MB Pentium 2

МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Факультет «Машиностроительные технологии»

Кафедра «Электронное машиностроение»

“Системные платы Pentium II”

Студент:

MT 11-12

Вервикишко Александр

Проверил:

Беликов А.И.

Москва 2000 г.

Содержание:

1. Введение

2. Основные устройства системной платы

3. Системный интерфейс PC/XT (8255)

4. Системный порт PC/AT

5. Системный таймер (8252/8254)

6. Канал управления звуком (PC Speaker)

7. Интерфейс клавиатуры

8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042

9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC

10. Компоненты: установка и конфигурирование

11. Оперативная память (DRAM)

12. Вторичный кэш (SRAM)

13. Процессор

14. Питание и охлаждение процессоров

15. Синхронизация

16. Шины расширения ввода/вывода

17. Чипсет

18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты

19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

20. Процессор Intel Pentium II Xeon

21. Чипсет i440GX

22. Чипсет i450NX

23. BIOS

24. Питание и обнуление CMOS

25. Основные характеристики системной платы

26. Прайс-лист компьютерного центра Polaris на материнские платы

27. Литература

1. Введение.

Системная или материнская плата персонального компьютера является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:

процессор(ы) и сопроцессор
память: постоянная (ROM, Flash BIOS), оперативная (DRAM), кэш (SRAM).
Обязательные системные средства ввода/вывода.
Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения
Кварцевый генератор синхронизации со схемой формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока питания или кнопки RESET
Дополнительные стабилизаторы напряжения питания для низковольтных процессоров VRM (Voltage Regulation Module).

Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве системных плат устанавливают и контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков, графический адаптер, аудиоканал, а также адаптеры COM и LPT-портов, "мыши", и другие. Контроллеры, требующие интенсивного обмена данными используют преимущества локального подключения к шине процессора. Цель размещения других контроллеров на системной плате - сокращение общего числа плат компьютера.

Современные платы исполняются на основе чипсетов (Chipset) - наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов - процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих возможности ее модернизации. Его тип существенно влияет и на производительность - при одинаковых установленных компонентах (процессор, память, графический адаптер, жесткий диск) производительность компьютеров, собранных на разных системных платах (чипсетах) - может отличаться на 30%.

2. Основные устройства системной платы

Системная плата первой модели PC содержала несколько функциональных узлов, которые благодаря открытому описанию приобрели надежный статус неприкосновенности, гарантируемый несчетным количеством программ и программных продуктов, их использующих. К таким узлам относятся следующие:

Схемы предоставления системных ресурсов - памяти, ввода/вывода, прерываний, прямого доступа к памяти, описанные выше.
Микросхемы ROM BIOS с программным кодом начального тестирования, запуска и функций ввода/вывода.
Системный таймер, реализованный на микросхеме 8253, использовавшийся как генератор запросов регенерации памяти, интервальный таймер и тональный генератор для динамика. В AT те же функции выполняла аналогичная микросхема 8254.
Три системных порта на микросхеме 8255, используемых для интерфейса клавиатуры, чтения переключателей конфигурации, управления звуком и немаскируемыми прерываниями. В AT для интерфейса применили микроконтроллер 8042, переключатели конфигурации упразднили, а остальные функции переложили на один системный порт.
Канал управления звуком - логическая схема, использующая тональный сигнал таймера и программно-управляемые биты системного порта. На машинах AT такой «синтезатор» мог исполнять даже записанную музыку и речь.
Последовательный интерфейс клавиатуры, реализуемый на XT аппаратной логики, а на AT с помощью микроконтроллера 8042.
Память конфигурации и часы-календарь - CMOS RTC - узел, появившийся с АТ.

Со временем элементная база системной платы радикально изменилась, все функции отдельных контроллеров взял на себя чипсет, но программная модель этих узлов сохранилась. Рассмотрим их подробнее.

3. Системный интерфейс PC/XT (8255)

Микросхема 8255 представляет собой программируемый параллельный трехканальный интерфейс, Имеющий три 8-битных порта А, В и С. Порты могут независимо конфигурироваться на запись или чтение в различных режимах, включая и стробирование, но в РС используется самый простой режим 0. Порты А и С работают на ввод, порт В - на вывод. При этом чтение порта В возвратит ранее записанное значение, что используется, когда программа должна модифицировать только определенные биты, не затрагивая остальных. Программирование режимов портов осуществляется через регистр режима во время POST. В дальнейшем выполнение модификации режимов, которое может привести к зависанию интерфейсов, не требуется. Обращение к портам допускается только однобайтными операциями ввода/вывода. Наиболее частое обращение к портам производится для ввода скан-кода клавиатуры, а также для управления звуковым каналом. Назначение программируемого интерфейса ввода/вывода i8255 в РС/XT следующее:

чтение скан-кодов клавиатуры;
управление звуком;
разрешение и идентификация источников NMI;
чтение байта конфигурации.

4. Системный порт PC/AT

8-битный системный порт с адресом 61h пришел в архитектуру АТ на смену порту 8255. Поскольку обслуживание клавиатуры перешло на микроконтроллер 8042, а переключатели конфигурации заменили на CMOS-память, функции системного порта PC/AT свелись к следующим:

управление звуком, сохранившее полную совместимость с ХТ;
разрешение и идентификация источников NMI, отличающиеся от ХТ.

В этом месте программную модель «посмели» изменить, но это изменение затрагивает небольшое количество сугубо системных программ.

5. Системный таймер (8252/8254)

Микросхемы 8253 и 8254 представляют собой трехканальные программируемые счетчики-таймеры, функционально почти совпадающие, но имеющие различающееся быстродействие (со стороны системной шины) и назначение выводов. С процессорами 80286 без тактов ожидания может работать только 8254, а на системных платах с более современными процессорами те же функции берет на себя чипсет. Внутренние счетчики микросхемы имеют разрядность 16 бит, но общение с ними возможно только 8-битными операциями. При этом можно задавать значение только младшего байта счетчика (LSB), только старшего (MSB) или обоих (LSB/MSB), причем сначала передается младший, а потом старший байт. Назначение счетчиков-таймеров i8253(XT) и i8254(AT) следующее:

генерация прерываний от системных часов;

генерация запросов на регенерацию памяти;

генерация звуковых сигналов.

Входная частота всех каналов 1,19318 МГц. Программирование микросхемы осуществляется записью байт в управляющий регистр по отдельности для каждого канала.

6. Канал управления звуком (PC Speaker)

Стандартный канал управления звуком Speaker рассчитан на подключение высокоомного малогабаритного динамика. Звук формируется из тонального сигнала от второго канала таймера, работой которого можно программно управлять. Частоту сигнала (тон) можно изменять, программируя коэффициент деления счетчика, а разрешая/запрещая формирование сигнала программно-управляемым битом 0 системного порта 61h, можно подавать сигналы определенной длительности. Такой способ формирования звука мало загружает даже процессор 8086/88 и позволяет исполнять незамысловатые мелодии, причем и в фоновом режиме, посылая команды из очереди по прерываниям от системного таймера. А с учетом физиологии слуха (инерционности восприятия) быстрым переключением частот можно достигать эффекта псевдомногоголосия.

Более интересные звуки можно извлекать, используя принцип широтно-импульсной модуляции, программно осуществляемой через бит 1 порта 61h. В этом случае динамик выполняет роль фильтра нижних частот (инерционного звена) демодулятора. Процессоры, начиная с 80286, способны формировать такой поток управляющих сигналов, который позволяет воспроизводить музыкальный или речевой сигнал с качеством карманного приемника. Однако такое формирование звука процессор загружает практически полностью. Кроме того, качество воспроизведения сильно зависит от частотных свойств динамика. Предпочтительнее более крупные динамики, у которых лучше воспроизведение нижних частот - с ними можно добиться даже разборчивости речи. Драйвер для звукоизвлечения существует также и для Windows 3.x/95, но в стандартную поставку Windows не входит. Теперь для звуковоспроизведения (и звукозаписи) используется ставший почти стандартным двунаправленным аудиоканал. Роль стандартного звукового канала сводится к подачам гудков при загрузке, идентификации ошибок во время POST, когда сообщения на экран еще не вывести, а также к сопровождению сообщений о системных ошибках.

7. Интерфейс клавиатуры

Для подключения клавиатуры предназначен последовательный интерфейс, состоящий из двух обязательных сигналов KB-Data и KB-Clock. Необязательный сигнал KB-Reset сбрасывает клавиатуру низким уровнем сигнала. Интерфейс на системной плате XT реализован аппаратной логикой - регистром сдвига, параллельный выход которого подключается ко входам порта А системного интерфейса 8255. По приему байта от клавиатуры логика вырабатывает запрос аппаратного прерывания IRQ1, обработчик которого может прочитать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6 порта 61h возможна программная блокировка и сброс клавиатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществляется принудительным обнулением линии KB-Clock.

Интерфейс клавиатуры АТ построен на микроконтроллере i8042, обеспечивающем в отличие от XT двунаправленный интерфейс с клавиатурой. Передача информации к клавиатуре используется для управления индикаторами ее состояния и программирования параметров (автоповтор, набор скан-кодов).

Хотя электрический интерфейс клавиатур XT и АТ совпадает (за исключением возможности двунаправленного обмена в АТ), логические форматы посылок существенно отличаются. POST способен производить диагностику клавиатуры, причем подключение клавиатуры неподходящего типа или не подключенную клавиатуру он воспримет как ошибку. Если проверка клавиатуры разрешена в BIOS Setup, то по этой ошибке POST будет сколь угодно долго дожидаться получения кода нажатия клавиши F1.

Конструктивно возможны два варианта разъема подключения клавиатур - обычная 5-контактная розетка DIN или малогабаритная розетка mini-DIN, пришедшая от компьютеров семейства PS/2. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5В. Электрически и логически интерфейс клавиатуры PS/2 повторяет интерфейс клавиатуры АТ, поэтому для согласования типа разъема применяют специальные переходники. Предпочтительнее использовать переходники, выполненные в виде мягкого кабеля с разъемами. Монолитный переходник, особенно с АТ-клавиатуры на PS/2-разъем системной платы, хуже тем, что малейшее движение кабеля вызывает большой момент силы, выламывающей переходник из маленького гнезда PS/2.

Питание от разъема клавиатуры часто используется такими устройствами, как внешние накопители или адаптеры локальных сетей, подключаемыми к параллельному порту. Плавкий предохранитель, установленный на системной плате, может и не выдерживать броска тока, потребляемого этими внешними устройствами. При этом, естественно, откажется работать и клавиатура - ее индикаторы и не мигнут при включении, как это происходит при ее инициализации. Находится эта неисправность при наличии тестера (и знания возможной причины) достаточно легко.

8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042

Программируемый микроконтроллер i8042 применяется в машинах класса АТ. Его встроенное программное обеспечение хранится обычно и в масочном внутреннем ПЗУ и не допускает изменения, в чем, собственно, и нет необходимости. Эта программа обеспечивает вырабатывания запроса прерывания по приему скан-кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от центрального процессора. Кроме управления клавиатурой, через программно-управляемые и программно-читаемые линии внешних портов контроллера формируются сигналы управления вентилем Gate A20, аппаратного системного сброса и считываются сигналы от конфигурационных джемперов системной платы. Контроллер 8242В, кроме интерфейса клавиатуры, поддерживает и аналогичный интерфейс дополнительного устройства, например PS/2-Mouse.

Порт ввода, доступный по команде C0h, используется для чтения состояния джемперов и ключа:

Бит 7 - 0=клавиатура заблокирована ключом (KeyLock).

Бит 6 - исходный режим: 0=CGA, 1=MDA.

Бит 5 - системная перемычка: 0=замкнута.

Бит 4 - системное ОЗУ: 0=512 Кбайт и более, 1=256 Кбайт.

Бит 1 - вход данных дополнительного интерфейса.

Бит 0 - вход данных интерфейса клавиатуры.

Порт вывода, доступный для записи и чтения по командам D1h и D0h соответственно, имеет следующее значение бит:

Бит 7 - последовательные данные клавиатуры.

Бит 6 - синхронизация клавиатуры.

Бит 5 - запрос прерывания от дополнительного интерфейса (IRQ12).

Бит 4 - запрос прерывания от клавиатуры (IRQ1).

Бит 3 - синхронизация дополнительного интерфейса.

Бит 2 - последовательные данные дополнительного интерфейса.

Бит 1 - вентиль линии адреса А20 (Gate A20).

Бит 0 - альтернативный сброс процессора (без формирования общего сигнала сброса).

Контроллер расположен в пространстве ввода/вывода по адресам 60h и 64h, причем по чтению скан-кода клавиатуры из порта 60h сохраняется совместимость с PC/XT. Регистр данных контроллера в режиме записи используется для подачи команд, относящихся к клавиатуре и собственно контроллеру. Признаком готовности контроллера к восприятию команд является нулевое значение бита 1 регистра состояния (порт 064h).

9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC

В РС ХТ конфигурация оборудования (объем памяти, количество дисководов и т.п.) задавалась DIP переключателями, состояние которых опрашивалось во время POST. В АТ для хранения подобной информации, состав которой расширился, ввели специальную микросхему памяти КМОП небольшого объема, питание которой при выключенном компьютере осуществляется от батарейки. В ту же микросхему поместили и часы-календарь, также питающиеся от той же батарейки. Эта память и часы - CMOS Memory and Real Time Clock (RTC) - стали стандартным элементом архитектуры РС. Содержимое этой памяти и дату сначала модифицировали с помощью внешней загружаемой утилиты SETUP, позже эту утилиту встроили в BIOS. Микросхемы CMOS RTC имеют встроенную систему контроля непрерывности питания, отслеживающую и разряд батареи ниже допустимого уровня. Достоверность информации конфигурирования проверяется с помощью контрольной суммы.

Доступ к ячейкам CMOS RTC осуществляется через порты ввода/вывода 070h (индекс ячейки) и 071h (данные). Поскольку эта память имеет быстродействие порядка единиц микросекунд, между командами записи адреса и чтения/записи данных необходима программная задержка.

10. Компоненты: установка и конфигурирование

Современные системные платы имеют ряд сменных или добавляемых компонентов. В процессе модернизаций (Upgrade) часто меняют процессор, наращивают объем и повышают быстродействие ОЗУ и кэш-памяти, меняют версию BIOS. Эти действия обычно связаны с изменениями аппаратных и программных настроек, о которых и пойдет речь.

11. Оперативная память (DRAM)

Вся оперативная память современных РС располагается на системной плате. Первые модели (ХТ, АТ-286) позволяли наращивать оперативную память при помощи установки в слот ISA специальных карт расширения. Однако быстродействие памяти, подключенной через шину расширения, оставляет желать лучшего. Кроме того, появились компактные модули SIMM, SIPP, а позднее и DIMM, корпуса микросхем памяти стали более емкими, и острота проблемы занимаемой площади спала. По этим причинам уже многие модели АТ-286 и большинство моделей АТ-386 и старше в качестве оперативной памяти не воспринимают память, обнаруженную на модулях расширения, устанавливаемых в слотах шин расширения. Отметим, что были модели АТ-286, у которых модуль памяти устанавливался в специальный слот системной шины, а у некоторых серверных платформ ОЗУ устанавливается на отдельных платах или платах процессоров, но это уже не унифицированные рядовые компьютеры.

В качестве оперативной памяти используют микросхемы динамической памяти (DRAM) различных типов архитектуры:

Std или FPM - стандартные, они же страничные;

EDO - с расширенным временем присутствия данных на выходе;

BEDO - пакетные с расширенным временем присутствия данных на выходе;

SDRAM - синхронная динамическая память.

По типу упаковки на системную плату устанавливают следующие компоненты:

DIP-корпуса с двухрядным расположением выводов, разрядностью 1 или 4 бит;

ZIP-корпуса, с зигзагообразным расположением выводов, разрядностью 1,4 бит;

SIPP-модули, имеющие 30 штырьковых выводов, разрядностью 8 (9) бит;

SIMM-30 - модули, имеющие 30 печатных выводов, разрядностью 8 (9) бит (короткие);

SIMM-72 - модули, имеющие 72 печатных вывода, разрядностью 32 (36 или 40) бит (длинные);

DIMM - модули, имеющие 168 печатных вывода, разрядностью 64 (72 или 80) бит;

SODIMM-72 - модули, имеющих 72 печатных вывода, разрядностью 32 (36) бит;

SODIMM-144 - модули, имеющие 144 печатных вывода, разрядностью 64 (72) бит.

Для системных плат 486 процессоров и старше наиболее популярны модули SIMM-72, в которые упаковывают микросхемы FPM, EDO и довольно редко BEDO. Ожидается рост популярности модулей DIMM, которых существует уже два поколения. В модули DIMM второго поколения устанавливают и микросхемы SDRAM, модули первого поколения до нас почти не дошли

Для конфигурирования системной платы важно знать спецификацию быстродействия применяемой памяти. Для обычной (не синхронной) памяти FPM, EDO, BEDO в качестве спецификации используется время доступа (-80, -70, -60, -50, -40 нс), иногда последний нолик не пишут, и спецификация тех же микросхем представляется как -8, -7, -6, -5, -4. Для синхронной памяти SDRAM в качестве спецификации выступает минимальный период синхронизации (-10, -12, -15 нс), что соответствует времени доступа применяемых запоминающих ячеек 50, 60, 70 нс соответственно. От спецификации быстродействия зависит эффективность (и даже возможность) применения памяти в конкретной системной плате на заданной частоте системной шины. Применение более медленной памяти может привести к появлению дополнительных тактов ожидания при операциях с ОЗУ, что заметно снизит производительность компьютера. Если же попытаться задать временную диаграмму памяти неоправданно быстрой, то работа компьютера скорее всего будет неустойчивой. Для каждого типа памяти и каждой тактовой частоты имеется оптимальная спецификация памяти: менее быстродействующая память приведет к лишним тактам ожидания, более быстродействующая не даст преимуществ, но будет дороже. На временные диаграммы памяти влияет много факторов - задержки сигналов зависят от чипсета, наличия промежуточный буферов, длины проводников платы, количества устанавливаемых модулей и микросхем на них и т.п. Поэтому для каждой модели системной платы оптимальные спецификации для используемых тактовых частот будут свои. Требуемая спецификация быстродействия обычно указывается в документации на системную плату.

Требования к быстродействию памяти:

FPM

EDO

BEDO

SDRAM

Спецификация

-4, -5, -6, -7

-5, -6, -7

-10, -12, -15

Время доступа(Trac), нс

40, 50, 60, 70

50, 60, 70

Максимальная частота

50, 33, 28, 25 Мгц

66, 50, 40, 33 Мгц

66, 60, 50 Мгц

100, 80, 66 Мгц

при пакетном цикле чтения

5-3-3-3

5-2-2-2

5-1-1-1

Современные чипсеты позволяют во время POST выполнять автоматическую идентификацию типов (а иногда быстродействия) установленных модулей памяти, хотя реализация этой возможности зависит и от применяемой версии BIOS. При конфигурировании памяти в BIOS Setup часто указывают спецификацию быстродействия применяемых модулей, при этом, если используются модули с разным быстродействием, указывают спецификацию самого медленного из них. В некоторых версиях BIOS Setup задают и временные диаграммы в тактах системной шины (выбирают из нескольких возможных значений). Если от компьютера требуется стабильная работа, не следует «разгонять» память относительно рекомендованных диаграмм.

При установке модулей памяти имеются некоторые тонкости при заполнении банков. Во-первых, банк работоспособен, только если он заполнен. Банк для АТ-286 и 386SX состоит из 2 байт, для 386DX и 486 - из 4 байт, а для старших процессоров - из 8 байт. В соответствии с этим выбирается необходимое количество модулей памяти. Во-вторых, если системная плата поддерживает чередование банков (Bank Interleaving), то заполнение всех банков позволяет повысить производительность памяти. Но при этом осложняется наращивание объема памяти в будущем - вместо приобретения дополнительных модулей придется делать их замену, что чуть дороже.

На современных системных платах объем корректно установленной памяти определяется автоматически. Однако память более 16 Мбайт может не восприниматься, если в BIOS Setup разрешено помещение образа ROM BIOS под границу 16 Мбайт.

12. Вторичный кэш (SRAM)

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

В качестве кэш-памяти применяются следующие типы статической памяти:

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

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

PB SRAM - пакетно-конвейерная синхронная память.

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

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

Размер кэша часто приходится задавать перемычками.

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

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

13. Процессор

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

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

Типы сокетов для процессоров 4, 5 и 6 поколений:

Тип

Кол-во выводов

Матрица

Питание, В

Поддерживаемые процессоры

Сокет 1

168/169

17*17 PGA

486 SX/SX2, DX/DX2

Сокет 2

238

19*19 PGA

486SX/SX2, DX/DX2, PODP

Сокет 3

237

19*19 PGA

5/3

486SX/SX2, DX/DX2, DX4, PODP, DX4ODP

Сокет 4

273

21*21 PGA

P5 Pentium 60/66

Pentium 60/66ODP

Сокет 5

320

37*37 SPGA

3,3

P54 Pentium 75/100

Pentium 75/100ODP

Сокет 6

235

19*19 PGA

3,3

486SX/SX2,DX4,DX4PODP

Сокет 7

321

37*37 SPGA

2,9-3,3

Pentium 75-233,P55C, P55CT

Сокет 8

387

Модифицированный SPGA

2,9-3,3

P6 Pentium Pro, Pentium Pro ODP

Слот 1

242

Двухряд. слот 2*121

2,9-3,3

P6 Pentium II

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

Тип сокета.

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

Поддержкой процессора конкретной версии BIOS.

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

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

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

14. Питание и охлаждение процессоров

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

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

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

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

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

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

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

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

15. Синхронизация

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

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

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

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

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

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

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

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

16. Шины расширения ввода/вывода

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Конфигурирование шин расширения предполагает настройку их временных параметров.

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

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

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

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

17. Чипсет

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

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

Обслуживание управляющих и конфигурационных сигналов процессора.

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

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

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

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

Формирование управляющих сигналов шины PCI, арбитраж контроллеров шины.

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

типы и частоты поддерживаетмых процессоров

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

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

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

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

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

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

реализация высокопроизводительного, двухканального интерфейса АТА, подключенного к шине PCI

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

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

коммутация каналов прямого доступа к памяти

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

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

реализация контроллера USB

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

производительность шины ISA

производительность, число каналов АТА, возможные режимы обращения

гибкость системы управления энергопотреблением

гибкость конфигурирования системных ресурсов и поддержка PnP

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

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

типы поддерживаемых дисководов;

режимы параллельного порта;

режимы последовательных портов;

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

18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты

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

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

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

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

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

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

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

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

Intel 440BX

VIA Apollo Pro (BXPro)

Ali Aladdin Pro II

SiS 5600/5595

North Bridge

82443BX

VT82C691(692)

M1621

5600

South Bridge

82371EB

VT82C596

M1543C

5595

Шины

PCI 2.1

Максимальное число PCI-устройств

AGP

1x/2x

Частота системной шины

66/100 МГц

Асинхронные шины памяти, PCI и AGP

Память

Типы

EDO, SDRAM

FP, EDO, SDRAM, DDR SDRAM, BDDR SDRAM, ESDRAM

EDO, SDRAM

FP, EDO, SDRAM

Максимальный объем

1 Гбайт / 512 Мбайт

1 Гбайт

1 Гбайт / 2 Гбайта

1.5 Гбайт

Количество банков

ECC и контроль четности

EDO Timing

x-2-2-2-2-2-2-2

5-2-2-2-2-2-2-2

x-2-2-2-2-2-2-2

SDRAM Timing

x-1-1-1-1-1-1-1

6-1-1-1-2-1-1-1

x-1-1-1-1-1-1-1

6-1-1-1-2-1-1-1

Интегрированные возможности

UltraATA-33

UltraATA-66

Порты USB

2 (3)

Контроллер клавиатуры

Интегрированные часы

Интегрированный мониторинг

Дополнительные возможности

ACPI

19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

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

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

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

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

LPX

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

ATX

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

Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к довольно значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. К тому же, заодно среди традиционных параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, нашлось место и для новичков – портов PS/2 и USB. Кроме всего, в результате несколько снизилась стоимость материнской платы, за счет уменьшения кабелей в комплекте.
Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания. В результате наращивание памяти стало в любом случае минутным делом, тогда как на Baby AT материнских платах порой приходится браться за отвертку.
Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысить надежность системы.
Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же, решилась проблема с охлаждением - теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает непосредственно процессор.
Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем, вместо двух, как на AT платах. Кроме того добавлена возможность управления материнской платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой, и т.д.
Напряжение 3.3 В. Теперь напряжение питания 3.3 В, весьма широко используемое современными компонентами системы, (взять хотя бы карты PCI!) поступает из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.

20. Процессор Intel Pentium II Xeon

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

21. Чипсет i440GX

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

FSB: Slot 1 и Slot 2 процессоры с внешней частотой (64 битной) шины 100 МГц. Поддержка отложенных транзакций и SMP для двух процессоров. Режим 66 МГц больше не поддерживается (частота PCI всегда равна частоте FSB/3).
AGP: 1x (66 МГц) и 2x (133МГц) режимы, возможно только одно AGP устройство.
PCI: спецификация версии 2.1 (32 бит, 5.5 и 3.3 вольта, 33 МГц), и все возможности известные еще со времен i430TX чипсета. MEMBUS: До 8 банков 100 МГц SDRAM памяти (4 разъема 16, 64, 128 и еще не выпускаемые серийно 256 Мбит чипы на одно- и двухбанковых модулях DIMM). Итого - 16 Мбайт - 2 Гбайта памяти с поддержкой коррекции ошибок (ECC – Error Correction Codes). Первое серьезное отличие от LX и BX чипсетов, если не считать поддержки необходимых для Slot 2 уровней логических сигналов.

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

22. Чипсет i450NX

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

Поддержка до 4-х (с применением специальных расширителей до 8) Slot 2 процессоров
Поддержка полной 36 битной адресации
До 8 Гбайт памяти, DIMM 50 и 60 нс, 3.3 вольт, 16- и 64- мегабитные чипы, память устанавливается блоками по 64 Мбайта
Чередование обращений к памяти, с четырьмя банками
До четырех шин PCI 32 бита, 33 МГц или до двух PCI 64 бит
Хорошая зависимость производительности от числа процессоров (производительность возрастает до 3.5 раз при четырех процессорах)
Чередование обращений бас-мастер карт к памяти
До 6 мастеров и до 10 карт на каждой PCI шине
Коррекция ошибок (ECC) на шине памяти и FSB
Диагностика ошибок (Parity) по всем сигналам PCI
Предвыборка данных при чтении из памяти (вот это действительно ново)

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

82451NX Memory and I/O Bridge Controller (MIOC) – самый "главный" чип, коммутатор
82454NX PCI Expander Bridge (PXB) – контроллер шин PCI (две 32 бит или одна 64)
82452NX RAS/CAS Generator (RCG) – генератор сигналов управления памятью
82453NX Data Path Multiplexor (MUX) – мультиплексор данных памяти

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

23. BIOS

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

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

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

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

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

24. Питание и обнуление CMOS

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

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

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

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

25. Основные характеристики системной платы

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

чипсет - набор микросхем, определяющий архитектуру и производительность платы

BIOS - производитель и версия, определяющие функциональные возможности

Возможность перезаписи, блокировки, и восстановления Flash BIOS

поддержка PnP

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

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

поддерживаемые частоты синхронизации процессора и шин

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

вторичный кэш: объем и тип - асинхронный, синхронный, конвейерный,
максимальный объем кешируемой памяти