Системные платы компьютера

Почти все электронные компоненты современного персонального компьютера, сервера или рабочей станции располагаются на стеклотекстолитовой системной (материнской) плате и соединяются плоскими медными проводниками, выполненными методом печатного монтажа. Благодаря достижениям современной микроэлектроники все контроллеры и большинство функциональных узлов, входящих в состав компьютера (рисунок 9.1) интегрированы в одну или несколько сверхбольших интегральных микросхем (СБИС), так называемые северный и южный мосты. Совокупность таких СБИС, обеспечивающих взаимодействие процессора с остальными компонентами компьютера, получили название "чип-сет". Чип-сет определяет основной набор функций и производительность материнской платы. Наиболее производительными и функциональными являются чип-сеты компаний Intel и NVIDIA, а микросхемы компаний SiS и VIA занимают нишу бюджетных решений. Чип-сет отвечает за следующие характеристики системной платы:

· поддерживаемые процессоры;

· частота системной шины процессора. Чем выше максимальная поддерживаемая частота системной шины, тем в больше степени можно разогнать процессор, а также тем более новые процессоры в нее можно будет установить в дальнейшем;

· тип модулей памяти. Так, например, для платформы Intel LGA 775 поддерживается память стандартов DDR2 и DDR3, LGA 1366 – только DDR3, процессоры AMD имеют встроенный контроллер памяти, в этом смысле они независимы от чипсета;

· частота модулей памяти (минимальная рекомендуемая частота для современной системы – DDR2-800);

· поддерживаемые интерфейсы.

На разных этапах развития производства использовались различные типы системных плат. Типовая структура системной платы для первых суперскалярных процессоров изображена на рисунке 10.18. В качестве магистрального канала связи между процессором (или процессорами) и всеми остальными устройствами в компьютере: памятью, видеокартой, жестким диском и т. д. выступает системная шина FSB (Front Side Bus). Она представляет собой совокупность сигнальных линий, объединенных по своему функциональному назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Непосредственно к системной шине подключен только центральный процессор, остальные устройства подсоединяются к ней через специальные контроллеры, сосредоточенные в основном в северном мосте. В связи с тем, что северный мост осуществляет самые быстродействующие процессы обработки и передачи данных, то с целью сокращения длины соединительных проводников, на системной плате он располагается в непосредственной близости от процессора. Связь северного моста с южным мостом и остальными компонентами компьютера происходит через шину PCI.

Рисунок 10.18 – Структурная схема системной платы компьютера

Особенностью системной платы является— использование для управление дисплеем графических адаптеров ускоренный графи­ческого порта AGP (Accelerated Graphic Port). Этот порт представляет собой 32-разрядную шину с тактовой час­тотой 66 МГц (точнее, 66,66...), по составу сигналов напоминающую шину PCI. Из рисунка 10.18 видно, что северный мост связывает AGP с памятью и системной шиной про­цессора, не натыкаясь на ставшую уже «узким местом» шину PCI. Повышенное быстродействие порта обеспечивается следующими тремя факторами:

§ Конвейеризацией операций обращения к памяти.

§ Сдвоенными передачами данных.

§ Демультиплексированием шин адреса и данных.

Конвейеризацию обращений к памяти иллюстрирует рисунком 10.19, на котором показаны обращения к памяти по шине PCI и AGP.

Рисунок 10.19 - Циклы обращения к памяти PCI и AGP

При неконвейеризированных обращениях шины PCI во время реакции памяти на запрос шина простаивает. Конвейерный доступ AGP позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить плотный поток ответов (самих передаваемых данных). Спецификация AGP предусматривает возможность постановки в очередь до 256 запросов. AGP поддерживает две пары оче­редей для операций записи и чтения памяти с высоким и низким приоритетом. В процесс передачи данных любого запроса может вмешаться следующий за­прос, в том числе и запрос в режиме PCI. Сдвоенные передачи данных обеспечивают при частоте тактирования шины в 66 МГц пропускную способность до 532 Мбайт/с. Такая скорость достигается за счет того, что в AGP кроме «классического» режи­ма, называемого теперь «х1», в котором за один такт синхронизации передается один 4-байтный блок данных, имеется возможность работы в режиме «х2», когда блоки данных передаются как по фронту, так и по спаду сигнала син­хронизации. Запросить режим х2 может только графическая карта, если она его поддерживает. Дальнейший переход на тактовую частоту 100 МГц приводит к повышению пропускной способности до 800 Мбайт/с.

Раздельное использование шин адреса и данных также позволило увеличить быстродействие шины AGP.

AGP интерфейс дал возможность реализовать всю пропускную способность 64-бит­ной основной памяти компьютера на процессоре типа Pentium, чго нельзя было достичь при подключении видеокарты к шине PCI.

В настоящее время благодаря внедрению высокопроизводительной универсальной шины расширения PCI Express появилась возможность использовать её в персональных компьютерах вместо шин AGP.