ГБОУ СПО «Технический пожарно-спасательный колледж» № 57

Лекции

по дисциплине «Технические средства информатизации»

для групп АСУ и ИС

Преподаватель: Абраменко В.П.

Москва 2012г.

1.Тема:1.1. «Корпуса и блоки питания ПК».

Размер корпуса, блока питания и даже системной платы называют форм-фактором. Ниже приведены самые популярные форм- факторы корпусов:

- Full Tower (высокая башня) от 62 до112см и выше

- Midi-Tower (миди(средняя)-башня) от 42до 62см

- Mini-Tower (мини-башня) от 32 до 42см

- Desktop (настольный) от 15 до 20см

- Плоский корпус Low Profile (также называемый Slimline). от 7 до 15 см

Перед выбором корпуса необходимо выяснить следующее: какие устройства будут устанавливаться (для определения формфактора корпуса и правильного выбора источника питания), где он будет устанавливаться (на столе или на полу для опреде­ления длины кабелей монитора, клавиатуры и мыши).

Не приобретайте для своего компьютера корпус Slimline, так как он предназначен для ус­тановки специальных системных плат типа Slimline и LPX. На плате LPX практически все компоненты встроены, а обычные разъемы для подключения адаптеров дополнительных уст­ройств отсутствуют. Они расположены на специальной надстроечной плате, которая вставля­ется в специальный разъем на системной плате. Платы адаптеров устанавливаются в эту надстро­ечную плату, что делает их подключение весьма трудоемким.

Производители других корпусов (не Slimline) принимают в качестве стандарта системную плату Baby-AT, которая напоминает оригинальную плату IBM AT (но меньшую по размерам). Иными словами, Baby-AT — это нечто среднее между системными платами IBM XT и AT.

Большинство новых корпусов подходят для плат АТХ, которые поддерживают новейшие модели процессоров Pentium-4. Корпуса, сконструированные специально для Baby-AT, не предназначены для установки системных плат АТХ. Конструкция АТХ посте­пенно заменяет системные платы Baby-AT. Таким образом, если вам нужны корпус и блок питания, которые в будущем не станут препятствовать модернизации компьютера, приобре­тите такую конфигурацию, которая поддерживает конструкцию системных плат АТХ.

Выбор корпуса из предлагаемых Desktop и Tower основан только на личных предпочтени­ях. Большинство пользователей предпочитают полноразмерные корпуса Tower, так как они могут вмещать больше устройств, например несколько жестких дисков, накопитель Zip, и др. В некоторых корпусах Desktop может быть столько же места, сколько в Tower (Midi-Tower). По сути, корпус Tower может рассматриваться как Desktop, поставленный на бок. Некоторые корпуса могут использоваться и как Desktop, и как Tower.

Блок питания

Блок питания обычно встроен в корпус. Существует несколько его модификаций (ХТ, АТ, АТХ) но наи­более распространены новые конструкции для системных плат АТХ.

Выбор блока питания.

Выбор блока питания определяется количеством устанавливаемых устройств, т.е. их сум­марной потребляемой мощностью. Персональные компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется.

При выборе компьютера нужно должным образом подойти к источнику питания. Ведь источник питания – это основной элемент сбалансированной и стабильной работы всей системы. Если выбрать блок питания с меньшей мощностью, чем требуется, компьютер может не включится. Для надежной работы выходная мощность источника питания не должна превышать максимальную суммарную мощность, требуемую для проектируемой системы.

Для обычной настольной системы, с одним жестким диском, суммарная мощность компонентов как правило, не превышает 250-300 Вт. Для более мощной системы (несколько жестких дисков, телевизионный или спутниковый тюнер, карта видео захвата и прочие ресурсоёмкие элементы) потребляемая мощность доходит до 500-600 Вт. В среднем можно считать, что блок питания мощностью 600 Вт удовлетворит потребности 99% вариантов конфигураций настольных систем. Основное требование к устойчивой работе источника питания - принимать во внимание и систему охлаждения.

Сначала необходимо узнать мощность, потребляемую процессом. Затем следует оценить потребляемую мощность остальных компонентов системы, «привязанных» к блоку питания (примерные характеристики указаны в таблице 2).

Приблизительный расчет мощности определяется из суммарной мощности каждого компонента, входящего в системный блок и рассчитывается по формуле .

Таблица мощностей (см. таблицу 1) строится по принципам:

1. по степени значимости данного устройства

2. по степени потребляемой мощности

• На первой позиции стоит системная плата, являющаяся основной платой системного блока, состоящей из множества интегральных схем разного назначения. Она потребляет около 30 ватт.

• На второй позиции стоит процессор – цифровая интегральная схема высокой степени интеграции, выполняющая все вычисления. Процессор потребляет 25 ватт.

• На третьей позиции видеокарта, которая может быть либо встроенной в системную плату, либо быть выносной, выполненной в виде отдельной платы. В данном макете видеокарта выносная и потребляет 15 ватт.

• На четвертой позиции модуль памяти DIMM SDRAM объемом 128 мегабайт, который потребляет 25 ватт. Но, учитывая то, что данная системная плата поддерживает 768 мегабайт памяти, выбирается средняя мощность.

• На пятой позиции в таблице находится жесткий диск, служащий для длительного хранения больших объемов информации и оперативного доступа к ней. Жесткий диск потребляет 25 ватт.

• В данной конфигурации используется CD-ROM – служащий для чтения и записи данных с оптических дисков, потребляющий 25 ватт.

• Так же присутствует Floppy диск мощностью 7 ватт, служащий для чтения и записи информации на магнитные диски.

• На восьмой позиции находится звуковая плата мощностью 10 ватт.

• Последним в таблице стоит сетевой адаптер потребляющий 10 ватт.

Принимая во внимание что в данной конфигурации могут присутствовать другие устройства, которые обозначаем P_N и присваиваем среднюю мощность производительных устройств.

При выборе корпуса и блока питания помните о будущей модернизации.

В итоге, проведя вычисления, получилось около 205 ватт. Учитывая возможность модернизации данной системы, из ряда предлагаемых источников питания был выбран Power Master мощностью 230 ватт (см. таблицу 3 и таблицу 4).

Расчет мощностей системы питания

Таблица 1. Мощности устройств.

№№	Наименование	Потребляемая мощность (Ватт)		Шина питания АТХ 20 pin
1	Системная плата	30
2	Процессор	25
3	Видеокарта	15
4	Оперативная память	25
5	Жесткий диск	25
6	CD-ROM	25
7	Floppy диск	7
8	Звуковая плата	10
9	Сетевая плата	10

.

Таблица 2. Примерные характеристики мощности элементов системного блока.

центральный процессор	25 ватт
системная плата	25 ватт
модули памяти	12 ватт
жесткие диски	20 ватт
видеокарта	15 ватт
дисководы CD-ROM	25 ватт
floppy дисковод	8 ватт
сетевая карта	10 ватт
прочие компоненты	до 30 ватт

Таблица 3. Источник питания Power Master мощностью 230 ватт

AC Вход	Напряжение	Сила тока			Чистота
	230 В	2,5 А			50-60 Гц
DC Выход	Напряжение	+5 В	-5 В	+12 В	-12 В
	Сила тока	15-20 А	0,3 А	6-8 А	1 А

Minitower INWIN EMR006 <Black> Micro ATX 350W (24+4пин)

Основные
Производитель	INWIN
Модель	EMR006    |
Тип оборудования	Minitower
Цвета, использованные в оформлении	Серебристый, Черный
Материал	Сталь SECC 0.55~0.8 мм
Внутренняя корзина для HDD	Несъемная
Конфигурация
Отсеков 3,5 дюйма	2
Внутренних отсеков 3,5 дюйма	5
Отсеков 5,25 дюйма	2
Разъемы и выходы
Порты	2 USB с подключением к внутренним разъемам МП
Интерфейс
Кнопки	Power, Reset
Корпус и подставка
Индикаторы	HDD, Power
Безопасность
Безопасность	Петля для висячего замка на задней стенке.
Охлаждение
Охлаждение	Место для 1 вентилятора 92х92 мм или 120 х 120 мм на задней стенке корпуса, воздуховод в боковой стенке над процессорным разъемом.
Место на передней панели для приобретаемого отдельно вентилятора	92 x 92 мм
Питание
Мощность блока питания	350 Вт
Наличие блока питания	Входит в комплект поставки
Блок питания	ATX 12V v1.3
Потребительские свойства
Формат	MicroATX
Совместимость
Поддерживаемые платы расширения	Полноразмерные
Коннектор питания мат.платы	24+4 pin, 20+4 pin (разборный 24-pin коннектор. 4-pin могут отстегиваться в случае необходимости)
Разъемы для подключения HDD/FDD/SATA	3/1/1
Прочее
Размеры (ширина х высота х глубина)	190 x 350 x 420 мм
Вес	5.1 кг

Miditower 3Q GodSpeed TWO Black ATX без БП

Производитель	XClio
Модель	Godspeed Two
Тип оборудования	Miditower
Цвета, использованные в оформлении	Черный
Материал	Сталь 0.5 мм
Внутренняя корзина для HDD	Несъемная
Крепление HDD	Безвинтовое
Конфигурация
Отсеков 3,5 дюйма	1
Внутренних отсеков 3,5 дюйма	5
Отсеков 5,25 дюйма	4
Разъемы и выходы
Порты	2 USB с подключением к внутренним разъемам МП, 2 аудиоразъема miniJack с подключением к внутренним разъемам МП, 1 eSATA с подключением к внутренним разъемам МП
Интерфейс
Кнопки	Power, Reset
Корпус и подставка
Индикаторы	HDD, Power
Размещение блока питания	Горизонтально
Охлаждение
Скорость вращения	500 ~ 1500 об/мин (вентилятор 18 см), 1800 ~ 3000 об/мин (вентиляторы 8 см)
Управление скоростью вращения	Ручное, 2 отдельных ручных регулятора скорости вращения для каждого установленного в корпус вентилятора
Охлаждение	3 вентилятора: 180 x 180 мм, 80 x 80 мм (Один 18 см на боковой крышке и 2 8 см на верхней панели корпуса), 1 универсальное посадочное место для 80х80/92х92/120х120 мм вентилятора на передней и задней стенках корпуса.
Питание
Наличие блока питания	Приобретается отдельно
Потребительские свойства
Формат	ATX
Свет	Голубая встроенных вентиляторов
Совместимость
Поддерживаемые платы расширения	Полноразмерные
Прочее
Размеры (ширина х высота х глубина)	190 x 440 x 480 мм
Прочее	Безвинтовое крепление 5.25" устройств

Miditower Chieftec SD-01B-SL Black-Silver MicroATX Без БП

Производитель	Chieftec
Модель	SD-01B-SL
Тип оборудования	Miditower
Цвета, использованные в оформлении	Серебристый, Черный
Материал	Сталь
Внутренняя корзина для HDD	Повернутая
Крепление HDD	На винтах
Конфигурация
Отсеков 3,5 дюйма	2
Внутренних отсеков 3,5 дюйма	2
Отсеков 5,25 дюйма	2
Разъемы и выходы
Порты	2 USB с подключением к внутренним разъемам МП, 2 аудиоразъема с подключением к внутренним разъемам МП (HDA/AC'97 коннектор).
Интерфейс
Кнопки	Power, Reset
Корпус и подставка
Индикаторы	HDD, Power
Размещение блока питания	Горизонтально
Охлаждение
Охлаждение	Возможна установка 3 вентиляторов 92 х 92 мм, по одному на переднюю и заднюю стенки и на боковую крышку
Питание
Наличие блока питания	Приобретается отдельно
Потребительские свойства
Формат	micro ATX
Совместимость
Совместимость	Системные платы micro ATX (244x244 мм)
Поддерживаемые платы расширения	Полноразмерные
Прочее
Размеры (ширина х высота х глубина)	180 x 355 x 377 мм без учета ножек (7 мм)

Bigtower 3Q <A380BK BLUE LED> Black E-ATX без БП

	XClio
Модель	A380
Тип оборудования	Bigtower
Цвета, использованные в оформлении	Черный
Материал	Сталь 1.0 мм
Внутренняя корзина для HDD	Повернутая
Крепление HDD	На салазках
Конфигурация
Отсеков 3,5 дюйма	1
Внутренних отсеков 3,5 дюйма	7
Отсеков 5,25 дюйма	5
Разъемы и выходы
Порты	2 USB с подключением к внутренним разъемам МП, 1 IEEE-1394 с подключением к внутреннему разъему МП
Интерфейс
Кнопки	Power, Reset
Корпус и подставка
Индикаторы	HDD, Power
Размещение блока питания	Горизонтально
Охлаждение
Скорость вращения	800 об/мин (максимальная)
Управление скоростью вращения	Есть, 2 отдельных ручных регулятора скорости вращения для каждого 25 см вентилятора
Охлаждение	2 вентилятора: 250 x 250 мм (1 на боковой и 1 на передней стенке корпуса), 1 универсальное посадочное место для 80х80/92х92/120х120 мм вентиляторов на задней стенке корпуса.
Питание
Наличие блока питания	Приобретается отдельно
Потребительские свойства
Формат	Extended ATX, ATX
Свет	Голубая подсветка 25 см вентиляторов
Уровень шума	32.1 дБ (максимальный, от каждого из 2х вентиляторов)
Совместимость
Поддерживаемые платы расширения	Полноразмерные
Прочее
Размеры (ширина х высота х глубина)	265 x 520 x 570 мм
Вес	12 кг
Прочее	Окошко на боковой крышке, Безвинтовое крепление карт расширения, Крепление всех 5.25 устройств на салазках

Тема:1.2 «Системные платы».

«Системные платы».(Motherboard)

Первая системная плата была разработана фирмой IBM, и показанная в августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения- 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск, и улучшенные видеоадаптеры.

Системная плата смотри рисунок 1.1 и 1.2 один из наиболее сложных компонентов компьютера, призванный обеспечить бескон­фликтное взаимодействие всех эле­ментов. Поэтому на плате необхо­димо установить устройства, под­держивающие распространенные интерфейсы разных классов компо­нентов, стандартизированных в рамках отрасли или корпорации. Все интерфейсы надо согласовать между собой, обеспечить стабиль­ным питанием.

С потребительской точки зрения системная плата характеризуется следующими параметрами: плат­форменная ориентация, масштаби­руемость, функциональность, сба­лан­сированность. Реализация этих параметров практически стопро­центно зависит от возможностей комплекта микросхем системной ло­гики (часто именуемого чипсетом), установленного на системной плате.

Чипсет - один из самых изменчи­вых компонентов компьютерной системы, поскольку он должен обес­печить поддержку инноваций на всех фронтах: и в области интер­фейсов периферии, и при модифи­кации системной шины, и при по­явлении новых типов памяти, и еще в десятках других случаев. В общем, любая серьезная инновация в сфере ПК почти неизбежно влечет разра­ботку новых чипсетов. На сегодняшний день известны четыре ведущих компании отрасли ( Intel, VIA, SiS и Ali), давно присутст­вующие на рынке. За последние годы появилось два новичка (nVIDIA и ATI), известные как разработчики графических чипсетов и решивших расширить свой бизнес.

Традиционно сложилось так, что главные элементы чипсета назы­вают "северным мостом" и "южным мостом".

Северный мост

Как правило, северный мост от­вечает за поддержку процессора, памяти и графической подсистемы. Тем самым параметры северного определяют платформенную ориен­тацию (тип поддерживаемых про­цессоров и памяти) и масштабируе­мость (то есть возможность модер­низации платформы без замены чипсета) смотри рисунок 1.3.

Южный мост.

Южный мост комплекта систем­ной логики заведует функциональ­ностью чипсета, то есть поддержкой интерфейсов внутренних и внешних устройств, шин ввода-вывода. Часто к одной модели северного моста могут подключаться разные варианты южного моста. Как пра­вило, все интефейсы совместимы сверху вниз, и потому выбор юж­ного моста не представляет сложно­сти: чем новее модификации ин­терфейсов, чем больше поддержи­ваемых портов, тем лучше.

Шина соединяющая северный мост и южный должна обладать хорошей пропускной способностью, чтобы обеспечить прокачку огром­ных массивов данных между опера­тивной памятью и устройствами. Сейчас производители чипсетов ис­пользуют для соединения мостов в основном шины собственной разра­ботки с пропускной способностью от 266 Мбайт/с (шина V-Link) до 1600 Мбайт/с (шина Hyper Transport). смотри рисунок 1.3.

BIOS

Важным элементом чипсета и системной платы является базовая система ввода-вывода (BIOS). Она обеспечивает начальную инициали­зацию устройств и размещает в оперативной памяти программное микроядро, через посредничество которого операционная система об­щается с устройствами. Если BIOS выходит из строя, компьютер невозможно запустить. В настоящее время BIOS записывают в микро­схемы флэш-памяти (Flash Memory), содержимое которых можно изме­нять программными средствами. Некоторые производители материн­ских плат для страховки ставят две микросхемы BIOS, одна из которых является резервной. Ее содержимое не может быть изменено. смотри рисунок 1.3.

Баланс технологий.

Системные платы с интерфейсом Socket 478 ориентированы на поддержку процессоров серии Pentium4 и Celeron 4. Чипсеты для этой платформы выпускают компа­нии Intel? SiS Ali и VIA.

Масштабируемость платформы Penium 4 невелика. Имея сегодня новую системную плату, нельзя быть уверенным, что завтра Intel не изменит какую-нибудь спе­цификацию будущих процессоров и планы развития компьютера не уп­рутся в необходимость замены сис­темной платы.

Разобраться с чипсетами для платформы Athlon XP (интерфейс Socket 462) гораздо проще. Все со­временные чипсеты поддерживают любые процессоры с этим интер­фейсом, и, потому платформа от­лично масштабируется: можно «стартовать» на процессоре Duron, а затем заменить его на Athlon XP 2400+.

Особое внимание следует уделить сбалансированности выбираемой платформы. Во-первых, желательно, чтобы системная шина и шина па­мяти имели одинаковую тактовую (опорную) частоту. В этом случае исключены задержки между обра­щением системной шины и реали­зацией контроллера памяти север­ного моста из-за несогласованности тактовых частот. То же самое отно­сится и к задающей частоте шины, соединяющей северный и южный мосты. Ведь все обращения к па­мяти со стороны устройств, управ­ляемых южным мостом, проходят по этой шине.

Как показывает практика, от пропускной способности шины па­мяти во многом зависит производи­тельность процессора. Если систем­ная шина имеет более «толстый» ка­нал к контроллеру памяти, чем соб­ственно сама шина памяти, то неиз­бежны задержка, как при записи, так и при чтении данных. Не сле­дует забывать и о других потребите­лях: графическом адаптере и уст­ройствах, прицепленных к южному мосту. Таким образом, желательно, чтобы шина памяти имела запас пропускной способности по сравне­нию с системной шиной или, в крайнем случае, их показатели были равны.

Платы.

На сегодняшний день существует три наиболее распространенных формата системных плат для ПК: ATX (305x244mm), Mini ATX (285x208mm) и Micro ATX (244x244mm). Форм-фактор определяет возможность размещения на плате слотов шины расширения PCI. Как правило, форм-фактор ATX позволяет установить 5-6 слотов, Mini ATX – 3-4 слота, а Micro ATX – не более 3 слотов. Чем меньше размер плат, тем дешевле она стоит.

Производителей системных плат, в отличие от разработчиков чипсетов, десятки. Некоторые из них работают на этом рынке много лет и успели зарекомендовать себя отменным качеством изделий. Такие компании относятся к «первому эшелону»: ASUS, Gigabyte, Chaintech, ABIT, Soltek, Iwill, Micro star (MSI), Super Micro, Tyan, Intel.

Главное в системной плате вовсе не скорость или функциональность, а надежность и бесконфликтная работа с любыми компонентами.

контрольные вопросы :

- типы системных плат (ФОРМ-ФАКТОР)?

- какую функцию выполняет северный мост?

- какую функцию выполняет южный мост?

- за что отвечает BIOS?

- в чем заключается баланс технологий?

5. Задание на дом для самостоятельной работы.

1. Определите, какая системная плата используется на вашем домашнем ПК. 2. Какой чипсет установлен на системной плате.

3. Какой BIOS установлен на системной плате.

Рис .1.1. Полноразмерная плата ATХ

Рис.1.2. Системная плата NLX

Рис.1.3. Чипсет

Рассмотрим вариант системной платы

Micro ATX LGA1366-плата Asus Rampage II Gene

У каждой С.П. комплект возможностей, свой набор отличительных для данного производителя и конкретной платы особенностей, свой «характер». Даже в том случае, когда платы не сильно отличаются друг от друга по списку формальных характеристик, наверняка обнаружится разница по результатам работы в тех или иных условиях. Как правило, различия между моделями в линейке заключаются в наборе и количестве дополнительных контроллеров, в используемых системах охлаждения, в комплектации и упаковке. Обе платы действительно выпущены одним производителем и основываются на наборе микросхем Intel X58 Express. Вот только Asus P6T принадлежит к семейству обычных плат, причём является младшей в линейке, в то время как Asus Rampage II Gene относится к особой серии «RoG» (Republic of Gamers), предназначенной для любителей игр и энтузиастов. В результате плата как по внешнему виду, так и по возможностям, параметрам BIOS и поведению значительно отличается от своей более габаритной, но всё же младшей сестры. Во время проверки платы было обнаружено немало нового и интересного.

Упаковка и комплектность

У коробки, в которой поставляется материнская плата Asus Rampage II Gene, имеется откидная передняя крышка, однако никаких новомодных «окошек» там нет. Дополнительная площадь, как и обратная сторона упаковки, используется для размещения базовой информации об основных особенностях и возможностях системной платы

Внутри мы обнаружим саму системную плату и аксессуары, которые включают:

шлейф PATA; пару SATA-кабелей с Г-образными разъёмами и вторую пару — с прямыми; мостик для объединения видеокарт в режиме SLI; комплект переходников Asus Q-Connector Kit для удобного подключения кнопок и индикаторов передней панели и USB; несколько пластиковых хомутиков для стяжки и крепления проводов; «LCD Poster» — выносной жидкокристаллический экран; заглушку на заднюю панель Asus Q-Shield (I/O Shield); очень крупную наклейку с эмблемой серии «Republic of Gamers»; руководство пользователя; DVD-диск с программным обеспечением и драйверами.

На DVD-диске, помимо драйверов и руководства к плате в электронном виде, имеется целый ряд фирменных утилит:

Asus Update; Asus PC Probe II; Asus AI Suite; Asus AI Direct Link; Asus TurboV; Asus EPU-6 Engine; Asus TweakIt.

Жидкокристаллический экран, который при старте платы в текстовом виде выводил информацию о прохождении стартовой процедуры POST, а затем показывал текущее время, мы впервые увидели на задней панели системной платы Asus Commando. С тех пор возможности этого дополнительного дисплея заметно расширились. Прежде всего, теперь не обязательно разворачивать системный блок, чтобы хоть что-то увидеть. Соединительный провод длиной 90 см позволит установить экран в наиболее удобном месте. Информацию «LCD Poster» может выводить не только текстом, но и в виде POST-кодов. После окончания загрузки может показываться не только время, но и сведения мониторинга — на экране последовательно будут меняться в цикле температуры, напряжения и скорости вращения вентиляторов.

Дизайн и возможности

Благодаря своим маленьким габаритам, плата Asus Rampage II Gene выглядит см. рис. 1.4.Несмотря на небольшую площадь, дизайн платы очень хорош, компоновка элементов выполнена инженерами Asus тщательно.

Рис.1.4 плата Asus Rampage II Gene

Питание процессора осуществляется восьмифазным преобразователем, для памяти, северного моста набора логики и интегрированной в процессор части северного моста используются индивидуальные двухфазные схемы. При производстве платы применялась современная высококачественная элементная база, в частности, конденсаторы с полимерным электролитом. Разъёмы питания расположены удобно, вокруг процессорного разъёма достаточно места для установки крупногабаритных систем охлаждения.

К примеру, даже на полноразмерных системных платах видеокарта нередко мешает замене модулей памяти. Защёлки на слотах для памяти упираются в карту, что существенно затрудняет замену и заставляет предварительно вынимать видеокарту. Это не выглядит серьёзной проблемой в большинстве случаев, но если вы используете нестандартную или жидкостную систему охлаждения, то нередко приходится разбирать и её. На плате Asus Rampage II Gene такая проблема в принципе не может возникнуть, несмотря на близость слотов для модулей памяти и первого разъёма PCI Express x16 для видеокарты. Если присмотреться, то можно заметить, что защёлки на разъёмах для памяти имеются только с одной, противоположной от видеокарты стороны. Кстати, простая задача по смене видеокарты тоже нередко доставляла немало проблем. Из-за крупногабаритных систем охлаждения на современных мощных видеокартах очень непросто добраться до защёлки, которая предотвращает выпадение карты из разъёма. На плате Asus Rampage II Gene используются настолько широкие защёлки на слотах PCI Express x16, что если к ним будет затруднительно добраться с одной стороны, то их наверняка можно будет спокойно откинуть с другой.

Как и на многих других современных системных платах, на Asus Rampage II Gene имеются кнопки для включения и перезагрузки. Они очень крупные и подсвечиваются во время работы, в отличие от трудноразличимых или расположенных слишком близко кнопок некоторых других моделей. Рядом можно увидеть небольшую кнопочку «MemOK!». Иногда случается, что из-за несовместимости с используемыми модулями памяти ,системная плата даже не может стартовать. В этом случае нажатие кнопки «MemOK!» позволит загрузить «отказоустойчивые» параметры работы памяти, которые увеличивают шанс успешного старта. На плате Asus Rampage II Gene всего имеется шесть разъёмов для подключения вентиляторов, все они четырёх контактные, с ШИМ -регулировкой скорости вращения. Рядом с двумя из них находятся контакты для подключения дополнительных термопар, благодаря которым скорость вращения можно поставить в зависимость от температуры в нужной точке компьютера. О превышении напряжения на процессоре, памяти, северном или южном мостах набора логики предупреждают группы светодиодов трёх цветов: зелёного, жёлтого и красного. Имеется индикатор работы жёстких дисков и технологии «MemOK!». Светодиоды не очень яркие, при работе они не мигают и не раздражают, к тому же, при желании подсветку можно вообще отключить. Благодаря южному мосту Intel ICH10R, на плате Asus Rampage II Gene имеются шесть портов Serial ATA с возможностью объединения подключенных к ним дисков в RAID-массивы. Для реализации PATA-интерфейса применён контроллер JMicron JMB363, также имеющий два дополнительных SATA-порта - один из них расположен на плате, а второй в виде SATA выведен на заднюю панель. Чтобы обеспечить поддержку интерфейса IEEE1394 (FireWire), применён контроллер VIA VT6315N, гигабитная сеть реализована благодаря контроллеру Realtek RTL8111C, а за звук отвечает восьмиканальный HDA-кодек ADI AD2000B.

На заднюю панель выведены почти все присущие платам разъёмы и порты:

PS/2-разъём для клавиатуры; кнопка для сброса настроек BIOS (ClearCMOS); один порт IEEE1394 (второй имеется в виде разъёма на плате); один SATA; оптический S/PDIF, а также шесть аналоговых звуковых разъёмов; сетевой RJ45; шесть разъёмов USB (ещё шесть портов можно подключить к разъёмам на плате).

Схема расположения компонентов из руководства к плате поможет оценить грамотность дизайна Asus Rampage II Gene и лучше разглядеть отдельные детали.

Подробный перечень технических характеристик, производителя, позволяет убедиться, что маленькая microATX плата Asus Rampage II Gene ни в чём не уступает своим полноразмерным конкурентам, а некоторых из них – превосходит.

Особенности BIOS Setup

Материнские платы Asus используют сильно переработанный BIOS AMI. Однако на плате Asus Rampage II Gene BIOS дополнительно подвергся значительным изменениям по сравнению с LGA1366-моделями Asus, P6T. Так, например, вместо привычного раздела «Main» с набором малоинтересных параметров, которые почти никогда не приходится менять, первым нас встречает громадный раздел «Extreme Tweaker», в котором сосредоточены практически все опции, имеющие отношение к настройке системы на максимальную производительность

Типы, назначение и функционирование шин

Основой системной платы являются различные шины, служащие для передачи сигналов компонентам системы. Шина (bus) представляет собой общий канал связи, используемый в компьютере и позволяющий соединить два и более системных компонента.

Существует определенная иерархия шин ПК, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой. Современные компьютерные системы включают в себя три, четыре или более шин. Каждое системное устройство соединено с какой-либо ши­ной, причем определенные устройства (чаще всего это наборы микросхем) играют роль моста между шинами.

• Шина процессора. Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Она используется в основном процессором для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и северным мостом набора микросхем. В системах на базе процессоров Pentium эта шина работает на частоте 66, 100, 133, 200, 266, 400, 533, 800 или 1066 МГц и имеет ширину 64 разряда (8 байт).

• Шина AGP. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1х), 133 (AGP 2х), 266 (AGP 4х) или 533 МГц (AGP 8x), обеспечивает пропускную способность до 2133 Мбайт/с и предназначается для подключения видеоадаптера. Она соединена с северным мостом или контроллером памяти (MCH) набора микросхем системной логики.

• Шина PCI-Express. Третье поколение шины PCI. Шина PCI-Expres — это шина с дифференциальными сигналами, которые может передавать северный или южный мост. Быстродействие PCI-Express выражается в количестве линий. Каждая двуна­правленная линия обеспечивает скорость передачи данных 2,5 или 5 Гбит/с в обоих направлениях (эффективное значение — 250 или 500 Мбайт/с). Разъем с поддержкой одной линии обозначается как PCI-Express x1. Видеоадаптеры PCI-Express обычно ус­танавливаются в разъем x16, который обеспечивает скорость передачи данных 4 или 8 Гбайт/с в каждом направлении.

• Шина PCI-X. Это второе поколение шины PCI, которое обеспечивает более высокую скорость передачи данных, но при этом обратно совместимо с PCI. Данная шина пре­имущественно применяется в рабочих станциях и серверах. PCI-X поддерживает 64-раз­рядные разъемы, обратно совместимые с 64- и 32-разрядными адаптерами PCI. Шина PCI-X версии 1 работает с частотой 133 МГц, в то время как PCI-X 2.0 поддерживает час­тоту до 533 МГц. Обычно полоса пропускания PCI-X 2.0 разделяется между нескольки­ми разъемами PCI-X и PCI. Хотя некоторые южные мосты поддерживают шину PCI-X, чаще всего для обеспечения ее поддержки требуется специальная микросхема.

• Шина PCI. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 33 МГц; она используется, на­чиная с систем на базе процессоров 486. В настоящее время существует реализация этой шины с частотой 66 МГц. Она находится под управлением контроллера PCI — компонента северного моста или контроллера MCH набора микросхем системной ло­гики. На системной плате устанавливаются разъемы, обычно четыре или более, в кото­рые можно подключать сетевые, SCSI- и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. Шины PCI-X и PCI-Express представляют собой более производительные реализации шины PCI; материнские платы и системы, под­держивающие эту шину, появились на рынке в середине 2004 года.

■ Шина ISA. Эта 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц, впервые стала ис­пользоваться в системах AT в 1984 году (в первоначальном варианте IBM PC она была 8-разрядной и работала на частоте 5 МГц). Эта шина имела широкое распространение, но из спецификации PC99 была исключена. Реализуется с помощью южного моста. Чаще всего к ней подключается микросхема Super I/O.

Разъемы PCI

Некоторые современные системные платы содержат специальный разъем, получивший название Audio Modem Riser (AMR) или Communications and Networking Riser ( CNR). Подобные специализированные разъемы предназначены для плат расширения, обеспечивающих выпол­нение сетевых и коммуникационных функций. Следует заметить, что эти разъемы не являют­ся универсальным интерфейсом шины, поэтому лишь немногие из специализированных плат AMR или CNR присутствуют на открытом рынке. Как правило, такие платы прилагаются к какой-либо определенной системной плате. Их конструкция позволяет легко создавать как стандартные, так и расширенные системные платы, не резервируя на них место для установки дополнительных микросхем. Большинство системных плат, обеспечивающих стандартные сетевые функции и функции работы с модемом, созданы на основе шины PCI, так как разъе­мы AMR/CNR имеют узкоспециализированное назначение. Разъемы AMR и CNR показаны на рис. 4.58, а соответствующие платы — на рис. 4.59.

Рис. 4.58. Разъемы AMR и CNR в сравнении с разъемами PCI. При использовании разъема

AMR соот­ветствующий ему разъем PCI недоступен.

В современных системных платах существуют также скрытые шины, которые никак не прояв­ляются в виде гнезд или разъемов. Имеются в виду шины, предназначенные для соединения ком­понентов наборов микросхем, например hub-интерфейса и шины LPC. Hub-интерфейс представ­ляет собой четырехтактную (4x) 8-разрядную шину с рабочей частотой 66 МГц, которая использу­ется для обмена данными между компонентами MCH и ICH набора микросхем (hub-архитектура). Пропускная способность hub-интерфейса достигает 266 Мбайт/с, что позволяет использовать его для соединения компонентов набора микросхем в недорогих конструкциях. Некоторые со­временные наборы микросхем для рабочих станций и серверов, а также последняя серия 9xx от Intel для настольных компьютеров используют более быстродействующие версии этого hub-интерфейса. Сторонние производители наборов микросхем системной логики также реа­лизуют свои конструкции высокоскоростных шин, соединяющих отдельные компоненты на­бора между собой.

Для подобных целей предназначена и шина LPC, которая представляет собой 4-разряд­ную шину с максимальной пропускной способностью 16,67 Мбайт/с и применяется в качес­тве более экономичного по сравнению с шиной ISA варианта. Обычно шина LPC использует­ся для соединения Super I/O или компонентов ROM BIOS системной платы с основным на­бором микросхем. Шина LPC имеет примерно равную рабочую частоту, но использует значи­тельно меньше контактов. Она позволяет полностью отказаться от использования шины ISA в системных платах.

Набор микросхем системной логики можно сравнить с дирижером, который руководит оркестром системных компонентов системы, позволяя каждому из них подключиться к соб­ственной шине. Для повышения эффективности во многих шинах в течение одного такта выполняется не­сколько циклов передачи данных. Это означает, что скорость передачи данных выше, чем это может показаться на первый взгляд. Существует достаточно простой способ повысить быст­родействие шины с помощью обратно совместимых компонентов.

Шина процессора

Эта шина соединяет процессор с северным мостом или контроллером памяти MCH. Она работает на частотах 66-200 МГц и используется для передачи данных между процессором и основной системной шиной или между процессором и внешней кэш-памятью в системах на базе процессоров пятого поколения. Схема взаимодействия шин в типичном компьютере на базе процессора Pentium (Socket 7) .

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится шина процессора, далее следует шина PCI и за ней шина ISA. Большинство компонентов системы подключается к одной из этих трех шин.

В системах, созданных на основе процессоров Socket 7, внешняя кэш-память второго уровня установлена на системной плате и соединена с шиной процессора, которая работает на частоте сис­темной платы (обычно от 66 до 100 МГц). Таким образом, при появлении процессоров Socket 7 с более высокой тактовой частотой рабочая частота кэш-памяти осталась равной сравнительно низ­кой частоте системной платы. Например, в наиболее быстродействующих системах Intel Socket 7 частота процессора равна 233 МГц, а частота шины процессора при множителе 3,5х достигает толь­ко 66 МГц. Следовательно, кэш-память второго уровня также работает на частоте 66 МГц. Возьмем, например, систему Socket 7, использующую процессоры AMD K6-2 550, работающие на частоте 550 МГц: при множителе 5,5х частота шины процессора равна 100 МГц. Следовательно, в этих сис­темах частота кэш-памяти второго уровня достигает только 100 МГц.

Проблема медленной кэш-памяти второго уровня была решена в процессорах класса P6, таких как Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, а также AMD Athlon и Duron. В этих процессорах использовались разъемы Slot 1, Slot 2, Slot A, Socket A или Socket 370. Кроме того, кэш-память второго уровня была перенесена с системной платы непосредственно в процессор и соединена с ним с помощью встроенной шины. Теперь эта шина стала назы­ваться шиной переднего плана (Front-Side Bus — FSB), однако , согласно устоявшейся тради­ции, продолжают называть ее шиной процессора.

Включение кэш-памяти второго уровня в процессор позволило значительно повысить ее скорость. В современных процессорах кэш-память расположена непосредственно в кристалле процессора, т.е. работает с частотой процессора. В более ранних версиях кэш-память второго уровня находилась в отдельной микросхеме, интегрированной в корпус процессора, и работа­ла с частотой, равной 1/2, 2/5 или 1/3 частоты процессора. Однако даже в этом случае ско­рость интегрированной кэш-памяти была значительно выше, чем скорость внешнего кэша, ог­раниченного частотой системной платы Socket 7.

В системах Slot 1 кэш-память второго уровня была встроена в процессор, но работала только на его половинной частоте. Повышение частоты шины процессора с 66 до 100 МГц привело к увеличению пропускной способности до 800 Мбайт/с. Следует отметить, что в большинство систем была включена поддержка AGP. Частота стандартного интерфейса AGP равна 66 МГц (т.е. вдвое больше скорости PCI), но большинство систем поддерживают порт AGP 2x, быстродействие которого вдвое выше стандартного AGP, что приводит к увеличению пропускной способности до 533 Мбайт/с. Кроме того, в этих системах обычно использова­лись модули памяти PC100 SDRAM DIMM, скорость передачи данных которых равна 800 Мбайт/с.

В системах Pentium III и Celeron разъем Slot 1 уступил место гнезду Socket 370. Это было связано главным образом с тем, что более современные процессоры включают в себя встроен­ную кэш-память второго уровня (работающую на полной частоте ядра), а значит, исчезла по­требность в дорогом корпусе, содержащем несколько микросхем. Скорость шины процессора увеличилась до 133 МГц, что повлекло за собой повышение пропускной способности до 1066 Мбайт/с. В современных системах используется уже AGP 4x со скоростью передачи данных 1066 Мбайт/с.

Обратите внимание на hub-архитектуру Intel, используемую вместо традиционной архи­тектуры "северный/южный мост". В этой конструкции основное соединение между компо­нентами набора микросхем перенесено в выделенный hub-интерфейс со скоростью передачи данных 266 Мбайт/с (вдвое больше, чем у шины PCI), что позволило устройствам PCI ис­пользовать полную, без учета южного моста, пропускную способность шины PCI. Кроме того, микросхема Flash ROM BIOS, называемая теперь Firmware Hub, соединяется с системой че­рез шину LPC. Как уже отмечалось, в архитектуре "северный/южный мост" для этого исполь­зовалась микросхема Super I/O. В большинстве систем для соединения микросхемы Su­per I/O вместо шины ISA теперь используется шина LPC. При этом hub-архитектура позво­ляет отказаться от использования Super I/O. Порты, поддерживаемые микросхемой Su­per I/O, называются традиционными (legacy), поэтому конструкция без Super I/O получила на­звание нетрадиционной (legacy-free) системы. В такой системе устройства, использующие стандартные порты, должны быть подсоединены к компьютеру с помощью шины USB. В этих системах обычно используются два контроллера и до четырех общих портов (дополнительные порты могут быть подключены к узлам USB).

В системах, созданных на базе процессоров AMD, применена конструкция Socket A, в ко­торой используются более быстрые по сравнению с Socket 370 процессор и шины памяти, но все еще сохраняется конструкция "северный/южный мост". Обратите внимание на быстродейст­вующую шину процессора, частота которой достигает 333 МГц (пропускная способность — 2664 Мбайт/с), а также на используемые модули памяти DDR SDRAM DIMM, которые под­держивают такую же пропускную способность (т.е. 2664 Мбайт/с). Также следует заметить, что большинство южных мостов включает в себя функции, свойственные микросхемам Super I/O. Эти микросхемы получили название Super South Bridge (суперъюжный мост).

Система Pentium 4 (Socket 423 или Socket 478), созданная на основе hub-архитектуры. Особенностью этой конструкции является шина процессора с тактовой частотой 400/533/800 МГц и пропускной способностью соответственно 3200/4266/6400 Мбайт/с. Сегодня это самая быстродействующая шина. Также обратите внимание на двухканальные модули PC3200 (DDR400), пропускная способность которых (3200 Мбайт/с) соответствует пропу­скной способности шины процессора, что позволяет максимально повысить производитель­ность системы. В более производительных системах, включающих в себя шину с пропускной способностью 6400 Мбайт/с, используются двухканальные модули DDR400 с тактовой час­тотой 400 МГц, благодаря чему общая пропускная способность шины памяти достигает 6400 Мбайт/с. Процессоры с частотой шины 533 МГц могут использовать парные модули па­мяти (PC2100/DDR266 или PC2700/DDR333) в двухканальном режиме для достижения пропу­скной способности шины памяти 4266 Мбайт/с. Соответствие пропускной способности шины па­мяти рабочим параметрам шины процессора является условием оптимальной работы.

Процессор Athlon 64, независимо от типа гнезда (Socket 754, Socket 939 или Socket 940), использует высокоскоростную архитектуру HyperTransport для взаимодействия с северным мостом или микросхемой AGP Graphics Tunnel. Первые наборы микросхем для процессоров Athlon 64 использовали версию шины HyperTransport с параметрами 16 бит/800 МГц, однако последующие модели, предназначенные для поддержки процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX в исполнении Socket 939, используют более быструю версию шины HyperTransport с пара­метрами 16 бит/1 ГГц.

Наиболее заметным отличием архитектуры Athlon 64 от всех остальных архитектур ПК является размещение контроллера памяти не в микросхеме северного моста (или микросхеме MCH/GMCH), а в самом процессоре. Процессоры Athlon 64/FX/Opteron оснащены встро­енным контроллером памяти. Благодаря этому исключаются многие "узкие места", связанные с внешним контроллером памяти, что положительно сказывается на общем быстродействии системы. Главный недостаток этого подхода состоит в том, что для добавления поддержки но­вых технологий, например памяти DDR2, придется изменять архитектуру процессора.

На рис. 4.63 представлена блок-схема компьютерной системы на базе процессора Athlon 64 FX-53, оснащенной разъемами PCI-Express x1 и PCI-Express x16.

Поскольку шина процессора должна обмениваться информацией с процессором с макси­мально возможной скоростью, в компьютере она функционирует намного быстрее любой другой шины. Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера. Большинство процессоров Pentium имеют 64-разрядную шину данных, поэтому за один цикл по шине процессора передается 64 бит данных (8 байт).

Тактовая частота, используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте. Это следует учитывать, поскольку в большинстве процессоров внутренняя тактовая частота, определяющая скорость работы внутренних блоков, может превышать внеш­нюю. Например, процессор AMD Athlon 64 3800+ работает с внутренней тактовой частотой 2,4 ГГц, однако внешняя частота составляет всего 400 МГц, в то время как процессор Pentium 4 с внутренней частотой 3,4 ГГц имеет внешнюю частоту, равную 800 МГц. В новых системах ре­альная частота процессора зависит от множителя шины процессора (2x, 2,5x, 3x и выше).

Шина FSB, подключенная к процессору, по каждой линии данных может передавать один бит данных в течение одного или двух периодов тактовой частоты. Таким образом, в компью­терах с современными процессорами за один такт передается 64 бит.

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 бит, или 8 байт, для Celeron/Pentium III/4 или Athlon/Duron/ Athlon XP/Athlon 64) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой час­тоте процессора).

Например, при использовании процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,6 ГГц, уста­новленного на системной плате, частота которой равна 800 МГц, максимальная мгновенная скорость передачи данных будет достигать примерно 6400 Мбайт/с. Этот результат можно получить, используя следующую формулу:

800 МГц х 8 байт (64 бит) = 6400 Мбайт/с.

Для более медленной системы Pentium 4:

533,33 МГц х 8 байт (64 бит) = 4266 Мбайт/с;

400 МГц х 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с.

Для системы Athlon XP (Socket A) получится следующее:

400 МГц х 8 байт (64 бит) = 3200 Мбайт/с;

333 МГц х 8 байт (64 бит) = 2667 Мбайт/с;

266,66 МГц х 8 байт (64 бит) = 2133 Мбайт/с.

Для системы Pentium III (Socket 370):

133,33 МГц х 8 байт (64 бит) = 1066 Мбайт/с;

100 МГц х 8 байт (64 бит) = 800 Мбайт/с.

Максимальную скорость передачи данных называют также пропускной способностью ши­ны (bandwidth) процессора.

Шина памяти

Шина памяти предназначена для передачи информации между процессором и основной памятью системы. Эта шина соединена с северным мостом или микросхемой Memory Con­troller Hub. В зависимости от типа памяти, используемой набором микросхем (а следователь­но, и системной платой), шина памяти может работать с различными скоростями. Наилуч­ший вариант, если рабочая частота шины памяти совпадает со скоростью шины процессора. Пропускная способность систем, использующих память PC133 SDRAM, равна 1066 Мбайт/с, что совпадает с пропускной способностью шины процессора, работающей на частоте 133 МГц. Рассмотрим другой пример: в системах Athlon и некоторых Pentium III используются шина процессора с частотой 266 МГц и память PC2100 DDR SDRAM, имеющая пропускную спо­собность 2133 Мбайт/с — такую же, как и шина процессора. В системе Pentium 4 использует­ся шина процессора с частотой 400 МГц, а также двухканальная память RDRAM со скоростью передачи данных для каждого канала 1600 или 3200 Мбайт/с при одновременной работе обоих каналов памяти, что совпадает с пропускной способностью шины процессора Pentium 4. В сис­темах Pentium 4, содержащих шину процессора с тактовой частотой 533 МГц, могут исполь­зоваться двухканальные модули PC2100 или PC2700, параметры которых соответствуют пропускной способности шины процессора, равной 4266 Мбайт/с.

Память, работающая с той же частотой, что и шина процессора, позволяет отказаться от расположения внешней кэш-памяти на системной плате. Именно поэтому кэш-память второ­го и третьего уровней была интегрирована непосредственно в процессор. Некоторые мощные процессоры, к числу которых относится Intel Pentium Extreme Edition, содержат встроенную кэш-память третьего уровня объемом 2-4 Мбайт, работающую на полной частоте процессора. Самые современные процессоры, такие как Core Duo и Core 2 Quad, используют кэш-память только первого и второго уровней. Таким образом, в обозримом будущем кэш второго уровня будет оставаться наиболее распространенным типом вторичного кэша.

Назначение разъемов расширения

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 адаптеры, контроллеры SCSI и др.

Типы шин ввода-вывода

За время, прошедшее момента появления первого PC, особенно за последние годы, было разработано довольно много вариантов шин ввода-вывода, так как повышение производи­тельности компьютера всегда было первостепенной задачей. Потребность в повышении про­изводительности определяется тремя факторами:

• быстродействием процессора;

• качеством программного обеспечения;

• возможностями компонентов мультимедиа.

Одной из главных причин, препятствующих появлению новых структур шин ввода-вывода, является их несовместимость со старым стандартом PC, который, подобно крепкому морскому узлу, связывает нас с прошлым. В свое время успех компьютеров класса PC предо­пределила стандартизация — многие компании разработали тысячи плат, соответствующих требованиям этого стандарта шины. Новая, более быстродействующая шина должна быть со­вместимой с прежним стандартом, иначе все старые платы придется просто выбросить. По­этому технология производства шин эволюционирует медленно, без резких скачков.

Шины ввода-вывода различаются архитектурой. Основные типы шин были пред­ставлены ранее.

Различия между этими шинами в основном связаны с объемом одновременно передавае­мых данных (разрядностью) и скоростью их передачи (быстродействием).

Шина ISA

Шина ISA (Industrial Standard Architecture — промышленная стандартная архитектура) использовалась в первом компьютере IBM PC, выпущенном в 1981 году, а в 1984 году — в расширенном 16-разрядном варианте в IBM PC/AT. Шина ISA — это основополагающий базис архитектуры персональных компьютеров; она использовалась вплоть до конца 1990-х годов. Кажется странным, что шина с такой "древней" архитектурой использовалась в высо­копроизводительных компьютерах, выпускавшихся до конца 1990-х годов, но это объясняет­ся ее надежностью, широкими возможностями и совместимостью. К тому же эта шина до сих пор работает быстрее большинства подключаемых к ней периферийных устройств.

Шина ISA практически не встречается в современных настольных системах, а количество компаний, вы­пускающих платы ISA, крайне ограниченно. Платы ISA пока еще популярны в промышленных системах (PICMG), однако в скором будущем они исчезнут и там.

Существует два варианта шины ISA, различающихся количеством разрядов данных: ста­рая 8-разрядная версия и новая 16-разрядная. Старая версия работала на тактовой частоте 4,77 МГц в компьютерах классов PC и XT. Новая версия использовалась в компьютерах клас­са AT с тактовыми частотами 6 и 8 МГц. Позже было достигнуто соглашение о стандартной максимальной тактовой частоте 8,33 МГц для обеих версий шин, что обеспечило их совмес­тимость. В некоторых системах допускается использование шин при работе с большей часто­той, но не все платы адаптеров выдерживают такую скорость. Для передачи данных по шине требуется от двух до восьми тактов. Поэтому максимальная скорость передачи данных по шине ISA составляет 8,33 Мбайт/с:

8,33 МГц х 16 бит : 2 такта = 66,64 Мбит/с (или 8,33 Мбайт/с)

Полоса пропускания 8-разрядной шины вдвое меньше (4,17 Мбайт/с). Однако не забы­вайте, что это теоретические максимумы — из-за сложного протокола обмена данными реаль­ная пропускная способность шины намного ниже (обычно вдвое). Но даже в этом случае ши­на ISA работает быстрее, чем большинство подключенных к ней периферийных устройств.

8-разрядная шина ISA

Эта шина использовалась в первом компьютере IBM PC. В новых системах она не приме­няется, но до сих пор эксплуатируются сотни тысяч компьютеров с такой шиной, в том числе системы на базе процессоров 286 и 386.

В разъем вставляется плата адаптера с 62 контактами. На разъем подаются 8 линий данных и 20 линий адреса, что позволяет адресовать до 1 Мбайт памяти.

16-разрядная шина ISA

Компания IBM буквально "взорвала" мир ПК, представив в 1984 году модель AT, оснащен­ную процессором 286. Данный процессор поддерживал 16-разрядную шину данных, что позво­ляло обеспечить взаимодействие между процессором, системной платой и памятью с использо­ванием 16-разрядных, а не 8-разрядных данных. Хотя процессор и можно было установить на системной плате с 8-разрядной шиной ввода-вывода, все равно обеспечивалось повышенное бы­стродействие при обмене данными с различными платами, подключаемыми к шине.

Вместо того чтобы создавать новую шину ввода-вывода, IBM решила обеспечить совмес­тимость системы с 8- и 16-разрядными адаптерами, оставив тот же 8-разрядный разъем, но добавив к нему еще один дополнительный. В результате был получен разъем для установки 16-разрядных адаптеров. Впервые представленная в компьютерах PC/AT в августе 1984 года 16-разрядная шина ISA также называлась шиной AT.

Дополнительный разъем в каждом 16-разрядном разъеме расширения добавляет 36 кон­тактов (общее количество контактов для передачи данных при этом увеличивается до 98), не­обходимых для передачи данных большей разрядности. Кроме того, было изменено назначе­ние двух контактов 8-разрядной части разъема. Однако подобные изменения никак не отра­зились на работоспособности 8-разрядных плат.

В компьютерах класса AT могут встретиться платы высотой как 4,8 дюйма, так и 4,2 дюй­ма (соответствующие старым платам для компьютеров класса PC/XT). Платы с уменьшен­ной высотой устанавливались в компьютере класса XT модели 286. В данной модели с сис­темной платой, предназначенной для компьютера класса AT, использовался корпус от XT, поэтому высоту плат адаптеров пришлось уменьшить до 4,2 дюйма. После этого большинство производителей стали выпускать только адаптеры с уменьшенной высотой, которые можно установить в любой корпус.

32-разрядная шина ISA

Спустя некоторое время после выпуска 32-разрядного процессора были разработаны пер­вые стандарты на соответствующую шину. Еще до появления первых проектов архитектур МСА и EISA некоторые компании начали разрабатывать собственные конструкции, пред­ставляющие собой расширение архитектуры ISA. Хотя их было выпущено сравнительно не­много, некоторые из них встречаются даже сейчас.

Дополнительные линии этих шин обычно использовались только при работе с платами расширения памяти и видеоадаптерами, выпускаемыми компаниями, создавшими данный стандарт. Их параметры и разводки разъемов существенно отличаются от стандартных, к то­му же их спецификации и схемы контактов не распространялись.

Шина МСА

Появление 32-разрядных микросхем привело к тому, что шина ISA перестала соответст­вовать возможностям нового поколения процессоров. Процессор 386 может одновременно обрабатывать 32 бит данных, а шина ISA — только 16 бит. Вместо того чтобы снова расширить шину ISA, компания IBM разработала новый стандарт архитектуры. Так появилась шина МСА (Micro Channel Architecture — микроканальная архитектура), которая совершенно не похожа на шину ISA и во всех отношениях превосходит ее.

Компания IBM хотела не просто заменить старый стандарт ISA новым, но и вынудить производителей материнских плат приобретать лицензии на используемые ими технологии. Многие производители купили лицензии на шину ISA, созданную компанией IBM, однако политика лицензирования была не очень агрессивной, и многим удавалось выпускать свои платы и без лицензии на шину. Проблемы, связанные с лицензированием, привели к разра­ботке альтернативной шины EISA (см. следующий раздел), что существенно замедлило рас­пространение МСА.

Работать с компьютерами МСА значительно проще, чем с их предшественниками; это мо­жет подтвердить каждый, кто имел с ними дело. В них нет никаких перемычек или переклю­чателей — ни на системной плате, ни на платах адаптеров. Вместо этого можно использовать специальный Reference-диск, поставляемый вместе с компьютерной системой, а также Option-диски, поставляемые вместе с отдельными платами адаптеров. Установив плату, дос­таточно загрузить файлы с Option-диска на Reference-диск, после чего Option-диск больше не нужен. Reference-диск содержал специальную BIOS и программу настройки для конкретной системы MCA, а конфигурировать систему без подобного диска было просто невозможно.

Более подробная информация о шине MCA приведена в предыдущих изданиях настоящей книги, содержащихся на прилагаемом компакт-диске.

Шина EISA

Стандарт шины EISA (Extended Industry Standard Architecture — расширенная промыш­ленная стандартная архитектура) появился в 1988 году в ответ на требование IBM лицензи­ровать использование шины МСА. Конкуренты не сочли нужным платить задним числом за давно используемую шину ISA и, проигнорировав новую разработку IBM, создали свой про­ект шины.

Вначале разработкой шины EISA занималась компания Compaq, стремившаяся выйти из-под диктата IBM и прекрасно понимавшая, что никто не будет производить ее шины, если она останется единственной компанией, использующей их. Поэтому компания Compaq приня­лась активно налаживать контакты с другими ведущими производителями компьютерной техники. В результате был создан комитет EISA — некоммерческая организация, целью кото­рой был контроль за разработкой и внедрением шины EISA. Было выпущено весьма ограни­ченное количество адаптеров EISA. Как правило, это были контроллеры дисковых массивов и серверные сетевые адаптеры.

Шина EISA на самом деле была 32-разрядной версией шины ISA. В отличие от шины MCA компании IBM, в 32-разрядные разъемы EISA можно устанавливать старые 8- или 16-разрядные платы ISA, благодаря чему обеспечивается полная обратная совместимость. Как и в случае шины MCA, шина EISA также поддерживает настройку адаптеров EISA с по­мощью специального программного обеспечения.

Количество линий в шине EISA по сравнению с ISA увеличилось до 90 (55 новых), при этом размеры разъема остались прежними. На первый взгляд, 32-разрядный слот EISA вы­глядит почти так же, как 16-разрядный слот ISA. На самом деле разъем шины EISA является сдвоенным. Первый ряд контактов соответствует 16-разрядному слоту ISA, а остальные рас­положены в глубине разъема и относятся к расширению EISA. Таким образом, платы ISA могли продолжать использоваться в разъемах EISA. Хотя такой совместимости было недос­таточно, чтобы шина EISA завоевала широкую популярность, это привело к созданию сле­дующего стандарта, VL-Bus.

Используя шину EISA, можно передавать до 32 бит данных одновременно с тактовой час­тотой 8,33 МГц. В большинстве случаев передача данных осуществляется минимум за два такта, хотя возможна и большая скорость передачи (если плата адаптера имеет достаточное быстродействие). Максимальная полоса пропускания шины составляет около 33 Мбайт/с:

8,33 МГц х 4 байт (32 бит) = 33,32 Мбайт/с.

Локальные шины

Шины ISA, MCA и EISA имеют один общий недостаток — сравнительно низкое быстро­действие. Описанные в следующих разделах четыре типа шин являются локальными. К ос­новным типам локальных шин, используемых в ПК, относятся следующие.

• VL-Bus (локальная шина VESA)

• PCI

• AGP

• PCI Express

Это ограничение существовало еще во времена первых PC, в которых шина ввода-вывода работала с той же скоростью, что и шина процессора. Быстродействие шины процессора возрастало, а характеристики шин ввода-вывода улучшались в основном за счет увеличения их разрядности. Ограничивать быстродействие шин приходилось пото­му, что большинство произведенных плат адаптеров не могли работать при повышенных скоростях обмена данными.

Некоторым пользователям не дает покоя мысль о том, что компьютер работает медленнее, чем может. Однако быстродействие шины ввода-вывода в большинстве случаев не играет ро­ли. Например, при работе с клавиатурой или мышью высокое быстродействие не требуется, поскольку в этой ситуации производительность компьютера определяется самим пользовате­лем. Оно действительно необходимо только в подсистемах, где важна высокая скорость обме­на данными, например в графических и дисковых контроллерах.

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 высокое быстродействие процессора с тактовой частотой 66 или даже 450 МГц оказывается совершенно бесполезным, поскольку данные по шине ввода-вывода передаются в несколько раз медленнее (тактовая частота — около 8 МГц).

Очевидное решение этой проблемы 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).

Такая конструкция получила название локальной шины, поскольку внешние устройства (платы адаптеров) теперь имеют доступ к шине процессора (т.е. ближайшей к нему шине). Конечно, разъемы локальной шины должны отличаться от слотов шины ввода-вывода, чтобы в них нельзя было вставить платы "медленных" адаптеров.

Интересно отметить, что первые 8- и 16-разрядные шины ISA имели архитектуру локаль­ных шин. В этих системах в качестве основной использовалась шина процессора, и все уст­ройства работали со скоростью процессора. Когда тактовая частота в системах ISA превысила 8 МГц, основная шина компьютера отделилась от шины процессора, которая уже не могла выполнять эти функции. Появившийся в 1992 году расширенный вариант шины ISA, кото­рый назывался VESA Local Bus (или VL-Bus), ознаменовал возврат к архитектуре локальных шин. В дальнейшем локальную шину VESA заменила шина PCI, а ее дополнением выступила шина AGP.

Для организации в компьютере локальной шины совсем не обязательно устанавливать слоты расширения: устройство, использующее локальную шину, можно смонтировать непосредственно на системной плате. В первых компьютерах с локальной шиной использовался именно такой подход.

Локальная шина не заменяет собой прежних стандартов, а дополняет их. Основными ши­нами компьютера, как и раньше, остаются ISA и EISA, но к ним добавляется один или не­сколько слотов локальной шины. При этом сохраняется совместимость со старыми платами расширения, а быстродействующие адаптеры устанавливаются в слоты локальной шины, при этом реализуются все их возможности. Таким образом, до настоящего момента наиболее рас­пространенными являются разъемы AGP, PCI и ISA. Более старые платы порой оказываются совместимыми с новыми разъемами, однако все возможности локальных шин AGP и PCI по­зволяют задействовать только новые модели адаптеров. По мере уменьшения популярности шины ISA и смещения акцентов к интерфейсу LPC роль шины ISA постепенно снижается, а вместо нее используются другие шины.

Быстродействие графического интерфейса пользователя Windows или Linux (такого, как KDE или GNOME) значительно возросло после того, как на смену видеоадаптерам с интер­фейсом ISA пришли адаптеры с интерфейсом PCI и AGP.

Локальная шина VESA

Эта шина была самой популярной из всех локальных шин со дня ее презентации в августе 1992 года и до 1994 года. Она является продуктом комитета VESA — некоммерческой органи­зации, созданной при участии компании NEC для контроля за развитием и стандартизацией видеосистем и шин. Компания NEC разработала VL-Bus — так в дальнейшем будем называть эту шину, — а затем создала комитет, который должен был внедрить эту разработку в жизнь. В первоначальном варианте слоты локальной шины использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров. Основным направлением, на которое делала упор компания NEC при разработке и реализации компьютерной продукции, было повышение качества и эффективности работы компьютерных видеосистем. К 1991 году видеосистемы стали са­мым узким местом в большинстве компьютерных систем.

По шине VL-Bus можно выполнять 32-разрядный обмен данными между процессором и совместимым видеоадаптером или жестким диском, т.е. ее разрядность соответствует раз­рядности процессора 486. Максимальная пропускная способность шины VL-Bus составляет 133 Мбайт/с.

Физически разъем VL-Bus представлял собой дополнение к существующим разъемам. Например, в системах архитектуры ISA разъем VL-Bus считался дополнением к существую­щим 16-разрядным разъемам ISA. Расширение VESA имело 112 контактов, которые физиче­ски были расположены так же, как и в шине MCA.

Шина PCI

В начале 1992 года Intel организовала группу разработчиков, перед которой была постав­лена та же задача, что и перед группой VESA: разработать новую шину, в которой были бы устранены все недостатки шин ISA и EISA.

В июне 1992 года была выпущена спецификация шины PCI версии 1.0, которая с тех пор претерпела несколько изменений.

Создатели PCI отказались от традиционной концепции, введя еще одну шину между про­цессором и обычной шиной ввода-вывода. Вместо того чтобы подключить ее непосредственно к шине процессора, весьма чувствительной к подобным вмешательствам (что было характер­но для VL-Bus), они разработали новый комплект микросхем контроллеров для расширения шины (рис. 4.73).

Звуковая карта		Обработка видео
iiiinil 1		iiiiiiil 1

Шина PCI добавляет к традиционной конфигурации шин еще один уровень. При этом обычная шина ввода-вывода не используется, а создается фактически еще одна высокоскоро­стная системная шина с разрядностью, равной разрядности данных процессора. Компьютеры с шиной PCI появились в середине 1993 года, и вскоре она стала неотъемлемой частью ком­пьютеров высокого класса.

Тактовая частота стандартной шины PCI — 33 МГц, а разрядность соответствует разряд­ности данных процессора. Для 32-разрядного процессора пропускная способность составляет 132 Мбайт/с: 33,33 МГц х 4 байт (32 бит) = 133 Мбайт/с.

Стандартная шина PCI имеет несколько разновидностей, представленных в табл. 4.76. Боль­шинство современных компьютеров вооружены разъемами PCI-Express x1 и PCI-Express x16.

В настоящее время 64-разрядные шины или шины с рабочей частотой 66 и 133 МГц ис­пользуются только в системных платах серверов или рабочих станций. Одно из основных преимуществ шины PCI заключается в том, что она может функционировать параллельно с шиной процессора (т.е. независимо от нее). Это позволяет процессору обрабатывать данные внешней кэш-памяти одновременно с передачей информации по шине PCI между другими компонентами системы.

В спецификации PCI определено три типа системных плат, каждая из которых разработа­на для определенных моделей компьютеров с различными требованиями к электроснабже­нию. Существуют 32- и 64-разрядные версии шины PCI. Версия с напряжением 5 В предна­значена для стационарных компьютеров (PCI 2.2 или более ранних версий), версия с напря­жением 3,3 В — для портативных систем (также поддерживается PCI 2.3), а универсальная версия предназначена для системных плат и внешних адаптеров, подключаемых к любому из перечисленных разъемов. Универсальные шины и 64-разрядные шины PCI с напряжением 5 В преимущественно предназначены для серверных системных плат. Спецификацией PCI-X 2.0 для версий 266/533 обусловлена поддержка напряжений 3,3 и 1,5 В, что соответствует стандарту PCI 2.3 с поддержкой напряжения 3,3 В.

Обратите внимание, что универсальная плата PCI может устанавливаться в разъем, предна­значенный для любой платы с фиксированным напряжением питания. Если напряжение, пода­ваемое на те или иные контакты, может быть разным, то оно обозначается +В I/O. На эти кон­такты подается опорное напряжение, определяющее уровни выходных логических сигналов.

Другим важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play компании Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки. Системы с Plug and Play способны самостоятельно настраивать адаптеры, а в тех компьютерах, в которых отсут­ствует система Plug and Play, но есть разъемы PCI, настройку адаптеров нужно выполнять вручную с помощью программы настройки BIOS. С конца 1995 года в большинстве компью­теров устанавливается система BIOS, удовлетворяющая спецификации Plug and Play и обес­печивающая автоматическую настройку.

PCI-Express

В течение 2001 года специалисты группы компаний, получившей название Arapahoe Work Group (изначально находившейся под управлением Intel), работали над проектом спецификации новой быстродействующей шины, имеющей кодовое название 3GIO (Third-Generation I/O — ши­на ввода-вывода третьего поколения). В августе 2001 года специальная группа PCI-SIG (PCI Special-Interest Group) приняла решение об использовании, управлении и поддержке специ­фикации архитектуры 3GIO в качестве шины PCI будущего поколения. Работа над черновой версией 3GIO 1.0 была завершена в апреле 2002 года, после чего была передана в группу PCI-SIG, где и получила новое название — PCI-Express. В июле того же года была одобрена специ­фикация PCI-Express 1.0. Впоследствии эта спецификация обновлялась в апреле 2005 года (версия 1.1) и в январе 2007 года (версия 2.0).

Как следует из первоначального кодового названия (3GIO), новая спецификация шины разрабатывалась в целях расширения и последующей замены существующих шин ISA/AT (первое поколение) и PCI (второе поколение), используемых в персональных компьютерах. Архитектура шины каждого из предыдущих поколений разрабатывалась с учетом 10- или 15-летнего срока службы. Спецификация PCI Express, принятая и одобренная специальной группой PCI-SIG, станет, как предполагается, доминирующей архитектурой шины ПК, соз­данной для поддержки увеличивающейся пропускной способности компьютера, в течение следующих 10-15 лет.

Основные особенности PCI Express таковы:

• совместимость с существующей шиной PCI и программными драйверами различных устройств;

• физическое соединение, осуществляемое с помощью медных, оптических или других физических носителей и обеспечивающее поддержку будущих схем кодирования;

• максимальная пропускная способность каждого вывода, позволяющая создавать шины малых формфакторов, снижать их себестоимость, упрощать конструкцию плат, а так­же сокращать количество проблем, связанных с целостностью сигнала;

• встроенная схема синхронизации, позволяющая быстрее изменять частоту (быстродей­ствие) шины, чем при согласованной синхронизации;

• ширина полосы частот (пропускная способность), увеличиваемая при повышении час­тоты и разрядности (ширины) шины;

• малое время ожидания, наиболее подходящее для приложений, требующих изохрон­ной (зависящей от времени) доставки данных, что происходит, например, при обра­ботке потоковых видеоданных;

• возможность "горячей" коммутации и "горячей" замены (т.е. без выключения электро­питания);

• возможности управления режимом питания.

Шина PCI Express — это еще один пример перехода ПК от параллельного к последова­тельному интерфейсу. Особенностью архитектуры шин предыдущих поколений является па­раллельная компоновка, при которой биты данных одновременно передаются по нескольким параллельно расположенным выводам. Чем больше количество одновременно передаваемых битов, тем выше пропускная способность шины. При этом особое значение приобретает син­хронизация (согласование по времени) всех параллельных сигналов, которая при использо­вании более быстрых и протяженных соединений становится довольно сложной. Несмотря на то что шины PCI и AGP позволяют передавать одновременно до 32 бит данных, задержки пе­редачи сигнала и другие факторы приводят к искажению получаемых данных, возникающему из-за разницы во времени между прибытием первого и последнего бита.

Последовательная шина, отличающаяся более простой конструкцией, единовременно пе­редает только 1 бит данных, отправляя сигналы по одному проводу с более высокой, чем у па­раллельной шины, частотой. При последовательной передаче битов данных синхронизация отдельных битов или длина шины становится гораздо менее значимым фактором. Объедине­ние нескольких последовательных трактов данных позволяет достичь пропускной способно­сти, значительно превышающей возможности традиционных параллельных шин.

Архитектура быстрой последовательной шины PCI-Express обратно совместима с сущест­вующими программными драйверами и средствами управления параллельной шины PCI. При использовании PCI-Express данные передаются в полнодуплексном режиме (т.е. одно­временно выполняются прием и передача данных) по двум парным проводам, которые назы­ваются полосой или трассой. Скорость передачи данных в одном направлении для каждой по­лосы достигает 250 Мбит/с, причем каждая шина может включать в себя от 1 до 2, 4, 8, 16 или 32 полос. Например, 16-полосная шина, имеющая высокую пропускную способность, позво­ляет одновременно передавать в каждом направлении 16 бит данных, благодаря чему ско­рость передачи данных может достигать 4000 Мбайт/с. Версия PCI-Express 2.0 увеличивает скорость передачи данных по одной полосе до 500 Мбайт/с, таким образом составляя для разъема x16 8000 Мбайт/с, что несравненно выше, чем 133 Мбайт/с у шины PCI. На рис. 4.77 сравниваются разъемы PCI-Express x1-x16. Следует отметить, что разъемы x4 и x8, показан­ные на рис. 4.77, преимущественно используются в серверных решениях.

Передняя панель корпуса

х16

Рис. 4.77. Разъемы PCI Express x1, PCI Express x4, PCI Express x8 и PCI Express x16

В шине PCI Express используется разработанная IBM схема кодирования "8-10", преду­сматривающая автосинхронизацию сигналов для повышения частоты. Частота шины, равная в настоящее время 2,5 ГГц, в будущем может быть увеличена до 10 ГГц, что фактически явля­ется пределом для медных соединений. Сочетание потенциального увеличения частоты и возможности одновременного использования до 32 полос позволяет повысить скорость пере­дачи данных шины PCI Express до 32 Гбит/с.

Шина PCI Express предназначена для расширения и последующей замены шин, используе­мых в настоящее время в компьютерах. Использование этой шины приведет не только к появле­нию дополнительных разъемов на системной плате, но и к постепенной замене существующих интерфейсов Intel Hub и AMD HyperTransport, применяемых для соединения компонентов микропроцессорного набора. Кроме того, PCI Express с успехом заменит интерфейсы, приме­няемые для передачи видеоданных (например, AGP), а также будет использоваться в качестве шины расширения (или шины второго уровня) для подключения к другим интерфейсам, таким как Serial ATA, USB 2.0, 1394b (FireWire или iLink), Gigabit Ethernet и т.д.

Шина PCI Express, выполняемая в виде кабеля или платы, может быть использована для создания систем из отдельных "блоков", содержащих те или иные компоненты. Представьте себе системную плату, процессор и модули оперативной памяти, расположенные в неболь­шом блоке, который находится под столом пользователя, и второй блок, содержащий видео­систему, дисководы и порты ввода-вывода, который стоит непосредственно на рабочем столе и обеспечивает свободный доступ к указанным компонентам. Это дает возможность разрабо­тать целый ряд различных формфакторов без ухудшения рабочих характеристик ПК.

PCI-Express пока не заменила полностью шину PCI и все остальные интерфейсы, и вряд ли это возможно в ближайшем будущем. Разработчики систем продолжают использовать в своих решениях шины PCI, AGP и некоторые другие, причем будут делать это еще не один год. Как и в свое время с комбинацией PCI и ISA/AT-Bus, разные поколения шин будут неко­торое время соседствовать друг с другом. Постепенно количество разъемов PCI будет умень­шаться, а количество разъемов PCI-Express — увеличиваться. В конечном итоге основной шиной для подключения устройств окажется PCI-Express, придя на смену шине PCI, которая выполняла данную роль на протяжении довольно длительного времени. В настоящее время системные платы содержат равное количество разъемов PCI и PCI-Express.

Хотя потребуется некоторое время на то, чтобы PCI-Express заменила PCI, разъем PCI-Express x16 уже повсеместно вытеснил разъем AGP 8x.

Современные системные платы содержат несколько разъемов PCI, а также разъемы PCI-Express x1 и PCI-Express x16; системные платы для рабочих станций и серверов со­держат шины PCI-Express, PCI-X и PCI. Для обеспечения совместимости новых решений PCI-Express с существующей инфраструктурой PCI разработаны спецификации Express Bridge 1.0 и Mini PCI-Express Card.

Ускоренный графический порт (AGP)

Для повышения эффективности работы с видео и графикой в середине 1990-х годов Intel разработала новую шину — ускоренный графический порт (Accelerated Graphics Port — AGP). Эта шина похожа на PCI, но содержит ряд дополнений и расширений. И физически, и электрически, и логически она не зависит от PCI. Например, разъем AGP подобен разъему PCI, но имеет контакты для дополнительных сигналов и другую разводку контактов. В отли­чие от PCI, которая является настоящей шиной с несколькими разъемами, AGP — высокоэф­фективное соединение, разработанное специально для видеоадаптера, причем в системе для одного видеоадаптера допускается только один разъем AGP. Спецификация AGP 1.0 была впервые выпущена компанией Intel в июле 1996 года. В соответствии с этой спецификацией использовались тактовая частота 66 МГц и режим 1х или 2х с уровнем напряжения 3,3 В. Версия AGP 2.0 была выпущена в мае 1998 года; в ней добавлен режим 4х, а также понижено рабочее напряжение до 1,5 В.

Последней версией спецификации AGP стала версия 3.0 — для шины AGP 8x. В ней опре­делена скорость передачи данных 2133 Мбайт/с, что ровно вдвое больше, чем у AGP 4x. Спе­цификация AGP 8x была впервые публично анонсирована в ноябре 2000 года. Поддержка AGP 8x в настоящее время реализована в большинстве материнских плат основных произво­дителей. Несмотря на повышенную в два раза по сравнению с AGP 4x пропускную способ­ность, практические отличия между устройствами, совместимыми с 4x и 8x, минимальны. В то же время многие наборы микросхем, поддерживающие трехмерную графику, модернизи­ровали частоту ядер работы с графикой и памяти, а также архитектуру графической подсис­темы, чтобы они могли лучше поддерживать более скоростной интерфейс.

Большинство новых видеоадаптеров AGP поддерживают спецификации AGP 4x или 8x, в каждой из которых обусловлено использование напряжения 1,5 В. Многие старые сис­темные платы с интерфейсом AGP 2x поддерживают только платы с напряжением 3,3 В. Установка видеоадаптера с напряжением 1,5 В в слот 3,3 В может привести к физическому повреждению как адаптера, так и самой системной платы. Во избежание подобных ситуа­ций в спецификации AGP предусмотрены специальные разъемы. Как правило, адаптеры и слоты имеют разъемы, позволяющие устанавливать платы с напряжением 1,5 и 3,3 В в сло­ты с напряжением 1,5 и 3,3 В соответственно. Тем не менее существуют универсальные слоты, дающие возможность устанавливать видеоадаптеры с различными уровнями на­пряжения. Расположение разъемов для адаптеров AGP и типы слотов системной платы за­висят от того или иного стандарта AGP (рис. 4.78).

Как видно из рис. 4.78, видеоадаптеры AGP 4x и 8x (1,5 В) устанавливаются только в сло­ты AGP с напряжением 1,5 В или в универсальные слоты с напряжением 3,3/1,5 В. Дизайн слотов и разъемов адаптера не позволяет установить адаптер с напряжением 1,5 В в слот 3,3 В. Так что не волнуйтесь, если новый видеоадаптер AGP не подходит для установки в слот ста­рой системной платы, поскольку это послужит исключительно на благо как адаптера, так и самой платы. В подобном случае необходимо заменить видеоадаптер или приобрести систем­ную плату со слотом AGP 4x/8x, поддерживающим напряжение 1,5 В.

Новая спецификация AGP Pro 1.0 была представлена в августе 1998 года; в апреле 1999 года она была пересмотрена в новой редакции AGP Pro 1.1а. В ней определен довольно длин­ный разъем с дополнительными контактами на каждом конце для подвода напряжения пита­ния к платам AGP, которые потребляют больше 25 Вт (максимальная мощность — 110 Вт). Платы AGP Pro могут использоваться в высококачественных графических рабочих станциях. Разъемы AGP Pro обратно совместимы, т.е. к ним можно подключать стандартные платы AGP. Так как разъем AGP Pro длиннее AGP 1х/2х, существует вероятность неправильной ус­тановки платы AGP 1х/2х, что может привести к ее повреждению. Чтобы избежать этого, расширение AGP Pro, расположенное в задней части разъема, иногда закрывается специаль­ной крышкой. Перед установкой платы AGP Pro эту крышку следует удалить.

Шина AGP — быстродействующее соединение, работающее на основной частоте 66 МГц (точнее — 66,66 МГц), которая вдвое выше, чем у PCI. В основном режиме AGP, называемом 1х, выполняется одиночная передача за каждый цикл. Поскольку ширина шины AGP равна 32 бит (4 байт), при 66 млн. тактов в секунду по ней можно передавать данные со скоростью приблизи­тельно 266 Мбайт/с. В первоначальной спецификации AGP также определен режим 2х, при ко­тором в каждом цикле осуществляются две передачи, что соответствует скорости 533 Мбайт/с. В настоящее время практически все современные системные платы поддерживают этот режим. Спецификация AGP 2.0 поддерживает 4-кратный режим передачи данных (т.е. передача осуще­ствляется четыре раза в течение одного такта). При этом пропускная способность достигает 1066 Мбайт/с. Большинство современных плат AGP поддерживают как минимум стандарт 4х. Большинство новых видеоадаптеров AGP соответствует стандарту 4x, в то время как но­вейшие модели от компаний NVIDIA и ATI поддерживают стандарт AGP 8x.

Поскольку шина AGP не зависит от PCI, при использовании видеоадаптера AGP можно освободить шину PCI для выполнения традиционных функций ввода-вывода, например для контроллеров IDE/ATA, SCSI и USB, звуковых плат и пр.

Помимо повышения эффективности работы видеоадаптера, AGP позволяет получать бы­стрый доступ непосредственно к системной оперативной памяти. Благодаря этому видео­адаптер AGP может использовать оперативную память, что уменьшает потребность в видео­памяти. Однако в последнее время некоторые модели видеоадаптеров AGP стали оснащаться достаточно большим объемом быстродействующей памяти (до 256 Мбайт). Использование собственной памяти оказывается крайне важным при запуске приложений с высокими требо­ваниями, например современных трехмерных игр. Современные видеоадаптеры AGP способ­ны не только запускать игры, но и воспроизводить на ПК полноценное динамичное видео. Шина AGP 8x (2133 Мбайт/с) в 16 раз быстрее 32-разрядной шины PCI, работающей с час­тотой 33 МГц (133 Мбайт/с), но в два раза медленнее шины PCI Express x16 (4000 Мбайт/с). Начиная с середины 2004 года производители материнских плат, предназначенных для рынка высокопроизводительных систем на базе процессоров Pentium 4 и Athlon 64, начали заменять разъемы AGP 8x разъемами PCI-Express 16x. В 2006 году большая часть материнских плат всех ценовых категорий уже оснащалась разъемами PCI-Express 16x вместо AGP. Эта тенденция оп­ределенно свидетельствует об окончании эры AGP.