Кроме этих тактовых частот на системной плате присутствуют и другие - для синхронизации COM-портов, CMOS-таймера, НГМД и других периферийных адаптеров.

16. Шины расширения ввода/вывода

Стандартизированные шины расширения ввода\вывода обеспечивают основу функциональной расширяемости РС-совместимого персонального компьютера, который с самого рождения не замыкался на выполнении сугубо вычислительных задач. Хотя многие компоненты, ранее размещаемые на платах расширения, постепенно переселяются на системную плату.

К шинам расширению ввода\вывода, реализованным в виде слотов на системной плате, относятся следующие:

• ISA-8 & ISA-16 - традиционные универсальные слоты подключения периферийных адаптеров, не требующих высоких скоростей обмена

• EISA - дорогая 32-битная шина средней производительности, применяемая в основном для подключения контроллеров дисков и адаптеров локальных сетей в серверах

• PCI - самая распространенная высокопроизводительная 32/64-битная шина. Используется для подключения адаптеров дисков, контроллеров SCSI, графических, видео-, комуникационных и других адаптеров. На системной плате чаще всего устанавливают 3 или 4 слота PCI. Слот PCI иногда имеет дополнительный маленький слот расширения Media BUS, на который выведены сигналы шины ISA

Кроме шин, релизованных щелевыми разъемами-слотами, имеется ряд шин, в которых устройства соединяются кабелями. К ним относятся следующие:

• SCSI - интерфейсная шина системного уровня, предназначенная для подлкючения широкого спектра внутренних и внешних периферийных устройств, требующих высокой производительности обмена данными. Системная плата со встроенным SCSI-адаптером имеет разъем одного из типов, принятых для этого интерфейса, который со внутренними и внешними устройствами соединяется обычно ленточным кабелем-шлейфом.

• USB - последовательная шина среднего быстродействия для подключения разнообразных внешних устройств. Системная плата может иметь два порта USB, выведенных на 4-штырьковые разъемы. Внешние разъемы устанавливаются на задней или лицевой панели корпуса компьютера.

• FireWire - высокопроизводительная последовательная шина подключения внешних устройств, предназначенная в основном для подключения видеоаппаратуры. С помощью этой же шины возможно и объединение нескольких компьютеров в локальную сеть.

Кроме шин расширения, современные системные платы могут иметь и вспомогательные шины, используемые для тестирования и передачи конфигурационной информации. К ним относятся следующие:

• JTAG - последовательный интерфейс тестирования, реализованный в большинстве процессоров, а также входящий в спецификацию разъема шины PCI

• I2C - последовательная шина, используемая для передачи конфигурационной информации новых модулей памяти DIMM, а также в цифровом канале связи с монитором.

Карты расширения устанавливаются в соответствующие слоты системной платы. Их количество и состав на различных платах варьируется. Типы слотов легко определить визуально. Распространенные сочетания: ISA+PCI, ISA+VLB, EISA+PCI, EISA+VLB.

У адаптеров для шины PCI компоненты расположены на левой стороне печатной платы. Для экономии площади печатной платы часто используют так называемый разделяемый слот. На самом деле это разделяемое окно на задней стенке корпуса, которое может использоваться либо картой ISA, либо картой PCI.

Конфигурирование шин расширения предполагает настройку их временных параметров.

Для шины VLB применяется перемычка, управляющая делителем частоты сигнала синхронизации в зависимости от того, превышает ли системная частота значение 33,3 МГц.

Для шины PCI частота синхронизации определяется частотой системной шины процессора. Кроме того, в Bios Setup для этой шины могут определяться некоторые ее возможные режимы.

Для шины ISA кроме частоты задают время восстановления для 8- и 16-битных обращений к памяти вводу выводу. Неустойчивая работа адаптеров может потребовать замедления шины ISA, но сейчас время понижение ее производительности не сильно отражается на производительности компьютера в целом.

Для шин ISA и PCI иногда опциями Bios Setup приходится распределять системные ресурсы.

17. Чипсет

Как уже упоминалось выше, чипсет является связующим звеном между всеми компонетами системной платы.

Центральную роль в архитектуре играет процессор. К его локальной шине адреса и данных подключаются модули вторичного кэша. Основная динамическая память имеет собственную мультиплексированную шину адреса и шину данных, обычно изолированную от локальной шины процессора. На этом "этаже" архитектуры чипсет решает следующие задачи:

• Обслуживание управляющих и конфигурационных сигналов процессора.

• Мультиплексирование адреса и формирование управляющих сигналов динамической памяти, связь шины данных памяти с локальной шиной.

• Формирование управляющих сигналов вторичного кэша, сравнение его тегов текущим адресом обращения на локальной шине.

• Обеспечение когерентности данных в обоих уровнях кэш-памяти и основной памяти при обращении как со стороны процессора, так и от контроллеров шины PCI.

• Связь мультиплексированной шины адреса и данных шины PCI с локальной шиной процессора и шиной динамической памяти.

• Формирование управляющих сигналов шины PCI, арбитраж контроллеров шины.

3 микросхемы чипсета - системный контоллер и 2 корпуса коммутаторов данных определяют:

• типы и частоты поддерживаетмых процессоров

• политику записи, возможности применения различных микросхем и скоростные характеристики вторичного кэша, возможный размер кэша и кэшируемой области основной памяти

• типы, объемы и максимальное количество модулей динамической памяти, возможность чередования банков, скоростные характеристики обмена

• поддерживаемые частоты шины PCI, возможное количество контроллеров шины, способы буферизации.

Следующий этаж архитектуры - устройства, подключенные к шине PCI. Эта шина является центральной в современных системных платах, и все интерфейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода в конечном счете общаются с ядром системы через шину PCI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины PCI, ее абонентом является и мост PIIX - практически неотъемлемая часть современных плат.

PIIX представляет собой многофункциональное устройство, на которое возлагаются следующие функции:

• организация моста между шинами PCI и (E)ISA с согласованием частот синхронизации этих шин

• реализация высокопроизводительного, двухканального интерфейса АТА, подключенного к шине PCI

• реализация стандартных систем средств ввода-вывода - двух контроллеров прерываний, двух контроллеров прямого доступа к памяти, трехканального системного счетчика-таймера, канала управления динамиком, логики немаскируемого прерывания

• коммутация линий запросов прерывания шин PCI & ISA, а также встроенной периферии на линии запросов контроллеров прерываний, управление их чувствительностью, обслуживание прерывания от сопроцессора

• коммутация каналов прямого доступа к памяти

• поддержка режимов энергосбережения - обработка SMM, программирование событий управления потреблением, управление частотой процессора, переключение режимов

• реализация моста с внутренней шиной X-Bus, используемой для подключения микросхем контроллера клавиатуры, BIOS, CMOS, RTC, контроллеров гибких дисков и интерфейсных портов

• реализация контроллера USB

Реализация перечисленных функций влияет на такие параметры системной платы, как:

• производительность шины ISA

• производительность, число каналов АТА, возможные режимы обращения

• гибкость системы управления энергопотреблением

• гибкость конфигурирования системных ресурсов и поддержка PnP

• гибкость управления адресацией ROM BIOS, позволяющая использовать большой объем хранимого кода, не занимая излишнего пространства в верхней памяти

Контроллеры гибких дисков, интерфейсных портов, клавиатуры, CMOS RTC могут входить собственно в чипсет, а могут быть реализованы на отдельных "инородных" микросхемах. От них зависят следующие параметры системной платы:

• типы поддерживаемых дисководов;

• режимы параллельного порта;

• режимы последовательных портов;

Чипсеты ориентируются на разные применения системных плат, и функции, необходимые для сервера, могут оказаться излишествами для офисного компьютера. Поэтому нельзя чипсеты выстроить по порядку от худшего к лучшему, они позиционируются в многомерном пространстве противоречивых требований.

18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты

Базовый набор микросхем Intel 440BX состоит из двух чипов - ядра 82443BX и контроллера ввода-вывода PIIX4E 82371EB. Интеловский чипсет поддерживает двухпроцессорность (SMP), и 64-разрядный оптимизированный 3.3-вольтовый интерфейс памяти, не поддерживающий 5-вольтовые модули. Поддерживается 33-мегагеровая шина PCI версии 2.1 и AGP 1.0, функционирующая в режимах 1х и 2х.

Фирма ALI, являющаяся подразделением ACER, предлагает свой чипсет - Aladdin Pro II, состоящий из контроллера AGP, поддерживающего режимы 1х и 2х, памяти и буферизированного контроллера ввода-вывода, позволяющего реализовать 66-мегагерцовую шину PCI, M1621 и моста PCI-ISA, контроллера ACPI, IDE, USB, PS/2 и портов M1533/M1543.

Отличительной особенностью чипсетов от ALI уже давно является достаточно быстрая работа с памятью. И на этот раз в Aladdin Pro II используются различные методы ускорения работы с памятью и разгрузки системной шины. В частности, применяется так называемый конвейерный цикл обращения к памяти, когда периодические регенерации данных в ней выполняются во время ожидания.

Давний конкурент Intel, тайваньская компания VIA, в настоящий момент предлагает чипсет VIA Apollo Pro - второе поколение Apollo P6, первого неинтеловского чипсета для Slot-1. Состоит из ядра VT82C691, обеспечивающего как синхронное, так и асинхронное функционирование шин памяти, AGP и PCI, и южного моста VT82C596, позаимствованного от MVP-3 и позволяющего, кроме базовых функций ввода-вывода (ACPI, USB, порты), реализовать новый интерфейс UltraATA-66. VIA Apollo Pro, как и i440BX, поддерживает режим Suspend to DRAM.

VIA делает не самые производительные чипы, но зато самые продвинутые по функциям. В частности, южный мост у VIA уже давно совместим по выводам с интеловским PIIX4E 82371EB.А новая версия Apollo Pro, VT82C692, также именуемая BXPro, стала совместима по выводам с i440BX.

SiS представляет 100-мегагерцовый чипсет 5600/5595. Состоит из ядра 5600, поддерживающего до полутора гигабайт оперативной памяти - больше чем все остальные, но только 4 PCI-устройства и 1x/2x режимы AGP. Южный мост 5595 кроме базовых функций (ACPI, USB, порты) и интегрированных часов реального времени имеет встроенный модуль мониторинга системы, имеющий 5 аналоговых датчиков вольтажа, 2 - счетчика оборотов и один вход для термоэлемента.

Традиционно, чипсеты от SiS славились небольшой скоростью и не были популярны у пользователей. Зато, SiS представляет самые дешевые решения именно за счет высокой степени интеграции.

В таблице ниже приведено сравнение спецификаций на 100-мегагерцовые чипсеты.

	Intel 440BX	VIA Apollo Pro (BXPro)	Ali Aladdin Pro II	SiS 5600/5595
North Bridge	82443BX	VT82C691(692)	M1621	5600
South Bridge	82371EB	VT82C596	M1543C	5595
Шины
PCI 2.1	+	+	+	+
Максимальное число PCI-устройств	5	5	5	4
AGP	1x/2x	1x/2x	1x/2x	1x/2x
Частота системной шины	66/100 МГц	66/100 МГц	66/100 МГц	66/100 МГц
Асинхронные шины памяти, PCI и AGP	-	+	-	+
Память
Типы	EDO, SDRAM	FP, EDO, SDRAM, DDR SDRAM, BDDR SDRAM, ESDRAM	EDO, SDRAM	FP, EDO, SDRAM
Максимальный объем	1 Гбайт / 512 Мбайт	1 Гбайт	1 Гбайт / 2 Гбайта	1.5 Гбайт
Количество банков	4	8	8	6
ECC и контроль четности	+	+	+	+
EDO Timing	x-2-2-2-2-2-2-2	5-2-2-2-2-2-2-2	x-2-2-2-2-2-2-2	x-2-2-2-2-2-2-2
SDRAM Timing	x-1-1-1-1-1-1-1	6-1-1-1-2-1-1-1	x-1-1-1-1-1-1-1	6-1-1-1-2-1-1-1
Интегрированные возможности
UltraATA-33	+	+	+	+
UltraATA-66	-	+	-	-
Порты USB	2	2 (3)	2	2
Контроллер клавиатуры	+	+	+	+
Интегрированные часы	+	+	+	+
Интегрированный мониторинг	-	-	-	+
Дополнительные возможности
ACPI	+	+	+	+

19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат – AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор – FlexATX. Все эти спецификации, определяющие форму и размеры материнских плат, а также расположение компонентов на них и особенности корпусов, и описаны ниже.