Синхронизация компонентов системной платы

Основной тактовый генератор системной платы вырабатывает высокостабильные импульсы опорной частоты, используемой для синхронизации процессо­ра, системной шины и шин ввода/вывода. Стандартные частоты генератора: 4,77, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 33,3, 40, 50, 60, 66,6, 75, 83 МГц, для современных плат ха­рактерны частоты 100 МГц и выше (до 133 МГц), для плат на базе процессоров Pentium II/III. Начиная с Pentium IV частоты синхронизации составляют 266, 333, 400, 533 МГц. Когда появились компьютеры с тактовой частотой, обеспечивающей производитель­ность выше стандартной модели XT (4,77 МГц) или AT (8 МГц), для обеспе­чения совместимости с программами, у которых какие-либо задержки формировались с помощью подсчета циклов процессора, ввели режим и переключатель TURBO. В режиме Turbo процессор работает на максимальной скорости, а в «нормальном» — на пониженной, обеспечивающей «эталонную» произ­водительность. Со временем производительность компьютера даже на понижен­ной скорости от начального «эталона» ушла далеко вперед, и большого смысла переключение режима уже не имеет. Когда говорят о производительности компьютера, обычно подразумевают, что он работает в режиме Turbo, так что этот режим и следовало бы называть нормальным. При наличии переключателя TURBO в машинах с процессором 8088/286/386 обычно переключали частоту синхронизации. В компьютерах на процессорах 486 и старше частоту оператив­но переключать нельзя по разным причинам (например, собьется умножитель частоты процессора). В них переключатель TURBO, если он имеется, может, на­пример, отключать вторичное кэширование или включать режим прерывистой синхронизации.

Поскольку быстродействие различных компонентов (процессора, памяти, адаптеров для шин ISA, EISA, VLB, PCI) существенно различается, в компь­ютерах на процессорах класса 486 и старше применяется деление опорной час­тоты для синхронизации шин ввода/вывода и внутреннее умножение частоты в процессорах. Различают следующие частоты:

• Host Bus Clock — частота системной шины (внешняя частота шины про­цессора). Эта частота является опорной для всех других и устанавливает­ся перемычками (джамперами). Современные процессоры класса Pentium и старше используют частоты 50, 55, 60, 66,6, 75, 83, 100, 125 МГц. Часто­ту 55 МГц, необходимую для процессора Cyrix 6x86-P133+, имеют не все системные платы. Частоты 75 МГц и выше выдвигают весьма высокие требования к технологии изготовления системных плат, чипсетов и мик­росхем обрамления. Процессоры класса 486 использовали частоты 16, 25, 33,3 и 40 МГц. Входной сигнал синхронизации процессоров иногда назы­вают CLKIN, а в компьютерах АТ-286 и 386, у которых входная частота делилась внутри процессора пополам, часто назывался CLK2IN.
• CPU Clock, или Core Speed — внутренняя частота процессора, на которой работает его вычислительное ядро. Современные технологии позволили существенно повысить предельные частоты интегральных компонентов, в связи с чем широко применяется внутреннее умножение частоты на 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4 и некоторые другие значения. Коэффициент умножения вы­бирается перемычками на системной плате, заземляющими определенные выводы процессора. Заметим, что не все модели процессоров воспринима­ют все сигналы управления коэффициентом деления. Кроме того, одному и тому же положению джамперов могут соответствовать разные значения коэффициентов — трактовка управляющих сигналов зависит от марки и модели процессора.
• PCI Bus Clock — частота шины PCI, которая должна составлять 25-33,3 МГц (спецификация PCI-2.1 допускает частоту до 66,6 МГц). Она обеспечивается делением Host Bus Clock на 2 (реже на 3), а при использовании внешней частоты процессора, не превышающей 33,3 МГц (в системах на 486), деление частоты не применяется. Слишком низкая частота шины PCI замедляет обмен данными, что особенно заметно на графических адаптерах, SCSI-контроллерах, адаптерах скоростных локальных сетей, установленных в слоты PCI. Слишком высокая частота может привести к неустойчивости работы адаптеров. Исходя из этих соображений, оптимальные частоты внешней шины процессора составляют 33,3 МГц для 486 и 66,6 МГц для процессоров пятого и шестого поколения. Частота 41,5 или 37,5 МГц для ряда карт шины PCI может оказаться слишком высокой, поэтому применять внешнюю часто­ту шины процессора 75 или 83 МГц следует с осторожностью.
• VLB Bus Clock — частота шины VLB, определяемая аналогично PCI Bus Clock. Платы с шиной VLB обычно имеют джампер, переключаемый в зависимости от того, превышает ли системная частота значение 33,3 МГц.
• ISA Bus Clock, или ATCLK — частота шины ISA, которая должна быть близка к 8 МГц. Она обычно задается в BIOS Setup через коэффициент деления системной частоты. Гнаться за ее оптимизацией в современных компьютерах, у которых все адаптеры, критичные к скорости обмена, расположены либо на локальных шинах системной платы, либо установ­лены в слоты PCI или VLB, смысла не имеет. Иногда при установке старых карт расширения ее приходится снижать опциями BIOS Setup.

Кроме этих тактовых частот на системной плате присутствуют и другие — для синхронизации СОМ-портов, CMOS-таймера, НГМД и других периферий­ных адаптеров, но они не привлекают к себе внимания. Шина ISA имеет сигнал OSC частотой 14,138 МГц, используемый только для синхронизации графичес­кого контроллера 6845 (MDA, HGC, CGA).

Необходимо отметить, что внутренние частоты Pentium-совместимых процессоров часто не совпадают с их маркировкой, которая отражает P-rating — частоту процессора Intel Pentium, имеющего аналогичную производительность. Параметры синхро­низации распространенных процессоров четвертого, пятого и шестого поколе­ний приведены в табл. 4 и 5.

Таблица 4 Синхронизация процессоров класса 486 с умножением частоты

Таблица 5 Синхронизация процессоров класса Pentium и Pentium Pro с умножением частоты

* Частоты 55 и 75 МГц поддерживаются не всеми системными платами.