Идеальные компоненты

Идеальная системная плата
Ричард Фиско

Системная плата представляет собой нечто большее, чем просто место для размещения процессора. Инженеры должны учитывать, какие компоненты будут использоватьс и где их надо разместить, а также как следует выполнять соединения. Решения при этом приходится принимать на компромиссной основе. Иными словами, единственной на все случаи жизни "идеальной" системной платы не существует.

В этом разделе мы рассмотрим наиболее распространенные технологии, чтобы создать у вас общее представление о том, что необходимо иметь на идеальной системной плате и о чем нужно помнить при покупке нового ПК. Здесь мы внимание уделяем в основном системным платам для процессоров класса Pentium, наборам микросхем, скоростям шин и системам BIOS. Оперативная память, кэш-память, шины и микропроцессоры рассматриваются далее в отдельных статьях.

Наборы микросхем

Если ЦП - сердце ПК, то набор микросхем служит его электрокардиостимулятором. Наборы микросхем управляют обменом с памятью, шиной ввода/вывода и во многих случаях встроенными контроллерами жесткого диска с интерфейсом IDE. Они обрабатывают также запросы прерывания (IRQ) и прямого доступа в память (DMA).

Выпускается много различных наборов микросхем, но наибольшей популярностью до сих пор пользуются наборы, изготавливаемые фирмой Intel. Наиболее широко применяемый набор Intel 430FX (прежнее название - Triton) вскоре будет вытеснен новыми улучшенными наборами 430HX и 430VX (прежнее название - Triton II). Набор микросхем HX предназначается для ПК, используемых в деловой сфере, а набор VX - для домашних ПК и ПК дл малого бизнеса. Каждый из этих наборов микросхем реализует 64-разрядный канал доступа к памяти, параллельную работу шины PCI и содержит средства сопряжения 82371SB PCI I/O IDE Xcelerator. 82371SB обеспечивает работу USB (универсальная последовательна шина), а также программируемый ввод/вывод PIO и управление шиной IDE; этот набор микросхем совместим с PCI 2.1.

Набор микросхем НХ обеспечивает также возможность использовать до 512 Мбайт оперативной памяти, работу двухпроцессорной конфигурации и применение памяти с коррекцией ошибок (ECC). Набор микросхем VX отличаетс от набора HX тем, что позволяет использовать только 128 Мбайт основной памяти, но работает также с синхронным динамическим ОЗУ (SDRAM).

Набор микросхем VIA VT82C580VP Apollo-VP для ПК на базе процессора Pentium обладает техническими характеристиками, подобными, а иногда и превосходящими характеристики набора микросхем Intel 430HX. Набор микросхем Apollo, совместимый с PCI 2.1, предоставляет возможность использования основной памяти емкостью до 512 Мбайт, поддерживает UMA (Unified Memory Architecture - архитектура единой памяти), реализует параллельную работу шины PCI, цикл чтения кэша L2 в пакетном режиме 3-1-1-1, обеспечивает работу USB, PIO и управление шиной IDE. Кроме того, он позволяет использовать BEDO (пакетная память EDO) и кэш-память второго уровня емкостью до 2 Мбайт, а также реализует линейный пакетный режим процессора Cyrix 6x86.

Наборы микросхем для компьютеров на базе процессоров Pentium выпускаются также фирмами OPTi (OPTi Viper) и VLSI (VLSI 500 series), хотя при подготовке обзоров ПК широкого назначения мы очень редко встречали компьютеры с этими наборами микросхем.

Параллельная работа PCI

Реализация параллельной работы шины PCI с помощью набора микросхем обрамления памяти (core-logic) позволяет более эффективно выполнять передачи между ЦП, PCI и ISA для повышения скорости и гладкости работы мультимедиа-приложений. Параллельная PCI для улучшени производительности реализует четыре механизма:

Таймер для нескольких транзакций (Multi-transaction timer - MTT). Этот таймер позволяет платам, управляющим шиной PCI, сохранять за собой управление шиной PCI и выполнять передачи коротких пакетов данных без повторной процедуры арбитража шины. Это должно способствовать повышению производительности при обработке видеоданных.
Пассивное освобождение шины (passive release). Допуская чередующиеся обращения к шине от процессора и других устройств управления шиной PCI, ПК может продолжать обработку запросов даже тогда, когда транзакция ISA захватила шину. Пассивное освобождение шины должно позволить звуковым платам использовать меньше системных ресурсов при воспроизведении видеоклипов.
Отложенная транзакция PCI. Когда сообщение от PCI к ISA сохраняется в наборе микросхем, устройства управления шиной могут свободно воспользоваться шиной PCI, а передача сообщения на шину ISA будет завершена позднее. Это позволяет более эффективно использовать шины PCI и ISA и должно привести к более гладкому воспроизведению видеоклипов.
Улучшенная производительность при записи. Производительность при записи у наборов микросхем 430HX и VX выше, чем у их предшественников, благодар использованию буферов большей глубины, слиянию операций записи и более быстрому обновлению DRAM. Благодар большей глубине буферов циклы записи оказывают меньшее воздействие на системную производительность. При слиянии операций записи циклы байта, слова и двойного слова объединяются в единую операцию записи в DRAM.

Системные BIOS

Системная BIOS (базовая система ввода/вывода) представляет собой часть программного кода, как правило хранящегося в микросхеме программируемой постоянной памяти (ППЗУ), которая должна быть установлена во всех ПК. BIOS выполняет самотестирование при включении питания (Power-on self-test, POST), когда вы включаете ПК, и управляет прерываниями от клавиатуры и передачами через порты. Хотя множество поставщиков предлагают свои BIOS, различия между их изделиями невелики.

Тактовая частота процессора, МГц	Частота шины основной и кэш-памяти, МГц	Коэффициент умножения частоты	Частота шины PCI, МГц
Частота работы шины в зависимости от частоты процессора
75	50	1,5	25
90	60	1,5	30
100	66	1,5	33
120	60	2	30
133	66	2	33
150	60	2,5	30
166	66	2,5	33
200	66	3	33

Подыскивайте BIOS с реализацией технологии PnP (вставляй-и-работай) и управление питанием. Если вы собираетесь работать с Windows 95, то наличие возможностей PnP желательно, но не обязательно. Без PnP BIOS ваша система не будет полностью совместима с технологией PnP и такие средства, как управление питанием и автоматическое опознавание новых добавляемых плат, могут не работать. Если ваша компания приобретает компьютеры, соответствующие стандарту энергосбережени Energy Stаr, то средства управления питанием вам совершенно необходимы. Ваша BIOS должна поддерживать режимы ожидания и покоя как системы, так и монитора.

Возможности настройки рабочих параметров, например структуры циклов чтения/записи DRAM, различны у разных BIOS. Обычно поставщик системной платы или системы настраивает эти параметры так, чтобы достичь оптимальной производительности. Поэтому в большинстве случаев лучше воспользоваться этими установленными параметрами и изменять их только при абсолютной уверенности, что более быстрые времена приведут к улучшению производительности вашего ПК, не вызыва проблем.

Шины

На системных платах располагается несколько шин - шина памяти, шина кэш-памяти, шина ISA и шина PCI. Хот современные процессоры класса Pentium работают на тактовых частотах от 75 до 200 МГц, частота работы основной и кэш-памяти ограничена 50, 60 или 66 МГц. Частота работы подсистемы памяти носит название частоты системной платы, а частота процессора формируетс умножением этой частоты на коэффициент, составляющий от 1,5 до 3.

Несоответствие рабочих частот процессора и подсистемы памяти создает узкое место, особенно при высоких скоростях работы ЦП. Для смягчения этой проблемы рабочая частота системной платы должна быть поднята до 75 МГц и выше. Но это нелегкая задача - при частоте 75 МГц значительные трудности вызывают электромагнитные помехи (EMI). Фирма Cyrix сообщила, что вместе с одним из независимых поставщиков работает над созданием 75-МГц системной платы, но эта разработка еще не закончена.

Различие между 60- и 66-МГц шиной может показатьс незначительным, но разность скоростей проявляетс повсюду. Как показано в таблице, частота шины PCI получается делением рабочей частоты системной платы. Таким образом, хотя можно подумать, что 120-МГц ПК должен работать лишь чуть медленнее своего 133-МГц собрата, на практике сочетание более медленных ЦП, подсистемы памяти и шины PCI приводит к тому, что производительность Pentium/120 только немного превышает производительность Pentium/100.

Универсальная последовательная шина USB представляет собой новую шину, предназначенную для создания единого интерфейса, через который подключаются мыши, джойстики, клавиатуры и телекоммуникационные устройства. Активный (с собственным питанием) концентратор USB работает со скоростью 12 Мбит/с (для устройств типа принтеров, нуждающихся в собственных блоках питания), в то врем как вторичный низкоскоростной канал работает со скоростью 1,5 Мбит/с (для мышей и клавиатур).

USB позволяет подключать в виде шлейфа до 127 устройств подобно тому, как это делается сегодня в ПК Macintosh. Но не следует ожидать, что соединители последовательного, параллельного и игрового портов вскоре исчезнут. Буквально миллионы находящихся в эксплуатации мышей, джойстиков, принтеров и модемов подключаются через такие соединители.

Две конструкции. Системная плата ATX, разработанная фирмой Intel, в конечном итоге неизбежно вытеснит используемую в течение долгого времени конструкцию Baby-AT. Более эффективное использование места на плате и более дешевая четырехслойная конструкция платы ATX создают беспроигрышную ситуацию для изготовителей систем. Платы ATX и Baby-AT имеют почти одинаковые размеры, но плата ATX повернута внутри корпуса ПК на 90о, что облегчает доступ к внутренним компонентам компьютера. Недостаток ее состоит в том, что четырехслойная конструкция платы ATX скорее всего не сможет обеспечить работу на частотах выше 66 МГц.

Гнезда для памяти - на платах Baby-AT установке модулей памяти обычно мешает блок питания. Платы ATX обеспечивают свободный доступ к этим гнездам.
Гнездо для установки процессора - на платах Baby-AT это гнездо часто мешает установке плат в гнезда расширения. На платах ATX оно смещено вверх и не препятствует установке таких плат.
Гнезда расширения PCI и ISA - на системных платах Baby-AT расположены с противоположной стороны от процессора, вследствие чего в некоторые из этих гнезд полноразмерные платы не могут устанавливаться. Изменение расположения гнезда процессора на платах ATX позволяет устанавливать платы расширени независимо от их размера во все гнезда.