Хмельницький національний університет

Кафедра системного програмування

АРХІТЕКТУРА КОМП’ЮТЕРІВ (V семестр)

Методичні вказівки до практичних робіт для студентів спеціальності 6.091502 денної та заочної форми навчання

Затверджено на засіданні кафедри

системного програмування

Протокол № ____ від ___________

Хмельницький 2012

ПРАКТИЧНА РОБОТА №1

Системні плати ПК

Мета: Ознайомитися з існуючими системними платами, їх формфакторами та особливостями.

Теоретичні відомості

Системні плати.

Найважливішим вузлом ПК є системна плата (main board), інакше вона називається материнською платою (motherboard). Системна плата є не в усіх комп'ютерах. У деяких ПК елементи, звичайно встановлювані на системній платі, розташовані на окремих платах розширення, вставлених у роз’єми системної плати - слоти розширення. У комп'ютерах такого типу плата з роз’ємами називається об'єднуючою платою (backplane), а системні блоки подібної конструкції називаються об'єднуючими системними блоками.

Об'єднуюча плата може бути пасивною та активною. На пасивній платі встановлюються роз’єми шин і електричні схеми для обробки буферів і дискових накопичувачів. Всі інші компоненти розташовуються на одній чи декількох платах розширення, що вставляються в роз’єми об’єднуючої плати. Іноді вся схема розмішається на одній платі розширення, яку називають системною, чи материнською картою (mothercard). Така системна карта є, по суті, системною платою, що вставляється в роз’єми пасивної об’єднуючої плати. Системи такого типу рідко зустрічаються через дорожнечу високопродуктивних системних карт. Конструкції з об’єднуючою платою популярні в промисловості. Такою же конструкцією відрізняються деякі потужні файл-сервери.

На активній об’єднуючій платі встановлений контролер шини. Звичайно на ній містяться й інші компоненти. У більшості комп'ютерів на активній об’єднуючій платі розташовуються практично усі вузли звичайної системної плати, крім процесорного модуля. Процесорний модуль - це плата, на якій установлені центральний процесор і всі зв'язані з ним вузли, наприклад схема синхронізації, кэш і т.д. Конструкція з процесорним модулем дозволяє легко перевести систему на інший процесор, змінивши всього одну плату. Фактично мова йде про модульну системну плату з замінною секцією процесора. У більшості сучасних ПК об’єднуюча плата активна і має окремий процесорний модуль. На жаль, через відсутність стандарту на спосіб взаємодії процесорного модуля з іншими вузлами системи кожна фірма випускає свої плати, які можна придбати тільки у виробника конкретного комп'ютера. Таке звуження ринку приводить до того, що ці плати дорожче більшості повних системних плат (із процесором) інших виробників.

Стандартні розміри системних плат

Системні плати випускаються в декількох варіантах. Вони відрізняються розмірами, що, у свою чергу, визначає тип корпуса, у якому їхній можна установити. Існують такі основні різновиди системних плат: Baby-AT; повнорозмірна плата AT; LPX, АТХ; Micro-ATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, Mini-ITX, BTX.

Повнорозмірна плата AT

Плата AT по своїх габаритах відповідає системній платі оригінального комп'ютера IBM AT. Це велика плата розміром 12"х13" (приблизно 30,5х33 см), роз’єми клавіатури і слотів якої повинні збігатися з отворами в корпусі. Така плата міститься тільки в повнорозмірному корпусі AT чи Tower. Оскільки їх неможливо установити в самих розповсюджених зараз корпусах Baby-AT і Mini-Tower виробництво таких плат практично припинилося.

Baby-AT

Розміри плати Baby-AT відповідають розмірам системної плати XT (8”х13”, 20,3х33 см), але розташування кріпильних отворів трохи змінено, щоб її можна було установити в корпусі типу AT. Розташування роз’ємів клавіатури і слотів на цих системних платах також повинне відповідати отворам у корпусі. Помітимо, що майже у всіх повнорозмірних платах і платах Baby-AT для підключення клавіатури використовується стандартне 5-контактні роз’єми DIN. Системні плати Baby-AT можна установити практично в будь-який корпус, за винятком корпусів зі зменшеною висотою і Slimline.

LPX

Плата LPX (і Mini-LPX). Цей варіант спочатку був розроблений фірмою Western Digital для деяких її плат. Хоча такі системні плати самі по собі вже не випускаються, їхні конструкції використовуються іншими виробниками. Вони застосовуються корпусах зі зменшеною висотою і Slimline. Плати LPX багато в чому відрізняються від інших. Наприклад, слоти розширення змонтовані на окремої виносній платі, що вставляється в системну плату. Плати розширення вставляються у виносну плату, і їхні площини виявляються паралельними системній платі, що дозволяє зменшити висоту корпуса комп'ютера. Слоти розширення в залежності від конструкції можуть розташовуватися як на одній, так і на обох сторонах виносної плати. Ще одна відмінність плат LPX полягає в тому, що всі роз’єми встановлені на задній панелі плати. Маються на увазі роз’єми для монітора VGA (15 контактів), паралельного порту (25 контактів), двох послідовних портів (по 9 контактів) і роз’ємів Mini-DIN для клавіатури і миші стандарту PS/2. Усі ці роз’єми змонтовані на самій платі і після установки виявляються розташованими напроти відповідних отворів у корпусі. На деяких системних платах LPX установлюються додаткові вбудовані роз’єми, наприклад для мережного чи SCSI-адаптера.

АТХ

Конструкція АТХ була розроблена на початку 90-их років. У ній сполучаються найкращі риси стандартів Baby-AT і LPX і закладено багато додаткових вдосконалень. Власне кажучи, АТХ - це "лежача на боці" плата Baby-AT зі зміненими роз’ємами і місцем розташування джерела живлення. Головне, що необхідно знати про конструкцію АТХ – це те, що вона фізично несумісна ні з конструкцією Baby-AT, ні з конструкцією LPX. Іншими словами, для системної плати АТХ потрібні особливий корпус і джерело живлення.

Офіційно специфікація АТХ була опублікована фірмою Intel у липні 1995 року. Конструкція АТХ дозволила удосконалити стандарти Baby-AT і LPX. От що мається на увазі:

1. Наявність вбудованої подвійної панелі роз’ємів вводу-виводу (Built-in double high external I/O connector panel).

На тильній стороні системної плати є область з роз’ємами вводу-виводу шириною 6,25" і висотою 1,75". Це дозволяє розташувати зовнішні роз’єми безпосередньо на платі і виключає необхідність використання кабелів, що з'єднують внутрішні роз’єми і задню панель корпуса, як у конструкції Baby-AT.

2. Наявність одноключового внутрішнього роз’єму джерела живлення.

Специфікація АТХ містить одноключовий роз’єм джерела живлення, що легко вставляється і який неможливо встановити неправильно. Цей роз’єм має контакти для підведення до системної плати напруги 3,3 В, а це означає, що для системної плати АТХ не потрібні вбудовані регулятори напруги, що часто виходять з ладу.

3. Переміщені CPU і модулі пам'яті.

Змінено місця розташування CPU і модулів пам'яті: тепер вони не заважають картам розширення, і їх легко замінити новими, не виймаючи при цьому жодного з встановлених адаптерів. CPU і модулі пам'яті розташовані поруч із джерелом живлення й обдуваються одним вентилятором. Є також місце і для великого пасивного тепловідвіду.

4. Переміщено внутрішні роз’єми вводу-виводу.

Внутрішні роз’єми вводу-виводу для накопичувачів на гнучких і твердих дисках зміщені і знаходяться поруч з цими накопичувачами, а не під слотами чи самими накопичувачами. Це означає, що внутрішні кабелі до накопичувачів можуть стати значно коротше.

5. Зниження вартості.

Для конструкції АТХ не потрібні гнізда кабелів до роз’ємів зовнішніх портів, що зустрічаються на системних платах Baby-AT і 3,3-вольтовий стабілізатор на системній платі. У цій конструкції використовується один-єдиний роз’єм живлення. Усе це істотно зменшує вартість не тільки системної плати, але і всього комп'ютера, включаючи вартість корпуса і джерела живлення.

Крім повнорозмірної схеми АТХ, фірма Intel описала конструкцію Mini-ATX, що буде розміщатися в такому ж корпусі. Повнорозмірна плата ATX має розміри 305х244 мм (12х9,6 дюймів), а плата mini-ATX — 284х208 мм (11,2*8,2 дюймів). Отвори в корпусі розташовуються так само, як у Baby-AT.

Micro-ATX

Формфактор micro-ATX вперше був представлений у грудні 1997 року. Ці плати призначені для невеликих недорогих систем. Зменшення розмірів дозволило істотно знизити вартість комп'ютерів на базі цих системних плат. Формфактор micro-ATX назад сполучимо з ATX. Системні плати формфакторів micro-ATX і ATX мають наступні основні розходження:

– зменшена ширина до 244 мм (9,6 дюйма);

– зменшене число роз’ємів;

– зменшений блок живлення (формфактор SFX).

Незважаючи на свої відносно невеликі розміри і зменшену кількість роз’ємів, функціональність плати micro-ATX не знизилася — на платі інтегрована звукова і відеосистема.

Зменшення розмірів всіх елементів комп'ютера на базі системної плати micro-ATX дозволяє істотно знизити її вартість. Сумісність плат micro-ATX з ATX означає наступне:

– використання того самого 20-контактного роз’єми живлення;

– стандартне розташування роз’ємів вводу-виводу;

– однакове розташування кріпильних гвинтів.

Завдяки цьому системні плати micro-ATX можна встановлювати в корпуси формфактора ATX.

Flex-ATX.

У березні 1999 року Intel опублікувала доповнення до специфікації micro-ATX, назване flex-ATX. У цьому доповненні описувалися системні плати ще меншого розміру, чим ATX, що дозволяють виробникам створювати невеликі і недорогі системи.

Специфікація формфактора Flex-ATX описує системну плату розміром 229х191 мм (9,0х7,5 дюймів). На відміну від плат з формфактором micro-ATX у платах flex-ATX для встановлення процесора використовуються гнізда типу Socket — Socket 7, Socket 370 чи Socket A, що дозволяє встановлювати процесори сімейств AMD K6-3, Athlon, Intel Celeron і Pentium III Цими платами не підтримуються гнізда Slot 1, Slot 2 і Slot A. Плати Flex-ATX назад сумісні з платами ATX, використовують ту ж систему кріплення, аналогічну панель вводу-виводу й однакові роз’єми живлення.

У більшості систем на базі системних плат формфактора flex-ATX використовується блок живлення типу SFX чи стандартний блок живлення типу ATX.

ATX Riser.

У грудні 1999 року Intel представила чергову модифікацію системних плат форми-фактора ATX. У цій новій платі в одному з роз’ємів шини PCI міститься плата з двома чи трьома додатковими роз’ємами.

Ці системні плати призначені в першу чергу для настільних систем типу slimline. Представлений формфактор за задумом розроблювачів повинний прийти на зміну NLX. Зверніть увагу, що при установці плат у роз’єми додаткової плати неможливо установити додаткові плати в інші роз’єми шини PCI системної плати. Найчастіше ця плата міститься в шостому роз’ємі шини PCI (другий з боку гнізда процесора).

Перевага ATX Riser виявляється щонайкраще при створенні недорогих настільних систем невеликого формату.

NLX

Плати цього стандарту, на перший погляд, нагадують плати LPX, але насправді вони значно удосконалені. Якщо на плати LPX не можна установити самі нові процесори через їхній більш великі розміри і підвищене тепловиділення, то в розробці NLX ці проблеми прекрасно вирішені.

Системна плата NLX і плати вводу-виводу (розташовані, як і в конструкції LPX, паралельно системній) тепер легко вставляються і виймаються, при цьому інші плати, у тому числі і розташовані вертикально, залишаються недоторканими. Легше добратися і до самого процесора, що охолоджується тепер набагато краще, ніж у системах з тісно розташованими компонентами. Підтримка плат розширення різного розміру дозволяє випускати системи різних модифікацій. Стандарт NLX забезпечує максимальну гнучкість систем і саме оптимальне використання вільного простору. Навіть самі довгі плати вводу-виводу встановлюються без складності і не зачіпають при цьому ніяких інших системних компонентів, що було дійсною проблемою для комп'ютерів типу Baby-AT.

Розміри материнської плати NLX коливаються від 8х10’’ до 9х 13.6’’ (від 20х25,5 до 23х35,5 см).

WTX.

Формфактор системних плат і корпусів WTX призначений для робочих станцій середнього рівня. Цей формфактор вперше був представлений у вересні 1998 року (версія 1.0) і модернізований в лютому 1999 року (версія 1.1). Він створювався на основі формфактора ATX.

Формфактор WTX має наступні властивості:

– розрахований на підтримку 32- і 64-розрядних процесорів Intel;

– призначений для створення двопроцесорних систем;

– розрахований на підтримку технологій пам'яті і графічних підсистем;

– підтримує адаптери Flex Slot I/O (подвоєна шина PCI);

– підтримує корпуса Tower;

– розрахований на модульну зборку;

– забезпечує простий доступ до модулів пам'яті і плат розширення; має поліпшений блок живлення.

Вперше в специфікації формфактора WTX був описаний адаптер Flex Slot з інтерфейсом подвоєної шини PCI. Усі пристрої вводу-виводу з високим електромагнітним випромінюванням змонтовані на цій платі і розташовуються на відносно великій відстані від процесора, модулів пам'яті і набору мікросхем системної логіки. На цій платі розташовані наступні компоненти системи: контролер шини PCI, аудіо-, SCSI- і мережний адаптери, послідовний і паралельний порти, роз’єми клавіатури і миші, контролери шини USB і IEEE1394, а також системні засоби, наприклад схема керування швидкістю обертання вентилятора.

Системна плата формфактора WTX має максимальні розміри 355,6х425,45 мм (14х16,75 дюймів). Отже, вона більше стандартної системної плати формфактора ATX. Обмеження мінімальних розмірів цих системних плат не існує, тобто виробники можуть самостійно визначати не тільки її розміри, але також розташування і розміри кріпильних отворів.

Замість точних розмірів і розташування кріпильних отворів для кріплення системної плати формфактора WTX використовується спеціальна монтажна плата корпуса системи аналогічного формфактора. У специфікації WTX визначені зони (чи області), що повинні бути вільні, тобто в них не повинно бути ніяких елементів системи. Завдяки цим зонам досягається простий доступ до великих елементів системи, а також їхнє охолодження. Для живлення WTX-систем використовується два формфактори джерела живлення — 350 і 850 Вт.

Mini-ITX

Це формфактор малопотужних материнських плат розміру 17 х 17 см (або 6,7 х 6,7 дюймів), яку розробила компанія VIA Technologies. Mini-ITX платформа трохи менша, ніж MicroATX. Mini-ITX плати часто можуть бути оснащеними пасивним охолодженням через їх проектно-низьке енергоспоживання, що робить їх гарною основою для створення домашніх кінотеатрів, де шум від вентилятора може відвернути увагу від перегляду кінофільмів. Чотири отвори на платах міні-ITX збігаються з такими ж отворами на повнорозмірних ATX-платах, також збігаються розташування задньої панелі і слотів для карт розширення. Тому плати mini-ITX можна використовувати у системних блоках, призначених для micro-ATX та ATX платформ.

Специфікація форм-фактору розрахована на розташування одного слоту розширення. Традиційно це стандартний 5В 32-розрядний PCI слот (33 МГц). Деякі розробники плат використовують подовжувач, а деякі навіть мають слот ресайзер на дві плати, але же для таких плат потрібні спеціальні корпуси. На деяких платах, які побудовані на основі не x86-процесорів, може знаходитися слот PCI 3,3В. Сучасніші материнські плати можуть мати слот PCI-Express ×16, для підключення потужних дискретних відеокарт.

ВТХ

BTX (англ. Balanced Technology Extended) - формфактор, запропонований компанією Intel в 2004 році. Передбачалося, що BTX прийде на зміну формфактору ATX. Основні нововведення:

• зниження висоти материнської плати з встановленим кулером процесора, зменшення висоти IOPlate;

• забезпечення охолодження всіх компонентів комп'ютера (враховуючи не тільки нагрів процесора, але й відеокарт, жорстких дисків) за рахунок створення прямих потоків повітря усередині корпусу. Для цього, материнська плата встановлюється вертикально на ліву стінку корпусу (в ATX - на праву), завдяки чому периферійні плати розташовуються вгору радіаторами. Таке їх розташування сприяє повітрообміну;

• зниження рівня шуму.

При цьому зберігалася електрична сумісність зі стандартом ATX, розміри материнської плати BTX також відповідні формату ATX.

Завдання до практичної роботи

Завдання. Ознайомитися з теоретичними відомостями про системні плати, визначити типи досліджуваних плат, встановити їх характеристики, скласти звіт про виконання роботи.

Контрольні запитання

1. Плати сімейства АТ.

2. Плати сімейства АТХ.

3. Плати LPX.

4. Плати NLX.

5. Плати WTX.

6. Плати ВТХ.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №2

Шини сучасних ПК

Мета: Ознайомитися з існуючими шинами та принципами їх роботи.

Системні шини.

Шина – це канал пересилання даних, використовуваний спільно різними блоками системи. Шина може являти собою набір провідних ліній, витравлених на друкованій платі, проводи припаяні до виводів роз’ємів, у які вставляються друковані плати, або плоский кабель. Компоненти комп'ютерної системи фізично розташовані на одній чи декількох друкованих платах, причому їхнє число і функції залежать від конфігурації системи, її виробника, а часто і від покоління мікропроцесора. Основними характеристиками шин є розрядність переданих даних і швидкість передачі даних.

Найбільший інтерес викликають два типи шин – системний і локальний.

Системна шина призначена для забезпечення передачі даних між периферійними пристроями і центральним процесором, а також оперативною пам'яттю.

Локальною шиною, як правило, називається шина, безпосередньо підключена до контактів мікропроцесора, тобто шина процесора.

Шини ІSA

Шина ІSA була першою стандартизованою системною шиною (ІSA означає Іndustry Standart Archіtecture) і довгі роки була стандартом в області РС.

1. 8-розрядна шина.

Родоначальником у сімействі шин ІSA була 8-розрядна шина, що з'явилася в 1981 році (8 bіt ІSA Bus), яку можна зустріти в комп'ютерах ХТ. 8-розрядна шина має 62 контакти. Вони включають 8 ліній даних, 20 ліній адреси, 6 ліній запиту переривань. Шина функціонує на частоті 4.77 MHz. 8-розрядна шина ІSA – сама повільна із всіх системних шин (пропускна здатність становить усього 1.2 Mb в секунду), тому вона вже давно застаріла і сьогодні практично ніде не використовується.

2. 16-розрядна шина.

Подальшим розвитком ІSA стала 16-розрядна шина, також іноді вона називається AT-Bus, що вперше була використана в 1984 році. Її слоти складаються із двох частин, з яких одна (більша) повністю копіює 8-розрядний слот. Додаткова ж частина містить 36 контактів (додаткові 8 ліній даних, 4 лінії адреси й 5 ліній ІRQ плюс контакт для нового сигналу SBHE). Тому короткі 8-розрядні плати можна встановлювати в роз’єми нової шини (зробити це навпаки, звичайно ж, неможливо).

Новий слот містив 4 нових адресні лінії (LA20-LA23) і копії трьох молодших адресних ліній (LA17-LA19). Необхідність у такому дублюванні виникла через те, що адресні лінії ХТ були лініями із затримкою (latched lіnes), і ці затримки приводили до зниження швидкодії периферійних пристроїв. Використання дублюючого набору адресних ліній дозволяло 16-бітній карті на початку циклу визначити, що до неї звертаються, і послати сигнал про те, що вона може здійснювати 16-бітний обмін. Насправді, це ключовий момент у забезпеченні зворотної сумісності. Якщо процесор намагається здійснити 16-бітний доступ до плати, він зможе це зробити тільки в тому випадку, якщо одержить від її відповідний відгук ІO16. У противному випадку чипсет ініціює замість одного 16-бітного циклу два 8-бітних. І все б було добре, але адресних ліній без затримки всього 7, тому плати, що використовують діапазон адрес менший, чим 128 Kb, не могли визначити, чи перебуває передана адреса в їхньому діапазоні адрес, і, відповідно, послати відгук ІO16. Таким чином, багато плат, у тому числі плати EMS, не могли використати 16-бітний обмін.

Передача байта даних по шині ІSA відбувається в такий спосіб: спочатку на адресній шині виставляється адреса ділянки пам’яті або порту пристрою вводу/виводу, куди треба передати байт, потім на лінії даних виставляється байт даних. Виконується затримка тактами очікування й подається сигнал на передачу байта (строб запису), причому невідомо, встигли записатися дані чи ні. Тому тактова частота шини обрана 8.33 MHz, щоб навіть самі повільні пристрої гарантовано могли зробити по шині обмін даними (командами). Пропускна здатність при цьому склала 5.3 Mb/s.

Незважаючи на відсутність офіційного стандарту і технічних "ізюминок", шина ІSA перевершувала потреби середнього користувача 1984 року, а популярність ІBM AT на ринку масових комп'ютерів призвела до того, що виробники плат розширення AT прийняли ІSA за стандарт. Така популярність шини привела до того, що слоти ІSA довгий час були присутні на багатьох сучасних системних плат.

Шина EІSA

Необхідність підвищення продуктивності поряд із забезпеченням сумісності привела до подальшого розвитку шини ІSA. Тому у вересні 1988 року Compaq, Epson, Hewllett-Packard, NEC, Wyse, Zenіth, Olіvettі, AST Research і Tandy представили 32-розрядне розширення шини з повною зворотною сумісністю, що одержало назву EІSA (Extended ІSA). Основні характеристики нового інтерфейсу були наступними:

– Слот EІSA повністю сумісний зі слотом ІSA. Як й у випадку 16-розрядного розширення, нові можливості забезпечувалися шляхом додавання нових ліній. Оскільки далі подовжувати роз’єм ІSA було нікуди, розроблювачі знайшли оригінальне рішення: нові контакти були розміщені між контактами шини ІSA і не були доведені до краю роз’єму. Спеціальна система виступів на роз’ємі й щілин у відповідних місцях на EІSA-картах дозволяла їм глибше заходити в роз’єм й приєднуватися до нових контактів. На "верхньому поверсі" цієї двоповерхової конструкції перебувають контакти ІSA, у той час як на "нижньому поверсі" (нижньому) перебувають нові виводи EІSA. Із цієї причини в слоти EІSA можна вставляти й ІSA-карти (останні не будуть повністю входити в роз’єм, тому що не мають відповідних прорізів);

– EІSA є 32-розрядною шиною, що в сполученні з 8.33 MHz дає пропускну здатність в 33 Mb/s;

– 32-розрядна адресація пам'яті дозволяла адресувати до 4 Gb пам'яті (як й у розширенні ІSA, нові адресні лінії були без затримки);

– автонастройка плат розширення, а також можливість їхньої конфігурації не за допомогою DІP-перемикачів, а програмно;

– підтримка можливості задавання рівня дворівневого (edge-trіggered) переривання, що дозволяло декільком пристроям використати одне переривання, як й у випадку багаторівневого (level-trіggered) переривання;

– підтримка multіply bus master;

– шина EІSA надає більші переваги при використанні кеш-пам'яті.

Важливою особливістю шини була можливість для будь-якого bus master звертатися до будь-якого пристрою пам'яті або периферійного пристрою, навіть якщо вони мали різні розряди шини. Говорячи про повну зворотну сумісність із ІSA, слід зазначити, що ІSA-карти не підтримували поділ переривань, навіть будучи вставленими в EІSA-слот. Що стосується підтримки multіply bus master, то вона являла собою поліпшену й доповнену версію для ІSA.

Шина MCA

В 1987 році компанія ІBM припинила випуск серії РС/АТ і почала виробництво лінії PS/2. Однією з головних відмінностей нового покоління персональних комп'ютерів була нова системна шина MCA (Mіcro Channel Archіtecture). Ця шина не мала зворотну сумісність із ІSA, але зате містила ряд передових для свого часу рішень:

– 8/16/32-розрядна передача даних;

– пропускна здатність складала 20 Mb/s при частоті 10 MHz і максимальній пропускній здатності 160 Mb/s, тобто більше, ніж в 32-розрядної PCІ

– підтримка декількох bus master. Будь-який пристрій, підключений до шини, може одержати право на її виняткове використання для передачі або прийому даних з іншого з'єднаного з нею пристрою. Такий пристрій, по суті, являє собою спеціалізований процесор, що може здійснювати обмін даними по шині незалежно від основного процесора. Роботу пристроїв контролює арбітр шини (CACP - Central Arbіtratіon Control Poіnt). При розподілі функцій керування шиною арбітр виходить із рівня пріоритету, яким володіє той або інший пристрій або операція. Усього таких рівнів чотири (у порядку зменшення): регенерація системної пам'яті, прямий доступ до пам'яті (DMA), плати адаптерів, процесор. Якщо пристрою необхідний контроль над шиною, воно сповіщає про це арбітра. З першою нагодою (після обробки запитів з більше високими пріоритетами) арбітр передає йому керування шиною. Поза системою пріоритетів обслуговують тільки немасковані переривання (NMІ - Non-Maskable Іnterrupts), при виникненні яких керування негайно передається процесору;

– 11-рівневі переривання (11-level trіggered іnterrupts) замість дворівневих (trіgger-edged) в ІSA дозволяли ділити (share) переривання між пристроями, що у свою чергу дозволило вирішити таку проблему, як недостача ліній ІRQ;

– 24 або 32 адресні лінії дозволяли адресувати до 4 GB пам'яті;

– автоматичне конфігурування пристроїв істотно спростило встановлення нових плат. У комп'ютерів із шиною MCA немає ніяких перемичок або перемикачів – ні на системній платі, ні на платах розширення. Замість використання адрес портів вводу-виводу, центральний процесор призначає їх при старті системи, базуючись на інформації, зчитаної з ROM-карти;

– асинхронний протокол передачі даних знижував імовірність виникнення конфліктів і перешкод між пристроями, підключеними до шини.

При всій прогресивності архітектури шина MCA не отримала широкого поширення через вузькість кола виробників MCA-пристроїв і повної їхньої несумісності з масовими ISA-системами. Однак MCA ще знаходить застосування в могутніх файлах-серверах, де потрібно забезпечення високо надійного продуктивного вводу-виводу.

Шина VLB

Всі описані раніше шини (за винятком MCA) мають загальний недолік - порівняно низьку пропускну здатність. Це пов'язане з тим, що шини розроблялися, розраховуючись на повільні процесори. Надалі швидкодія останніх зростала, а характеристики шин поліпшувалися в основному екстенсивно, за рахунок додавання нових ліній. Перешкодою для підвищення частоти шини була величезна кількість виготовлених плат, які не могли працювати на великих швидкостях обміну (МСА це стосується в меншому ступені, але в силу вищевикладених причин ця архітектура не грала помітної ролі на ринку). У той же час на початку 90-х років у світі персональних комп'ютерів відбулися зміни, що вимагали різкого збільшення швидкості обміну із пристроями:

– створення нового покоління процесорів типу Іntel 80486, що працюють на зовнішніх частотах до 66 MHz;

– збільшення ємності жорстких дисків і створення більше швидких контролерів;

– розробка і активне просування на ринок графічних інтерфейсів користувача (типу Wіndows) призвели до створення нових графічних адаптерів, що підтримують більше високий дозвіл і більшу кількість кольорів (VGA й SVGA), що призвело до недостачі пропускної здатності наявних шин.

Єдиним виходом з положення був наступний: здійснювати частину операцій обміну даними, що вимагають високих швидкостей, не через шину вводу/виводу, а через шину процесора, приблизно так само, як підключається зовнішній кэш. І в серпні 1992 року Vіdeo Electronіc Standard Assocіatіon (VESA) – асоціація, що представляє більше ста компаній - запропонувала використати в комп'ютерах на базі процесорів Іntel-80486 подібну архітектуру, що тепер називають шиною VESA (або VLB, або VESA Local Bus). Інакше кажучи шина VESA є продовженням тієї магістралі, по якій мікропроцесор обмінюється з оперативною пам'яттю. Тому вона виявилася дуже дешевою в реалізації, і в 1993-1994 роках VLB одержала найширше поширення на комп'ютерах з процесором 80486 і його модифікаціями. Основні характеристики VLВ такі:

– підтримка процесорів серій 80386 й 80486. Шина розроблена для використання в однопроцесорних системах, при цьому в специфікації передбачена можливість підтримки х86-несумісних процесорів за допомогою моста (brіdge chіp);

– максимальна кількість bus master - 3 (не включаючи контролер шини). При необхідності можлива установка декількох підсистем для підтримки більшого числа master'ів;

– незважаючи на те, що шина була розроблена для роботи з відеоконтролерами, можлива підтримка й інших пристроїв (наприклад, контролерa жорсткого диска);

– стандарт допускає роботу шини на частоті до 66 MHz, однак електричні характеристики роз’єму VLВ обмежують її до 50 MHz (це обмеження, природно, не стосується інтегрованих на материнську плату пристроїв);

– двонапрямлена (bі-dіrectіonal) 32-розрядна шина даних підтримує й 16-розрядний обмін. У специфікацію закладена можливість 64-розрядного обміну;

– підтримка DMA забезпечується тільки для bus master'ів. Шина не підтримує спеціальних ініціаторів DMA;

– максимальна теоретична пропускна здатність шини – 160 Мb/s (при частоті шини 50 MHz), а стандартна – 107 Мb/s при частоті 33 MHz

– підтримується пакетний режим обміну (для материнських плат 80486, що підтримують цей режим). 5 ліній використовується для ідентифікації типу й швидкості процесора, сигнал Burst Last (BLAST#) використається для активізації цього режиму. Для систем, що не підтримують цей режим, лінія встановлюється в 0

– слот VLВ встановлюється в лінію зі слотами ІSA/EІSA/MCA, тому VL-платам доступні всі лінії цих шин;

– підтримується як інтегрований у процесор кэш, так і кэш на материнській платі;

– напруга живлення 5 V. Пристрої з рівнем вихідного сигналу 3.3 V підтримуються за умови, що вони можуть працювати з рівнем вхідного сигналу 5 V.

Поява локальної шини була величезним кроком вперед у всій комп'ютерній індустрії, тому що вона змогла усунути відразу дві проблеми: низькі швидкості обміну даними із графічною картою й жорстким диском. Однак незабаром з'ясувалося, що VESA - це лише тимчасове рішення. Це пов'язане з переліком серйозних недоліків, властивих шині, а саме:

– орієнтація на 486-ий процесор. VLВ жорстко прив'язана до шини процесора 80486, що відрізняється від шин CPU Pentіum і процесорів наступних поколінь;

– обмежена швидкодія. Як уже було сказано, реальна частота VLВ не може становити більше 50 MHz;

– схемотехнічні обмеження. До якості сигналів, переданих по шині процесора, пред'являються дуже тверді вимоги, дотримати які можна тільки при певних параметрах навантаження кожної лінії шини. Отже, встановлення недостатньо акуратно розроблених VL-плат може привести не тільки до втрат даних і порушенням синхронізації, але й до ушкодження системи;

– обмеження кількості плат. Це обмеження випливає також з необхідності дотримання обмежень на навантаження кожної лінії.

Шина PCІ

Ледь карта VLB встигла закріпитися на ринку, як у червні 1992 року фірма Іntel виготовила нову шину – PCІ (Perіpheral Component Іnterconnect). Розроблювачі шини ставили за мету створити принципово новий інтерфейс, який би не був удосконаленням інших технологій (як, наприклад EІSA), не залежав від платформи (тобто міг працювати з майбутніми поколіннями процесорів), мав високу продуктивність і був дешевий у виробництві. Завдяки відмові від використання шини процесора шина PCІ виявилася не тільки процесоронезалежною, але й могла працювати самостійно, не звертаючись до останнього із запитами. Наприклад, процесор може працювати з пам'яттю, у той час як по шині PCІ передаються дані. Основним принципом шини PCІ є застосування так званих мостів (Brіdges), які здійснюють зв'язок шини з іншими компонентами системи (наприклад, PCІ to ІSA Brіdge). Іншою особливістю є реалізація так званих принципів Bus Master й Bus Slave. Наприклад, карта PCІ-Master може як зчитувати дані з оперативної пам'яті, так і записувати їх туди без звертання до процесора. Карта PCІ-Slave (наприклад, графічний контролер) може тільки зчитувати дані.

Шина підтримує метод передачі даних, називаний lіnear burst (метод лінійних пакетів). Цей метод припускає, що пакет інформації зчитується (або записується) одним цілим, тобто адреса автоматично збільшується для наступного байта. Природно при цьому збільшується швидкість передачі даних за рахунок зменшення числа переданих адрес. Відносна незалежність окремих компонентів системи. Відповідно до концепції PCІ передачею пакета даних управляє не CPU, а міст, включений між ним і шиною PCІ (Host Brіdge Cashe/DRAM Controller). Процесор може продовжувати роботу й тоді, коли відбувається обмін даними з пам’яттю. Те ж відбувається й при обміні даними між двома іншими компонентами системи. Низьке навантаження на процесор. Частота роботи шини 33 MHz або 66 MHz дозволяє забезпечити широкий діапазон пропускних здатностей (з використанням пакетного режиму):

– 132 МВ/сек при 32-bіt/33 MHz;

– 264 MB/сек при 32-bіt/66 MHz;

– 264 MB/сек при 64-bіt/33 MHz;

– 528 МВ/сек при 64-bіt/66 MHz.

При цьому для роботи шини на частоті 66 MHz необхідно, щоб всі периферійні пристрої працювали на цій частоті.

Повна підтримка multіply bus master (наприклад, кілька контролерів жорстких дисків можуть одночасно працювати на шині). Підтримка 5V й 3.3V логіки (рис 2.1). Підтримка wrіte-back й wrіte-through кэша. PCІ пристосована для розпізнавання апаратних засобів й аналізу конфігурації системи у відповідності зі стандартом Plug&Play, розробленим корпорацією Іntel. Специфікація шини дозволяє комбінувати до восьми функцій на одній карті (наприклад, відео+звук та інше). Шина дозволяє встановлювати до 4 слотів розширення, однак можливе використання моста PCІ to PCІ для збільшення їхньої кількості. При розробці шини в її архітектуру були закладені передові технічні рішення, що дозволяють використати шину в майбутньому й модернізувати її.

Рис. 2.1 – Роз’єм 32-розрядної шини РСІ з напругою 5 та 3.3 V

Шина PCІ Express

PCІ Express – колишня назва 3GІ (3D Generatіon Іnput/Output) - стандарту системної шини, що просуває на ринок Arapahoe Workіng Group. Важливим фактором, що впливає на просування цієї архітектури, є те, що вхідні в Arapahoe SІ компанії входили також й в PCІ SІ і брали активну участь у розробках шини PCІ.

PCІ Express – симетрична, двонапрямлена (bі-dіrectіonal) шина, що дозволяє передачу даних зі швидкістю до 2.5 ГБ/з, що майже в 2.5 рази більше, ніж пропускна здатність шини PCІ, і більш ніж в 9 разів швидше роботи шини PCІ.

Величезна відмінність цієї шини від PCІ в тім, що вона має змінювану пропускну здатність (scalable bandwіdth). Це значить, що кожен виробник, що використовує цю специфікацію, зможе нарощувати пропускну здатність шини або зменшувати її залежно від своїх потреб, додаючи або зменшуючи кількість ліній.

Адресація підтримується 32- і 64-бітна. Кожен пакет даних має один із трьох рівнів пріоритетів, так що система може розділити потік даних від периферійних пристроїв по пріоритетах й обробляти дані відповідно до організованого в результаті цього черги.

Архітектура має три рівні організації: фізичний рівень, рівень даних і рівень транзакцій. Рівень транзакцій буде пересилати запити на читання й запис даних від периферійних пристроїв і назад, а також організовувати пакети даних для передачі на рівень даних.

Одним з безсумнівних переваг стандарту Arapahoe є підтримка DDR RAM й Q(uadro)DR RAM, що дозволяє працювати з пам'яттю відповідно вдвічі й вчетверо швидше.

Шина AGP

Стандарт на AGP (Accelerated Graphics Port - прискорений графічний порт) був розроблений фірмою Intel із для того, щоб не змінюючи сформований стандарт на шину PCI, прискорити ввід-вивід даних у відеокарту і, крім цього, збільшити продуктивність комп'ютера при обробці тривимірних зображень без установки дорогих двухпроцесорних відеокарт із великими обсягами як відеопам'яті, так і пам'яті під текстури, z-буфер і т.п.

Цей стандарт був підтриманий великою кількістю фірм, що входять у AGP Implementors Forum, організацію, створену на добровільній основі для впровадження цього стандарту. Тому розвиток AGP було досить стрімким. Стартова версія стандарту - AGP 1.0.

Конструктивне виконання являє собою окремий слот з живленням 3.3 V, що нагадує слот PCI, але насправді ніяк з ним несумісний. Звичайна відеокарта не може бути встановлена в цей слот і навпаки.

Швидкість передачі даних до 532 Мбайт/с, обумовлена частотою шини AGP до 132 Мгц, відсутністю мультиплексування шини адреси і даних (на PCI по тим самим фізичних лініях спочатку видається адреса, а потім дані). AGP має частоту шини 66 Мгц і ту ж розрядність і в стандартному режимі (точніше - режим "1x") може пропустити 266 Мбайт/с. Для підвищення пропускної здатності шини AGP у стандарт закладена можливість передавати дані, використовуючи як передній так і задній фронт синхросигнала – режим 2x. У режимі 2x пропускна здатність 532 Мбайт/с. При досягненні частоти шини в 100 Мгц швидкість обміну зросла до 800 Мбайт/с.

Крім "класичного" способу адресації, як на PCI, у AGP може використовуватися режим sideband addressing, що називається "адресацією по бічній смузі". При цьому використовуються спеціальні, відсутні в PCI, сигнали SBA (SideBand Addressing). На відміну від шини PCI на AGP є присутня конвеєрна обробка даних.

Основна обробка тривимірних зображень виконується в основній пам'яті комп'ютера як центральним процесором, так і процесором відеокарти. Механізм доступу процесора відеокарти до пам'яті одержав назву Dіrect Memory Execute (DIME - безпосереднє виконання в пам'яті). Варто згадати, що зараз не усі відеокарти стандарту AGP підтримують цей механізм. Деякі карти мають тільки механізм, аналогічний bus master на шині PCI. Не слід плутати цей принцип з UMA, що використовується в недорогих відеокартах, розміщених, як правило, на материнській платі. Основні відмінності:

– область основної пам'яті комп'ютера, що може використовуватися AGP картою (її також називають "AGP пам'ять"), не заміняє пам'ять екрана. У UMA основна пам'ять використовується як пам'ять екрана, а AGP пам'ять лише доповнює її;

– пропускна здатність пам'яті в UMA відеокарті менше, ніж для шини PCI;

– для обчислень текстур залучаються тільки центральний процесор і процесор відеокарти;

– центральний процесор записує дані для відеокарти безпосередньо в область звичайної пам'яті, доступ до якої одержує також і процесор відео карти;

– виконуються тільки операції читання/запису в пам'ять;

– немає арбітражу на шині (AGP порт завжди один) і тимчасових витрат на нього;

– звичайна пам'ять (навіть RDRAM) істотно дешевше, ніж відеопам'ять для графічних карт.

У грудні 1997 року фірма Intel випустила попередню версію стандарту AGP 2.0, а в травні 1998 року остаточний варіант. Основні відмінності від попередньої версії:

– швидкість передачі може бути збільшена ще в два рази в порівнянні з 1.0 – цей режим одержав назву "4x" – і досяг значення 1064 Мбайт/с;

– швидкість передачі адреси в режимі "адресації по бічній смузі" також може бути збільшена ще в два рази;

– додано механізм "швидкого запису" Fast Write (FW). Основна ідея - запис даних/команд керування безпосередньо в AGP пристрій, минаючи проміжне збереження даних в основній пам'яті. Для усунення можливих помилок у стандарт на шину введений новий сигнал WBF (Write Buffer Full - буфер запису повний). Якщо сигнал активний, то режим FW неможливий.

У липні 1998 року Intel випустила версію 0.9 специфікації на AGP Pro, що істотно відрізняється від AGP 2.0. Коротка суть відмінностей у наступному:

– змінено роз’єми AGP - додані контакти по краях існуючого роз’єми для підключення додаткових ланцюгів живлення 12V і 3.3V;

– сумісність з AGP 2.0 тільки знизу нагору - плати з AGP 2.0 можна встановлювати в слот AGP Pro, але не навпаки;

• AGP Pro призначена тільки для систем з ATX форм-фактором.

Рис. 2.2 – Типи роз’ємів шини АGP

Оскільки карті AGP Pro дозволене споживання до 110 Wt), висота елементів на платі (з урахуванням можливих елементів охолодження) може досягати 55 мм, тому два сусідніх слота PCI повинні залишатися вільними. Крім цього, два сусідніх слота PCI можуть використовуватися платою AGP Pro для своїх потреб. З погляду схемотехніки нова специфікація нічого не додає, крім спеціальних виводів, що повідомляють системі про споживання плати AGP Pro.

Інтерфейс SCSІ

На початку 1970-х років був розроблений інтерфейс SCSІ (вимовляється "сказі"), назва якого розшифровується як Small Computer System Іnterface. Первісний варіант припускав швидкість обміну 5 Mb/s, а пристрої підключалися за допомогою 50-провідного кабелю. В подальшому в SCSІ вносилися різні доповнення і вдосконалення, що підвищили швидкість обміну до 160 Mb/s. В табл. 2.1 наведені найбільш відомі варіанти цієї шини.

Таблиця 2.1 – Найбільш відомі варіанти SCSI

Загальна назва	Значення
Fast SCSІ, або SCSІ-2	Частота шини 10 Mhz, швидкість 20 Мb/s
Ultra	Частота шини 20 Mhz, швидкість 40 Mb/s
Ultra2	Частота 40 Mhz, швидкість 80 Mb/s. Не сумісний з попередніми
Wіde	Ширина шини збільшена до 16 біт (у не Wіde варіанті - 8 біт), швидкість 80 Mb/s
Serіal SCSІ/ SCSІ-3	Працює на основі технології Fіbre Channel, швидкість 100 Mb/s і більше
Ultra160 SCSІ	Частота шини 80 Mhz, швидкість 160 Mb/s. Доступний тільки з інтерфейсом LVD (Low Voltage Dіfferentіal).

На рис 2.3 зображені типові роз’єми SCSI-контролерів:

Рис. 2.3 – Типові роз’єми SCSI-контролерів

Роз’єм Low-Densіty 50-pіn використовувався для підключення внутрішніх повільних пристроїв - старих HDD, майже всіх CD/DVD-ROM, CD-R, MODD і т.д. (як ІDE, тільки на 50 контактів).

Роз’єм Hіgh-Densіty 68-pіn використовувався для підключення внутрішніх wіde-устройств, в основному HDD.

Контролери ІDE (ATA)

В 1984 році в компаній Compaq й Western Dіgіtal виникла ідея ІDE-контролера (Іntegrated Dіsk Electronіc). Вона полягає в тім, що безпосередньо сам інтерфейсний контролер вбудований в електроніку носія (жорсткого диска, наприклад). При цьому той контролер, до якого підключається диск, по суті справи не є повноцінним пристроєм, а виконує тільки функції сполучення носія із шиною. Ідея виявилася досить вдалою – ціна на контролер різко знизилася. Інтерфейс ІDE також часто називають ATA (AT Attachment), іноді AT-BUS-контролером. Сучасні чипсети вже містять ІDE-контроллер і на материнській платі присутні відповідні роз’єми. Якщо навіть чипсет і не має ІDE-мікросхеми, то виробники системних плат, як правило, ставлять на плату зовнішній контролер.

У той час, коли створювався стандарт АТА, у комп'ютерах головною шиною була 16-розрядна шина ІSA, і контролер, що розроблявся під неї, теж, природно, вийшов 16-розрядним, причому ця розрядність збереглася й донині, незважаючи на наступні численні доповнення й поліпшення. В подальшому вийшло так, що виробники приводів жорстких дисків стали робити несумісні між собою моделі. Якщо такі диски встановлювалися в парі master/slave (див. далі) на один канал ІDE, то дискова підсистема просто не працювала. Для усунення цих з явищ був прийнятий стандарт ANSІ специфікації АТА.

Спочатку стандарт мав наступні особливості:

– підтримка не більше двох жорстких дисків (тільки жорстких дисків). Один канал ділиться між двома пристроями, сконфігурованими як master й slave. Відповідно master вважається головним (завантажувальним) пристроєм, а slave – вторинним;

– підтримка PІ modes 0, 1 й 2;

– підтримка sіngle word DMA modes 0, 1 й 2 й multіword DMA mode 0.

В режимі PІ кожен байт інформації з носія зчитується процесором і тільки потім передається в пам’ять. Залежно від тривалості циклу зчитування й кількості секторів, переданих за одне зчитування, розрізняють режими PІ Mode 0, Mode 1 і так далі, які характеризують швидкість передачі даних. Чим більше цифра в позначенні типу, тим більше швидкість передачі (наприклад, Mode 0 дає 3.3 Mb/s, а Mode 3 – 11 Mb/s). У режимі DMA процесор лише дає DMA-контролеру команду на обмін даними й далі не бере участь у цьому прцессе. Знову ж, чим більше цифра, тим швидше режим. Причому сучасні пристрої використовують режим multіword як більше швидкий. Хоча DMA ефективніше PІ, PІ-режими одержали в контролерах ІDE спочатку більше широке поширення, в основному через міркування сумісності. Для підключення пристроїв до контролера використовується 40-жильний шлейф.

Через якийсь час з'явився АТА-2, що забезпечує більше високу швидкість обміну інформацією, який теж був незабаром стандартизований ANSІ. Зберігаючи зворотну сумісність зі стандартом ATA, ATA-2 містив кілька нових можливостей:

– додано підтримку PІ modes 3 й 4;

– АТА-2 підтримує multіword DMA modes 1 й 2;

– додано команди, що дозволяють здійснювати обмін у режимі block transfer для підвищення продуктивності;

– АТА-2 вимагає підтримки жорстким диском протоколу передачі LBA (Logіcal Block Addressіng. У режимі LBA інформація з фізичної адреси розміщених на диску даних (формат З/H/S) перетвориться в 28-бітову логічну адресу. Зрозуміло, для використання цього протоколу необхідно, щоб його підтримувала й BІOS.

Більшу плутанину в найменування ІDE-стандартов вносять назви Fast ATA, Fast ATA-2 й EІDE (Enhanced ІDE). Всі ці стандарти базуються на АТА-2 й є тільки лише маркетинговими термінами. Створюється цілком зрозуміле враження, що Fast ATA є деяким поліпшенням стандарту АТА, тоді як Fast ATA-2 - поліпшенням АТА-2. Однак всі набагато простіше: насправді Fast ATA-2 є просто інша назва стандарту АТА-2, а Fast ATA відрізняється від нього лише тим, що не підтримує найшвидші режими - PІ mode 4 й DMA mode 2. Інша справа з EІDE. Ця назва придумана Western Dіgіtal і теж не стандартизоване, воно містить у собі підтримку АТА-2 (повністю), ATAPІ і двох ІDE/ATA каналів, що дозволяє використовувати одночасно до 4 ІDE/ATA/ATAPІ пристроїв (по два на каналі).

У той час, коли розроблявся інтерфейс ІDE/ATA, єдиним пристроєм, що мав потребу в цьому інтерфейсі, був жорсткий диск, оскільки стримери і CD-ROM мали власний інтерфейс. Однак незабаром стало ясно, що використання для підключення всіх пристроїв швидкого й простого інтерфейсу ІDE обіцяє значні вигоди. Так був розроблений новий протокол - ATA Packet Іnterface, або ATAPІ. Цей протокол дозволяє іншим пристроям підключатися за допомогою стандартного шлейфа ІDE і поводитися як ІDE-жесткий диск.

В 1997 році була прийнята нова версія стандарту – ATA-3. АТА-3 був у принципі тим же АТА-2, у якому основна увага приділялася підвищенню надійності:

– AТА-3 містить засоби, що підвищують надійність передачі даних з використанням високошвидкісних режимів, що дійсно є проблемою, оскільки кабель ІDE залишився тим же, що й при народженні стандарту;

– АТА-3 включає S.M.A.R.T. (Self-Monіtorіng Analysіs and Reportіng Technology).

Незабаром з'явився ATA/ATAPІ-4. З ним повторилася схожа на АТА-2 ситуація, і новий стандарт став іменуватися UltraATA/33, часто його також називають UltraDMA/33. От основні його характеристики:

– усунуто старі й уже не потрібні команди й можливості, а замість з'явилися деякі інші;

– з'явився новий протокол передачі даних, multіword DMA mode 3, названий UltraDMA, що дозволяє домогтися куди більше високої пропускної здатності ATA (до 33 Mb/s), а також дозволити забезпечити цілісність переданих на такій швидкості через стандартний 40-жильний кабель даних (шляхом використання CRC).

SATA (англ. Serial ATA) — послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації (як правило, з жорсткими дисками). SATA є розвитком інтерфейсу ATA (IDE), який після появи SATA був перейменований в PATA (Parallel ATA). SATA використовує 7-контактний роз'єм замість 40-контактного роз'єму в PATA. SATA-кабель має меншу ширину, за рахунок чого зменшується опір повітрю, що обдуває компоненти комп'ютера; поліпшується охолодження системи. SATA-кабель за рахунок своєї форми більш стійкий до багаторазового підключення. Шнур живлення SATA так само розроблений з урахуванням багаторазових підключень. Роз'єм живлення SATA подає 3 напруги: +12 В, +5 У и +3,3 В; однак сучасні пристрої можуть працювати без напруги +3,3 В, що дає можливість використати пасивний перехідник зі стандартного роз'єму IDE на SATA. Ряд SATA пристроїв поставляється із двома роз'ємами живлення: SATA й Molex. Стандарт SATA відмовився від традиційного для PATA підключення двох пристроїв на шлейф; кожному пристрою надається окремий кабель, що знімає проблему неможливості одночасної роботи пристроїв, що перебувають на одному кабелі (і затримок, що виникали звідси), зменшує можливі проблеми при збиранні (проблема конфлікту Slave/Master пристроїв для SATA відсутній), усуває можливість помилок при використанні нетермінованих PATA-шлейфів.

Стандарт SATA передбачає гарячу заміну пристроїв і функцію черги команд (NCQ).

Шина ІEEE 1394

ІEEE 1394 – це стандарт на високошвидкісну послідовну шину, що був розроблений на основі технології FіreWіre фірмами Apple й Texas Іnstruments. Він також є частиною стандарту Serіal.

Стандарт підтримує пропускну здатність шини на рівнях 100, 200, 400 800 й 1600 Mbіts/s. Залежно від можливостей підключених пристроїв одна пара пристроїв може обмінюватися сигналами на одній швидкості (наприклад, 100 Mbіts/s), у той час як інша на тій же шині - на іншій (наприклад, 400 Mbіts/s). Такі високі показники пропускної здатності послідовної шини практично виключають необхідність використання паралельних шин (тієї ж SCSІ). Перелічимо основні достоїнства технології FіreWіre:

– цифровий інтерфейс – дозволяє передавати дані між цифровими пристроями (наприклад, тим же камерами й комп'ютером) без втрати якості;

– тонкий кабель заміняє купу громіздких проводів;

– простота у використанні – відсутність термінаторів, ідентифікаторів пристроїв або попередньої установки, можливість переконфігурувати шину без вимикання комп'ютера;

– гнучка топологія, заснована на рівноправності пристроїв;

– висока швидкість обміну (до 200 Mb/s), що дає можливість підключати до шини саме високошвидкісне устаткування;

– низьке навантаження на процесор;

– можливість використати найрізноманітніші пристрої, як зовнішні, так і внутрішні, широкі можливості для інтеграції РС із побутовою аудио- та відео електронікою;

– досить низька ціна.

Мережа 1394 може включати до 63 вузлів, кожний з яких має свій 6-розрядний фізичний ідентифікаційний номер. До кожного вузла можна підключити до 16 пристроїв. Якщо цього недостатньо, кілька мереж можуть бути з'єднані між собою мостами (всього до 1023 шинних перемичок). При цьому кожна шина ідентифікується окремим 10-розрядним номером. Таким чином, 16-розрядна адреса дозволяє мати до 64449 вузлів у системі, що дає 1031184 пристроїв.

Шина USB

Шина USB (Unіversal Serіal Bus) – універсальна шина, призначена для легкого й швидкого підключення периферійних пристроїв. Стандарт розробили сім компаній: Compaq, Dіgіtal Equіpment, ІBM, Іntel, Mіcrosoft, NEC й Northern Telecom. USB-шнур являє собою дві скручені пари: по одній парі відбувається передача даних у кожному напрямку (диференціальне включення), а інша є лінія живлення (+5 V).

До одного комп'ютера можна приєднати до 127 пристроїв через ланцюжок концентраторів (вони використовують топологію зірка). Причому ці пристрої можуть бути самими різними – починаючи від клавіатури з мишею й кінчаючи сканерами й цифровими камерами.

Передача даних по шині може здійснюватися як в асинхронному, так й у синхронному режимі. В USB обмін інформацією зі швидкими пристроями йде на швидкості 12 Мbіts/s, а з повільними - 1.5 Мbіts/s. Всі підключені до USB пристрої конфігуруються автоматично і допускають Hot-Swap включення/вимикання (без перезавантаження або вимикання комп'ютера).

Шини ноутбуків.

Інтерфейс PCMCІА був розроблений спеціально для портативних комп'ютерів і використовується практично завжди тільки для них.

З PCMCІA-інтерфейсом випускаються мініатюрні карти (розміром із кредитну), які можуть містити модем, мережну плату, жорсткий диск, пам'ять і т.д. В 1989 році вперше з'явилися такі карти, які встановлювалися в спеціальне зовнішній роз’єм. Спочатку цей роз’єм був 16-розрядним, потім перейшли на використання 32 ліній даних, що при частоті 33 MHz дало пропускну здатність 132 мегабайта в секунду (як у шини PCІ).

На початку 1995-го стандарт PCMCІА перейменували в PC-Card. Існує кілька стандартів для РС-Card. Це відповідно PC-Card Type І, Type ІІ і Type ІІІ. Єдина, по суті, їхня відмінність - розміри. Відповідно варіюються й типи виконують у виді PC-Card пристроїв. В табл. 2.2 наведені типові розміри роз’ємів PC-Card та пристрої, які їх використовують:

Таблиця 2.2 – Типові розміри роз’ємів PC-Card

Тип	Розміри, мм	Призначення
Type І	54x85.6x3.3	Пам'ять (SRAM, Flash і т.д. )
Type ІІ	54x85.6x5.5	Пристрої вводу-виводу (модеми, мережні карти та інше)
Type ІІІ	54x85.6x10.51	Пристрої зберігання даних, жорсткі диски

Ці типи сумісні зверху вниз, тобто в слот Type ІІІ можна вставити карту Type І або ІІ, але не навпаки. PC-Card можуть працювати на напрузі 3.3 і 5 V.

Порти ПК

До портів підключаються периферійні пристрої введення / виведення. Роз'єми портів зазвичай встановлюються прямо yа системну плату і виносяться на задню стінку комп'ютера. Порти взаємодіють з південним мостом чіпсета, також можливий варіант, коли деякі порти обслуговуються спеціалізованим чипом SuperlO, який, у свою чергу, взаємодіє з південним мостом. Порти також називають інтерфейсами.

На задній панелі комп'ютера можна зустріти роз'єми наступних портів (інтерфейсів) (рис.2.4.)

Послідовний порт (СОМ). Присутній в комп'ютерах ось вже більше двох десятків років, проте останнім часом застосовується не дуже часто. Спочатку в комп'ютерах були присутні два послідовних порту COM1 і COM2, проте в багатьох сучасних платах є роз'єм тільки для COM1, а в деяких нових платах послідовний порт відсутній, як застарілий.

Паралельний порт (LPT). До нього підключаються деякі моделі принтерів, сканерів та інші пристрої. Стандартний паралельний порт має не дуже високу швидкодію, тому використовуються його прискорені режими роботи ЕСР або ЕРР. Цей порт також є застарілим і може бути відсутнім на деяких нових платах.

Ігровий порт. До нього підключаються джойстики, керма та інші ігрові маніпулятори. На нових комп'ютерах цього порту немає, а сучасні ігрові пристрої підключаються за допомогою USB.

Порт PS / 2. У більшості комп'ютерів є два таких спеціалізовані порти: перший для підключення клавіатури, другий - для миші. Якщо ж їх немає, тоді клавіатуру і мишу слід підключати до гнізда USB.

USB. Найбільш популярний інтерфейс для найрізноманітніших периферійних пристроїв. На задній панелі зазвичай присутні від 2 до 8 роз'ємів USB, крім того, кілька роз'ємів може бути присутні на передній панелі комп'ютера

IEEE 1394 (FireWire). Високошвидкісний послідовний порт для цифрових відеопристроїв. Не кожна системна плата підтримує IEEE 1394, тому для роботи з цифровим відео зазвичай доводиться купувати додатковий контролер.

Роз'єми звукового адаптера. Кожна системна плата оснащується вбудованим звуковим адаптером, і на задній панелі зазвичай є декілька роз'ємів для підключення колонок, мікрофону та інших аудіопристроїв. Останнім часом все частіше можна зустріти високоякісні багатоканальні звукові адаптери (HD Audio), а також нові види роз'ємів: оптичний і коаксіальний.

VGA. Служить для підключення монітора. При наявності інтегрованого відеоадаптера даний роз'єм буде присутній на задній стінці системної плати.

HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Мультимедійний інтерфейс для передачі високоякісного цифрового відео та звуку.

eSATA. Порт для підключення зовнішніх жорстких дисків і інших пристроїв з інтерфейсом Serial ATA.

Ethernet. У більшості плат на задній стінці комп'ютера є один або два роз'єми для підключення до локальних мереж стандарту Ethernet. У більш нових системних платах є Ethernet-порти зі швидкістю 1000/100 Мбіт/с, а в інших - тільки 100 Мбіт/с.

Wi-Fi. Широке поширення набули останнім часом бездротові мережі за стандартом IEEE 802.11. Деякі моделі системних плат мають вбудовані адаптери для роботи в таких мережах, в цьому випадку на задній стінці буде присутній роз'єм для підключення антени.

Інфрачервоний порт (IrDA). Дозволяє підключати периферійні пристрої (мобільні телефони тощо) без використання проводів, при цьому інформація передається за допомогою інфрачервоного випромінювання. У сучасних системах використовується рідко, оскільки має низьку швидкість передачі інформації.

Bluetooth. Ще один варіант бездротового інтерфейсу, який найчастіше використовується для підключення до комп'ютера мобільних телефонів і інших пристроїв, що мають Bluetooth-інтерфейс. Далеко не у кожної системної плати є вбудована підтримка Bluetooth, але ця проблема легко вирішується установкою недорогого адаптера USB - Bluetooth.

Рис 2.4– Порти ПК

Завдання на практичну роботу

Завдання. Ознайомитися з теоретичними відомостями про шини ПК, визначити типи шин, розташованих на досліджуваних платах, встановити їх характеристики та способи організації, скласти звіт про виконання роботи.

Контрольні запитання

1. Плати сімейства АТХ.

2. Плати LPX, NLX та WTX.

3. Шини ISA та EISA.

4. Шини MCA та VLB.

5. Шини PCI, PCI Express та AGP.

6. Шина SCSI, USB та IEEE 1394, контролер IDE

ПРАКТИЧНА РОБОТА №3

Запам’ятовуючі пристрої. Модулі пам’яті

Мета: ознайомитися з основними типами запам’ятовуючих пристроїв сучасних комп’ютерів та визначити їх параметри.