Лекция 6. Принципы организации современных пк.

Вопросы

1. Архитектура современной материнской платы ПК.

Архитектура современной материнской платы пк

Основой современных компьютеров является материнская плата

Современные компьютеры состоят из следующих основных компонент:

1. Материнская плата

2. Процессор

3. Оперативная память

4. Устройства хранения информации.

5. Платы расширения (например, видеокарта).

Все основные электронные схемы компьютера и необходимые дополнительные устройства включаются в материнскую плату, или подключаются к ней с помощью слотов расширения. Наиболее важной частью материнской платы является чипсет, состоящий, как правило, из двух частей — северного моста (Northbridge) и южного моста (Southbridge). Обычно северный и южный мост расположены на отдельных микросхемах. Именно северный и южный мосты определяют, в значительной степени, особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Современная материнская плата ПК, как правило, включает в себя чипсет – набор микросхем, осуществляющий взаимодействие центрального процессора с ОЗУ и основной оперативной памятью, с портами ввода/вывода, со слотами расширения PCI Express, PCI, а также, обычно, с USB, SATA и IDE/ATA. Большинство устройств соединяются к материнской плате с помощью одного или нескольких слотов расширения или сокетов, а некоторые современные материнские платы поддерживают беспроводные устройства, использующие протоколы IrDA, Bluetooth, или 802.11 (Wi-Fi).

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Рассмотрим архитектуру современной материнской платы на чипсете X38.

Эталонная схема чипсета Intel x38

Кратко перечислим основные функциональные характеристики северного моста этого чипсета:

• поддержка старых процессоров семейств Celeron и Pentium, а также всех процессоров семейства Core 2 (Duo/Quad/Extreme) с частотой системной шины 800/1066 МГц, включая будущие модели с частотой системной шины 1333 МГц;

• двухканальный контроллер памяти DDR2-533/667/800 или DDR3-800/1066/1333 с поддержкой до 4 модулей DIMM суммарным объемом до 8 ГБ (с ECC) и технологиями Fast Memory Access и Flex Memory;

• 2 графических интерфейса PCI Express 2.0 x16;

• Шина DMI (с пропускной способностью ~2 ГБ/с) до нового южного моста ICH9/R/DH/DO.

Отлично заметно, что изменению подверглись все ключевые характеристики чипсета. Давайте разберем нововведения по пунктам.

Поддержка процессоров. Здесь сразу следует оговорить, что официально все чипсеты серии 3x не поддерживают процессоры семейств Celeron D, Pentium 4 и Pentium D (а также их версий Extreme Edition). Что же касается поддержки Core 2, то тут у X38 дела обстоят как нельзя лучше: с этим чипсетом официально будут работоспособны все текущие и будущие модели Core 2 Duo, Core 2 Quad и Core 2 Extreme (включая четырехъядерные версии), причем для всех них будет поддерживаться шина 1333 МГц. Из младших семейств новых процессоров (Celeron 400 и Pentium E2000) на X38 смогут заработать все, хотя по маркетинговым соображениям поддержка Celeron 400 для топового чипсета не заявлена.

Поддержка памяти. Возможности контроллера DDR2 у всех новых чипсетов не изменились (собственно, никакого развития в этой области и не предвидится, все имеющееся в спецификации уже реализовано), но зато платы на Intel 3x смогут работать и с памятью типа DDR3. Особенности и теоретическая производительность нового типа памяти уже разобраны в отдельной статье у нас на сайте, здесь же мы ограничимся рассмотрением практических аспектов. Первый обычно возникающий вопрос — возможна ли одновременная поддержка DDR2 и DDR3? одновременная работа памяти DDR2 и DDR3 конечно же невозможна: при старте плата будет инициировать работу с памятью одного либо другого типа.

В контексте сборки систем, DDR3 всем хороша: меньше тепловыделение (напряжение питания понижено, так что даже DDR3-1066 будет выделять меньше, чем DDR2-800), иное расположение ключа в разъеме не позволит перепутать слоты DDR2 и DDR3 на комбинированных платах. Как вы уже знаете, для DDR3 предполагаются частоты работы до 800(1600) МГц, причем X38 позволит сразу же использовать почти самый скоростной вариант — DDR3-1333. Пока же аналитики прогнозируют выход DDR3 на 50% присутствия на рынке лишь на 2009-й, а до конца 2007-го этот тип памяти едва ли наберет и 10%. Ну и конечно, в практической части статьи мы посмотрим, а за что же нам предлагают переплачивать.

PCI Express 2.0. Здесь Intel наносит упреждающий удар, не только создав, наконец, чипсет с поддержкой двух полноскоростных интерфейсов PCI Express x16, чем давно уже хвастаются топовые продукты конкурентов (о реально ощутимом выигрыше от такой конфигурации говорить в абсолютном большинстве случаев не приходится, но принципы дороже), но и реализовав хост-контроллер второй версии стандарта. В практическом аспекте применение PCI Express 2.0 не помешает использовать старые видеокарты, так как разъемы используются те же самые, и соблюдается совместимость в обе стороны. В приложении к графическому интерфейсу, нововведения PCI Express 2.0, скорее всего, будут не слишком интересны, за исключением двух. Во-первых, вдвое повышена производительность каждого канала (lane) PCI Express, так что соединение с одним каналом (PCIEx1) теперь имеет пропускную способность 500 МБ/с в каждую сторону одновременно, а для 16-канального интерфейса PCIEx16 суммарная пропускная способность составит 16 ГБ/с. Подчеркнем, что в обозримом будущем никакой практической пользы от этого системы не получат.

Что же касается возможности объединить пару видеокарт на Intel X38 в связку, то здесь все по-прежнему: CrossFire официально поддерживается, SLI официально не поддерживается и в обозримом будущем не будет.

Южные мосты Intel ICH9

Вполне подстать своим северным собратьям, ICH9 имеет ряд эволюционных усовершенствований по сравнению с ICH8, а также поддерживает (только ICH9R) одну технологию, которую вполне можно считать революционной. Кратко перечислим основные функциональные характеристики нового семейства южных мостов:

• до 6 портов PCIEx1;

• до 4 слотов PCI;

• 4/6 (4 у ICH9, 6 у ICH9R) портов Serial ATA II на 4/6 устройств SATA300 (SATA-II, второе поколение стандарта), с поддержкой режима AHCI и функций вроде NCQ (у ICH9 работоспособность этого режима гарантирована только под Windows Vista), с возможностью индивидуального отключения, с поддержкой eSATA и разветвителей портов;

• возможность организации RAID-массива (только для ICH9R) уровней 0, 1, 0+1 (10) и 5 с функцией Matrix RAID (один набор дисков может использоваться сразу в нескольких режимах RAID — например, на двух дисках можно организовать RAID 0 и RAID 1, под каждый массив будет выделена своя часть диска);

• 12 устройств USB 2.0 (на двух хост-контроллерах EHCI) с возможностью индивидуального отключения;

• MAC-контроллер Gigabit Ethernet и специальный интерфейс (LCI/GLCI) для подключения PHY-контроллера (i82566 для реализации Gigabit Ethernet, i82562 для реализации Fast Ethernet);

• поддержка Intel Turbo Memory;

• High Definition Audio (7.1);

• обвязка для низкоскоростной и устаревшей периферии, прочее.

ICH9R традиционно отличается от ICH9 наличием поддержки RAID-массивов, а также двумя лишними портами SATA. Специальные версии южного моста ICH9DO (Digital Office) и ICH9DH (Digital Home) основываются на ICH9R, но первый из них предлагает дополнительно функции Active Management Technology 3.0, Trusted Execution Technology и Virtualization Technology, а второй - Viiv Technology (позиционирование обеих этих вариаций очевидно).

Наиболее интригующей в новой серии южных мостов выглядит поддержка технологии Intel Turbo Memory (в процессе разработки известной под именем Robson Technology). Суть ее состоит в установке на плату модуля с некоторым объемом NAND-флэш-памяти (для начала предполагается производство вариантов с 512 МБ и 1 ГБ). В основном, по-видимому, модуль будет устанавливаться в слот PCIEx1, хотя в принципе возможны и другие варианты подключения (например, к контактам для выносного порта USB). Выигрыш от Turbo Memory получат пользователи Windows Vista, причем в отличие, скажем, от USB-брелоков с флэш-памятью интегрированный на плату модуль может задействоваться новой ОС Microsoft и для ReadyDrive, и для ReadyBoost.

Кратко, в первом случае мы получаем возможность использовать флэш-накопитель в качестве кэш-памяти для винчестера — для линейных операций чтения-записи большого выигрыша здесь быть не может (флэш-память медленнее жесткого диска), так что польза от ReadyDrive будет наблюдаться при регулярных операциях обмена небольшими порциями данных, которые типичны для чтения-обновления файла подкачки (время доступа у флэш-памяти заметно меньше, чем у жесткого диска). Дополнительное преимущество состоит в снижении количества обращений к жесткому диску (данные сливаются на диск пакетно, в моменты простоев, а чтение вообще не производится при наличии нужных данных в кэше Turbo Memory), что позволяет экономить электроэнергию — конечно, реальным выигрышем это является только для мобильных устройств.

ReadyBoost же расширяет доступный объем памяти для предварительного чтения и кэширования данных (с жесткого диска), и хотя с оперативной памятью по скорости флэш-накопители тягаться не могут, все же чтение не с винчестера, а из флэш-памяти с ее низким временем случайного доступа позволяет заметно ускорить загрузку приложений и открытие файлов (называются цифры до 2 раз). Минусом Turbo Memory является потенциальная недолговечность флэш-накопителей, самые лучшие из которых характеризуются количеством циклов перезаписи порядка миллиона (возможно, нескольких миллионов), что, даже с учетом некоторого резерва емкости, может привести к потере емкости накопителя задолго до окончания срока службы ПК, в котором тот установлен.

Тепловыделение. Отдельного упоминания заслуживает тепловыделение новых чипсетов. Несмотря на производство по тому же 90-нанометровому техпроцессу и более сложную логику, чипсеты серии 3x потребляют заметно меньше, чем их предшественники. Так, TDP для P35 составляет 16 Вт (для P965 — 19 Вт), и это при том, что у нового чипсета TDP рассчитывается исходя из повышенных частот FSB (1333 МГц) и памяти (1066 МГц DDR3), то есть в равных условиях разница составляет куда больше 3 Вт в пользу P35. Аналогично, у новых чипсетов заметно ниже максимальное тепловыделение в простое (5,9 Вт у P35 и 10 Вт у P965), хотя здесь в отношении новичков допускается небольшая поблажка: измерения в простое проводятся для случая 2 модулей DIMM, а не 4, как ранее. G33 в принципе характеризуется теми же величинами потребления, но поскольку этот чипсет может использоваться и без внешней видеокарты, то справочно приведем его тепловыделение для этого случая: в простое — 5,75 Вт (против 13 Вт для G965), а TDP составляет 14,5 Вт (у G965 — рекордные 28 Вт).

Схема чипсета Intel X38 (реализация - Gigabyte X38-DQ6)