Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Факультет:
Прикладна математика
Кафедра:
Кафедра ЕОМ
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Архітектура комп’ютерів та комп’ютерних систем
Група:
ПМ-21
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Інститут прикладної математики та фундаментальних наук
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра ЕОМ
Інструкція
до лабораторної роботи № 2 „Системні плати комп’ютерів”
з курсу „Архітектура комп’ютерів та комп’ютерних систем”
для спеціальності 6.0802 „Прикладна математика”
Лабораторна робота № 2
Тема: Системні плати сучасних комп’ютерів
Вступ
У наш час важко уявити собі, що без комп'ютерів можна обійтися. Але ж не дуже давно, до початку 70-х років обчислювальні машини були доступні досить обмеженому колу фахівців, а їхнє застосування, як правило, залишалося обкутаним завісою таємності і мало відомим широкій публіці. Однак у1971 р. відбулася подія, що у корені змінило ситуацію і з фантастичною швидкістю перетворило комп'ютер у повсякденний робочий інструмент десятків мільйонів людей. У тім поза всяким сумнівом знаменному році ще майже нікому не відома фірма Intel з невеликого американського містечка з красивою назвою Санта-Клара (шт. Каліфорнія), випустила перший мікропроцесор. Саме йому ми зобов'язані появою нового класу обчислювальних систем - персональних комп'ютерів, якими тепер користуються, власне кажучи, усі, від учнів середніх класів і бухгалтерів до маститих вчених і інженерів. Цим машинам, що не займають і половини поверхні звичайного письмового столу, скоряються все нові і нові класи задач, що раніше були доступні (а з економічних розуміннях часто і недоступні - занадто дорого тоді коштував машинний час мэйнфреймов і міни-ЕОМ) лише системам, що займали не один десяток квадратних метрів. 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 в кінцевому рахунку, 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, зі значно розширеними в порівнянні з ранніми версіями можливостями по керуванню шиною і застосуванню нових типів пам'яті, 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.
Chipset фірми Acer Laboratory Inc. за назвою Aladdin M1511/12/13 призначений як для двухпроцессорных, так і однопроцесорних конфігурацій. Розрахований на процесори Pentium (від 60/66 MHz на 5V до 150 MHz, 2.5 V). В однопроцесорній конфігурації можна застосовувати також Cyrix М1 і AMD ДО5. Передбачено підтримку pipeline burst SRAM і EDO DRAM. Мається убудований контролер Enhanced IDE.
Нові chipset для процесорів сімейства 486, наприклад ALI М 1489 фірми, використовують деякі рішення, розроблені для Pentium, зокрема, можливість застосування пам'яті типу EDO DRAM, а також підтримують процесори MISC фірми Cyrix і Enhanced 486 фірми AMD.
КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ Й УБУДОВАНІ 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.
Приклад: Модель РС1/1-Р55ТР4ХЕ розрахована на процесори Р54С с тактовими частотами 75, 90, 100, 120, 133, 150 MHz. У ній використовується chipset Intel Triton. Убудований Bus Master Enhanced IDE контролер забезпечує обмін даними в режимах Р10 mode 3 і 4 і DMA mode 2. Маються контролери флоппи-дисков і Enhanced Ports. BIOS фірми Award підтримує режим Plug&Play. Плата постачена додатковим слотом MediaBus, що може використовуватися спільно зі слотом РС1 для підключення комбінованих адаптерів, наприклад графічного, сполученого зі звуковою платою (шина MediaBus є якимсь аналогом шини ISA, тільки виведена на інше рознімання).
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 конструктиве. Тому рознімання під шину VLB збережений навіть у системних платах, що використовують РС1. Модель PVI-486SP3 (із шинами PCI/VLB/ISA) зібрана на chipset Si 85С496&85С497, використовує BIOS фірми Award і підтримує до 512 KB кеш-пам'яті. Плата має повний набір убудованих контролерів. Модель PVI-486AP4 використовує chipset Intel Green PC 824.20EX PCIset (Intel Aries) і містить тільки Enhanced IDE контролер. Нарешті модель VL/1-486SV2GX4 на популярній мікросхемі Si 471 орієнтована на шину VLB (2 слота). Серед особливостей можна відзначити підтримку кеш-пам'яті великого обсягу - до 1МВ. Нові версії плат PVI передбачають Plug&Play, для більш старих можливий upgrade для BIOS.
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. Зіставлення результатів може допомогти у виборі того або іншого технічного рішення і конкретних типів комплектуючих. Варто відразу обмовитися, що не коштує абсолютизировать результати якого-небудь тестування. Ідеальних тестів не буває, вони тією чи іншою мірою розраховані на оцінку або виділені підсистеми комп'ютера, або на деякі інтегральні характеристики. У даному випадку це не більш ніж орієнтир, особливо корисний при настроюванні системи. Кращий тест - це конкретне робітниче середовище конкретного користувача.
Аналіз результатів тестування показує, що хоча застосування нових типів пам'яті і дає деякий виграш у продуктивності, він невеликий. Це легко зрозуміти з обліком того, що навіть стандартна кеш-пам'ять другого рівня забезпечує для типових задач доступ до оперативної пам'яті зі швидкістю, досить близької до максимально можливого для даного типу процесора, так що подальше прискорення дається на превелику силу і не може бути значним. Проте, застосування нових типів пам'яті є цілком виправданим, тому що дозволяє підняти реальну продуктивність при роботі з багатьма додатками й у мультизадачной середовищу. 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, постійні зовнішню.
Оперативна пам'ять призначена для збереження перемінної інформації, як вона допускає зміну свого вмісту в ході виконання мікропроцесором обчислювальних операцій. Таким чином, цей вид пам'яті забезпечує режими запису, зчитування і збереження інформації. Оскільки в будь-який момент часу доступ може здійснюватися до довільно обраного осередку, те цей вид пам'яті називають також пам'яттю з довільною вибіркою — RAM (Random Access Memoiy). Для побудови запам'ятовуючих пристроїв типу RAM використовують мікросхеми статичної і динамічної пам'яті.
Постійна пам'ять звичайно містить таку інформацію, що не повинна мінятися в ході виконання мікропроцесорів програми. Постійна пам'ять має власне наз-вание — ROM (Read Only Memory), що вказує на те, чт'о вона забезпечує тільки режими зчитування і збереження. Постійна пам'ять володіє тим перевагою, що може сохранягь інформацію і при відключеному харчуванні. Ця властивість одержала назву энергонезависимость. Усі мікросхеми постійної пам'яті по способі занесення в них інформації (програмуванню) поділяються на масочные (ROM), програмувальні виготовлювачем, однократно програмувальні користувачем (Programmable ROM) і багаторазово програмувальні користувачем (Erasable PROM). Останні у свою чергу підрозділяються на стира электрически і за допомогою ультрафіолетового опромінення. До елементів ЕРRОМ з електричним стиранням інформації відносяться і мікросхеми флэш-памяти. Від звичайних EPROM вони відрізняються високою швидкістю доступу і стирання записаної.інформації. Весняна пам'ять реалізована звичайно на магнітних носіях.
Оперативна пам'ять складає не велику, але, безумовно, найважливішу частину персонального комп'ютера. Якщо від типу процесора залежить кількість адресуемой пам'яті, то швидкодія використовуваної оперативної пам'яті багато в чому визначає швидкість роботи процесора, і в остаточному підсумку впливає на продуктивність усієї системи.
Практично будь-який персональний IBM-сумісний комп'ютер оснащений оперативною пам'яттю, реалізованої мікросхемами динамічного типу з довільною вибіркою. (DRAM, Dynamic Random Access Memory). Кожен біт такої пам'яті фізично представлений у виді наявності (або відсутності) заряду на конденсаторі, утвореному в структурі напівпровідникового кристала. Оскільки час збереження заряду конденсатором обмежене (через «паразитний» ; витоків), те, щоб не втратити наявні дані, необхід]имо періодичне відновлення записаної інформації, що і виконується в циклах регенерації (refresh cycle). 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 переважніше статичної пам'яті (SRAM, Static RAM). Остання як елементарний осередок пам'яті використовує так називаний статичний тригер. Цей тип пам'яті володіє високим быстзодействием і, як правило, використовується в самих «вузьких». місцях системи, наприклад, для організації памяги.
Корпуси і маркірування
Елементи динамічної пам'яті для персональних комп'ютерів бувають конструктивно виконані або у виді окремих мікросхем у корпусах типу DIP (Dual In line Package), або у виді модулів пам'яті типу SIP/SIPP (Single In line Pin Package) або типу SIMM (Single In line Mernory Module). Модулі пам'яті являють собою невеликі текстолітові плати з друкованим монтажем із установленими на них мікросхемами пам'яті в DIP-корпусах. При цьому для підключення до системної плати на SIMM використовується друкований («ножовий») рознімання, а на модулях SIP — штирьовій.
Логічна організація пам'яті
Використовуваний 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 (у порівнянні зі звичайними 64 Кбайт) була просто фантастичною. Звідси напевно і з'явилася «волюнтаристична» цифра — 640 Кбайт. Ці перші 640 Кбайт адресуемого простору в IBM-сумісних комп'ютерах називають звичайно стандартною пам'яттю (conventional memory).Що залишилися 384 Кбайт були зарезервовані для систем використання і звуться пам'яті у верхніх або вищих адресах (UMB, Upper Memory Blocks). Ця область пам'яті резервується під розміщення системного ROM BIOS (Read Only Меш Basic Input Output System), відеопам'яті і ROM-пам'яті, полнительных адаптерів.
Додаткова, або ехрanded-память
Майже на всіх персональних комп'ютерах область UMB рідко виявляється заповненої 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 (Expanded Memory Specification), розробка фірмами Lotus Development, Intel і Microsoft (тому називана іноді LIM-специфікацією) 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. У виділяється незайняте «вікно» (page frame) у 64-кбайт, що розбите на 16-килобайтные сторінки. Програмні й апаратні засоби дозволяють відображати будь-який 16-килобайтный сегмент цієї додаткової expanded-иамйти в кожній з виділених 16-килобайтных сторінок вікна. Хоча мікропроцесор завжди звертається до даних, збереженим у вікні (адреса 1 Мбайт), адреси цих даних можуть бути зміщені в додатковій пам'яті щодо вікна на трохи мегабайт. Специфікація LIM/EMS 4.0 дозволяє використовувати до 2048 логічних сторінок і розширити обсяг адресуемой пам'яті до 32 Мбайт. Крім цього, як і в EMS, фізичні сторінки можуть бути розташовані в будь-якому місці пам'яті , відмінний від 16 Кбайт. У такий спосіб можуть задіятися області відеопам'яті і UMB. Можливості специфікації дозволяють, зокрема, організувати многозадачный режим роботи.
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 (protected mode), якого операційна система MS DOS не підтримує. Розширена пам'ять розташовується вище області адрес 1 Мбайт. Для роботи з extended-пам'яттю мікропроцесор повинний 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 эмулировать як додаткову. Апаратну підтримку в цьому випадку повинний забезпечувати процесор не нижче i80386 або допоміжний набір спеціальних мікросхем.
Кеш-пам'ять
Кеш-пам'ять призначен 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.
У мікропроцесора, синхронизируемого, наприклад, тактовою частотою 33 МГц, тактовий період складає приблизно 30 нс. Звичайні сучасні мікросхеми динамічної пам'яті мають час вибірки від 60 до 80 нс. Звідси, зокрема, випливає, що центральний процесор змушений простоювати 2-3 періоду тактової частоти (тобто має 2-3 циклу чекання), поки інформація з відповідних мікросхем пам'яті установиться на системній шині даних комп'ютера. Зрозуміло, що в цей час процесор не може виконувати ніяку іншу роботу. Така ситуація веде звичайно до того, що загальна продуктивність системи знижується, що, зрозуміло, украй небажано.
За допомогою технології обробки, що використовує кеш-пам'ять, звичайно робиться спроба погодити роботу повільних зовнішніх пристроїв зі швидким процесором. У перекладі з англійського слово «сасhе» означає не що інше, як притулок або схованка. Ці значення, мабуть, можна тлумачити по-різному: і як те, що кэш, по суті, є проміжним буферним запам'ятовуючим пристроєм, і як те, що робота кеш-пам'яті практично прозора (тобто невидима) для користувача. До речі, у вітчизняній літературі синонімом кеш-пам'яті є термін «сверхоперативная пам'ять».
Відповідний контролер кеш-пам'яті повинний піклуватися про те, щоб команди і дані, що будуть необхідні мікропроцесорові у визначений момент часу, виявлялися в кеш-пам'яті саме до цього моменту. При деяких звертаннях до оперативної пам'яті відповідні значення заносяться в кэш. У ході наступних операцій читання по тим ке адресам пам'яті звертання відбуваються тільки до кеш-пам'ять, без витрати процесорного часу на чекання, що неминуче при роботі з основною динамічною пам'яттю. 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 зовнішньої (нагромаджувачами на магнітних носіях).
На кристалі мікросхеми оперативної пам'яті SRАМ знаходиться величезна кількість транзисторів. Як уже говорилося, принщип роботи осередку динамічної пам'яті складається в збереженні ; заряду на малюсінькому конденсаторі, виконаному в напівпровідниковій структурі кристала. Зрозуміло, що для того щоб зарядити конденсатор до визначеного значення, необхідно якийсь час. Щоб конденсатор розрядився, також необхідно визначений час. 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 (і чимале) 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 інше також необхідно якийсь час, однак воно істотно менше часу заряду-розряду конденсатора, що виконує роль елемента пам'яті. Поряд з таким достоїнством, як швидкодія стосовно динамічної пам'яті, статична пам'ять має і недоліки. Вона споживає більший струм і 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, оброблюваних безпосередньо тепер. Тому кэш-контроллер повинний також піклуватися про розміщення всього блоку даних у статичній пам'яті.
Метод Write Through, називаний також методом наскрізного запису, 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, тому що на кожну операцию модифікації даних приходиться дві операції запису. Тому кожне відновлення вмісту кеш-пам'яті відчутно позначається на роботі 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 і називається також методом буферизованной наскрізного запису. Для того щоб якось зменшити завантаження шини, процес запису виконується в один або кілька буферів, що працюють за принципом FIFO (First Input-First Output). Таким чином, цикл запису для мікропроцесора закінчуються 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. Звичайно, що відповідає логіка керування повинна піклуватися про те, щоб вчасно спустошувати заповнені буферы. При використанні даного методу процесор цілком звільнений від роботи з основною пам'яттю.
При використанні методу Write Back, називаного також методом зворотного запису, цикл запису мікропроцесора відбувається спочатку в кеш-пам'ять, якщо там є адреса приймача. Якщо адреси приймача в кеш-пам'яті не виявляється, 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, називаний довжиною строки-кэша (cache-line).
При роботі з кеш-пам'яттю застосовується асоціативний принцип, коли старші розряди адреси використовуються як ознаку, 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 (тобто, якщо один осередок кэша зайнятий, можна використовувати іншу). У випадку наявності чотирьох входів кеш-пам'ять називають 4-канальною частково асоціативної, як, наприклад, у i486. При цілком асоціативному підході як розряди ознак використовуються всі адресні розряди.
BIOS і CMOS RAM
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 Самого комп'ютера, так і з пристроями, підключеними до нього. Узагалі говорячи, в архітектурі IBM-сумісного комп'ютера система BIOS займає особливе місце. З одного боку, її можна розглядати, як складову частину апаратних засобів, з іншого боку, вона є як би одним із програмних модулів операційної системи.
Помітимо, що система BIOS, крім програм взаємодії з апаратними засобами на фізичному рівні, містить програму тестування при включенні харчування комп'ютера POST (Power-On-Self-Test) і програму початкового завантажника. Остання програма необхідна для завантаження операційної системи з відповідного нагромаджувача.
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. Саме в цій інформації бідують програмні модулі системи BIOS. Назва CMOS RAM зобов'язана тому, що ця пам'ять виконана на основі структур КМОП (CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) які, як відомо, відрізняються малим енергоспоживанням.
У системі BIOS мається програма, називана Setup, що може змінювати вміст CMOS-пам'яті. Викликається ця програма визначеною комбінацією клавіш, що звичайно виводиться як підказку на екран монітора після включення харчування комп'ютера. Під час завантаження комп'ютера можна запустити програму Setup для системи BIOS.
Нагадаємо, що під звичайними установками (Standard CMOS Setup) ми розуміємо информация даті (місяць, день, рік), що течуть показаннях годин (годинник, хвилини, секунди), кількості стандартної і розширеної мяти (у кілобайтах), технічних параметрах і типі нагромаджувачів, дисплея, а також про підключення клавіатури. Замі наприклад, що якщо в цій програмі в рядку Keyboard сказати «Not Installed», те навіть при відсутності клавіатури комп'ютер не видасть повідомлення про помилку.
Розширені установки (Advanced CMOS Setup і Advanced ChipSet Setup) містять у собі додаткові можливості конфигурирования системної плати. Найбільш загальними є, наприклад, такі можливості, як припустима швидкість уведення символів із клавиатурв (за замовчуванням 15 символів у секунду), тестування, тестування пам'яті вище границі 1 Мбайт, дозвіл використання арифметичного співпроцесора Weitek, пріоритет або послідовність завантаження (тобто спроба завантаження комп'ютера спочатку з нагромаджувача зі змінним, а потім незмінним носієм або навпаки), установка визначеної тактової частоти мікропроцесора при включенні, дозвіл парольного захисту і т.д. Як правило, розширені установки допускають визначення областей «тіньовий» (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 і/або кеш-пам'яті.
Помітимо, що у випадку ушкодження мікросхеми CMOS RAM (а також при розряді батареї або акумулятора) програма Setup має можливість скористатися якоюсь інформацією з умовчанню (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 многозадачные операційні системи істотно піднімають вимоги і до інших компонентів комп'ютера. Найважливішим з них є оперативна пам'ять. Зростання зовнішніх тактових частот процесорів з 33-40 МГц, характерних для сімейства 486 (486DX2-66/80 і 486DX4-100/120), до 50-66 МГц для Pentium (Pentium 75/90/100/120/133), вимагає насамперед адекватного збільшення швидкодії підсистеми пам'яті. Оскільки в якості оперативної використовується відносно повільна динамічна пам'ять DRAM (Dynamic Random Access Memory), 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. Крім того, у многозадачном режимі ефективність роботи кеш-пам'яті також може знижуватися. Тому актуальної стає задача не тільки збільшення швидкодії кеш-пам'яті, але і прискорення безпосереднього доступу до динамічної пам'яті. Для рішення цих проблем починають використовуватися нові типи статичної і динамічної пам'яті.
Вимоги до обсягів пам'яті диктуються програмним забезпеченням. При використанні Windows оцінити необхідна кількість пам'яті можна на основі тестів Winstone, що використовують найбільш популярні додатки Windows. Відповідні дані представлені на малюнку 1.
Статична пам'ять
Як кеш-пам'ять другого рівня практично завжди застосовувалася (і дотепер продовжує широко застосовуватися) 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. Пряме зменшення часу вибірки до потрібних величин (12-8 ns) обходиться дорого, тому що вимагає найчастіше застосування дорогої технології Bi-CMOS замість CMOS, що неприйнятно для масового ринку. Тому пропоноване рішення 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 синхронної. Вона постачена додатковими регістрами для збереження інформації, що звільняє інші елементи для 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 для звертання до пам'яті в груповому режимі. Приклад для тактової частоти 66 МГц (Pentium 100 і Pentium 133) приведений у таблиці 1. У випадку групового режиму читання-запису для першого звертання потрібно 3 цикли, для кожного наступного — тільки 1.
Тип циклу
Асинхронна SRAM
Конвеєрна SRAM
Single Read
3
3
Single Write
4
3
Burst Read
3-2-2-2
3-1-1-1
Burst Write
4-3-3-3
3-1-1-1
Динамічна пам'ять
Так само, як і для статичної пам'яті, пряме скорочення часу вибірки для динамічної пам'яті досить важко технічно здійсненне і приводить до різкого росту вартості. Тому орієнтація в нових системах йде на мікросхеми згодом вибірки 60-70 ns. Стандартні мікросхеми DRAM мають сторінкову організацію пам'яті — Fast Page Mode (FPM), що дозволяє значно прискорити доступ до послідовно розташованого (у межах сторінки) даним 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 згодом 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 (Extended Data Output 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 (фактично час між звертаннями в сторінковому режимі можна зменшити до 30 ns у порівнянні з 45 ns для FPM).
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 більш. Фактично ця пам'ять приходить на зміну стандартної FPM DRAM і її можна застосовувати в будь-яких системах замість стандартної.
Конструктив
Незважаючи на те, що найбільш популярним конструктивом для динамічної пам'яті як і раніше залишається SIMM (Single In-line Memory Module), починають застосовуватися й інші стандарти. Виникнення нових стандартів викликано необхідністю рішення двох основних проблем. Перша зв'язана зі збільшенням щільності упакування елементів пам'яті, особливо актуальної для робочих станцій, що використовують пам'ять дуже великого обсягу, і мобільних систем. 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 (Dual In-line Memory Module), 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 поставляється у виді модулів.
Література
Марголис А. Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах. -К.: фирма “Диалектика”, 1994. –368 с.
Степаненко О.С. Техническое обслуживание и ремонт IBM PC. -К.: фирма “Диалектика”. 1994. -192 с.
Мячев А. А., Степанов В.Н. Персональные ЭВМ и микро-ЭВМ. Основы организации: Справочник. –М.: Радио и связь, 1991. -320 с.
Standart IBM PC. Справочник. Устройство, установка, техническое обслуживание и ремонт персональных компьютеров. Составитель Карпов Г. -Кишинев, ВИРТ, 1991. -192 с.
Рош У. Библия по техническому обеспечению Уинна Роша. –Минск, МХХК “Динамо”, 1992. -414 с.
Клименко А., Нортон П., Вебер Р. Эффективный самоучитель работи на ПК. – Москва · Санкт-Петербург · Киев, 2001. – 124-131с.
Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального комп'ютера. – Москва «ОЛМА-ПРЕСС»,2002. – 100-103с.
Nick Anis, Craig Menefee. The PC User’s Guide.-Osborne McGraw-Hill ·Berkeley·New York·St.Louis·Francisco·Auckland·Bogota·Hamburg·London ·Madrid·Mexico City·Milan·Montereal·New Delhi·Panama Citi·Paris·Sao Paulo·Singapore·Sydney·Tokyo·Toronto.-50-53c.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора