Системні плати
Архітектура ЕОМ
Компоненти комп'ютера
Інтерфейси
Найбільш читане
Системні плати
Локальна шина VESA
На жаль, концепція VL-bus проіснувала недовго. Насправді VL-Bus була шиною процесора 486. Це дозволяло використовувати дуже прості рішення, тому що не вимагалося ніяких додаткових мікросхем. Розробники системних плат могли просто додавати роз'єми VL-Bus до системних плат для процесорів 486 практично без додаткових витрат. Саме тому цими роз'ємами були оснащені майже всі системи на базі 486 процесора.
Проте проблеми з тимчасовими затримками спричинили складнощі в роботі адаптерів. Оскільки VL-Bus працює на частоті шини процесора, використання різних процесорів призводило до появи шин із різною частотою, що значно ускладнювало вирішення задач сумісності. Хоча VL-Bus і можна було адаптувати до інших процесорів, таких як 386 і Pentium, вона найкраще підходила саме для систем на базі процесора 486. Незважаючи на свою низьку собівартість, після появи нової шини, що отримала назву PCI, VL-Bus дуже шина швидко зійшла зі сцени. Вона так і не з'явилася в системах на базі процесорів Pentium і подальша розробка пристроїв для VL-Bus вже давно не ведеться. Фізично роз'єм VL-Bus був доповненням до існуючих роз'ємів. Наприклад, у системах архітектури ISA роз'єм VL-Bus вважався доповненням до існуючих 16-розрядних роз'ємів ISA. Розширення VESA мало 112 контактів, які були фізично розташовані так само, як і в шині MCA.
Переривання
Запити на переривання (IRQ), або апаратні переривання, використовуються різними пристроями для повідомлення системної плати (процесору)необхідності обробки певного запиту. Ця процедура подібна до підняття руки студентом, щоб привернути увагу викладача.
Після виконання необхідних дій з обслуговування пристрою, що надіслав запит, процедура обробки переривання відновлює вміст регістрів процесора (витягуючи його зі стека) і повертає управління комп'ютером програмі, яка виконувалася до виникнення переривання.
Завдяки перериванням комп'ютер може своєчасно реагувати зовнішні події. Щоразу, коли послідовний порт передає байт даних системі, генерується відповідне переривання, завдяки якому система повинна обробити байт даних до надходження наступних даних. Зверніть увагу, що в деяких випадках пристрій, що підключається до порту (наприклад, модем з мікросхемою UART 16550 або вище), може містити спеціальний буфер, що дозволяє зберігати кілька символів перед генеруванням переривання.
Апаратні переривання мають ієрархію пріоритетів: що менше номер переривання, то вище пріоритет. Переривання з більш високим пріоритетом мають перевагу і можуть, так би мовити, переривати обробку інших переривань. В результаті в комп'ютері може виникнути кілька вкладених переривань.
При генерації великої кількості переривань стек може переповнитися і комп'ютер зависне. При цьому буде видано повідомлення Internal stack overflow – system halted. Якщо під час роботи в DOS така помилка виникає занадто часто, спробуйте виправити ситуацію, збільшивши значення параметра Stacks (розмір стека) у файлі Config.sys.
По шині ISA запити на переривання передаються у вигляді перепадів логічних рівнів, причому кожного з них призначена окрема лінія, підведена до всіх роз'ємів. Кожному номеру апаратногопереривання відповідає свій провідник. Системна плата не може визначити, в якому роз'ємі знаходиться плата, що посла переривання, тому можливе виникнення невизначеної ситуації в тому випадку, якщо кілька плат використовують один канал. Щоб цього не відбувалося, система налаштовується так, щоб кожен пристрій використовував свою лінію (канал) переривання. Використання однієї лінії відразу кількома різними пристроями здебільшого неприпустимо.
Компанія IBM свого часу розробила методи спільного використання переривань на шині ISA, проте лише деякі пристрої дотримувалися необхідних правил, і ця методологія так і не була втілена в життя. У той же час у шині PCI спочатку передбачено можливість спільного використання переривань. Насправді всі пристрої, підключені до шини PCI, використовують переривання A – переривання самої шини. Реальна проблема полягає в тому, що насправді в системі одночасно використовуються два набори переривань: ISA та PCI. Щоб карти PCI могли працювати в системі, переривання PCI відображаються на переривання ISA, які не допускають спільного використання. Таким чином, краще призначити всі карти (навіть з інтерфейсом PCI) різні переривання. Конфлікти, що виникають між перериваннями PCI та ISA, були властиві раннім поколінням комп'ютерів та викликали безліч проблем. І вони не самоусунулися після появи операційної системи Windows 95 і технології Plug and Play.
Технологія спільного використання переривань для адаптерів PCI називається PCI IRQ Steering і підтримується вже понад десятиліття операційними системами, починаючи з Windows 95 OSR 2.x та BIOS системної плати. Ця технологія дає можливість Windows із підтримкою пристроїв Plug and Playдинамічно розподіляти стандартні переривання для плат PCI (зазвичай використовують переривання PCI INTA#), і навіть призначати одне переривання кільком плат PCI.
Зовнішні апаратні переривання часто називають маскуються, тобто. їх можна вимкнути (“замаскувати”) на той час, поки процесор виконує інші важливі операції. Загалом питання правильної обробки переривань є долею системної BIOS і окремих програм.
Оскільки в шині ISA спільне використання переривань зазвичай не допускається, при встановленні нових плат може виявитися нестача ліній переривань. Якщо дві плати використовують одну і ту ж лінію IRQ, то їх нормальну роботу порушить конфлікт, що виник.
Повнорозмірна плата AT
Місце розташування роз'єму для підключення клавіатури та інших роз'ємів, а також монтажних отворів на повнорозмірній платі AT повністю відповідає специфікаціям XT, проте через розміри, що збільшилися, повнорозмірну системну плату AT можна встановити тільки в повнорозмірні корпуси AT у виконанні desktop або tower. Оскільки ці системні плати не можна встановлювати в корпуси Baby-AT і mini-tower меншого розміру, а також у зв'язку з подальшим зменшенням розмірів компонентів більшістю виробників, вони вже не випускаються; такі плати зараз використовуються хіба що у сегменті двопроцесорних серверних систем.
Під час роботи з повнорозмірними системами AT не можна забувати про можливість заміни повнорозмірної системної плати AT системною платою Baby-AT, проте зворотна процедура найчастіше нездійсненна. Винятком є лише випадок використання корпусу, здатного вмістити повнорозмірну плату AT.
Набори мікросхем системної логіки компанії Intel
В даний час Intel займає домінуючестановище над ринком наборів мікросхем системної логіки. Це стало можливо значною мірою завдяки компанії Compaq, за допомогою якої Intel вийшла на перше місце з виробництва мікросхем.
Все почалося з того, що у 1989 році Compaq розробила шину EISA, яка, як передбачалося, мала стати стандартом ринку. Але компанія відмовилася надати стороннім розробникам набір мікросхем системної логіки цієї шини (тобто. набір спеціальних мікросхем, необхідні функціонування шини EISA на системної платі).
В Intel було ухвалено рішення про постачання наборів мікросхем системної логіки збирачам комп'ютерів на основі системних плат EISA. Шина EISA, як відомо, зазнала невдачі, зумівши лише на короткий час зайняти вільну нішу на ринку серверів. Однак Intel, у свою чергу, за цей час встигла набути безцінного досвіду у виробництві наборів мікросхем. З появою процесорів 286 і 386 виявилося, що створення наборів мікросхем, що відповідають новим конструкціям процесорів, забирає у компаній-виробників надто багато часу та призводить до затримки випуску системних плат, які підтримують ці процесори. Наприклад, між появою процесора 286 та випуском першої системної плати, створеної на його основі, пройшло більше двох років, а для створення перших системних плат на основі процесора 386 знадобилося трохи більше року. Кількість процесорів Intel, що продаються, була обмежена відсутністю Intel-сумісних системних плат від інших виробників. Тому в Intel вирішили вести паралельну розробку процесорів та наборів логічних мікросхем, що використовуються у системних платах. Це призвело до якісного стрибка у виробництві системних плат та забезпечило виробників готовими наборами мікросхем системної логіки.
З 1989 року Intel розпочала створення процесорів та наборів мікросхем системної логіки, що становить приблизно 90% компонентів типової системної плати. Що може бути кращою гарантією сумісності апаратних компонентів, ніж системна плата та процесор Pentium, виготовлені одночасно одним виробником і призначені один для одного? В 1993 Intel одночасно з першим процесором Pentium представила набір мікросхем системної логіки 430LX, а також повністю закінчену системну плату. Це засмутило не лише виробників наборів мікросхем, а й компанії, що займаються збиранням системних плат. Мало того, що Intel стала основним постачальником компонентів, необхідних для формування системних плат (процесори та набори мікросхем системної логіки), вона зайнялася також виробництвом та продажем готових системних плат. До 1994 Intel не тільки домінувала на ринку процесорів і наборів мікросхем, але, по суті, монополізувала ринок системних плат.
Нині, поруч із розробкою процесорів, Intel продовжує займатися створенням наборів мікросхем системної логіки і системних плат, тобто. уявлення та випуск нового продукту відбуваються практично одночасно. Подібний підхід дозволяє позбавитися властивих початку комп'ютерної ери затримок, що виникають між створенням нових процесорів і появою системних плат, в яких вони можуть бути використані. З погляду споживача це означає можливість негайного використання нової системи. Починаючи з 1993 року (тобто з появи першого процесора Pentium) користувачі отримали можливість купувати готові системи в день випуску нового процесора. На семінарах я часто питаю, хто зі студентів має комп'ютер Intel. Відповідь на це питання відома заздалегідь.Корпорація Intel не займається продажем або постачанням комп'ютерів під власним ім'ям, тому систем торгової марки Intel не існує. Але якщо комп'ютер містить системну плату Intel, його можна впевнено називати комп'ютером Intel, принаймні по відношенню до деяких компонентів. Чи має значення, в якому корпусі та під яким ім'ям компанія Dell, Gateway чи Micron встановила системну плату Intel? Якщо зняти кришку корпусу, то виявиться, що більшість систем основних виробників практично однакові, оскільки складаються з тих самих компонентів. Останнім часом виробники все частіше і частіше пропонують системи, створені на базі процесорів Athlon та Duron компанії AMD як альтернативу системам Intel. Але незважаючи на це немає такого виробника, який зміг би зайняти лідируючу позицію на ринку системних плат AMD, використовуючи методику Intel.
Шина пам'яті
Шина пам'яті призначена передачі інформації між процесором і основний пам'яттю системи. Ця шина з'єднана із північним мостом або мікросхемою Memory Controller Hub. Залежно від типу пам'яті, використовуваної набором мікросхем (а отже, і системною платою), шина пам'яті може працювати з різними швидкостями. Найкращий варіант, якщо робоча частота пам'яті збігається зі швидкістю шини процесора. Пропускна здатність систем, що використовують пам'ять PC133 SDRAM, дорівнює 1066 Мбайт/с, що збігається з пропускною спроможністю шини процесора, що працює на частоті 133 МГц. Розглянемо інший приклад: у системах Athlon і деяких Pentium III використовуються шина процесора з частотою 266 МГц і пам'ять PC2100 DDR SDRAM, що має пропускну здатність 2133 Мбайт/с – таку ж, як і шина процесора. У системі Pentium 4 використовується шина процесора із частотою400 МГц, а також двоканальна пам'ять RDRAM зі швидкістю передачі даних для кожного каналу 1600 або 3200 Мбайт/с при одночасної роботі обох каналів пам'яті, що збігається з пропускною здатністю шини процесора Pentium 4. У системах Pentium 4, що містять шину процесора з тактовою частотою МГц можуть використовуватися двоканальні модулі PC2100 або PC2700, параметри яких відповідають пропускній здатності шини процесора, що дорівнює 4266 Мбайт/с.
Пам'ять, що працює з тією самою частотою, що і шина процесора, дозволяє відмовитися від розташування зовнішньої кеш-пам'яті на системній платі. Саме тому кеш-пам'ять другого та третього рівнів була інтегрована безпосередньо у процесор. Деякі потужні процесори, до яких належить Intel Pentium Extreme Edition, містять вбудовану кеш-пам'ять третього рівня об'ємом 2-4 Мбайт, що працює на повній частоті процесора. Найсучасніші процесори, такі як Core Duo та Core 2 Quad, використовують кеш-пам'ять лише першого та другого рівнів. Таким чином, в найближчому майбутньому кеш другого рівня залишатиметься найбільш поширеним типом вторинного кешу.