1.3 Быстрая память (кэш)

Часто необходимым элементом сис­темной платы является так называемая кэш-память (от английского Cache — запас). Она служит в качестве буфер­ной «емкости» при обмене данными между процессором и оперативной (основной) памятью. Так как кэш орга­низован на микросхемах типа SRAM (Static Random Access Memory — стати­ческая память с произвольным досту­пом), которые работают примерно на порядок быстрее микросхем основной памяти типа DRAM, процессор обраба­тывает данные из кэш-памяти сразу, практически не тратя рабочие циклы на ожидание доступа. Это достигается методом копирования данных из ОЗУ в кэш при первичном обращении про­цессора к ним. В случае повторного обращения к тем же данным они уже поступают из кэша. Обратная операция происходит при записи данных в па­мять. Расположенную на системной плате кэш-память обычно относят ко второму уровню (Level 2), так как во многих процессорах (начиная с моде­ли Intel 80486) имеется встроенная, аналогично организованная кэш-па­мять первого уровня (Level 1). Совре­менные модели процессоров Intel (Pentium II/III, Xeon, Celeron, начиная с 300А) имеют кэш-память второго уров­ня на модуле самого процессора.

Кэш на материнской плате в системах с процессором AMD K6-2/K6-III относится уже к третьему уровню (Level 3), так как сам процессор имеет встроен­ный кэш первого и второго уровней.

В современных системах обычно ис­пользуется конвейерный кэш с пакет­ным режимом (Pipelined Burst Cache), организованный на микросхемах ста­тической памяти с синхронным досту­пом. Ячейкой в статической памяти яв­ляется триггер — логический элемент с двумя устойчивыми состояниями, в любом из которых он сохраняется до тех пор, пока подается питание. Время срабатывания триггера составляет в современных микросхемах единицы наносекунд. Однако плотность компо­новки ячеек SRAM существенно ниже, чем в микросхемах DRAM, а стоимость производства выше, поэтому статиче­ская память применяется лишь в наи­более ответственных компонентах.

1.4 Выбор чипсета материнской платы

Чипсеты, которые вы будете рассматривать как потенциально приемлемые для сборки, можно распределить в пределах нескольких категорий.

Производительные (Performance).

Чипсеты этой категории повышают стоимость системной платы, а также стоимость процессора и ОЗУ. Вместе с тем, системная плата этой категории обладает отличными показателями, что позволит существенно повысить производительность компьютера и не вынудит вас в обозримом будущем его модернизировать. Платы Performance — отличное решение для персонального компьютера системы домашнего видео, для работы с графи­ческими приложениями, для аудио- и видеомонтажа и т.д.

Массовые (Mainstream) и недорогие (Value).

Чипсеты Mainstream и Value обладают примерно равными техническими данными. Они расположены на системных платах широкого применения. Эти системные платы низкоценового диапазона предназначены для сборки дешевого персонального компью­тера "на все случаи жизни". Недостаток плат Mainstream и Value — быстрое старение и необходимость модернизации аппаратного обеспечения. При сборке компьютера с платами Mainstream и Value тщательно выбирайте типы разъемов процессора и ОЗУ, а также изучите возможности южных мостов чипсетов для подключения УВВ.

Компании-производители и серии чипсетов

В настоящее время наборы микросхем системной логики (чипсеты) выпускаются в ос­новном компаниями Intel (с 1994 года), ALI (Acer Laboratories Inc.), VIA Technologies, SiS (Silicon integrated Systems Corporation), AMD (Advanced Micro Devices Inc.). Компания Intel — одна из наиболее известных производителей чипсетов.

Преимущества hub-архитектуры

Процессоры и чипсеты первых поколений Р1-Р4 соответствовали технологиям, кото­рые разрабатывались для базовой архитектуры IBM PC/AT.

Совершенствование принципов построения персонального компьютера на базе IBM PC/AT привело к созданию двух технологий Intel — мостовой архитектуры и архитекту­ры концентратора.

Чипсеты мостовой архитектуры выпускались для процессоров поколений Р5 и Р6. Они имеют двухуровневую структуру и представлены следующими микросхемами.

• North Bridge (Северным мостом);

• South Bridge (Южным мостом).

• Super I/O (Усовершенствованным вводом/выводом).

Hub-архитектура применяется для организации высокоскоростных вы­числительных систем, построенных на базе процессоров класса Intel Pentium III или Pentium 4 и выше.

В отличие от мостовой архитектуры "Северный" и "Южный" мосты объединены для повышения производительности системы.

В Hub-архитектуре North Bridge называется MCH (Memory Controller Hub), a South Bridge - ICH(I/O Controller Hub).

На принципах Hub-архитектуры построены чипсеты Intel серий 800 и 900.

При поддержке чипсетом спецификации Intel PC стандартные модули ОЗУ работают на частоте 100 и 133 МГц. Этот стандарт называется Intel PCI00 и Intel PC133.

Ниже рассмотрен ряд технологий, характерных для построения современного компью­тера. Для функционирования этих технологических средств им необходима поддержка со стороны процессора, чипсета, BIOS, а также операционной системы.

Технология Extreme Graphics

Технология Intel Extreme Graphics обеспечивает наиболее эффективное использование пространства системной памяти для оптимизации работы с графическими и видеопро­граммами.

Архитектура с ядром Extreme Graphics специально разработана Intel для расширения возможностей процессора Pentium 4 и Celeron 4 Extreme Edition и имеет несколько реа­лизаций. Она поддерживается аппаратно-программным обеспечением компьютера и позво­ляет повысить производительность системы в целом.

Спецификацией Extreme Graphics предусмотрена реализация двухмерной и трехмерной графики, телевидения высокой четкости — HDTV (High Density TV), возможность подклю­чения плоскопанельных широких экранов — режим LCD widescreen, обслуживание несколь­ких дисплеев — аналоговых и цифровых — Dual display.

Интегрированные графические акселераторы

Современные чипсеты серии Express располагают интегрированными графическими медиаакселераторами — GMA (Intel Graphics Media Accelerator) серий 900-950, представ­ляющими встроенное графическое ядро. Графическая система этого типа построена на базе процессора, модуля GMCH чипсета, ОЗУ и интерфейсов дисплеев.

Графический акселератор Intel GMA 900 содержит следующие важные компоненты.

• Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) — DAC;

• Два порта выхода SDVO (Intel Serial Digital Video Out), снабженных интерфейсами для передачи информации на дисплеи — DVI и LVDS transmitters.

• Декодер и дополнительный цифроаналоговый преобразователь для реализации те­левидения высокой четкости — SD/HDTV.

Графический акселератор обеспечивает следующие возможности.

• Поддерживает графический пакетный рендеринг и другие графические функции.

• Поддерживает 3D-конвейеризацию на частоте 333 МГц.

• Поддерживает 256-разрядное графическое ядро.

• Обеспечивает пропускную способность шины с ОЗУ DDR2 на скорости 8,5 Гбит/с.

• Объем графической памяти составляет 128 Мбайт.

• ЦАП акселератора работает на частоте 400 МГц, что дает возможность обеспечи­вать разрешение экрана 2 048x1 536 при кадровой частоте 85 Гц для аналогового и цифрового дисплеев.

• Для широких экранов поддерживается отношение сторон экрана 16x9.

• Два порта SDVO обеспечивают динамическую работу с плоскопанельными дис­плеями с широким экраном.

• Телевизионный выход предназначен для подключения карт ADD2 (Advanced Digital Display) и поддержки вывода информации на второй экран.

• Акселератор поддерживает линии подключения дисплеев различных типов и тех­нологий — LVDS, DVI-I, DVI-D, HDTV, TV-out, CRT.

• Поддерживается функция цифрового телевидения.

• Применяется чересстрочная развертка.

• Графический акселератор Intel GMA 950 (в отличие от 900) обладает более высокими показателями и обеспечивает следующие дополнительные возможности.

• Обеспечивает пропускную способность шины с ОЗУ DDR2 на скорости 10,6 Гбит/с.

• Максимальное разрешение экрана составляет 2048x1536 при кадровой частоте 75 Гц.

• Объем видеопамяти — 224 Мбайт.

• Акселератор поддерживает горячее подключение и автоматическое обнаружение нового подключения дисплея во время работы системы (интерфейсы CRT и DVI).

• Для широкоэкранных дисплеев поддерживаются отношения сторон экрана 16x9 и 16x10.

• Поддерживается возможность подключения 2x2 проекционной панели.

Рис. 1.1 – Схема построения вычислительной системы на основе чипсета с HUB-архитектурой.

Технология Hyper-Threading

Одно из технологических достижений, позволяющих ускорить многопоточную обработку данных, а также процесс работы в многозадачных средах, — механизм Hyper-Threading.

Эта технология поддерживается процессором поколения Р7, чипсетом, BIOS и опе­рационной системой и позволяет повысить производительность компьютера на базе се­рии процессоров Pentium 4 Hyper-Threading.

Повышение производительности благодаря технологии Hyper-Threading происходит в двух случаях.

- При работе с программным обеспечением, использующим многопоточную обра­ботку данных.

- При работе в многозадачных средах.

Приложения, написанные для одновременной работы с несколькими потоками (thread- поток), в этом случае воспринимают один реальный физический процессор как два логических, что позволяет обрабатывать два независимых потока данных не в поряд­ке очереди, а одновременно.

Аналогичные технологии можно встретить в различных операционных системах на разных платформах. Особенность же технологии Hyper-Threading в том, что разбиение задач на потоки осуществляется как на программном, так и на аппаратном уровнях.

Технология Matrix Storage

Матричная технология хранения копий важных файлов Matrix Storage широко приме­няется в сетевых технологиях и для обслуживания важных баз данных. Подобная защита данных осуществляется с помощью RAID-массивов уровней 1, 5 и 10. С 2005 года эта технология внедрена также и для домашних персональных компьютеров.

Матричная технология позволяет также существенно повысить производительность системы при работе с приложениями домашнего видео. Она обеспечивает более быстрый доступ к цифровым фотографиям, аудио- и видеофайлам с помощью RAID-массивов уровней 0, 1, 5 и 10.

Объединение от двух до четырех накопителей RAID-массива уровня 0 позволяет по­лучить доступ к каждому диску в отдельности, что уменьшает время реакции системы при работе с данными интенсивных приложений. Кроме того, система RAID-массива уровня 1 имеет высокие показатели загрузки и чтения данных.

Даже одиночный диск в системе, в которой поддерживается технология Matrix Storage, имеет преимущества. Это объясняется тем, что хранение данных поддерживается системой NCQ (Native Command Queuing), в обязанности которой включена аппаратная и программная поддержка четырех контроллеров прямого доступа к памяти — DMA (Direct Memory Access). Система оптимизирует и точно распределяет время для различных опера­ций. Для сообщений о возможных ошибках используется "интеллектуальная" (Smart) система. Кроме того, технология Matrix Storage допускает последующий упрощенный ва­риант модернизации системы с поддержкой любого возможного уровня RAID-массива.