Материал: 835

90

3.1 Пропускная способность

Для оценки скоростных параметров элементов архитектуры компьютера, участвующих в передаче данных между его компонентами, был введен такой параметр, как Bandwidth, обозначающий скорость передачи информации, определяемой в килобитах, мегабитах и гигабитах в секунду. Термин Bandwidth часто переводится как пропускная способность, поток и т. п. Для оценки максимальных значений потока информации используется параметр Peak Bandwidth — пиковая полоса пропускания, или пиковый поток. Bandwidth и Peak Bandwidth являются важными характеристиками системы, показывающими ее способность к совместной обработке информации, основную долю которой порождает центральный процессор компьютера.

В соответствии скорости обработки данных и интенсивности информационных потоков и заключается эффективность работы процессора, оперативной памяти и остальных компонентов компьютера. В противном случае компоненты, чья производительность превышает возможности остальных элементов, участвующих в обработке информации и в процессах передачи данных, будут простаивать, ожидая готовности других элементов. В результате такого дисбаланса потенциальные возможности системы компьютера не могут быть реализованы в полной мере. К слову сказать, компоненты и архитектура современного компьютера проектируются таким образом, чтобы все его подсистемы работали с наибольшей эффективностью. И центральным звеном, влияющим на согласованность работы и определяющим общую производительность системы, является материнская плата, основным элементом которой является чипсет, оказывающий влияние не только на производительность отдельных компонентов, но и на пропускную способность шин, то есть на информационные потоки.

3.2 Чипсет

Чипсет (chipset) — одна из характеристик материнской пла-

ты — представляет собой набор интегральных микросхем

(НМС), управляющих потоками данных между всеми компонен-

91

тами компьютера. Именно чипсет определяет тип устанавливаемого на материнскую плату процессора, частоту и разрядность системной шины, режимы работы устанавливаемых на материнскую плату компонентов компьютера.

Чипсет содержит в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной — все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOSпамятью и иногда — клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.

Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структуру и объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео и т.п.

Архитектура наборов микросхем. Фактически любой на-

бор микросхем для компьютера представляет собой совокупность различных контроллеров, логически разделенных на две части. Исторически сложилось так, что у первых чипсетов эти две части были названы северным мостом (North Bridge) и южным мостом (South Bridge) по их расположению на блок-схеме, а данные между ними передавались по 32-битной PCI-шине. Такая архитектура получила название мостовой.

В состав северного моста, как правило, включены контроллеры системной шины (соединяющей чипсет с процессором), шины памяти, шины PCI, а позднее — шины AGP (иногда к этому списку добавляется еще и графический контроллер). В южный мост обычно входят контроллеры шины IDE, клавиатуры и мыши PS/2, прямого доступа к памяти DMA, прерываний и часов реального времени. Позднее, по мере развития архитектуры компьютера, к этому стандартному списку добавились два-три контроллера USB, сетевой контроллер и контроллер шин АС'97, LPC

92

и SMBus. В последнее время в южный мост встраиваются контроллер Super I/O, обеспечивающий поддержку низкоскоростных интерфейсов ввода-вывода — двух последовательных портов (в том числе инфракрасного порта), одного параллельного порта и интерфейса для подключения флоппи-дисководов. Так же южный мост может включать звуковой контроллер и контроллер IEEE-1394. Как правило, физически северный и южный мосты реализуются в виде отдельных микросхем — в этом случае чипсет состоит из двух микросхем, соединенным между собой посредством PCI-интерфейса. Однако оба моста могут быть «упакованы» и в одну микросхему.

Pentium 4

Processor

400 Mhz FSB

Рис. 3.1 — Мостовая архитектура чипсета

93

На смену наборам микросхем с мостовой архитектурой в последнее время применяются чипсеты с концентраторной архитектурой. Разница между этими типами нмС заключается в том, что в последних PCI-контроллер включен в состав южного моста, а данные между мостами передаются по специальному внутреннему интерфейсу с более высокой пропускной способностью (на сегодня — 266, 533 Мбайт/с или, 1,2 Гбайт/с), чем у PCI-шины (133 Мбайт/с). Кроме того, северный мост у них стал называться главным концентратором (Graphics and Memory Controller Hub), а южный — концентратором ввода-вывода

(Integrated I/O Controller Hub). Впрочем, новой терминологии строго придерживается практически только ее автор — корпорация Intel. Другие производители чипсетов по-прежнему часто называют концентраторы мостами.

3.3 Магистральные интерфейсы (шины) PC

Функционально наборы микросхем — та база, которая объединяет разрозненные электронные компоненты (процессор, ОЗУ, видеоадаптер, платы расширения, накопители и т.д.) в единую компьютерную систему, коротко и привычно называемую нами «ПК». Чипсет обеспечивает обмен информацией между этими компонентами посредством системных шин, следовательно, то одно из главных требований, предъявляемых к ним, — обеспечение максимально быстрой передачи данных между составными частями компьютера, чтобы производительность последних не ограничивалась быстродействием среды передачи данных, т. е. собственно НМС.

В свою очередь, быстродействие чипсета определяется скоростью работы используемых в них магистральных интерфейсов, по которым передаются основные потоки данных: системной шины, шины памяти, шины AGP и внутренней шины (она соединяет главный концентратор и концентратор ввода-вывода или северный и южный мосты набора микросхем).

94

3.3.1 Универсальные (локальные) шины

XT-Bus — шина архитектуры XT — первая в семействе IBM PC. Относительно проста, поддерживала обмен 8-разряд- ными данными внутри 20-разрядного (1 Мбайт) адресного пространства, работала на частоте 4.77 МГц. Совместное использование линий IRQ в общем случае невозможно. Конструктивно оформлена в виде 62-контактных разъемах.

ISA (Industry Standard Architecture — архитектура про-

мышленного стандарта) — основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название — AT-Bus). Является расширением XTBus, разрядность — 16/24 бит (16 Мбайт адресного пространства), тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5.55 Мбайт/с. Разделение линий IRQ также невозможно. Возможна нестандартная организация Bus Mastering (независимого управления устройствами), но для этого нужен запрограммированный 16-разрядный канал DMA (прямого доступа к памяти). Исполнена в виде 62-контактного разъема XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения.

EISA (Enhanced ISA — расширенная ISA) — функциональное и конструктивное расширение ISA. Внешне разъемы имеют такой же вид, как и ISA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISA имеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов. Разрядность — 32/32 бит (адресное пространство — 4 Гб), работает также на частоте 8 МГц. Предельная пропускная способность — 32 Мбайт/с. Поддерживает Bus Mastering — режим независимого управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине, позволяет автоматически настраивать параметры устройств, возможно разделение каналов IRQ и DMA.

MCA (Micro Channel Architecture — микроканальная архи-

тектура) — шина компьютеров PS/2 фирмы IBM. Не совместима ни с одной другой, разрядность — 32/32 бит, (базовая — 8/24 бит, остальные — в качестве расширений). Поддерживает Bus Mastering, имеет арбитраж и автоматическую конфигурацию, синхронная (жестко фиксирована длительность цикла обмена),