Частота шины cpu. Шины персонального компьютера

Шина процессора - 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) показано на рисунке.

На этом рисунке четко видна трехуровневая архитектура, в которой на самом верхнем уровне иерархии находится , 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 ч астота 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 Socket 8, 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 я, согласно устоявшейся традиции, продолжаю 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 второгоуровня 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.

Шина процессора на основе hub-архитектуры

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, показана на рисунке ниже. Особенностью этой конструкции является 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.

Ядро процессора определяется следующими характеристиками:

• технологический процесс;
• объем внутреннего кэша L1 и L2;
• напряжение;
• теплоотдача.

Перед покупкой центрального процессора, необходимо удостовериться, что выбранная вами материнская плата сможет с ним работать.

Примечательно, что одна линейка процессоров может содержать в себе ЦП, оснащенные разными ядрами. К примеру, в линейке Intel Core i5 имеются процессоры с ядрами Lynnfield, Clarkdale, Arrandale и Sandy Bridge.

Что такое частота шины данных?

Показатель частоты шины данных также обозначается как Front Side Bus (или сокращенно FSB ) .

Шина данных - это набор сигнальных линий, предназначенных для передачи данных в и из процессора.

Частота шины - это тактовая частота, с которой осуществляется обмен данными между процессором и системной шиной.

Следует отметить, что процессоры применяют технологию Quad Pumping. Она дает возможность осуществлять передачу 4 блоков данных за один такт. Эффективная частота шины, при этом, возрастает вчетверо. Следует помнить, что для выше-обозначенных процессоров, в графе "частота шины" указывается увеличенный в 4 раза показатель.

Процессоры компании AMD Athlon 64 и Opteron применяют технологию HyperTransport, которая дает возможность процессору и ОЗУ осуществлять эффективное взаимодействие. Данная система существенно повышает общую производительность.

Что такое тактовая частота процессора?

Тактовая частота процессора - это число операций процессора в секунду. Под операциями, в данном случае, подразумеваются такты. Показатель тактовой частоты пропорционален частоте шины (FSB).

Обычно, чем выше тактовая частота, тем выше производительность. Однако, это правило работает только для моделей процессоров, принадлежащих одной линейке. Почему? В них, на производительность процессора, помимо частоты, оказывают влияние также такие параметры, как:

• размер кэша второго уровня (L2);
• присутствие и частота кэша третьего уровня (L3);
• присутствие специальных инструкций и прочее...

Диапазон тактовой частоты процессора: от 900 до 4200 МГц.

Что такое техпроцесс?

Техпроцесс - это масштаб технологии, определяющей габариты полупроводниковых элементов, составляющих базу внутренних цепей процессора. Цепи образуют соединенные между собой транзисторы.

Пропорциональное сокращение габаритов транзисторов, по мере развития современных технологий, приводит к улучшению характеристик процессоров. К примеру, ядро Willamette, выполненное согласно техпроцессу 0.18 мкм, обладает 42 млн. транзисторов; ядро Prescott с техпроцессом 0.09 мкм, имеет уже 125 млн. транзисторов.

Что такое величина тепловыделения процессора?

Тепловыделение - это показатель отведенной системой охлаждения мощности для обеспечения нормального функционирования процессора. Чем выше значение данного параметра, тем сильнее греется процессор в ходе своей работы.

Данный показатель крайне важно учитывать в случае завышения частоты центрального процессора. Процессор, обладающий низким тепловыделением, охлаждается быстрее, и, соответственно, разогнать его можно сильнее.

Следует также учитывать, что производители процессоров измеряют показатель тепловыделения по-разному. Поэтому сравнение по этой характеристике уместно только в рамках одной компании-производителя.

Диапазон тепловыделения процессора: от 10 до 165 Вт.

Поддержка технологии Virtualization Technology

Virtualization Technology - технология, позволяющая единовременную работу нескольких операционных систем на одном ПК.

Так, благодаря технологии виртуализации, одна компьютерная система может функционировать в виде нескольких виртуальных.

Поддержка технологии SSE4

SSE4 - технология, включающая в себя пакет, состоящий из 54 новых команд, направленных на улучшение показателей производительности процессора в ходе выполнения им различных ресурсоемких задач.

Поддержка технологии SSE3

SSE3 - технология, включающая в себя пакет, состоящий из 13 новых команд. Их введение в новую генерацию направлено на улучшение показателей производительности процессора в части операций потоковой обработки данных.

Поддержка технологии SSE2

SSE2 - технология, включающая в себя пакет команд, дополняющий технологии своих "предшественников": SSE и MMX . Является разработкой корпорации Intel. Включенные в набор команды позволяют добиться существенного прироста производительности в приложениях, оптимизированных под SSE2. Данную технологию поддерживают практически все современные модели процессоров.

Поддержка технологии NX Bit

NX Bit - технология, способная предотвращать внедрение и исполнение вредоносного кода некоторых вирусов.

Поддерживается операционной системой Windows XP SP2, а также всеми 64-битными ОС.

Поддержка технологии HT (Hyper-Threading)

Hyper-Threading - технология, дающая возможность процессору обрабатывать два потока команд параллельно, что существенно повышает эффективность выполнения определенных ресурсоемких приложений, связанных с многозадачностью (редактирование аудио и видео, 3D-моделирование и прочее). Впрочем, в некоторых приложениях применение данной технологии может произвести обратный эффект. Так, технология Hyper-Threading имеет опциональный характер, и в случае необходимости, пользователь может в любое время отключить ее. Автором разработки является компания Intel.

Поддержка технологии AMD64/EM64T

Процессоры, построенные на 64-битной архитектуре, могут работать как с 32-битными приложениями, так и с 64-битными, причем, с абсолютно одинаковой эффективностью.

Примеры линеек x-64 процессоров: AMD Athlon 64, AMD Opteron, Core 2 Duo, Intel Xeon 64 и другие.

Минимальный объем оперативной памяти для процессоров, поддерживающих 64-битную адресацию, составляет 4 Гб . Такие параметры недоступны для традиционных 32-битных процессоров. Чтобы активировать работу 64-битных процессоров, необходимо, чтобы операционная система была под них адаптирована, то есть, тоже имела x64-архитектуру.

Названия реализации 64-битных расширений в процессорах:

• Intel - EM64T .

Поддержка технологии 3DNow!

3DNow! - технология, вмещающая в себя пакет, состоящий из 21 дополнительной команды для обработки мультимедиа. Главной целью данной технологии является улучшение процесса обработки мультимедийных приложений.

Технология 3DNow! реализована исключительно в процессорах компании AMD.

Что такое объем кэша L3?

Под объемом кэша L3 подразумевается кэш-память третьего уровня.

Оснащаясь быстродействующей системной шиной, кэш-память L3 образует высокоскоростной канал для обмена данными с системной памятью.

Обычно, кэш-памятью L3 комплектуются лишь топовые процессоры и серверные системы. К примеру, такие линейки процессоров, как AMD Opteron, AMD Phenom, AMD Phenom II, Intel Core i3, Intel Core i5, Intel Core i7, Intel Xeon.

Диапазон объема кэша L3: от 0 до 30720 Кб.

Что такое объем кэша L2?

Под объемом кэша L2 подразумевается кэш-память второго уровня.

Кэш-память второго уровня представляет собой блок высокоскоростной памяти, выполняющий аналогичные кэшу L1 функции. Данный блок обладает более низкой скоростью, а также отличается бóльшим объемом.

Если пользователю необходим процессор для выполнения ресурсоемких задач, то следует выбирать модель с большим объемом кэша L2.

В моделях процессоров, обладающих несколькими ядрами, указывается общий объем кэш-памяти второго уровня.

Диапазон объема кэша L2: от 128 до 16384 Кб.

Что такое объем кэша L1?

Под объемом кэша L1 подразумевается кэш-память первого уровня.

Кэш-память первого уровня представляет собой блок высокоскоростной памяти, находящийся непосредственно на ядре процессора. В этот блок производится копирование извлеченных из оперативной памяти данных. Обработка данных из кэша осуществляется в разы быстрее, чем обработка данных из оперативной памяти.

Кэш память дает возможность повысить производительность процессора за счет более высокой скорости обработки данных. Кэш-память первого уровня исчисляется килобайтами, она довольно небольшая. Как правило, "старшие" модели процессоров оснащены кэш-памятью L1 большего объема.

В моделях процессоров, обладающих несколькими ядрами, объем кэш-памяти первого уровня указывается всегда для одного ядра.

Диапазон объемов кэша L1: от 8 до 128 Кб.

Номинальное напряжение питания ядра процессора

Данный параметр обозначает напряжение, необходимое процессору для его работы. Им характеризуется энергопотребление процессора. Этот параметр особенно важно учитывать при выборе процессора для мобильной и нестационарной системы.

Единица измерения - Вольты.

Диапазон напряжения ядра: от 0.45 до 1.75 В.

Максимальная рабочая температура

Это показатель максимально допустимой температуры поверхности процессора, при которой возможна его работа. Температура поверхности зависит от загруженности процессора, а также от качества теплоотвода.

• При нормальном охлаждении, температура процессора находится в диапазоне 25-40°C (холостой режим);
• При большой загруженности температура может достигать 60-70 °C.

Процессоры с высокой рабочей температурой требуют установки мощных систем охлаждения.

Диапазон максимальной рабочей температуры процессора: от 54.8 до 105.0 °C.

Что такое линейка процессора?

Каждый процессор относится к определенному модельному ряду или линейке. В рамках одной линейки, процессоры могут серьезно отличаться друг от друга по целому ряду характеристик. Каждый производитель имеет линейку недорогих процессоров. Скажем, у Intel это Celeron и Core Solo; у AMD - Sempron .

Процессоры бюджетных линеек, в отличие от более дорогих "собратьев", не имеют некоторых функций, а их параметры - обладают меньшими значениями. Так, в недорогих процессорах может быть существенно уменьшенная кэш-память, более того, она может и вовсе отсутствовать.

Бюджетные линейки процессоров подходят для офисных компьютеров, не предполагающих работы с большими нагрузками и масштабными задачами. Более ресурсоемкие задачи (обработка видео /аудио) требуют установки "старших" линеек. К примеру, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core i3, Core i5, Core i7, Phenom X3, Phenom X4, Phenom II X4, Phenom II X6 и т.д.

Серверные материнские платы, обычно, используют специализированные линейки процессоров: Opteron , Xeon и им подобные.

Что такое коэффициент умножения процессора?

На основании коэффициента умножения процессора осуществляется подсчет итоговой тактовой частоты его работы.

Тактовая частота процессора = частота шины (FSB) * коэффициент умножения.

К примеру, частота шины (FSB) составляет 533 Mhz, а коэффициент умножения - 4.5. Так, 533*4.5= 2398,5 Mгц. Получаем тактовую частоту работы процессора.

В большинстве современных процессоров этот параметр заблокирован на уровне ядра, он не подлежит изменению.

Следует также отметить, что процессоры типа Intel Pentium 4, Pentium M, Pentium D, Pentium EE, Xeon, Core и Core 2 применяют технологию Quad Pumping (передача 4-х блоков данных за один такт). В данном случае, эффективная частота шины возрастает, соответственно, в 4 раза. В поле "Частота шины", в случае с выше-приведенными процессорами, указывается увеличенная в четыре раза частота шины. Чтобы получить показатель физической частоты шины, необходимо эффективную частоту разделить на 4.

Диапазон коэффициента умножения: от 6.0 до 37.0.

Число ядер в процессоре

Современные технологии производства процессоров позволяют размещать несколько ядер в одном корпусе. Чем больше ядер имеет процессор, тем выше его производительность. К примеру, в серии Core 2 Duo применяются 2-ядерные процессоры, а в линейке Core 2 Quad - 4-ядерные.

Диапазон количества ядер в процессоре: от 1 до 16.

Что такое Socket (сокет)?

Каждая материнская плата оснащена разъемом определенного типа, предназначенным для установки процессора. Этот разъем и называется сокетом. Обычно, тип сокета определяется числом ножек, а также компанией-производителем процессора. Различные сокеты соответствуют различным типам процессоров.

В настоящее время, производители процессоров применяют следующие типы сокетов:

Intel

• LGA1155;
• LGA2011.

AMD

• AM3+;
• FM1.

Температура процессора постепенно растет со временем.Какие меры наиболее эффективны для снижения температуры процессора?

В зависимости от условий эксплуатации техники, часто возникает ситуация что радиаторы и забиваются пылью, грязью, термоинтерфейс изменяет свои свойства теплопроводности, крепления радиатора слабеют, иногда не равномерно.

В этом случае, необходимо, при подозрении на перегрев, снять систему охлаждения, отчистить радиаторы, поправить крепления, заменить термопасту.Также снизить температуру в корпусе, сменить вентилятор процессорного кулера на более мощный или, если конструкция позволяет, сменить кулер, добавить корпусный кулер на вдув и\или на выдув.

Как определить, что термозащита в действии?

Существует два способа. Первый - программный. Запускаем TAT (Intel Thermal Analysis Tool) для процессоров семейства Core, RMClock для всех остальных и следите за сообщениями в TAT и за графиком во второй. Как только сработает термозащита, TAT выдаст предупреждение, а в мониторинге RMClock появится график CPU Throttle.

Второй способ - опосредованный. Основан на том, что включение термозащиты, особенно
троттлинга, обязательно сопровождается сильным падением производительности процессора.

Температура первого ядра в Х-ядерном процессоре выше на несколько °C, по сравнению со вторым. Чем это объяснить?

Это нормально. Ядро, использующееся в первую очередь, загружено типично больше, поэтому
и нагревается соответственно больше.

Основной обязанностью системной шины является переда­ча информации между базовым микропроцессором и осталь­ными электронными компонентами компьютера. По этой шине осуществляется также адресация устройств и происхо­дит обмен специальными служебными сигналами. Таким об­разом, упрощенно системную шину можно представить как совокупность сигнальных линий, объединенных по их назна­чению (данные, адреса, управление). Передачей информации по шине управляет одно из подключенных к ней устройств или специально выделенный для этого узел, называемый ар­битром шины.

Системная шина IBM PC и IBM PC/XT была предназначена. Для одновременной передачи только 8 бит информации, так как используемый в компьютерах микропроцессор 18088 имел 8 линий данных. Кроме того, системная шина включала 20 адресных линий, которые ограничивали адресное пространство пределом в 1 Мбайт. Для работы с внешними устройствами в этой шине были предусмотрены также 4 линии аппаратных прерываний (IRQ) и 4 линии для требования внешними устройствами прямого доступа в память (DMA, Direct Memory Access). Для подключения плат расширения использовались специальные 62-контактные Разъемы. Заметим, что системная шина и микропроцессор синхронизиоовались от одного тактового генератора с частотой 4,77 МГц. Таким образом, теоретически скорость передачи дан­ных могла достигать более 4,5 Мбайта/с.

1. Шина isa

В компьютерах PC/AT, использующих микропроцессор i80286, впервые стала применяться новая системная шина ISA (Industry Standard Architecture), полностью реализующая возможности упо­мянутого микропроцессора. Она отличалась наличием дополни­тельного 36-контактного разъема для соответствующих плат рас­ширения. За счет этого количество адресных линий было увели­чено на четыре, а данных - на восемь. Теперь можно было пере­давать параллельно уже 16 разрядов данных, а благодаря 24 ад­ресным линиям напрямую обращаться к 16 Мбайтам системной памяти. Количество линий аппаратных прерываний в этой шине было увеличено с 7 до 15, а каналов DMA - с 4 до 7. Надо отме­тить, что новая системная шина ISA полностью включала в себя возможности старой 8-разрядной шины, то есть все устройства, используемые в PC/XT, могли без проблем применяться и в PC/AT 286. Системные платы с шиной ISA уже допускали воз­можность синхронизации работы самой шины и микропроцессо­ра разными тактовыми частотами, что позволяло устройствам, выполненным на платах расширения, работать медленнее, чем базовый микропроцессор. Это стало особенно актуальным, когда тактовая частота процессоров превысила 10-12 МГц. Теперь сис­темная шина ISA стала работать асинхронно с процессором на частоте 8 МГц. Таким образом, максимальная скорость передачи теоретически может достигать 16 Мбайт/с.

3.1.2. Шина eisa

С появлением новых микропроцессоров, таких, как i80386 и i486, стало очевидно, что одним из вполне преодолимых препят­ствий на пути повышения производительности компьютеров с этими микропроцессорами является системная шина ISA. Дело в том, что возможности этой шины для построения высокопроиз­водительных систем следующего поколения были практически исчерпаны. Новая системная шина должна была обеспечить наи­больший возможный объем адресуемой памяти, 32-разрядную передачу данных, в том числе и в режиме DMA, улучшенную систему прерываний и арбитраж DMA, автоматическую конфи­гурацию системы и плат расширения. Такой шиной для IBM PC- совместимых компьютеров стала EISA (Extended Industry Standard Architecture). Заметим, что системные платы с шиной EISA первоначально были ориентированы на вполне конкретную область применения новой архитектуры, а именно на компьютеры, осна­щенные высокоскоростными подсистемами внешней памяти на жестких магнитных дисках с буферной кэш-памятью. Такие ком­пьютеры до сих пор используются в основном в качестве мощ­ных файл-серверов или рабочих станций.

В EISA-разъем на системной плате компьютера помимо, разу­меется, специальных EISA-плат может вставляться либо 8-, либо 16-разрядная плата расширения, предназначенная для обыкновенной PC/AT с шиной ISA. Это обеспечивается простым, но поистине гениальным конструктивным решением. EISA-разъе­мы имеют два ряда контактов, один из которых (верхний) ис­пользует сигналы шины ISA, а второй (нижний) - соответствен­но EISA. Контакты в соединителях EISA расположены так, что рядом с каждым сигнальным контактом находится контакт "Зем­ля". Благодаря этому сводится к минимуму вероятность генера­ции электромагнитных помех, а также уменьшается восприим­чивость к таким помехам.

Шина EISA позволяет адресовать 4-Гбайтное адресное про­странство, доступное микропроцессорам 180386/486. Однако дос­туп к этому пространству могут иметь не только центральный процессор, но и платы управляющих устройств типа bus master - главного абонента (то есть устройства, способные управлять пе­редачей данных по шине), а также устройства, имеющие возможность организовать режим DMA. Стандарт EISA поддерживает многопроцессорную архитектуру для "интеллектуальных" устройств (плат), оснащенных собственными микропроцессорами. Поэтому данные, например, от контроллеров жестких дисков, графических контроллеров и контроллеров сети могут обрабаты­ваться независимо, не загружая при этом основной процессор. Теоретически максимальная скорость передачи по шине

EISA в так называемом пакетном режиме (burst mode) может достигать 33 Мбайт/с. В обычном (стандартном) режиме она не превосхо­дит, разумеется, известных значений для ISA.

На шине EISA предусматривается метод централизованного Управления, организованный через специальное устройство - системный арбитр. Таким образом поддерживается использова­ло ведущих устройств на шине, однако возможно также предоставление шины запрашивающим устройствам по циклическому принципу.

Как и для шины ISA, в системе EISA имеется 7 каналов DMA. выполнение DMA-функций полностью совместимо с аналогичными операциями на ISA-шине, хотя они могут происходить и несколько быстрее. Контроллеры DMA имеют возможность под­держивать 8-, 16- и 32-разрядные режимы передачи данных. В общем случае возможно выполнение одного из четырех циклов обмена между устройством DMA и памятью системы. Это ISA-совместимые циклы, использующие для передачи данных 8 так­тов шины; циклы типа А, исполняемые за б тактов шины; циклы типа В, выполняемые за 4 такта шины, и циклы типа С (или burst DMA), в которых передача данных происходит за один такт шины. Типы циклов А, В и С поддерживаются 8-, 16- и 32-разрядными устройствами, причем возможно автоматическое изменение раз­мера (ширины) данных при передаче в не соответствующую раз­меру память. Большинство ISA-совместимых устройств, исполь­зующих DMA, могут работать почти в 2 раза быстрее, если они будут запрограммированы на применение циклов А или В, а не стандартных (и сравнительно медленных) ISA-циклов. Такая про­изводительность достигается только путем улучшения арбитража шины, а не в ущерб совместимости с ISA. Приоритеты DMA в системе могут быть либо "вращающимися" (переменными), либо жестко установленными. Линии прерывания шины ISA, по которым запросы прерывания передаются в виде перепадов уровней напряжения (фронтов сигналов), сильно подвержены импульсным помехам. Поэтому в дополнение к привычным сигналам прерываний на шине ISA, активным только по своему фронту, в системе EISA предусмот­рены также сигналы прерываний, активные по уровню. Причем для каждого прерывания выбор той или иной схемы активности может быть запрограммирован заранее. Собственно прерывания, активные по фронту, сохранены в EISA только для совместимо­сти со "старыми" адаптерами ISA, обслуживание запросов на пре­рывание которых производит схема, чувствительная к фронту сиг­нала. Понятно, что прерывания, активные по уровню, менее под­вержены шумам и помехам, нежели обычные. К тому же (теоре­тически) по одной и той же физической линии можно передавать бесконечно большое число уровней прерывания. Таким образом, одна линия прерывания может использоваться для нескольких запросов.

Для компьютеров с шиной EISA предусмотрено автоматическое конфигурирование системы. Каждый изготовитель плат расширения для компьютеров с шиной EISA поставляет вместе этими платами и специальные файлы конфигурации. Информация из этих файлов используется на этапе подготовки системы

работе, которая заключается в разделении ресурсов компьютера между отдельными платами. Для "старых" плат адаптеров пользователь должен сам подобрать правильное положение DIP-перекдючателей (рис. 25) и перемычек, однако сервисная программа на EISA-компьютерах позволяет отображать установленные положе­ния соответствующих переключателей на экране монитора и дает некоторые рекомендации по правильной их установке. Помимо этого в архитектуре EISA предусматривается выделение опреде­ленных групп адресов ввода-вывода для конкретных слотов шины - каждому разъему расширения отводится адресный диа­пазон 4 Кбайта, что также позволяет избежать конфликтов между отдельными платами EISA.

Заметим, что компьютеры, использующие системные платы с шиной EISA, достаточно дорогие. К тому же шина по-прежнему тактируется частотой около 8-10 МГц, а скорость передачи уве­личивается в основном благодаря увеличению разрядности шины данных.

Системная шина предназначена для реализации связи процессора с внешними устройствами в компьютере при помощи специальных устройств управления - адаптеров или контроллеров. Все последние присоединены к системной шине при помощи типовых разъемов. Шины принято делить на три категории по функциональному назначению: адресные, информационные и управляющие, которые различаются разрядностью, то есть численностью данных, проходящих через них. Тип используемого устройства во многом определяется скоростью работы компьютера.

Системная шина может работать в следующих основных стандартах: MCA, ISA, VESA, EISA, PCI. Долгое время шина ISA считалась определенным стандартом в области персональных компьютеров. Ее разработали на базе восьмиразрядной системной шины XT и IBM PC. В ней было предусмотрено восемь линий прерываний для сопряжения с внешними устройствами, а также четыре линии для доступа к памяти напрямую.

Работа системной шины и микропроцессора осуществлялась на частоте 4,77 МГц. А скорость могла составлять примерно 4,5 Мбайт за секунду. В следующем поколении компьютеров уже использовалась шестнадцатиразрядная шина, которая благодаря 24-адресным линиям разрешала осуществлять прямое обращение к оперативной памяти, в то время ее объем составлял 16 Мбайт.

В этой шине уже было использовано шестнадцать аппаратных прерываний вместо восьми, а численность каналов для прямого доступа к информации составляла уже восемь, а не четыре. Теперь шина работает асинхронно с микропроцессором на частоте 6 МГц, а это стало причиной увеличения скорости передачи до 16 Мбайт за секунду. Теперь она уже предоставляла возможность для работы с низкоскоростными устройствами, но не могли обеспечить эффективного функционирования современных устройств. Это повлияло новых видов системных шин.

В 1987 году была разработана системная шина МСА, которая стала первой с высокой производительностью. Она отличалась тем, что ее скорость работы была 10 МГц, а сама шина уже стала 32-разрядной, что увеличило скорость передачи до 20 Мбайт в секунду. Однако из-за несовместимости шин между собой отсутствовала возможность использования контроллеров, предназначенных для шины ISA, из-за чего архитектура не нашла обширного применения.

Системная шина EISA была разработана в 1989 году, она стала расширенной версией ISA. Ее разъемы позволяли вставить не только собственные контроллеры, а и таковые для ISA. Она работала с частотой 8-10 МГц, при этом ее разрядность составляет 32, что позволяет направлять до 4 Гбайт, достигая скорости обмена информацией 33 Мбайт в секунду. Недостатком этой шины является малая скорость обмена информацией при обработке графики, изображений, а также относительно высокая цена контроллеров.

Была разработана для нового процессора Pentium, но может быть использована и на прочих платформах. Она позволяет подключить к себе до десяти различных устройств. В этой шине используется 32 или 64 разряда, а скорость передачи составляла 132 и 264 Мбайт в секунду.

Сейчас системные платы соединяются с прочими устройствами посредством шины AGP, позволяющей графической карте пользоваться оперативной памятью персонального компьютера. Она оказалась способной справиться с современной графикой, которая должна перемещаться по монитору с высокой скоростью, с чем сложно справиться PCI. При использовании PCI оказывалось нецелесообразно наращивать память на видеоадаптере из-за ограниченности скорости работы и пропускной способности шины. Частота системной шины AGP позволяет осуществлять обмен информацией между видеопамятью и оперативной памятью напрямую, чего нельзя добиться при использовании других стандартов этих устройств.

Тема: Устройства ПК.

Учебныевопросы :

1. Устройства, составляющие архитектуру ПК.

2. Внутренние устройства ПК.

3. Внешние устройства ПК.

Современные ЭВМ весьма разнообразны как по своему устройству, так и по исполняемым функциям.

Если рассматривать ЭВМ по их функциональности, можно условно классифицировать их:

1. «Бытовые» ЭВМ (ПК);

2. «Учебные» ЭВМ (упрощенной архитектуры);

3. «Профессиональные» ЭВМ (рабочие станции на производстве, в офисе и др.);

4. ЭВМ-серверы (управление рабочими станциями, объединенными в сети, хранение больших массивов информации и т.д.) и др.

В зависимости от выполняемых функций и, благодаря открытой архитектуре устройство ЭВМ весьма разнообразно. В результате научно-технического развития архитектура ЭВМ постоянно усовершенствуется (эволюционирует).

Открытая архитектура современных ПК:

Интерфейсная система

Архитектура ЭВМ – это наиболее общие принципы построения, реализующие программное управление взаимодействием её основных узлов. Архитектура ЭВМ – это, прежде всего блоки и устройства, а также структура связей между ними.

Блоки и устройства, составляющие архитектуру ПК, кроме того разделяют на две группы:

· внутренние устройства;

· внешние (периферийные) устройства.

Внутренние устройства, вероятно, получили такое обобщающее название, так как объединены в одном корпусе , называемом системным блокомПК .

Внешний вид и размеры корпусов системных блоков разнообразны. Однако обязательным для всех корпусов элементом являются разъёмы для подключения внешних устройств и интерфейс управления .

При огромном разнообразии вариантов, составляемых из устройств, систем, помещенных в корпус системного блока, обязательно наличие минимальной их комплектации .

К «обязательным» относятся:

· Блок питания . В среднем мощность их составляет 100 – 400 Вт. Чем больше устройств в системе, тем большую мощность должен иметь блок питания. (Средняя мощность 200 – 300 Вт).

· Системная (материнская) плата . Это многофункциональное устройство является центральным для ЭВМ с открытой архитектурой. По физическому строению она представляет собой очень сложно организованную многослойную печатную плату.

С точки зрения функциональности системная плата выполняет комплекс функций по интеграции устройств и обеспечению их взаимодействия.

По мере того, как элементы конфигурации архитектуры ЭВМ стандартизируется, реализуется тенденция включения их в состав материнской платы.

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM в августе 1981 года (PC-1). С самого начала материнская плата задумывалась как компонент, обеспечивающий механическое соединение и электрическую связь между всеми прочими аппаратными средствами. Кроме этих функций, она также осуществляет подачу электроэнергии (питание) на компоненты компьютера.

Архитектура современной системной платы (обобщенная) .

Современная МП содержит большое количество контроллеров (специализированных микропроцессоров) обеспечивающих взаимодействие всех устройств. Они реализованы в двух наборах микросхем, исторически получивших название «северный мост» и «южный мост» или чипсетов .

· Контроллер-концентратор памяти, или «северный мост» (англ. North Bridge) обеспечивает работу процессора, оперативной памяти и видеоподсистемы;

· Контроллер-концентратор ввода-вывода, или «Южный мост» (англ. South Bridge) обеспечивает работу с внешними устройствами.

Пропускная способность шины.

Быстродействие процессора, оперативной памяти и периферийных устройств существенно различаются.

Быстродействие устройства зависит от:

· тактовой частоты обработки данных (обычно измеряется в мегагерцах – МГц);

· и разрядности, т.е. количества битов данных, обрабатываемых за один такт (промежуток времени между подачей электрических импульсов, синхронизирующих работу устройств ПК).

Соответственно скорость передачи данных – пропускная способность соединяющих эти устройства шин также должна различаться. Пропускная способность шины равна разрядности шины (биты) умноженной на частоту шины (Гц – герцы. 1Гц = 1 такт в секунду ).

Системная шина (FSB от англ. Front Side Bus) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и микропроцессором. В современных ПК системная шина имеет разрядность 64 бита и частоту 400 МГц – 1600 МГц.

Пропускная способность может достигать 12,5 Гбайт/с.

Шина памяти осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и оперативной памятью ПК. Имеет те же показатели, что и системная шина.

Шина PCI Express (Peripherial Component Interconnect Bus Express – ускоренная шина взаимодействия периферийных устройств) осуществляет передачу данных между «Северным мостом» и видеоплатой (видеокартой). Пропускная способность этой шины может достигать 32 Гбайт/с.

Шина SATA (англ. Serial Advanced Technology Attachment – последовательная шина подключения накопителей) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и устройством внешней памяти (жесткие диски, CD и DVD дисководы, дискеты). Пропускная способность может достигать 300 Мбайт/с.

Шина USB (англ. Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) осуществляет передачу данных между «Южным мостом» и разнообразными внешними устройствами (сканерами, цифровыми камерами и др.). Пропускная способность до 60 Мбайт/с. Обеспечивает подключение к ПК одновременно до 127 периферийных устройств.

Другие важные функции системной платы – обеспечение механического соединения и электрической связи между всеми прочими аппаратными средствами, а также подачи на них питания.

Существует большое разнообразие конструктивных решений системных плат.

Одной из характеристик системной платы является форм-фактор (AT/ATX). Она определяет размеры системной платы и расположений на ней компонентов аппаратных средств.

Упрощенная схема размещения компонентов СП.

Центральным блоком ПК считается расположенный в специальном разъёме системной платы электронный блок получивший название процессор или микропроцессор .

Первоначально микропроцессор объединил на одном кристалле кремния СБИС арифметико-логического устройства (АЛУ ) и устройства управления (УУ ).

Выполняемые микропроцессором команды предусматривают обычно арифметические действия, логические операции, передачу управления и перемещение данных между регистрами, оперативной памятью и портами ввода-вывода. С внешними устройствами микропроцессор сообщается благодаря своим шинам адреса, данных и управления, выведенным на специальные контакты корпуса микросхемы.

Устройство управления вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по шинам инструкций во все блоки ЭВМ.

Упрощенная схема УУ

Регистр команд – запоминающий регистр, в котором хранится код команды: код выполняемой операции и адреса операндов, участвующих в операции.

Постоянное запоминающее устройство микропрограмм – хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК операций обработки информации. Дешифратор операций, считывая код операции из регистратора команд, выбирает в ПЗУ микропрограмм необходимую последовательность управляющих сигналов ­– код команды.

Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес ячейки памяти (регистра) по реквизитам, поступающим из регистра команд.

Кодовые шины данных, адреса и инструкций – части внутренней шины микропроцессора, осуществляющие передачу сигналов между процессором и другими устройствами ПК.

В общем случае УУ формирует управляющие сигналы для выполнения следующих основных процедур:

· выборки из регистра - счетчика адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда программы;

· выборки из ячеек ОЗУ, когда очередной команды и приёма считанной команды в регистр команд;

· расшифровки кода операции и признаков выбранной команды;

· считывания из соответствующих расшифрованному коду операций ячеек ПЗУ микропрограмм управляющих сигналов (импульсов), определяющих во всех блоках ЭВМ процедуры выполнения заданной операции, и пересылки управляющих сигналов в эти блоки;

· считывания из регистра команд и регистром МПП (микропроцессорной памяти) отдельных составляющих адресов операндов;

· выборки операндов и выполнения заданной операции их обработки;

· записи результатов в памяти;

· формирование адреса следующей команды программы.

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций преобразования информации.