Энциклопедия PC

3.9. Функционированиекомпьютера 107

сатель активного раздела, загрузить в память его первый сектор и, убедившись в том, что в нем находится загрузчик, передать ему управление. Этот загрузчик и должен загрузить операционную систему из выбранного (активного) раздела в память и передать ей управление. Главный загрузчик может являться и средством для выбора загружаемой ОС (boot manager) по желанию пользователя (из меню). На пути этого двухступенчатого загрузчика могут встречаться различные препятствия: не оказаться MBR на штатном месте, не найтись описателя активного раздела, не найтись загрузчика в том секторе, который посчитали первым сектором активного раздела. Неприятности могут быть и у самого загрузчика ОС — он может и не найти файлов, требуемых для загрузки ОС (это относится и к загрузчику дискеты). Наконец, может оказаться физически невозможным чтение какого-либо из требуемых секторов. Все эти препятствия отражаются соответствующими консольными сообщениями и приводят к остановке компьютера, после которой его можно только перезапустить теплым или холодным способом. Подробнее процедура загрузки описана в п. 15.3. Главный загрузчик универсален для всех операционных систем. Загрузчики активных разделов, как и загрузчик на дискете, ориентированы на загрузку только своих операционных систем. Если загрузчику не удается найти и загрузить файлы ОС, он, скорее всего, остановит компьютер с сообщением вида Missing Operation System (Отсутствует операционная система). Раньше был шанс встретить машину, которая при невозможности загрузки ОС запускает интерпретатор языка Basic, «зашитый» в ее ПЗУ. И сейчас некоторые компьютеры при невозможности загрузки ОС «жалуются» на отсутствие интерпретатора Basic, но и его присутствие дело бы не улучшило. Заметим также, что загрузчики проверяют то, что они загружают, весьма условно, так что возможна нештатная ситуация, когда под видом очередной ступени загрузчика или файлов ОС загружаются бессмысленные (в данном контексте) данные и этому загруженному «мусору» передается управление. В этом случае компьютер, скорее всего, «зависнет» безо всяких сообщений (а может и вывести на консоль абракадабру), и его остается лишь попытаться перезагрузить, возможно, с другого устройства. Такое поведение компьютера может быть и признаком неисправного ОЗУ, дисковода и его контроллера, а также шин, ихсоединяющих.

Конечно, чаще всего загрузчику все же удается загрузить файлы операционной системы и передать управление по известному ему адресу памяти (иначе число компьютеров и их пользователей не приумножалось бы так стремительно). Компьютер, у которого не загружается ОС, для рядового пользователя является лишь аппаратом, нуждающимся в ремонте. Для «продвинутого» пользователя — это поле деятельности, направленной на «оживление», то есть обеспечение возможности загрузки ОС. Если на «умершем» компьютере ранее занимались созидательной деятельностью (более серьезной, чем строительство городов в «борьбе империй»), то придется приложить усилия и для сохранения информационного хозяйства, «нажитого непосильным трудом». Как именно хранится информация на дисках и каким образом она становится доступной, будет рассмотрено в главе 7.

Последовательность опроса устройств, с которых делается попытка загрузки операционной системы, задается параметрами CMOS Setup. «Классической» является последовательность А:, С:, и встарых компьютерах небылоспособа ее

108 Глава3. АрхитектураIBM PC-совместимогокомпьютера

изменения. Позже появилась возможность ее изменения на обратную (С:, А:), а затем в нее стали включать и CD-ROM, и новые устройства LSI20, а также обнаруженные устройства удаленной загрузки RPL (Remote Program Loader), позволяющие загружать ОС по сети. Если первое по порядку загрузочное устройство не готово (не установлен сменный диск, на жестком диске нет активного раздела), то процедура обращается к следующему устройству по списку. Таким образом современные компьютеры могут загружаться не только с первого жесткого диска (С:), но и с другого, если на нем имеется активный раздел. Правда, активизировать раздел с помощью утилиты FDISK, как это обычно и делается, можно только на первом физическом жестком диске (таково ее ограничение), так что для этого приходится временно переставлять устройства. Механизм упорядочиванияначальнойзагрузкиподробнеерассмотренвп. 15.3.

Для регулярной работы попытка загрузки с гибкого диска вредна по ряду причин,

самой безобидной из которых является излишние затраты времени на опрос готовности накопителя. Хуже то, что случайно оставленная в накопителе дискета может содержать вирус в загрузочном секторе и попытка загрузки с такой дискеты, даже если на ней нет операционной системы, передаст управление коду этого вируса. При незагруженной операционной системе вирусу аккуратно залезть в файловую систему затруднительно, но поселиться в загрузочном секторе жесткого диска (ищется легко — «первое место в первом ряду») он не поленится. Дальнейшее развитие событий зависит от злобности вируса и опытности пользователя (пока операционную систему не загрузили, этот вирус из загрузчика не вылезет). Запрет попытки загрузки с дискеты служит и средством защиты от несанкционированного доступа к данным. Если загрузка операционной системы закрыта паролем, а разрешена загрузка с дискеты, то, загрузив операционную систему, взломщик получит программный доступ к жесткому диску по крайней мере на физическом уровне. При заданной последовательности С:, А: загрузчик активного раздела жесткого диска не допустит передачи управления загрузчику с дискеты. Конечно, если изменение последовательности используется в целях защиты от несанкционированногодоступа, входвCMOS Setup такженужнозакрытьпаролем.

Загруженная операционная система выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств. Она добавляет новые сервисы, вызываемые, как правило, тоже через программные прерывания, и расширяет некоторые сервисы BIOS. Под управлением операционной системы загружаются и исполняются пользовательские приложения и разные вспомогательные процессы и утилиты. Операционная система ведает распределением всех ресурсов компьютера

— памяти (как оперативной, так и пространства на устройствах хранения данных), процессорного времени (в многозадачных системах), периферийных и коммуникационных устройств. Она же предоставляет интерфейс пользователя, с помощью которого запускаются приложения, настраиваются параметры ОС и выполняютсяиныедействияпользователя.

Приложения и утилиты располагаются в виде файлов на устройствах внешней памяти — локальных и сетевых дисках или иных устройствах хранения. Пользователь запускает интересующие его приложения, указывая имя требуемой программы (или командного файла) с клавиатуры в ответ на приглашение (prompt) ОСилиже«щелкая» попредставляющемегозначку. Воднозадачных

3.9. Функционированиекомпьютера 109

системах (типа MS-DOS) приложения запускаются поочередно: следующее приложение может запускаться только после завершения работы предыдущего. Правда, можно запускать еще так называемые резидентные программы — после запуска часть их программного кода и требуемая область данных «поселяется» в оперативной памяти, и ОС выдает приглашение для ввода очередной команды пользователя. Резидентные программы часто обозначают как TSR, по названию соответствующего сервиса DOS (Terminate and State Resident — завершить, оставив резидентно). Резидентной может быть, например, программа фоновой печати, перекодировщик клавиатуры, калькулятор, отладчик, антивирусная программа и др. Резидентные программы «съедают» некоторый объем оперативной памяти, и программам, загружаемым после них, может и не хватить свободной оперативной памяти. В ряде случаев резидентные программы удается разместить вне дефицитной стандартной памяти (см. п. 3.2). Управление резидентным программам передается по каким-либо событиям: аппаратным прерываниям (от устройств или таймера), вызовам определенных сервисов DOS или BIOS. Процессы в однозадачных системах могут быть и вложенными — одно приложение, не будучи завершенным, может загрузить дочернее приложение и передать ему управление. В свою очередь и дочернее приложение может быть родительским процессом для следующего вложенного. По завершении дочернего процесса управление возвращается родительскому процессу, так что активным все-таки является лишь один процесс. Возможности порождения процессов ограничиваются и малым объемомстандартнойпамяти, предоставляемойвраспоряжение программам.

В многозадачных системах (Windows, UNIX, Linux) одновременно может быть запущено множество программ (процессов), и они могут работать псевдопараллельно (см. п. 5.1.1). Многозадачные системы работают в защищенном режиме процессора и используют виртуальную память, что позволяет всем запущенным процессам расходовать даже больше оперативной памяти, чем реально установлено. Конечно же, в этих системах можно запускать и резидентные программы (процессы), и порождать дочерние процессы.

Как пользователь взаимодействует со своей программой, мы здесь рассматривать не будем — на эту тему про каждую «фирменную» программу написано множество книг, а что требуют «самодельные» программы, зачастую знает (и не всегда точно) только ее создатель. Программы могут обращаться к файлам данных и настроек параметров: считывать файлы, выполнять какую-то обработку, записывать результаты. Для того чтобы не потерять измененные данные, программы следует корректно завершать (закрывать) предусмотренными в ней средствами. Принудительное завершение программы средствами ОС может приводить к потере несохраненныхданных.

По окончании работы современные ОС тоже требуют корректного закрытия (shutdown) — завершения работы приложений и сохранения информации, необходимой пользователю и операционной системе, на энергонезависимых носителях (на диске). Только после этого компьютер можно выключать или выполнять теплый или холодный перезапуск. «Комбинация трех пальцев» (Ctrl+Alt+Del) для старых ОС (типа MS-DOS), как правило, безусловно приводит к «теплому» перезапуску компьютера с потерей всех несохраненных данных. Правда, программы могут перехватить обработчик прерывания Int 19h и предложить пользовате-

110 Глава 3. АрхитектураIBM PC-совместимогокомпьютера

лю подтвердить свои намерения. В ОС защищенного режима неуместный перезапуск чреват неприятностями, и Ctrl+Alt+Del обычно вызывает запрос о намерениях пользователя с предупреждением о возможных последствиях. Сервер ОС NetWare вообще игнорирует эту комбинацию. Если выключить или сбросить (в смысле нажать Reset) компьютер до завершения работы ОС, могут появиться проблемы при последующей загрузке: потеря несохраненных пользовательских данных или системных настроек, потеря фрагментов дисковой памяти (кластеров) и даже разрушение ОС, требующее ее переустановки. Компьютеры в конструктиве АТХ умеют сами выключать питание по завершении работы ОС, что упрощает правила поведения пользователя.

В старых ОС (MS-DOS) «комбинация трех пальцев» (Ctrl+Alt+Del) при прямом управлении шиной PCI или ISA такими устройствами, как контроллеры дисков или адаптеры локальных сетей, может приводить к малоприятным «чудесам». Они обусловлены тем, что «теплый» перезапуск не вырабатывает сигнал аппаратного сброса устройств, и мастер шины будет продолжать обмен данными между своим устройством и областью памяти, на которую он был предварительно «нацелен». Однако при перезагрузке в этой области могут уже оказаться совершенно не те данные. Если мастер выполняет запись в память (чтение диска или прием кадра из сети), неожиданные данные могут затереть область памяти, уже отведенную для других целей. Последствия могут быть различными — некорректная работа какойлибо загруженной программы, «зависание» и т. п. Если мастер выполняет чтение памяти (запись на диск или передача кадра в сеть), то оно может послать не те данные. В случае записи на диск последствия могут быть катастрофическими, если, например, на диск вместо таблицы размещения файлов запишется случайная информация. Передача ложных данных в сеть тоже нежелательна.

3.9.3. «Засыпание» и«пробуждение» компьютера

В работе персонального компьютера после загрузки ОС и запуска приложений часто возникают довольно длительные паузы (когда пользователь отвлекается на свои дела). В это время вхолостую расходуется электроэнергия (выделяется тепло), а также жизненные ресурсы некоторых устройств (например, зря выгорает люминофор монитора). Чтобы сократить эти напрасные потери, уже давно в компьютер ввели средства управления энергопотреблением — power management, а затем и «продвинутый» вариант — АРМ (Advanced Power Management). Задача АРМ — переводить в «спящее» состояние (sleep) устройства, не требуемые для работы в данный момент, и «будить» их (wake up) по первому требованию, по возможности незаметно для приложений и пользователей. Менеджер потребления (АРМ) представляет собой часть системного ПО (BIOS и ОС), для работы ему требуется поддержка со стороны устройств. В спячку можно вводить разные устройства по-разному: у монитора можно погасить лучи и даже остановить генераторы развертки, у винчестера можно остановить шпиндель, процессору можно остановить внутреннее тактирование или понизить эффективную тактовую частоту, память можно перевести в режим саморегенерации. С самого начала подобие спячки применяют дляНГМД— мотор останавливается, если в

3.9. Функционированиекомпьютера 111

течение 2 с нет обращений к дискете. Заснувшее устройство должно реагировать на свои интерфейсные сигналы, чтобы проснуться по сигналу от АРМ или по команде обычного обращения. В спящий режим устройства могут переходить по таймерам, отсчитывающим время от последнего обращения или прекращения активности пользователя (отсутствия сигналов от устройств ввода), а также по командепользователя. Пробуждениесистемывыполняетсяпокакому-либовнешнему событию — нажатию клавиши на клавиатуре (или специальной кнопки на системном блоке), движению мыши, специальному обращению по локальной сети (wake on LAN) или телефонному вызову модема. Конечно же, пробуждение устройства занимает некоторое время, требуемое на разгон двигателя, нагрев трубки монитора и тому подобные операции, и первое обращение к заснувшему устройству будет выполняться относительно долго. Иногда это просто раздражает темпераментного пользователя, а в ряде случаев может приводить к неприятным последствиям. Например, при записи компакт-дисков (CD-R и CD-RW), которую в произвольный момент прерывать нельзя (испортится болванка), неуместно засыпание источника данных (винчестера или привода CD-ROM). Пользователи, не желающие возиться с настройками АРМ (установкой параметров CMOS Setup и ОС), часто просто запрещают работу АРМ, в результате чего их компьютер всегда готов к работе, но, возможно, потребляет больше энергии, чем необходимо. Вопрос энергосбережения стоит особо остро для мобильных (блокнотных) ПКприпитании от аккумуляторов. Кроме энергопотребления АРМ снижает и шум работающего компьютера: шумят вентиляторы блока питания, процессора, а теперь и видеокарт; шумят винчестеры и приводы CD и DVD, особенно высокоскоростные. Если охлаждаемые устройства переходят в энергосберегающий режим, то можно снизить и скорость вращения вентиляторов, а, следовательно, и их шум. Современные винчестеры позволяют регулировать уровень шума: появляется выбор между быстрой, но шумной работой и тихой, но менеепроизводительной.

В плане управления потреблением различают следующие состояния устройств (в порядке «углубления сна»):

ш On — активная (нормальная) работа, полное потребление и максимальная производительность;

тStand by — отключение питания некоторых узлов, с возможностью быстрого (порядка секунды) перехода в активное состояние;

ss Syspend — более глубокое отключение (например, строчной развертки и накала трубки монитора), выход из которого (resume) требует единиц-де- сятковсекунд;

« Off — отключение питания всех узлов, кроме цепей, обеспечивающих последующеевключениепокоманде.

Для ряда устройств (в том числе и процессоров) применяют и другие названия состояния, например, sleep (сон) и deep sleep (глубокий сон). Для других устройств применимо понятие уровня активности (АРМ Level), который выражается численно: 0 — минимальное потребление, 255 — максимальная активность. Кроме того, имеется и состояние механического отключения, когда устройство обесточено механическим выключателеминикакойАРМегоуженевключит.

112 Глава3. АрхитектураIBM PC-совместимогокомпьютера

Конечно, самый тихий и холодный компьютер — выключенный, но его «пробуждение» (включение) требует загрузки ОС и приложений, которые, по мере технического прогресса, грузятся все дольше и дольше. В принципе можно процесс загрузки обойти, для чего достаточно сохранить все содержимое ОЗУ, а также содержимое всех регистров процессора и внутренних регистров (буферов памяти) всех устройств, например, на жестком диске. После этого можно обесточить компьютер, а по включению быстро восстановить запомненное состояние и продолжить работу с точки останова. Такой способ «усыпления» называется Hibernate (зимняя спячка), при этом сохранение и восстановление состояния компьютера занимает всего десятки секунд. Приложения, работа которых была приостановлена, продолжают работу с того места, в котором были остановлены. В принципе пользоваться таким способом выключения компьютера можно сколь угодно большое число раз, но на практике периодически приходится иногда перезагружать ОС и приложения «по-честному». К этому вынуждают и сбои работы ОС и приложений, и накапливающиеся «отходы» памяти, которые не всегда могут быть использованы до перезагрузки. Для подстраховки перед усыплением компьютера рекомендуется все-таки явно сохранять пользовательские файлы на диске — риск невосстановимости состояния после включения хоть и невелик, но есть. Менее радикальный способ «усыпления», называемый Stand by, сводится к остановке винчестеров, выключению дисплея, максимальному торможению процессора и всех остальных устройств. При этом состояние компьютера сохраняется, но на своих местах (данные остаются в памяти, регистрах процессора и всех устройств). Переход в нормальный режим происходит гораздо быстрее (время уходит только на раскрутку диска и на прогрев монитора, и то если он традиционный электроннолучевой). Однако в таком состоянии компьютер все-таки потребляет заметную мощность, вентилятор настольного ПК продолжает работать. Надежность сохранения состояния получается ниже: провал (скачок) питания, толчки, способные нарушить контакт в модулях памяти или карт расширения, и прочие возмущения могут привести к потере состояния (впрочем, как и в нормальном рабочем режиме).

Идею быстрого доступа к ПК продвигают Microsoft и Intel, выступая с инициативами OnNow PC (можно перевести как «PC всегда готов») и Instantly Available PC. Эти идеи отражены в спецификациях РС99 и РС2001, и для управления питанием требуется использование спецификации ACPI. Advanced Configuration and Power Interface — расширенный, или «продвинутый», интерфейс конфигурирования и питания представляет собой довольно сложную комбинацию функций, часть из которых раньше возлагались на относительно независимые системы РпР (в части конфигурирования) и АРМ («диспетчер» энергопотребления). Этот интерфейс должен по возможности разумно управлять питанием различных подсистем. Если раньше управляли лишь потреблением монитора, винчестера и процессора (приостанавливая синхронизацию), то теперь может «останавливаться» и оперативная память, и любые отдельные подсистемы, не используемые в данный момент времени. Система и устройства в «спящем» состоянии должны казаться выключенными — не шуметь, не мигать индикаторами, но иметь индикатор режима. Включение и выключение питания должно быть программ-

3.9. Функционированиекомпьютера 113

но-управляемым. Система должна уметь «засыпать» (sleep state) и программно отключаться (soft off). «Просыпаться» она должна по нажатию кнопки, внешнему сигналу от периферийного устройства (в том числе и на шине USB) или по заранее спланированному расписанию. Эта возможность может использоваться, например, для автоматического запуска в ночное время утилит обслуживания дисков (дефрагментации), загрузки почты и т. п. Система должна иметь таблицу, описывающую методы управления всеми устройствами и шинами. В рамках ACPI требуется и контроль терморежима с управлением вентиляторами. Управление засыпанием и пробуждением может выполняться как от специальных кнопок на системном блоке, так и от специальных клавиш на клавиатуре. Кнопкавыключатель питания, используемая в современных системных блоках (АТХ) вместо механического выключателя, через CMOS Setup может быть запрограммирована на управление «спячкой».

Система управления потреблением настраивается параметрами CMOS Setup (Power Management), а также средствами современных ОС, включая Windows 9х/МЕ/2000. Основной аппаратной базой управления является системная плата и BIOS, поддерживающие ACPI (а прежде АРМ). Возможность программного включения обеспечивает «дежурный» (standby) источник блока питания АТХ; также важна поддержка АРМ или ACPI периферийными устройствами. Для быстрого запуска со стороны BIOS предусматривается сокращение времени выполнения начального теста POST — подробное тестирование может выполняться лишь при обнаружении проблем во время предыдущей загрузки. Время от включения до начала загрузки ОС стремятся сократить до нескольких секунд (правда, процесс может затянуться медленно запускаемыми дисками или необходимостью инициализации всего объема ОЗУ при использовании ЕСС). В BIOS должна быть возможность отключения визуализации процесса POST — после включения ПК, если все в порядке, пользователь сразу увидит любимую заставку загружаемой им ОС.

Будем надеяться, что со временем вся эта конструкция, которой управляет и BIOS, и ОС, и приложения, заработает и с ней не будут поступать так, как часто поступают сАРМ (запрещая его в CMOS Setup).

Системная

плата

Системная, или материнская, плата персонального компьютера (System board или Motherboard) является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты.

•» Процессор(ы), а для 8086-80386 и сопроцессор.

•s Память: постоянная (ROM или Flash BIOS), оперативная (DRAM), а для не самых новых процессоров и кэш (SRAM).

•т Обязательные системные средства ввода-вывода: контроллеры клавиатуры, прерываний, DMA, таймеры, CMOS RTC, средства управления динамиком.

•Интерфейсные схемы иразъемышинрасширения.

•т Кварцевыйгенераторсинхронизации.

•ш Схема формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока питанияиликнопкиReset.

•ж Схемауправления блокомпитания(дляплатиблоковАТХ).

•» Регуляторы напряжения питания — VRM (Voltage Regulation Module).

Как правило, это управляемые преобразователи напряжения +5 В в более низкое, требуемое для современных низковольтных процессоров и интерфейсов.

•» Средства мониторинга состояния системного блока: измерители скорости вращения вентиляторов и температуры процессора и других «горячих» компонентов; измерители питающих напряжений; сигнализаторы несанкционированного доступа и т. п. Эти средства позволяют программно

4.1. Чипсет 115

(через загружаемое ПО или меню CMOS Setup) снимать показания измерителей и датчиков, а также при должной настройке вырабатывать прерывание, сигнализирующее о критических событиях, и даже предпринимать экстренные меры (вплоть до выключения питания при перегреве). Средства мониторинга присутствуют не на всех системных платах.

Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве современных системных плат устанавливают и контроллеры НГМД, интерфейсы СОМ- и LPTпортов, 2-6 портов USB, пару каналов АТА. Этот набор по нынешним меркам является обязательным для «голых» системных плат, иногда к нему добавляют и контроллеры SCSI, Fire Wire (1394). Существуют и системные платы с интегрированными видео- и аудиоустройствами, адаптером локальной сети и прочими, обеспечивающие полную функциональность компьютера без всяких карт расширения. При необходимости интегрированные устройства могут быть заменены устройствами, установленными в слоты расширения (правда, иногда не все устройства системной платы можно полностью отключить). Размещение на системной плате контроллеров, требующих интенсивного обмена данными (АТА, SCSI, графический адаптер), позволяет использовать преимущества локального подключения к шине памяти и процессора. Цель размещения других контроллеров на системной плате — сокращение общего числа плат компьютера. Какая плата лучше — «голая» или с интегрированной периферией, — зависит от назначения компьютера. Интегрированные видео- и аудиоустройства, как правило, по своим параметрам являются не выдающимися, но вполне удовлетворяющими запросам многих пользователей. Компьютер на интегрированной системной плате может оказаться дешевле, чем собранный из конструктора «сделай сам». Компьютер на «голой» плате более гибок в плане модернизации, однако при его сборке могут возникнуть проблемы совместимости компонентов, которые на интегрированных платах уже решены ихразработчиками и изготовителями.

Системные платы первых PC, выполненных на процессорах 8088/86, кроме процессора содержали несколько периферийных БИС (контроллеры прерываний,

. прямого доступа к памяти, контроллер шины) и связующую логику на микросхемах малой и средней степени интеграции. Современные платы исполняются на основе чипсетов (Chipset) — наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов — процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих ее возможности и перспективы модернизации. Его тип существенно влияет и на производительность — при одинаковых установленных компонентах (процессор, память, графический адаптер и жесткий диск) производительность компьютеров, собранных на разных системных платах — читай чипсе-тах, — может отличаться на

30 %.

4.1. Чипсет

По мере «взросления» компьютеров, функции чипсета постоянно расширяются и изменяются подходы к его построению. В задачу чипсетов для 80286/386 входила увязка шины процессора с относительно несложным контроллером памяти и подключениекэтой связкешины (E)ISA, на которой располагались всеуст-

116 Глава4. Системнаяплата

ройства. Постепенно стала усложняться подсистема памяти — появился кэш на системной плате, а потом к нему добавился встроенный кэш процессора. Для 486-х процессоров производительности шины (E)ISA оказалось уже недостаточно, и появились новые шины. VLB, как просто физически оформленная разъемом системная шина процессора 486, особых хлопот чипсету почти не доставляла. Однако появилась шина PCI, для которой пришлось строить мост от системной шины. Поначалу ее называли «пристроечной» (mezanine bus), но вскоре она надолго стала центральной шиной, вокруг которой компоновались все остальные элементы. Ее центральное место не оспаривалось, поскольку PCI имела высокую производительность — 132 Мбайт/с. Традиционно на схемах шину PCI изображают посередине, как экватор. Процессор и память (вместе с кэш-памятью) изображают выше — «севернее», а шину ISA и все устройства, подключаемые к PCI и ISA, изображают ниже — «южнее» «экватора». Соответствующие части чипсета получили укоренившиеся названия северных (north) и южных (south). Созвучное слово серверный относится к чипсету, ориентированному на применения в компьютерах-серверах. Шинно-мостовая архитектура чипсетов просуществовала долгое время и пережила несколько поколений процессоров (от 2-го до 6-го). Уход вторичного кэша с системной платы на процессор (Р6 и Pentium 4 у Intel и К7 у AMD) несколько упростил северную часть чипсета — теперь не надо управлять статической кэш-памятью, а остается лишь обеспечивать когерентность процессорного кэша с основной памятью, доступ к которой возможен и со стороны шины PCI.

Когда появился порт AGP, задачи северного моста усложнились: контроллеру памяти приходится работать уже на три фронта — ему посылают запросы процессор^!), мастеры шины PCI (и ISA, но тоже через PCI) и порт AGP. Пропускная способность AGP в режиме 2х составляет 533, а в режиме 4х — 1066 Мбайт/с, так что шина PCI по производительности стала уже второстепеной (напомним, что AGP — не шина расширения, а специализированный порт подключения графического акселератора). С введением высокоскоростных режимов UltraDMA (ATA/ 66 и АТА/100) связь двухканального контроллера IDE с памятью через шину PCI стала уже слишком сильно нагружать эту шину. Предусмотренные возможности повышения производительности PCI используются редко: расширение разрядности до 64 бит обходится слишком дорого (большое число проводников порождает свои проблемы), а повышение частоты до 66 МГц для шины возможно, лишь если все ее абоненты поддерживают эту частоту. Достаточно установить одну «простую» карту PCI, и производительность центральной шины падает до начальных 133 Мбайт/с. Ответом на эти изменения в расстановке сил стал переход на хабовую архитектуру чипсета. В данном контексте хабы — это специализированные микросхемы, обеспечивающие передачу данных между подключенными к ним шинами.

Северный хаб чипсета выполняет те же функции, что и северный мост вышеописанной архитектуры: он связывает шины процессора, памяти и порта AGP. Однако на «южной» стороне этого хаба находится уже не шина PCI, а высокопроизводительный интерфейс связи с южным хабом. Пропускная способность этого интерфейса составляет 266 Мбайт/с и выше, в зависимости от чипсета. Если чипсет имеет интегрированную графику, то в северный хаб входит и графический контроллерсовсемисвоимиинтерфейсами(аналоговымиицифровы-