Учебники 80389

•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 форм-фактора ATX и NLX, используемым в большинстве полноразмерных настольных и вертикальных систем. Существует несколько вариантов форм-фактора ATX, в число которых входят Micro-ATX (который представляет собой уменьшенную версию форм-фактора ATX, используемого в системах малых размеров) и Flex-ATX (еще более уменьшенный вариант, предназначенный для домашних компьютеров низшего ценового уровня). Форм-фактор 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.

На рис. 7.1 показано, как выглядит конструкция системы ATX в настольном исполнении со снятой верхней крышкой или в вертикальном с удаленной боковой панелью. Разъемы расширения параллельны более короткой стороне и не мешают гнездам процессора, памяти и разъемам вво- да-вывода (рис.7.2).

Рис. 7.1. Системная плата ATX установленная в корпусе.

Кроме полноразмерной схемы ATX, компания Intel описала конструкцию mini-ATX, которая размещается в таком же корпусе.

Полноразмерная плата ATX имеет размеры 305 х 244 мм (12 х 9,6 дюймов), а плата mini-ATX - 284 х 208 мм (11,2 х 8,2 дюймов). Кроме того, существуют два уменьшенных варианта системной платы ATX, которые

141

носят названия Micro-ATX и Flex-ATX.

Совместимость плат micro-ATX с ATX означает следующее:

Рис. 7.2. 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)

•использование одного и того же 20-контактного разъема питания;

•стандартное расположение разъемов ввода-вывода;

•одинаковое расположение крепежных винтов.

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.

Формфактор flex-ATX определяет системную плату, которая является наименьшей из семейства ATX. Размеры этой платы всего лишь 229х191 мм (9,0х7,5 дюймов). В отличие от плат с формфактором microATX, платы flex-ATX имеют меньший размер и поддерживают процессоры, для установки которых используются гнезда типа Socket — Socket 7

или Socket A для процессоров AMD, Socket 370 версии PPGA (Plastic Pin

142

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 установки процессоров Pentium II/III и Athlon. Как вы знаете, в своих последних разработках компании Intel и AMD используют процессоры исключительно конструкции Socket, поэтому их несовместимость с процессорами других типов большой роли не играет.

7.2. Формфактор системных плат

Формфактор систем и системных плат WTX разрабатывался для рабочих станций среднего уровня. WTX по своим параметрам ненамного отставал от ATX и определял размер/форму системной платы, а также интерфейс платы

икорпуса, разработанныйвсоответствиисособенностямиформ-фактора.

•Системные платы WTX, максимальная ширина которых достигает 14 дюймов (356 мм), а максимальная длина 16,75 дюйма (425 мм), гораздо больше плат ATX. Минимальные размеры платы не ограничены, поэтому производители могут уменьшать размеры плат в соответствии с мон-

тажными критериями.

7.3. Компоненты системной платы

В современную системную плату встроены такие компоненты, как гнезда процессоров, разъемы и микросхемы (рис.7.3). 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, сетевой и SCSI-интерфейсы, а также другие элементы, в зависимости от типа системной платы.

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 точно определить, какиетипыпроцессоровмогутбытьустановленывданноегнездо.

143

Рис. 7.3. Расположение разъемов на типичной системной плате Intel DB850GB: A — Communications and Network Riser (CNR),

B — вспомогательный линейный вход типа ATAPI (необязательно),

C— аудиовход CD-ROM (необязательно),

D— аудиовход CD-ROM традиционного двухмиллиметрового типа(необязательно),

E— разъем расширения AGP Pro (необязательно),

F— силовой разъем ATX 12V,

G— разъемы расширения 32-разрядной шины PCI,

H— разъем AGP,

I— PC/PCI,

J— SCSI LED,

K— вентилятор корпуса (Fan 1),

L— активизация при доступе из локальной сети (LAN),

M— активизация по входящему звонку,

N— вспомогательная лицевая панель LED,

О — лицевая панель USB,

P— лицевая панель,

Q— первичный и вторичный каналы IDE,

R— разъем для подключения дисковода,

S— дополнительный силовой разъем,

T— основной силовой разъем,

V — вентилятор для памяти (RIMM) (Fan 2), V — регулятор напряжения процессора (Fan 4), W — Socket 423 (для процессора Pentium 4),

X — теплоотвод процессора (Fan 3), Y — разъемы для памяти (RIMM)

С появлением второго поколения процессоров Celeron компания Intel начала интегрировать кэш-память второго уровня непосредственно в кристалл процессора, не добавляя в схему процессора каких-либо дополнительных микросхем.

Системные платы содержат микросхемы системной логики. Набор

144

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.

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 сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор.

7.4. Архитектура организации систем

При создании наборов микросхем Intel использует два различных типа архитектуры:

North/South Bridge и более современную hub-архитектуру, которая используетсявовсехпоследнихнаборахмикросхемсистемнойлогикисерии800.

Архитектура North/South Bridge.

Большинство ранних версий наборов микросхем Intel (и практически все наборы микросхем других производителей) созданы на основе многоуровневой архитектуры и содержат компоненты North Bridge и South Bridge, а также микросхему Super I/O (рис.7.4.).

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 фактически не является частью набора микросхем и зачастую поставляется сторонним производителем, например National Semiconductor

или Standard Microsystems Corp. (SMSC).

Микросхема Super I/O содержит обычно используемые периферийные элементы, объединенные в одну микросхему.

Наборы микросхем, созданные за последние годы, позволяют поддерживать различные типы процессоров, скорости шин и схемы периферийных соединений.

North Bridge иногда называют контроллером PAC (PCI/AGP Controller). В сущности, он является 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.

145

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, соединена с шиной ISA (8 МГц) и содержит все стандартные периферийные устройства, встроенные в системную плату. Например, большая часть микросхем Super I/O поддерживает параллельный порт, два последовательных порта, контроллер гибких дисков, интерфейс клавиатура/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.

Hub-архитектура.

С серии 800-го набора микросхем используется hub-архитектурам, пример изображен на рис. 7.5, 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 образуется стандартная конструкция North/South Bridge. В hub-архитектуре соединение компонентов выполняется с помощью выделенного hubинтерфейса, 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 х 66 МГц х 1 байт =266 Мбайт/с), имеющий удвоенную по отношению к PCI пропускную способность (33 МГц х 32 байт = 133 Мбайт/с).

•Уменьшенная загрузка PCI. Hub-интерфейс не зависит от PCI и не участвует в перераспределении или захвате полосы пропускания шины PCI при выполнении трафика набора микросхем или Super I/O. Это повышает эффективность всех остальных устройств, подсоединенных к шине PCI, которая не участвует в выполнении групповых операций.

•Уменьшение монтажной схемы. Несмотря на удвоенную по сравнению с PCI пропускную способность, hub-интерфейс имеет ширину, равную 8 разрядам, и требует для соединения с системной платой всего лишь 15 сигналов. Шине PCI, например, для выполнения подобной операции требуется не менее 64 сигналов, что приводит к повышению 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 микросхемы Super I/O и загружающего тем самым шину PCI. Благодаря обходу PCI hub архитектура позволяет увеличить пропускную способность устройств, непосредственно соединенных с

147

ROM BIOS с микросхемами Super I/O. Для сравнения: в ранних версиях наборов микросхем North/South Bridge в качестве интерфейса использовалась шина ISA, количество сигналов которой равно 96. Максимальная пропускная способность 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.

Вместо “подгонки” к существующим стандартам Intel компания AMD разработала собственный набор микросхем и на его базе системные платы для процессоров Athlon/Duron. Этот набор микросхем получил название AMD 750 (кодовое название Irongate) и поддерживает процессоры

Socket/Slot A. Он состоит из микросхем 751 System Controller (компонент North Bridge) и 756 Peripheral Bus Controller (компонент South Bridge),

пример изображен на рис.7.6.

7.5. Шины ввода-вывода

Шина ввода-вывода позволяет процессору взаимодействовать с периферийными устройствами. Эта шина и подключенные к ней разъемы расширения предназначены для того, чтобы компьютер мог выполнить все предъявляемые запросы. Шина ввода-вывода позволяет подключать к компьютеру дополнительные устройства для расширения его возможностей. В разъемы расширения устанавливают такие жизненно важные узлы, как контроллеры накопителей на жестких дисках и платы видеоадаптеров; к ним можно подключить и более специализированные устройства, например звуковые платы, сетевые интерфейсные платы, адаптеры SCSI и др.

Объясняется это просто: для повышения производительности компьютера нужна быстродействующая шина ввода-вывода. Производительность определяется тремя основными факторами:

•быстродействием процессора;

•качеством программного обеспечения;

•возможностями мультимедиа-компонентов.

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 передаваемых данных (разрядностью) и скоростью передачи (быстродействием) подробно эти шины рассмотрены в п.7. Каждая шина строится на основе специальных микросхем, которые подключаются к ши-

149

не процессора. Обычно эти же микросхемы используются и для управления шиной памяти.

Однако быстродействие шины ввода-вывода в большинстве случаев не играет роли. Например, при работе с клавиатурой или мышью высокое быстродействие не требуется, поскольку в этой ситуации производительность компьютера определяется самим пользователем. Оно действительно необходимо только в подсистемах, где важна высокая скорость обмена данными, например в видеоконтроллерах и контроллерах дисковых накопителей.

Проблема, связанная с быстродействием шины, стала актуальной в связи с распространением графических пользовательских интерфейсов (например, Windows). Ими обрабатываются 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 оказывается 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 осуществлялась 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 напоминает подключение внешней кэш-памяти (рис. 7.7)). Такая конструкция получила название локальной шины (Local Bus), поскольку внешние устройства (платы адаптеров) теперь имеют доступ к шине процессора (ближайшей к нему шине). Конечно, разъемылокальнойшиныдолжныотличатьсяотслотовшинывводавывода, чтобывнихнельзябыловставитьплаты“медленных” адаптеров.

7.6. Дополнительные интегральные микросхемы

К системной шине и к МП ПК наряду с типовыми внешними устройствами могут быть подключены и некоторые дополнительные интегральные микросхемы, расширяющие и улучшающие функциональные возможности микропроцессора:

•математический сопроцессор;

•контроллер прямого доступа к памяти;

•сопроцессор ввода-вывода;

•контроллер прерываний и т. д.

Математический сопроцессор широко используется для ускоренного выполнения операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей запятой, над двоично-кодированными десятичными числами, для вычисления некоторых трансцендентных, в том числе тригонометрических функций. Математический сопроцессор имеет свою систему команд и работает параллельно (совмещение во времени) с основным МП, но под управлением последнего. Ускорение операций происходит в десятки раз. Современные модели МП начиная с МП80486 DX включают сопроцессор в свою структуру.

150