Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Системні плати сучасних комп’ютерів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Інші
Група:
ПМ-21
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Кафедра ЕОМ
Лабораторна робота № 3
Тема: Системні плати сучасних комп’ютерів
Львів – 2008
Лабораторна робота № 3
Тема: Системні плати сучасних комп’ютерів
Вступ
Не дуже давно, до початку 70-х років обчислювальні машини були доступні досить обмеженому колу фахівців.Однак,у 1971 р. відбулася подія, що з фантастичною швидкістю перетворила комп'ютер у повсякденний робочий інструмент мільйонів людей. У цьому знаменному році ще майже нікому не відома фірма Intel з невеликого американського містечка Санта-Клара (шт. Каліфорнія), випустила перший мікропроцесор. Саме йому ми зобов'язані появою нового класу обчислювальних систем - персональних комп'ютерів. Напевно, ніколи раніше людина не мала у своїх руках інструмента, що володіє настільки колосальною міццю при настільки мікроскопічних розмірах.
Майже всі сучасні системні плати використовують шину PCI і підтримують специфікацію PCI-2.0. Архітектура системних плат із шиною PCI за досить короткий проміжок часу перетерпіла істотні зміни, спрямовані на підвищення продуктивності, — від РСI Bridge до РСI Host Concurrent Bus, що допускає конкурентні цикли процесор - пам'ять і PCI - пам'ять.
CHIPSET
Поява chipset Triton фірми Intel установило новий стандарт на продуктивні системи на основі процесорів типу Pentium (90, 100, 120 MHz і т.д.).
Triton (82430FX PCIset) підтримує:
-специфікацію РС1 РС12.0 (Triton VX— РС1 2.1); зовнішні тактові частоти 50/60/ 66 MHz;
-обмін по шині РС1 на частотах 25/30/33 MHz;
-256 або 512 KB кеш-пам'яті другого рівня — pipeline burst SRAM, асинхронну SRAM;
-від 4 до 128 MB EDO DRAM або FPM DRAM;
містить убудований Bus Master IDE контролер на 4 пристрої (режими PIO mode 4 і MultiWord DMA mode 2).
Природно, що всі нові моделі chipset по своїх можливостях знаходяться приблизно на рівні Triton і, крім того, підтримують і Pentium, і процесори ДО5 і М1 фірм AMD і Cyrix.
КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ Й ВБУДОВАНІ ПРИСТРОЇ
В усіх нових моделях системних плат для Pentium передбачена підтримка процесорів не тільки на 90/100 MHz, але і 120, 133, 150 MHz, а в деяких —155, 167, 180 і 200 MHz. Різні значення напруги харчування, що вимагаються для різних моделей процесорів, забезпечуються регуляторами напруги, як убудованими, так і у виді зовнішніх модулів Voltage Regulator Module — VRM (для них передбачені спеціальні рознімання). Практично обов'язковими стали убудовані контролери Enhanced IDE на 4 пристрої з підтримкою режимів PIO mode 3, 4 і DMA Mode 2 (Bus Master IDE). На майже в усі системні плати, як для Pentium, так і для сімейства 486, убудовують також контролери флоппи-дисков і Enhanced Ports. Послідовні порти, завдяки застосуванню універсального асинхронного приемопередатчика UART 16550 з FIFO регістром, дозволяють здійснювати безпомилковий високошвидкісний обмін даними. У деяких випадках передбачена також підтримка послідовного інфрачервоного порту Infrared (IrDA). Відповідний модуль підключається через 5-штырьковый рознімання. IrDA забезпечує обмін даними на відстані до одного метра зі швидкістю 115 kbps. Інфрачервоними портами забезпечуються в даний час багато переносних пристроїв (notebook, laptop), а також принтери.
Системні плати типу AII-In-One, у яких крім убудованих контролерів і портів мається також і графічний адаптер і, найчастіше, звукова плата, випускаються у великих кількостях, особливо фірмою Intel. Застосування плат All-In-One обмежувалося завжди необхідністю використання спеціального корпуса типу slim, ultra slim, super slim і, крім того, невеликим числом слотов розширення і недостатніх можливостей для подальшої модернізації. Проте, тенденція інтегрувати, якнайбільше пристроїв у системну плату простежується цілком чітко (і не обов'язково тільки в платах типу AII-In-One). Так, наприклад, убудовані SCSI-адаптери застосовуються вже досить давно.
СИСТЕМНІ ПЛАТИ PENTIUM
Фірма ASUSTe випускає широкий набір системних плат під Pentium, як в однопроцесорної, так і в двухпроцессорной конфігурації. Використовуються chipset фірми Intel (Triton, Neptune), а також фірми Si. В усіх платах застосовані версії BIOS фірми AWARD і SCSI BIOS фірми NCR, реалізовані на основі Flash EPROM ємністю 1 M bit.
Системні плати 486
Фірма ASUSTe поставляє класичні, дуже ретельно сконструйовані моделі плат для процесорів сімейства. 486. Використовується chipset фірм Intel і Si. Усі плати підтримують широку номенклатуру процесорів виробництва Intel (включаючи Pentium OverDrive Р24Т), AMD, Cyrix, UMC. Хоча локальна шина VLB, розроблена у свій час спеціально під процесори сімейства 486, зараз активно витісняється шиною РС1, на ринку усе ще мається велика кількість якісних графічних і інших адаптерів, виконаних у цьому конструктивне. Тому рознімання під шину VLB збережений навіть у системних платах, що використовують РС1.
Продуктивність
Системна плата повинна забезпечувати досягнення максимально високої продуктивності як процесора й оперативної пам'яті, так і інших частин комп'ютера — графічних адаптерів, твердих дисків і інших. Тому тестування системної плати на продуктивність, що припускає оцінку швидкодії практично всіх компонентів, подає корисну інформацію не тільки про неї самої, але і про ці компоненти. У даному випадку це не більш ніж орієнтир, особливо корисний при настроюванні системи.
Аналіз результатів тестування показує, що хоча застосування нових типів пам'яті і дає деякий виграш у продуктивності, він невеликий. З деяких джерел і публікацій можна зробити і ще один важливий висновок. Він полягає в тім, що головний засіб підвищення продуктивності всіх підсистем комп'ютера, включаючи графічну і, з деякими застереженнями, тверді диски, — це використання більш могутнього процесора.
Оперативна пам'ять
Практично всі комп'ютери використовують три види пам'яті: оперативну, постійну,зовнішню.
Оперативна пам'ять призначена для збереження змінної інформації.Отож, цей вид пам'яті забезпечує режими запису, зчитування і збереження інформації. Оскільки в будь-який момент часу доступ може здійснюватися до довільно обраного осередку, то цей вид пам'яті називають також пам'яттю з довільною вибіркою — RAM . Для побудови запам'ятовуючих пристроїв типу RAM використовують мікросхеми статичної і динамічної пам'яті.
Постійна пам'ять звичайно містить таку інформацію, що не повинна змінюватися в ході виконання мікропроцесорами програми. Постійна пам'ять має власне назву— ROM (Read Only Memory), що вказує на те, що вона забезпечує тільки режими зчитування і збереження. Постійна пам'ять може зберігати інформацію при вимкненому живленні. Ця властивість одержала назву энергонезалежності
Оперативна пам'ять складає не велику, але, безумовно, важливу частину персонального комп'ютера. Вона визначає швидкість роботи процесора, і в остаточному підсумку впливає на продуктивність усієї системи.
Практично будь-який персональний IBM-сумісний комп'ютер містить оперативну пам'ять, реалізовану мікросхемами динамічного типу з довільною вибіркою (DRAM). Кожен біт такої пам'яті фізично представлений у вигляді наявності (або відсутності) заряду на конденсаторі, утвореному в структурі напівпровідникового кристала. Оскільки час збереження заряду конденсатором обмежений, то, щоб не втратити наявні дані необхідно періодично відновлювати записану інформацію, що виконується в циклах регенерації Це є, мабуть, одним з основних недоліків динамічної пам'яті, у той час, як за критерієм, що збільшує інформаційну ємність, вартість і енергоспоживання, цей тип пам'яті в багатьох випадках переважає над статичною пам'яттю (SRAM).
Корпуси і маркірування
Елементи динамічної пам'яті для персональних комп'ютерів бувають конструктивно виконані або у виді окремих мікросхем у корпусах типу DIP або у виді модулів пам'яті типу SIP/SIPP або типу SIMM. Модулі пам'яті являють собою невеликі текстолітові плати з друкованим монтажем із установленими на них мікросхемами пам'яті в DIP-корпусах.
Логічна організація пам'яті
Використаний у IBM PC/XT процесор і8086 через свої 20 адресних ліній може мати доступ до простору пам'яті усього в 1 Мбайт. Але в той час, коли з'явилися ці комп'ютери, можливість збільшення доступної оперативної пам'яті в 10 разів була просто фантастичною. Звідси напевно і з'явилася «волюнтаристична» цифра — 640 Кбайт. Ці перші 640 Кбайт адресного простору в IBM-сумісних комп'ютерах називають звичайно стандартною пам'яттю. 384 Кбайти були зарезервовані для систем використання,тобто під розміщення системного ROM BIOS, відеопам'яті і ROM-пам'яті, додаткових адаптерів.
Додаткова, або ехрanded-пам’ять
Майже на всіх персональних комп'ютерах область UMB рідко виявляється заповненою цілком. Пустує, як правило, область розширення системного ROM BIOS частина відеопам'яті й області під додаткові модулі ROM. На цьому і базується специфікація додаткової пам'яті EMS, розроблена фірмами Lotus Development, Intel і Microsoft ще в 1985 р. і що дозволяє використовувати оперативну пам'ять понад стандартний 640 Кбайт для прикладних програм. Принцип використання додаткової пам'яті заснований на переключенні блоків (сторінок) пам'яті. Виділяється незайняте «вікно» (page frame) у 64-кбайт, що розбите на 16-килобайтные сторінки. Програмні й апаратні засоби дозволяють відображати будь-який 16-кілобайтний сегмент цієї додаткової expanded-пам’яті.Зіставлення результатів може допомогти у виборі того або іншого технічного рішення і конкретних типів комплектуючих.
Розширена, або ехрanded-память
Комп'ютери, що використовують процесор і80286 з 24-розрядними адресними шинами, фізично можуть адресувати 16 Мбайт, а у випадку процесорів i80386/486 — 4 Гбайта пам'яті. Така можливість з'являється тільки при захищеному режимі роботи процесора, якого операційна система MS DOS не підтримує. Розширена пам'ять розташовується вище області адрес 1 Мбайт. Для роботи з extended-пам'яттю мікропроцесор повинен переходити з реального в захищений режим і назад. Мікропроцесори i80386/486 виконують цю операцію досить легко, чого не скажеш про i80286. При наявності відповідного програмного драйвера розширену пам'ять можна використовувати як додаткову. Апаратну підтримку в цьому випадку повинен забезпечити процесор не нижче i80386 або допоміжний набір спеціальних мікросхем.
Кеш-пам'ять
Кеш-пам'ять призначена для узгодження швидкості роботи порівняно повільних пристроїв, таких, наприклад як динамічна пам'ять з відносно швидким мікропроцесором. Використання кеш-пам'яті дозволяє уникати циклів чекання в його роботі, що знижують продуктивність усієї системи.
Кеш-пам’ять є проміжним буферним запам'ятовуючим пристроєм і її робота практично прозора (тобто невидима) для користувача. Відповідний контролер кеш-пам'яті повинен піклуватися про те, щоб команди і дані, що будуть необхідні мікропроцесорові у визначений момент часу, виявлялися у ту мить в кеш-пам’яті. У персональних комп'ютерах технологія використання кеш-пам'яті знаходить застосування насамперед при обміні даними між мікропроцесором і оперативною пам'яттю, а також між основною пам'яттю і зовнішньою.
На кристалі мікросхеми оперативної пам'яті SRАМ знаходиться величезна кількість транзисторів. Як уже говорилося, принцип роботи осередку динамічної пам'яті полягає в збереженні заряду на маленькому конденсаторі, кристалічної структури.Зрозуміло, що для того щоб зарядити конденсатор до визначеного значення, необхідно якийсь час,так само як і для того,щоб він розрядився. Таким чином, у результаті процесів заряду і розряду конденсатора комірка пам'яті встановлює або в стан 1, або в стан 0. Оскільки для заряду і розряду конденсатора необхідно цілком визначене час, то в цьому і криється причина обмеженої швидкодії динамічної пам'яті.
Статична ж пам'ять заснована на тригерах, у яких застосовуються інтегральні транзистори-перемикачі. Такі транзистори використовують ключовий принцип роботи: вони або закриті, або відкриті. Звичайно, на перехід транзистора з одного стану в інший також необхідно якийсь час, однак він значно менший часу заряду-розряду конденсатора, що виконує роль елемента пам'яті. Поряд з такою перевагою, як швидкодія стосовно динамічної пам'яті, статична пам'ять має і недоліки. Вона споживає багато струму, має більш складну архітектуру -і на одну комірку пам'яті потрібно більше транзисторів. Як наслідок цього, статична пам'ять істотно дорожче динамічної. Крім того, при однаковому коефіцієнті інтеграції статична пам'ять має значно меншу інформаційну ємність.
При обміні даними виникає схожа проблема. Адреси даних, що незабаром знадобляться процесорові для обробки, знаходяться в більшості випадків поруч з адресами даних, що обробляються безпосередньо тепер. Тому кэш-контролер повинен також піклуватися про розміщення всього блоку даних у статичній пам'яті.
Метод Write Through припускає наявність двох копій даних — однієї в основній пам'яті, а іншої — у кеш-пам'яті. Кожен цикл запису процесора в пам'ять йде через кэш. Це обумовлює, звичайно, високе завантаження системної шини. З іншого боку, мікропроцесор як і раніше змушений очікувати закінчення запису в основну пам'ять.
Метод Buffered Write Through є різновидом методу Write Through. Для того щоб якось зменшити завантаження шини, процес запису виконується в один або кілька буферів, що працюють за принципом FIFO. Таким чином, цикл запису для мікропроцесора закінчується практично миттєво (тобто коли дані записані в буфер), хоча інформація в основній пам'яті ще не збережена. Сам же мікропроцесор може виконувати подальшу обробку команд. При використанні даного методу процесор цілком звільнений від роботи з основною пам'яттю.
При використанні методу Write Back цикл запису мікропроцесора відбувається спочатку в кеш-пам'ять, якщо там є адреса приймача. Якщо ж нема, то інформація записується безпосередньо в пам'ять. Вміст основної пам'яті обновляється тільки тоді, коли з кеш-пам'яті в неї записується повний блок даних, довжина стрічки-кэша.
При роботі з кеш-пам'яттю застосовується асоціативний принцип, коли старші розряди адреси використовуються як ознака, а молодші — для вибору слова. Архітектура кеш-пам'яті визначається тим, яким образом пам'ять відображається на кэш. Існують три різновиди відображення: кеш-пам'ять із прямим відображенням, частково асоціативна і цілком асоціативна. При прямому відображенні кожен осередок основної пам'яті може відображатися тільки на один осередок кэша, у частково асоціативній —на двох і більше. У випадку наявності чотирьох входів кеш-пам'ять називають 4-канальною частково асоціативною.
BIOS
Базова система виводу-введення-висновку BIOS (Basic Input Output System) називається так тому, що містить у собі великий набір програм виводу-введення-висновку, завдяки яким операційна система і прикладні програми можуть взаємодіяти з різними пристроями як cамого комп'ютера, так і з пристроями, підключеними до нього
Система BIOS у IBM-сумісних комп'ютерах реалізована у виді однієї або двох мікросхем, установлених на системній платі комп'ютера. Найбільш перспективним для збереження системи BIOS є зараз флэш-память. BIOS на її основі мають, наприклад, системні плати фірм Intel, Mylex, Compaq і т.д. Це дозволяє легко модифікувати старі або додавати додаткові функції для підтримки нових пристроїв, що підключаються до комп'ютера.
Оскільки вміст ROM BIOS фірми IBM було захищено авторським правом (тобто його не можна піддавати копіюванню), та більшість інших виробників комп'ютерів змушені були використовувати мікросхеми BIOS незалежних фірм, системи BIOS яким, зрозуміло, були практично цілком сумісні з оригіналом. Найбільш відомі з цих фірм три: American Megatrends Inc. (AMI), Award Software і Phoenix Technologies.
CMOS RAM
Система BIOS у комп'ютерах, заснованих на мікропроцесорах і80286 і вище, нерозривно зв'язана з незмінною пам'яттю (CMOS RAM), у якій зберігається інформація про поточні показання годин, значення часу для будильника, конфігурації комп'ютера: кількості пам'яті, типах нагромаджувачів і т.д.
У системі BIOS мається програма, називана Setup, що може змінювати вміст CMOS-пам'яті. Викликається ця програма визначеною комбінацією клавіш, що звичайно виводиться як підказка на екран монітора після включення живлення комп'ютера. Під час завантаження комп'ютера можна запустити програму Setup для системи BIOS.
Розширені установки (Advanced CMOS Setup і Advanced ChipSet Setup) містять у собі додаткові можливості конфигурирования системної плати. Як правило, вони допускають визначення областей «тіньової» (shadow) пам'яті для системної ROM BIOS, а також ROM BIOS відеоадаптерів, контролерів нагромаджувачів і додаткових адаптерів. Крім цього, можлива установка тактової частоти системної шини, а також числа тактів чекання (або тимчасової затримки) для мікропроцесора при звертанні до пристроїв уведення-висновку, оперативної пам'яті.
Зауважимо, що у випадку ушкодження мікросхеми CMOS RAM програма Setup має можливість скористатися якоюсь інформацією по замовчуванню (BIOS Setup Default Values), що зберігається в таблиці відповідної мікросхеми ROM BIOS.
Нові види пам'яті
Різке підвищення швидкодії процесорів і перехід на 32-розрядні багатозадачні операційні системи істотно піднімають вимоги і до інших компонентів комп'ютера. головний спосіб збільшення пропускної здатності заснований на застосуванні кеш-пам'яті. Крім убудованої в процесор кеш-пам'яті першого рівня застосовується і кеш-пам'ять другого рівня (зовнішня), побудована на більш швидкодіючих, чим DRAM, мікросхемах статичної пам'яті SRAM (Static RAM). Для високих тактових частот потрібно збільшувати швидкодію SRAM та доступ до динамічної пам'яті. Для рішення цих проблем починають використовувати нові типи статичної і динамічної пам'яті.
Вимоги до обсягів пам'яті диктуються програмним забезпеченням. При використанні Windows оцінити необхідну кількість пам'яті можна на основі тестів Winstone, що використовують найбільш популярні додатки Windows.
Статична пам'ять
Як кеш-пам'ять другого рівня практично завжди застосовувалася стандартна асинхронна пам'ять SRAM. При зовнішніх тактових частотах порядку 33 Мгц гарні результати давала статична пам'ять згодом вибірки 15-20 ns. Для ефективної роботи на частотах вище 50 Мгц такої швидкодії вже недостатньо. Тому вирішення полягає в застосуванні нових типів пам'яті з удосконаленою архітектурою, що спочатку були розроблені для могутніх робочих станцій. Найбільш перспективна синхронна SRAM. На відміну від звичайної асинхронної, вона може використовувати ті ж тактові сигнали, що й інша система, тому і називається синхронною. Вона забезпечена додатковими регістрами для збереження інформації, що звільняє інші елементи від підготовки до наступного циклу ще до того, як завершився попередній. Швидкодія пам'яті при цьому збільшується приблизно на 20%. Ефективну роботу на найвищих частотах може забезпечити особливий різновид синхронної SRAM — з конвеєрною організацією (pipelined burst). При її застосуванні зменшується число циклів, що вимагаються при звертанні до пам'яті в груповому режимі.
Динамічна пам'ять
Так само, як і для статичної пам'яті, пряме скорочення часу вибірки для динамічної пам'яті досить важко технічно здійснити. Тому орієнтація в нових системах йде на мікросхеми вибірки 60-70 ns. Стандартні мікросхеми DRAM мають сторінкову організацію пам'яті — Fast Page Mode (FPM), що дозволяє значно прискорити доступ до послідовно розташованих (у межах сторінки) даних у порівнянні з випадком довільної вибірки. Оскільки звертання до послідовно розташованих даних у реальних задачах зустрічаються дуже часто, застосування FPM DRAM помітно підвищує продуктивність. FPM DRAM вибірки 60-70 ns забезпечує необхідні характеристики для тактових частот 33-40 Мгц. При підвищенні тактової частоти забезпечити надійне і швидке зчитування даних у сторінковому режимі вже не вдається. Цю проблему в значній мірі вирішує застосування пам'яті нового типу - EDO DRAM. Від звичайної пам'яті зі сторінковою організацією вона відрізняється наявністю додаткових регістрів для збереження вихідних даних. Збільшується час, протягом якого дані зберігаються на виході мікросхеми, що робить вихідну інформацію доступної для надійного зчитування процесором навіть при високих тактових частотах .
Радикальний, але не загальновизнаний підхід до підвищення швидкодії динамічної пам'яті полягає у вбудовуванні в мікросхеми DRAM власної кеш-пам'яті. Це Cached DRAM (CDRAM) і Enhanced DRAM (EDRAM). Пам'ять CDRAM випускається фірмою Mitsubishi і має 16 KB кеш-пам'яті як на 4, так і на 16 Mbit кристалі, обмін між динамічною й убудованою кеш-пам'яттю здійснюється словами шириною 128 розрядів.
Узагалі говорячи, застосування нових типів динамічної пам'яті дозволяє одержувати високу продуктивність навіть і без застосування кеш-пам'яті другого рівня (якщо кеш-пам'ять першого рівня — типу write back), особливо у випадку CDRAM і Enhanced DRAM, що саме так і використовуються. Однак переважна більшість систем для досягнення максимальної продуктивності будується все-таки з використанням кеш-пам'яті другого рівня. Для них найбільше підходить пам'ять типу EDO DRAM. До того ж вона стала вже промисловим стандартом, і її частка буде переважати в мікросхемах пам'яті ємністю 16 Mbit і більше. Фактично ця пам'ять приходить на зміну стандартної FPM DRAM.
Конструктив
Незважаючи на те, що найбільш популярним конструктивом для динамічної пам'яті як і раніше залишається SIMM, починають застосовуватися й інші стандарти. Виникнення нових стандартів викликано необхідністю рішення двох основних проблем. Перша зв'язана зі збільшенням щільності упакування елементів пам'яті. Друга — із забезпеченням усталеної роботи при високих частотах, що залежить від розмірів, ємності й індуктивності з'єднувача. Велику в порівнянні з SIMM щільність упакування і, відповідно, обсяг пам'яті можуть забезпечити модулі типу DIMM, у яких, на відміну від SIMM, контакти на обох сторонах модуля не об'єднані, а можуть використовуватися незалежно.
Мікросхеми стандартної статичної пам'яті в основному випускаються в корпусах типу DIP і SOJ. Пам'ять типу pipelined burst або запаюється на системну плату відразу в процесі її виготовлення, або вставляється у виді модулів.
Висновок: на цій лабораторній роботі я ознайомився з конструктивними та апаратними особливостями побудови системних плат комп’ютерів і з їхньою класифікацією.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора