В компьютерах типа pentium используется шина

Обновлено: 04.07.2024

О том, что Intel переведет линейку своих высокопроизводительных процессоров на более быструю системную шину, было известно давно. Первой это официально подтвердила VIA, которой на поле чипсетов под Pentium 4 терять уже было нечего. Для вышедшего еще в конце прошлого года чипсета P4X266A уже была заявлена поддержка будущих процессоров c шиной 533 МГц. Так как ни подтвердить, ни опровергнуть это заявление ввиду отсутствия искомых процессоров было невозможно, оставалось только ждать.

Сегодня, наконец, секрет полишинеля окончательно предается огласке, так что мы можем рассмотреть новые процессоры с как бы внезапно возникшими чипсетами под них. Но и это «неожиданное» изобилие еще не закрывает тему новых чипсетов, продолжение ждите через пару недель.

Доступные чипсеты

Переходим к чипсетам, которые рассмотрим в «хронологическом» порядке.

VIA P4X266A

VIA P4X266A, таким образом, «не тянет» на решение уровня hi-end, но плата на нем вполне способна послужить базой для мощного компьютера с весьма привлекательной поддержкой всех типов Pentium 4 за сравнительно небольшие деньги.

SiS 645DX

Ничего принципиально нового SiS 645DX не предоставляет, а памяти DDR400 вообще официально не существует (какая разница, чипсет все равно с ней официально не работает! :)), но универсальность в плане поддерживаемых процессоров, рекордно низкая цена чипсета и прекрасная производительность при использовании этой самой DDR400 безусловно заставляют рассматривать SiS 645DX в качестве очень вероятного кандидата на покупку.

Intel 850E

Единственное применение данный чипсет найдет, по-видимому, в компьютерах у тех, кто пожелает проапгрейдиться с сохранением своих модулей RDRAM. Людям же, первый раз покупающим систему на базе Pentium 4, мы бы категорически не рекомендовали смотреть в сторону i850E, хотя уровень его производительности, унаследованный от i850, должен быть очень высок. Впрочем, многое решат будущие изменения цен на память.

Исследование производительности

Процессоры:

(100x24), Socket 478 (133x18), Socket 478 (133x19), Socket 478

SiS SS51B (версия BIOS 07b) на чипсете SiS 645DX (версия BIOS 1006) на чипсете SiS 645DX (версия BIOS 2.21) на чипсете VIA P4X266A

2x256 МБ PC2700(DDR333) DDR SDRAM DIMM Samsung, CL 2 (CL 2,5 при использовании в качестве PC3200(DDR400))
2x256 МБ PC800 RDRAM RIMM Samsung, tRAC 45 нс

Windows 2000 Professional SP2
DirectX 8.1
Intel chipset software installation utility 3.20.1008 (использовалась при тестировании i850)
Intel Application Accelerator 2.1 (использовалась при тестировании i850)
Intel chipset software installation utility 4.00.1009 (использовалась при тестировании i850E)
Intel Application Accelerator 2.2 (использовалась при тестировании i850E)
SiS AGP 1.09
VIA 4-in-1 4.38
NVIDIA Detonator v28.32 (VSync=Off)
Cachemem 2.4MMX
Wstream
RazorLame 1.1.4 + Lame codec 3.91
WinZip 8.1
VirtualDub 1.4.9 + DivX codec 5.0 Pro
WinAce 2.11
BAPCo & MadOnion SYSmark 2002 Office Productivity
BAPCo & MadOnion SYSmark 2002 Internet Content Creation
eTestingLabs Business Winstone 2001
eTestingLabs Content Creation Winstone 2002
Discreet 3ds max 4.26
SPECviewperf 6.1.2
MadOnion 3DMark 2001 SE
Gray Matter Studios & Nerve Software Return To Castle Wolfenstein v1.1
DroneZmarK

Плата	ASUS P4T-E	Intel D850EMV2	Abit SD7-533	SiS SS51B	ASUS P4S533	VIA P4PA-UL
Чипсет	Intel 850 (KC82850 + FW82801BA)	Intel 850E (KC82850E + FW82801BA)	SiS 645 (SiS 645 + SiS 961 A1)	SiS 645DX (SiS 645DX + SiS 961 A2)	SiS 645DX (SiS 645DX + SiS 961 B0)	P4X266A (P4X266A + VT8233A)
Поддержка процессоров	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100 МГц)	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100/133 МГц)	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100 МГц)	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100/133 МГц)	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100/133 МГц)	Socket 478, Intel Pentium 4 (FSB 100/133 МГц)
Разъемы памяти	4 RDRAM	4 RDRAM	3 DDR	3 DDR	3 DDR	3 DDR
Слоты расширения	AGP/ 5 PCI / CNR	AGP/ 5 PCI	AGP/ 5 PCI	AGP/ 6 PCI / ACR	AGP/ 6 PCI	AGP/ 6 PCI / CNR
Порты ввода/вывода	1 FDD, 2 COM, 1 LPT, 2 PS/2	1 FDD, 2 COM, 1 LPT, 2 PS/2	1 FDD, 2 COM, 1 LPT, 2 PS/2	1 FDD, 1 СOM, 1 LPT, 2 PS/2	1 FDD, 2 COM, 1 LPT, 2 PS/2	1 FDD, 2 COM, 1 LPT, 2 PS/2
USB	2 USB 1.1 + 2 разъема по 2 USB 1.1	2 USB 2.0 + 1 разъем на 2 USB 2.0	2 USB 1.1 + 2 разъема по 2 USB 1.1	2 USB 1.1 + 1 разъем на 2 USB 1.1	2 USB 1.1 + 2 разъема по 2 USB 1.1	2 USB 2.0 + 1 разъем на 2 USB 2.0
Интегрированный в чипсет IDE-контроллер	ATA100	ATA100	ATA100	ATA100	ATA133	ATA133
Внешний IDE-контроллер	-	-	-	-	-	-
Звук	AC’97 codec, Avance Logic ALC201A	AC’97 codec, Analog Devices AD1885	PCI Audio, C-Media CMI8738/ PCI-6ch-MX	AC’97 codec, Avance Logic ALC201	PCI Audio, C-Media CMI8738/ PCI-6ch-MX	AC’97 codec, VIA VT1612A
Встроенный сетевой контроллер	-	10BaseT/ 100BaseTX	-	-	10BaseT/ 100BaseTX	Realtek RTL8100BL, 10BaseT/ 100BaseTX
I/O-контроллер	Winbond W83627GF-AW	SMSC LPC47M142-NC	Winbond W83697HF	ITE IT8705F	ITE IT8707F	ITE IT8705F
BIOS	2 Мбит Award Medallion BIOS v6.00	4 Мбит Phoenix BIOS v6.0	2 Мбит Award Modular BIOS v6.00PG	2 Мбит Phoenix BIOS v4.0 Release 6.0	2 Мбит Award Medallion BIOS v6.00	2 Мбит Award Modular BIOS v6.00PG
Форм-фактор, размеры	ATX, 30,5x24,5 см	ATX, 30,5x24,5 см	ATX, 30,5x23 см	ATX, 34,7x27,8 см	ATX, 30,5x22 см	ATX, 30,5x22,5 см

Для референсной платы SiS SS51B мы не приводим описания ввиду бессмысленности этого, желающие могут взглянуть на фотографию и изучить данные в сводной таблице. Отметим лишь, что BIOS платы предоставляет огромные возможности для настройки системы, в том числе установку частоты памяти независимо от частоты FSB вплоть до DDR400.

Для облегчения восприятия все диаграммы выдержаны в едином стиле: столбики с результатами Pentium 4 2,4 ГГц имеют синие цвета, столбики с результатами Pentium 4 2,4B ГГц окрашены в цвета желто-оранжевой гаммы, а результаты Pentium 4 2,53 ГГц показаны зеленым цветом.

Результаты тестов

Так как мы сравниваем процессоры одной архитектуры, для тестирования в CPU RightMark вполне достаточно ограничиться рассмотрением результатов, полученных с использованием одного и того же набора инструкций: в данном случае наш выбор, естественно, пал на SSE/SSE2. Итак, при задействовании SSE2 все процессоры частоты 2,4 ГГц показали один и тот же результат в скорости «Решателя», с легкими отклонениями строго в соответствии с реальной частотой процессора на конкретной плате. Pentium 4 2,53 ГГц на 5,3% впереди, что опять-таки подтверждает почти идеальную (96%) масштабируемость теста по частоте.

Так как в вычисление суммарной производительности системы в CPU RightMark (при настройках по умолчанию) основной вклад вносит скорость рендеринга, а результаты блока решения уравнений лишь сообразно снижают этот показатель, имеет смысл ограничиться только рассмотрением скорости работы блока визуализации. Здесь, как видите, отчетливо видна разница между старыми и новыми процессорами при почти полном отсутствии таковой между системами на DDR333 и DDR400, что позволяет утверждать, что в данном тесте (во всяком случае, при памяти DDR333 и выше) узким местом является именно скорость процессорной шины. Различные платформы с одним и тем же процессором показывают довольно близкие результаты, лидера здесь выделить нельзя.

Естественно, характерная для алгоритма работы CPU RightMark с памятью ситуация может выглядеть по-иному для алгоритмов других приложений, и результаты в Cachemem и Wstream показывают уже примерно равное ускорение от увеличения частоты шины процессора и памяти. По скорости чтения из памяти новый чипсет SiS немного опережает всех, включая i850E, а с DDR400 он и вовсе недосягаем. Так же, как и RDRAM (PC800) по скорости записи в память: тут даже до i850 конкурентам далеко. Как следствие, лучшую производительность в выполнении синтетического набора элементарных операций с памятью Wstream показывает пара 850-х, хотя SiS 645DX+DDR400 уже неподалеку.

Кодирование MPEG4 и архивирование с помощью WinAce сильнее прочих зависят от скорости работы с памятью и наиболее близки по этому показателю к синтетическому Wstream. Первое место здесь занимает i850E, но SiS 645DX+DDR400 очень близко, а вот результаты чипсета VIA совсем не впечатляют, хотя это справедливо только при сравнении с использованием DDR400. Отметим также, что плата от ASUSTeK заметно проигрывает референсу от SiS.

В полусинтетических тестах набора SYSmark SiS 645DX все же обходит i850E при применении DDR400, а настоящим сюрпризом выглядят высокие показатели VIA P4X266A, до сих пор ни в одном тесте не блеснувшего. Причем неслучайность этих результатов подтверждает и Content Creation Winstone (там, правда, на первом месте безоговорочно пара 850-х). Business Winstone последний раз принимает участие в наших тестах, так как никакого внятного объяснения его «выкрутасам» у нас нет.

Выводы

Итак, новые процессоры на 533-мегагерцовой шине быстрее своих предшественников на 5-10% (бывает и больше, но бывает и меньше). Этого превосходства явно недостаточно для того, чтобы соблазнить на апгрейд своего компьютера обладателей Pentium 4 на 400-мегагерцовой шине (ну, кроме радикальных фанатиков скорости). С другой стороны, Intel и не собирается устраивать конкуренцию между линейками, так что старые процессоры быстро уйдут в небытие, а до тех пор цены на совпадающие по частоте модели будут удерживаться примерно равными, что однозначно позволяет рекомендовать к покупке именно новые процессоры.

В далеком 1981 году создатели IBM PC и подумать не могли о том, что всего через двадцать пять лет компактные домашние компьютеры смогут выдавать практически фотореалистичную картинку с миллионами полигонов, а игровые миры раскинутся на тысячи виртуальных километров.

Интересно, что сказал бы Герман Холлерит (Herman Hollerith), узнав, что основанная им компания по изготовлению перфокарт и счетных машин в очередной раз оказалась у истоков наших ретро-исследований?

От простого к сложному

В 1981 году компания IBM представила первый в мире персональный компьютер — IBM PC. В нем использовалась допотопная видеокарта с возможностью вывода монохромного изображения, но не это главное. Все наше внимание приковано к шине Industry Standard Architecture (ISA), разработанной в недрах IBM. Основное назначение ISA — соединение периферийных компонентов с системой.

Шина ISA использовалась далеко не только (и даже не столько) для нужд видеокарт. Сторонние производители выпустили массу дополнительных устройств для расширения возможностей компьютера. Оно и понятно, ведь тогда в системную плату не устанавливали звуковой кодек, сетевой контроллер и т.д. Все это можно было реализовать лишь с помощью карт расширения. Сами по себе ISA-порты не сильно отличались от более привычных PCI-разъемов.

Предшественниками полноценных видеокарт были чипы с возможностью вывода спрайтов на экран. Графические возможности компьютеров в те времена не волновали людей: когда IBM представила первый в мире чип с поддержкой вывода нескольких цветов, люди и не поняли, зачем это нужно. Графические карты для интерфейса ISA в середине 1980-х выпускали компании Cirrus Logic, Avance Logic, ATI, S3.

EISA заткнула за пояс шину MCA от IBM и стала стандартом де-факто.

Изначально у шины ISA было много ограничений: недостаточная пропускная способность, малое число прерываний, система распределения питания не ахти. Заменить ISA должна была шина Micro Channel Architecture (MCA), представленная в 1987 году вместе с компьютером IBM PS/2. Новая разработка решила многие проблемы, свойственные ISA: частота шины поднялась до 10 МГц, появился вменяемый Plug-n-Play (до этого прописывать новое устройство в систему приходилось вручную), шина стала 32-битной. Теоретическая пропускная способность MCA достигала 66 Мб/с, на практике — максимум 40 Мб/с. Устройства наконец-то могли общаться друг с другом напрямую, минуя центральный процессор. С такими улучшениями MCA могла бы стать индустриальным стандартом, но IBM сама все испортила. Компания не стала развивать рынок периферии для новой шины, более того, тщательно тормозила этот процесс — сторонние производители должны были получать специализированный ID для каждого устройства, за право выпуска устройств под MCA нужно было платить лицензионные отчисления и роялти. И это при том, что IBM не получила патенты на шину.

История сохранила лишь несколько упоминаний о видеокартах под MCA. Очевидно, что производители испугались всех трудностей, связанных с лицензированием и получением ID. Да и стоило ли мучиться? Компьютеры с шиной MCA оказались значительно дороже аналогов с использованием ISA. Все большей популярностью пользовались системы от Dell, Research Machines и Olivetti. Самые известные дискретные видеокарты для MCA — это монструозные IBM XGA, XGA-2, несколько моделей от Infotronic, Actix и ATI. Кстати, примерно в то же время появился разъем VGA (D-sub) для подключения мониторов.

Видеокарта ATI Mach32 для шины VLB едва помещалась в корпуса того времени. Да-да, и тогда выпускали громадные видеокарты.

Внешне порты EISA были похожи на 16-битные разъемы ISA — они точно так же были разделены на части для сохранения совместимости. С точки зрения производителей, шина EISA не сильно отличалась от оригинальной ISA, так что и видеокарт с ее поддержкой было выпущено предостаточно.

Надстройка продлила жизнь ISA, но в начале 1990-х была представлена шина VESA Local Bus (VL-bus, VLB). За ее разработку ответственна всем известная ассоциация Video Electronics Standards Association (VESA), основанная NEC в середине 1980-х годов. Почему бы не успокоиться на время и не продолжить использование EISA? Все просто — производителям опять не хватало скорости. Решением стала совершенно неудобная по современным меркам «добавка» в виде PCI-образного порта, который располагался в один ряд с 16-битным разъемом ISA, таким образом продлевая его. Устройство с поддержкой VLB устанавливалось сразу в два разъема — порт VLB обслуживал обращения к памяти, а ISA обрабатывал прерывания. Топорное решение, ничего не скажешь.

Несмотря на все недостатки, VLB стала стандартом де-факто в компьютерах с процессорами Intel 80486. Многочисленные производители видеокарт представили длинные модели с двумя разъемами.

В 1991 году ATI выпустила видеокарту Mach 8, которая могла обрабатывать картинку без помощи процессора. Уже в 1992 году последовала Mach 32 с возможностью ускорения обработки графического интерфейса Windows. Начались первые войны за рынок графики. В стычках участвовали S3, Cirrus Logic, ATI, PowerVR, Rendition и более мелкие игроки. На горизонте замаячили трехмерные пространства и аппаратное ускорение графики.

Проследив за компьютерным рынком, Intel решила взять все в свои руки и начала работу над шиной Peripheral Component Interconnect (PCI). Intel подошла к вопросу со всей серьезностью и организовала специальную группу для продвижения стандарта — PCI Special Interest Group (PCI-SIG). В нее вошли представители наиболее крупных IT-компаний.

Карта расширения с четырьмя дополнительными разъемами ISA. Такие устройства использовали, когда доступных портов уже не хватало.

Финальные спецификации PCI 1.0 были готовы к 1993 году. В серверах новый интерфейс заменил и EISA, и MCA. Захват рынка настольных компьютеров произошел не сразу — на тот момент люди были вполне довольны возможностями VLB. С появлением мощных процессоров Pentium недостатки шины стали очевидны — пользователям не давали жить постоянные помехи, наводки от оборудования и испорченные данные на жестких дисках.

В один прекрасный момент Intel представила процессор Pentium Pro в паре с новым чипсетом, в нем место VLB не нашлось. Да, вот так просто компания взяла, да и убрала разъем. Силовые наклонности Intel проявляются и по сей день, ведь именно она форсировала переход на Serial ATA, ратовала за отказ от PS/2 в пользу USB. Что интересно, интерфейс EISA тогда сохранили — соответствующие разъемы оставались на платах еще довольно долго.

К выходу Pentium II в 1995 году PCI-SIG представила спецификации PCI 2.0 (33 МГц). В новой версии была решена проблема прерываний и определения установленных устройств — под эти цели отвели дополнительный канал связи. Периферия могла свободно обращаться к памяти, выделять для себя необходимые участки, а технологию Plug-n-Play довели до ума.

Участники PCI-SIG не почивали на лаврах и продолжали работу над стандартом — в последующие годы появились ревизии 2.1, 2.2 и даже 3.0. Самая ходовая версия PCI обладала пропускной способностью 133 Мб/с. Тем временем на рынке видеокарт только разгоралась борьба за место под солнцем. Производители работали над реализацией аппаратного ускорения 3D-графики. Ярчайшие представители той эпохи — разновидности S3 ViRGE и первый комбинированный 2D/3D графический ускоритель ATI Rage. Не выдержав конкуренции, рынок видеокарт начали покидать различные компании. Многие из них — например, Cirrus Logic — перепрофилировались и успешно существуют до сих пор.

Разъемы PCI Express даже внешне не похожи на PCI, от одноименного предшественника остались лишь воспоминания.

Все описанные тогдашние модели использовали интерфейс PCI — до поры до времени он обеспечивал достаточную пропускную способность. История шины как идеального интерфейса для видеокарт стала подходить к концу с появлением на рынке компаний 3Dfx и NVIDIA. К 1997 году последняя представила сравнительно мощную Riva 128, ATI продолжила развивать Rage, а 3Dfx выпустила легендарные 3D-акселераторы Voodoo и Voodoo 2. Несмотря на то, что шина PCI позволяла вытворять фокусы, вроде установки двух Voodoo 2 и объединения их в режим SLI, пропускной способности стало не хватать. И снова на арену вышла Intel.

Главное уязвимое место шины PCI заключается в том, что 133 Мб/с делятся между всеми установленными устройствами. Стало быть, для требовательной графической карты нужен обособленный разъем. На разработку Accelerated Graphics Port (AGP) ушло немного времени. Первую версию интерфейса представили вместе с процессорами Pentium II для Slot 1. Шина AGP 1x обеспечила пропускную способность до 266 Мб/с. Впервые соединение с процессором было прямым — их «общению» никто больше не мешал. Появилась дополнительная адресация, которая позволила видеокартам посылать новый запрос во время получения уже заказанных данных.

Первая волна видеокарт под AGP не заставила себя долго ждать. В числе пионеров были Rendition Verite V2200, 3dfx Voodoo Banshee, NVIDIA RIVA 128, 3Dlabs PERMEDIA 2, Intel i740, ATI Rage, Matrox Millennium II и S3 ViRGE GX/2. Разумеется, многие из них при работе задействовали переходной мост.

В дальнейшем Intel совершенствовала шину AGP — появились AGP 2x, AGP 4x и AGP 8x. Каждая новая версия отличалась от предыдущей еще большей пропускной способностью и улучшенными электротехническими характеристиками. AGP 8x обладала внушительной пропускной способностью 2133 Мб/с. Достигнуть этого предела производители видеокарт не успели, по команде Intel индустрия двинулась дальше.

«Дикая утка» IBM

На протяжении всей истории человечества всегда находились провокаторы в хорошем смысле слова, выдумщики и просто светлые головы. Люди, которые никогда не сидели на месте и старались привнести в мир что-то новое. Встречайте одного из таких — Чета Хита (Chet Heath).

Этот сотрудник IBM с тридцатилетним стажем отвечал за разработку многих ключевых компонентов, которые в том или ином виде присутствуют в компьютерах и по сей день. В нашей статье мы затронули сразу два из них — шину MCA и технологию Plug-n-Play. Подобных ему в IBM называют «дикими утками» (wild duck), и именно они вращают колесо прогресса.

Хит пока является единственным сотрудником IBM, дважды получившим награду компании за технологические достижения! Зная, какое влияние оказал «Голубой гигант» на компьютерную индустрию, можно предположить, что Чету мы обязаны многим.

В июне 2000 года Хит покинул родные пенаты. Стало тесно — руководство компании не захотело принимать в оборот предлагаемую им серверную технологию, а раз так, надо двигать дальше. В данный момент наш герой трудится в роли технологического директора на славу компании OmniCluster. Посмотрим, что еще он явит миру.

Задел на будущее

Переход на PCI Express вызвал немало вопросов. К моменту появления интерфейса в 2004 году многие лишь недоуменно поднимали бровь — зачем нужна пропускная способность порядка 4 Гб/с, если видеокарты до сих пор не используют всех возможностей AGP 8x? И зачем возвращаться к PCI?

Уже потом люди узнали, что от PCI-архитектуры в PCI Express осталось только название, шина таит в себе много новых возможностей. Так, инновационный интерфейс вернул позабытую технологию 3Dfx SLI в виде подретушированных NVIDIA SLI и ATI CrossFire. Как обычно, при переходе на новую шину широко использовали переходные мосты. История повторяется вот уже который раз, и с каждым новым витком она становится все интереснее!

Вычислительная система Pentium имеет восемь шин (шина кэша, локальная шина, шина памяти, PCI, SCSI, USB, IDE и ISA). Каждая шина имеет свою скорость передачи данных и свои функции. В операционной системе для управления компьютером и его конфигурации должны находиться сведения обо всех шинах.

Шина ISA (Industry Standard Architecture, промышленная стандартная архитектура) - впервые появилась на компьютерах IBM PC/AT, работает на частоте 8,33 МГц и может передавать два байта за такт с максимальной скоростью 16,67 Мбайт/с.; она включена в систему для обратной совместимости со старыми медленными платами ввода-вывода.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, интерфейс периферийных устройств) - создана компанией Intel в качестве преемницы шины ISA, может работать на частоте 66 МГц и передавать по 8 байт за такт со скоростью 528 Мбайт/с. В настоящее время шины PCI используют большинство высокоскоростных устройств ввода-вывода, а так же компьютеры с процессорами, отличными от Intel, так как с ней совместимо много плат ввода-вывода.

Локальная шина в системе Pentium используется для передачи центральным процессором данных микросхеме PCI-моста, который обращается к памяти по выделенной шине памяти, часто работающей на частоте 100 МГц.

Шина кэша используются для подключения внешнего кэша, так как системы Pentium имеют кэш первого уровня (кэш L1), встроенный в процессор, и большой внешний кэш второго уровня (кэш L2).

Шина IDE служит для присоединения периферийных устройств: дисков и устройств для чтения компакт-дисков. Шина является потомком интерфейса контроллера диска на PC/AT, в настоящее время входит в стандартный комплект всех систем, основанных на процессорах Pentium.

Шина USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина) предназначена для присоединения к компьютеру медленных устройств ввода-вывода (клавиатуры, мыши). Она использует маленький четырехпроводной разъем, два провода которого поставляют электропитание к USB-устройствам.

Шина USB - это централизованная шина, по которой главное устройство каждую миллисекунду опрашивает устройства ввода-вывода, чтобы узнать, есть ли у них данные. Она может управлять загрузкой данных со скоростью 1,5 Мбайт/с. Все USB-устройства используют один драйвер, поэтому их можно присоединять к системе без ее перезагрузки.

Шина SCSI (Small Computer System Interface, системный интерфейс малых компьютеров) - высокопроизводительная шина, применяемая для быстрых дисков, сканеров и других устройств, нуждающихся в значительной пропускной способности. Ее производительность достигает 160 Мбайт/с. Шина SCSI используется в системах Macintosh, популярна в UNIX-системах и других системах на базе процессоров Intel.

Шина IEEE 1394 (FireWire) - является бит-последовательной шиной и поддерживает пакетную передачу данных со скоростью, достигающей 50 Мбайт/с. Это свойство позволяет подключать к компьютеру портативные цифровые видеокамеры и другие мультимедийные устройства. В отличие от шины USB шина IEEE 1394 не имеет центрального контроллера.

Операционная система должна уметь распознавать аппаратные составляющие и уметь их настраивать. Это требование привело компании Intel и Microsoft к разработке системы персонального компьютера, называемой plug and play («включи и работай»). До появления этой системы каждая плата ввода-вывода имела фиксированные адреса регистров ввода-вывода и уровень запроса прерывания. Например, клавиатура использовала прерывание 1 и адреса в диапазоне от 0x60 до 0x64; контроллер гибкого диска использовал прерывание 6 и адреса от 0x3F0 до 0x3F7; принтер пользовался прерыванием 7 и адресами от 0x378 до 0х37А.

Если пользователь покупал звуковую карту и модем, случалось что эти устройства случайно использовали одно и тоже прерывание. Возникал конфликт, поэтому устройства не могли работать вместе. Возможным решением было встроить набор DIP-переключателей (джамперов, jumper - перемычка) в каждую плату и настроить каждую плату таким образом, чтобы адреса портов и номера прерываний различных устройств не конфликтовали друг с другом.

Plug and play позволяет операционной системе автоматически собирать информацию об устройствах ввода-вывода, централизованно назначать уровни прерывания и адреса ввода-вывода, а затем сообщать каждой плате эту информацию. Такая система работает на компьютерах Pentium. Каждый компьютер с процессором Pentium содержит материнскую плату, на которой находится программа - система BIOS (Basic Input Output System - базовая система ввода-вывода). BIOS содержит программы ввода-вывода низкого уровня, включая процедуры: для чтения с клавиатуры, для вывода информации на экран, для ввода-вывода данных с диска и пр.

При начальной загрузке компьютера стартует система BIOS, которая проверяет количество установленной в системе оперативной памяти, подключение и корректность работы клавиатуры и других основных устройств. Далее BIOS проверяет шины ISA и PCI и все устройства, присоединенные к ним. Некоторые из этих устройств являются традиционными (созданными до выхода стандарта plug and play). Они имеют фиксированные уровни прерывания и адрес порта ввода-вывода (например, заданные с помощью переключателей или перемычек на плате ввода-вывода без возможности их изменения операционной системой). Эти устройства регистрируются, далее проходят регистрации устройства plug and play. Если присутствующие устройства отличаются от тех, что были во время последней загрузки, то производится конфигурирование новых устройств.

Затем BIOS определяет устройство, с которого будет происходить загрузка, по очереди пробуя каждое из списка, хранящегося в CMOS-памяти. Пользователь может изменить этот список, войдя в конфигурационную программу BIOS сразу после загрузки. Обычно сначала делается попытка загрузиться с гибкого диска. Если это не удается, пробуется компакт-диск. Если в компьютере отсутствуют и гибкий диск, и компакт-диск, система загружается с жесткого диска. С загрузочного устройства считывается в память и выполняется первый сектор. В этом секторе находится программа, проверяющая таблицу разделов в конце загрузочного сектора, чтобы определить, который из разделов является активным. Затем из того же раздела читается вторичный загрузчик. Он считывает из активного раздела операционную систему и запускает ее.

После этого операционная система опрашивает BIOS, чтобы получить информацию о конфигурации компьютера и проверяет наличие драйвера для каждого устройства. Если драйвер отсутствует, операционная система просит пользователя вставить гибкий диск или компакт-диск, содержащий драйвер (эти диски поставляются производителем устройства). Если же все драйверы на месте, операционная система загружает их в ядро. Затем она инициализирует таблицы драйверов, создает все необходимые фоновые процессы и запускает программу ввода пароля или графический интерфейс на каждом терминале.

Шиной (Bus) называется вся совокупность линий (проводников на материнской плате), по которым обмениваются информацией компоненты и устройства ПК. Шины предназначены для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. На рис. 1 дана структура шины.

Шина имеет места для подключения внешних устройств – слоты, которые в результате становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

Рис. 1. Структура шины

Шины в ПК различаются по своему функциональному назначению:

системная шина (или шина CPU) используется микросхемами Cipset для пересылки информации к CPU и обратно (см. также рис. 1);
шина кэш-памяти предназначена для обмена информацией между CPU и кэш-памятью (см. также рис. 1);
шина памяти используется для обмена информацией между оперативной памятью RAM и CPU;
шины ввода/вывода информации подразделяются на стандартные и локальные.

Локальная шина ввода/вывода – это скоростная шина, предназначенная для обмена информацией между быстродействующими периферийными устройствами (видеоадаптерами, сетевыми картами, картами сканера и др.) и системной шиной под управлением CPU. В настоящее время в качестве локальной шины используется шина PCI. Для ускорения ввода/вывода видеоданных и повышения производительности ПК при обработке трехмерных изображений корпорацией Intel была разработана шина AGP (Accelerated Graphics Port).

Стандартная шина ввода/вывода используется для подключения к перечисленным выше шинам более медленных устройств (например, мыши, клавиатуры, модемов, старых звуковых карт). До недавнего времени в качестве этой шины использовалась шина стандарта ISA. В настоящее время – шина USB.

Шина имеет собственную архитектуру, позволяющую реализовывать важнейшие ее свойства – возможность параллельного подключения практически неограниченного числа внешних устройств и обеспечение обмена информацией между ними. Архитектура любой шины имеет следующие компоненты:

линии для обмена данными (шина данных);
линии для адресации данных (шина адреса);
линии управления данными (шина управления);
контролер шины.

Контроллер шины осуществляет управление процессором обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо в виде совместимого набора микросхем – Chipset.

Шина данных обеспечивает обмен данными между CPU, картами расширения, установленными в слоты, и памятью RAM. Чем выше разрядность шины, тем больше данных может быть передано за один такт и тем выше производительность ПК. Компьютеры с процессором 80286 имеют 16-разрядную шину данных, с CPU 80386 и 80486 – 32-разрядную, а компьютеры с CPU семейства Pentium – 64-разрядную шину данных.

Шина адреса служит для указания адреса к какому-либо устройству ПК, с которым CPU производит обмен данными. Каждый компонент ПК, каждый регистр ввода/вывода и ячейка RAM имеют свой адрес и входят в общее адресное пространство ПК. По шине адреса передается идентификационный код (адрес) отправителя и (или) получателя данных.

Для ускорения обмена данными используется устройство промежуточного хранения данных – оперативная память – RAM. При этом решающую роль играет объем данных, которые могут временно храниться в ней. Объем зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и тем самым от максимально возможного числа адресов, генерируемых процессором на адресной шине, т.е. от количества ячеек RAM, которым может быть присвоен адрес. Количество ячеек RAM не должно превышать 2 n , где n – разрядность адресной шины. В противном случае часть ячеек не будет использоваться, поскольку процессор не сможет адресоваться к ним.

В двоичной системе счисления максимально адресуемый объем памяти равен 2 n , где n – число линий шины адреса.

Процессор 8088, например, имел 20 адресных линий и мог, таким образом, адресовать память объемом 1 Мбайт (2 20 =1 048 576 байт=1024 Кбайт). В ПК с процессором 80286 разрядность адресной шины была увеличена до 24 бит, а процессоры 80486, Pentium, Pentium MMX и Pentium II имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гбайт памяти.

Шина управления передает ряд служебных сигналов: записи/считывания, готовности к приему/передаче данных, подтверждения приема данных, аппаратного прерывания, управления и других, чтобы обеспечить передачу данных.

Основные характеристики шины

Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в нее. Первая шина ISA для IBM PC была восьмиразрядной, т.е. по ней можно было одновременно передавать 8 бит. Системные шины современных ПК, например, Pentium IV – 64-разрядные.

Пропускная способность шины определяется количеством байт информации, передаваемых по шине за секунду.

При расчете пропускной способности, например шины AGP, следует учитывать режим ее работы: благодаря увеличению в два раза тактовой частоты видеопроцессора и изменению протокола передачи данных удалось повысить пропускную способность шины в два (режим 2 х ) или четыре (режим 4 х ) раза, что эквивалентно увеличению тактовой частоты шины в соответствующее число раз (до 133 и 266 МГц соответственно).

Внешние устройства к шинам подключается посредством интерфейса (Interface – сопряжение), представляющего собой совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором.

К числу таких характеристик относятся электрические и временные параметры, набор управляющих сигналов, протокол обмена данными и конструктивные особенности подключения. Обмен данными между компонентами ПК возможен, только если интерфейсы этих компоненты совместимы.

Стандарты шин ПК

Принцип IBM-совместимости подразумевает стандартизацию интерфейсов отдельных компонентов ПК, что, в свою очередь, определяет гибкость системы в целом, т.е. возможность по мере необходимости изменять конфигурацию системы и подключать различные периферийные устройства. В случае несовместимости интерфейсов используются контроллеры. Кроме того, гибкость и унификация системы достигаются за счет введения промежуточных стандартных интерфейсов, таких как интерфейсы необходимы для работы наиболее важных периферийных устройств ввода и вывода.

Системная шина предназначена для обмена информацией между CPU, памятью и другими устройствами, входящими в систему. К системным шинам относятся:

GTL, имеющая разрядность 64 бит, тактовую частоту 66, 100 и 133 МГц;
EV6, спецификация которой позволяет повысить ее тактовую частоту до 377 МГц.

Шины ввода/вывода совершенствуются в соответствии с развитием периферийных устройств ПК. В табл. 2 представлены характеристики некоторых шин ввода/вывода.

Шина ISA в течение многих лет считалась стандартом ПК, однако и до сих пор сохраняется в некоторых ПК наряду с современной шиной PCI. Корпорация Intel совместно с Microsoft разработала стратегию постепенного отказа от шины ISA. В начале планируется исключить ISA-разъемы на материнской плате, а впоследствии исключить слоты ISA и подключить дисководы, мыши, клавиатуры, сканеры к шине USB, а винчестеры, приводы CD-ROM – к шине IEEE 1394. Однако наличие огромного парка ПК с шиной ISA будет востребована еще на протяжении некоторого времени.

Шина EISA стала дальнейшим развитием шины ISA в направлении повышения производительности системы и совместимости ее компонентов. Шина не получила широкого распространения в связи с ее высокой стоимостью и пропускной способностью, уступающей пропускной способности появившейся на рынке шины VESA.

Таблица 2. Характеристики шин ввода/вывода

Шина VESA, или VLB, предназначена для связи CPU с быстрыми периферийными устройствами и представляет собой расширение шины ISA для обмена видеоданными.

Шина PCI была разработана фирмой Intel для процессора Pentium и представляет собой совершено новую шину. Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими типами шин. В шине PCI реализован принцип Bus Mastering, который подразумевает способность внешнего устройства при пересылке данных управлять шиной (без участия CPU). Во время передачи информации устройство, поддерживающее Bus Mastering, захватывает шину и становится главным. В этом случае центральный процессор освобождается для решения других задач, пока происходит передача данных. В современных

материнских платах тактовая частота шины PCI задается как половина тактовой частоты системной шины, т.е. при тактовой частоте системной шины 66 МГц шина PCI будет работать на частоте 33 МГц. В настоящее время шина PCI стала фактическим стандартом среди шин ввода/вывода.

Шина AGP – высокоскоростная локальная шина ввода/вывода, предназначенная исключительно для нужд видеосистемы. Она связывает видеоадаптер (3D-акселератор) с системой памятью ПК. Шина AGP была разработана на основе архитектуры шины PCI, поэтому она также является 32-разрядной. Однако при этом у нее есть дополнительные возможности увеличения пропускной способности, в частности, за счет использования более высоких тактовых частот.

Шина USB была разработана лидерами компьютерной и телекоммуникационной промышленности Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft для подключения периферийных устройств вне корпуса PC. Скорость обмена информацией по шине USB составляет 12 Мбит/с или 15 Мбайт/с. К компьютерам, оборудованным шиной USB, можно подключать такие периферийные устройства, как клавиатура, мышь, джойстик, принтер, не выключая питания. Все периферийные устройства должны быть оборудованы разъемами USB и подключаться к ПК через отдельный выносной блок, называемый USB-хабом, или концентратором, с помощью которого к ПК можно подключить до 127 периферийных устройств. Архитектура шины USB представлена на рис. 4.

Шина SCSI (Small Computer System Interface) обеспечивает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с и предусматривает подключение к одному адаптеру до восьми устройств: винчестеры, приводы CD-ROM, сканеры, фото- и видеокамеры. Отличительной особенностью шины SCSI является то, что она представляет собой кабельный шлейф. С шинами PC (ISA или PCI) шина SCSI связана через хост-адаптер (Host Adapter). Каждое устройство, подключенное к шине SCSI, может инициировать обмен с другими устройством.

Шина IEEE 1394 – это стандарт высокоскоростной локальной последовательной шины, разработанный фирмами Apple и Texas Instruments. Шина IEEE 1394 предназначена для обмена цифровой информацией между

ПК и другими электронными устройствами, особенно для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации, а также работы мультимедийных приложений. Она способна передавать данные со скоростью до 1600 Мбайт/с, работать одновременно с несколькими устройствами, передающими данные с разными скоростями, как и SCSI.

Подключить к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 можно практически любые устройств, способные работать с SCSI. К ним относятся все виды накопителей на дисках, включая жесткие, оптические, CD-ROM, DVD, цифровые видеокамеры, устройства. Благодаря таким широким возможностям, эта шина стала наиболее перспективной для объединения компьютера с бытовой электроникой. В настоящее время уже выпускаются адаптеры IEEE 1394 для шины PCI.

Читайте также: