/XT bus и PC/AT bus.

Шина PC/XT bus — 8-разрядная шина данных и 20-разрядная шина адреса, рассчитанная на тактовую частоту 4,77 МГц; имеет четыре линии для аппаратных прерываний и четыре канала для прямого доступа в память (каналы DMADirect Memory Access). Шина адреса ограничивала адресное пространство микропроцессора величиной 1 Мбайт. Используется с МП 8086, 8088.

Шина PC/AT bus —16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота до 8 МГц, но может использоваться и МП с тактовой частотой 16 МГц, так как контроллер шины может делить частоту пополам; имеет 7 линий для аппаратных прерываний и четыре канала DMA. Используется с МП 80286.

Шина ISA (Industry Standard Architecture — архитектура промышленного стандарта) — 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота 8 МГц, но может использоваться и с МП с тактовой частотой больше 66 МГц (коэффициент деления увеличен); по сравнению с шинами PC/XT и PC/AT увеличено количество линий аппаратных прерываний с 7 до 15 и каналов прямого доступа к памяти DMA с 7 до 11. Благодаря 24-разрядной шине адреса адресное пространство увеличилось с 1 до 16 Мбайт. Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, но реально она ниже, около 5,5 Мбайт/с, ввиду ряда особенностей ее использования. Конфигурация системы с шиной ISA показана на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Конфигурация системы с шиной ISA

Шина процессора (быстродействующая)

 

Шина памяти
(быстродействующая)

Шина ввода-вывода (низкоскоростная)


Шина ISA — основная шина на устаревших материнских платах. С появлением 32-разрядных высокоскоростных МП шина ISA стала существенным препятствием увеличения быстродействия ПК. Раньше с помощью интерфейса ISA подключались такие устройства, как видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. На современных материнских платах этот интерфейс либо совсем отсутствует, либо имеется всего 1-2 слота. Конструктивно слот ISA представляет собой разъем, состоящий из двух частей — 62-контактного и примыкающего к нему 36-контактного сегментов.

Шина EISA (Extended ISA) — 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, создана в 1989 году как функциональное и конструктивное расширение ISA. Адресное пространство шины 4 Гбайта, работает также на частоте 8 МГц. Пропускная способность шины — 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП — кэш — ОП определяется параметрами микросхем памяти; увеличено число разъемов расширений — теоретически может подключаться до 15 устройств (практически до 10). Поддерживает Bus Masteringрежим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине. Улучшена система прерываний, обеспечивается автоматическое конфигурирование системы и управление DMA. Шина поддерживает многопроцессорную архитектуру вычислительных систем. Шина EISA весьма дорогая и применяется в скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях. Внешне слоты шины на СП имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов.

Шина MCA (Micro Channel Architecture) — 32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 году для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц. По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA. Поскольку компьютеры PS/2 не получили широкого распространения, в первую очередь ввиду отсутствия наработанного обилия прикладных программ, шина МСА также используется не очень широко.

Локальные шины

Современные вычислительные системы характеризуются:

-  стремительным ростом быстродействия микропроцессоров и некоторых внешних устройств (так, для отображения цифрового полноэкранного видео с высоким качеством необходима пропускная способность 22 Мбайт/с);

-  появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики в Windows, Multimedia).

В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, оказалось недостаточно для комфортной работы пользователей, ибо компьютеры стали подолгу «задумываться». Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП (но не на внутренней рабочей его частоте) и обеспечивающих связь с некоторыми скоростными внешними, по отношению к МП, устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и т. д.

Сейчас существуют три основных стандарта универсальных локальных шин: VLB, PCI и AGP.

Шина VLB (Vesa Local Bus) разработана в 1992 году ассоциацией стандартов видеооборудования (VESAVideo Equipment Standards Assotiation) и поэтому часто ее называют шиной VESA. Шина VLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платами Multimedia, сетевым адаптером. Разрядность шины — 32 бита, реальная скорость передачи данных по VLB — 80 Мбайт/с (теоретически достижимая — 132 Мбайт/с).

Недостатки шины VLB:

-  ориентация только на МП 80386, 80486 (не адаптирована для процессоров класса Pentium);

-  жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLB рассчитана только на конкретную частоту до 33 МГц);

-  малое количество подключаемых устройств — к шине VLB может подключаться только четыре устройства;

-  отсутствует арбитраж шины — могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонентов) — самый распространенный и универсальный интерфейс для подключения различных устройств. Разработана в 1993 году фирмой Intel. Шина PCI является намного более универсальной, чем VLB; позволяет подключать до 10 устройств; имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП от 80486 до современных Pentium. Тактовая частота PCI — 33 МГц, разрядность — 32 разряда данные/ 32 разряда адреса с возможностью расширения до 64 бит, теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте — 264 Мбайт/с. Модификация 2,1 локальной шины PCI работает на тактовой частоте до 66 МГц и при разрядности 64 имеет пропускную способность до 528 Мбайт/с. Осуществлена поддержка режима Plug and Play, Bus Mastering и автоконфигурации.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из двух следующих подряд секций по 64 контакта (каждая со своим ключом). С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы, контроллеры SCSI и другие устройства. Как правило, на материнской плате имеется несколько разъемов PCI. Шина PCI, хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения. Шины расширения ISA, EISA, MCA (а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП (как это имеет место при использовании шины VLB), а к самой шине PCI (через интерфейс расширения). Благодаря такому решению шина является про-цессоро-независимой (в отличие от VLbus) и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Загрузка шины процессора существенно снижается. Например, процессор работает с системной памятью или кэш-памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация. Конфигурация системы с шиной PCI показана на рис. 5.8.

Шина процессора     (быстродействующая)

 

Рис. 5.8. Конфигурация системы с шиной PCI

Шина AGP (Accelerated Graphics Portускоренный графический порт) — интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Разработана шина на основе стандарта PCI R2'.l. Шина AGP может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высочайшую скорость передачи графических данных. Ее пиковая пропускная способность в режиме четырехкратного умножения AGP4x (передаются четыре блока данных за один такт) имеет величину 1066 Мбайт/с, а в режиме восьмикратного умножения AGP8x — 2112 Мбайт/с. По сравнению с шиной PCI, в шине AGP устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCI для удешевления конструкции адрес и данные передаются по одним и тем же линиям) и усилена конвейеризация операций чтения/записи, что позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

Шина AGP имеет два режима работы: DMA и Execute. В режиме DMA основной памятью является память видеокарты. Графические объекты хранятся в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память карты. Обмен ведется большими последовательными пакетами. В режиме Execute системная память и локальная память видеокарты логически равноправны. Графические объекты не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. При этом приходится выбирать из памяти относительно малые, случайно расположенные куски. Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4 Кбайт, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия предусмотрен механизм, отображающий последовательные адреса фрагментов на реальные адреса 4-килобайтных блоков в системной памяти. Эта процедура выполняется с использованием специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памя-ти. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP видеоадаптер. Конфигурация системы с шиной AGP показана на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Конфигурация системы с шиной AGP

Шина процессора     (быстродействующая) Г


Периферийные шины

Периферийные шины гораздо более разнообразны.

Периферийные шины IDE (Integrated Drive Electronics), ATA (AT Attachment — подключаемый к AT), EIDE(Enhanced IDE), SCSI(Small Computer System Interface) используются чаще всего в качестве интерфейса только для внешних запоминающих устройств.

Интерфейс АТА, широко известный и под именем Integrated Drive Electronics (IDE), предложен в 1988 году пользователям ПК IBM PC AT. Он ограничивает емкость одного накопителя 504 Мбайт (эта емкость ограничена адресным пространством традиционной адресации «головка-цилиндр-сектор»: 16 головок х 1024 цилиндра х 63 сектора х 512 байт в секторе = 504 Кбайт = 528 482 304 байт) и обеспечивает скорость передачи данных 5—10 Мбайт/с.

Существует много модификаций и расширений интерфейсов ATA/IDE. Есть интерфейсы АТА с различными номерами, Fast ATA (тоже с номерами), Ultra ATA (и их несколько) и, наконец, EIDE. Есть также IDE-интерфейсы, поддерживающие протоколы ATAPI, DMA и т. д. Многие из приведенных названий официально не утверждены, являются торговыми марками, но тем не менее в литературе широко используются. Такая массовость названий связана с тем, что в настоящее время более 90 % всех используемых в персональных компьютерах дисковых интерфейсов относятся к категории IDE.

Кратко рассмотрим некоторые модификации.

Fast ATA-2 или Enhanced IDE (EIDE — расширенный IDE), использующий как традиционную (но расширенную) адресацию по номерам головки, цилиндра и сектора, так и адресацию логических блоков (Logic Block Adress LBA), поддерживает емкость диска до 2500 Мбайт и скорость обмена до 16 Мбайт/с. К EIDE, поддерживающему стандарт ATAPI, может подключаться до четырех накопителей, в том числе и CD-ROM, и НКМЛ.

ATAPI (ATA Packet Interface) — стандарт, созданный с тем, чтобы напрямую подключать к интерфейсу АТА не только жесткие диски, но и дисководы CD-ROM, стримеры, сканеры и т. д. Версии интерфейса АТА-3 и Ultra ATA обслуживают диски большей емкости, скорость обмена до 33 Мбайт/с; поддерживают технологию SMART (Self Monitoring Analisis and Report Technology — технологию самостоятельного следящего анализа и отчета), позволяющую устройствам сообщать о своих неисправностях и ряд других сервисов. Современные версии интерфейса ATA/ATAPI-5, ATA/ATAPI-6 по протоколам UDMA/66 и UDMA/ 100 обеспечивают пиковую пропускную способность 66 и 100 Мбайт/с соответственно.

UDMA (Ultra Direct Memory Access) — режим прямого доступа к памяти. Обычный метод обмена с IDE-винчестером — это программный ввод-вывод, РIO(Programmed Input/Output), при котором процессор, используя команды ввода-вывода, считывает или записывает данные в буфер винчестера, что отнимает какую-то часть процессорного времени. Ввод-вывод путем прямого доступа к памяти идет под управлением самого винчестера или его контроллера в паузах между обращениями процессора к памяти, что экономит процессорное время, но несколько снижает максимальную скорость обмена.

На материнских платах реализованы два канала IDE, к каждому из которых возможно подключение до двух устройств.

SCSI (Small Computer System Interface) является более сложным и мощным интерфейсом и широко используется в трех версиях: SCSI, SCSI-2 и SCSI-3. Это универсальные периферийные интерфейсы для любых классов внешних устройств. Фактически SCSI является упрощенным вариантом системной шины компьютера, поддерживающим до восьми устройств. Такая организация требует от устройств наличия определенных контроллеров — например, в винчестерах SCSI все функции кодирования/декодирования, поиска сектора, коррекции ошибок и т. п. возлагаются на встроенную электронику, а внешний SCSI-контроллер выполняет функции обмена данными между устройством и компьютером — часто в автономном режиме, без участия центрального процессора (режимы DMA — прямого доступа к памяти, или Bus Mastering — задатчика шины). Интерфейсы SCSI-1 имеют 8-битовую шину; SCSI-2 и SCSI-3 — 16-битовую и рассчитаны на использование в мощных машинах-серверах и рабочих станциях. Существует много различных спецификаций данного интерфейса, отличающихся пиковой пропускной способностью, максимальным числом подключаемых устройств, максимальной длиной кабеля. Так, максимальная пропускная способность может достигать 80 и даже 160 Мбайт/с. В интерфейс SCSI: Plug & Play добавлены средства поддержки технологии РnР — автоматическое опознание типа и функционального назначения устройств, настройка1 без помощи пользователя или при минимальном его участии, возможность замены устройств во время работы и т. п. Все SCSI-устройства управляются специальным SCSI-контроллером, реализованным чаще в виде отдельной платы расширения, устанавливаемой в свободный разъем на материнской плате. Однако выпускаются и материнские платы со встроенными контроллерами SCSI.

RS-232 — интерфейс обмена данными по последовательному коммуникационному порту (СОМ-порту). Управление работой СОМ-портов (число которых ограничено четырьмя) осуществляется специальной микросхемой UART 16550А, расположенной на материнской плате. Физически разъем СОМ-порта может быть 25- или 9-контактным. С помощью данного интерфейса осуществляется работа и подключение таких устройств, как «внешние» модемы, мыши и т. д. IEEE 1284 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1284 — стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике 1284) — стандарт, описывающий спецификации параллельных скоростных интерфейсов SPP (Standard Parallel Port — стандартный параллельный порт), ЕРР (Enhanced Parallel Port — улучшенный параллельный порт), ЕСР (Extended Capabilities Port — порт с расширенными возможностями), как правило, используемых для подключения через параллельные порты компьютера (LPT-порты) таких устройств, как принтеры, внешние запоминающие устройства, сканеры, цифровые камеры. Со стороны LPT-порта установлен стандартный разъем DB-25 (25 контактов), а со стороны устройства используется разъем типа Centronics. Контроллер параллельного порта размещен на материнской плате.

Универсальные последовательные периферийные шины

USB (Universal Serial Bus) — новая универсальная последовательная шина. Она появилась в 1996 году и призвана заменить такие устаревшие интерфейсы, как RS-232 (СОМ-порт) и параллельный интерфейс IEEE 1284 (LPT-порт), то есть заменить последовательные и параллельные, клавиатурные и мышиные порты — все устройства подключаются к одному разъему, допускающему установку многочисленных устройств с легкостью технологии Plug & Play. Технология Plug & Play позволяет производить «горячую» замену без необходимости выключения и перезагрузки компьютера. После физического подсоединения устройства правильно опознаются и автоматически конфигурируются: USB самостоятельно определяет, что именно подключили к компьютеру, какой драйвер и ресурсы понадобятся устройству, после чего все это выделяет без вмешательства пользователя. Для адекватной работы шины необходима операционная система, которая корректно с ней работает. В данном случае такой ОС является Windows 95 и выше. К шине USB можно одновременно подключить до 127 устройств: мониторы, принтеры, сканеры, клавиатуры и т. д. Каждое устройство, подключенное на первом уровне, может работать в качестве коммутатора — то есть к нему, при наличии соответствующих разъемов, могут подключаться еще несколько устройств. Обмен по интерфейсу — пакетный, скорость обмена — 12 Мбит/с. На современных системных платах обычно имеется два канала на контроллер.

IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers 1394 — стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике 1394) — новый и перспективный последовательный интерфейс, предназначенный для подключения внутренних компонентов компьютера и внешних устройств. IEEE 1394 известен также под именем FireWire — «огненный провод». Цифровой последовательный интерфейс FireWire характеризуется высокой надежностью и качеством передачи данных, его протокол поддерживает гарантированную передачу критичной по времени информации, обеспечивая прохождение видео- и аудиосигналов в реальном масштабе времени без заметных искажений. При помощи шины FireWire можно подсоединить друг к другу огромное количество различных устройств по технологии Plug & Play и практически в любой конфигурации, чем она выгодно отличается от названных ранее трудноконфигурируемых шин типа SCSI. К одному контроллеру возможно подключение до 127 устройств с помощью единого шестижильного кабеля. Пропускная способность интерфейса составляет 50-400 Мбит/с, а в будущем ожидается даже 800 Мбит/с. Этот интерфейс будет использоваться для подключения жестких дисков, дисководов CD-ROM и DVD-ROM, а также высокоскоростных внешних устройств, таких как цифровые видеокамеры, видеомагнитофоны и т. д.

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International AssociationАссоциация производителей плат памяти для персональных компьютеров) — внешняя шина компьютеров класса ноутбук. Другое название модуля PCMCIAPC Card. Шина имееет разрядность 16/26 (адресное пространство — 64 Мбайт), поддерживает автоконфигурацию, возможно подключение и отключение устройств в процессе работы компьютера. Конструктив — миниатюрный 68-контактный разъем. Контакты питания сделаны более длинными, что позволяет вставлять и вынимать карту при включенном питании компьютера.

ACPI (Advanced Configuration Power Interfaceрасширенный интерфейс конфигурирования и питания) — интерфейс, представляющий собой единую систему управления питанием для всех компонентов компьютера. Поддерживается новейшими модификациями BIOS материнских плат.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58473. SCHOOLS IN BRITAIN 330.9 KB
  Listen to the dialogue about a typical day at American school and answer the questions. Alice. Ostap, would you like to school with me tomorrow? Ostap. Sure. I have never been in an American school, what is the typical day like at school? Alice. Well, first we go to our homeroom class.
58474. Tolerance 58 KB
  Please open you work book at page fifty six exercise 1. Here you should fill in the gaps using these words: against, according to, of, without. I think 3 minutes on this work. Когда сделали, говорю: please read it one by one and then we will check the answers...
58475. Двомембранні органели і мітохондрії і пластиди. Фотосинтез, дихання 35.5 KB
  Мета: познайомити з будовою та функціями двомембранних органел: мітохондріями та пластидами, фазами мітозу, з клітинним циклом, поняттями, каріотип, фотосинтез, дихання, мітохондрія, хлоропласт, хемосинтез з процесами фотосинтезу та дихання, вчити порівнювати ці два процеси між собою...
58476. Урок биологии 165 KB
  Подготовка учителя к урокам. Постановка цели урока. Структура урока этапы комбинированного урока. Проведение урока биологии Перспективное и поурочное планирование Основой для планирования учебно-воспитательного образовательного процесса по биологии является анализ существующих нормативных требований программ учебных и дидактических пособий и опыта педагогической деятельности учителя.
58477. Вид. Критерии вида 45.5 KB
  Цели урока: обучающие: сформулировать определения понятиям вид критерии вида; изучить критерии вида и их содержание; развивающие: продолжить развитие коммуникативных умений при работе в группах устной монологической речи учащихся...
58478. Уроки Чистоты на территории Пермского края 3.73 MB
  Технологии сортировки отходов уже реализуются в некоторых российских городах. Для успешной организации сортировки очень важна первая ступень раздельный сбор отходов жителями. По статистике каждый из нас ежегодно образует 300 кг отходов.
58479. Рідна домівка, рідна сім’я – тут виростає доля моя. В.Гринько «Сім». В.Сухомлинський «Тетянка усміхається» 73 KB
  Доброго здоров’я всім В добрий день і в добрий час Рада всіх вітати вас. Який розділ ви почали вивчати на попередньому уроці Рідна домівкарідна сім’ятут виростає доля моя З якими піснями ви ознайомилися на минулому уроці Роде наш красний...
58480. Проектирование молодежного кафе – «KFC» 752 KB
  Молодежное кафе, как организация является обществом с ограниченной ответственностью предприятие бытового обслуживания (ООО ПБО). Общество с ограниченной ответственностью является разновидностью объединения капиталов, не требующего личного участия своих членов в делах общества
58481. Розробка програмного забезпечення (ПЗ) для інформаційної підтримки велодоріжок м. Хмельницький 16.04 MB
  До ПЗ розроблено специфікацію вимог, що описує функціональні та нефункціональні вимоги до нього. На основі цієї специфікації та аналізу предметної області, а також вибраних технологій та засобів розробки, здійснено проектування ПЗ для інформаційної підтримки велодоріжок м. Хмельницький.