Автор: Старков В.В.
Теги: программирование информатика компьютер компьютерная техника
ISBN: 5-93517-187-2
Год: 2004
Текст
В.В.Старков
Компьютерное
ЖЕЛЕЗО
архитектура,
устройство и
конфигурирование
Москва
Горячая линия - Телеком
2004
Старков В В.
С77 Компьютерное железо; архитектура, устройство и конфигуриро-
вание, — М.: Горячая линия - Телеком, 2004 - 424 с * ил
ISBN 5-93517-187-2. ^3 ~
Рассмотрены основные составляющие узлы персонального компью-
тера н организация их совместной работы: материнская плата, процессор,
память, дисковые накошгтели. лндсрспстсма и структура размещения дан-
ных, созданная операционной системой. Приведены подробные сведения
по использованию программы SETUP (тонкая настройка п оптимизация
работы компьютера путем изменения илрамстроп базовой системы uuo-
да/пывода - BIOS). Описала история развития отечественной вычисли-
тельной техники, двн краткий обзор нынешнего состояния дел в данной
области, Книга иашгсиив живым ц доступным языком содержит подроб
иын [[редмстцый указатель.
Для снсцналнстоп и области сборки. технического обслуживания
компьютеров, а также для читателей. самостоятельно осуществляющих
сборку собственного компьютера. Может быть использована дал подго
тонки и нопыщекия кваянфиканн и мсксджерав п торгового персонала
предприятий ио продаже компьютеров и комплектующих
ББК 32.973 26 (М
Cnjano шос irubuliu.
. Старков Владимир Ваенпьевич
КОМПЬЮТЕРНОЕ ЖЕЛЕЗО:
; А1’Х1ГГЕКГУРЛ,УСПЧ>ЙС1’1И)ПКОНФНГУРИРОВЛиНЕ
Корректор Л,И, СимкНш
Обложка художника ПС, CirniHKoim
ЛР №071823 от 16 марта <999».
Ноли».-..о « пемтк2J.CH.<H. ФоршгбОхКПНи Еуиага гактжи
ГариитурллгйГ. НечиьеЧкгпыя. Уч..|гм. л.24,1.
ЪфахЗОСОж!. Hit.Л IR7
ISBN 5 93517.187-2
© Сторков В В„ 2004
© Оформл1ИВ1с мзлатеяьепш
«I орячпя лив1и-Тслаом» 20В<
Предисловие автора
Беря в руки любую Техническую книгу Читатель первым делом хочет
уяснить для себя две вещи: круг освещаемых вопросов и подход к нзло
жению материала. Что можно сказать о данной книге?
Первое — рассматривается аппаратная н программная организация
компьютера, его основные структурные элементы, нх совместная работа
Уподобим работающий компьютер грузовику. Его можно чем угодно
загрузить, можно все выгрузить, можно при желании и кузов сиять. Все
равно, машина останется машиной, пока в ней сохранена ходовая часть-
рама, двигатель, зажигание, сцепление, коробка передач, трансмиссия
колеса. Но убери одни из этих узлов и машина превратится в железо
Книга, которую Вы держите в руках, рассказывает об элементах
"ходовой части ’ компьютера. Материнская плата, процессор, па
мять, дисковые накопители, видеосистема, структура размещения дан*
ных, созданная операционной системой, — компоненты, образуют едн
ную, функционально завершенную систему. Другие составляющие эле*
менты (мультимедиа, сеть, модем и др.) — это уже полезная нагрузка
("чемодан в кузове") и тема для отдельного разговора
Второе — как описывается. В одной книге (посвященной, кстати ска
зать, компьютерной технике) высказана очень правильная мысль — зна-
ние принципов освобождает от необходимости запоминания
множества фактов Попробуем пойти этим путем
Книга состоит из одиннадцати разделов. В первых десяти главах рас
сматриааются: устройство основных компонентов компьютера, их совме-
стная работа, организация структуры размещения данных, конфнгурнро
ванне системы
Завершающая глава представляет собой короткий экскурс в историю
развития отечественных средств вычислительной техники. Пусть сегод
ня Россия нс очень яркая звезда на компьютерном небосклоне, по насту*
пнт время, и опа вновь засияет У российской компьютерной отрасли за
служнвающее уважения прошлое и славные имена, они не должны быть
забыты..В настоящее время это молодое дерево с сильными и здоровыми
корнями, появление обильных плодов па ветвях — вопрос времени.
В тексте книги слова, являющиеся ключевыми для рассматриваемой
темы выделяются жирным шрифтом, После первого употребления тер
мина в скобках даются его синонимы. Предметный указатель содержит
перечень терминов и понятий, используемых в книге Номера страниц от
3
Предисловие автора
сылают к тому месту в тексте, где упомянутый предмет рассматривается
подробнее всего.
Материалы данной книги составили основу курса лекций, прочи
тайного в МИРЭА (Московский институт радиотехники, электроники и
автоматики — Технический университет) на Факультете "Вычисли-
тельные машины и системы" (кафедра "Вычислительная техника",
специальность "Вычислительные машины, комплексы, системы к сети")
и Факультете повышения квалификации (специализация "Компью
терная л микропроцессорная техника")
Отзывы, замечания, предложения о дайной книге можно направлять
по адресу: radios_hl@mtU‘net ni.
4
Глава 1
КОМПЬЮТЕРЫ И ИХ СТРУКТУРА
В середине 1970-х гг. появились вычислительные системы нового ти-
па — персональные компьютеры Вспомним с чего это начиналось и что
мы имеем на сегодняшний день
11. Основные типы современных компьютеров
Проектируя новые модели ЭВМ. производители всегда стремились
сделать их поменьше габаритами и подешевле. С небольшим по размеру
устройством удобнее работать (собирать, перевозить, продавать). Если
он дешевле, чем у конкурента, то это обеспечит дополнительную при-
быль. Применение полупроводников для создания электронных компо-
нентой сделало возможным изготовление устройств с высокой плотно
стыо размещения элементов на кристалле — БИС (Больших Интеграль
иых Схем). Это стало важным шагом в деле уменьшения размеров вычис-
лительных машин и их удешевления. Появление микропроцессоров и на-
боров программируемых периферийных микросхем для них открыло
новую эпоху я деле создании ЭВМ н систем управления.
Производители средств вычислительной техники не преминули вое
пользоваться предоставившимися нм возможностями и предложили по
льзователям ЭВМ. нового типа — персональный компьютер (ПК) От
выпускавшихся ранее ЭВМ его отличали некоторые весьма важные осо
бенностн;
• относительно невысокая цена позволяла купить компьютер отдель-
ному человеку — персоне (отсюда н название — ‘’персональный");
• ПК поставлялся потребителю полностью комплектным компью-
терный блок, клавиатура, монитор;
• взаимное подключение компонентов ПК не представляет большой
сложности н может быть иыполнено самим пользователем.
• ПК попадает к потребителю уже полностью готовым к работе н не
нуждается в дополнительной настройке;
5
Глава /
• от человека, работающего на компьютере» требуется квалифика-
ция значительно меньшая, чем та, которая была необходима опера
торам прежних ЭВМ
Первое устройство подобного типа было выпущено фирмой MITS
(Micro Instrumentation Telemetry Systems) в 1974 г. Машина называ
лась Altair. В 1976 г тогда еще совершенно неизвестная компания
Apple Computer предложила пользователям свой мерный ПК —
Apple-I. Он поразил современников тем. что все основные электрон
пые компоненты были размещены па одной плате. В 1977 г. пол!>зо-
вателям было предложено еще несколько разработок Компания Ар
pie выпустила следующую модель своего компьютера — Applc-H
Корпорация Commodore International представила мнкрокомпью
тер PET (Personal Electronic Transactor). Radio Shack (отделение
компании Tandy) выпустило щютольиын компьютер TRS-80 (Tandy
Radio Shack). Позже появились нереонлл1.ные компьютеры фирм Am
strad, Aniata и др.
12 августа 1981 г. на рынок ПК вышел поныв и иритом очень сильный
игрок — компании IBM (International Business Machines). Она предло-
жила компьютер IBM PC (IBM. Personal Cmnpitler). В отличие от «сталь
иых производителей. IBM эанялаеь этим делом, уже будучи одной из са-
мых известных и богатых компаний в мире. Это давало ей немалые преи-
мущества, но н данном случае не это было самым главным. IBM не толь
ко предложила собственную модель компьютера, одновременно ока вы-
несла ил суд нользонятелен в ириигиюднтел'*!! целый пакет глубоко
продуманных, подробных, четко сформулированных стандартов, онпсы-
вающих структуру компьютера и нрнпцнны его построения, До этого (да
и иозже тоже) пи одна из фирм-разработчиков нс предлагало столь шнро
кого концептуального подхода к данному вопросу.
Конструкция компьютера, предложенная IBM, оказались весьма удач
ной, Имев собственную производственную базу, компания сумела pan
вернуть массовое производство своих машин, как только уто потребова-
лось. Все эти факторы принесли персональным компьютерам IBM оше-
ломляющий успех. Архитектурные принципы, положенные в их основу,
получили очень широкую поддержку у разработчиков компьютерной тех
кики н производителей. Построенные на их основе устройства получили
название "1ВМ-совмсстимых".
С тон норы прошло почти 30 лет. Персональные компьютеры получи
ли огромное распространение. Из всего многообразия предложенных на
начальном этапе систем осталось только две — компьютеры фирмы Ap-
ple ("Macintosh'1) и п1ВМ-совместимые компьютеры". Каждая из них име-
ет свои особенности е точки зрения архитектуры и устройства.
6
Компьютеры и их структура
Macintosh (Мас). Разрабатываются н изготавливаются фирмой Apple
Строятся на микропроцессорах фирмы Motorola (последние модели испо-
льзуют микропроцессоры серин Power PC — совместная разработка фирм
Motorola, Apple и IBM). Системное программное обеспечение — долгое
время разрабатывалось фирмой самостоятельно. Только в последнее
время к этому подключилась Microsoft. Все технические новинки (техно
логические и схемные решения), протоколы обмена, шины защищены ли
цензнямн н другими фирмами в своих изделиях использованы быть нс мо-
гут. Практика передачи прав на изготовление компьютеров Macintosh дру
гнм производителям долгое время не проводилась. Затем был период, ког
да несколько тайваньских фирм получили это право. Однако по прошест-
вии нескольких лет все вернулось на круги своя Сроки контрактов
закончились, лицензии продлены не были, и сейчас, как и раньше, Macin-
tosh производит только фирма Apple.
В основу разработки положены следующие принципы'.
• нс дело пользователя заниматься настройкой компьютера и заме*
нон компонентов — это задача профессионалов'
• разработчики создали прекрасный инструмент для работы, и дело
подавателя — .максимально задействовать предоставленные ему
возможности;
• если вам что-то нужно, то обращайтесь к нам, и мы все сделаем
Реализуя эти принципы на практике, фирма скомпоновала компьютер
таким образом, что все его основные узлы были размешены на одной пла
тс (по этой причине замена их невозможна), и пользователю предостав-
лялись минимальные возможности по вмешательству во внутреннюю ра
боту системы. Вес основные компоненты фирма изготавливала самостоя-
тельно, сама выполняла сборку, обеспечивая этим высокое качество н
надежность своей продукции.
В Россия компьютеры Macintosh широкого распространения пока нс
получили. Сосредоточены они в основном в Москве В нашей стране от об-
щего числа компьютеров они составляют 1...2 %, в мире — около 10 %,
IBM-совместимые компьютеры. Сам термин требует уточнения
Для данного класса машин понятно “совместимость*1 подразумевает не
соответствие компьютера некоторой эталонной машине, а построение
его на базе принципа открытой архитектуры; компьютер составляется
(собирается) из отдельных модулей (блоков), и пользователю ирадостав
ляется широкая возможность изменения его состава путем замены одних
узлов на другие
Предложив складывающуюся из отдельных узлов машину и нс огоро
див ее частоколом непередаваемых лицензий, фирма IBM создала плат
форму, открытую для дальнейшего совершенствования и пригодную для
7
Глава 1
самого массового производства, что в дальнейшем и произошло. В насто-
ящее время выпуском составляющих узлов и компонентов для компьюте-
ров этого типа занимается огромное количество фирм по всему миру
В России комплектующие изделия нс выпускаются, выполняется то
лько сборка нз импортных компонентов. (Припаивание привозных мик-
росхем к привозным же платам к производству*отнесено быть не может.
Попытки разработать что-нибудь самостоятельно и наладить выпуск по-
ка успеха не .имели). Используется в основном дешевая продукция стран
Юго-Восточной Азин. Качество отечественной сборки от очень неплохой
к самый начальный период достигло к настоящему времени весьма хоро-
шего уровня.
В нашей стране IBM-компьютеры занимают доминирующее положе-
ние. (Вся остальная часть книги посвящена им). Это можно объяснить
очень многими причинами. Одной из них, и при том немаловажной, мож-
но посчитать следующую. Компьютер.’ который можно ввозить по частям,
собирать, перебирать, усовершенствовать, дает возможность заработать
на кусок хлеба огромному количеству люден. Фактор "создании дополни
тельных рабочих мост'1 много зпачнт во всем мире.
12. Архитектура и конфигурация
Начиная проектирование любого устройства разработчики кладут в
его основу несколько битовых нрницииов, на которых будет строиться
вен система. Они мвлшотев фундаментом всей будущем постройки. На-
бор -них постулатов получил название "архитектурные принципы"
нлн просто "архитектура".
Приступая к разработке переппальпого компьютера, проектировщики
IBM поступили таким же образом. Они н|>елложнли свою архитектуру.
Созданный ими фундамент оказался прочным и удобным. В последствии
на его основе было построено много компьютерных систем. К их созда-
нию фирма IBM уже не нмели никакого отношении, но за ними сохрани-
лось название "IBM-совместимые компьютеры". Этим подчеркивался
факт, что в основу системы положены вполне определенные архитектур
ные принципы, отдавалась дат- традиции, признавались заслуги основе
положннка данного направления в компьютерной технике.
К основным положениям давно!) компьютерной архитектуры можно
отнести следующие
I Компьютер строится па базе "открытой архитектуры и компо
пустея по "блочно-модульному" принципу
Компьютер собирается из отдельных блоков Он может быть состав
лен из различного по составу набора компонентов (Для того чтобы снс
8
Компьютеры и их структура
тема была работоспособна, этот набор должен быть функпнонально-пол
нымг т.с. содержать все образующие систему узлы) Соединительные
элементы н протоколы обмена стандартизированы
2 Пользователю предоставлена возможность самостоятельно изме-
нять блочный состав компьютера, В состав системы включены все необ-
ходимые для этого средства.
3. Для выполнения обмена между блоками и управления их работой
со стороны процессора организуется ирнемо-передающнн канал—шина
С ее помощью решается задача управления всей системок, производится
обмен данными, поэтому ома получила название — "системная шина**
4. Для соединения основных составляющих между собой компьютер
ные блоки имеют специальные соединительные элементы. К их контакт-
ным площадкам подведены сигналы системной шины, поэтому они полу
чили название "системных разъемов". Они размещены на базовом
элементе системы — материнской плате. Па всех остальных элементах
предполагающих подключение, имеются ответные части для установки в
эти разъемы '
5. В качестве процессорного элемента используются микропроцессо-
ры серии 80"86 фирмы ItiLel и их аналоги, выпущенные по лицензии дру-
гим}! фирмами, а также программно-совместимые с ними процессоры раз-
работке» других фирм.
Все процессоры должны иметь одинаковую программную модель, под-
держивать базовую систему команд, обеспечивать программную совмес
тимость с уже имеющимся программным обеспечением.
6 "Разделение памяти". Память организована и виде нескольких
блоков, в пределах которых она имеет различные свойства.
7. Рстламснтнронаяа "Процедура запуска (начальной за-
грузки)",
После подачи витании или поступления на процессор сигнала
Сброс" должен быть выполнен набор обязательных операции по ирнве
деиню системы в исходное состояние (инициализации). Когда эти денет
вня исполнены, происходит передача управления от базовых программ
(входящих в состав системы) к пользовательскому программному обеспе
четно (операционная система).
В процессе совершенствования компьютеров архитектура резвнва
лась. Со временем системных шин в составе компьютера стало нссколь
ко. появились специализированные (локальные) шины. Некоторые поло
женил оказались не очень удачными (например, разделение памяти), ио
отказаться от них стало невозможно из-за необходимости сохранения
преемственности с уже имеющимся программным обеспечением. Добав
лить к архитектурном конструкции новые элементы можно, а выбрасы-
вать уже имеющиеся нельзя
9
Глава /
Компьютер с блочной организацией представляет собой некоторый
функционально-завершенный набор соединенных между собой элемен-
тов. Любой составляющий блок без особенных проблем может быть за-
менен на однотипный.
Компьютер собран из конкретного набора элементов Перечень со-
ставляющих элементов называется ''конфигурация", Каждый на них
имеет свои рабочие характеристики и параметры: Эти сведения необхо-
димы компьютеру в процессе работы. Если система не располагает этой
информацией (или она не соответствует действительности), то правиль-
но работать она не сможет. Невозможен, например обмен с винчестером,
если неизвестны параметры размещения на нем данных: нельзя считать
информацию с дискет, если формат дисководов указан неаерно. Техниче-
ские данные о составляющих систему компонентах ("сведения о'конфн-
гурацин”) хранятся в ней в специальном месте,
Элементы компьютера механически соединены между собой н состав-
ляют единую структуру. Теперь система должна быть сконфигурирова-
на — в нее должен быть загружен необходимый объем технических дан-
ных о составляющих ее компонентах.
Одно из принципиальных различий между IBM-совместимыми компь-
ютерами и Macintosh состоит в том, что в них по разному организованы
доступ к сведениям о конфигурации н процесс конфигурирования.
В компьютерах''1 с фиксированным' набором компонентов (например,
фирмы Apple) все органнзовано.достаточио просто. Сведения о конфигу-
рации закладываются в систему изготовителем. Пользователю нет необ-
ходимости нх менять, а в случае, если такая потребность все-такн воз-
никнет, он может обратиться в сервисный центр, где специалисты сдела
ют все необходимое.
В IBM-совместимых машинах состав системы в ходе эксплуатации
может многократно меняться. Возможность внесения изменений в кон-
фигурацию предоставлена пользователю. Для сохранения сведений о ней
в состав компьютера включено. энергонезависимое запоминающее
устройство (КМОП-память), а специальная программа (Setup), находя-
щаяся в памяти постоянного хранения (ПЗУ),- обеспечивает доступ к
КМОП памяти и работу с хранящимися там данными Наличие этих ком
понентов в составе системы позволяет пользователю самостоятельно со-
брать компьютер (или изменить его состав), ^конфигурировать его и на
чать на нем работу
Вопросы конфигурирования имеют большое значение для достиже-
ния устойчивой н производительной работы компьютера. Им следует уде-
лять большое внимание Структура программы Setup, работа с ней рас-
сматривается в гл, 8
10
Компьютеры и их структура
13. Организация компьютера и его работа
Прежде чем рассматривать конкретный вопрос о составляющих
компьютер элементах, в упрощенном виде представим его организацию и
работу
' В самом общем виде структурная схема компьютера приведена на
рис. I.I. Номером один (1) на ней обозиачдл^шкропроцессор.(МП)
Это_мозг всей системы. Без иего она мертва, Работа МП заключается в
непрерывном исполнении команд — выполнил одну, взялся за другую я
так без остановок до момента отключения питания,
.Чтобы команды исполнять, их нужно откуда-то брать. Для этих целей
в составе.компьютера есть специальный блок — намять. Ее образно
можно представить как стопку коробочек-ячеек. В. ячейке может находи*
ться или команда для, процессора, нлн обрабатываемое число (операнд)
Память в компьютере бывает даух видов; постоянного (на схеме 2) и
врёменно?6/6пёр’атИвн6гр хранения (3).
Д памятьйостоянного-хранеиия.(ПЗУ) программы иданные помещает
изготовитель компьютера. С их помощью система приводится в рабочей
состояние. Пользователь их может только считывать.
Оперативная память (ОЗУ) доступна пользователю как для счнтыаа
пня, так и для записи. В ней находятся исполняемые программы и обра*
батываемые данные. Предположим, что компьютер умножает числа —
два на два. В момент выполнения вычислений Оба операнда, программа,
выполняющая умножение на число, находятся в ОЗУ. Там же окажется
полученное в результате умножения — четыре.
Для того чтобы считывать команды н данные из памяти, нужны
специальные линии, по которым происходит передача Набор этих лн-
Рис 1 1 Структурная схема компьютера
П
Глава /
ннн образует специальный канал — шину данных (ШД). (На схе-
ме 4 ) Передача может вестись в обоих направлениях, поэтому шина
изображена двунаправленной.
Память, как мы ее представили — стопка коробочек ячеек Для того
чтобы в них не путаться и попадать а нужную, каждая ячейка имеет ни
днвндуальиый номер — адрес. Процессор подает в систему адрес н попа-
дает в нужное место. Для передачи адресов необходима еще одна группа
линий. Их набор составляет шину адреса (ША). (На схеме 5). Пронес
сор подает по ША адрес, после этого данные с ШД могут быть занесены в
соответствующую ячейку или считаны оттуда.
Ситуация получилась двусмысленная. Откуда память узнает; записи
вать ли ей данные в ячейку или выдавать ее содержимое на ШД? Самое
простое ранение — МП должен иметь возможность подать в систему
(в том числе и в память) сигналы, при помощи которых он укажет на-
правление передачи данных. Набор таких сигнальных линий образует
еще одну шилу — шину управления (ШУ). (На схеме Номер 6).
В результате '’конструирования" имеем процессорный блок, построен-
ный ла базе трех шип Ml I считывает из памяти команды, последователь-
но исполняет программы и под их управлением обрабатывает хранящую
ся в ОЗУ информацию. Все идет прекрасно, работа кипит
Однако, есть одно ио... Пользователю желательно иметь возможность
время от времени, хотя бы одним глазком, заглядывать в систему Он дол
жен :<нать — что же там происходит, и при необходимости иметь возмож-
ность нанранпть процесс к нужное русло. В противном случае вся эта ра
бота "будет пустою забавою ..." (как говорил Козьма Прутков)’. Следовате-
льно, в составе системы должны быть элементы управления в индикации
Средства управления. На начальном этане развития компьютерных
систем это был набор кнопок и переключателей В настоящее время у по-
льзователя есть клавиатура (на схеме 7)
Средства индикации. Первые ЭВМ таинственно мигали точечными
светодиодами, которые отображали состояние контрольных сигналов
Затем их сменили символьные индикаторы, представлявшие ннформа
дню уже в виде чисел и букв. Сейчас в распоряжении пользователя име-
ется целое окно в компьютерный мир — монитор (на схеме 8).
Простейшая компьютерная система получена. На ней можно рабо-
тать: вводить с клавиатуры программы запускать их, управлять процес-
сом исполнения, видеть на мониторе результаты Примерно таким и бы-
ло устройство первых ЭВМ.
Скоро выяснилось что каждый раз вводить программу в намять при
помощи клавиатуры долго и неудобно. Возникла необходимость в
устройстве, на котором можно хранить данные н программы, и при необ-
ходимости считывать нх оттуда В состав системы включили магнитный
12
Компьютеры и их структура
накопитель. Из за того, что сохраняющий элемент имел форму диска, он
получил название дискета, а записывающее/ечнтывающее устройст-
во — дисковод Его англоязычная аббревиатура — FDD (на схеме 9),
Отпала необходимость в постоянном вводе данных в компьютер. Будучи
один раз набранными они сохранялись на диске и в нужный момент счи-
тывались оттуда
Дискеты н дисководы вещь хорошая но со временем к ним накопи-
лись претензии, малая емкость, легко повреждаются и др. В состав
компьютера ввели еще один накопитель — винчестер (HDD). (На схе-
ме 10) В него ничего не нужно вставлять, его даже не нужно трогать.
Емкость винчестера в сравнении с дискетами была огромной перспекти-
вы ее роста — практически неограниченны.
Для организации связи с блоками, не входящими в состав процессор-
ного ядра, и внешними ко отношению к компьютеру устройствами (так
называемой перифериен) — дисковыми накопителями, монитором, кла
виатурой, в состав компьютера были включены специальные управляю
щне блоки — контроллеры. Процессор имеет доступ к периферийным
блокам только через соответствующие контроллеры (на схеме это эле
менты 11, 12, 13).
В таком составе построение компьютерной системы можно считать
законченным.-Осталась только одна деталь — нужно организовать об
мен с внешними устройствами принтерами, плотерами, сканерами,
ленточными накопителями к др Для этих целей в состав компьютера
включены блоки ведения обмена кш^юрмациек в последовательной и
параллельной форме — СОМ- и I РТ-порты (на схеме устройства 14 и
15, соответственно).
Осталось решить только одой вопрос — как все это изготавливать? Та-
кие компьютерные блоки, как МП, монитор накопители, клавиатура, все-
гда изготавливались отдельно. Со временем выяснилось, что и электронную
часть компьютера удобнее изготавливать в виде нескольких частей, а затем
соединять их вместе. Ее разделили на несколько частей (см. рис. 1.1):
1 — материнская «лата 11а ней размещены МП ПЗУ, контроллер
клавиатуры;
11 — модули оперативной памяти
Ill — видеоадаптер (*):
IV — адаптер дисковых накопителен,
V — адаптер устройств ввода-вывода
(*) — адаптером здесь и далее будем называть компьютерный элект
ройный блок выполненный в виде отдельной платы
Раз компьютер собирается из отдельных частей, то должны быть н
соединительные элементы. Они размещены на системной плате, как на
самой крупной составной части системы (на схеме 16) и имеют назва
13
Глава 1
ине — системные разъемы К контактным площадкам разъемов под
ведсны сигналы всех трех шин. Каждый адаптер, предназначенный для
подключения, имеет для установки в эти разъемы соответствующую от-
ветную часть. Управляемые устройства подсоединяются к адаптерам при
помощи специальных кабелей. Для установки МИ н модулей ОЗУ, под
лючеиня клавиатуры на материнской плате есть специальные установоч-
ные панели
Кроме перечисленных блокои, к со ста п компьютера входят не изобра
жеппые па схеме, но само собой подразумевающиеся: корпус — коробка,
куда все перечисленное добро убирается, и блок питания преобразую
щнй сетевые 220 В в уровни напряжения необходимые для работы ком-
понентов компьютера
1.4. Основные компоненты компьютера
Внешне компьютер — несколько отдельных блоком, соединенных
между собой кабелями. Его составляют: вертикально стоящая или лежа
щая па столе коробка — оснонпой блок, похожее па телевизор устронст
во — монитор, два управляющих Элемента — клавиатура и мыин>.
Большая чисть составляющих компьютер компонентов устанавливает-
ся внутрь корпуса основного блока, К днищу (в горизонтальном) или од
нон кз стенок (и вертикальном) крепится материнская плата, в разъемы на
ней вставляются платы управляющих адаптеров и за металлические крои-
штейны крепптсн к задней стенке корпуса. В специальные ячейки устанав-
лннаютея винчестеры, дисководы и другие накопители. Они плоскими или
круглыми кабелями подключаются к соответствующим контроллерам
Корпус (со всеми размещенными п кем компонентами) называется "сис-
темным блоком" или "платформой". К разъемам на материнской плате
и адаптеров нодСосдиияются остальные элементы компьютера. Па пе[>сд-
нюю панель корпуса выведены средства управления
Корпус. Изготанлипаетея из тонкого лпегопого железа, с наружной
стороны окрапшнается или иокрынастеп тонким слоем пластика. По спо
собу устапопкн бывают вертикальные (типа "Tower" — башня) или jx>
ризовтальпые. По размеру корпуса подразделяются па несколько типов
Вертикальные: Minitower, Middlctowcr (маленький и средний, уста-
навливаются ла столе) и Bigtowcr (большой, обычно ставится па пол).
Горизонтальные: Desktop (большой), Minidcsktop (маленький, иногда
его еще называют Baby); Slim — по размеру примерно равен Baby, по
тоньше и нс допускает вертикальную установку контроллеров (часто нс
пользуется для размещения одноплатных компьютеров). В последнее
время получили распространение корпуса типа Multimedia Это горн-
14
Компьютеры и uv структура
зонтальные или вертикальные корпуса со встроенными звуковыми ко
Локками, усилителями н некоторыми другими компонентами
На передней панели корпуса расположены средства управления в ни*
дикацип.
Для этой цели пользователю компьютера обычно бывают предоставлены
• кнопка нлп клавиша включения (возле пес часто делается надпись
"Power");
• кнопка сброса ("Reset") — подает на микропроцессор сигнал, по-
сле которого выполняется перезагрузка системы (компьютер начи-
нает работу с самого начала);
• фиксирующаяся кнопка "Turbo" — в режиме "Turbo” система ра-
ботает с максимальной пронзяодитсльностью. при его выключе
мни — с замедлением.
• гнездо ключа блокировки клавиатуры (устанавливается по па всех
корпусах) — простейшее срсдстио предотвращения несанкциони-
рованного доступа к компьютеру (он не будет воспринимать посту-
пающие с клавиатуры команды), работа на нем возможна только
п том случае, когда при помощи ключа блокиратор установлен
в определенное положение, в противном случае сигналы с клавиа-
туры компьютером ио воспринимаются.
Сродства индикации состоят из цифрового (буквенного) табло и то-
чечных индикаторе» па породнен напели и дисководах. Точечных индика-
торов три:
• ’’Power' — дает виднмын сигнал о том. что компьютер «йходится
во включенном состоянии (обычно, зеленого цвета),
• ’Turbo” — указынает на работу компьютера в данном режиме
(желтого или ораиженого цвета),
• ’’HDD* (’Ti/DlSK” нлн другая, сходная по смыслу, надпись) — сиг-
ивлизирует о происходящем обращении к винчестеру (красного
цвета).
Индикаторы дисководов и других накопителен подают световой сиг
нал, когда к ним происходит обращение системы
Табло цифровой (буквенной) индикации используется для вывода ин-
формации о значении тактовой частоты в "Turbo" и замедленном режи
мах. Например, в ’’Turbo" режиме на надели может быть высвечено число
"66", а при его отключении ”33". В последнее время часто используют
буквенную индикацию HI/LO (iHglj/LOw) Это позволяет избежать не-
обходимости переключения индикатора при замене микропроцессора
15
Глава /
Для подачи звуковых сигналов в корпусе устанавливается динамик
Применяется для сигнализации о сбоях в работе компьютера, при нача
льиой загрузке, в играх и некоторых других случаях Возможно програм-
мное управление его работой.
Блок питания (БП). Устанавливается внутри корпуса и является
его составной частью. Предназначен для преобразования напряжения
электросети в уровни, необходимые для работы компьютера, н поддержа
ння установленного потребления мощности по ним. Блок питания фор-
мирует следующие уровня: +5 В, ~5 В, -12 В, +12 В, GND (земля)
В блоках питания АТХ добавляется еще +3,3 В
Па материнскую плату подаются «се напряжения на остальные
устройства только +5 В и +12 В Землянок провод, естественно, пеобхо
дим везде.
Если компьютер начинает работу до того момента, когда питающие
напряжения достигнут нужных уровней, то возможны нснрнятностн: не-
корректная загрузки, завис;шнс, н в худшем случае некоторые электрон
пне компоненты вообще могут пыятн из строя. В целях недопущения по-
добной ситуации в процесс взаимодействия блока питания и материн
ской платы был пвсдс» специальный защитный механизм: материнская
плата не начинает загрузку до тех пор, пока не получит от БП спецналь
кого сигнала, а блок его подает только «осле того, как все питающие на
пряжении иыйдут па нужный уровень. Сигнал получил название "Power
good*'. В системах АТХ предусмотрено программное управление работой
блока питании, В занисимостн от сяоих потребностей компьютер может
переключать БП в необходимый режим работы (Более подробно об этом
говорится п разд. 3.4.)
Типовые блоки питания изготавливаются в нескольких вариантах для
обеспечения различных номиналов потребляемой мощности: 150 ватт
(Вт), 180 Вт, 200 Вт, 230 Вт, 250 Вт.
Отходящие от блока питания щювода объединены и пучки, на конце
каждого из них закреплен разъем. Они могут быть трех видов к предназ
пачаютея дли подключения различных устройств:
• Разъем для подключения материнской платы, В АТ блоках — это
два однорядных разъема (Р8 и Р9) по 6 линий каждый. Всего 12 ли-
ний (рис. 1.2) Вставляются в разъем платы таким образом, чтобы
черные провода (земля) были рядом. В АТХ-блоках — одни двух-
рядный на 20 линий (ряс. 1.3).
• Большие — на четыре линии. Предназначены для подключения
винчестеров, CD-ROM, дисководов 5,25’’. Имеются на каждом БП
• Маленькие — на четыре линии. Используются для подсоединения
дисководов 3 5" и некоторых других устройств На БП для старых
16
Компьютеры и их структура
моделей корпусов Desktop их может не быть, В этом случае на бо
льшис разъемы надеваются специальные переходники
красный
красный
красный
белый
черный
черный
черный
черный
голубой
желтый
красный
оранжевый
При
подключении
должны быть
рядом!!!
Рис ! 2 Разъем подачи питания на материнскую плату
от БП типа АТ
оранжевый
коричневый
черный
зеленый
черный
черный
черный
белый
красный
красный
+3,3 В
-12 В
<
Power Ол
1
I
I
-5 В
♦5 В
♦5 В
+3,3 В
+3,3 В
I
+5 В
i
+5 В
i
Power Good
5V59
+12 В
оранжевый
оранжевый
черный
красный
черный
красный
черный
серым
сиреневый
желтый
Рис 1 3 Разъем подачи питания на материнскую плату
от БП типа АТХ
17
Глава 1
Материнская (системная) плата — основной элемент в модуль-
ной структуре компьютера. На ней размешены системные разъемы, в кото-
рые вставляются платы контроллеров устройств. На системной плате рас*
положен микропроцессор и набор обеспечивающих его работу микросхем
(chipset). Кроме этого, на ней размещены память системы, контроллер кла
виатуры и разъем подключения клавиатуры, разъемы подключения проводов
от средств индикации и управления с передней панели компьютера
Контроллеры Принцип ’’открытой архитектуры" предполагает
устройство компьютера, при котором к основному блоку (материнской
плате) подключаются остальные элементы. Схемы управления различны-
ми системами компьютера (видео, дисковыми накопителями и прочими)
выполнены в виде отдельных элементов — контроллеров (адаптеров,
карт). Это печатные платы, па которых размещены все необходимые для
решения поставленных задач электронные компоненты установочные
разъемы, средства крепления к корпусу и соединения с другими блока-
ми. Для каждой из шин (ISA, EISA. VLB, PCI) существует отдельный на-
бор контроллеров. При подключении они вставляются в системный разъ-
ем соответствующего типа, а к ним. в свою очередь, кабелем (круглым)
или шлейфом (плоским) подсоединяются управляемые устройства.
Системы управления работой винчестера (IDE) и дисковода, обменом
информацией в последовательной н параллельной форме (СОМ-
и LPT-порты), игровым манипулятором —джойстиком (jolstlk) могут быть
выполнены н виде одного устройства, названного "мультыкартой" (mul-
ticard). Подсоединение винчестера выполняется при помощи 40-провод-
ного шлейфа. /1дя подключения дисководов используется плоский кабель
на 34 линии. Разъемы параллельного н последовательного портов разме-
щены на крепежном кронштейне карты (или па отдельном кронштейне) и
после ее установки оказываются па задней етенке корпуса
Схемы управления работой винчестеров и дисководов иногда выпол
няются в виде отдельного элемента — HDC/FDC-card (Hard Disk
ControIIcr/FIoppy Disk Controller-card). Устройства ввода вывода
также могут быть выполнены в виде отдельной карты, имеющей название
"порты ввода-вывода'* — I/O-card (Input/Output-card). В первых
компьютерах, где еще не использовались винчестеры, применялась карта
для работы с дисководами и портами ввода-вывода (FDC+l/O)-card
Для управления винчестерами различных типов выпускались соот-
ветствующие контроллеры. Для винчестера типа IDE. кроме уже упомя
иутой мультикарты, выпускалась специальная IDE-card Для винчесте-
ров типа MFM и RLL выпускались карты MFM-card и RLL card (допу
скали подключение двух накопителей часто на них размещали и блок
управления дисководами)
18
Компьютеры и их структура
Задачу формирования видеосигнала и передачи его на монитор реша
ст специальный блок — видеокарта Для каждого типа монитора она
своя: MDA-, CGA < Here-, EGA-, VGA , SVGA-card. Иногда один я тот
же контроллер может использоваться для управления работой монито-
ров двух типов Например для мониторов EGA и VGA Это
EGA/VGA-card
Винчестер, жесткий диск, HDD (Hard Disk Drive) — устронст*
во хранения информации (данных н программ, в том числе операционной
системы ) Существует несколько типов винчестеров- MFM. RLL IDE
SCSI.
Накопители MFM н RLL уже устарели и практически полностью вы
шли из употребления
Винчестеры IDE шире всего распространены в персональных компью
терах. Они являются относительно недорогими устройствами.
SCSl-накопителн стоят дороже, устанавливаются в серверах и систе-
мах с высокой производительностью.
Описанию накопителен на жестких дисках далее будет посвящена це-
лая- глава (гл. 6).
Дисководу FDD (Floppy Disk Drive) — устройство считывания
(записи) с накопителен на гибких магнитных дисках В составе компыо*
тера использовались накопители для работы с магнитными дисками раз-
чмером 5 25" С’болыине") емкостью 360 Кбайт нлв 1,2 Мбайт и размером
3,5*' ("маленькие") для дискет на 720 Кбайт или 1,44 Мбайт, В настоящее
время используются в основном накопители на 1.44 Мбайт
В компьютере может быть не более двух дисководов Им присвапва
ются имена А и В. Если н системе только один дисковод, то он устанавли-
вается как накопитель А. При наличии системной дискеты именно с па
копителя А можетиынолняться начальная загрузка системы
Подключение дисководов к контроллеру выполняется при помощи
34 проводного плоского кабеля. На кем может находиться до 5 соедините-
льных разъемов: один для подсоединения к контроллеру, 1-2 из другом
конце (ио одному для 3,5 и 5,25-дюнмовых дисководов) и еще 1-2 в сред
ней части. Между концевыми и срединными парами разъемов выполнена
так называемая "скрутка” — линии с 10-й ио 16-ю выделены из общей по
лосы шлейфа и повернуты на 180 градусов. В результате линия 9 я оказл
лась рядом с 16*н. а 10 я с 17*й. Дисковод, подсоединенный к одному нз
концевых разъемов (после "скрутки", если смотреть со стороны контрол*
лера), в системе получает имя А Второй дисковод подключается к одному
из срединных разъемов (до "скрутки") и в системе будет иметь имя В
Монитор. Устройство отображения графической и текстовой ннфор
мацни С системным блоком соединяется интерфейсным кабелем, под
19
Глава 1
ключаемым к специальному разъему на плате видеоконтроллера или на
системной плате, если компьютер одноплатный.
Интерфейсный кабель чаще всего бывает несъемным ио в последнее
время выпускается все больше мониторов от которых он может быть от*
соединен. В связи с этим может возникнуть проблема Снятый кабель
имеет иа концах два разъема. Тот из них. который подключается к видео
контроллеру, имеет вид, устанавливаемый типом видеосистемы (напри-
мер, у SVGA — 15*иожечный трехрядный), и одинаков у всех моделей
мониторов. Другой разъем (к монитору) берется на усмотрение пронзво*
дителя и разводится (распределение сигналов по ножкам) им самостоя*
тельио. Это приводит к тому, что съемные интерфейсные кабели у мони
торов одного класса, ио от различных производителей, при всей их внеш*
ней' одинаковости.по внутреннему устройству могут различаться. По
этой причине нежелательно использовать для подключения монитора к
компьютеру ’’неродных” кабелей. В лучшем случае монитор не станет с
ними работать, а в худшем — выйдет нз строя.
Кроме интерфейсного кабеля к монитору подсоединяется шнур пода*
чи питающего напряжения. Он бывает съемным или вмонтированнным
Напряжение может подаваться напрямую от сети или от блока питания
компьютера.
На корпусе монитора (чаще всего на передней панели) размещены сред-
ства управления и настройки' кнопка включения, индикатор подачи пита*
ння, рагуляторы яркости, контрастности, размера по вертикали Чем совре
меннее модель монитора (в первую очередь это относится к SVGA*ycTpoft-
ствам). тем большие возможности по настройке она предоставляет пользо-
вателю. Для него стала возможной регулировка размера по горизонтали
исправление эффекта подушкообразное™, перемещение изображения по
горизонтальным и вертикальным осям н некоторые другие.
Выпускаемые модели мониторов могут различаться по нескольким па
раметрам:
• ПО типу (MDA. CGA. EGA. VGA. SVGA).
• по цветности (цветные и черно-белые — монохромные),
• по размеру зерна (O.41:0,39: 0.31; 0,28, 0.26);
• по размеру экрана (12", 14". 15", 17", 21"),•
• по максимальной частоте кадровой и строчной развертки,
• поддержкой режимов энергосбережения ("зеленые"):
• по соответствию стандартам, регламентирующим допустимые нормы
электромагнитного излучения ("Low Radiation”, MPR-I1, ТСО и др )
Клавиатура Основное средство ввода информации и подачи
'команд в компьютер Первые модели клавиатур для компьютеров класса
2U
Компьютеры и их структура
XT имели 84 клавиши Для следующего поколения АТ применялись мо-
дификации со 101 клавишей. Долгое время они выпускались в исполне-
нии, допускающем их переключение на режим XT. (Обратной совмести-
мости нет — клавиатура XT не может быть применена в компьютерах
286 и выше). Выпускались 102- и 104-клавишные модификации клавиа
тур АТ — отличие в том. что на них дублируются некоторые кнопки. Для
операционной системы Windows 95 фирмой Microsoft была разработана
105-клавншная модель со специальной клавишей.
В компьютере клавиатура подключается к разъему иа материнской
плате. Он может быть двух видов (соответственно и ответная часть иа
кабеле клавиатуры).* большой.5-контактный и маленький 6-контактный,
так называемый "пнзсовский" (название пошло от названия компьютеров
PS/1 и PS/2, в которых'он был впервые применен).
Контакты клавиатуры организованы в виде матрицы При нажатии
клавиши происходит замыкание линий столбца и строки. Их идеитнфи
кационные номера поступают в_специальный регистр, где используются
для формирования 8-бнтиого кода нажатой клавиши, который затем пе-
редается в компьютер. Однобайтный формат разрешает применение 256
кодов (от Одо 255)..Количество клавиш иа клавиатуре I0I-I05, поэтому
формирование некоторых кодов выполняется путем нажатия комбинации
клавиш. Цифровой код клавиши обрабатывается специальной програм-
мой (хранящейся в контроллере клавиатуры). В зависимости от того, ка-
кая была нажата клавиша (или нх комбинация), во время исполнения ка-
кой программы, в какой момент, полученный контроллером код интерп-
ретируется как управляющий сигнал или информационный символ (бук-
ва. цифра, знак).
Мышь” Графический манипулятор, дополнительное устройство вво-
да информации н управления. Частично заменяет собой клавиатуру
Очень удобна для использования в программах с графическим интерфей-
сом. При работе с текстом (например, в текстовых редакторах) играет
вспомогательную роль
Подключается к компьютеру через последовательный порт
(COM-порт). Для'этого используются 9- ("маленькие*) нли 25-контакт
ные ("большие") разъемы на мультнкарте нлн контроллере ввода-вывода
Выбор конкретного разъема делается в зависимости от того, какая вилка
размещена на хвостике “мыши". (Сейчас больше распространены “мале
иькие"). Если каналы ввода-вывода размещены на материнской плате, то
разъемы, размещенные на задней стенке корпуса, подсоединяются.к ним
при помощи специальных шлейфов. В некоторых Компьютерах для под
ключення мыши реализуется отдельный канал с PS-разъемом. Он иден-
тичен обычному СОМ каналу. Выбор варианта подключения предостав
лен пользователю
21
Глава 1
Выпускаются мыши в исполнении с двумя или тремя кнопками. Ра-
ботают две (средняя кнопка в трехклавишнон модели не задействована).
Для подачи сигналов используется одинарное или двойное нажатие пра-
вой или левой кнопки
При работе в среде DOS для приведения мыши в рабочее состояние
применяется спОЕщальиый программный драйвер. После его ’активизации
на экране появляется курсор (указатель), который будет перемешаться
по экрану синхронно с перемещением мыши иа столе.
В операционных системах (Windows) и других программах с графиче
ским интерфейсом эта операция выполняется автоматически при запус
ке, и курсор может иметь другой вид.
Наибольшее распространение получили мыши двух видов. Microsoft
и Genins. Внешне они выглядят одинаково (во внутреннем устройстве
различия имеются), но для каждом из них требуется свой драйвер. Для
Genius это ginouse.com, для Microsoft — рсгпоняе.сош, moHse.com н др
Несовместимость драйверов создавала определенные неудобства, и по-
следние модели Genius построены так, что могут быть инициализирова-
ны при помощи обычных драйверов.
1.5. Сборщики компьютеров
Страны, к которых производится оепоннон объем компьютеров и ком
плектуювщх изделий, условно могут быть разделены на несколько групп
Они имеют различный политический строй, уровень экономического раз-
вития. Пропзпедепная в них продукция сильно разнится по качестну,
техническому уровню, стоимости.
Первая группа — промышленно развитые страны; США, Япония, св
ропепекме стропы и некоторые другие Они располагают современной
технической базой. В их распоряжении огромные денежные ресурсы н
квалифицированная рабочая сила
Политическое устройство в них достигло такого уровня, когда госу
дарство уже может потребовать от корпораций обеспечения высокой
оплаты труда для своих граждан н внимания к окружающей среде на
своей территории
В этих условиях промышленным фирмам (в том числе и производите
лям компьютерной техники) экономически невыгодно разворачивать все
производство в пределах своих стран. Рациональнее оставить сложное,
высокотехнологичное, требующее высокой кяалификации работников,
т е высокодоходное производство, у себя, а все остальное перенести в
другое место
22
Компьютеры и их структура
Выпуском компьютеров в этих странах занимаются такие известные
фирмы, как: Dell, HP, IBM., Siemens, DEC, Toshiba и другие Для своих
изделий большую часть комплектующих изделий они изготавливают са-
мостоятельно, а те из них, которые покупаются, проходят тщательный
контроль. При проектировании устройств используются самые передо
вые конструкторские и технические достижения. Все это позволяет со-
здать наиболее совершенные и производительные образцы компьютер
ных устройств
После изготовления компьютеры проходят тщательное тестирова
иие, при продаже на них дается большой срок гарантии — от одного года
до трех лет, а иногда и до пяти Фирмы-пронзводители всячески стремят*
ся продемонстрировать потребителям свою надежность, а следовательно
надежность всего того что оии делают Они нс скрывают, а всячески
подчеркивают свое авторство Па видном месте — на лицевой панели
компьютера — размещаются знак фирмы, ее название. Производитель
как бы говорит потребителю: нам не стыдно за свою продукцию, у нас
нет необходимости прятать свое лицо, н наше доброе имя является тому
гарантией. Подобная продукция получили название brand-name (имею-
щие собственное имя) или компьютеры "белой" сборки. Они ие дешевы,
ио надежность, как изпестпо, дорогого стоит.
Для внутреннего потребления в развитых странах используются
компьютеры исключительно класса brand«name Они поставляются в пол-
ной готовности к эксплуатации, оснащены лицензионным программным
обеспечением, в состав поставки входит комплект документация. В предо
лах этих стран широко развернута сеть центров технического обслуживания
н информационной поддержки, куда пользователь всегда может обратиться.
Другую »руииу составили страны, вступившие на пут», нндустрналь
иого развития: Корея, Сингапур, Тайвань, Малайзия, Гонконг и некото-
рые другие. Их объединяло стремление любой целой добиться промыш
ленного развития. На этом пути они были готовы идти на многие жерт
вы. Для привлечения инвестиций в свою промышленность они пводили
режим льготного налогообложения, облегчали процесс вывоза прибыли,
обеспечивали государственные гарантии на вложенный капитал. Вопро
сы охраны труда и сохранения окружающей среды на начальном этапе
даже не поднимались. В большом количестве имелась дешевая, низко
квалифицированная, дисциплинированная рабочая сила.
В первую очередь в эти страны были перемещены предприятия, выиол
ияющие операции и технологические процессы, которые по тем или иным
причинам ие хотели сохранять иа своей территории развитые страны
Например, операция распайки кристалла (chip) е микросхеме Есть
кристалл размером 3x3 мм К нему нужно прикрепить с помощью томен
нон сварки полтора—два десятка проводников толщиной с волос, иду
23
Глапа 1
тих иа ножки микросхемы Операция выполняется под микроскопом
Яркие вспышки, усиленные оптикой, ио нескольку часов в день за
год-два неотвратимо выводят из строя глаза работника. В Европе или
Америке такое производство уже просто невозможно. Оно стоило бы
баснословных денег (дорогое защитное оборудование, сокращенный ра
бочий день, лечение от профзаболеваний, пепсин по инвалидности) и со
здало бы много других "сложностей". Проще перенести все это гуда, где
пет необходимости решать эти проблемы
Постепенно в развивающихся странах стали появляться собственные
компьютерные фирмы. Сначала ими был освоен выпуск самого просто-
го — кабели, разъемы, различные виды контроллеров н другие изделия.
Эта продукция была не самой современной и давала невысокую прибыль
Но за счет массовости выпуска, дешевизны рабочей силы, использования
низкокачественных комплектующих достигались низкая себестоимость.
Дешевизна, несмотря иа сомнительное качество, обеспечили этой про-
дукции сбыт
Каким-то из этих фирм повезло они сумели со временем развить
свою производственную базу и начать выпуск более прибыльной продук-
ции! кто-то продолжил выпускать прежний ассортимент В настоящее
время продукция компьютерных фирм этих стран очень сильно отличает
он ио номенклатуре! качеству и техническому уровню. Изделия фирм
Acer, Samsimg, Gohl Star (LG) и некоторых других (стшнннх корпорация-
ми мирового уровня) можно безусловно отнести к классу brantl-паше.
В то же время продолжает существовать много других фирм! ироиаводя-
щнх огромное количество дешевой комплектации низкого качества. По-
добная продукция получила название "желтой", а если сами производи-
тели собирают из псе компьютеры, то эти ПК, в свою очередь, называют
ся "желтой" сборкой. Именно такие комплектующие изделии и изоби*
лиц поступают в нашу страну последние десять лет.
За советский период в России была создана мощная электронная про-
мышленность. Ею был налажен выпуск отечественной вычислительной
техники (ПЭВМ, типа Электроника, Искра, АгаТ| ДВК я некоторые дру
гне). Она не отличалась высоким качеством и техническим совершенст-
вом, но другой не было. В конце 1980-х—начале 1990-х кг. ситуация в
стране резко изменилась. Было ввезено большое количество комплоте
ров. Средн них были качественные вещи, но было много и сомнительных
изделий
Быстро пришло понимание тою что ввозить комплектующие изделия
и уже иа месте собирать из них компьютеры значительно выгоднее
В страну хлынул поток дешевой "желтой” комплектации. Сборкой заня
лнсь сотни и тысячи мелких фирм! ибо в условиях ’'голодного’’ компью
териого рынка тех лет продать можно было все, что угодно
24
Компьютеры и их структура
К процессу сборки компьютера как и любого другого устройства воз
можиы два подхода:
• Изделие собирается путем чисто механического сочленения отде
льиых элементов. Для выполнения этих действий не требуется ква-
лифицированный персонал, ио, чтобы добиться работоспособности
и приемлемой надежности, необходимо использовать высококаче
ственные комплектующие
• Сборка тесно переплетается с подборкой комплектующих друг к
другу. Такой подход допускает использование низкокачественной
комплектации по это должно компенсироваться квалификацией
сборщиков,
Россия пошла по второму пути, Отечественный ВПК подготовил бо
льшое количество классных электронщиков, а широкое увлечение в их
среде изготовлением домашних компьютеров (Микроша, Корвет, Синк
лер) сделало иэ них комныотерщнкоп со знанием электроники. Таких
кадров ие было и нет ин иа Тайване, ни в Сингапуре, да и в "белых" стра-
нах далеко не у всех специалистов есть такой уровень технической под>
готовки. Поэтому, когда пришла "желтая" комплектация, сборщики уже
были. Появилась "красная” (или 'розовая") сборка.
Качество ее с самого начала было неплохим. Из недавнего прошлого
можно вспомнить массу историй, когда из низкокачественной комплек-
тации собиралась если н не конфетка", то вполне работоспособная про
дукцня, Со временем пришел опыт, повысилось качество используемой
комплектации (откровенный брак ввозить перестали) Все это сказалось
иа качестве собираемых компьютеров. В целом его можно посчитать
вполне пристойным. Нельзя ручаться за всех сборщиков, ио там где хо-
тят сделать хорошо, это получается.
1,6. Компьютерная индустрия и рынок комплектующих
Производство компьютеров и комплектующих изделий — одна из
самых технически развитых отраслей мировой индустрии. Предприятия
данного профиля распространены по всему миру. Они есть в Европе,
Америке, Азин. В их распределении есть определенная закопомер
пость. Выпуск дорогих, высокотехнологичных изделий осущестиляется
в развитых странах: США, государствах Европы, Японии. Разработка
новых видов продукции, строительство предприятий с современным
оборудованием, их последующая модернизация требуют огромных
средств. У фирм в этих странах деньги есть. На своей территории они
размещают экологически чистые производства выпускающие дорогие,
25
Глава /
сложные, малогабаритные влемеиты (микропроцессор!^ кристаллы
микросхем, рабочие диски и считывающие головки винчестеров, высо
некачественные компьютеры класса brand name, предназначенные для
внутреннего использования).
Изготовление более простых! а следовательно, и менее доходных из
делий развернуто в странах Юго-Восточной Азии (Тайвань, Сингапур,
Гонконг, Филиппины и некоторых других) Корпорации из развитых
государств предпочитают строить в развивающихся странах предприя-
тия, не использующие сложного технологического оборудования и не
требующие квалифицированной рабочей силы. На них организовано про-
изводство различного рода плат и контроллеров, сборка винчестеров н
элементов памяти
За десятилетня прошедшие с момента возникновения компьютерной
индустрии, некоторые азиатские компании сумели накопить технологи-
ческие1 финансовые ресурсы и начать выпуск сложной, дающей хороший
доход продукция. В Южной Ко|>ес, например, налажен выпуск высокока*
мест венных мониторов и элементов динамической памяти, а на Тайване
сосредоточены фирмы по производству системных плат. В этих сферах
их товары стали реальными конкурентами изделиям из США и Европы
Производство компьютеров с момента возникновения давало очень
высокие прибыли. Стремясь не упустить своего, в эту сферу деятельно-
сти устремилось большое количество фирм. Между ними развернулась
ожесточенная конкурентная борьба. Обойти соперника хотя бы на
время, можно только предложив потребителям товар лучший, чем у кон-
курента (или хотя бы по одному нз параметров его превосходящий). 11а
пользователя обрушен настоящий ноток новых (или преподносимых как
"новые") моделей.
В связи с этим компьютерный рынок приобрел одну особенность, ко-
торой, наверное, нет ни в какой другой области, где покупают и продают
(что-то похожее происходит с оргтехникой, но в более слабой форме) —
постоянное снижение цен и, в первую очередь, на самую современную
технику. Цены, может быть, и удерживались бы на высоком уровне, но
через небольшой промежуток времени обязательно появляется новая мо-
дель, в чем-то превосходящая имеющуюся По своей стоимости она выхо-
дит на первое место, а цены на ’‘вчерашнего лидера” начинают неуклонно
снижаться Через несколько месяцев все повторяется
Темны снижения цен на различные комплектующие не совпадают
По этому показателю нх можно условно разделить на две группы
Первую составляют наиболее дорогие компьютерные компоненты,
определяющие класс изделия (процессоры, системные платы, память,
винчестеры) Цены на них могут снизиться за одни год в несколько раз
26
Компьютеры и их структура
Ко второй группе относятся более универсальные изделия: корпуса,
дисководы (на 3,5 дюйма), клавиатуры, "мыши", различные контроллеры,
SVGA-мониторы и некоторые другие. Они используются в компьютерах
всех классов. В корпусе типа minitower, например, может быть собран
'i86, 386, 486*н или РепНилгкомпьютер Каждый из них будет иметь
3,5*дюймовын дисковод, н к любому может быть подключена одна н та
же клавиатура н ’*мышь*’. При желании их можно менять с каждой новой
моделью компьютера, но так же хорошо будут работать н уже имеющие
ся детали. Цены на них тоже постепенно снижаются ио не так быстро
н 2-3 раза за три...пять лет
В начале 1990-х 386 е системные платы продавались за 70... 100 долл.,
1 сейчас онн не стоят практически уже ничего. Цена на 48б«е процессоры
и первые Pentium в момент нх появления измерялась сотнями» сегодня
ина на два порядка ннже. Тогда же дисководы на 3 5 дюйма, minitower
продавались по 35...40 долл.» но подешевели они значительно меньше*
нынешняя цепа иа дисководы — 9...10долл, а на корпуса (АТ) —
15.,-. 16 долл
Самыми большими долгожителями оказались 18А*контроллеры, Сне
темных плат 286-го класса уже нет н в помине, а 8УйА*контроллеры,
шиНЬкарты еще "на боевом посту" При необходимости нх можно испо*
льзовать в составе любой системы В момент своего появления они стон*
ли десятки, а сейчас L..2 долл.
Со временем выявилась еще одна характерная черта рынка персона'
льиых компьютерного “железа", На фоне непрерывного снижения стои-
мости моделей компьютеров (самых новых, самых "навороченных") нахо'
лнтся примерно на одном уровне. Подобный расклад раскручивает техно»
логическую гонку и дает преимущество лидерам
27
Глава 2
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
В состав компьютера кроме элементов "ходовой части", обычно
входят дополнительные устройства. Их задача взять на себя исполните*
лыжне функции. Это пальцы, глаза» угии, голое компьютерной системы.1
2 1 Устройства мультимедиа (multimedia) ’
Как средство для обучения н игр компьютер стал использоваться с
момента своего появления. Для этих задач в первую очередь требовались
звук и место иа винчестере. В начале ресурсов компьютера хватало. Иг-
ры тина “Тстрис" но размеру были относительно небольшими, для подачи
простейших звуковых сигналов было достаточно нозможиистсй встроен-
ного динамика. По аппетит приходит по время еды. Со временем в игре»
вых н обучающих программах шире стала исиользовятьс» высококачест-1
венная графика, возникла необходимость воспроизведении человеческой^
речи. Объем нгроиых программ стал измеряться мегабайтами, места-на:
диске для них требовалось все больше я больше. В качестве временного',
хранилища гибкие дискеты уже ие подходили. Возникли и другие пробу
демы 1
Для расширении возможностей компьютера был разработан целый!
набор специализированных компонентой. Они должны были ирсдоста-:
вить пользователю возможность работать в реальном масштабе времени-
с качественным динамическим изображением, сопровождаемым звуком. •
В целом весь этот набор получил название — "устройства мульти-
медиа" (multimedia) Из его состава чаще всего используются нако»'
иители (CD-ROM и DVD) звуковые платы (Sound Blaster), звуковые ко-
лонки (динамики). Существуют еще контроллеры работы с видеомагни-
тофоном, видеокамерой, различные звукоснитезаторы и другое оборудо
ванне. Они пока распространены меньше но со временем непременно
войдут в повседневный обиход. .
CD-ROM (накопитель, CD-дисковод) — устройство считывания дан-
ных е лазерного диска (CD-диск, компакт диск). CD-диск имеет диаметр
28
Периферийные устройства
|:!0>мм, его толщина 1 5 2 мм информационная емкость равна
1И)0 Мбайт
Занесение информации на диск производится на так называемом '‘пи
тушем CD-ROM" Лазерный луч выжигает «а диске участки, сохраняю-
щие едииоды, н оставляет нетронутыми нулевые участки. Считывание
П.ШИЫХ выполняется при помощи лазера с длиной волны 780 нм. Контак
1.1 между головкой и рабочей поверхностью диска нет, что исключает ее
механическое повреждение
Для подключения к компьютеру CD-ROM имеет встроенный ннтер
фгйсный блок, реализующий одни из существующих протоколов (IDE
'•CSI или некоторые другие). При создании первых моделей устройств
многие производители (например Sony) применяли собственные прото-
колы. В дальнейшем многие от этого отказались, и в настоящее время бо
пмпниство CD-ROM выпускается под IDE-иитерфсйс. Они могут быть
исключены как обычные винчестеры к мультнкартс или встроенному
и.”1алу на плате..Для накопителей, поддерживающих другие протоколы
необходим специальный контроллер.
При подключении CD-ROM необходимо использовать специальные
цюграммные драйверы. При работе с ними, кроме обычной задачи нцн
шллнзацни аппаратных средств, приходится решать еще одну проблему.
№ связан?! с тем, что на лазерном диске информация размещается нца-
н-. чем на винчестере. Поэтому при считывании с пего необходимо про-
1 шести преобразование адресок. Существует несколько предназначен
tux для этого программ. Наиболее доступной является утилита
Hscdcx.cxc, «ходящая в состав MS-DOS (начиная с Персии 6.0).
Скорость считывания на односкоростном (Ix-speed) CD-ROM cocthb-
шет 150 Кбайт/с. В последующих моделях (2х-, 4х- и т.д.) опа кратно
чн-личквалжп, и у CD-ROM 8x-speetl составляет 1200 Кбайт/с. Рост про-
1 чюднтелниости в основном достигался за счет повышения скорости вра-
дгння диска. Однако существуют границы ее роста. При скорости свыше
КИЮ об/мин в системе по.чннкают сильные биения, н надежное счигына
1НС практически невозможно. В связи с этим в CD-ROM Юх- и выше ли
шйность при росте скорости считывания нарушается. Например, у
1D-ROM 24х- соответствующая этому значению скорость считывания
3600 Кбайт/с) достигается только при обращении к внешним дорожкам
1а внутренних она составляет величины порядка 1200...1800 Кбант/с
реднее значение получается равным 2400...2700 Кбайт/с, и оно звачн
> /1ько ниже величины, заявленной в маркировке. Дальиейшинростско-
«1стн считывании достигается иными средствами — ускорением декодн
чвання данных, увеличением емкости буферов и т.д. (В цнзкоскорост
их накопителях неизменность скорости считывания достигается путем
вменения скорости вращения При работе с внешними дорожками число
29
Глава 2
оборотов диска меньше, с внутренними — больше В накопителях, рабо
тающих на предельной скорости вращения, этот метод уже не применим.)
CD-ROM может быть использован для работы с аудио компакт-диска
ми В этом случае в компьютер должна быть установлена звуковая плата
Накопитель подключается к ней при помощи специального 4-жнльиого
кабеля, а к аудноконтроллеру, в свою очередь, подсоединяются колонки.
По споим функциональным особенностям диски и дисководы подраз
деляются на несколько типов. Диски: CD-R (Recordable) — однократно
записываемый диск, CD-E (Erasable) или CD-RW (Rewritable) — допус*
каюище многократную запись. Накопители CD-ROM — обычный толь
ко читающий и CD-ROM (W) или (RW) — пишущий,
DVD (Digital Vcrsattblc Disk) — универсальный цифровой диск
Следующее поколение оптических носителей информации Термин DVD
первоначально расшифровывался как Digital Video Disk, но в связи с тем,
что накопитель оказался пригодным для сохранения различных видов ин
формации, интерпретация аббревиатуры была уточнена.
Увеличение объема сохраняемой информации привело к тому, что ем
кость CD-дисков оказалась недостаточной, Новый носитель разрабаты
вален исходя из того, что он должен обеспечить сохранение 133-мннут-
кого фильма, используя для сжатия видеоизображения алгоритм
MPEG-П, и звуковые данные записываются в формате Dolby Digital
(АС-3), Необходимая для этого емкость составила 4,7 Гбайт и сумМар
ный информационный ноток нрн этом составляет 0,6 Мбайт/с
DVD-днск имеет диаметр 120 мм (как И у CD-днека). Емкость одной
стороны равна 4,7 Гбайт, Имеются диски, у которых запись возможна с
двух сторон, что удваивает емкость. Кроме этого, разработаны модели с
двумя рабочими слоями на каждой стороне. Емкость накопителя в этом
случае состапляет 17,4 Гбайт,
Для считывания информации используется лазер с длиной волны
635 Нм и 650 нм. Она меньше, чем у CD-устройств и удобнее для работы
с более Плотно упакованной информацией на DVD-дисках Контакта
между считывающей головкой и рабочей поверхностью нет.
Одинарная скорость считывания (1х) в DVD-наконителях составляет
1,38 Мбайт/с В дисководах DVD 2х она соответственно в два раза
выше — 2,75 Мбайт/с и т л
Первые.модели DvD-устройств не могли считывать CD-диски. Позже
появились устройства, работаювще с обоими типами носителей. Они име
ют два лазера с различной длиной излучения (отдельно для CD и DVD)
или одни, но допускающий перенастройку па нужную длину волны
Существует несколько типов DVD-дисков' DVD-ROM (R) — одно
кратно записываемый диск (емкость 4,7 Гбайт па сторону);
DVD-RAM. — допускают многократную запись DVD RAM 1 0 имеют
30
Периферийные устройства
। мкость 2,6 Гбайт (двусторонний — 5,2 Гбайт), DVD-RAM 2.0 имеют см
кость — 4,7 Гбайт (двусторонние — 9,4 Гбайт). Первоначально предпо-
лагалось, что DVD-RAM-днскн будут упаковываться в защитные карт-
риджи, но практически сразу появились возражения, это меняет струк-
туру всего устройства, уже имеющиеся дисководы не смогут с ними ра-
ботать. В настоящее время разработан вариант диска без картриджа
Несколько фирм (Sony, Philips, HP, Ricon Yamaha) предложили
свой стандарт перезаписываемого диска DVD-ReWritable Изготовлен-
ные по нему диски получили обозначение DVD+RW. Их емкость рав
на 3 Гбайт
Существует еще и третий стандарт перезаписываемых дисков, разрабо-
танный фирмой NEC. Он получил название — MMVF (MultiMedia Video
bile) На одной стороне таких дисков умещается 5,2 Гбайт данных.
ОУО'Накопнтель, как н CD-ROM, подключается напрямую через
IDE-канал В том случае, когда DVD-уетройство ставится на компьютер
для просмотра фильмов, совместно с ним необходимо нспользопать спе-
циальный декодер Он обеспечивает ускоренное "разпорачиваине” ежа
той "информации с диска непосредственно в потоки данных поступающие
на видеоконтроллер и звуковую плату,
Звуковая плата, SB (Sound Blaster) — устройство для работы со
звуком. Обеспечивает вывод сигнала на звуковоспроизводящие элемен-
ты (динамик, колонки) или его ввод в компьютер (с микрофона) для обра
боткн и хранения.
Выпускаются в вариантах для подключения к 8- или 16-разрадной ши-
не данных В настоящее время большинство звуковых плат устанавлива-
ются в ISA-разъемы. Для приведения в рабочее состояние требуются
специальные драйверы, входящие в комплект поставки
Ыа крепежном кронштейне платы размещены разъемы связи с внеш
ними устройствами. Line-Out — выходной линейный сигнал (без усиле-
ния), мощность его невелика, но он более "чистый", так как нс содержит
добавляемых усилителем помех; подается на активные колонки или на
««ход внешнего усилителя. Linc-In — входной линейный сигнал (подаст-
ся в систему минуя микрофонный усилитель), позволяет вести запись с
магнитофона, CD-плсйера и с линейного выхода любого другого звукового
устройства. ВыходSP (SPK или Audio Out) используется для подключе-
ния наушников, динамиков," неактивных колонок; подается с усилителя
юуковой платы, уровень помех на нем выше чем на линейном выходе
MIC — вход для приема маломощных сигналов (например с микрофона),
Поступает на усилитель. Разъем GAME (MIDI) — может быть использо-
ван для подключения джойстика или МЮЬоборудовання, поэтому если в
составе системы уже имеется игровой порт, то лучше его отключить
31
Глава 2
1 la звуковой плате часто размещается канал IDE, Для некоторых сис-
тем это хорошее подспорье, позволяющее подключить к компьютеру до
полиительиые накопители
Звуковые колонки (динамики) — устройства звуковоспроизве-
дения. Бывают двух типов— пассивные" и "активные” Пассивные
колонки не имеют внутреннего усилителя Подключаются к SP-выходу
звуковой платы. Активные — имеют внутренний блок усиления, сигнал
для них чаще всего снимается с линейного выхода
По способу организация звучания аудиосистемы различаются числом
Источников звука' моно имеют одни динамик стерео — два. квадро —
четыре,
С точки зрения пользователя звуковые колонки характеризуются вы
ходноя мониюстыо и диапазоном носпронзводнмых частот (диапазоном
ноенроязведепни)
Выходная мощность — энергия, расходуемая im издание звука
У пассивных элементов она определяется внутренним усилителем звуко*
вон платы (обычно она нс превышает 4 Вт) или внешним блоком усиле-
ния. Активные колонки имеют встроенный усилитель с отдельным нсточ
ником ннтагшя. Для настольных систем среднего уровня используются
недорогие колонки мощностью 10...20 Вт.
При определении максимальной мощности колонок может быть не-
сколько подаодов
В России, когда еще выпускалось подобное оборудование, как макси-
мальная укязыпалась та мощность, при которой не происходило еннже
ине качества звука — просто и ясно.
Другой подход обнаружился позднее. В Последнее время отечествен
ими рынок заполонили продукция азиатских стран. На изготовленных
там звуковых колонках часто указываются просто фантастические значе-
ния выходной мощности; 50,1Ю и более яатт. Даже по внешнему виду, по
используемой элементной базе можно заключить, что они не способны
издавать звук подобной силы. Рациональное объяснение этому дать труд
ио. В качестве иррационального можно предложить следующее: указана
мощность, при которой выходит из строя катушка динамика или рвется
диффузор
Диапазон воспроизведения Человеческое ухо воспринимает ко
лебаиня частотой от 20 Гц до 20 кГц. В идеале звуковоспроизводящие
приборы должны охватывать этот диапазон полностью, но достигается
это далеко не в каждом случае
Дешевые излучатели имеют один динамик как для низких, так н для
высоких частот. На них с приемлемым качеством звучит только неболь
шой диапазон частот, а в остальных областях оно значительно ниже
Основное достоинство таких изделий — низкая цена
32
Периферийные устройства
Для получения качественных аудиосистем применяются колонки с
несколькими динамиками. В них звуковой сигнал поступает в блок резо-
нансных фильтров, которые разделяют его на несколько частотных пото
ков (полос). Каждый из них поступает на отдельный динамик, оптнмнзн-
ропанпын для воспроизведения звуков определенной частоты. Такой под
ход позволяет добиться качественного звучания во всех областях слыши-
мого диапазона. Такне колонки стоят дороже обычных, но н слушать на
них можно любую музыку
2.2. Модемы, факс-модемы, цифровые (xDSL) модемы
Телефонные линии как паутина опутали весь земной шар. На конце
каждой ниточки есть телефонный аппарат С точки зрения современного
развития техники это архаичный прибор, способный к приему-передаче
только голосовых сообщений. Если телефон заменить более "интеллекту-
альным" устройством, то телефонные линии могут быть использованы
для передачи иных видов данных.
Таким устройством стал компьютер. Для того чтобы подалючнть
его к телефонной линии, в его состав должен быть включен блок, пре
образующий цифровую информацию (коды) к виду, необходимому для
передачи по телефонным линиям связи Также необходимо н обратная
операция Подобные преобразования осуществляет устройство —
МОДЕМ
Сразу оговорим несколько сходных терминов. Модем — инструмент
приема/передачи данных, представленных в форме аналогояого сигнала
В процессе совершенстповаиня он приобрел возможность передачи фак
симильных сообщений н после этого препратнлея в фаис-модем. По су-
ти это нрнннмающе-оерсдающая часть факсимильного аппарата, уста
навликаемая в компьютер или подалючаемая к нему. Он не имеет
средств ввода фотографического изображения с листа. Его задача вести
обмен готовыми файлами Если к компьютеру подключить принтер, то
принятые сообщения могут быть распечатаны. На факс-модем часто воз-
лагаетси исполнение операций, связанных с обработкой звуковых сооб-
щений, те. он может выполнять функции автоответчика. В таком виде
устройство получило название голосовой факс-модем (Voice Fax-
modem). Модемы в чистом виде уже давно не выпускаются, но в рече
вом обороте за всеми изделиями данного класса сохранилось первонача
льное название Как само собой разумеющееся понимается, что речь
идет о факс-модемах
Передача информации по линии предиола1ает, что за некоторый ин-
тервал времен» на иен происходит определенное количество изменении
33
Глава 2
состояния В привычных единицах это — количество изменении (колеба
инн) в секунду. Одно изменение состояния линии в секунду — f бод. Ко-
личество изменении в секунду — бедовая скорость. Временной интер-
вал» в течение которого состояния удерживаются на линии» — бодовый
интервал. Состояние сигнала на линия во время бедового интервала —
информационная посылка.
При последовательной передаче информации по липни выполняется
кодирование данных электрическими уровнями сигналов. Например
уровень +4,5...+5 В указывает на то, что передается логическая 1, а уро
вень О,О...+0,4 В — логический О. В данном случае информационная
емкость бедовой посылки равна 1 биту
Телефонные липин, используемые для модемной связи, допускают пе
редачу аналогового сигнала в диапазоне от 300 до 3400 Гц Следователь
но. бедовая скорость не может привыснть 3400 бод/с
Аналоговый сигнал характеризуется несколькими параметрами (ам-
плитуда, частота, фаза) Он имеет как бы несколько измерений. Пода
на сигнала с различными параметрами или их комбинацией позволяет
увеличить емкость бедовой посылки» т.е. за одни бодовый интервал пе
редается несколько бит данных. Кроме этого, для еще большего увели-
чении информационной емкости бодовой посылки применяются разлнч
ные алгоритмы сжатия данных. Если использовать упрощенный образ,
то модемная посылка — это не череда следукнцих друг за другом бн
то», а поток.
Структура потока при модемной передаче данных н при факс по-
сылке различна. Во-втором случае опа сложнее, и в результате скоро-
сти прнема/прсдачн различны К настоящему времени максимальная
скорость передачи данных составляет 56 600 бнт/е (V.90). факс-по-
сылкн — 14 400 бнт/с (V.I7)
Для организации надежной связи мало сигнал подать» необходимо»
чтобы он сиде был принят и правильно интерпретирован. На качество
передачи влияет несколько факторов. Различны качество соединитель-
ных линии; условия» в которых о»н находятся. Нс нужно забывать,
что передаваемый сигнал подвержен сильному воздействию помех. Ис
ходя из всего этого процедура ведения обмена организуются таким об-
разом. чтобы максимально снизить воздействие внешних факторов и
минимизировать возможность появления ошибок. С этой целью приме
няются алгоритмы контроля правильности выполнения передачи к кор-
рекции ошибок.
В обмене данными участвуют два автономных устройства. Чтобы
между ними установилась надежная связь, они должны работать по од
ним правилам. Исходи из этого существует необходимость регламента
цнн алгоритмов взаимной настройки при соединении модемов, правил ве
34
Периферийные устройства
дения обмена, способов борьбы с шумами, механизмов контроля прави-
льности передачи данных к др. Подобные нормативные акты разрабаты
оаются как международными учреждениями, так и отдельными фирмами
В области модемной связи наибольшим авторитетом пользуются доку
менты — протоколы, разработанные Международным союзом электро
связи — ITU (hilernaUonal Telecommunications Union)- Практически все
основные документы созданы там (см. табл. 2,1)
Таблица 2 1
Наиболее распространенные протоколы модемной связи
Нормативный документ Скорость передачи (бит/с)
Передача данных
V90 (ITU-T) 26000,.,56000
K56flex (RockwelULucenVUotorola) 32000,..56000
х2 (ЗСОМ) 28000.,.57333
V34bis (ПГТ) 2400.,.33600
V.34 (ITU-T) 2400,..28600
V.32WS (ITU-T) 4600...144 00
V.32 (ITU’T) 4800,.,144 00
V.23 (ITU-T) 1200
V_22bts (ITU-T) 2400
V.22 (ITU-T) 1200
V21 (ITU-T) 300
Вон 211A (BOB) 1200
Bell 103 (Bell) 300
Протоколы факс*передачи
V.17 (ITU-T) 7220...14400
V^9 (ITU-T) 7200. 9600
V,27ter (ITU-T) 2400.4600
V.21 Channel (ITU-T) 300
Протоколы сжатия
MNP 5
V42bls
Протоколы коррекции ошибок
MNP 1-4.10
V42
35
Глава 2
Модем — сложное цнфро аналоговое устройство. В своем составе он
имеет специализированный процессор, блок памяти, схемы аналого-
во-цифровых и цифро-аналоговых преобразований. Программное обеспе-
чение процессора размещено в блоке памяти, и в своих действиях он ‘’не-
зависим** от компьютера, Ему требуется только, чтобы ему поставляли
информацию для передами я считывали принятые данные. Иинцналнза
цня н настройка модема выполняется при помощи специальных драйве-
ров, хранящихся в памяти компьютера
Процесс подключения модема предполагает исполнение нескольких
последовательных действии. Сначала он устанавливается в свободный
системный разъем или при помощи специального кабеля подключается
к последовательному порту компьютера, В гнездо вставляется вилка
телефонного кабеля Для работы модему нужна линия запроса преры-
вания, В зависимости от его внутренней организации она может быть
любой из числа свободных или из нескольких желательных Во вто-
ром случае, если требуемая линия занята, ее придется освободить.
Выбор делается при помоще специальных перемычек или переключа-
телей. После этого в компьютер переписываются и активизируются
драйверы
Работа дпух модемов начинается с их ’ знакомстпа’ Они определяют
поддерживаемые обоими протоколы передачи данных и факс-сообщеннй,
алгоритмы сжатия и коррекции ошибок. Естественно, что лучше всего
поймут друг друга и установят между собой связь устройства от одного
производителя,
На скорость начавшегося обмена влияют многие причины. Большую
роль играют факторы, не зависящие от пользователя: качество телефон-
ных линии; условия, в которых они находятся; тин АТС, к которой он
подключен. Если АТС электронная, линии новые, экранированные, то
скорость будет высока», В иных случаях все будет зависеть от многих
случайных обстоятельств.
Современные модемы построены таким образом, что они могу! авто
матнческн изменять скорость обмена в процессе работы. Исходя из ста-
бильности работы они самостоятельно находят наилучшую скорость и
переходят на псе
В пределах рабочего диапазона изменение скорости происходи г с <рнк
енрованным шагом: в протоколах V.90, х2 он составляет 1333 бит/с в
К5бПех — 2000бит/с. в V.32, V.32bls, V 34 V.34bis — 2400 бнт/с
Современные модемы поддерживают по нескольку протоколов прне
ма/передачн, сжатия и корррекцня. Теоретически они могут вести об-
мен на любой скорости; начиная от 300 н до 56 600 бнт/с
В области производства модемов (как и в любой другой) производите
ли стремятся удешевить свою продукцию Основной способ достижения
36
Периферийные устройства
этой цели — упрощение конструкции изделия. Разработана конструкция
модема, в котором нет нескольких дорогих детален: специализированно*
го процессора, памяти н некоторых других, Задача управления работой
передана центральному процессору, а для размещения обрабатываемых
данных выделена специальная область в системном ОЗУ,
Управляющее программное обеспечение модемов данного типа вклю-
чено п состав операционных систем Windows 95/98/2000/NT Следова
тельио, работать они будут только под их управлением (и этот факт нуж-
но учитывать при покупке) Отсюда н название — модем для Windows,
или WinModem Такой подход ставит пользователя в определенные
рамки но компьютеров работающих ’’под Windows", становится все бо-
льше, со временем проблема снимется сама собой.
Устройства данного класса приобрели одно ценное свойство — их
можно модернизировать, Для этого ие требуется выполнять каких бы то
ни было действий над самим модемом. Драйверы входящие в состав ОС,
заменяются на те, которые поддерживают новые протоколы, и в резуль
тате пользователь получает изделие с новыми качествами,
Модемы производятся в нескольких вариантах исполнения, внутрен-
ние и внешние, для шины РС1 или ISA Между ними есть некоторые
отличия
Внутренний — внешний Внутренние модемы убраны в корпус
компьютера Имеют собственный последовательный порт (при устанонке
требуется выделение ему линии запроса прерывания и присвоения адре
са). Они вставляются в системный разъем па системной плате. Гнездо
для подсоединения телефонного кабеля после этого оказывается на зад
ней стенке корпуса. Стоят обычно дешевле внешних, но н набор допол-
нительных функций меньше Модемы новых моделей имеют* входы мик-
рофона, выход на наушники, многие могут выполнять те или иные голо-
совые функции Иногда к ним добавляется повторный набор при потере
связи АОН,
Внешний модем выполнен в виде отдельного блока. К компьютеру
подключается через последовательный канал (т.е он занимает одни из
тех Двух, что есть в компьютере). Для размещения требует дополнитель-
ного места на столе. Главное неудобство ири работе с ним в том, что он
вместе с соединительным кабелем все время лезет под руку, но к этому
несложно привыкнуть. Стоят несколько дороже, чем встроенные Набор
дополнительных функций шире. Многие современные модели, кроме
упомянутых выше операций, могут выполнять;
• в полном объеме фуикшш автоответчика, АОН,
• прием и сохранение поступающих факсов и голосовых сообщений
при выключенном компьютере,
37
Глава 2
• обнаружение снятой трубки на параллельном телефоне (Loop Сиг
renl Sensor)
Для ISA- или PCI-шииы. Фактор различной пропускной способно-
сти шин для модемов значения не имеет. Даже более медленная ISA-ши
на обеспечивает их работу без задержек.
Для ISA-шины изготавливаются более простые, а следовательно, бо-
лее дешевые модели, но выпускаются изделия, поддерживающие самые
современные протоколы (V 90) Цена их при этом находится на уровне
проданнутых PCI-модемов
Следует учесть,, что в современном компьютере на системной плате
имеются 5—6 разъемов PCI и всего I—2 — ISA. Вели возможности
ISA-модема устраивают и есть разъем для его установки, то выбор можно
вполне остановить на нем, В иных случаях можно взять PCI-модсм,
Выбирая PCl-ыодем, нужно помнить, что недорогие изделия часто от-
носятся к классу WlnModem. Выпускаются и полноценные PCI-модемы,
по возможностям не уступающие внешним но и стоимость их будет на
том же уровне.
В рассмотренных пыпю модемах для передачи информации иснользу
ется аналоговый сигнал (частота до 3.4...3Л кГц). Существует ipyiuia
устройств в которых применяется цифровое кодирование передаваемых
даиных. Механизм такой передачи получил иаяиацне DS1. (Digital Subsc
riber Lnie). Диапазон частот — от 38 кГц до I МГц,
Использование цифрового формата нрсдслаилепня данных при пере
даче информации по телефонным линиям кроме увеличения скорости
вносит п дело модемной связи еще одпу важную особенность; передача
но цифровому (модем) и аналоговому (телефонный разговор) каналам
может вестись одновременно У абонента устанавливается специальный
разветвитель сигналов (POST splitter). Он разделяет информационный
поток на две части; низкочастотную (телефонный разговор) и высокочас-
тотную (цифровой сигнал). После этого каждая составляющая попадает
в свой блок обработки.
Для ведения цифровой передачи по телефонным линиям разработано
несколько технологий, Вместе они составляют xDSL семейство.
ADSL (Asymmetric DSL) — асимметричный обмен Используется
для подключения абонентов к сети. Существует в двух версиях
• ADSL Full Rate — С'полноскоростная'' версия, когда употребляют
термин ‘’ADSL”, то имеют в виду ее). Описывающий стандарт
rnj-G.dtm. Скорость приема — до 8 Мбит/с. передачи —- до
I 5 Мбнт/с, Длина линий — до 5,5 км (имеется в виду расстояние
от абонента до АТС, имеющей специальное оборудование)
RR
Периферийные устройства
• ADSL Lite — (упрощенная версия) Описывающий стандарт
ITU-G.lite. Скорость приема — до 1,5 Мбит/с, передачи — до
512 Кбнт/с Длина линий —до 5 5 км, Установка разветвителя не
требуется.
SDSL (Symmetric DSL) — симметричная передача со скоростью
2 М.бпт/с Требуется одиа пара проводов Длина линий — до 3,5 км. Ис-
пользуется для объединения сетей
HDSL (High bit rate DSL) — симметричная передача co скоростью
1,5 или 2 Мбит/с. Необходимы две пары проводов (для приема и для не*
редачн). Длина линий — до 3,5 км. Новая версия стандарта (HDSL2)
предполагает нспользонанне одной пары проводов.
VDSL (Very high speed DSL) — перспективная технология находя
щаяся в стадии разработки Предполагается ведение высокоскоростного
асимметричного обмена. Скорость приема — до 56 Мбит/с, передачи —
до 8 Мбит/с. Позволит создавать высокоскоростные выделенные каналы
небольшой протяженности (от 300 м до I 5 км)
IDSN (ISDN DSL) — DSL-передача по специальным цифровым
ISDN-линиям (Integrated Services Digital Network). Применяются только
для передачи данных, скорость — до 144 Кбнт/с. В случае нспользова
имя U-репитеров (U-toop repeaters) длина линий может доходить до 11 км
(вдвое больше, чем линии ADSL).
Наибольшее распространение пока имеют ADSL модемы. Устройства
данного типа це могут соединяться напрямую. Между ними должно быть
включено специальное устройство — DSI^-мультннлекеор (DSLAM)
Обычно он размешается на АТС. Мультиплексор собирает информацию
от всех подключенных ADSL*Mo/ieMou и иа более высокой частоте пере*
дает ее в нужное место
23. Печатающие устройства (принтеры)
Для перенесения изображения с экрана на бумагу применяются спе
цнальные периферийные устройства — принтеры. В зависимости от спо-
соба создания его на бумаге они делятся на несколько типов (матричные
струйные лазерные и некоторые другие). По количеству воспроизводи'
мых цветов принтеры делятся на цветные и черно-белые
Все компьютерные устройства, связанные с построением и о бра
боткой изображения (будь то монитор, принтер, сканер и пр.) приме*
няют сходную методику его построения. Площадь, отводимая для раз
мешения изображения, представляется в виде множества точек, орга-
низованных матрицей. Рисунок или текст составляется из точек раз
кого цвета или оттенка Чем они мельче тем четче получается изоб
39
Глава 2
раженис Качество печати принтера находится в зависимости от того
сколько точек он может нанести на единицу площади (на квадратный
сантиметр нлн квадратный дюйм). Этот параметр получил название —
разрешение Чем оно выше, тем лучшее качество печати может быть
достигнуто
Мнтрнчные принтеры — это ветераны в мире печатающих
устройств. Они пришли в компьютерный мир вместе с PC и PC/XT От
компьютеров первых моделей уже не осталось и следа а матричные при
нтеры до енх пор еще продолжают работать
Основной элемент принтера — печатающая головка с 9 нлн 24 нгла-
мн (соответственно, 9* нлн 24-нгольчатые принтеры), организованными в
одну или несколько линий. При печати иглы в нужном наборе и в пуж>
нын момент выдвигаются и прижимают красящую лепту к бумаге После
этого на ней остаются следы — точки из которых в результате и склады
вается изображение
В зависимости от ширины печати принтеры делятся на узкие (фор'
мат листа А4) н "широкие" (формат АЗ). Применяются одно-, двух- и бо-
лее проходные режимы, когда строка текста, а соответственно, и каждый
знак, наносятся па бумагу п несколько приемов. При ыногопроходион пе
чатн снижается скорость, по улучшается качество.
Красящий элемент — лепта. Опа склеена в петлю (иногда в петлю
Мебиуса) и убрана в картридж В процессе работы лента непрерывно
протягивается перед печатной головкой, чем достигается равномерность
расходопаиня се красящего ресурса. Картриджа (или ленты, как еще ино-
гда говорят по привычке) хпатаст иа несколько тысяч страниц текста. Яр-
кость и четкость печати снижаются постепенно. Никогда не бывает тако
го, что в начале страницы хорошо, а потом с одной стороны нлн внизу —
ничего (как это случается при лазерной печати) В этом не бог весть ка-
кое, но все-таки достоинство матричной печати Страница текста всегда
имеет один оттенок. Если имеющееся качество подходит — прекрасно,
можно продолжать работать дальше, если оно перестало устраивать, то
нужно менять картридж. Теоретически ленту можно использовать до тех
пор, пока на бумаге будет оставаться хотя бы слабый красящий след нлн
пока иглы не разрежут ее на две полосы.
Сегодня основное достоинство матричных принтеров заключается в
дешевизне расходных материалов. Картридж стоит от 50 до 100 руб. Ес-
ли их поделить на несколько тысяч, то стоимость печати будет действи-
тельно измеряться копейками Недостатки — малая скорость печати
(I—2 страницы в минуту) и шумность. Если где-то слышен пронзитель-
ный ритмичный скрежет, То почти наверняка можно сказать — работает
матричный принтер
40
Периферийные устройства
По своей распространенности матричные принтеры отошли на второй
план На передовые позиции вышли лазерные принтеры, но о роли рабо-
чей лошадки (черновая печать с целью экономии дорогих расходных ма-
териалов) они еще используются весьма широко
Лнзерные ириитеры — черно-белые печатающие устройства, при
шедшие на смену матричным.
Принцип их работы можно обрисовать следующей схемой. В составе
принтера имеется металлический цилиндр с зеркальной поверхностью —
фотобарабан, Рабочая поверхность цилиндра равна площади листа, на
который принтер печатает. На те ее участки, которые будут заняты изоб-
ражением, лазером (отсюда и название устройств данного класса) нано-
сится электрический заряд. Поверхность барабана засыпается красящим
порошком (тонером) На тех местах, где есть заряд; частички удержнва
ются, с остальных — соскальзывают, Барабен прокатывается по бумаге,
и крупинки тонера остаются на ней. Лист, с нанесенным изображением,
подвергается термообработке, в результате которой красящие крупники
припекаются к поверхности бумаги, После этого еще теплый лист попа-
дает к пользователю,
Расходный элемент лазерного принтера — картридж с красящим по
рошком, Стоит он несколько десятков долларов и хватает его на несколь-
ко тысяч страниц со средней степенью заполнения, Ресурс картриджа за-
канчивается сразу В какой-то момент порошка перестает хватать на то,
чтобы засыпать всю поверхность барабана, Получается, что страница пе-
чатается неполностью Одна часть — нормальный текст, а остальная
смазанная нлн вообще пустая Это уже брак. В картридже и порошок
еще есть, ио его приходится менять
Порошок продается п отдельно. При наличии навыка можно заправ-
лять картридж самостоятельно, Подчеркнем — при наличии навыка. По
рошо'к очень мелкий и легколетучнй, Будучи рассыпанным собирается
очень плохо, попадание в легкие крайне нежелательно,
Основное достоинство — высокое качество печати и стойкость отпечат-
ков к воде и свету. Работает тихо, Скорость печати 6—8 стр/мнн н выше.
Основной недостаток — большое потребление энергии, так как за
крепление рисунка на бумаге выполняется термически
Лазерные принтеры — изделия не из дешевых. Их стоимость нзмеря
ется сотнями, а в некоторых случаях н тысячами долларов. Все зависит
от размера печатных страниц (А4 АЗ), скорости печати и некоторых дру-
гих характеристик Про то, как выбирать лазерный принтер сказано мно-
го и пересказывать это вряд ли стоит, Обратим внимание только на один
важный параметр — объем внутренней памяти, Она хранит сведения об
изображении, и от того, данные о скольких страницах могут быть сразу
загружены в принтер, зависит скорость печати,
41
Глава 2 ..
Модули памяти для лазерных принтеров это совсем не то же са-
мое, что элементы для построения ОЗУ Их цена многократно выше, -
Она измеряется десятками долларов за мегабайт и не собирается;
снижаться У различных продавцов стоимость одной и той же модели
принтера может различаться на десятки и даже сотни долларов. Же-
лательно уточнить — не является ли причиной столь привлекатель-,,
нон дешевизны малый объем внутренней памяти. Попытка экономии'"
в этом случае может позже "выйти боком". Медленная изматываю-;
щая душу печать рано пли поздно заставит расширить блок памяти, ’
но стоить она будет больше, чем сумма сэкономленная при покупке
принтера ч
Струйные пр нигеры Название данной группы печатных устройств^,
говорит само за себя — печать ведется методом разбрызгивания краем-?
теля. В составе печатной головки имеется набор тонких каналов (со*'
пел). Иногда они размещаются на емкости с красителем По каналам:]
подается специальная краска (чернила). Под давлением капли выбра--
сываются из сопел При их попадании на бумагу появляются мельчай-*
шне разноцаетиые кляксы Смешиваясь в разной пропорции, они могут’:
создавать широчайшую гамму оттенков. Для хранения чернил в соета-':
не принтера имеются сменные емкости. Черно-белые принтеры исноль-'
зуюг только черную красящую жидкость, цветные — несколько, Хра-.
некие краски в принтерах построено по-разному. В одних предусмотрев
иы раздельные баллончики, в других они упакованы н один корпус.
В этом случае при расходовании одного красителя менять приходится!
весь картридж >
Основное достоинство струйных принтеров — возможность цветной ;
печати. При использовании фирменных чернил и специальной бумаги на',
хорошем принтере может быть получено изображение по четкости н яр- ',
кости красок нс уступающего цветной фотографии.
Струйные принтеры можно отнести к числу дешевых (в пределах .
[00 долл.), так как они не содержат дорогостоящих узлов компактны,.*
потребляют мало электроэнергии, Основной нх недостаток заключается
в том, что расходные материалы для них очень дороги Стоимость
трех-пяти картриджей равна стоимости самого принтере
Производители не устают предупреждать, что надежная работа при
нтеров возможна только при использовании фирменных чернил, а приме
некие других красителей может привести к выходу из строя печатных го-
ловок, Однако возможность сэкономить на расходных материалах выгля-
Д1П* очень заманчивой. Многие проводят заправку картриджей самостоя-
тельно, Рекомендации можно найти в Internet и в некоторых печатных
изданиях (например, в журнале ’’Потребитель”).
42
Периферийные устройства
2.4, Традиционные средства связи с внешними
устройствами (СОМ- и LPT-порты)
В структуру IBM-совместимых компьютеров заложены средства свя
«и с внешними устройствами. Любой передающий порт это отдельное
•лсктронное устройство, ведущее обмен в соответствующем формате
Каждому из них выделяется линия запроса прерывания. С ее помощью
на МП подастся сигнал о необходимости выполнения обслуживания кон
кратного порта
Допускается возможность организации (в составе BIOS имеются про
граммные средства поддержки) до 4 портов последовательной передачи
данных (С0М1—COM4) и 3 параллельных портов (LPT1—LPT3)
В структуре компьютера каждому порту выделено некоторое количе-
с гво адресов (в адресном ноле устройств ввода-вывода) Присвоение кон-
кретного адреса производится пользователем.
СОМ-иорты. Компьютер стандартной конфигурации имеет дна по-
«ледователы1ых порта В настоящее время они интегрируются на систем
пую плату. Присвоение им конкретных имен (С0М1 COM2 и тд) про-
изводится через Setup.
За последовательными портами резервируются дае линии запроса
прерываний н выделяются следующие адресные диапазоны:
Порт Адрес поле Прерывание
C0M1
COM2
COM3
COM4
3I-8h — 3FFh
21'811 — 2FFh
3E8h — 3EFh
2E8h — 2EFh
IRQ4
IRQ3
любое свободное
любое свободное.
Для компьютеров старых моделей выпускались специальные адапте
ры.- иа 1/О*саг<1 размещались I—2 порта, на multicard — 2 Норта Зада-
ние номера выполнялось при помощи специальных перемычек "По умол-
чанию" на плате нлн отдельном адаптере порты чаще всего устанавлива-
ются как COM.I и COM2
Некоторые периферийные устройства (например, внутренние моде-
*щ) имеют собственный СОМ-порт. После установки в компьютер нм
требуется выделить линию запроса прерывания и установить адрес в сис-
теме, При размещении в компьютере блоков, имеющих собственные пор-
ты, необходимо убедиться, что они не претендуют на одни и те же ресур-
сы, Если ие соблюсти это правило то возникнет шинный конфликт и ка
и 1лы вряд ли будут работать
43
Глава 2
LPT-иорты, Порты параллельной передач , данных в ’1ВМ-архнтек
туре" 8-разрядные, В системе чаще всего бывает одни порт. Первоначаль-
но он предназначался для подключения принтеров. По этой причине ка-
нал LPTI имеет в системе нмя — PRN (от названия printer) Позже па
раллсльный порт стал использоваться для ведения обмена и с другими
устройствами
За параллельными портами резервируется одна линия запроса преры-
вании и выделяются адреса:
Порт Адрес, доле Прерывание
LPTl(PRN) 378h — 37Г11 IRQ7
LPT2 278h — 27Fh при наличии — IRQ5
LPT3 звсь - • 3C3h любое свободное
В процессе развития компьютерной техники структура LPT-портов
неоднократно менялась. Для них разрабатывались нее более производи-
тельные режимы обмела. Каналы параллельной передачи в компьютерах
разного класса имеют одинаковое название — ’'LPT-nopT1’, но возможно
стн (в первую очередь пропускная способность) у них разные.
Параллельные порты, интегрированные на современные системные пла-
ты (класса Pentium н выше), обычно могут работать в следующих режимах’
• SPP (Standard Parade! Pori) — самый старый и наименее произво-
дительный режим работы. Используется для подключения низко-
скоростных печатающих устройств
• EPP (Enclianced Parallel Port) — усовершенствованный режим ра-
боты, возможно ведение двунаправленного режима обмена. Иепо
льзуется для работы с внешними накопителями, подключенными
через параллельный порт.
• ECP (Enclianced Capability Port) — о настоящее время это режим,
обеспечивающий наибольшую пропускную способность, Реализую-
щий его порт имеет специальные буферы, а для выполнения самой
процедуры обмена используется один из каналов прямого доступа
(DM.A), имеющихся на системной плате Разработан фирмами Mic
rosolt и IIP
Мультикарта и адаптер ввода вывода предназначались для нспользо
ваиня в 286-х и 386-х системах, значительно реже в 486-х, Основными
ребочнми режимами для них являются SPP и реже ЕРР. Для многих со
временных периферийных устройств их производительности недостаточ-
но. Оин могут вообще отказаться с ними работать, а если и будут, то
очень .медленно
44
Периферийные устройства
2.5. Новые средства связи с внешними устройствами
(USB, FireWire)
Со временем средн компьютерной периферии появилось большое ко
лнчество устройств, требующих высокопроизводительного обмена. При
работе с цифровыми фотоаппаратами и кинокамерами, сканерами, внеш-
ними накопителями каналы связи стали "узким местом", В качестве их
основных ограничении можно привести следующие
• низкая пропускная способность;
• к шине может быть подключено только одно устройство,
• подключенное устройство не может быть удалено от компьютера
более чем иа 3—4 м
С целью ликвидации имеющихся "узостей’ было предложено иесколь
ко решении
USB (Universal-Serial Bus) В 1995 г компании Compaq, DEC
IBM, Intel, Microsoll, NEC, Northern Telecom разработали последователь
ную шину, позволяющую выполнять подключение к компьютеру внеш
них периферийных устройств в режиме Plug-and-Play
Первая версия стандарта — USB 1.0 выпущена в начале 1996 г. Осе
пью 1998 г, появилась редакция USB 1.1, в ней устранялись обнаружив-
шиеся в процессе эксплуатации шины ошибки
Для перадачн данных ио шине возможны два режима, полноскорост
Ной (Full Speed, FS) с пропускной способностью 12 Мбнт/с н низкоско
ростной (Low Speed, LS) с производительностью I 5 М.бнт/с, С помо
щью шины к компьютеру может быть подключено до 127 устройств
USB-шнна позволяет построить сеть с древовидной структурой (мно-
гоуровневой звездой) Сеть строится нз следующих компонентов
USB-контроллер, хост, хабы, соединительные кабели, подключаемые
устройства
USB-контроллер — блок, организующий работу сети Интегрирует-
ся на системную плату или изготавливается в виде отдельного адаптера
н устанавливается в системный разъем. Современные компьютерные си-
стемы практически в 100 % случаев имеют его на системной плате
Хост (Host) — компьютер с USB-контроллером Содержит все необ
ходнмое программное обеспечение Является единственным управляю-
щим блоком в иЗВ'СИстеме
Хаб (Hub) — блок, предназначенный для подсоединения элементов
сети С этой целью,
• имеет в своем составе несколько портов шииы управляет нх рабо-
той и организует процедуру обмена
45
Глава 2
• включает соединительные разъемы (одни порт — одни разъем),
• подает питание на подключенные исполнительные устройства
• отслеживает состояние портов, идентифицирует подключенные
устройства,
USB-коитроллер имеет интегрированный хаб (rool hub). Он является
основой, '‘корнем" всей сетевой конструкции. К разъемам его портов мо
гут быть подключены исполнительные устройства иди другие хабы
В структуре сети хаб к которому подключен другой хаб, условно мо
жет быть назван вышестоящим, подключенный же, соответственно, —
нижестоящим. Порты, имеющиеся в составе хаба, бывают двух видов
"ВосходцщнА" (upstream) порт — используется дли подключения ниже
стоящего хабе к вышестоящему, В составе устройства он одни. Его нет
только в корневом хабе "Нисходящий” (downslream) порт — предназна-
чен для подключения исполнительных устройств и нижестоящих хабов.
Во избежание путаницы разъемы "восходящих" в "нисходящих" портов
различны.
Подключаемые устройства — инструменты решения пользовате-
льских задач: мышь, клавиатура, джойстик, сканер, кинокамера, принтер
и др, Могут подсоединяться к любому свободному нисходящему порту.
Пропускная способность шины делится между всеми подключенными
устройствами
Кабели и разъемы. Кабель содержит 4 провода, витая пара (D-,
DO, питание (+5 В), общий (земля). Допускается подключение и "горя-
чем" режиме, Для малопотрсблчющих устройств (мыши, клавиатуры,
джойстики) возможна подача питания непосредственно но шине
Используются кабели двух типов, Один из них предназначается для
подсоединения устройств к хабу, Па обоих концах его имеются одннако
вые вилки (рис. 2,1, а), С его помощью устройство может быть подклю-
чено к разъему любого нисходящего порта любого имеющегося хабе
9} 6)
Рис 2.1. USH — вилки,
а) для подключения к "нисходящему'' порту,
б) для подключения к "восходящему" порту
46
Периферийные устройства
Другой кабель используется для подсоедииеиия нижестоящего хаба к
вышестоящему. На одном из его концов установлена специальная вилка
(рис. 2.1, б). Она вставляется в разъем восходящего порта нижестоящего
хаба. На другом конце кабеля размещается обычная вилка (рнс. 2.1, а)
Ее нужно вставить в разъем нисходящего порта вышестоящего хаба
Кабель для ведения скоростного обмена имеет экранированную ви
тую пару, длина — до 5 м в обычном кабеле витая пара иеэкраиироваи
ная, длина — до 3 м
Построение сети. * Корневой’ хаб совместно с подключенными ком
понеитами образует структуру типа "звезда" Каждый нижестоящий хаб
может добевить к иен свою ’’звездочку". В результате возникает коист
рукция "многоуровневой звезды", или "дерева"
В процессе развития сети к каждому порту корневого хаба оказывает
ся подсоединенной целая цепочка нижестоящих хабов Их количество не
должно превышать пятя.
Хаб управляет своим» портами и ведет через них обмен с подключен-
ными устройствами Каждому порту в структуре хаба соответствует свой
статусный регистр. Его состояние постоянно анализируется. Подключе
ние устройства к порту изменяет состояние определенных битов в реги
стре. После того как в сети обнаружено новое устройство, автоматиче-
ски выполняется процедура присвоения ему адреса и настройки па рабо-
чий режим обмена
Спецификация сле^^ующей версии шины — USB 2.0 появилась в
2000 г. Пропускная способность канала увеличена до 480 Мбит/с (ре
жим High Speed, HS). С целью сохранения совместимости со старыми
(I 0 и I I) устройствами предусматривается возможность работы в ре-
жимах FS и LS Максимальное расстояние до удаленных устройств
(вся цепочка кабелей и хабов) составляет 25 м Используются только
кабели с экранированной витой парой. Каждая сигнальная линия пре
дусматривает наличие «а обоих концах оконечных сопротивлений (тер-
минаторов).
Для того чтобы воспользоваться всеми скоростными преимуществами
периферийных устройств класса USB 2.0, необходимо подключать их то
лько к хабам USB 2.0 Кроме этого, вся цепочка хабов на пути данных к
контроллеру должна быть построена из устройств USB 2.0. Если это пра
вило нарушить, то старый хаб (типа USB 1.0) станет "узким местом" иа
шине и обмен пойдет со скоростью, не превышающей FS.
С целью большего распространения USB-иитерфейса разработчики
оставили все его протоколы и спецификации "открытыми", т е доступ к их
лицензиям свободный. Производителям оборудования и ПО не приходит-
ся платить за его использование в своих изделиях. Такой подход нашел с
их стороны полную поддержку. Во многие системные платы класса Penti-
47
Глава 2
um интегрированы аппаратные средства поддержки USB-щииы На платах
Pentium П и выше он есть практически везде Пользователь получает
USB-канвл в качестве бесплатного приложения. Для большинства пользе
вателей отпедает необходимость в выборе внешнего интерфейса и покупке
контроллера. Переход к использованию USB-устройства для них — есте-
ственный шаг
Средства инициализации USB-шнны впервые были включены в со-
став ОС Windows 95 OSR 2.1. Полная поддержка шины имеется в
Windows 98 и выше.
FireWire. Свон вариант решения задачи создания быстрого канала
связи с внешними устройствами предложила фирма Apple Ею разработа-
на шина FireWire стандарт IEEE 1394). Работы по проектированию ши
иы были начаты в 1988 г., завершены в 1993 г , а на следующий год на
чался выпуск использующих данный протокол нзделнй.
Соединения в сети выполняются при помо-
щи 6-нроводиых кабелей: две экранированных
витых пары, питание, земля (рис. 2.2). Длина
шпуров нс должка превышать 4 5 м, допуска
ется подключение в ’горячем'* режиме. Вол
можпа передача со скоростями 100 200,
400 М.бит/е.
Прн помощи шины FireWire может быть
построена весьма сложна» сетевая структура
В се основе лежит архитектура ’’дерево1'. В се
тн имеется ‘’корень", “ветви'*, “листья'’.
Базовым устройством, инициализирую
шнм систему, обычно является контроллер в рис 2 2 Вилки FireWire
компьютере, но он может быть и в другом эле
менте сети. Два элемента сети ведут между
собой обмен как равный с равным (|юег-1о-реег). В этом основное ралли
чие между FireWire и USB. В системе USB руководит контроллер.
Каждое устройство, предназначенное /щя работы в сети, имеет ис
сколько соединительных разъемов (портов). Через один из них оно
подключается к уже работающему устройству и приобретает в сети
статус "листа” После того, как к нему через свободный порт будет
подключен любой другой элемент "лист” превращается в ’ветвь’ (ло-
гический узел).
Новый элемент может быть подключен к любому свободному разъе
му. Прн построении сети существует единственное ограничение — ие
должны создаваться замкнутые циклические цепи.
Без использования специальных расширителей в сеть может быть
объединено до 63 устройств В сети каждый раз после включения или
48
Периферийные устройства
подсоединения нового блока выполняется программная процедура опре-
деления состава сети и присвоения каждому устройству индивидуально-
го адреса (идентификатора). Допускается объединение нескольких се
тей. Для этих целей применяются специальные схемы "мостов"
Шина разработана фирмой Apple, поэтому естественно, что и приме-
нена сначала она была в компьютерах Macintosh Программные средства
поддержки были включены в состав операционной системы Mac OS в
1997 г. Компьютеры новых моделей имеют интегрированные средства
поддержки шины Для прочих компьютерных систем, не имеющих
средств поддержки, требуется покупка контроллера, стоимость которого
измеряется десятками долларов. Средства поддержки сети заложены в
Windows 95 OSR 2 I, Windows 98 и далее
Нояые версии стандарта IEEE 1394 предлагают к ан вл с пропускной
способностью 800 Мбит/с. Предусматривается использование соедини
тельных линий с оптоволоконной связью, предельное расстояние до уда
лепного устройства увеличено до 100 м
2.6. Беспроводные интерфейсы (802,11, Bluetooth)
Локальным сетям свойственен недостаток все их составные эле
менты соединяются между собой при помощи кабелей. Это не всегда
удобно, особенно в случаях, когда абоненты сети должны перемещать-
ся Например, кладовщик имея средства доступа к электронной базе
данных, идет по складу Площадь склада может быть очень большой,
двигаться из одного конца в другой и тянуть за собой шнур очень неу-
добно В подобной ситуации выглядит естественным применение бес
проводной связи.
Для объединения сетей между собой уже давно используется радио и
спутниковая связь (например, Internet и другие глобальные сети). В са-
мом конце теперь уже прошедшего XX в. беспроводные средства связи
пришли в локальные сети Для соединения элементов сети между собой
и центральным устройством стали использовать радио и передачу в ннф
ракрасиом диапазоне
Стандарт IEEE 802.11, принятый в 1987 г. (и его последующие
редакции) к настоящему времени стал основным нормативным доку
ментом при построении беспроводных локальных сетей — WLAN
(Wireless LAN)
Для логичного (наглядного) представления структуры сети, организа-
ции работы, механизма ведения обмена разработана универсальная
иерархическая семиуровневая модель — OS! (Open System Intercon
nect). Ее блок-схема приводится на рис 2 3
49
Глава 2
Рас, 2,3 Уровни модели OS 1 (Open System Interconnect)
Стандарт 802Л I описывает;
• архитектуру и компоненты сети,
• элементы OSI-модели — физический уровень (PHY) и нижний по
дуровень канального уровня (МАС — Media Access Control),-
• методы обеспечения безопасности передаваемой по сети инфор-
мации,
• управление питанием,
• роуминг
АРХИТЕКТУРА И КОМПОНЕНТЫ СЕТИ В основу сети, ор-
ганизуемой в соответствии с нормами стандарта 802.11, положена
сотовая архитектура. Для построения соты предполагается использо-
вание двух типов устройств- клиент (рабочая станция) и точка до-
ступа.
Клиент (рабочая станция) — компьютер, содержащий сетевую
карту и реализующий функции беспроводной связи NIC (Network Interfa-
ce Card)
Точка доступа, АР (Access Point) — устройство, играющее роль мо
ста между клиентом, подключенным по беспроводной линии, и провод-
ном сетью. Содержит приемопередатчик беспроводной связи, интерфейс
проводной связи, ПО обработки данных.
АР и находящиеся в пределах ее радиуса действия рабочие станции
образуют базовую зону обслуживания (Basic Service Set, BSS) Точки до
стула многосотовой сети взаимодействуют между собой через распреде-
лительную систему (Distribution System, DS) Точки доступа совместно с
50
Периферийные устройства
распределительной системой составляют расширенную зону обслужива-
ния (Extended Service Set, ESS).
Стандарт предусматривает два типа связей между элементами сети
• клиеит«сервер — есть но крайней мере одна точка доступа н к ней
подключается несколько клиентских станций,
• точка-точка (или "Ad-hoc”) — связь между клиентами организует-
ся без использования точек доступа
ЭЛЕМЕНТЫ OSI-МОДЕЛИ, Физический уровень описывает мето-
ды модуляции (передачи) сигналов, их характеристики. МАС уровень
определяет: методы доступа к среде передачи данных, формат кадров (па-
кетов), адресацию, подход к разрешению ситуаций множественного до
ступа к каналу связи
♦ PHY-уровень. Стандарт 80'2.11 предусматривает два метода
передачи в радиодиапазоне и одни в инфракрасном Скорость
передачи I и 2 Мбит/с Дальность — до 300 м
Для радиопередачи используется диапазон 2,4000...2,4835 ГГц Прак
чически на всей территории Европы эти частоты являются открытыми и
свободными от цепкого лицензировании (во Франции и Испании свобод
иая полоса вдаое уже). Они отведены для промышленного, научного, ме-
дицинского использования
Стандарт предусматривает следующие методы подачи chi налов (мо-
дуляции)
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) — передача co сменой
юстотиых каналов.
Диапазон разбивается на каналы (шаг — I МГц) Передатчик в
процессе работы меняет частотные каналов. Передающей и принимаю
шей станциям должна быть известна последовательность их смены и
обеспечен временной синхронизм.
Если по одному из каналов получить сигнал не удалось, то приемник
сообщает об этом передающему устройству, и тот повторяет передачу по
другому каналу.
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) — передача в прямой по
(.ледовательяости.
Диапазон разбивается иа И (в США на II) частично перекрываю-
щихся канала. Каждый передаваемый бит кодируется 1I-разрядными ро-
гледовательностями Баркера. Передача ведется сразу по нескольким ка-
налам. Подобный механизм обеспечивает высокий уровень избыточности
кодирования. Приемник может надежно распознавать маломощный сиг
пал при высоком уровне помех При потере нескольких битов повторная
передача не требуется.
51
Глава 2
IR-передача (InfraRed) Используется ненаправленный (dilluse FR)
сигнал с длиной волны 850.. 950 им Максимальная мощность передавае-
мого сигнала — 2 Вт
Предназначается для связи внутри помещений. Определенная орнен
тация принимающего и передающего устройств истребуется. Излучение
направляется в потолок Затем происходит отражение сигнала и его при-
ем. Радиус действия — до 10 м. Качество принимаемого сигнала сильно
зависит от отражающих свойств потолка
* Канальный МАС-подуровень. В качестве метода доступа к
среде передачи данных применяется механизм CSMA/CA (Car-
rier Sense Multiple Access with Collision Detection) — множест-
венный доступ с обнаружением несущей и предотвращением
коллизий
Кроме этого, на данном подуровне решается проблема 'скрытой точ-
ки". Возможна ситуация. когда две рабочих станции из-за большого рас-
стояния нлн преград не могут “слышать” друг друга, но могут вести об-
мен с одной и той же точкой доступа. Для организации связи в подобной
ситуации в состав МЛС-уровня включен протокол RTS/CTS (Request to
Send/Clear to Send)
ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ Предусмотрены четыре уровня средств
защиты.
• па физическом уровне (в процессе передачи),
• использование служебных идентификаторов (SSID),
• использование идентификатора доступа к среде передачи данных
(MAC ID):
• шифрование.
Физический уровень — алгоритм смены каналов при FHSS мере
даче и применение дополнительных ССК-ключей (Complementary Code
Keying) при DSSS«MOnynflHHH
SSID-идентификатор (Service Set IDentifier). В состав заголовков
пакетов данных и управляющих посылок включается специальный
SSID-идентифнкатор Точка доступа и рабочие станции принимают за-
просы только в том случае, когда идентификатор указан правильно
MAC ID. Сетевым картам в процессе производства присваивается
уникальный индивидуальный номер. Точки доступа и рабочие станции
работают только с устройствами, MAC ID которых им известей
Шифрование (Wire Equivalency Privacy WEP). В стандарте 802.11
предусматривается шифрование по алгоритму RC4 (разработай компа
иней RSA Data Security) с 64 и 128-разрядиымн ключами
52
Периферийные устройства
Точка доступа я клиентские станции при обмене используют шифро-
вание. Естественно, что они должны работать одним кодом. Прежде чем
начать обмен, точка доступа "хочет убедиться", что абонент ’’свои" (что
нии будут использовать один шифр н поймут друг друга). Приняв запрос
на обслуживание, ЛР посылает абоненту посылку из 128 кодовых групп
Он принимает ее. шифрует по определенной схеме н возвращнет на ЛР
Получив ответное послание, точка доступа определяет — тот ли исполь-
|ует шифр обратившаяся к пен станция. Если обнаружилось, что або-
нент "свой’ то для обмена будет использоваться известный обеим сто
ронам код.
Важная особенность данной процедуры взаимной идентификации в
том, что сама кодовая комбинация не передается. Ее нельзя выделить пу-
тем анализа большого объема передаваемой информации
УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ. С целью экономии предусмотрена
возможность перехода клиентских станций в режим пониженного по
требленяя. В большинстве случаев они мобильные я для них это очень
важно. Возможны два состояния блока связи: "продолжительная работа’
и ’’сберегающий режим"
В первом случае редяоустройство станции всегда находится во вклю
ченном состояния. После перехода по определенной схеме в "спящий
режим радноустройство периодически "просыпается" н принимает "маяч-
ковые" сигналы от точки доступа. С их помощью АР адресует абонента
которому предназначается сообщение Если сообщение предназначается
проснувшемуся" устройству, то оно перейдет в режим "продолжнтель
ной работы" и выполнит все необходимые действия* если нет, то опять
"заснет"
РОУМИНГ. Для перехода мобильных рабочих станций из зоны дей-
ствия одной точки доступа в другую (в многосотовых сетях) предусмот-
рены процедуры сканирования (активного и пассивного прослушнвання
эфира) и присоединения (association). Однако строгих правил реализа-
ции роуминга стандарт 802.11 не содержит
Предлагается следующая примерная схема За организацию связи
между клиентской станцией н точкой доступа несут ответственность
средства МАС-уровня.
Когда клиент попадает в зону действия нескольких ЛР, выполняется
анализ мощности поступивших сигналов и количества зафиксированных
прн приеме ошибок. Выбирается наиболее "удобная" точка и посылается
запрос на выполнение обслуживания. Если получено подтверждения, то
клиент настраивается на радиоканал этой АР
Предусмотрен вариант переключения с целью ’балансировки’ на-
грузки Выполняется перераспределение общей нагрузки по всей до
53
Глава 2
ступкой инфраструктуре сети (от сильно загруженных точек к менее
загруженным)
Беспроводные интерфейсы совершенствуются. Появились дополните
льные редакции стандарта 802.11. Отметим, что они не предназначены
для замены исходного норматива, эти документы описывают новые меха
ннзмы ведения обмена.
802.11а. Принят в 1999 г. Устанавливает .три обязательных скорости
обмена — 6, 12, 24 Мбит/с и пять необязательных — 9, 18. 36, 48 и
54 Мбит/ с. Дополнительно предусматривается работа в диапазоне 5 ГГц
(дальность передачи на этой частоте — 100 м)
Для модуляции сигнала используется ортогональное частотное муль*
тнплексирование (OFDM.) В отличие от DSSS и FHSS сигнал одновре-
менно передается по нескольким частотным каналам. Это позволяет зна-
чительно повысить скорость обмена.
802.11b. Принят в 1999 г Этот стандарт еще известен под именем
"Wi-Fi" (Wireless Fidelity) Передача ведется в диапазоне 2,4 ГГц. Ско-
рость — 11 Мбит/с. Для модуляции сигнала используется DSSS метод с
8 разрядными последовательностями Уолша.
Стандартом предусматривается процедура автоматического сниже-
ния скорости передачи при ухудшении качества сигнала.
РАДИОИНТЕРФЕЙС BLUETOOTH. В 1998 г компании NoIna,
Ericsson, IBM., Intel, Toshiba образовали консорциум, который должен
был запяться разработкой технологии беспроводной связи. Проект полу-
чил Название Bluetooth (в буквалыюмпереводе па русский — ’’голубой
зуб"). Позже к организаторам присоединились другие фирмы н была об-
разована ассоциация Bluetooth Special Interests Group Первая версия
спецификации появилась в декабре 1998 г.
В отличие от других беспроводных интерфейсов (в первую очередь
802.1)) технология bluetooth нс предназначается для построения сетей,
она задумывалась как средство соединения мобильных устройств (ноут-
буков, телефонов, кинокамер, фотоаппаратов и др.) между собой н со
стационарным оборудованием. Дополнительно решается проблема соеди-
нительных шпуров — потребность в них отпадает
Передача ведется в диапазоне 2,40О0...2,4835 ГГц. Расстояние —
10...30 м Прямая видимость fie требуется Главная особенность систем
данного типа (имеется в виду "железо" и рабочее ПО) в том, что устрой-
ства соединяются между собой автоматически, как только они оказыва
ются в пределах взаимной досягаемости. Организуется принципиально
новый режим работы — "Bring-and-play" (подойди и работай). Например,
щелчок цифрового фотоаппарата у окна, н через полмниуты струйный
принтер выдает готовую фотографию; пользователь работает иа ноутбуке
54
Периферийные устройства
е текстом, принтер распечатывает только что набранную страницу; два
расположенных рядом компьютера ведут между собой обмен файлами
любых типов
Максимальная скорость в асинхронном режиме равна 723 Кбнт/с,
н синхронном — 434 Кбит/с Структура связей в системе строится по
типу "точна — много точек" Bluetooth’ycTpoftcTBO может интегрирова-
ться на системную плату, подключаться через USB«nopT или систем-
ный разъем.
Стандарт версии Li описывает протоколы ведения обмена со скоро-
стью I Мбит/с на расстояние до Юм. Предусматривается повышенное
потребление энергии
Bluetooth I 2 предложили:
• метод модуляции AFH (Adapttre Frequency Hopping), повышающий
устойчивость к воздействию помех,
• технологию FCS (Faster, Connectton Setup), ускоряющую процесс
взаимной настройки устройств.
55
Глава 3
МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА
Материнская (системная) плата вместе с микророцессороы составля*
ют основной элемент любого компьютера. Материнская плата —тело, в
котором бьется сердце — микропроцессор (МП). Он определяет класс
всей системы: 286, 386, 486 и т.д. Материнская плата строится вокруг
процессора, как пиджак шьется по размеру плеч
3.1. Функциональные элементы
компьютерной системы, размещаемые
на материнской плате, и структура ший
Работа системной платы заключается в решении следующих задач
I) обеспечение бесперебойной работы процессора,
2) выполнение с наивысшей производительностью ввода ннформа
цнн, ее обработка, внутрисистемный обмен данными выдача результа*
тов работы
Для их выполнения она располагает следующими ресурсами
• постоянное запоминающее устройство (ПЗУ),
• оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
• эиергонезанясимая память (КМОП память),
• блок обработки прерываний;
• блок прямого доступа к памяти (ПДП)
• таймер;
• тактовый генератор
Если на плате размещены дополнительные блоки, то с их помощью
круг решаемых задач может быть расширен.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — память толь-
ко для чтения. (ROM — Read Only Memory) Изменение содержимого
ПЗУ пользователем не предусмотрено (кроме случаев применения для
его организации носителей типа flash-память) Содержит программы: на
чальиой загрузки системы — BIOS (Basic Inpul Output System), иачаль*
56
Материнская плата
кого тестирования — POST (Power On-SelbTest), сохранения и измене
кия информации в КМОП-памяти — Setup После отключения питания
содержимое ПЗУ сохраняется.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — память для
чтения и записи (RAM — Random Access Memory) ОЗУ — основная па
мять компьютера. Ее содержимое может меняться пользователем. Задача
ОЗУ — размещение набора предназначенных для исполнения программ
н обрабатываемых данных После отключения питания содержимое ОЗУ
теряется
Микропроцессору доступны (т.е. он может их выполнить) только про
i-рамммы. находящиеся в ОЗУ и ПЗУ. На винчестере, гибких дискетах и
других накопителях программы только сохраняются Сначала они дол*
жны быть переписаны в ОЗУ н только после этого могут быть исполнены.
КМОП-память. Энергонезависимая память, сохраняющая информа-
цию и после отключения питающего напряжения. В нее помещаются дан-
ные об устройствах, входящих в состав системы, их параметрах, а также
другая, необходимая нрн каждом запуске и в процессе работы ннформа
ция. Рядом с микросхемой КМОП-памяти размещается батарейка или
микроаккумулятор, обеспечивающие ей автономное питание после вы
ключеиня компьютера.
Блок обработки прерываний. Основная задача блока — переда-
вать на МП сигналы о том, что одно на устройств (оно может быть внеш
ним или входить в состав самого компьютера) требует внеочередного
программного обслуживания и организации обмена данными с ним. На
пример, прн считывании с гибкого диска или записи на него контроллер
FDD посылает сигнал запроса на обработку После этого выполняется
нрограмма, выполняющая требуемое действие
Блок состоит из двух программируемых контроллеров прерывании
(ведущего и ведомого), соединенных каскадом (рис 3.1). Каждый из них
имеет по 8 входов запросов прерываимй (IRQ). У ведущего контролле-
ра вход 1RQ2 используется для подключения ведомого Итого, в раслоря
женин компьютера имеется 15 входов запросов (8 у ведомого плюс 7
у ведущего).
Среди линии запросов организован принцип старшинства (приорите
fob): 1RQO — старший, IRQ7 — младший. Запрос с более высоким приори-
тетом может прервать обслуживание, вызванное запросом с меньшим уров
мем старшинства. Каждое устройство, в работе которого предполагается ис-
пользовать режим прерывании, подключается к одному из входов запросов
Распределение линий запросов в компьютере приводится в табл. 3 1
Сигнал по любой из линий IRQ прерывает работу компьютера по нс
полпенни) текущей программы и вызывает переход к выполнению другой
57
Глаеа 3
Рис 3 1 Структурная схема блока прерываний
(часто ее называют подпрограммой обслуживания прерывания), которая
выполняет действия, необходимые устройству, пославшему запрос. За
вершив работу с подпрограммой, процессор возвращается*к работе с пре
рванной программой
Таблица 3 1
Распределение линий запроса прерываний в компьютере
Запрос Использование
IRQ0 Таймер (канал 0)
IRQ1 Клавиатура
IRQ2 Каскадирование
IRQ3 СОМ11 COM4
1RQ4 СОМ1/СОМЗ
1RQ5 LPT2
IRQ6 FDD
IRQ7 LPT1
IRQ8 Тактовый генератор
1RQ9
IRQ10
IRQ11
1RQ12 PS/2-мышь (если реализован канал)
1RQ13 Сопроцессор
IRQ14 HDD
IRQ15
58
Материнская плата
Блок прямого доступа к памяти (ПДП) В обычном режиме пе-
редача ведется побайтно и через микропроцессор Процедура медленная
и требует больших временных затрат Режим ПДП позволяет вести об
мен данными блоками по несколько десятков килобайт минуя МП
Блок ПДП содержит 8 каналов, средн них организована шкала прио>
|штетов Каждое устройство, предполагающее использование этого ре
жима, подключается к одному из каналов (рис. 3 2). Когда у него возни-
кает необходимость передать или принять пакет данных, оно подает на
контроллер сигнал запроса — DRQ Получив этот запрос и определив,
Рис 3 2 Схема организации канала "прямого доступа"
59
Глава 3
что выполнение ПДП возможно, он (контроллер) посылает на МП свой
сигнал — HRQ Процессор отключается от всех внешних шин и своим
ответным сигналом HLDA извещает контроллер ПДП о том, что ему пе-
редается управление После этого МП переходит в состояние ожидания.
Приняв управление, контроллер начинает свою работу. Предположим,
что устройство, подавшее запрос на ПДП, хочет, чтобы с него была счн«
тана информация. Имитируя работу процессора, контроллер одновре-
менно подает сигнал чтения — READ на устройство, потребовавшее
передачи (устройство-источник), н сигнал записи — WRITE на устрой-
ствО’Прнемннк. Активизированными оказываются оба устройства. Меж
ду ними открывается свободная магистраль — канал прямого доступа
По ней данные напрямую (минуя npoi.^ccop) как бы передаются от лере
датчика к приемнику
Таймер. На этот блок возложены «се задачи, связанные с отсчетом
временных интервалов н задержек, обслуживание внутренних часов
компьютера и все иные операции, связанные со временем
Тактовый генератор. Функционирование компонентов материн
скон платы должно быть увязано между собой Все действия должны вы
подняться в нужной последовательности, н время работы должно нзме
ряться в одинаковых интервалах. Эту задачу решает тактовая частота
(синхросигнал, частота синхронизации), Одни такт синхронизации —
минимальная временная частица в системе, Отсчет времени ведется в
этих частицах. Все операции в компьютере (обмен данных, выдача
команд и управлиющич сигналов) выстраиваются но времени в соответ
стоим с этой частотой
Формированием частоты синхронизации занимается специальный
блок — тактовый генератор. Тактовая частота используется для фор
мнроиання рабочей или системной частоты (частот), с которой про
цессор ведрт обмен с памятью и chipset. В некоторых системах тактовая
частота является одновременно н рабочей (например, в 486-х). В 386’Х
рабочая частота получается делением тактовой ня два. Из рабочей часто
ты образуется частота системных hihh (ISA, EISA, PCI) Системная
частота поступает па входы МП и для многих нз них является рабочей
частотой Начиная с 486-х систем, появилась возможность предоставить
МП возможность работать "внутри себя” на более высокой частоте. Эта
так называемая внутренняя (рабочая) частота процессора образу
ется путем умножения системной частоты на некоторый коэффициент
Кроме перечисленных устройств, на материнской плате могут быть
размещены и другие блоки:
• одни или два канала IDE
• порт обслуживания FDD
60
Материнская плата
• СОМ. н ЬРТ’ПОрты
На некоторых системных платах могут быть дополнительные элементы
• графический контроллер,
• модем н звуковой контроллер (модемный н аудио кодеки)
• схема поддержки локальной сети!
• средства подключения к универсальной последовательной
USB'iiHiHe и некоторые другие
В персональных компьютерах начальных моделей элементы платы
строились из отдельных логических элементов н программируемых мню
росхем. Позже все основные электронные компоненты платы стали "упа-
ковывать" в несколько специализированных БИС (Большая Интеграль
мая Схема), Набор таких схем обеспечивающих работу МП, получнл на
звание чипсет (chipset).
Все перечисленные выше элементы являются элементами компью-
тарного тела”. Если есть тело, то должна быть н кровеносная система
Ее образуют информационные каналы (шнны, интерфейсы), соединяю
щне между собой компоненты системной платы и подключаемые к пей
блоки, В схематичной форме структура шин к интерфейсов приводит
ся на рис 3 3
1 Внутренняя шина Связывает между собой элементы чнпсета
Тнп внутренней шнны выбирается производителем чнпсета
2 Процессорная шииа, Канал, по которому микропроцессор ведет
обмен с одной из схем чнпсета (с "северным” мостом)
Рис 3 3 Структура шин и интерфейсов компьютерной системы
61
Глава 3
3 AGP-порт Канал доступа графического контроллера и системно-
му ОЗУ
4, Шина доступа к памяти Структура конкретного нанала опреде-
ляется типом используемых элементов памяти.
5 Интерфейсы дисковых систем. Для подключения дисковых на-
копителен. В большинстве настольных систем используется интерфейс
IDE, реже — SCSI
6 Системные шины Предназначаются для подключения снстемо
образующих компонентов
7. Локальные шниы Предназначаются для подключения специалн
знрованных контроллеров,
8. СОМ- н LPT-порты, Традиционные каналы ведения обмена в по
следов,тгельной и параллельной форме. Предназначаются для подключе-
ния периферийных устройств. Пропускная способность невелика. Испо-
льзуются для связи с медленнодействующими устройствами.
9 USB п FireWire. Современные каналы для подключения быстро-
действующих периферийных устройств
Внутренняя, системные, локальные шины, AGP-порт, интерфейсы дн
сковых накопителей; каналы связи с внутренними устройствами — уии
версальны, Их структура остается неизменной для компьютерных систем
различных классов, если они совершенствуются, то непременно соблю
дается принцип совместимости "сверху-вниз”,
Структура процессорной шины н канала доступа к ОЗУ полностью
определяется классом микропроцессора (486. Pentium, Pentium li/lll
Pentium 4, Athlon/Duron) и типом применяемой памяти (SDRAM. DDR,
RDRAM it т.п.)
3.2. Системные шины
Вычислительная система предназначена для обработки данных, ноэто
му предполагает свободный обмен ими между всеми ее составными частя-
ми, Процессор оперирует информацией, которая может быть условна раз
делена на три вида
Даииыс — обрабатываемые числовые значения (операнды)
Адреса— сведения о месте нахождения данных в системе (в памяти
нлн другом месте)
Управление — сигналы, указывающие направление потокам переда-
ваемых данных, ре'ламеитнрующне обмен данными.
Для передачи каждого вида информации существуют свои группы
проводников; линии данных, линии адреса, линии управления Иногда
62
Материнская плата
используется метод передачи по одним и тем же линиям, но в разные мо-
менты времени как адресов, так и данных — мультиплексирование
Набор линий, предназначенных для передачи одного вида информа-
ции, получил название шнна. Таких шин (по количеству типов передава-
емой информации) три* шина данных, шпна адреса, шпна управле-
ния, Принцип построения на их основе процессорного ядра получил на
звание трехшннная архитектура. Вместе эти три шины составляют
процессорную шину Шины адреса и управления однонаправленные,
так как передача по ним идет только в одном направлении — из микро
процессора. Шина данных — двунаправленная, данные могут как считы-
ваться, так и выдаваться. Шнны связывают между собой все блоки, вхо
дящие в состав системы.
С точки зрения электротехники процессорный блок (МП плюс вспо-
могательные микросхемы) — низковольтное устройство с малой нагру
зочной способностью. Это накладывает ограничение на количество
устройств, которые могут быть подключены непосредственно к нему По-
этому система построена таким образом, что МП напрямую работает то-
лько с несколькими устройствами, а от остальных он отделен специаль-
ными микросхемами-буферами, повышающими нагрузочную способ
кость всех проходящих через них сигналов (усиливая их), Передача или
прием через буферы ведется под управлением микропроцессора,
После буферов шнны адреса, данных, управления совместно с некото-
рыми дополнительными сигналами образуют уже другой канал обмена
информацией — системную шину, Передача но ней ведется в темпе,
задаваемом специальной частотой системной шнны образуемой из
тактовой частоты. Открытая архитектура предполагает составление вы-
числительной системы из отдельных блоков Для этого в состав системы
включены специальные соединительные элементы, После взаимного под
ключеиня все соединенные элементы составляют аднную систему На
материнской плате с этой целью размещены так называемые системные
разъемы, к контактным площадкам которых подведены линии систем-
ной шины плюс питающие напряжения,
В персональных компьютерах наибольшее распрсстрэнеиие получили
следующие шнны
ISA (Industry Standart Archrture) шниа. Долгое время была са-
мой распространенной системной шиной. Имеется практически на всех
lBM-совместнмых машинах, начиная от XT до Pentium, В 286 и 386-х ма-
шинах ISA-шина часто была единственной. На 486-х материнских платах
она в большинстве случаев сочетается с VLB или PCI шинами, а в Pent!
um-снстемах с PCI,
Первый 8-разрядный вариант (ISA-8), который назывался ХТ-шнной,
был разработан для соответствующего класса машин Разъем включал 62
63
Глава 3
линии, средн которых были. 8 линий данных, 20 линий адреса, 8 линии
запроса прерывании, 4 линии запроса прямого доступа к памяти (ПДП) и
еще некоторые сигналы Для установки в системные разъемы на конт
роллерах размещались одноблочные, двусторонние ножевые разъемы
Возможности шины ограничивались малым количеством линий дан-
ных и низкой рабочей частотой (4,77 МГц), С появлением компьютеров
PC АТ (на базе 1б-разрядиого микропроцессора 80286) она была усовер-
шенствована. Количество линии данных было увеличено до 16, адреса —
до 24, запросов прерывания — до 15, запросов ПДП — до 7 Для их раз
мещення к XT-разъему была добавлена вторая секция, содержащая 36
линии Вместе они образовали то, что сейчас называется ISA-разъемом
или ISA-I6. Рабочая частота была повышена до 8 МГц. Максимальная
пропускная способность составила 16 Мбант/с,
EISA (Extended ISA) гимна. Расширенный вариант ISA шипы Име
ет по 32 линии адреса и данных Рабочая частота как и у ISA, равна
8 МГц. Скорость передачи (в пакетном режиме) достигает 32 Мбаит/с
32-разрядиын адрес обеспечивает подключаемому устройству доступ к
4 Гбайт адресного пространства, что дает возможность применения ре
жнма ПДП при обмене с ним. Широко использовалась прн построении
производительных 386-х н 486-х систем н серверов
Контакты в ElSA-разъеме расположены в два ряда (или в два этажа)
Одни ряд (верхний, ближпий к плате контроллера) составляют сингалы
ISA, другой ряд (нижний, ближе к системной плате) — дополнительные
сигналы EISA, Когда в разъем EISA вставляется контроллер ISA, то за-
мыкание контактов происходит только но верхнему ряду Прн установке
EISA контроллеров контактируют все липни. Внешне разъемы EISA и
ISA очень похожи, только в EISA — контактные площадки более узкие
Для того чтобы их было удобнее различать, EISA-разъемы делают из ко-
ричневого пластика, ISA — нз черного,
PCI (Peripheral Component Interconnect) шина —основная си
стемиан шина в современном компьютере. Разработана фирмой Intel и
предложена пользователям в 1992 г, (версия 1,0), Шниа — открытая, т.е.
не требуется получения лицензий для се использоывання. Существует
специальное учреждение PCI Special Interest Group (PCI SlG), на кото-
рое возложена задача совершенствования шины
PCl-шнна — процессоронезавнсимая От процессора она отделена
специальными схемами ("мостами"), преобразующими его сигналы в сиг-
налы шины. Они разработаны для всех основных МП (486-го, Penti-
um-ов) н входят в состав чипсетов. Выделение необходимых для работы
шины ресурсов (линий запроса прерывания, канала прямого доступа к
памяти) происходит под управлением программ BIOS, Кроме 'ШМ-со-
64
Материнская плата
вместимых’ используется в компьютерах типа Macintosh, Alpha-систе-
мах н некоторых других.
Существуют два варианта шипы, каждая из ннх имеет свой разъем
подключения',
• 32-разрядная — используется в компьютерных системах, разъем
подключения двусторонний, на 124 контакта (рис, 3,4; а, б),
• 64-разрядная — применяется в серверах, разъем подключения на
188 контактов (рнс, 3,4, в, а)
Первоначально рабочая частота шины составляла 33 МГц Более
поздние модификации (версия 2 I) предусматривают и 66 МГц. Пропуск
пая способность ее составляет 132 и 264 Мбайт/с, соответственно.
Предусматриваются два варианта реализации PCI-снстемы, с 3,3 В
н 5 В, интерфейсными сигналами (соответственно, "3-вольтовые' и
5’вольтовые” системы) На входы буферных схем едаптеров (Vl/О) по-
лаются соответствующие уровни напряжений Системные разъемы (на
системной плате) в "3-” н ’5-вольтовыхи PCl-снстсмах различаются поло-
жением ключевых выступов
• в 3-вольтовых’ системах выступ ("3 вольтовый’ ключ) размещает-
ся вместо 12 и 13 пар контактов, рис 3,4, б;
• в и5>нольтовых’ системах ключ размещен вместо 50 и 51 пар кон
тактов, рис 3,4, а
PCI-адаптеры в зависимости от необходимого уровня напряжения по-
дразделяются иа несколько типов
• ”3-” и "5 вольтовые’ — имеют прорезн для соответствующих вы-
ступов,
• '’универсальные' — имеют две прорези,
Шина PCI предусматривает режим ведения передачи, когда поток
данных минует процессор Устройства, способные вести обмен подобным
образом (они получили название Bus-master), могут напрямую записи
1 49 52 62
a) fli — для 5-вол ьтоеых устройств (3 2-разрядная)
1 11 14__________________62
«) ц 111 Д —для 3-волыовых устройств (32 разрядная)
1 62 63 94
9) '1 1 Ц| Д Ц —5-эольтовая (64-разрядная)
1 62 63 94
a) I ilL-—-—---—__ jji___ il —З-эольтовая (64-разрядная)
Рис 3 4 Разъемы РС1-шияы
65
Глава 3
вать в ОЗУ н считывать из него. Устройства Bus-slave могут только за-
писывать в память, Отмстим, что основное назначение этих режимов —
не увеличение пропускной способности шнны, а разгрузка процессора,
снятие с него необходимости выполнять рутинные операции.
В PCI шине для подачн запросов прерывания отведено четыре линии
(срабатывание по уровню, "низкому") 486-е и старые Pentium-платы
имели по 3—4 PCl-разъема, Соответственно, количество подключаемых
устройств не превышало четырех. Каждому из них выделялось поотдель
ной линии, Со временем чнело разъемов на плате уяелнчнлось до 5—6.
Кроме этого, появился AGP-порт, для обслуживания которого использу-
ется одна нх тех же линий запроса
Шнна (начиная с версии 2.1) разрешает сложившуюся ситуацию ор*
ганнзацнен системы разделяемых PCl-прерыпаппп (interrupt sha
ring) Схема подачн запроса организуется таким образом, что к одной ли-
нии возможно подключение нескольких устройств, Задача системной
платы (чнпсета) и программ BIOS состоит в организации обслуживания
этих запросов. Сложная ситуация возникает в том случае, когда сразу
несколько устройств посылают запросы одновременно, Задача систе-
мы — зафиксировать запросы, найти их источники н обслужить Линия
перейдет в "неактивное" состояние только после того, как последнее
устройство снимет свой сигнал
Шипа версии 2,2 допускает возможность "горячей" замены устройств
(PCI Hot-Plug), Адаптер может быть установлен нлн извлечем без вы-
ключения компьютера, Кроме этого, предусмотрена возможность управ-
ления через шину энергопотреблением подключенных устройств,
В марте 2002 г, появилась спецификация SIG, описывающая PCI-сис-
темы версии 2 3 Вводится несколько новшеств
• Предусмотрена работа едаптеров от питающих напряжений 3 3 н
5 В’
♦ 3,3 В — в’новых’системах,
♦ 5 В — для обеспечения обратной совместимости со ’старыми
системами
В системные разъемы (версия 2,3) допускается установка только
’ 3 вольтовых” н ’’универсальных’' адаптеров
• Спеш1фккаш1я PCI v2,3 устанавливает новые ограничения на раз
меры адаптеров Они станут значительно меньше. Особенно важно
уменьшение высоты, Это позволит устанавливать нх в ннзкопро
фнльные корпуса без использования "елкн”
• В структуру PCI-снстемы вводится последовательная SMBusuih
на (System Management Bus).
66
Материнская плата
Первоначально предназначалась для доступа к специальным регист-
рам микропроцессоров, содержащим сведения об нх рабочих характерн
стиках (параметры электрических сигналов, диапазоны рабочих частот,
еденные с термодатчнка и т,д,), Потом область ее применения значитель-
но расширилась Теперь SMBus включена в состав PCI-шнны, Она будет
использоваться для доступа к запоминающим блокам адаптеров, содер
жашкм сведения об их внутренней организации и имеющихся ресурсах
Существует несколько модификации PCI-шины
PCI-X — вариант шипы для серверных систем Поддерживается
основными производителями компьютерной техники IBM., Compaq,
Hewlett-Packard,
Это 64 разрядная шина способная вести обмен с частотами от 66 до
133 МГц.. Адаптеры РСЬХ бывают "3«вольтовымн и ’’универсальными’
Совместимы "сверху-вниз*1 с обычной РСЬшшюй Установочные разъемы
одинаковые. Адаптеры РС1 будут работать в структуре PCI-Х с частотой
33 МГц, На этой же частоте будут работать адаптеры РСЬХ, прн нх уста*
новке в обычный 64 разрядный PCI-разъем РСЬХ 2 0 частоты 266 МГц и
533 МГц,'
Compact PCI — архитектура построения промышленных компьюте-
ров Сочетает в себе
• канал обмена PCI (возможны 32- и 64 разрядные реализации)
• конструктив евромеханикн (платы стандартных форматов 3U н 6U)
Основное требование к создаваемым системам — обеспечение надеж-
ности при работе в тяжелых промышленных условиях (вибрации, агрес-
сивные среды н т,п.). Промышленный компьютер наготавливается в виде
набора нлат стандартного размера (в том числе н системная плата). Сис-
тема собирается путем подключения к соединительной панели, имеющей
комплект запараллеленных установочных разъемов
Эти разъемы — не те РСЬслоты, которые мы привыкли видеть на сне
темной плате К ним предъявляются повышенные требования',
• по стойкости к вибрации и ударам
• ко надежности обеспечения контакта прн выполнении большого
количества операций подключения плат и нх извлечения
С того момента, когда на системной плате разместились системные
разъемы двух шин, в терминологический оборот вошли понятия "леное"
и "правое” расположенно микросхем. Что это такое?
Представим себе: корпус компьютера лежит задней стенкой к нам,
системная плата параллельна столу. Разъемы PCI размещаются слева,
ISA — справа. Устанавливаем в слоты PCI- н ISA-адаптеры. Крепежные
кронштейны смотрят на нас, напаянные на платы контроллеров мнкро
67
Глава 3
схемы — Друг на друга На адаптере ISA — 'левое* расположение мнкро
схем, на адаптере PCI — ’правое*
Для чего это сделано? Есть пары соседствующих разъемов, ISA н PCI,
позже — PCI и CNR (или ACR), Расстояние между ними может быть еде
лаио на полсаитнметра меньше, чем между всеми остальными Адаптеры,
вставляемые в эти разъемы, претендуют на одну н ту же прорезь в зедней
стенке корпуса (рис. 3,5), Одновременно использовать этн панели нельзя
Достоинства н недостатки данной схемы "Минус — одни нз упомя*
нутых разъемов всегда будет ’’гулять”. ’’Плюс’ — системная плата будет
чуточку уже (иногда это очень важно)
Псрснсктннные шины- Пять тесть лет назад развитие средств вы
числительной техники привело к тому, что пропускной способности
ISA-шины стало недостаточно. Па.смену ей пришла шипа PCI Произво-
дительность увеличилась с 16 до 133 Мбайт/с
Однако ничто не вечно. 11рошло несколько лет и "узким местом' в си-
стеме стал сам РСЬканал Выявился еще один его недостаток — слабая
масштабируемость. Возникла необходимость в разработке нового снс
темного интерфейса
Компании Compaq, Dell, IBM. Intel, Microsoft при участии иекоммер
ческой организации PCI-SIG создали инициативную группу ио разработ
*..... Ill—»
«—*..... —»
PCI 5ов ’npatwo’
PCI 33В ‘правое'
ISA-8 'левое'
ISA Л 6, EISA
ISA + VLB
Рис 3 5 Установочные р^ъемы системных и локальных шин
68
Материнская плата
ке архитектуры нового информационного канала — Arapahoe Work Gro-
up Была разработана шнна ввода-вывода третьего поколения — 3GIO
(3-rd Generation I/O) Весной 2002 г, она получила имя PCI Express,
В качестве рабочего использовалось название Arapahoe.
Шину 3GIO можно назвать "последовательно-параллельной’, так как
ее составляют несколько последовательных каналов. Передача ведется
пакетами, включающими средства выявления сбоев (контроль по цикли-
чески избыточному коду — CRC) н другую служебную информацию Ра
бочая частота — до 2,5 ГГц Шнна не Содержит отдельных линий для по
дачи управляющих сигналов Все управление осуществляется при помо-
щи команд, передаваемых по тем же последовательным каналам Преду-
смотрена работа в режиме "peer-to-peer" (равный с равным), когда дан
ные от одного устройства к другому передаются напрямую без
задействования процессора в ОЗУ
ЗОЮ-шнна имеет улучшенные (в сравнении с PCI) средства масшта-
бирования. Последовательные каналы распределены на несколько групп.
Каналы каждой группы выведены в определенную секцию установочного
SGIO-разъема Предусмотрено четыре таких секции; XI, Х4, Х8, XI6, Ка-
налы секции XI обеспечивают пропускную способность порядка
5ОО.„55О Мбайт/с (т,е. примерно в 4 раза большую, чем у 32-раз рядной
PCI), На системной плате, спроектированной под такую пропускную спо-
собность шнны, будут размещены установочные 3010-разъемы состоя
мне из одной только секции "XI". Слот "ХЬсекшш" содержит 36 контак
тов. На начальном этапе использования шины он будет самым ходовым
Вариант шнны с каналами "XI, Х4" (или просто "Х4") имеет пропуск
ную способность в 4 раза большую, чем у шнны "ХГ, н установочный
разъем состоит из двух секций. Вариант "Х8" имеет пропускную способ-
ность в 8 раз большую, чем ’’ХГ, и т.д.
Адаптеры проектируют под определенный вариант шнны, и они будут
иметь соответствующий установочный разъем. Предусмотрена их обрат-
ная совместимость — адаптер модификации "XI" может быть установлен
в секции "XI" разъемов типа "Х'Г и выше.
Пераход на шниу 3GIO (появление первых устройств планируется в
2004 г,) не предполагает немедленный отказ от шины PCI, "Мосты" 3GIO
будут иметь блоки эмуляции PCI сигналов как в свое время PCI-мосты
эмулировали сигналы шины ISA,
Творение Arapahoe Work Group — ис единственный вариант замены
сегодняшних системных шин. Группа компаний предложила свою вер-
сию механизма обмена — шнну HyperTransport (НТ), В июле 2001 г
AMD, Apple, Broadcom, Cisco Systems, NVIDIA, PMC-Sierra, Sun Micro
systems, SGI, Transmeta образовали HyperTransport Technology Consorti-
um Позже к ним присоединилось еще несколько фирм в том числе VIA
69
Глава 3
В зависимости от варианта исполнения ПТ шина может иметь от 2 до
32 линии (2, 4, 8, 16 или 32), Частота передачи — от 200 до 800 МГц, по
обоим фронтам. Как и в архитектуре 3GIO предусмотрена работа в режи-
ме ’'peer-to-peer" (обмен между двумя устройствами без привлечения МП
и ОЗУ). Шина — двунаправленная, т.е, для ведения приема и передачи
используются отдельные группы линий (подканалы) Передача по ним
может вестись одновраменно. Возможны режимы когда рабочие частоты
приема и передачи различны. Для кодирования сигналов используются
LVDS-уровни (Low Voltage Dilferential Signaling)
Максимальная пропускная способность шины составит
4 байтах800 МГцх2 фронта = 6,4 Гбайт/с,
В двух направлениях — 12 8 Гбайт/с.
Начало нспользонаиню шины HyperTransport уже положено. Компа-
ния nViDIA применила ее в своих наборах «force 420/220, nForce 2 в ка-
честве внутренней шипы (связь между "мостами”). Реализована модифн
нация HyperTransport 800; 8 разрядов, рабочая частота 200 МГц
Пропускная способность НТ-800 составляет
I байтх200 МГцх2 фронта » 400 Мбайт/с
В двух направлениях — 800 Мбайт
AMD использует НТ-шнну м своем наборе AMD 8000, предназначен-
ном для работы с процессорами Opteron (Hammer).
Основу HyperTransport 'системы составляет "ИТ-хост", Он управляет
работой ’’туннелей", "хабов", подключенных ’TlT-устройств", Обычно
НТ-хост входит в состав процессоров млн "северных" мостов чипсетов.
Например, AMD-процессоры Hammer, Opteron; 1GP мосты из nVidfa-na-
боров пИогсе. (Ассортимент реально построенных НТ-снстем пока иеве-
лик, позже, вероятнее всего, будут применены н другие схемы размеще-
ния НТ'ХОста.)
’’ПТ-туннель’ — блок формирователь потоков, К нему подведены при-
нимающие и передающие подканалы шины Он является промежуточным
звеном между НурегТгапзрогЬшииой и подключаемыми внешними
устройствами (элемент цепи). Например, через AMD-8131 IlyperTrans-
port PCI-X Tunnel ведется обмен с устройствами, установленными в разъ-
емы РСЬХ, С хоста иа туннель поступают команды. Он отбирает "свои"
исполняет их. "Чужие” команды туннель передает дальше иа подключен-
ные устройства.
”НТ-хаб’’ организует подсоединение к шине блоков, входящих в со-
став компьютерной системы (LPT-, СОМ-, USB-портов, контроллера IDE
и др ) Входят в состав одного из мостов чипсета Например, МСР (nFor-
ce), AMD-81 II (AMD-8000)
70
Материнская плата
Пока оба стандарта представляются пользователям как открытые Од
нако как все это потом может повернуться неведомо
В свое время область микропроцессорных интерфейсов по инициати-
ве In lei была разделена надвое (на “своей” территории она установила ве-
сьма жесткие порядки). Вполне возможно, что н в области системных
шин произойдет нечто подобное
В завершении раздела скажем несколько слов по поводу одного про*
кладывающего себе дорогу терминологического новшества. Все чаще по
пятне "системная шина*' заменяют понятием "шина ввода-вывода".
Изначально системные разъемы (только через них пользователь имеет
доступ к системной щнне) предназначались для подключения блоков, об*
разующнх компьютерную систему: контроллеров жесткого диска, видео
адаптеров и т.п. Постепенно сложилась ситуация, когда все снстемообра
зующие компоненты стали интегрировать на системную плату. Требует*
ся только установить видеоадаптер, но он в подавляющем числе случаев
подключается через АОР*порт. В системные разъемы теперь вставляют
модемы, сетевые платы и т.п. — устройства, предназначенные для веде*
ння информационного обмена Так что в новом термине имеется опреде
ленный смысл
3,3, Локальные шины
Системная шнна решает в полном объеме задачу построения компью
терной системы и организации управления всеми подключенными
устройствами Кроме нес на плате могут быть организованы дополните
льные каналы связи. Они предназначаются для подсоединения специали-
зированных устройств или для расширения возможностей системной шн*
ны Область их применения более узкая, локальная. Отсюда и иазва
нне — локальные шииы,
VLB-шина (VESA Local Bus). В полной мере вопрос низкой пронзво
днтельностн ISA-шины встал с появлением 486*го микропроцессора
Пропускной способности 16-разрядион ISA-шнны, работающей с часто
той 8 МГц, было явно недостаточно для 32-разрядиых систем с тактовы
мн частотами 33, 40 МГц и выше.
Ассоциацией VESA (Video Electronics Standards Association) было
предложено решение, по которому передача ведется в обход системной
ISA шины. Устройствам, требующим быстрого обслуживания предостав-
ляется возможность доступа напрямую к микропроцессору. Количество
линий данных равно 32, линий адреса — 30; обмен ведется на рабочей
частоте процессорного ядра
71
Глава 3
Внешне VLB-панелн на системной плате являются как бы продолже-
нием системных ISA-разъемов, Они включают 112 линий. Размер контак
тных площадок н их шаг меньше, чем а ISA-разъемах Суммарный разъем
1SA-VLB — 4-блочный, двусторонний; его длина — более 20 см, Ско
рость передачи по шине теоретически может достигать 132 Мбант/с
В связи с тем, что подсоединение производится фактически к выводам
микропроцессора, нагрузочная способность которого ограничена, число
подключаемых устройств не должно превышать двух-трех
Сигналы шнны VLB являются, по сути, продолжением выводов 486 го
процессора. На платах данного класса она взяла иа себя некоторые снс
темные функции
Рассматривались варианты применения VLB а составе других систем
Было выпущено несколько моделей плат на базе процессоров Penti
um-60/66, иа которых она эмулировалась Однако развития эта идея не
получила С уходом 486-х систем ушла н VLB,
AMR, ACR, CNR шпны, Обычные звуковые карты, модемы нзготав’
ляпаются в виде отдельных плат и устанавливаются а один из системных
разъемов. Каждое из упомянутых устройств ведет обработку аналоговых
сигналов н, естественно, что в них есть блоки аналого-цифровых и цнф
ро-аналоговых преобразований- Кроме этого, имеется организующий эле
мент — специализированный процессор нлн управляющий контроллер
Группа компаний предложила новую схему выполнения обработки
звуковых и модемных сигналов в компьютере. Ее идея в следующем. Сис-
тема строится из унифицированных элементов: блока аналого-цифровых
преобразований (нлн кодек— КОднрованне/ДЕКодированне), управ-
ляющего элемента и капала связи. На системной плате размещается унн
версальнын управляющий элемент — AMR-блок (Audio/Modem Riser)
Набор микросхем на плате (чипсет), в состав которого он включается, и
саму системную плату это удорожит ие сильно, зато цену звуковых плат
и модемов позволит снизить значительно
На адаптерах, нлн как их еще часто называют — платах расширения
(riser-card), остаются только вспомогательные схемы и кодек Для нх
подключения на материнской плате размещается специальный 46 кон
тактный AMR-разъем,
Устройство и работа AMR-блока регламентируется несколькими нор-
мативными документами. Спецификация АС’97 описывает систему со
стоящую из: звукового кодека (Audio Codec, AC), AMR-контроллера и
связывающего канала AC-link. Спецификация М.С 97 оговаривает подоб
Иый блок, но с модемным кодеком (МС). Предусмотрен вариант системы
с комбинированным аудио модемным кодеком (АМС) Ее регламентиру-
ет протокол АМ.С’97
72
Материнская плата
Чипсет
L
| кодек Г
AMR
контроллер
AC-Lfnk
Модемный
сигнал
3 пуховой
сигнал
AMR,/"'4
ралом
Системная плата
Звуковой
сигнал
Модемный
сигнал
Заукомж
сигнал
Модемный
сигнал
Возможны несколько вариантов построения системных плат с
AMR-блоком. Более всего распространены изделия с поддержкой ЛС’97
Внешние звуковые устройства могут напрямую подключаться к разъему
на системной плате, а AMR-модем устанавливается в имеющийся разъем
и его работой по AC-link управляет встроенный контроллер (рис. 3.6, а)
Выпускаются модели системных плат с объединенным кодеком. Подсое
динеине телефонной линии н кабеля звуковоспроизводящего устройства
производится непосредственно к разъемам на плате (рис, 3.6, б). Воз-
можно создание системной платы, имеющей только AMR-процессор
Предназначенные для работы с ним адаптеры должны иметь собствен*
пын кодек или оба сразу (рис. 3.6, в)
Позже появился усовершенствованный вариант шины — ACR
(Advanced Communication Riser) К АС-лнйням добавлены Ethernet
HomePNA и некоторые другие возможности
73
Глава 3
Установочная ACR-панель сильно отличается от AMR слота. Она раз-
мещается левее всех системных разъемов (делит с крайним левым
PCI-адаптером прорезь в задней стенке корпуса) и очень похожа на
”3-8ольтовын" PCI-разъем (см. рис. 3 5) Соответственно, н ACR-адаптер
очень похож на обычную PCI-карту. Во избежание путаницы ACR-панель
немного сдвинута (по отношению к РСЬразъемам) к задней кромке сяс
темной платы. Крепежный кронштейн оказывается ближе к гребенке
установочного разъема н не позволит вставить ACR-адаптер в РС1 слот
Идея размещения на системной плате универсального блока, органнзу
ющего связь с внешними устройствами, понравилась многим производите-
лям компьютерной техники. Однако не все приняли архитектуру
AM.R(ACR)-iuHHbi, Фирма intel как всегда не захотела поддерживать чужие
решения и предложила свое В ней была разработана структура CNR-кана-
ла (Communication and Networking Riser). On содержит АС-Link, USB,
SMBus, Ethernet 10/100 Установочный разъем на 60 контактов.
К локальным шинам можно отнести и AGP-порт (Accelerated
Graphics Port), используемый для подключения графических 3D-koht-
роллеров. Однако его роль в структуре современного компьютера
слишком велика, чтобы говорить о нем вскользь. Далее ему будет по-
священ целый раздел
3.4. Форматы материнских плат и их размещение
в корпусе
В 1985 г. фирма IBM. выпустила персональный компьютер в конструк-
тиве AT (Advanced Technology); Основой его является материнская плата
(305 мм х 350 мм), иа которой размещались десятки различных электрон-
ных компонентов, н к ней подсоединялись все остальные блоки. С повыше-
нием уровня интеграции элементов иа кристалле количество дискретных
микросхем на плате уменьшилось. В конечном счете все свелось к неско-
льким БИС (Большим Интегральным микросхемам) — chipset. Размеры
платы уменьшились наибольшее распространение получил формат Ва
Ьу-АТ (220 мм х 330 мм), применялись платы Mini-AT (220 мм х 250 мм),
а в некоторых случаях и Supermini АТ (220 мм х 170 мм).
Но существовала и обратная тенденция. С каждым новым поколеин
ем размеры микропроцессоров увеличивались. Разработчики материн-
ских плат стремились уместить на ннх все большее количество дополни-
тельных устройств. Сначала был размещен одни канал IDE, потом два
Затем к ним был добавлен контроллер дисковода. В завершение иа плату
интегрировали каналы ввода-вывода Фактически иа плату был полно-
74
Материнская плата
стыо перенесен интерфейс с внешними устройствами, на йен весьма
плотно угнездилось большое количество разнородных элементов н распо-
ложен не нх оказалось далеко не самым рациональным.
Примерная компоновка элементов на плате АТ формата (486 го или
PenUum-класса) дается на рис. 3.7.
Прямоугольник материнской платы установлен меньшей стороной к
задней стенке корпуса (будем считать, что корпус стоит к пользователю
лицевой панелью). В дальнем левом углу расположены системные
ISA-разъемы, правее них — РСЬразъемы. В правом дальнем углу размеще-
ны панели для установки памяти, разъемы для подключения клавиатуры и
питания Между системными разъемами и панелями памяти помещены
вилки для подсоединения накопителей и устройств ввода-вывода (В-В)
к интегрированным иа плату контроллерам (каналам IDE, FDD н портам
ввода-выпада COM., LPT, GAME). На ближней к пользователю стороне
слева н в центре находятся панель процессора, стабилизаторы напряже-
ния, наборы настроечных перемычек, микросхемы chipset. В ближнем пра-
вом углу размещена кэш память и некоторые другие компоненты.
Со временем выявились недостатки данного формата плат и варианта
расположения па нем элементов.
• большое количество шлейфов подключения от интегрированных
устройств затрудняет доступ к плате,
• для того, чтобы добраться до элементов памяти, часто приходится
отсоединять одни нлн несколько шлейфов,
• размещение микропроцессора за системными разъемами делает не-
возможной установку "длинных" контроллеров (по крайней мере,
в некоторые из них).
Возможны несколько способов размещения материнской платы в кор-
пусе и подсоединения к ней контроллеров. Наибольшее распространение
получил вариант компоновки, когда системная плата крепится к днищу
(млн боковой стенке в корпусах типа tower), в системные разъемы встав
ляются контроллеры, которые затем за специальные кронштейны при-
крепляются к задней стенке корпуса В этом случае высота горизонталь
ното корпуса (или ширина у вертикального) не может быть меньше, чем
высота материнской платы на крепежных ножках со вставленными конт-
роллерами. В сумме получается 160... 180 мм.
При необходимости получить меньшие габаритные размеры корпуса
часто применяют LPX-формат платы н компоновки. В этом случае на
плате размещается только один системный разъем; ISA, EISA нлн PCI
(размер самой платы по этой причине может быть уменьшен) В него
вставляется плата-нереходннк (’’елочка"), на которой расположено не
сколько системных разъемов, н контроллеры вставляются уже в них По-
75
Глава 3
еле установки они занимают положение параллельно системной плате, а
не перпендикулярно ей, В результате корпус LPX в 1,5...2 раза тоньше
обычного, Этим форматом широко пользуются наиболее именитые фнр
мы производители компьютеров
Следующим шагом в направлении совершенствования конструкции
компьютеров стал NLX-формат, предложенный в 1997 г рядом веду*
щих фирм производителен (в том числе IBM. HP, Intel, DEC и др ) Осно-
ву данного вырнанта компоновки составляет переходная плата На иен
размещены разъемы, имеющие все системные сигналы и линии питаю*
щих напряжении. Материнская плата сконструирована таким образом,
что на иен есть разъем подключения и она сама устанавливается в
один из разъемов переходной платы Переходная плата NLX не являет-
ся принадлежностью материнской платы, а представляет собой отдель-
ное устройство, форма которого определяется конструкцией корпуса
Разводка сигналов в разъемах и их форма строго регламентируются.
Форматы LPX и NLX позволили внести улучшения в компоновку
компьютера и форму его корпуса. Добиться более рационального разме-
щения эле ментон на системной плате попытались разработчики
ATX-формата. Они стремились навести порядок на плате, не увелнчн
вая при этом ее размеров. Примерное размещение элементов на платах
класса Pentium Н и Pentium Ш приводится на рис. 3.8.
Первое, что было предложено, — повернуть прямоугольник платы на
90 градусов. После этого она встала к задней стенке корпуса своей более
длинной стороной. Системные разъемы ISA и PCI остались в дальнем ле-
вом углу Рядом с ними размещен AGP-иорт.
Область вдоль дальнего правого края платы была отведена для раз-
мещения разъемов устройств ввода-вывода Конкретное место и поря-
док размещения не оговаривались. Это оставлено на усмотрение разра-
ботчиков плат, В задней стенке корпуса АТХ имеется прорезь, через ко-
торую к ним осуществляется доступ. Размещение разъемов устройств
ввода-вывода па плате уменьшило количество шлейфов и освободило
пространство над ней.
Ниже области размещения разъемов В-В располагается микропроцес-
сор Место за системными разъемами освободилось, и проблемы, связан-
ные с установкой длинных контроллеров, были сняты
Рядом с процессором находится разъем (или разъемы) подключения
питания. Ниже него размещены панели для установки элементов памяти
В правой ближней области отведено место для разъемов подключе-
ния дисководов и lDE-накопнтелей. В этом месте они оказались рядом с
управляемыми устройствами. Стало возможным использовать короткие
кабели, что положительным образом сказалось на качестве передавае-
мых сигналов На ближнем к пользователю левом краю платы размеще-
76
Материнская плата
ни микросхемы chipset, ПЗУ, стабилизаторы напряжения, наборы кон-
фигурирующих перемычек н некоторые другие элементы.
ISA PCI
/ t
Клавиатура
Питание АТ
Socket
Разъемы подключения
накопителей и
устройств В-В
Панели для
установки SIMM 72 pin
и DIMM модулей
Кэш память
Рис 3 7 Размещение элементов на материнской плате типа Baby АТ
ISA PCI AGP
Рис 3 8 Размещение элементов на материнской плате формата АТХ
77
Глава 3
Платы АТХ выпускаются в нескольких типоразмерах
• 305 мм х 241 мм (12м х 9 5") — базовый АТХ размер,
• 285 мм х 208 мм (11,2" х 8 2’) — МипАТХ,
• 244 мм х 244 мм (9,6 х 9,6 ) — MicroATX
• 228 мм х 191 мм (9" х 7,5") — ПехАТХ
В классе Pentium примерно половина плат выполняется в ЛГХфор
мате, а в классе Pentium 11 он уже явно доминирует.
Большие изменения были внесены в конструкцию блока питания
ATX-корпуса Вентилятор его был перенесен с задней стенки (выходя-
щей на заднюю стенку корпуса) внутрь компьютера Он оказался рядом с
микропроцессором н, работая в режиме нагнетания воздуха, обеспечнва
от усиленное его охлаждение
Главная особенность АГХ-блоков питания заключается в том, что сис-
тема может управлять нхработой. От БП на системную плату идет 20-про-
водный кабель (рис. 1.3). Кроме линий подачи питающих напряжений
(+3,3 В, +5 В, -5 В, +12 В, -12 В) он содержит линии 5V§b и Power Оп.
Выключение/включенне АТХ системы может выполняться несколь-
кими способами:
1. Отключение от сети электропитания. Прн выключении этим спосо-
бом система полностью обесточивается. На блоке питания есть переклю-
чатель (обычно он выходит иа заднюю степку корпуса), при помощи ко-
торого н производится отсоединение В системах АТ выключение выпол-
нялось только этим способом.
2 Усыпление” блока. Завершая работу, пользователь может перевес
тн систему в режим ("спящий" компьютер), когда некоторые внешние
устройства (например модем) имеют возможность возвратить ее в рабо-
чее состояние чтобы она выполнила необходимые операции по их обслу-
живанию
Для этой цели в компьютере есть еще одна выключающая кнопка
Ома находится на передней панели корпуса. Нажимая ес, пользователь
подает электрический сигнал на системную плату, которая посылает
нужную команду на БП. Конкретный способ выключения системы (от-
ключение или "усыпление”) выбирается длительностью нажатия кнопки:
меньше 4 с — один способ, больше 4 с —другой. Такой режим срабаты-
вания этой кнопки задается через Setup .
3. Под управлением Setup. По команде программы Power Manage-
ment, входящей в состав Setup, с системном платы иа блок питания мо-
гут быть поданы сигналы, переводящие его в режим пониженного по-
требления нлн режим "сна”. Выход из этих состоянии производится так-
же по команде с системной платы
78
Материнская плата
3.5. Процессоная шина и установка микропроцессора
на системной плате
Процессор оперирует информацией трех видов: данными, адресами
управляющими сигналами. Для ее подачи на системную плату имеются
специальные передающие линии. Вместе с линиями питающих напряже-
ний н "земли" они составляют процессорную шнну. Обычно разработчи-
ки МП закладывают в структуру шины некоторое количество резервных
линий. Это позволит в последующих модификациях процессоров приме-
нить дополнительные сигналы. Например, при переводе Pentium 111 с яд-
ра Coppermine иа Tualalln в структуру шины введены сигналы, позволяю
щне МП подать запрос о нвлнчнм иа плате блока стабилизации напряже
ння определенной модели. С платы подается ответный сигнал только по
еле этого процессор запускается.
Подключение сигнальных выводов МП к линиям процессорной шины
на системной плате выполняется при помощи установочной панели.
Нржкн МП вставляются в отверстия контактной матрицы н зажимаются
там. что обеспечивает надежный контакт.
Долгое время в МП технике и электронике для формирования элект
рнческнх уровнен сигналов использовались TTL-схемы (Transistor*?ran*
sistor-Logic). При проектировании процессоров шестого поколения (Реп*
tium Pro — Pentium III) фирма Intel решила отказаться от этой техноло-
гии. Вместо нее она применила схемы Ганнинга (Gunning Transceiver Lo-
gic, GTL), т.е. устройства на транзисторах с открытым коллектором
Это позволило.
I . Снизить разницу между электрическими уровнями логических сиг-
налов ("О" и "I") с 5 (3,3) В до 1,5В Короче становится "фронт” сигнала,
быстрее выполняется переход из одного логического состояния в другое
Соответственно, появляется возможность повысить рабочую частоту (в
итоге она и выросла с 66 до 133 МГц).
2 Создать шниу, к которой одновременно могут иметь доступ неско-
лько устройств, и при этом не возникают электрические конфликты Ста-
новится возможным построение многопроцессорных систем
3 Построить систему, в которой напряжения питания GTL схем и
процессорного ядра ие совпадают Появляется возможность в одной н
гой же системе использовать модели процессоров, требующие различные
уровни питающих напряженки, н при этом не менять структуру шины.
Оговаривая номенклатуру используемых сигналов, их электрические
параметры (GTL-схемы) методы борьбы с помехами Intel ввела пои я
тие — шииа GTL+
79
Глава 3
Для подавления помех на обоих концах каждой сигнальной лиинн
устанавливаются терминирующие резисторы. На них подается напряже-
ине I,5B (VTT) ’Низкий” логический уровень не должен превышать
0,6 В, "высокий” определяется напряжением VTT
Шнна GTL+ совершенствовалась После того как структура стока в
транзисторах с открытым коллектором была доработана (AGTL-схемы,.
Assisted GTL), модификация типы получила название — AGTL+ Со ,
временем VTT-напряжеино в ней было снижено до 1,25 В
Кроме передачи потока данных и последовательности команд, In-
tel шины используются для выиолиеиия дополнительных операций В нх
структуру включен вспомогательный информационный канал, ведущий
передачу в последовательном формате — SMBus По нему с процессора,
считывается служебная информация
• с термодатчнка (о степени нагрева ядра); <
• из блока PIROM (Processor Information ROM.) хранящею сведения
о П|К>цессоре н «строенной кэш-памяти,
• из блока Scratch БЕРНОМ (это электрически перепрограммируй.
мое ПЗУ, куда производители компьютеров могут самостоятельно]
занести нужную им информацию) 5
Процессоры Pentium 4, построенные на базе архитектуры NetBurst, j
для ведения обмена используют тину QPB (Quad Pumped Bus). Элек-;
трнческие параметры сигналов те же, что и у AGTL+. К структуре шины.)
добавлены несколько сигнальных и резервных линий, а также большое]
число линий подачи питающих напряжений и "земли”. Общее количество ;
проводников с 370 увеличилось сначала до 423. а потом и до 478. Идеоло->
гня шины осталась прежней: к иен может быть подключено несколько)
устройств, и они будут делить между собой ее пропускную способность. >
Основное новшество, которое реализовано в QP-шине, заключается в]
гом, что для формирования частоты передачи данных применен принцип j
аппаратного умножения. В МП этот прием используется уже давно (на-’
чниая с SX2 и DX2). Теперь пришел черед и рабочей частоты процессор-]
кой шины. Умножитель (”х4") заложен в структуру шинных формирова-]
телей и пользователем изменен быть не может. ‘
Кварцевый резонатор входящий в состав системы, генерирует серию |
тактирующих' сигналов Эта серия используется в качестве базовой'
(опорной) для создания рабочих частот отдельных компонентов системы j
Первоначально для систем на базе Pentium 4 использовалась тактовая 1
частота 100 МГц, частота шнны (с учетом умножителя) — 400 МГц. По-
зже ее увеличили до 133 МГц. соответственно, частота шнны возросла .
до 533 МГц. Пропускная способность увеличилась с 1,06 Гбайт/с (у Реп-'
hum П/Ш) до 3,2 Гбайт/с (при 400 МГц) и 4,26 Пэайт/С (при 533 МГц). ;
80
Материнская плата
Процессоры AMD использую'; для ведения обмена шину EV6. Она
пыла разработана фирмой DEC н применялась в серверных системах, под-
строенных на базе процессоров Alpha Реализует механизм передачи
'гочка-точка" (два устройства находятся на концах шины н ведут между
гибок обмен). Такой подход позволяет прн построении многопроцессор-
нон системы выделять каждому процессору отдельный информационный
напал, по которому будет вестись обмен с чипсетом. Нагрузка на ’’север
нын" мост увеличивается, ио возрастает суммарная пропускная способ-
ность объединенной процессорной шины
Передача происходит по обоим фронтам синхросигнала, т.е. с часто-
той, вдвое превышающей тактовую Для процессоров, изготавливаемых
но технологии 0,18 мкм. частота составляла 266 МГц (133x2). С перехо-
дом иа технологию 0,13 мкм частота процессорной тины возрастала до
333 МГц (166x2). а затем и 400 МГц (200x2).
Электрические параметры шины определяются протоколом HSTL
(High Speed Transceiver Logic — высокоскоростная TTL-логика). Напря-
жение — I ,8...2,5 В. Предельное значение тактовой частоты — 250 МГц
(рабочая 250 х 2 = 500 МГц)
Микропроцессоры для персональных компьютеров упаковываются в
корпуса да ух видов плоские и предназначенные для вертикальной
установки
Плоский корпус — это кремниевая или пластиковая пластина квад
ратной (за одним исключение — Pentium Pro) формы иа которой разме-
щен процессорный кристалл. На инжпен стороне находятся контактные
ныступы — ножки, на верхней — маркировочная надпись Существует
несколько вариантов исполнения плоских корпусов
PGA (Pin Grid Array) — керамическая пластина, процессорный крис
галл прикреплен к ней снизу, ножки организованы в виде линейной мат-
рицы (386DX, 486DX)
SPGA (Staggered Pm Grid Array) — пластина керамическая, шахмат
цое размещение ножек в матрице (Pentium, К5, Кб),
PPGA (Plastic Pin Grid Array) — процессорная пластина, на которой
размещен кристалл, пластиковая (Celeron Mendocino).
CPGA (Compatible PGA) — процессорная пластина керамическая,
расположенный сверху кристалл закрыт металлической крышкой, кор-
пус предназначен для установки в Socket 7 (AMD К6-2, AMD-Кб-Ш)
PLCC (Plastic Leadleas Chip Carrier) — пластиковый корпус, ножки
выведены через его боковые грани и затем подогнуты к его нижней сто-
роне (286, 186) Процессоры устанавливаются (вдавливаются) в специа-
льные панели — ’кроватки”
81
Глава 3
• PQFP (Plastic Quad Flatpark Package) — планарное размещение но
жск. Они выведены через боковые грани корпуса и имеют форму, удоб-
иую для их припаивания к плате (386SX. Am386DX). В настоящее время
чаще всего используется для упаковки схем чипсета.
FC-PGA (Flip Chip Pin Grid Array) "Flip Chip’ — перевернутый крис
та л л В PGA’t<opnyce процессорный кристалл размещен на нижней сто*
роие процессорной подложки (со стороны ножек) и Крепится к ней своей
верхней гранью. Fla корпусе FC-PGA кристалл находится сверху. С под.
ложкой он соприкасается нижней гранью,-т с развернут на ISO* (Penti-
um HI, Celeron Coppermine)
FC-PGA2 — процессорный кристалл накрыт защитной пластиной,
дополнительно выполняющей роль теплоотвода (Pentium Ш Tualatin,
Pentium 4).
Вертикальные корпуса. П^юцессориый кристалл размещен на не-
большой прямоугольной текстолитовой плате. На одной из длинных ее
сторон находится ножевой разъем В некоторых случаях для лучшей за-
шиты процессорная плата убирается в специальный защитный корпус —
картридж
SECC (Single Edge Contact Cartrlge) — процессорная плата убрана в
защитный корпус, и с одной стороны к нему прикреплен теплоотводиой
радиатор (Pentium И, Athlon)
SECC2 — процессорная плата убрана в защитный корпус, на нем,
кроме радиатора, площадь которого уменьшена, размещен вентилятор
(Pentium Ш).
SEPP (Single Edge Processor Package) — процессорная плата, на ко-
тором размещен процессорный кристалл, не убрана в картридж (первые
модели Celeron, Duron)
Процессор можно установить только на плату, имеющую подходящую
для него панель
Для установки 486 х процессоров используются панели нескольких
видов Первый вариант панельки имеет 168 контактов Они организова-
ны в матрицу размером 17x17 с трехрядным линейным расположением
контактов. При установке процессора ножки с усилием вдавливаются в
контактные отверстия разъема.
Нумерация контактов по горизонтали — буквенная, по вертикали —
цифровая.
Позже для 486*х и Pentium-процессоров было разработано еще несколь-
ко вариантов установочных панелей. В них уже применялись зажимы типа
ZIF (Zero Insert Force — с нулевым усилием). Процессор свободно вставля-
ется в разъем, а затем поворотом специального рычага одновременно зажи-
маются все ножки Эго позволяет избежать необходимости прилагать уси-
лие! которое может привести к повреждению корпуса и ножек
82
Материнская плата
ABCOEfGHJKLtlNPOnSTU
Рис 3 9 Socket 2 (238 pin)
Socket 1 Используется для установки 486-х процессоров. Матрица
размером 17x17 (A..S, I... 17). Трехрядиое размещение 169 контактов
От первоначального варианта панели отличается наличием дополните ль
ной ключевой ножки D-4, используемой процессорами OverDrive. Обес-
печивается подача питающего напряжения 4-5 В
Socket 2. Предназначен для 486-х процессоров Матрица размером
19x19 (A...U, L..I9) 4-рядное расположение 238 контактов (рис. 3.9)
Для установки обычных 486-х требуются только 3 внутренних ряда кон-
тактов. Внешний ряд контактов задействуется только процессорами Реп
tium OverDrive. Питающее напряжение +5 В
Socket 3. Предназначен для 486-х процессоров. Матрица размером
19x19,4 рядное расположение 237 контактов (добавлен контакт AI, убра
ны АЗ и Ct) Обеспечивает подачу питающих напряжении +3,3 В и +5 В
Socket 6. Предназначен для 486-х процессоров. Матрица размером
19x19,4 рядное расположенно 235 контактов. От Socket 3 отличается от
сутствнем контактов А19 и Е5. Питающее напряжение +3,3 В Приме-
нялся очень редко
Socket 4 Предназначен для установки процессоров Pentlum-60/66 с
линейным расположением ножек. Четырехрядная матрица размером
*21x21 (A.AV, I ..21) плюс ключевой контакт Е5 Всего 273 контакта Пи-
тающее напряжение +5 В
Socket 5 Панель для установки процессора Pentium с шахматным
расположением ножек Имеет 320 контактов в 5 рядов, организованных
83
Глава 3
в матрицу размером 37x37 (A...AN, I...37) У Socket 5 иет контакта
АН«32, который есть в Socket 7 (рис, ЗЛО). Панель обеспечивает нодачу
иа МП только одного сигнала BF (BF0), задающего коэффициент внут-
реннего умножения частоты в процессоре. На плату с данной панелью
могут быть установлены процессоры с рабочими частотами 75. 133 МГц,
Подается одно напряжение питания +3,3 В.
Socket 7 Панелька для установки Pentium с шахматным расположе
иием ножек Основная панель для процессоров данного класса. Имеет
321 контакт, организованный в матрицу размером 37x37 (рис 3 10)
Обеспечивает подачу двух уровнен питающего напряжения: +2,8 В для
ядра системы и +3,3 В для устройств ввода вывода Это позволяет уста
иавливать в нее процессоры ММХ
Для передачи иа МП коэффициента внутреннего умножения частоты
иа МП в паиели имеется три линии. BFO(BF), BF(I) и BF(2), Линия
BF(2) используется только процессорами AMD Панель допускает уста-
новку процессоров всего диапазона частот (75...233 МГц)
Socket 7 в определенном смысле является символом целого иаправле
ния среди микропроцессорных систем После того как Intel свой новый
процессор Pentium II разработала под новый тип установочной панели —
Slot I, то сначала казалось, что будущее за ним и системы иа базе Socket
7 скоро уйдут в прошлое Конкуренты Intel — фирмы AMD и Cyrix дума-
ли иначе и доказали преждевременность этих предположений Они пред-
84
Материнская плата
ложили новую архитектуру компьютерной системы использующую па
цель Socket 7 — платформу Super 7
На ее основе были построены компьютеры, по производительности
tie уступающие системам Pentium П. Другим аргументом в пользу
утверждения о том, что технология изготовления процессоров в плос-
ких корпусах еще не выработала свой ресурс, является то, что Intel
вернулась к этой идее. Она начала выпускать часть Celeron и Pentium
III в плоских FC-PGA корпусах Все Pentium 4 упаковываются в плос-
кие корпуса ,
Socket 8 — 387 контактная панель для установки процессоров Penti-
um Pro, имеющих необычное расположение ножек: 259 из них на одной
половине корпуса размещены в шахматном порядке, Другие 128 — мат
ричио. По этой причине неправильная установка МП в разъем исключена
Разработана фирмой Intel. Обеспечивает подачу двух уровней питаю
щего напряжения: для ядра процессора и вторичной кэшпамяти
Для установки 486-х и Pentium-процесссоров использовалось по не-
скольку различных панелей. По этой причине подробно описаны их раз
линия В последующем Intel и AMD создали каждая для своих процессе
ров но паре специализированных разъемов (под плоский корпус и для
вертикальной установки) Многообразие исчезло, и необходимость зна-
ния особенностей каждого из них отпала. Пользователю теперь требует-
ся решить только одну несложную задачу — купить для процессора соот-
ветствующую плату (или Процессор для платы) После этого установка
МП в панель — чисто механическая операция
Slot 1, Slot А Панели для вертикально устанавливаемых процессо-
ров. Контакты (в Slot I и Slot А их по 242) расположены в два этажа
Slot I — панель для Pentium II, Celeron фирмы Intel.
Slot А — панель для процессоров Athlon компании AMD
Внешне разъемы выглядят совершенно одинаково, ио разводка сигна
лов и размещение ключей в них выполнены по разному.
Slot 2. Панель для установки серверных процессоров фирмы Intel
(Pentium II Хеоп, Pentium Ill Хеоп).
Socket 370, Socket А (или Socket 462) — панели для процессоров
в плоских корпусах с шахматным расположением контактов (как это бы
ло у Pentium и Pentium MMX). Внешне они похожи на Socket 7
Socket 370 До недавнего времени использовалась для установки то
лько Celeron и Pentium III фирмы Intel. Монополию нарушила фирма
VIA-Cyrix, спроектировавшая под него свой новый процессор. Матрица
размером 37x37 контакты расположены в шесть рядов
Одним из аргументов в пользу возврата производителей к плоским
корпусам стало то, что упакованный в него процессор стоит дешевле, чем
его собрат в картридже Дешевле стоит разъем, устанавливаемый на пла-
85
Глава 3
ту, да н для производителей системных плат удобнее разрабатывать свои
изделия пол плоский процессор. В условиях хлесткой конкурентной борь
бы ннкто ис захотел давать сопернику даже мелких преимуществ.
Socket A (Socket 462). Предназначен для установки AMD-процессо
ров Athlon и Duron, упакованных в плоские корпуса Матрица размером
39x39 контакты в восемь рядов
Socket 423 Предназначен для установки процессора Penlium 4
(с ядром Willamette). Расположение контактов шахматное.
Socket 478 Предназначен для установки процессора Pentium 4
(с ядром Northwood) Расположение контактов линейное (как у 486-х
или Pentium-60/ 66).
Socket 603 (Socket Г) — панель для установки процессоров Хеоп
(серверная версия Pentium 4)
3.6. Чипсет (Chipset)
Для того чтобы МП мог производительно работать необходимо Орга
низовать его взаимодействие с окружающими устройствами (память, ка-
налы ввода-вывода) н обеспечить обмен данными по системной шине, Па
первых компьютерах XT эту задачу решали десятки дискретных элемен-
тов Позже дан этих целен стали разрабатывать специализированные
микросхемы с высокой степенью интеграции. Их количество сократилось
до 3(5) шт. Такой комплект получил название "чипсет" (Chipset) — про-
цессорный набор или просто набор
Intel, AMD, VIA Technologies, Ah (Acer Ijbs Inc,), SiS (Silicon in-
tegrated System corp,), nVIDIA, ATI и некоторые другие.
В 386-х системах задача, решаемая чипсетом, относительно простая
При веем многообразии моделей плат основные параметры у них у всех
одинаковые;
• носители памяти практически на всех платах (кроме самых пер
вых) — SIMM 30-pin;
• одинаковая системная шина ISA,
• ассортимент МП невелик н все они полностью программно со
вместнмы,
• размещение иа плате дополнительных устройств применялось
очень редко
Следствием этого стало то, что между chipsei не было существенных
различий.
В системах на базе48б-х процессоров комплекс задач, решаемых чнп
сетом, усложнился На это повлияло несколько причин:
86
Материнская плата
• ассортимент процессоров увеличился, между ними стало больше
различии;
• возникла необходимость Организации параллельной работы неско-
льких системных шин (ISA + VLB) или (ISA + PCI);
• потребовалось обеспечить параллельную работу двух различных
носителей памяти; SIMM 30 и 72-pin.
Для построения первых 486-х плат, использующих только ISA-шину,
применялись комплекты: Bioteq 3480/90, ОРТ! 393/495,
PC Chips 3228 Позднее появились чипсеты Contaq 596,
H1NT 8001/2, UMC 481/82, UMC 491/492/493, UMC 498,
VIA 496/406, OPTi 895, SiS 471 Наиболее совершенные 48б-е систе-
мы строились на основе набО|К>в VIA GMC-486, SiS 496/497, которые
организовывали работу РС1*шииы н каналов EIDE
С появлением процессоров Pentium (а затем и остальных членов это
го семейства: Pentium II, Pentium Pro и др.) разработкой и изготовлени-
ем наборов для плат плотно занялась фирма Intel. Будучи разработчиком
и производителем наиболее распространенных процессоров (а процес-
сор, как известно, для chipset — основной клиент и законодатель), зная о
них все, ей было несложно создать элементы, связывающие их (МП) с
шинами, памятью и другими устройствами
Последовательно на рынок был выпущен целый ряд наборов Sa-
turn (420ТХ), Mercury (430LX), Neptun (430NX), Tri-
ton (430FX) Выявленные в ходе их эксплуатации ошибки и недостатки
были учтены при разработке комплектов 430НХ, 430VX н 430ТХ, по-
лучивших общее название Triton II Основные характеристики этих
трех наборов приводятся в табл. 3.2.
Кроме этого Intel серьезно занялась выпуском самих материнских
плат, которые делались исключительно под Pentium. По позициям тради-
ционных производителей материнских плат был нанесен сильный удар. В
то же время это подтолкнуло нх к необходимости выводить свою продук-
цию на новый качественный уровень.
Приход Intel в новую область совпал с тем моментом, когда иа рынок
Pentium-процессоров вышла и там прочно утвердилась продукция ее
основных конкурентов — фирм AMD и Cyrix. Традиционные производи
тели плат и процессорных наборов начали выпуск универсальных изде-
лии, способных работать с несколькими типами процессоров. Они разра-
ботали и наладили производство нескольких чипсетов (табл. 3.3)
Когда был выпущен процессор Pentium Pro, то в первое время он ис
пользовался с наборами 430НХ и 430VX, позже специально для него был
предложен chipset Natoma (440FX PCIset). Он поддерживал память
типов FP EDO, BEDO и допускал применение двух процессоров Для по
87
Глава 3
строения многопроцессорных систем были разработаны комплекта1
450GX PCIsct н 450КХ PCIset,'получившие общее название Orion.
Они сделали возможным построение четырсхлрОцессорных систем
Таблица 32
Наборы фирмы Intel Triton II для Pentium-cucrcsi
Набор 430НХ 430VX 430TX
Количество микросхем 2 4 2
Состав 8243SHX 82371SB 02437HX 02371S8 8243SVX (2 шт) FW02439TX FW82371AB
Частота шины, МГц GS 66 06
Кэш-память
Режим работы (L1) WB WB WB
Максимальный размер (L2) Кбайт 512 512 512
Оперативная память
Максимальный Объем Кбайт 512 12S 256
FP 5-S-S-3 5-3-3-3 5S-S-3
EDO 5-2-2-2 S-2-2-2 5-2-2-2
8EDO — — —
SDRAM — 5-1 1 1 5-1-1-1
Поддерживаемые шины
PCI 21 + + +
EISA + — —
AGP — — —
Встроенные функции
АТА/33 — — +
EIDE + + +
USB + + +
После выхода процессора Pentium П (внутренняя архитектура Pentium
Pro) совместно с ним первоначально использовался набор Natoma Позже
появился новый процессорный набор 440LX AGPset (82443LX/823
7IAB) Процессорная шииа н доступ к памяти на частоте 66 МГц Поддер-
жка двухпроцессорное™, установочная панель Slot I Оперативная па
мять на базе элементов FP, EDO DRAM (объем до I Мбайта) и SDRAM
(до 512 Кбайт). Диагностика ошибок по четности н алгоритму ECQ Для
работы с дисковыми накопителями контроллер АТА/33 Порт АбРШ
88
Материнская плата
Таблица 3 3
Наборы для Pentium-систем (прочие производители)
Производитель VIA SIS
Набор VP VP2 vpx 5571
Количичество микросхем 4 2 2 1
“Мосты' VT02C505VP VTS2CMS VTS2C565VP2 VT02C58BA VT82C5S5VPX VT02C50&B 5571
Частота шины МГц 75 75 75 66
Кэш-память
Режим работы (L1) WB/WT WBJWT WBjWT WB
Максима льныйразмер (L2) Кбайт 1024K 2O40K 204SK 512K
Оперативная память
Максимальный объем Мбайт 612 512 512 512
FP s-s-s-з 5-3-3-3 5-3 5-3 5-3-3-3
EDO 4-2-2-2 4-2-2-2 4-2-2 2 5-2 2 2
BEDO + + +
SDRAM — 6-1-1-1 6-1-1-1 6-1 1 1
Поддерживаемые шины
PCI 21 + + + +
EISA — — — —
AGP — — — —
Встроенные функции
АТА/33 — + + —
EIDE + + + +
USB ♦ + + +
Следующим набором для систем на базе Pentium П н Celeron (уста
иавливаемых ’ о SIoI I) стал набор 440ВХ AGPset ("мосты*
82443BX/8237IAB). Допускает построение двухпроцессорных систем
(SMP). Частота процессорной шниы — 66, 100 МГц Установочные пане-
ли Slot I. Socket 370 Оперативная память может строиться иа элемен-
тах типа FPi EDO н SDRAMi частота шины доступа к ней — 66
100 МЩ объем оперативной памяти до I Гбайт Для обнаружения оши
бок предусматривается контроль по четности и ЕСС Поддержка шины
AGP (2х). Применяется шина РС1 версии 2 I, рабочая частота которой
создается путем деления частоты внутренней шины иа коэффициенты
2 или 3. Возможно ведение обмена в режиме Bus Mastering Для работы
89
Глава 3
с дисковыми накопителями в состав набора включен контроллер
АТЛ/ЗЗ/66/IOO Другие возможности: USB-контрОллер (2 порта), под
держка технологии Power Management (РС97)
Набор оказался очень удачным. Он показал производительную и устой
чмвую работу. В нем обнаружились внутренние резервы, о наличии кото-
рых первоначально и не предполагали. Замена флеш-BIOS и нспользова*
ине специальных плат-переходников позволили устанавливать на платах
440ВХ процессоры Pentium Ш модификаций Coppermin и даже Tualatin
Для создания простых систем иа базе Celeron используется чипсет
440ЕХ AGPset. Он поддерживает рабочую частоту 66 МГц, максималь-
ный объем ОЗУ равен 256 Мбайт, контроль памяти выполняется только
по четности, двухпроцессорный вариант невозможен.
В составе серверных систем используется усиленная модель Penti
um П — Pentium Ц Хеоп. Сопутствующий ему набор 450NX PCIset
производится в двух вариантах: полном — 450NX Full PCIset и
обычном — 450NX Basic PCIset. Каждьм из них позволяет строить
системы, содержащие до 4 процессоров. Рабочая частота в обоих слу-
чаях равна 100 МГц. Различие между ними в том, что полный вари-
ант допускает работу адресным пространством 8 Гбайт (обычный —
4 Гбайта), позволяет организовать систему из двух серверов с общей
памятью, дает возможность развернуть большее количество 32 и
64-разрядных каналов PCI.
Для создания высокопроизводительных рабочих станций иа базе Реп
tin in II и Pentium И Хеоп предназначен комплект 440GX AGPset. Как и
набор 440ВХ, он может быть использован для построения двухпроцес-
сорных систем. Допускает работу на частоте 100 МГц и имеет усовер-
шенствованный вндсопорт AGP. Его основное отлнчис от предшествен-
ника (440ВХ) в том, что он обеспечивает работу с двумя гигабайтами ад-
ресного пространства
Перевод фирмой Intel процессора Pentium II на новую установочную
панель поставил перед ее конкурентами вопрос: что дальше7 Использо-
вать новый Intel-разъем (Slot I) нельзя. Следовательно, нужно усилить
имеющуюся структуру. С этой целью была разработана и предложена по-
льзователям усовершенствованная архитектура Pentium-снстсм, полу
пившая название Super 7
В основе систем Super 7 лежат следующие предпосылки
• установка процессора в уже ставшую традиционной панель
Socket 7
• частота шины — не менее 100 МГц
• включение в состав системы видеопорта AGP,
• поддержка USB-шнны
90
Материнская плата
• задействование для контроля за памятью ЕСС алгоритмов и неко
торые другие
Для поддержания новой архитектуры был выпущен целый ряд про*
цессориых наборов: AH Aladdin V, VIA Apollo MVP3, SiS 5591/5595
и некоторые другие (табл. 3.4) На нх основе и с использованием процес-
соров фирм AMD и Cyrix были разработаны системы, по производитель*
иости равноценные платформам Pentium II
Таблица 34
Наборы для систем Super 7
Производитель VIA AU 8I8
Набор VP3 MVP3 Aladdin V 5571
Количичество микросхем 2 2 2 2
‘Мосты* VT02C5B7 VT02C506B VT02C590AT VTS2C586B M1541 M1543C 5591 5595
Частота шины МГц 100 100 100 100
Кэш память
Режим работы (L1) WBJWT WBJWT WB/WT WB
Максимапьныйразмер (L2) 204S 2040 2048 2040
Оперативная память
Максимальный объем, Мбайт 1024 1024 1024 766
Шина (МГц) 100 100 100 66
FP 5-3-3-3 5 3-3 3 5(6)-3-3-3 5-3-3 3
EDO 5-2 2 2 5-2 2 2 5-2 2 2 5(6)-2*2*2
BEDO — — — —
SDRAM 6 1 1-1 6-1 1 1 6-1 1 1 5(7)*1-1*1
DDR SDRAM + + — —
Поддерживаемые шины
PCI 21 + + + +
EISA — — — —
AGP + + + +
Встроенные функции
ATA/33 + + + +
EIDE ♦ ► + +
USB ♦ + + +
91
Глава 3
Для того чтобы AMD К6-2. Кб-111 могли конкурировать с lntel-снсте-
мами. иа базе связки Celeron + 1810 VIA разработала интегрированный
чипсет VIA Apollo MVP4 Набор состоит из двух схем
(VT850I /VT82C686A). обмен между которыми ведется по 32-разрядиой
PCI-шнне с частотой 33 МГц, В состав "северного" моста включен графи-
ческий 30/20-контроллер Trident Blade 3D Оперативная память стро-
ится на основе элементов FP, EDO, SDRAM (объем до 768 Мбайт). Час7
тота шин (процессорной и доступа к памяти) — до 100 МГц Дополните-
льные возможности: АМС'97, AMR-шина, 4 порта USB
Возможностей систем, построенных иа базе MVP4. вполне хватало
для офисных систем по для игр было явно недостаточно.
3.7. "Мосты" и внутренняя шина, степпинги, драйверы
чипсета, взаимодействие ОС и материнской платы
В период становления архитектуры Pentium 11 в компьютерную лексн-.
ку вошли два новых термина — "северный" мост» "южный” мост.
Создавая структурную схему процессорного набора, разработчики;
разных фирм взяли на вооружение один оформительский прием На са-\
мый верх страницы, как Солнце над Землей, вознесся микропроцессор.'-
Ниже размещается схема, обеспечивающая его связь с ОЗУ, поддержу
ку канала AGP и некоторые другие функции. Она является соединяю:'2
щнм звеном, "мостом" между МП н этими элементами системы. Ниже*,
разметался еще один 'мост", содержащий контроллеры IDE, USB-nop<
ты, эмулирующий сигналы РСЬ и ISA-шин и выполняющий еще неко^
торые функции
По аналогии с географической картой, на которой север вверху, пер-1
вый "мост” (Bridge) получил название "северного" (North), второй —;
"южного" (South). Другим компонентам процессорных наборов “географ
фическнх” названий не Придумали, да их чаще всего просто и нет. Эти,
названия понравились как производителям, так и пользователям. Они»
получили "путевку в жизнь и приобрели определенную смысловую на-’-
грузку. Теперь употребление этих терминов предполагает, что данный''
блок обеспечивает выполнение определенного набора функций
Большинство современных чипсетов имеют одинаковую компоновку*...
все электронные блоки упакованы в две схемы "мостов" Связь между;
"мостами" организована по специальной внутренней тине.Она приме*;
ияется даже в том случае, когда электронные блоки обоих "мостов" упа-'
кованы в один корпус Разница сводится к тому, что при первом варианте
исполнения длина шины измеряется сантиметрами, при втором — мил-
лиметрами
92
Материнская плата
Первоначально в качестве канала связи использовалась PCI-шина
В чипсетах для настольных систем применялся 32-разрядиый вариант
шины (ALi MAGiK I, Al la din PNT2, Alladin Pro 4 и 5, Apollo Pro и др.),
и серверных наборах (AMD — 760 MPX) — 64-разрадиый.
Пропускная способность этих шин составляет 133 и 266 Мбант/с,
соответственно. Для систем класса Pentium III, Pentium 4 этого недоста-
точно. Если представить себе гипотетическую ситуацию, когда все основ
ные устройства ’'южного" моста одновременно захотели провести переда-
чу, то объем выставляемой на шину информации составит.
• два IDE-иакопителя АТА/66(100) — 133 (200) Мбайт/с,
• РС1-устройство— 133 Мбайт/с,
• lSA-устронство — 16 Мбант/с
• два канала USB 1.0 — 3 Мбайт/ с,
• встроенный сетевой контроллер— 12 Мбант/с
Получилось примерно 287 — 364 Мбайт/с Это предельная (пико
вая) нагрузка Реально передаваемые объемы значительно меньше ио
все равно видно, что возможностей РСЬшины для выполнения виутреи*
него обмена недостаточно. Одно, ио производительное РС1-устройство
способно "наглухо" заблокировать внутренний обмен в системе
Первой новую схему ведения обмена разработала и применила фирма
Intel. Свон наборы для систем Pentium III (начиная с 1810) она начала
строить по принципу хабовой архитектуры (Hub Architecture). Основные
элементы набора (хабы) связываются между собой быстродействующим
каналом — Hub-Link (HL)
Принципиальных различий между понятиями "хаб" и "мост" нет Все-
гда в Intel-наборе есть два хаба, содержащие примерно те же блоки, что и
южные" — "северные" мосты у других производителен. Intel всегда лю»
била вводить в оборот новые термины, не отступила она от своих правил
и в этот раз (в конце концов, это дело вкуса; один — Иваио'вы другие —
Ивановы)
Шина Hub-Link первой модификации (HL 1.0) — 8-разрядная, обмен
ведется на частоте 133 МГц, по обоим фронтам сигнала Пропускная спо
собность — 266 Мбайт/с.
В следующей модификации шины (HL 2.0) разрядность увеличена до
16 рабочая частота поднята до 266 МГц. Кроме этого, разработчики уч»
ли тенденцию к снижению уровней питающих напряжений в процессор
пых блоках, электрические уровни сигналов шины были снижены Про
иускиая способность HL 2.0 составляет 1,06 Гбайт/ с.
Для "облегчения жизни" разработчиков процессорных наборов и из
готовителен системных плат при переходе от HL 1.0 к HL 2.0 была выпу
93
Глава 3
щена промежуточная модификация шины — HL 1,5. В ней сохранены
старые рабочие характеристики (разрядность] тактирующая частота), но
электрические параметры сигналов соответствуют Требованиям HL 2.0
Примерно по такому же пути пошли и Другие производители процессор*
иых наборов. Каждый из них предложил свои вариант внутренней шины
Компания VIA использует в своих изделиях ншну V-Link. Начальная
версия шины (пропускная способность 266 Мбайт/с) применена в Набо-
рах для систем Pentium lil, Alhlon и в первых чипсетах для Pentium 4
(КТ266, KN266, Р4Х266 и др ) В "продвинутых" чипсетах для Pentium 4
и Athlon ХР (Р4ХЗЗЗ, Р4Х4ОО, КТ400) используется усовершенствован*
иын вариант шины — V-Link 533.
Фирма SrS разработала в своих наборах класса Pentium 4 впутреи
нюю шину MuTIOL (Multi Threaded I/O Link — многопоточный канал
ввода-вывода). Шипа 16-разрядиаЛ] рабочая частота — 66 МГц, переда-
ча ведется по обоим фронтам. Пропускная способность первой модифи-
кации шины (в двух направлениях) составляет 533 Мбайт/с. Усовер-
шенствованный вариант шины обеспечивает производительность
I ,06 Мбайт/с.
В основу работы шипы положен принцип, использованный в синхро-
нной памяти с виртуальными каналами (VC SDRAM)". Контроллеры ши-
ны, входящие в состав мостов, предоставляют подключенным устройст-
вам возможность осуществить передачу в любой момент (без ожидания
момента, когда шниа свободна). Алгоритм работы подключенных
устройств строится из расчета] что у каждого нз них есть свой канал до-
ступа к шине. Однако эти каналы воображаемые — виртуальные. Дай
ные попадают во внутренние буферы контроллера В момент, когда шниа
будет свободна] он их передаст.
В изделиях фирмы ATi используется шипа A-Link. Это модификация
PCI-шипы. Такая организация набора позволяет подключить к "север-
ным" мостам ATi "южные" мосты других производителен, ведущие пере-
дачу по PCI каналу
В процессе эксплуатации процессорные наборы совершенствуются,
модифицируются: добавляются новые возможности, меняются электрон-
ные схемы отдельных блоков и т.п. Каждая новая схемная реализация из-
делия получает свой идентификационный код. Он хранится в структуре
набора и может быть программно считан. Вероятно, исходя нз того, что
каждая устраненная ошибка, каждый дополнительно реализованный ре-
жим — шаг (step) на пути совершенствования изделия, код конкретной
реализации набора получил название степпинг (stepping).
Когда в структуру чипсета вносятся существенные изменения (есте-
ственно, что они фиксируются соответствующим степпиигом), то изме-
94
Материнская плата
ияется и его маркировка Однако, если изменения незначительны (заме
на одних электронных схем на другие, исправление ошибок) и они не
придают набору новых "заметных" качеств то модификация изделия по
лучает свой степпииг, а название остается прежним. Меняются только
маркировки микросхем, составляющих чипсет. К ним добавляется неско»
лько буквенных млн цифровых литер В этом нет никакой "хитрости”
производителей. Для большинства пользователей сведения о конкретной
схемной реализации элементов чипсета не представляют большого инте*
реса, специалистам, чтобы получить нужную информацию, достаточно
надписей на корпусах микросхем
С развитием компьютерной техники, с ужесточением конкурентной
борьбы между производителями пользователи оказались в непростой си*
туации Имеется с десяток различных процессоров класса Penti*
um П/Pentium Ш/Pentium 4. Чипсетов для них в несколько раз больше,
и выпускает нх также несколько фирм. Комплект устройств, входящих в
состав "мостов’, у различных производителен не совпадает. Да и между
'мостами" (особенно "южными") одного изготовителя, ио из разных на
боров, имеются существенные различия Ассортимент включенных в них
устройств не совпадает. Все они предназначаются для решения одного
круга задач, ио делают это не совсем одинаково. Остро встала проблема:
как увязать выбранные компоненты в единую систему к на выходе полу*
чить надежно функционирующий компьютер
Конфигурирование компьютера (в первую очередь, устройств систем-
ной платы) требует от пользователя немалой квалификации, а далеко не
все ее имеют Производители компьютерной техники и разработчики
программных средств, в полной мере понимая сложность начальной иии»
цнализации системы, постарались снять с потребителя выполнение этой
операции По взаимному соглашению они решили придерживаться опре
деленных правил регламентирующих: процедуры доступа к ресурсам
платы, алгоритм обмена и некоторые другие операции. В основу процеду
ры настройки был положен принцип "прямого диалога" между ОС и мате-
ринской платой В идеале он должен пройти вообще без вмешательства
пользователя.
В ходе настройки операционная система должна
• определить перечень устройств, находящихся на плате и требую
щих программной настройки;
• найти драйверы, способные организовать работу этих устройств,
• построить процедуру программной инициализации устройств пла
ты и обеспечить их работоспособность.
Задача очень непростая, и, чтобы облегчить ее выполнение, произво-
дители чипсетов и разработчики ПО согласовали между собой: набор ис-
95
Глава 3
пользуемых инструментов, методы их взаимодействия и сам принцип по»
строения инициализирующей процедуры.
В структуру чипсета заложены определенные средства опознания
VendorlD — код производителя и конкретного набора, а также Dcvice-
ID — коды устройств, составляющих данный набор.
Кроме этого, в комплот поставки входят* инициализирующие про*
граммы, драйверы устройств и ШГ-файлы. Вместе они составляют про
Граммиое обеспечение платы Иногда весь этот программный набор назы-
вают драйверами чипсета
Задача инициализирующих программ — выполнить настройку
программируемых устройств иа рабочие режимы Они должны занести
управляющие коды по конкретным адресам Это процедуры однократного
исполнения
Драйверы — резидентные программы (постоянно находящиеся в
ОЗУ), обеспечивающие работоспособность устройств (в данном случае,
устройств системной платы). Обращение к ним (чаще всего по сигналу
прерывания) происходит всякий раз. когда возникает необходимость ис-
пользования соответствующего устройства.
INF-файл (файл вида *.1п1) — командный файл, помогающей ОС ор-
ганизовать из драйверов и инициализирующих программ процедуру на-
стройки определенного компьютерного блока (в данном случае, систем*
ион платы)
Имея в своем распоряжении перечисленный инструментарии, опера»
цнонная система проводит настройку системной платы.
Компьютер включается Устройства системной платы, в первую оче»
редь, те, которые связаны с выполнением начальной загрузки (контрол-
леры IDE, FDC), средствами BIOS настраиваются иа простейшие рабо-
чие режимы BIOS разрабатывается для конкретной платы, и в нем пре-
дусмотрено выполнение соответствующих операций. Например, видео-
карта, даже саман ’'навороченная'*, без использования драйверов будет
работать в одном нз обычных VGA-режимов
Следующим шагом должна быть загрузка операционной системы
При первой загрузке ОС (в процессе инсталляции) проводится ее конфи
гурироваиие (настройка) иа конкретную аппаратную часть. Современные'
материнские платы предполагают работу под управлением ОС типа Win-
dows, поэтому о них и пойдет речь
Запуск Windows или процедура начальной загрузки ведется
под управлением специального командного файла. Он содержит пере-
чень программ и драйверов, которые должны быть выполнены; задает по-
следовательность их исполнения указывает путь доступа к ним Его и
нужно подготовить
96
Материнская плата
Командным файл, управляющий процедурой начальном загрузки фор
мируется исходя из набора устройств, имеющихся иа плате (и подключен’
пых к ней иа момент установки ОС). Windows посылает на системную
млату специальный запрос и в ответ получает набор идентифицирующих
кодов (VendorlD/DevIcelD)
Номенклатура устройств, с которыми придется иметь дело, устаиовле
W. Теперь нужно подобрать драйверы для нх настройки, Для этих целей
«перацноиная система имеет в своем составе набор универсальных драй’
иеров, позволяющих выполнить настройку практически всех устройств
платы; контроллеров дисковых накопителей, канала AGP, звуковом кар*
ты, монитора, USB*nopTOB, модемов, сети и др. На их основе ОС может
организовать загрузочную процедуру и худо ли бедно решить задачу при
ведения системной платы в рабочее состояние Однако нужно помнить,
что настройка системы на максимальную производительность в этом слу»
чае маловероятна. Кроме этого, неудачно примененные драйверы могут
стать причиной медленной или нестабильной работы компьютера.
Например, универсальный драйвер не знает всех особенностей по
строения конкретного контроллера АТА/133. Не сумев настроить его на
эту скорость, ОС постарается применить АТА/100. Если и он не зарабо
1-ает, то перейдет на еще более простой и медленный режим. Практнче
скн всегда обмен удается запустить, ио быстродействие будет иевысо
кнм. Другой пример, не зная схемной организации AGP-каяала, его рабо*
ту с размещением видеопамяти в ОЗУ универсальный драйвер организо-
вать вряд ли сумеет Для этого требуется программа, учитывающая осо*
бениоети внутреннего устройства конкретного видеоконтроллера, и
написать ее может только сам разработчик,
В том случае, когда ОС не может своими средствами ииициализиро*
нать некоторые устройства, или если пользователь решил, что он сможет
выполнить настройку лучше, то необходимы драйверы платы. Обычно
(»11и поставляются вместе с ней иа гибкой дискете или лазерном диске.
Дискета (или диск) устанавливается в накопитель и выполняется
Процедура Windows — "Установка оборудования" (Пуск — Настройка •—
Панель управления). Затем через опцию ’’Обзор’ отыскивается и запус»
кается ШВфайл. Он содержит информацию о том, как нужно построить
процедуру начальной загрузки, чтобы провести настройку дайной платы:
• какие драйверы и в какой посяедооальности нужно исполнять
• какая структура для их размещения на дисковом накопителе дол
жиа быть организована
На некоторых дискетах с драйверами вместо 1ЫГ’фанлов (или вдопол
некие к ним) разработчики предлагают пользователям воспользоваться
услугами специального файла Setup, Он запускается и в режиме прямо
97
Глава 3
го диалога с ОС организует; размещение драйверов на диске и делает
нужные записи в процедуре начальной загрузки. После того как процеду-
ра Организована она всякий раз будет исполняться при загрузке ОС.
Устойчивая и производительная работа компьютера под управлением
ОС — оптимум. Стремясь к нему, изготовители оборудования исходят из
того, что универсальный драйвер “ хорошо, а программа, написанная
ими для своего устройства, — еще лучше. По этой причине они заиите*
ресованы в том, чтобы подготовленные ими драйверы по настройке их из*
делин были включены в состав ОС Такой подход не противоречит ните*
ресам разработчиков операционных систем
По соглашению с Microsoft в состав Windows 98 включены средства
поддержки многих наборов Intel В Windows Millenium к ним добавлены’:
драйверы для изделий VIA Такие договоренности достигнуты не только^
изготовителями чипсетов. Они одинаково выгодны всем производителям':
компьютерной комплектации и ими успешно применяются (В общем
объеме, занимаемом ОС на диске, немалая доля используется для размен
имения набора драйверов)
3,8, Процессорные наборы для плат класса
Pentium III и Athlon
Начиная с процессоров класса Pentium III дороги Intel и AMD оконча*'
тельно разошлись. Программно их изделия остались совместимы, (Разлн-i
чия только в дополнительных' мультимедиа командах,) С аппаратной точ-
ки зрения они совершенно различны — на одну и ту же системную плату
теперь их устанавливать нельзя Это неизбежно ’’аукнулось” для разра*?
ботчиков чипсетов. Естественно, что Intel и AMD стали делать наборы/
только "под себя* Остальным пришлось либо что-то выбирать, либо де^.
лать два комплекта ,
Ситуация на рынке процессорных наборов очень быстро меняется.j
В начале 2001 г он был поделен примерно в следующей пропорции:?
VIA — 40 %, Intel — 40 %, остальное примерно поровну между AMD,?
Alt и S<S (присутствие nVidia н ATI пока оценивается долями процента). }
Несколько неудачных “ходов" VIA и к середине 2002 г расклад выгля*'
дел следующим образом: Intel — 60 %, VIA — 22 %, Ситуацией воспо*,
льзовалась StS. Ее доля составила 14 % Появившийся в нужное время
новый товар позволил ей занять освободившуюся "нишу”.
Что же эти фирмы предлагают производителям системных плат, а.
следовательно, и пользователям’ Рассмотрим их изделия не в зависимо-!
сти от нх долм на рынке, а по степени известности в России • '
98 !
Материнская плата
Для плат на основе Pentium III Intel применила хабовую архитектуру
(Intel Accelerated Hub), Система организуется в виде нескольких базо*
вых узлов-хабов, работающих под управлением МП Обмен между ними
ведется ио специальным скоростным каналам. Раисе для этого использо
валась шина PCI (Наборы других производителен строятся примерно по
такому же принципу, ио они ие используют данный термин).
Первым набором, реализующим этот принцип, стал 1810. Его состав*
ляют следующие элементы G82810/ 182801/ 182802):
• Memory Hub — выполняет функции контроллера шины, работает с
памятью. Содержит встроенный AGP-видеоконтроллер.
• l/O Hub — обеспечивает работу устройств ввода-вывода.
• Firmware Hub — содержит встроенный генератор случайных чисел
(Intel Random Number Generator).
Вместе c i8l0 в речевой оборот вошел термин интегрированный
чипсет. Подразумевается процессорный набор, содержащий все необхо-
димые для построения компьютера компоненты, — видеоадаптер, конт-
роллер винчестеров, ввод-вывод и еще некоторые другие блоки Создавая
плату на основе такого набора, изготовитель исходит из того, что в боль
шмистве случаев система на ее основе будет строиться без использова-
ния внешних контроллеров По этой причине «а ней имеется всего 1—2
системных разьема (так, на всякий случай). Все компоненты одно пл ат
ного компьютера легко упаковываются в небольшой изящный корпус и
вместе с монитором, клавиатурой и мышью составляют компьютер нача
льного уровня для работы в офисе или для бытовых целей.
Скорость процессорной шины — 66 и 100 МГц. 1810 рассчитан на ра
боту с памятью SDRAM (РС100). Имеет встроенный графический конт-
роллер Для работы с дисковыми накопителями есть контроллер
АТА/66. Наличие в составе набора генератора случайных чисел нозво
ляет строить йа его основе системы, обеспечивающие высокие уровни за
щиты информации, кодирования, режим электронной подписи.
К недостаткам набора можно отнести то, что нет AGP-разъема и виут
реииий видеоконтроллер не отключается. По этой причине нет возмож
иости использования внешнего видеоадаптера (даже для PCI шины)
Несколько позже был выпущен улучшенный вариант чипсета —
(810Е Основное его отличие от предшественника заключается в том, что
он поддерживает 133 МГц процессорную шину. (Может быть также иа
строен иа 66 или 100МГц.) Обмен с памятью ведется иа частоте 100 МГц
Возможна работа в асинхронном режиме, когда передача по шине и обмен
с памятью идут иа разных скоростях. Модификация I810E2 предназиаче*
иадля работы с процессорами иа основе ядра Tualatin
99
Глава 3
Наборы 1810 (1810Е) оправдали не все надежды разработчиков снс*
темных плат: имеющийся в их составе видеоадаптер был весьма слабым;
не поддерживали память типа RDRAM. Устраняя этинедоделки, Intel вы*
пустила новый комплект — 1820. Он построен на основе тон же хабовой
архитектуры, составлен из трех схем (182820/ 182801/ 182802)
• Memory Controller Hub (МСН) — выполняет функции контроллера
внутренней шины, организует работу памяти и AGP-канала;
• I/O Controller Hub (1СН) — контроллер ввода вывода;
• Firmware Hub (FWH) — содержит BIOS, генератор случайных чи
сел и некоторые вспомогательные блоки.
Процессорная шина — 100/133, контроллер дисковых накопите*
лен — АТА/ЗЗ/бб. Встроенного видеоконтроллера нет, Содержит ка
нал AGP 4х (на плате есть-разъем для подключения внешнего контролле-
ра)
Первоначально Intel предназначала новый набор для работы исключи-
тельно с ОЗУ типа Rambus DRAM Жизнь внесла свои коррективы Эта
память дорога, широкого распространения на момент выхода /820 не по
лучила. Большинство пользователей предпочитают иметь дело с привыч
нон синхронной памятью. В результате поддержка только одного вида
ОЗУ оказалась слабым местом набора. Пришлось его срочно доделывать
чтобы он мог работать и с SDRAM В состав чипсета ввели специальный
блок, формирующий из сигналов RDRAM сигналы для SDRAM. Необхо-
димость выполнения промежуточной операции привела к дополнительно-
му расходу времени. При частоте процессора 133 МГц обмен с памятью
ведется со скоростью 100 МГц.
Следующим по порядку появления стал набор 1815 (Solano) В его
состав сходят схемы;
182815 — GMCH (Graphics and Memory Controller Hub) ’северный’
мост, Поддержка процессорной панели Socket 370 и шины с частотами
100 и 133 МГц. Оперативная память объемом до 5I2M (небуферироваи
ная SDRAM без ЕСС). Частота обмена с ней — 100 или 133 МГц Шины
работают в синхронном режиме
Содержит отключаемый внутренний графический контроллер и
поддерживает AGP-шину (на плате есть разъем для установки внешнего
контроллера)
182801АА — ICH (I/O Controller Hub), ’южный” мост. Поддержка
PCI-шины, двух каналов АТА 33/66, звуковой карты (два канала), парал*
дельного и последовательных портов ввода-вывода, Содержит контрол
лер USB шнны версии 1,0 (два канала)
I82802AB — TWH (Firmware Hub) — генератор случайных чисел
100
Материнская плата
Доработанная версия данного набора — 1815Е (Solano 2) имеет в
своем составе усовершенствованный хаб 1СН2 (18280! ВА). Для работы с
дисковыми накопителями он дополнительно предоставляет режим
ДТА/100 Содержит да а контроллера USB (четыре канала), звуковую
карту (шесть каналов). Использование 1СН2 позволяет включить в со
став набора контроллер сетевых интерфейсов — I82562EH Внутренний
видеоконтроллер может быть отключен.
Позже было выпущено несколько упрощенных модификаций данного
набора.
1815Е2 — нет поддержки памяти PC133 и только встроенный графи*
ческий контроллер
1815ЕР — тот же i8l 5Е но без интегрированного видеоконтроллера.
Оба набора выпускаются в исполнении для работы с Pentium Ш Тца
fatin. В этом случае они маркируются — i815Е B-Step/i815EP В Step
1815G/1815EG — та же пара, что и 48l5/i8l5Е, ио без AGP-шимы
(только встроенный графический контроллер).
Выпуская эти наборы, Intel стремилась сделать максимально дешевые
наборы, позволяющие изготавливать различные виды дешевых плат для
’простых" компьютеров.
Для построения мобильных систем на базе Pentium 111 М разработана
серия наборов 1830 (по возможностям они близки <815)
1830MG — со встроенным графическим ядром (1754), AGP разъема
для внешнего контроллера,
183ОМ — со встроенным графическим ядром и поддержкой внешнего
контроллера
1830МР — без встроенного контроллера работа только с внешним
AGP-контроллером
После того как в деле создания микропроцессоров компания AMD
"пошла своим путем", ей пришлось взять на себя проектирование чнпсе
тов для их поддержки Она не стремится занять серьезные позиции на
этом рынке У нее нет для этого свободных мощностей. Все они заняты
выпуском процессоров Цель, которую преследует AMD, работая в дай»
ной области — дать изготовителям системных плат вместе с процессо-
ром поддерживающий его набор Этим она старается предотвратить ситу
ацию, когда МП есть, а плат для него — ист Такой расклад может "свес-
ти на нет" все преимущества, даваемые выходом нового процессора Неп
риятности подобного рода AMD в полной мере испытала после выхода
Athlon, Ен пришлось приложить большие усилия, чтобы "разрулить" си-
туацию, Наступать на те же грабли второй раз она не хочет.
Первым опытом стал набор AMD*750. Ок состоит их двух элементов
(AMD-75I и AMD-756). Для ведения внутреннего обмена между МП н
чипсетом применена шина EV6 (используется в производительных снсте
101
Глава 3
мах Alpha), Обмен ведется на частоте 100 МГц «о по обоим фронтам, по*
этому фактически темп передачи равен 200 МГц Работа с памятью идет
иа частоте 100 МГц,
Набор Содержит AGP-порт (2х) Для обмена с накопителями исполь-
зуются ражимы АТА/ЗЗ/66
Позже появился набор AMD-760 (’мосты” AMD 761/766). Частота
шипы составила 100/133 МГц Панель — Socket А С учетом того, что
обмеи ведется по двум фронтам, то реальная скорость — 200/266 МГи
Поддерживается оперативная память SDRAM и DDR SDRAM
(PCI6OO/PC2100) Адресуемый объем — 8 Гбайт. Шина PCI 32/64-раз-
рядная, 33 МГц Поддержка AGP-шины (4х), четыре USB-канала.
Модификация набора AMD-760 МР ("мосты" AMD 762/766) пред-
назначена для построения двухпроцессорных систем иа базе Athlon МР
Это уже заявка на выход в область серверных систем, куда AMD пока хо-
да не было. В струк туру процессора Athlon МР не заложены какие бы то
ни было специальные "серверные" ресурсы. Организация производитель
ном SMP-системы (Symmetrical Multi Processing) возлагается да чипсет
Процессорный набор AMD 760 МР реализует две важные функции,
позволяющие двухпроцессорной системе достигнуть высокой производи-
тельности
Первая, Каждому МП предоставляется для связи с чипсетом отдель
пая шина (реализовано соединение типа "точка-точка"), В системах Intel
применена схема, когда пропускная способность одной шины делится
между двумя процессорами.
Вторая. Процессоры имеют возможность обмениваться данными из
своих кэшей. (Первый может считывать данные из кэш-памяти второ
го, и наоборот.) Обмен ведется через "северный" мост, но без записи
в ОЗУ Нет передачи по шине доступа к памяти, и на этом экономит
ся немалое время.
Кроме этих функций "северный мост обеспечивает работу блока ца
мятн, построенного на базе буферизированных DDR-элементов (до
4 Гбайт), и поддерживает AGP-шину. Частоты процессорной шины и ши
иы доступа к памяти синхронизированы, они составляют 200 (100x2) или
266 (133x2) МГц. Особенностью "моста" AMD-762 является то. что в его
состав входит контроллер 64-разрядиой PCI-шины (на 33 МГц). Эта же
шина используется для связи с "южным” мостом.
"Южный" мост (AMD-766) содержит контроллер жестких дисков
(АТА/100), контроллер USB, блок эмуляции ISA шины
Развивая свою серверную архитектуру, AMD предложила усовершен-
ствованный набор — AMD-760 МРХ. Он включает новый "южный1
мост (AMD-768) В сочетании с ним 64-рязряднын PCI-контроллер может
102
Материнская плата
обеспечить работу PCI шины иа частоте 6b МГц. Кроме этого, в состав
AMD 768 включен еще один PCI «контроллер, организующий работу
обычной шины (32 разряда на 33 МГц).
Для поддержки процессоров семейства Opteron (Hammer) AMD вы
пустила набор AMD*8000, Он состоит из трех схем.
AMD815! HyperTransport AGP 3 0 Graphic Tunnel ("северный*
мост) Содержит два канала HyperTransport ("А" — 16«разряднын, пролу
скная способность 6,4 Гбайт/с и "В" — 8-разрядный, пропускная способ-
ность 1,6 Гбайт/с) н AGP-порт, соответствующий требованиям специфи*
кации версии 3 0 (режимы 4х и 8х).
AMD-8111 HyperTransport In/Out НцЬ С южный" мост) Имеет, канал
HyperTransport (8-разрядиый, пропускная способность 800 Мбайт/с),
PCI-мост (для 32-разрадной шниы на 33 МГц), аудно*модемиый блок
(АМС'97), сетевой контроллер 10/100 Ethernet МАС, контроллер USB
2 О, АТА/ 133 для работы с дисковыми накопителями.
AMD-8131 HyperTransporl PCI X Tunnel (мост РСЬХ). Имеет: два ка-
нала HyperTransport ("А" — 16-разряднын, пропускная способность
6,4 Гбайт/с и "В” — 8«разрядиый, пропускная способность 3,2 Гбайт/с),
два канала РСЬХ ("А" и "В") с рабочими частотами 33 /66/100/133,
мост 64«разрядной PCI шины (66 МГц PCI 2 2)
Самый широкий ассортимент процессорных наборов предложила
компания VIA, Они предназначаются как для изделий Intel, так и для
AMD. Истинный слуга двух господ, по ставящий во главу угла собст
венный интерес
VIA первой получила право иа выпуск наборов для Pentium II Поя-
вился набор VIA Apollo Pro 133 (мосты VT82C69I/VT82C596A). Под
держивал SloII и Socket 8 (Pentium Pro). Шина —66/100 МГц ОЗУ на
базе синхронной памяти (частоты 66/ 100 МГц). Капал AGP (2х), два
USB-порта, АТА/66, Набор VIA Apollo Pro 133PIus ("северный" мост
VT82C693) мог работать с процессорами в исполнении под51о! I и Soc
ket 370. Модификация VIA Apollo Pro 133A (мосты
VT82C694X/VT82C686B) поддерживает режим AGP (4х), АТА/100, ко
личество USB-каналов увеличили до 4, Скорость работы шины доступа к
ОЗУ, увеличена до 133 МГц. Вариант набора VIA Apollo Pro 133Т
предназначен для работы с Tualatin.
На основе Apollo Pro 133А построен интегрированный чипсет, полу-
чивший название VIA Apollo РМ133 (мосты VT8605/596). Он имеет
графический 3D адаптер Savage 4 (отключаемый), контроллер АТА/100.
средства поддержки сети.
VIA Apollo КТ133 (первоначальное название KZ133). Преднвзначен
для построения систем иа базе процессоров Athlon, Duron (Socket А)
103
Глава 3
Оказался очено удачным Состоит из двух схем (VT8363/VT82C686)
Процессорная шина — 200МГц(100*2) Версия набора КТ133А обеспе-
чивает шину 266 МГц (133x2). Обмен с SDRAM-памятью (объемом до
1,5 Гбайт) иа частотах 66/100/133 МГц Встроенный звук, канал AGP
(2х, 4х), Для работы с накопителями режим АТА/66 (при использовании
схемы 686 А) и АТА/100 (при 686 В) Имеет четыре канала USB
Для построения плат на основе процессора Athlon в исполнении под
Slot А выпускается набор VIA Apollo КХ133, имеющий примерно такие
же характеристики, что и KTI33 В нем используется другой "северный
мост” — VT837I
На основе KTI33 построен интегрированный набор VIA Apollo
КМ133 для создания иедорогих'систем на базе процессоров AMD ("се-
верный" мост VT8365) Содержит допускающий отключение контроллер
Savage 4
Позже появились еще несколько интегрированных наборов для про-
цессоров AMD: VIA Apollo KLE133 и VIA Apollo KL133. "Северные"
мосты — VT836I /VT8364. Различие между ними в типе используемого
графического контроллера. В первом случае это Trident Blade 3D во вто-
ром — Savage Pro В остальном возможности одинаковы; канала для под-
ключения внешнего AGP-коитроллера нет частота процессорной шнны
100 МГц, память Р<21ОО/РС133 (до I Гбайта), контроллер винчесте-
ров — АТА/66 ("мост 82С686А) и АТА/100 (82С686В), АС97, AMR
Для работы с процессорами в исполнении под Socket 370 компания
выпустила интегрированный чипсет VIA Apollo PLE133. Это самый де-
шевый нз выпускаемых VIA наборов. Он состоит из двух мнкросхем
(VT860IA/VT82C686), по возможностям соответствует уровню
18IO/8IOE. Процессорная шина — 66/100/133 МГц. Имеет встроен-
ные: графический ЗО-коитроллер (Trident Blade 3D), звуковую карту, се-
тевой Ethernet-адаптер. Внешний AGP-разъем не поддерживает. Работа-
ете памятью типа SDRAM (РСЮ0/РС133), объем до 1,5 Гбайт. Интер-
фейс винчестеров АТА/33/66/100 Выпускается набор Apollo PL133
("северный" мост VT8604), имеющий те же ресурсы, плюс графический
контроллер — Savage 4 Выпускаются модификации для работы с Tuala-
tin — PLE133T/PU33T,
Дело, начатое PLEI33, продолжил набор VIA Apollo CLE266 (вы-
пуск начат летом 2002 г ). Состоит из двух схем — VT8623/VT8235
Для построения ОЗУ, кроме SDRAM используется и DDR-память
(PC2I00/PCI600) В PLEI33 этого не было. Имеет графическое ядро
Trident, AGP-порт не поддерживается Новый "южный” мост добавляет
набору: USB 2.0, АТд/133
104
Материнская плата
Для создания Компактных компьютерных блоков, использующих мак*
симальио дешевые платы (в частности, на базе наборов PLE и PL) VIA
разработала специальную архитектуру’Value Internet”:
• плата размером 219 мм х 191 мм (формат ITX),
• Socket 370 (в некоторых случаях процессор может припаиваться к
плате);
• использование внешних видеоконтроллеров не предусматривается,
• в корпусе блок питания размером 174 мм х 73 мм х 55 мм
Для работы с мобильными версиями процессоров Athlon и Duron VIA вы*
пустила набор VIA Pro Savage KN133. "Мосты" — VT8362/VT82C686B,
процессорная шина — 200/266 МГц память — PCIOO/PCI33 Имеет
встроенное графичесое ядро Savage 4 и AGP-порт (4х) для подключения
внешних контроллеров Для работы с дисковыми накопителями —
АТА/100
Компания VIA одна нз первых поддержала синхронную память типа
DDR и применила это новшество в своих изделиях
VIA Apollo Pro 266. Для работы с Intel-процессорами Pentium III, Ce-
leron и VIA СЗ в исполнении иод Socket 370 Мосты — VT8633/VT8233,
обмен между ними ведется по шине V-Link. Поддержка двухпроцессорное
стн, шина — 66/100/133 МГц Для построения ОЗУ: SDRAM
PCIOO/PCI33 (объем до I Гбайт) и DDR SDRAM РС1600/РС2100 (до
2 Гбайт). Прочие возможности — ATA/33/66/I00, порт AGP (4х), мо-
дем, SB, Ethernet» ACR, 6 USB-портов Для поддержки Tualatin выпускает*
ся модификация Apollo Pro 266Т.
VIA Apollo РМ266. Интегрированный набор для процессоров под
Socket 370 ОЗУ на базе SDRAM PC!00/PC!33 и DDR SDRAM. Связь
между мостами по V-Link. Графический контроллер — Savage 4 Воз-
можности использования внешнего AGP-адаптера нет Версия набора
VIA Apollo РМ266Т допускает работу с Tualatin
VIA Apollo КТ266. Предназначен для построения плат на основе
процессороов AMD (Athlon, Duron). Мосты VT8366/8233. МП шина —
200/266 МГц Оперативная память: SDRAM PCI00/PCI33 и DDR
SDRAM PC 1600/РС2100 (объем до 4 Гбайт). Для работы с дисковыми
накопителями контроллер, поддерживающий режимы АТА 33/66/100
11оддержка AGP-шниы (4х), 6 USB-каналов. Имеет встроенную звуковую
карту, модем, сетевой Ethernet-контроллср Допускает двухпроцессор-
ную конфигурацию.
Позже VIA стала комплектовать набор 'южным’ мостом VT8233A
Это дало ему поддержку режима АТА/133, и он стал маркироваться
КТ266А.
105
Глава 3
Следующим набором для организации работы процессоров AMD с
DDR-памятью стал КТЗЗЗ. О нем много говорили, от него много чего
ждали, но возможности оказались весьма скромными Северный" мост
(КТЗЗЗ) имеет новый контроллер динамической памяти, допускающий
использование DDR-элементов РС27ОО (DDR333). Объем ОЗУ — до
4 Гбайт. "Южный" мост прежний — VT8233A (ATA/I33, AGP 4х, V link
на 256 Кбайт/с, USB LI).
Набор КТ400 (VT8377/V18235) предложил следующие возможности.
• "северный” мост — процессорная шина 200/266 МГц (официальной
поддержки 333 МГц нет), шипа памяти 200/266/333 МГц (официа-
льной поддержки 400 МГц нет), объем ОЗУ 4 Гбайт, AGP 8х;
• 'южный0 мост —два канала АТА/133, USB 2 0 (6 портов), V-Lmk
на 533 Мбант/с, АМС97, Ethernet 10/100
КТ400А — "подправленная’ версия исходной модели
Северный" мост — принципиально новых возможностей не приоб-
рел. Получил усовершенствованный контроллер памяти. “Новизну" в его
работе VIA назвала технологией FastStreant64 Появилась официальная
поддержка DDR400 (нужно же соответствовать названию).
По планам VIA набор должен комплектоваться "южным мостом
VI8237, вводящем в систему дополнительные возможности:
• 4 канала Serial АТА-150 (имеются н два обычных канала
ATA/I33),
• 8 портов USB 2 0 (раньше было 6 по|>тов),
• внутренняя шина V-hnk с пропускной способностью
1,066 Гбайт/с
На тот момент, когда VIA посчитала возможным представить КТ400А
пользователям, мост VT8237 готов не был. Набор комплектовался схемой
VT8235CE Функционально это VT8235, но разводка ножек как у будуще-
го VT8237. Такое решение облегчает жизнь проектировщикам материн-
ских плат (соответственно, делает более привлекательным н сам набор).
Когда появился VT8237, то не пришлось перерабатывать разводку сис-
темных.плат Одну схему моста заменили на /фугую
Интегрированные версии чипсетов имеют в основе обычные комплек-
ты На базе КТ266 построен набор VIA КМ 266 ("северный" мост
VT8375) Имеет встроенный графический контроллер Savage 4 н преду-
сматривает возможность подключения внешних AGP-адаптеров
Набор КМ400 имеет: графическое ядро Castle Rock, процессорная
шнна 266 МГц, память DDR333, поддержку AGP 8х
Для мобильных систем иа базе процессоров Intel н с использованием
DDRnaMKTH выпущен чипсет VIA Apollo PL266: память —
106
Материнская плата
PCI00/PCI33 н PCI600/РС2100; графическое ядро Savage4, V Link;
возможности подключения внешнего видео нет Для процессоров AMD с
такими же ресурсами выпускается набор VIA Apollo KL266.
Несколько наборов выпустила компания AU (Acer Laboratories)
Aladdin Pro 5. Набор для построения системных плат на.базе про
Цессоров Pentium П/Ш н Celeron, устанавливаемых в разъемы н Socket
370. "Северный" мост MI651. Частота шнны — 100 н 133 МГц. Допуска-
ет использование памяти типов SDRAM н DDR SDRAM на частотах 100
« 133 МГц (объем до 3 Гбайт). Поддержка AGP-порта (4х) Для работы с
дисковыми накопителями контроллер АТА/ЗЗ/бб/lOO Для Pentium Ш
Tualatin выпускается модификация Aladdin Pro 5Т
АН MAGiK 1 (“мосты" MI647/MI535D+). Предназначен для работы
с процессорами Athlon н Duron (Socket А) Частота шнны 200/266 МГц.
Поддержка памяти типов SDRAM и DDR SDRAM на частотах
100/133 МГЦ объемом до 3 I бант- Процессорная шнна и шнна доступа к
памяти синхронизированы, т.е- они обе одновременно должны работать
на частоте'200 или 266 МГц, Дисковый контроллер ATA/33/66/I00
AGP-норт (4х)- АС’97, AMR, 4 порта USB. Набор оказался не очень удач
ным — низкая производительность блока памяти. Модификация набора
АП MAGiK 1 Rev.С предназначается для работы с памятью DDR 333
(РС27ОО)
АП Aladdin TNT2 — интегрированный набор для работы с процес-
сорами, устанавливаемыми в Socket 370. Системная шина — 66/100
ОЗУ на основе SDRAM-элементов (PCI33). Содержит встроенный гра-
фический контроллер (Riva TNT2), АМС^?, 4 порта USB. Возможности
подключения внешнего AGP-адаптера нет Для работы с дисковыми на-
копителями — АТА/33/66.
Еще один производитель чипсетов — фирма SiS во время 486-х сис-
тем играла одну из первых ролей. Позже дела у нее пошли хуже В клас
се Pentium III выпускала комплекты для компьютеров начального уров-
ня. С появлением процессора РепПшп 4 сумела подправить свои дела —
ее набор оказался удачным и своевременным
SiS 620. Первая разработка компании для процессоров класса Penh
um IL Чипсет интегрированный, одночнповын.
Передача по МП-шние и обмен с памятью могут вестись иа частотах
66/100 МГц. Дисковый контроллер АТА/ЗЗ/66. Встроенный видеокон-
троллер имеет одну полезную особенность, которой нет у 1810, — его
можно отключить. Внешнего разъема AGP нет, но есть возможность
установить рСЬкарту
SiS 630. Предназначен для работы с процессорами Pentium П/Ш, Се
leron в исполнении пол Socket 370 Шина — 100 МГц. По своим возмож
костям чипсет относится к тому же классу что и предшественник В дан-
107
Глава 3
ном случае слово ’набор’ не самое подходящее — все электронные блоки k
упакованы в корпус одной микросхемы, но в дополнение к ней на плате:
часто используются другие схемы. Имеет встроенный графический конт-
роллер, звуковую карту, адаптер Ethernet, 5 каналов USB, АТА/100,
АС*97. Возможности подключения внешнего AGp-адаптера нет Для по*,
строения оперативной памяти используются элементы SDRAM., скорость'
обмена 66/100/133 МГн. Объем моста — 1,5 Мбайта.
SiS 635. Одночнповый набор (оба 'моста* в одном корпусе). Прел*
назначен для Intel-процессоров класса Pentium Ш. Процессорная ши*-
иа — 100/133 МГц. Оперативная память объемом до I 5 Гбайт на осио- •
ве SDRAM (РСЮ0/РС133) н DDR SDRAM (РС1600/РС2100). Прочие,'
возможности* AGP-порт (4х), АТА/100, АМС’97. USB (6 портов) Моди-
фикация SiS 635Т — для работы с Tualatin.
SiS 640. Интегрированный набор для Intel-процессоров класса Pentl-'
um IIL Процессорная шина — 100/133 МГц, Оперативная память объе*'.
мом до 1,5 Гбайт иа основе SDRAM (PClOO/PCl33) и DDR SDRAM'
(PC I600/PC2100). Для работы с винчестерами — АТА/100 Имеете
встроенное графическое ядро — SJS3I5. Выпускается модификация на*;
бора, предназначенная для работы с процессорами Tualatin (SIS64OT). j
Фирма SiS не обошла своим вниманием и процессоры AMD
SiS 730. Набор интегрированный. Поддержка процессоров Athlon,
Duron. Шина 200/266 МГц. Для изготовления кристалла использована^
технология 0,18 мкм В один корпус упакованы все элементы набора*. J
• компоненты северного’ и ’южного мостов *
• графический контроллер (отключаемый),
• сетевой адаптер, ‘
• звуковая карта (АС 97),
• контроллер АТА/100 ’
ОЗУ строится на базе SDRAM-памяти (PC 100/PC133) Объем — до
1,5 Гбайт. Поддерживается AGP-порт. Процессорная шина 100 МГц.
Контроллер АТА имеет отдельный канал доступа к оперативной памяти,4
что обеспечивает ему высокую пропускную способность (132 Мбайт/с).
SiS 733. Для Atlon, Duron под Socket А. По возможностям Примерно;
равноценен VIA KTI33A ОЗУ иа базе SDRAM (PCI00/PCI33) AGP
(4х), AMR, ATA/33/66/I00, АС’97, 4 порта USB v \
SiS 735. Набор для построения систем на основе процессоров'
AMD (Socket А) с использованием DDR SDRAM-памяти Это его глав-
ная особенность Появился совсем недавно, но уже успел получить хо-;
рошне отзывы
108
Материнская плата
Все элементы набора (как в SiS 730) упакованы в один корпус. Пре
доставляются ресурсы: AGP-шииа (4х), AMR, АТА/100, АС 97, USB 1.1
(6 портов), сетевой контроллер.
Оперативная память объемом до 1,5 Гбайт на базе SDRAM
(PCIOO/PCI33) и DDR SDRAM (PCI6OO/PC2IOO)
SiS 740. Интегрированный одночиповый набор для построения сис-
гем иа основе процессоров AMD (Socket А). Процессорная шина —
200/ 266 МГц Мосты — SiS 740/691. Связь между ним до шине MuTI
OL (533). Оперативная память объемом до 1,5 Гбайт на основе SDRAM
(PCI00/PCI33) и DDR SDRAM (PCI6OO/PC2IOO). Для работы с вииче
стерами АТА/100 Имеет интегрированное графическое ядро — SiS 315,
возможности подключения внешнего адаптера нет.
Модификация SiS 741, имет те же возможности, что и S:S-740 плюс
AGP-каиал (4х)
SiS 745. Дальнейшее развитие SiS 735 Одночиповый. Связь между
( хемами "мостов'* по шине ZII^Link (вариант шины AMD Hyper Transport).
{Пина — 200/ 266 МГц. ОЗУ на базе DDR-элемеитов (PC27OO/PC2IOO)
Сетевые контроллеры Fast Ethernet I□/ЮО, Home PNA I/10 Другие воз
можностн: AMC’97, АТА/IDO, CNR, 6 портов USB
SiS 746. Начиная с этого набора SiS перешла па ’двухчиповую’ орга-
низацию для систем на базе процессоров AMD Появилась поддержка
DDR333, AGP 8х.
’Южный” мост — SiS963 имеет, два канала АТА/133, внутренняя
шина MuTIOL 1.0 Гбайт/с, Ethernet 10/100. Главная особенность схе-
мы — наличие контроллера FireWire (IEEE 1394), возможна организация
трех портов.
SiS 746FX. Набор включает упрощенную версию южного” моста —•
SiS963L (нет контроллера FireWire)
SiS 746DX — официальная поддержка DDR400.
В 2001 г на рынок системных чипсетов (для построения системных
плат) вышла фирма nVIDIA. Удача улыбнулась ей в деле создания видео
наборов. Теперь она решила попробовать себя на другом поприще.
Первые наборы nVIDIA предназначались для работы с процессора*
мн AMD Athlon н Duron ’’Северный" мост маркируется IGF (Integra
led Graphics Processor). Главная особенность данной схемы в том, что
г»на содержит два 64-разрядных контроллера SDRAM/DDR SDRAM
памяти. Фирма nVIDIA первой выставила на рынок систему с двухка-
нальиой шиной доступа к ОЗУ Модель "северного” моста с двумя
контроллерами памяти (IGP-I28) используется для построения набора
nVIDIA Force 420, Выпускается модель с одним контроллером
(IGP-64) Она предназначается для набора nVIDIA Force 220. Рабо
109
Глава 3
чая частота шнны доступа к DDR-памяти составляет в обоих случаях
266 МГц. Максимально возможный объем ОЗУ — 1,5 Гбайт.
Кроме блока работы с памятью, "северный" мост содержит: графиче
ский контроллер GeForce2 MX (рабочая частота 175 МГц) имеет
AGP-порт (4х), организует обмен с микропроцессором на частоте
266 (133x2) МГц
"Южный" мост — МСР (Media & Communication Processor) содер-
жит блоки: АТА/ 100, РСЬшииа (32 разряда, 33 МГц), USB ! I (6 кана-
лов), сетевые контроллеры Ethernel и Home PNA, звуковой процессор
(Audio Processing Unit, APU).
Обмен между "мостами" ведется по тине Hyper Transport 800
(пропускная способность 800 Мбайт/с) Это второе новшество, которое
nVIDIA сумела первой предложить пользователям
На базе nVIDIA Force 420 построена еще одна версия чипсета. Его
северный" мост не имеет встроенного графического процессора. В таком
исполнении он называется SPP (System Platform Processor), Набор мар-
кируется nVIDIA Force 415-D (иногда можно встретить обозначение
nVIDIA Force 420-D)
Летом 2002 г появился набор nForce2 (рабочее название Crash 18D)
Может выпускаться в четырех вариантах исполнения
• со встроенным графическим ядром (nForce2-GT н nl orce2 G), "се-
верный" мост — IGP, ядро класса GeForce4 MX,
• без графического ядрч (nI’'orce2-ST и пГогсе2 5), ’северный’
мост — ISP
Различие между nForce2-sT, пГогсе2<ЗТ и пГогсе2-5, nForce2-G за-
ключается в типах Применяемых "южных" мостов. Наборы ST/GT испо-
льзуют новый мост МСР-'Г с богатым набором возможностей:
• два контроллера сети (кроме обычного Ethernel имеет еще
МАС-контроллер от ЗСОМ),
• расширенные возможности для работы со звуком,
• контроллер FireWire (IEEE 1394а)-
• USB 2 0 (6 портов)
• 2 канала АТА/133
Наборы S/G используют упрощенную версию ’южного" моста —
МСР В нем.
• нет второго сетевого контроллера,
• для работы со звуком только АС’97,
• нет контроллера FireWire
ПО
Материнская плата
Возможности 'северных' мостов {ЮР SPP) значительно расширены
В обоих случаях контроллеры памяти двухканальные Они реализуют
технологию DASP, оптимизирующую процесс предварительной выборки
больших массивов данных и нх последующую передачу.
Для работы с элементами памяти применен механизм DualDDR Me
тогу Architecture Организуется независимый доступ к трем установлен»
иым на системную плату модулям памяти Они могут иметь различную
внутреннюю организацию
Это свойство особенно важно в наших условиях. Пользователи стремя
ться увеличить объем ОЗУ в системе, модули памяти постоянно меняются
Часто в дело идут первые попавшиеся под руку элементы. Обеспечить
устойчивую работу компьютера в подобных условиях очень непросто
Другие возможности iGp/lSP:
• процессорная шина 266, 333, 400 (неофициально) МГц,
• память DDR400 (до 3 Гбайт),
• AGP 8х
Другой активный участник рынка видеосистем — канадская фирма
ATt также решила попробовать себя в новом деле В 2002 г. для систем
на основе AMD-процессоров она выпустила чипсет — ATt Radeon
ЮР 320. Состав стандартный (из двух схем).
"Северный” мост QGP) процессорная шина — 200/266 МГц, одпока-
нальнын, 64*раэрядныЛ контроллер SDRAM/DDR-памяти, рабочая час
тота — 200/266 МГц встроенное графическое ядро Radeon 7000,
AGP-порт (4х)
’Южный" мост (IXP). Ethernet-коитроллср 3 СОМ 10/100, USB 2 0
(6 портов), АТА/100 АС’97 Мост выпускается в двух вариантах ис-
полнения:
• IXP-200 — для пользовательских систем,
• IXP-2SO — для использования в составе корпоративных сетей
Предусматривает возможность включения по сети (функция Wake
on LAN), интерфейс управления ASP и др
Для построения мобильных систем на базе Athlon 4 предусмотрена
модификация чипсета — Radeon ЮР-320М,
3.9. Первые наборы для Pentium 4
Модификации процессора Pentium 4 для фирмы Intel в течение неско-
льких лет будут основными, наборов для его поддержки будет разработа-
но еще много. Поэтому все изготавливаемые н объявленные к выпуску
чипсеты (на момент выхода книги) назовем первыми.
И1
Глава 3
Одновременно с Pentium 4 (осень 2000 rj Intel выпустила набор i860
(Tehama) Он построен по хабовой архитектуре н состоит из двух схем^
МСН (Memory Controller Hub) и ICH2 (I/О Controller Hub 2). К ним мо-
гут быть добавлены некоторые другие компоненты. Обмен между МСН н
процессором ведется иа частоте 400 МГц (пиковая пропускная способ
ность 3,2 Гбайт/с) Хабы соединены шиной с производительностью
266 Мбайт/с Для построение ОЗУ предусмотрена только RDRAM-па-
мять (РС800, двухкаиальиая). Объем до 2 Гбайт. Пропускная способ
ность шины доступа 3,2 Гбайт/с Фактически МП н ОЗУ соединены вы
сокопроизводительным каналом. В этом одно нз основных достоинств
данного класса систем. Набор предоставляет пользователям следующие
возможности; AGP (4х), CNR, АТА/ЗЗ/66/IOO, 4 USB-порта Поддерж-
ка процессоров в исполнении под Socket 423 и Socket 478
Позже появилась модификация 1S5OE- От исходной модели у нес то-
лько одно отличие — возможность работать с шиной 533 МГц
На смену 850-му семейству пришел чипсет Е7205 (Granite Вау),
Ренее маркировка Ё7.«. использовалась Intel для обозначения серверных
наборов. Теперь у них появилась упрощенная версия.
Intel пришлось отреагировать па усилением позиций DDR-намяти По
явился новый набор. Поддержка Pentium 4 (технологии 0,13. мкм и.'
0,09 мкм) с технологией НТ. Процессорная шипа — 400/533 МГц. Видео-
порт — AGP 8х, Основное отличие от предшественников — блок памяти'
строится на базе DDR-элементов (поддержка DDR200/266 МГц). Конт--
роллер динамической намят» двухкаиальиый. Каналы независимы, т.е.
могут работать автономно. Режим работы памяти — только синхронны ш
• при процессорной шине 400 MI ц намять—DDR200, I
• при 533 МГц — DDR266 J
’Южный’ мост — ICH 4. j
• но два капала АТА/100, [
• 6 портов USB 2 0 *
• АС’97 звук. |
• внутренняя шниа HL 1.5 (256 Мбайт/с).
i860 в теченне почти целого года был единственным средством по-;,
строения систем на основе Pentium 4 Зная о весьма сдержанном отно--
шепин пользователей к паре Pentium 4 + RDRAM сразу после выхода
процессора Intel объявила, что собирается выпустить чипсет 1845 (Вго-«
okdale), использующий дешевую SDRAM-память, Производство набора ’
началось в сентябре 2001 г Его возможности близки i850t ОЗУ на осио-.
ве SDRAM (PC 133) объемом до 3 Гбайт, AGP 4х, CNR, АТА/ЮО.-.
112
Материнская плата
Основное отличие от предшественника — низкая Производительность
системы памяти (1,06 Гбайт/с)
Постепенно к Intel пришло понимание того, что игнорировать
DDR-память больше нельзя. Если она сама не станет использовать ее с
I’cntium 4, то это будут делать другие, а немалый кусок прибыли проплы
кет мимо рта. В декабре 2001 г. появилась соответствующая модифика-
ция набора — (845 B-Step (или 1845D)
Для использования в мобильных системах выпускаются версии набо
pa 1845МР и I845MZ- Оперативная память в них строится на основе
DDR-элементов 1845МР допускает использование элементов
IJC2IOO/PCI60Q, адресное пространство 1,5 Гбайт. Набор I845MZ пред-
назначается для построения более дешевых систем. По этой причине: па
мять — только PCI600, объем ОЗУ — до 512 Кбайт
Вышли еще нескольких модификаций набора
1845G шина — 533/400 МГц, память — DDR 266 (возможна
SDRAM) объемом до 2 Гбайт, интегрированный графический контрол-
лер, поддержка AGP-порта (4х), "южный" мост — ICH4
В AGP-порт может быть установлена специальная карта расшире-
ния, соответствующая новому стандарту Intel — ADD (Advanced Digi-
tal Display). Она организует цифровой интерфейс монитора и аналоге
пый TV-out.
1845Е: шнна — 533/400 МГц, память — DDR 266, отсутствует гра
фический контроллер, “южный" мост — ICH4 (с поддержкой USB 2 0),
AGP-порт (4х)
I845GL шина — 400 МГц. память — DDR 266 (возможна SDRAM),
интегрированный графический контроллер, южный" мост — ICH4,
AGP-порт отсутствует
1845GLL (1845 GL Light) —'облегченная* версия GL Вместо мо-
ста ICH4 применяется ICH2.
1845GE. шнна — 533/400 МГц. память — DD R333, интегрирован-
ный графический контроллер, "южный" мост — ICH4, AGP-порт (4х).
1845РЕ: шнна — 533/400 МГц. память — DDR 333, отсутствует
графический контроллер, "южный" мост — ICH4, AGP-порт (4х)
1845GV — вариант исполнения 1845GE но без возможности подклю-
чения внешних графических карт, память — DDR 266.
Данный раздел назван "Первые наборы для Pentium 4* "Продвину
тые" решения подробно будут рассматриваться в следующем издании, а
пока короткий аиоис
В свое время для систем на базе Процессоров Pentium III, Celeron
Intel предложила для производительных систем — 1820: для обыч
пых — 815-е наборы
ИЗ
Глава 3
Pentium 4 получил свою ’ пару’. для производительных систем — i860
(485ОЕ), Е7205: для рядовых — семейство 1845. Через два с половинок го-
да после появления Pentium 4 вышел иа новый виток в своем развитии-
технология 0,09 (Prescott), шина 800 МГц, технология НТ. Процессору
нужны соответствующие средства обеспечения На 2003 г Inlel заплани-
ровала выпуск третий "пары" процессорных наборов. Для производитель
иых систем — 1875 (Canterwood), для настольных — семейство >865
(Springdale).
i875. Шина 533/800 МГц, технология НТ, AGP 8х Память: два кана
ла DDR333/DDR400, объем — до 4 Гбайт, поддержка ЕСС При конфи-
гурации — шина 800 МГц и память — 400 МГц запускается режим повы-
шенной пропускной способности системы PAT (Performance Acceleration
Technology), рабочее название — "Turbo Mode".
В качестве ’южного" моста используется схема ICH 5 (182801 ЕВ)
• по два канала АТА/100 и Serial-ATA,
• 8 портов USB 2.0;
• шестиканальный АС'97 звук,
• Gigabit Ethernet, WLAN,
• внутренняя шина I IL 1.5. позже — HL 2.0 (I Гбайт/с)
Выпускается модель ICH 5R, содержащая контроллер RAID
G8280IER).
"Облегченные" по различным параметрам версии |875 составляют се-
мейство 1865. Основные отличия.
• поддержка процессоров Pentium 4 н Celeron,
• возможность работать с шиной 400 МГц,
• дополнительно память DDR 266 (максимальный объем ОЗУ тот
же — 4 Гбайт)
При построении блока памяти
• можно использовать только одни канал или оба сразу,
• прн частоте процессорной шины в 400 МГц память только
DDR266, при 533 МГц — DDR266/DDR333, при 800 МГц — всех
моделей
В состав МСП ("северный’ мост) входит блок CSA (Communication
Streaming Architecture). Ои имеет отдельнын.иитерфейсный канал, к ко-
торому напрямую (минуя РСЬшнну) могут быть подключены схемы сете
вых контроллеров.
"Южный” мост — ICH 5
Первые модели нового семейства
114
Материнская плата
1865РЕ Шниа — 400/533/800 МГц память на основе элемен
тов — DDR 266/333/400
1865G Набор i865PE со встроенным графическим адром
18651» Упрощенная версия набора J865PE: шина — 400/533 МГц,
память иа основе элементов — DDR 266/333
2848Р — Одноканальная версия I865P Объем ОЗУ — 2 Гбайта.
RDRAM-память из-за своей дороговизны не относится к числу люби
мых пользователями. Несмотря иа то, что Intel проталкивала ее всеми
способами, она не стала доминировать иа рынке. Способствовали этому
другие производители чипсетов. Они первыми разработали н выпустили
несколько наборов организующих работу Pentium 4 с ОЗУ типа SDRAM
и DDR SDRAM
Компания VIA предложила комплект Р4Х266 (рабочее название
РХ266). Он состоит нз двух схем: VT8653 ("северный" мост) и VT8253
("южный" мост) и может работать с МП упакованными в корпуса под
Socket 423 и Socket 478. Для организации ОЗУ предусмотрена возмож
кость использования как синхронной памяти (PCI33), так и DDR
SDRAM (РС1600/РС2100). Важный момент — иа плате могут одновре-
менно располагаться панели для обоих типов памяти Максимальная
производительность шины доступа к ОЗУ составляет 2,1 Гбайт/с. Это
меньше чем у Intel (3,2 Гбайт/с), но для систем среднего класса вполне
достаточно. Нужно учесть, что и сами платы будут дешевле, н элементы
памяти тоже. Другие возможности набора: AGP 4х, ATA/I00, V-Link
для связи "мостов", поддержка дпухпроцессорности.
Модель Р4Х266А использует "южный" мост VT8233A (АТА/133
USB 1 О — 6 портов). Модель Р4Х266Е поддерживает процессорную ши-
tty 533 МГц. Память в обоих случаях — DDR 266.
Набор выпускается и в интегрированном варианте — Р4М266
В этом случае к его внутренним ресурсам добавляется 3D адро Savage 4
Усовершенствованный вариант чипсета — Р4ХЗЗЗ использует па
мять DDR333. Кроме этого набор имеет: МП-шииа 533 Мбайта,
AGP 8х, новую версию шины V-Link (на 533 Мбайта/с)- Интегрирован-
ный вариант набора — Р4МЗЗЗ имеет встроенное графическое ядро Sa-
vage ХР (рабочее название Zoelrope)-
Набор Р4Х400: процессорная шииа 533 МГц, AGP-8, память —
DDR 400, "южный" мост — VT8235, V-Link 533 Мбайта/с
О создании своего набора для Pentium 4 (Р4Х266) VIA объявила
еще в 2000 г., ио производство его начато только во второй половине
2001 г Причины для столь длительной задержки были весьма серьез-
ными. Intel увидела (н не без основания) в Р4Х266 серьезного конку-
рента для своих 1850 и 1845 Продажи систем Pentium 4 с самого нача-
ла шли ие так бойко как хотелось бы производителю Выход альтериа-
115
Глава 3
тнвного набора мог серьезно подорвать монопольные позиции 1850. а
1845 вообще "пустить под откос”. В результате VIA не получила лице’
нзнн на производство наборов для Pentium 4, хотя они могли способст-
вовать увеличению продажи процессора
Время шло, производство готовилось, лицензии все не было К осе-
ни 2001 г VIA потеряла терпение и объявила о начале выпуска Intel
пригрозила судебным разбирательством. VIA не испугалась. Пронзо
шел обмен судебными исками. Начались закулнсиые переговоры.
Реакция производителен системных плат на появление чнпсета VIA
была двойственной. С одной стороны, появление возможности создания
более дешевых изделий, с другой стороны — давление Intel и нежелание
портить с ней отношение. Крупные производители (имеющие прямые
контакты с Intel) заняли выжидательную позицию. Мелкие — пронгно
рировали угрозу н приступили к выпуску плат. Усиливая позиции своего
"детища', VIA организовала производство системных плат на его основе
Этот шаг ие принес VIA коммерческого успеха. Спрос на ее наборы
для систем Pentium 4 невелик Однако пользователи выиграли — дикта-
тура RDRAM не состоялась. (О завершении конфликта см. разд 4 8) '
О своих наборах для Pentium 4 объявили также ALi н SIS.
АН Aladdin-P4 (М1671). Поддержка Pentium 4 в исполнении Soc-
ket 478 Шина 400 МГц ОЗУ может строится на базе SDRAM
(PCI00/PCI33) и DDR SDRAM (PC2I00/PCI600. в перспективе'
РС27ОО) Другие возможности. AGP 4х USB I.I, АТА/100 (при исполь-
зовании "южного” моста MI635D+ — АТА/133)
Доработанный вариант набора (М1671А) поддерживает процессор-
ную шину 533 МГц. Интегрированная версия (М1672) использует шину
на 400 МГц и имеет графическое адро Trident ХР.
SiS 645. Набор предназначен для поддержки Pentium 4 модифика-
ций Willamette/Northwood. "Мосты" SiS 645/961, Оперативная память
размером до 3 Гбайт может строиться на основе SDRAM/DDR-элемен-
тов. Предусмотрено использование DDR SDRAM-элементов РС2700
(166x2). Кроме этого: AGP 4х. A1A/I00, контроллер Ethernet АС’97,
встроенный модем
Для обмена между мостами используется шниа MuTIOL (собствен-
ная разработка SiS) Пропускная способность 533 Мбайт/с, частота пе-
редачи 66 МГц
Набор SiS 645DX предусматривает возможность работы с процес-
сорной шннон 533 МГц Кроме этого, в его состав может быть включен
"южный” мост SiS 96IB, содержащий контроллер диска, поддерживаю-
щий АТА/133
SIS всегда любила интегрированные решения. Не будет исключением
и SiS 645 В исполнении со встроенным графическим ядром SiS 315 ои
116
Материнская плата
маркируется как SiS 650. Набор SiS 651 поддерживает процессорную
шину 533 МГц и включает ’южный" мост SiS 962 (АТА/133, USB 2 О,
IEEE 1394а)
SiS 648 — StS 645DX с добавлением AGP 8х,
SiS 64SDX — официальная поддержка DDR 400,
SiS 648FX — процессорная шина 800 МГц,
SiS 655 — набор для построения производительных систем
"Северный" мост (SiS 655)
• процессорная шина — 400/533 МГц,
• даа канала памяти DDR400, объем 4 Гбайта, возможна работа в
асинхронном режиме.
• AGP 8х.
• внутренняя шнна MuTIOL I 0 Гбайт/с
"Южный" мост (SIS693):
• даа канала АТА/133,
• USB 2 0 (6 портов),
• FireWire — IEEE 1394а (3 порта),
• АМС 97 (6 каналов звука молем V 90)
SiS R658. Шнна 400/533 МГц. AGP 8х, MuTIOL 1.06 Мбайт/с
Главная особенность данного набора — двухканальная (32-разрядиая)
RDRAM-память PCI066. Это первый не-lntel набор, использующий па-
мять данного типа. "Южный" мост — SiS 963
SIS планирует выпустить
• SiS R658DX — двухканальная (32 разрядная) RDRAM-память
PC 1333:
• SiS R659 — четырехканальная ^64-разрядиая) RDRAM-память
• SiS 660 — интегрированный набор, DDR 333, графическое ядро
SiS 330. AGP 8х, "южный" мост SiS964
Для процессора Pentium 4 разработала системные наборы и фир-
ма ATi.
ATi Radeon ЮР 330, Структура чипсета классическая — с двумя
мостами. Северный" мост (IGP): процессорная шнна — 400 МГц, встро
енное графическое ядро Radeon VE, AGP-порт (4х). 64 разрядный конт
роллер SDRAM/DDR-памятн. Южные” мосты те же, что и в наборах
для систем Athlon — IXP-200 н IXP-250
Набор ATi Radeon ЮР 340, кроме перечисленных выше характерн
стнк предоставляет возможность работать с 533 МГц процессорной шиной
117
Глава 3
Для связи между мостами используется спроектированная в ATi ши
на Л-Link, Она построена на базе 32-разряднон РСЬшнны н совместима с
иен "сверху-винз". Это позволит комплектовать наборы ATi ’"южными’"
мостами других производителен использующими для внутреннего обме*
на эту же шнну (например. VIA 686 А/В).
Фирмы SiS и ATi в свое время получнлн право на создание чипсетов
для Pentium 4. Intel ие чувствовала с их стороны угрозы своим интересам
(в отлнчне от VIA), н как оказалось напрасно Когда на руках у пользова
телек оказался весь ассортимент наборов для Pentium 4 в паре с DDR
(Р4Х266,1845. SIS645, М1671), то первенство изделии Intel оказалось да
леко не очевидным. Набор 1845 занял часть соответствующего рынка, ио
явного лидерства (’'новый 440ВХ") у него нет. Следствием столь удачно-
го для SiS и AU стечения обстоятельств (особенно для SiS) может стать
то. что лицензии на создание наборов под следующие Intel-процессоры
они не получат
3.10. Особенности материнских плат разных классов
Вес материнские платы решают примерно одни и те же задачи, но
располагают для этого неодинаковыми возможностями Различия между
ними определяют следующие факторы:
• тми процессора (определяет класс всей системы).
• чипсет;
• набор системных шин;
• тип используемой оперативном памяти
• наличие кэш памяти, ее объем н режимы работы,
• наличие дополнительных устройств на плате и некоторые другие
Платы 386DX. Платы построены на базе процессора с 32-разрадны-
ми шинами данных и адреса Адресное пространство — 4 Гбайт. Систем
пая шниа ISA.
Используются процессоры в двух видах исполнения; в PGA-корпусе
устанавливаемые в соответствующую панель, л PQFP-корпусе (планар
пом), припаиваемом к плате. Имеется разъем для установки сопроцессо-
ра (под PGA-корпус). Уровни питающего напряжения не регулируются
Максимальная тактовая частота — 40 МГц. Принцип умножения такто
вой частоты внутри микропроцессора не применяется
В качестве элементов памяти чаще всего используются SIMM 30-pin
На платах первых моделей иногда Применялись SIPP (совсем редко
DIPP-мнкросхемы) Обычно бывает по 4 нлн 8 установочных панелей для
118
Материнская плата
них Поскольку Процессор 32-разрадный, то эти носители, имея 8-разряд*
ную внутреннюю организацию, должны устанавливаться комплектами по
4 шт. На плате имеется кэш-память объемом 32, 64 нлн 128 Кбайт
Встречаются платы самых первых моделей вообще без кэш-памятм
Платы 386SX Построены на основе упрощенного варианта 386 го
процессора. У него внутренняя архитектура и шины 32-разрядные. Внеш
няя шина данных (за пределами процессорного ядра) — 16-разрядиая
адреса — 24-разрядиая и обеспечивает пространство памяти в 16 Мбайт
Системная шнна ISA
Практически все процессоры выпускались в PQFP корпусах и припа-
ивались к плате Сопроцессор обычно упаковывался в PLCC-корпус н для
его установки имеется соответствующая панель
Основной элемент памяти — SIMM 30-pin. Для нх установки имеется
4, реже 8 панелек. На первых моделях плат иногда использовались мик-
росхемы или SIPP (SIMM н SIPP устанавливаются парами). Кэш-память
объемом 16 Кбайт имеется только на очень небольшом количестве плат
самых последних моделей
Материнские платы под 486‘й процессор. Построены иа основе
32-разрядиого процессора. Изготавливались в формате АТ. На всех пла-
тах (кроме самых старых) реализовано по нескольку системных шин
Наиболее распространены комбинации ISA + VLB.и ISA + PCI.
В период, когда на основе 486-х процессоров строились серверы, вы
пускались системные платы имеющие еще дополнительной EISA шину,
бывшую в то время наиболее производительной. Особенностью 486 х
серверных плат было большое количество панелей иод модули памя
тн — до 16 шт.
Процессоры 486 DX/DX2/DX4 имеют встроенный математический
блок и по этой причине на плате нет панели для сопроцессора Она есть
только на платах с припаянным 486 SX
Между 486-н процессорами от разных производителей имелись суще*
ствениые различия По этой причине платы требуется настраивать на
конкретный МП Для этой цели на плате предусмотрены блоки специаль
пых переключателей. Перед включением платы может потребоваться
тадаине с их помощью следующих параметров
• производитель процессора (Intel AMD, Cyrix, IBM)
• тип процессора (SX/DX)
• объем кэш-памятн;
• уровень питающего напряжения (+3 В или 4-5 В, иногда и 4-4 В)
• коэффициент умножения частоты внутри микропроцессора
119
Глава 3
В 486 х системах кэш-память имеет двухуровневую организацию
Кэш первого уровня находится на кристалле процессора и возможности
менять ее объем пользователь не имеет. Память второго уровня размете
на на системной плате. Ее размер обычно составляет 128 нлн 256 Кбайт
В качестве элементов оперативной памяти используются SIMM-моду-
ли дпух видов: 30 pin и 72-pin (типа FP, редко EDO)
Максимальная рабочая частота в 486-х системах равна 50 МГц
(DX-50), а при использовании процессоров с внутренним умножением
частоты — 40 МГц (DX2-80, DX4-I20)
На платах 486-го класса начали размещать блоки дополнительных
устройств Это могли быть*
• один или два канала IDE
• контроллер FDD.
• порты I/О
Платы, имеющие весь этот набор устройств, иногда называются.
*с полным интерфейсом" Управление встроенными функциями возложе-,
но на программу Setup.
По своим возможностям платы можно разделить на несколько групп: ..
I. "Старые” платы. Поддерживают только один уровень питающего
напряжения для процессора, равный 4-5 В, имеют 4 или 8 панелей под
30-pin SIMM Системная шина ISA. На них могут быть установлены про
цессоры SX, DX, DX2.
2 Наибольшее распространение получили платы, обладающие
• возможностью подачн на МП, кроме обычных +5 В еще н пони-:,
женного напряжения питания +3,0...+3,45 В
• возможностью установки 72 pin SIMM, •;
• наличием шнны VLB
Платы данной группы допускали установку 5-вольтовых процессоров?
SX. DX. DX2 и 3-вольтовых DX2-80, DX4-I00/120.
3 В отдельную группу можно объединить наиболее производитель*?
ные модели плат. Они обычно имеют: шину PCI, полный набор встроен-^
ных функции, обеспечивают подачу на МП пониженного напряжения,!
допускают установку наиболее производительных 486-х процессоров
(Сх5х586 100/120 Am5x86-I33) и процессоров OverDrive ’
Pentium-платы. Устройства, построенные на базе процессора с:
64 разрядной внешней шиной данных Изготавливаются в форматах АТ
или АТХ, имеют шнны ISA и PCI Рабочая частота системы 60 или
66 МГц (Только для процессора Pentium-75 используется пониженная,
частота в 60 МГц)
120
Материнская плата
Процессоры для Pentmm-сНстем выпускают несколько производите
лей Программно они между собой совместимы практически полно
стью с аппаратной точки зрения между ннми есть существенные раз
лнчня Каждая плата рассчитана иа строго определенные типы пронес
соров, особенности которых учтены Прн ее разработке Ее настройка
на конкретную модель МП выполняется при помощи блока специаль
иых перемычек Применять процессоры, не предусмотренные для уста
иовкн, не рекомендуется, так как добиться от компьютера стабильной
работы вряд лн удастся.
Кэш-память на Pentium платах имеет двухуровневую организацию
первый уровень (LI) находится на кристалле микропроцессора, втором
(L2) — на самой плате и имеет объем 256 нли 512 Кбайт. В системах
t’entium-60/66. иа платах с чипсетами 430FX НХ (н эквивалентными
им по уровню наборами от других производителей) она упакована в 28-
плн 32-ножечные DlPP-корпуса, устанавливаемые в панельки (в комп
лект входят 9-10 шт.). На платах с наборами 430VX, 430ТХ, VIA VP.
VIA VPX применены более емкие элементы кэш-памяти в планарных
корпусах, предназначенных для прнпанвання (их обычно даа нли четы-
ре). В качестве расширнрнтелен используются COAST-модули (Сас
lie-On-A-STick) — маленькие печатные платы с напаянными элементами
кэш-памятн. На системной плате они устанавливаются в специальную
панель. Разводка разъемов COAST-модулей от различных производите-
лей не совпадает, поэтому перестановка нх с одной платы на другую не
рекомендуется. Это может привести к неприятным последствиям (плата
не станет "грузиться" нли вообще выйдет из строя).
Для организации ОЗУ применяются SIMM. 72-pjn н DIMM-модулн
Элементы DIMM устанавливаются ко одному (на плате для них может
быть один или два разъема), SIMM ставятся парами (для ннх всегда есть
две нлн четыре панели). Совместное использование этнх элементов воз
можно, но время выборки в этом случае задается самыми медленными
устройствами — SIMM, те фактор высокого быстродействия DIMM
сводится ка нет
В Pentium-снстемах для построения ПЗУ впервые применены элемен-
ш нового типа флэш-намять (Hash-memory). Пользователь может само-
стоятельно изменить содержимое блока постоянного хранения, постро
‘иного на их основе.
На всех платах имеется полный комплект встроенных функций два
накала EIDE, контроллер FDD и набор портов ввода-вывода. Многие пла
п.1 содержат блок поддержки USB-щины (универсальная последователь-
ная шнна, допускающая подключение до 128 различных устройств от
''мышей", клавиатур н джойстиков до принтеров, сканеров н мониторов)
121
Глава 3
В зависимости от модели допустимого для установки иа них процес-
сора, платы могут быть условно разделены на несколько групп
I Платы под Pen(ium-60/ 66. Имеют процессорную панель Soc-
ket 4, в которую последующие модели процессора установлены быть не
могут
2 Платы для процессоров с внутренней частотой 75...133 МГц. На
них размещен разъем Socket 5, имеющий для подачи на процессор сигна-
ла о коэффициенте внутреннего умножения частоты всего одну линию
(BF), Возможны два его значения: 1,5 и 2,0. Максимальная рабочая час-
тота внутри процессора составляет 2,0 * 66= 133 МГц, минимальная со-
ставляет 1,5 • 50 = 75 МГц
3 Платы, допускающие установку процесоров с частотой
75...233 МГц. На ккх размещена установочная панель Sockel 7, имею-
щая три сигнальных линии ВГ (0-2). Максимальный коэффициент —
3 5 Рабочая частота внутри процессора в этом случае составит
3,5 • 66 = 233 МГц.
4 . Отдельную группу составляют платы, допускающие установку Про
цессоров с ММХ расширением. Главная нх особенность заключается в
том, что они обеспечивают подачу на процессор двух питающих напря-
жений, Внешним признаком принадлежности платы к этой группе явля-
ется наличие иа ней двух стабилизаторов напряжения Возможна уста
новка обычных Pentium
Платы Pentium Pro Системы на базе данного процессора предназ
пачеиы в первую очередь для построения высокопроизводительных рабо-
чих станций и серверов, в компьютерах встречаются значительно реже
Платы изготавливаются как в формате АТ так и АТХ. Имеют шины ISA
и PCI. Рабочая частота систем составляет 60 /66 МГЦ, На всех платах
реализован "полный интерфейс"
Для создания ОЗУ используются модули SIMM 72-pin типов ГР, EDO
или BEDO. Количество установочных панелей от 4 до 6 шт Синхронную
память (SDRAM) система ие поддерживает
Особенностью плат для Penlium Pro является отсутствие иа инх
кэш памяти второго уровня. Весь объем LI и L2 находится иа кристалле
процессора и работает на одной с ним частоте. (Выпускаются модифика-
ции процессора с объемом L2 в 256, 512 Кбайт и I Мбайт)
Процессоры с большим объемом вторичного кэша (512 Кбайт или
1 Мбайт) имеют очень высокое (для того времени) потребление — бо-
лее 30 Вт. Чтобы удержать питающее напряжение от скачков в мо
менты пиковых нагрузок и избежать сбоев в работе, большое вннма
ине уделено его стабилизации С этой целью в состав платы включен
специальный блок регуляции напряжения — VRM (Voltage Regulation
Module) При помощи специальных сигналов процессор сообщает ему
122
Материнская плата
о том, какой уровень питающего напряжения ему необходим, н VRM
его формирует Этим выполняется некоторая регулировка потребляе-
мой мощности. Модуль VRM может быть размещен непосредственно
па плате нлн изготовлен отдельно и установлен в специальную па-
нель В процессе работы процессор и VRM очень сильно греются н
для них требуется хорошее охлаждение.
Процессор Pentium Pro — ‘старый процессор", платы для него разра
батывалнсь достаточно давно, и со временем у него начали "обнаружнва
|ься недостатки'
• нет ММХ,
• не поддерживают шину AGP,
• не работают с SDRAM-памятыо;
• низкая рабочая частота — 66 МГц
Все они были устранены в системах следующего класса
3.11. Платы для Pentium HI и Athlon
Платы данного класса разделены на две группы; для процессоров Intel
(плюс VIA-Cyrfx) н процессоров AMD Внешне они выглядят практиче-
ски одинаково н содержат примерно одинаковый набор компонентов
Подавляющая часть плат выпускается в форматах АТХ н mini-ATX
формат АТ применяется только для единичных моделей. Основной снс
темной шиной является PCI. на плате для нее обычно имеется 5-6 разъе
мов. Шнна ISA играет откровенно вспомогательную роль Чаще всего
для нее имеется одни разъем, редко — два, а иногда нх н вообще нет.
Производители уже давно отказались бы от ее услуг, но она имеет пол-
тора десятка линий запроса прерывания. У PCI нх четыре, н когда они
оказываются занятыми, то вспоминают, что одно устройство можно под-
ключить через ISA. Многие платы содержат разъем AMR, предназначен-
ный для подключения звуковых карт н модемов, выполненных по данно
му стандарту.
Для обоих типов процессоров выпускается по несколько интегриро-
ванных чипсетов. На нх основе выпускается ассортимент плат для по-
строения одноплатных компьютеров (без использования внешних конт-
роллеров, устанавливаемых в системные разъемы) Офисные компьюте
ры стремятся делать максимально компактными, а соответственно, н сис-
темные платы для них Фирма VIA предложила для созданняя подобных
платформ специальную архитектуру — "Value Internet". Для компоновки
плат используется специальный ITX формат
123
Глава 3
• размер плат 215x191 мм,
• поддержка USB, IEEE 1394, TV out, ACR
• встроенные видео н звуковые контроллеры
• подключение к блоку питания АТХ
VIA выпускает еще платы в ультракомпактном н высоконнтегрнро-
ванном формате Mini-ITX- Размер платы 170x170, один разъем PCI,
две панели под DIMM (SDRAM), даа канала IDE, ЗО-контроллер,;
АС 97, Ethernet, TV-Out, USB (контроллера FDD кет) ’
Подобные платы относят к классу MiniMicro АТХ. Для нх построения.
VIA разработала и выпускает максимально дешевый чипсет — PLE 133.:
Выпущено несколько системных плат с припаянным процессором В по^
следи ин раз этот прием использовался при изготовлении плат на основе*
процессора 486 SX I
При установке на плату процессора требуется задание нескольких па-]
раметров В первую очередь устанавливается уровень питающего напряЗ
женил. Для большинства процесоров оно находится в пределах от 1,5 до!
3 5 В. Конкретная плата обеспечивает настройку в пределах всего этого!
диапазона нлн некоторой его части. Кроме этого требуется задать нуж-1
ную частоту процессорной шины и скорости обмена с памятью. Большин*!
ство процессоров имеют внутренний, заложенный производителем, код
эффнцнент умножения частоты, »о для некоторых этот сигнал должен!
быть подан с платы. Указанные параметры могут задаваться при помощи!
блоков специальных перемычек нлн через программу Selup. i
Некоторые платы имеют встроенные RAID- н SCSI-адаптеры Это удо-1
рожает нх на 10—15 долл. Все платы имеют интегрированные АТА-конт-
роллеры Чем новее чипсет, тем онн более производительны
33/66/100/133
Различия между платами для Реп hum III и Athlon связаны с тем, что*
эти процессоры аппаратно несовместимы (различное положение ключей
в Slot-разъемах, различное количество ножек в изделиях с плоскими кор-'
пусамн) н для связи с чипсетом используют разные шины •
Выпускаются платы как для плоских процессоров, так и для изделий)
под Slot Первоначально онн выпускались примерно в одинаковых колн^
чествах Позже, когда произошел возврат к процессорам в плоских кор-“|
пусах, плат под Sockel значительно больше ,1
Платы на основе процессоров INTEL Для установки процессор
ров используются панели Slot 1 н Socket 370 ,5
Между процессорами Pentium II н Pentium III с точки зрения требова-.
ннй к системным платам нет принципиальных различий Теоретически:
онн могут работать на одних и тех же платах (после замены BIOS н уста-4
124
Материнская плата
ппвкн требуемого напряжения). Однако на 'старых" платах Pentium Hl
не сумеет достичь максимальной производительности, a Pentium II ста
нет "тормозом” для ‘‘новых’ плат. Платы Pentium Ill строятся на новых
чипсетах, имеют более быструю шнну, контроллеры АТЛ/66/100
Платы, построенные на базе чипсетов Intel, для организации ОЗУ нс
пользуют элементы синхронную н RDDAM-иамять. Некоторые процес-
сорные наборы от других производителен позволяют использовать совме
стно с Pentium III элементы типа DDR SDRAM
В отдельную группу нужно выделить платы для Pentium III с ядром
liialalin. Процессору требуется пониженное напряжение, задаваемое с
ючностью 0,05 В Для нх поддержки разработаны специальные чипсеты
Intel в нх обозначение ввела дополнительный индекс (1815 B-Step). Про
чие производители добавляют литеру На платах с другими наборами
процессоры не запускаются.
Платы для процессоров AMD Строятся исходя из главной осо-
бенности процессоров Alhlon — обмен с чипсетом ведется по спецналь
ному каналу (шнна EV 6) и с удвоенной скоростью (но обоим фронтам
сигнала). При частотах 100 и 133 МГц это, соответственно, — 200 н
*266 МГц. Вполне понятно стремление производителен применить для по-
строения ОЗУ DDR-память Работающий с удвоенной скоростью канала
процессор — оперативная память — козырная карта этих плат
Первоначально для установки процессоров использовался Slot I
1атем ей на смену пришла плоская панель Socket А (он же Socket 462).
На большинстве плат обоих видов предусматривается возможность
подключения карт расширения возможностей интегрированных блоков
(riser-card). С этой целью в структуру плат закладывается специальный
канал связи с ними — AMR- нлн CNR шнна.
Первоначально на предусматривающих такую возможность платах
(как для Intel, так и для AMD-процессоров) использовался AMR
(ACR) канал. Позже фирма Intel предложила свое решение — CNR н ста-
ла закладывать в свои чипсеты только его поддержку У остальных разра
ботчнков сохранилась возможность выбора, и они делают его. исходя нз
своих интересов
125
Глава 4
МИКРОПРОЦЕССОРЫ
I
В каждом вычислителе есть устройство, выполняющее команда
управления, логические и арифметические операции: это процессор)
ный блок нлн просто процессор. В старых компьютерах нлн большщ
вычислительных системах он может состоять нз нескольких плат н имен
весьма внушительные размеры В современных компьютерах процессор
изготавливается в виде одного нлн двух кристаллов, упакованных в одн^
корпус. В таком исполнении за свои относительно малые размеры он на|
зывается — микропроцессор jy
4.1. Первые INTEL-микропроцессоры,
периферийные микросхемы, начало серии 80"86 '
}
В 1969 г. компания B1SCOM заключила контракт с тогда еще малою
вестной фирмой INTEL на разработку комплекта микросхем для кальк)
ляторов. Разработчики применили новый подход к спроектировали ун1
версальную микросхему — процессорный элемент, который заменил С(
бой большое количество дискретных компонентов. Он составил основ
созданного набора нз четырех микросхем. Это оказалось значительно м(
ньше, чем предполагалось <
Оценив перспективы вновь открывшегося направления в мнкроэлею
роннке, INTEL выкупила у BISCOM права на эту микросхему и, немног
усовершенствовав, в 1971 г выпустила ее под индексом 4004. С этог
скромного 4’разрядного процессорного элемента, содержавшего на крж
талле 2300 транзисторов н имевшего производительность 60 тыс. опер;
цнй в секунду, началась эпоха микропроцессоров. Позже появился
устройство под номером 8008 Оно имело 8 линий данных н по пронэвс
дительностн превосходило 4004 в несколько раз.
Первым микропроцессором, на базе которого был построен компьк
тер, стал I8O8O. Он выпущен в 1974 г. Имел 8-разрядную шнну данных]
16.разрядную шнну адреса Для него была разработана простая и удо(
ная система команд на 256 операций
126
Микропроцессоры
В целях построения на сто основе компактной компьютерной системы
был разработан целый комплект сопутствующих микросхем и специали-
зированных программируемых периферийных контроллеров
• 18224 — тактовый генератор для МП 8080;
• 18228 — системный контроллер для МП 8080,
• 18251 — программируемый последовательный интерфейс (прием н
передача данных в последовательном формате);
• 18253 — программируемый таймер/счетчик;
• 18255 — программируемый параллельный интерфейс (прием и пе
редача данных в параллельном формате),
• 18257 (8237) — программируемый контроллер прямого доступа к
памяти (ПДП),
• 18259 — программируемый контроллер прерываний,
• 18271.(8272) — программируемый контроллер накопителей на
гибких магнитных дисках;
• 18275 — программируемый контроллер электроннолучевой труб
кн (ЭЛТ),
• 18279 — программируемый контроллер клавиатуры н индикации,
• 18291, >8292,18293 — набор программируемых контроллеров для
построения приборного интерфейса.
Каждая нз этих микросхем заменяла целый компьютерный блок, н нх
применение при разработке вычислительных устройств позволило резко
уменьшить нх размеры
Вместе с МП i8080 была выпущена прекрасная документация. В
пей были приведены н подробно описаны временные диаграммы всех
машинных циклов МП, даны логические и электрические схемы орга
пкзацнн шин данных н управления, наглядно объяснено использова-
ние сннхросернй для управления системой н много другой полезной
информации
Позже появился МП i8O85 который был улучшенным вариантом
МП 8080 Электрически они несовместимы (нх нельзя было устанавлн
нить в одиу н ту же панельку), но у них одна и та же система команд Но
<ц>му процессору требовалось только одно питающее напряжение (в от
лнчне от МП 8080, которому нужно было целых три). Отпала необходи-
мость в тактовом генераторе н системном контроллере, эти схемы были
интегрированы на кристалле самого процессора Все это упростило про-
цесс проектирования систем на его основе. В дополнение к нему были
выпущены две специализированные микросхемы
127
Глава 4
• 18155 — блок ОЗУ с интегрированными портами В В,
• 18355 (8755) — блок ПЗУ/ППЗУ с интегрированными портами
ВВ
Комплект вышел очень удачным и на его основе с применением конт-
роллера 8279 можно было построить изящный микрокомпьютер нз четы-
рех микросхем На потребительский рынок был даже выпущен простень
кий набор (типа детского конструктора), содержащий перечисленные
микросхемы макетную плату, другие необходимые детали н подробную
инструкцию о том, как самому собрать маленький компьютер. Этот про-
цессор из-за простоты использования н легкости программирования еще
долго применялся прн разработке небольших вычислительных;
устройств
В 1979 г. фирма INTEL открыла следующую страницу в истории мнкч
роп|>оцессоров. Она предложила на суд пользователей процессор i8O86r,
значительно отличавшийся от предшественников которому суждено бы*,
ло стать родоначальником целого направления среди микропроцессоров. ••
18086 имел 16-разрядпую внутреннюю архитектуру, внешнюю шину!
данных той же разрядности, 20-разрядную шипу адреса, позволявшую?
работать с адресным пространством в 1 Мбайт. В нем была реализована)
новая система команд, не совместимая с набором МП 8080
Для обеспечения функционирования МП 8086 фирма выпустила на|
бор сопутствующих микросхем и программируемых контроллеров про?
должая серию, начатую для 8080: ।
• <8284 — тактовый генератор» J
• <8288 — контроллер тины, Л
• 18289 — арбитр шины я
• 18282/83 — 8-разрядиые регистры,
• 18286/87 — 8 разрядные буферы -Я
• 18089 — программируемый процессор ввода вывода, 1
• 18087 — математический процессор (сопроцессор) 1
Через гол фирма представила модель процессора с тон же 16 разряд
ной архитектурой, но с 8 разрядкой внешнем шиной данных, — 18088
Начальные модификации МП работали с частотой 4,77 МГц, у последук?|
щнх она была повышена до 8 МГц Знаменитым этот кристалл сделал^
то, что фирма IBM выбрала его для создания своего первого компьютера
массового применения — PC а позднее н PC XT, , J
Следующие два процессора — 180186/188 ориентировались иа испей
льзованне в области встроенных управляющих систем, От предшествеш
пиков они отличались тем, что на кристалл МП были интегрированы нз
128
Микропроцессоры
которые дополнительные функции Широкого распространения данные
изделия не получили
Всем последующим процессорам данного семейства судьбой была
уютована особенная роль. Каждый из них стал вехой, этапом в развитии
компьютерной техники и технологии по ним равнялись, на них ссыла
•шсь с ними сравнивали
4 2, 236, 336, 486-е и Pentium процессоры
Компьютеры.IBM PC н IBM PC XT обеспечили "восемьдесят восьмо
ну" процессору головокружительный успех. Фирма Intel собрала денеж*
ний “урожай”. Однако она не стала "почивать на лаврах1*. Сразу были на*
Ниты новые разработки Появились новые микропроцессоры, составив*
шне семейство, позже названное х86 ‘Intel начала восхождение к верши*
не могущества.
i80286. Выпущен в 1984 г Имел 16 разрядную внутреннюю архнтек*
<уру, 16-разрядпую внешнюю шину данных н 24*разрадиую внешнюю
Шину адреса Увеличение разрядности шины адреса расширило адресное
пространство до 16 Мбайт. Для него был разработан математический со*
Процессор 180287.
Процессор был упакован в 68-ножечнын корпус типа PLCC (иезначн*
пигьные партии были выпущены н PGA-корпусах), сопроцессор —
и 40-ножечный DlPP-корпус. Напряжение шпация +5 В
На базе процессора 80286 построен компьютер PC АТ
i80386DX. Выпущен в 1985 г Имеет 32-разрядную архитектуру
Висшине шины адреса и данных по 32 разряда. Доступное адресное про*
ггранство составляет 4 Гбайт. Сопроцессор — 180387DX
Процессор упакован в 132-ножечный PGA*Kopuyc (изделия, выпуска*
гмые фирмой AMD, имеют корпуса типа PQFP), сопроцессор — в 68*но
А»вгнын PGA-корлус. Напряжение питания +5 В
Для повышения производительности систем данного класса при вы-
полнения математических приложений фирма INTEL выпустила специа-
льный микропроцессорный комплект Rapid CAD Он состоял нз двух
микросхем. Одна устанавливалась в панель процессора, другая — в па*
пел!, сопроцессора (установка по одиночке не допускалась). Прн нспол
«сини CAD-лрограмм (pCAD, AutoCAD) достигался рост производитель
iuhth в 1,5...2 раза
Фирмами Т1. Супх н некоторыми другими выпускался процессор,
маркированный 486DLC Несмотря на грозное наименование — 486*й,
»п являлся не более чем улучшенным вариантом МП 80386DX От про
Minna его отличало наличие иа кристалле процессора I Кбайт кэш*ламя
129
Глава 4
th (L1). Эта особенность обеспечивала ему рост производительности на!
30.ло %. -I
180386SX Появился позже своего собрата. Отличие от DX заключав
лось в том, что при 32-разряднон внутренней архитектуре он имел внеш*)
пне шины: 16 разрядов у шнны данных н 24 разряда у шнны адреса. С6-]
процессор — 18O387SX J
Процессор выпускался в 100-ножечном PQFP-корпусе, сопроцес-ч
сор — в 68-иожечном PLCC-корпусе. Напряжение питания +5 В j
В 1989 г. пользователям были предложены первые процессоры нового;
уровня — i486. Их архитектура имела существенные улучшения по^
сравнению с 386-мн
• команды межрегистровых пересылок выполнялись за один такт; .
• интерфейс внешней шнны данных поддерживал пакетный режим
передачи, что значительно увеличивало скорость обмена; -
• математический сопроцессор (кроме модели SX) размещен на кри-
сталле процессора;
• на кристалле МП размещена кэш память первого уровня (L1) раз*.
мером 8 Кбайт; '=
• в архитектуру был заложен механизм умножения внутри МП сис-
темной частоты (применен в моделях DX2 и DX4)
486DX (Р4). Первое устройство данного класса. Имеет 32 разряд-;
яую архитектуру. Внешние шнны адреса и данных 32-разрядиые Выпус-,
кается в 168-ножечиом PGA корпусе Рабочие частоты 25 и 33 Ml ц Ра:
бочее напряжение +5 В *
486SX (Р23). Представлен в апреле 1992 г. Единственное архитек-
турное отличие данной версии от МП DX состоит в том, что на кристал-
ле отсутствует блок математического сопроцессора. Выпускался в корпу-
сах PGA и PQFP (планарный) с 196 ножками. Исполнение PQFP пред:
назначалось для припаивания процессора к материнской плате. Большой
количество процессоров в PQFP-исполнении при помощи специального
переходника переделывалось для установки в PGA-разъем.
В дополнение к 486SX была выпущена микросхема 487SX (P23N).
Оиа называлась сопроцессором, но но своему виутренннму устройству
являлась полноценным процессором DX Предназначалась для использо-
вания в тех случаях, когда МП припаян к плате н его нельзя снять. Уста-1
навлнвалась в специальную панельку. Определенным сигналом отключа-
ла центральный процессор н принимала управление системой на себя
486DX2 (Р24). В этой модели впервые был применен принцип, при
котором тактовая частота системы внутри МП увеличивалась вдвое Это
позволяло увеличить вдвое производительность процессора и при этом
130
Микропроцессоры
не ужесточать требования по быстродействию к остальным компонентам
материнской платы. Совместим по расположению ножек с предыдущими
моделями. Рабочие частоты 25 и 33 МГц. Питающее напряжение +5 В
Процессор DX-2 выпущен в нескольких модификациях
• Исходная модель (Р24), для работы с кэш-памятью использовался
режим прямой записи (writethrough — WT) Маркировка:
A80486DX2-50
С3420396.
• Модель с усовершенствованным адром (SL enhanced), для работы
с кэш памятью режим — WT Маркировка
A80486DX2-50
С3420396
&E5V1X SX606.
— имеет ядро SL
• модель с усовершенствованным ядром SL, для работы с кэш-памя
тью режим с обратной записью (write-back — WB). Маркировка:
A80486DX2-50
С3420396
&EW5V1X SX606
— имеет ядро S,
"W" — режим работы с кэшем WB
IntelDX4 (Р24С) Вариант процессора с внутренним утроением ча
стоты. Самая производительная модель средн 486-х процессоров Intel
Расположение ножек обычное Рабочие частоты системы 25 и 33 МГц
Питающее напряжение +3,3 В Выпускался в двух модификациях, разли-
чающихся режимом работы с кэш-памятью
• С прямой записью (WT). Маркировка
A80486DX4-75
С4360789 QO668
• С обратной записью (WB) Маркировка
A80486DX4-75
L5144355 ES
&EW 3VOLT Q90760
"W" — режим работы с кэшем WB
131
Глава 4
Следующим шагом о развитии компьютерной отрасли стало появле
нне микропроцессора Pentium До выхода его долго называли 586-м
процессором. Но фирма Intel решила иначе, и процессор получил соб-
ственное имя. Цифры: 386, 486 запатентовать нельзя, а оригинальное
имя можно. Непрошенным гостям пришлось соскочить с запяток ’’чу-
жой” кареты С чужим товарным знаком не поиграешь!
Из особенностей Pentium можно выделить следующие
• внутренняя архитектура процессора 32 разрядная с 64 разрядной
внешней шпион данных;
• архитектура суперскалярная (содержит два конвейера обработки
данных):
• содержит блок предсказания ветвлений
• имеет 16 Кбайт кэш-плмяти первого уровня (по 8 Кбайт для команд
и данных);
• имеет очень производительный сопроцессор (данные поступают в
формате с плавающей занятой, затем преобразуются в целочнелен
нын формат и в таком виде обрабатываются в аппаратно реализо-
ванном блоке)
Pentium 60/66 (Р5). Первая модификация процессоров данного
класса. Выпущен в марте 1993 г Работал с тактовой частотой 60 или
66 МГц Упакован в PGA-корпус с 273 ножками, расположенными в виде
матрицы (Socket 4) Рабочее напряжение +5 В. Изготавливался по тех
кологни с проводниками 0,80 мкм.
После начала выпуска в математическом блоке была обнаружена на-
делавшая много шума ошибка, В последующих версиях она была исп-
равлена,
Pentium 75*200 (Р54С), Второе поколение процессоров Pentium
Работают от тактовой частоты 60 н 66 МГц (только для процессора
Pcnttnm-75 была использована пониженная частота 50 МГц) —
табл 4,1, Упакованы в SPGA-корпус (с шахматным расположением ио
жек), имеющий 296 выводов Питающее напряжение +3,3 В, Устанав-
ливаются в Socket 5 Н 7
Коэффициент внутреннего умножения частоты задается при помощи
блока специальных перемычек, расположенных на материнской плате,
С них сигнал поступает на две специальные ножки микропроцессора*
ВРО(ВГ) и ВГ1,
Pentium MMX 166*233. В целях оптимизации процессора Pentium
для работы с мультимедиа-программами фирмой Intel был разработан для
него набор из 57 дополнительных MMX (MultiMedJa eXtentions) команд
132
Микропроцессоры
Предложен пользователям в январе 1997 г. Процессор включающий в
состав своей системы команд это дополнение и имеющий некоторые дру
гме аппаратные усовершенствования, получил имя Pentium MMX, Новые
команды были ориентированы на выполнение часто встречающихся в
мультимедиа-приложениях операций. С помощью этих команд;
• реализовывался новый алгоритм обработки 8-битных слов гра-
фических данных (нз восьми 8-бнтпых слов формировалось одно
6'1-разрядное слово которое обрабатывалось одной командой)
• упрощалась организации коротких циклов с большим количеством
повторов:
• упрощалась организация процедур с большим количеством опера
дни умножения и суммирования
Таблица 4 1
Процессоры Pentium И Pentium MMX
Тил процессора Коэффициент внутреннего умножения Рабочая частота системы МГц Установочная панель Питающее напряжение
Pentium (Р5) -60 — 60 Socket 4 +5 В
-53 — 66
Pentium (Р54С) -75 1 5 50 во Sockets,? +3 3 В
-90
-100 55
-120 20 50
-133 66
-150 25 60 Socket 7
-166 66
-200 30 66
Pentium MMX -150 25 ВО Socket 7 Vcc2 (+2,9 В); VCC3 (+3,3 В)
-15В 55
-200 3 0 66
-233 35 66
Для того чтобы не нарушить совместимость с действующей системой
команд, при хранении данных требовалось использовать уже имеющиеся
в МП ресурсы. Были задействованы регистры, предназначенные для раз
метения чисел при выполнении математических вычислений в формате
с плавающей запятой
133
Глава 4
Это вводило некоторые ограничения на организацию вычислении в
компьютере: операции с числами в плавающем формате н по обработке
графических данных с использованием ММХ операции не должны сме-
шиваться, так как в этом случае будет происходить разрушение данных.
Кроме включения новых операции в состав системы команд былн
внесены и некоторые усовершенствования в аппаратную часть микро
процессора
» объем внутренней кэш-памяти (LI) был увеличен до 32 Кбайт (это
новшество в первую очередь обеспечило увеличение производите-
льности процессора ММХ в сравнении с обычным);
• было использовано отдельное пониженное рабочее напряжение
для ядра процессора +2.9 В (для периферийных устройств сохра-
нен прежний уровень +3 3 В),
• для задания коэффициента внутреннего умножения частоты, рав
иого 3,5 (для получения 233 МГц), была использована комбинация
сигналов BF0 и BF1. ранее примененная прн установке К = 1,5.
4,3, Pentium II, Pentium 111, Celeron, Pentium 4
Производители условно делят компьютеры на четыре категории
• базовые настольные (офисные и игровые),
• высокопроизводительные настольные (рабочие станции, серверы
начального уровня):
• высокопроизводительные рабочие станции и корпоративные серверы,
• блокнотные компьютеры и мобильные системы
Процессоры для каждого из этих типов компьютеров имеют свои осо
беиности во внутреннем устройстве и внешнем исполнении. Естественно
желание каждого производителя микропроцессоров "снять урожай" на каж-
дом из этих полей Для этого нужно выпускать четыре различных Процессо-
ра. До недавнего времени Intel заполняла этн позиции следующим образом
• Pentium ММХ,
• Pentium 11,
• Pentium Pro
• мобильный вариант Pentium ММХ,
Поддерживать производство сразу нескольких микропроцессоров ве-
сьма накладно. Поэтому решение сосредоточиться на самом (на данный
момент) современном процессоре и выпускать его в нескольких моделях
с разной производительностью выглядит вполне обоснованно
134
Микропроцессоры
Фирма Intel пошла по этому пути. Выпустив в 1997 г, процессор Реп
bum 11 и приняв его в качестве базового, она организовала его произвол*
ство в четырех модификациях, ориентированных на упомянутые четыре
категории компьютеров;
• Celeron — для офисных и домашних систем,
• Pentium 11 — для высокопроизводительных систем,
• Pentium 11 Хеоп — для корпоративных серверов,
• Pentium 11 (в виде съемных модулей нли в корпусах TCP) — для
мобильных систем.
Такой подход продолжала реализовывать и в дальнейшем Каждый
новый процессор изначально позиционируется на системы определенной
категории
Одновременно с началом широкого использования терминологии о
разделении настольных компьютерных систем на четыре класса в оборот
пошли термины. High-end н Low-end системы. Эти понятия характеризу
ют ие только уровень производительности систем но и подход пользова-
теля к их выбору.
High-end — максимально производительные (на момент покупки)
системы, Ориентирующиеся на такие изделия пользователи должны
быть готовы "выложить" за иих любые деньги
Low-end — подход к выбору компьютеров, когда выбираются наибо-
лее производительные но стоимостью не превосходящие определенный
уровень.
Второй термин — понятие растяжимое (предел стоимости пользова
тель устанавливает для себя сам), первый — вполне конкретное Каж-
дой, только что появившийся процессор (поднимающий выше планку
максимальной производительности), в любой из четырех перечисленных
групп автоматически становится основой для построения lbgh-end-снс-
гем. Если упростить картину, то процесс построения можно свести к сле-
дующему разрабатывается системная плата, предусматривающая уста-
новку ОЗУ большого объема, прн этом элементы должны быть наиболее
ныстродействующнмн иа текущий момент' берется емкий винчестер и
нее остальное по максимуму
Хотя деньги за такие системы платятся очень внушительные, их
превосходство над "предыдущими лидерами" может составлять всего
’>.,.10 %, Однако для кого-то они важны, и за них платят '’неыерен*
иые" деньги
Pentium II — процессор с вычислительным ядром Pentium Pro, до
полненный средствами ММХ н упакованный в другой корпус
135
Глава 4
Имеет от него определенные отличия.
• внутренняя кэш-память (L1) имеет объем 32 Кбайта (16К + 16К),
что в 2 раза больше, чем у Pentium Pro:
• кэш-память второго уровня (L2) емкостью 512 Кбайт н более отде
лена от ядра процессора (интегрирована пе на кристалле, а на пла
те процессора) н работает на частоте вдвое меньшей, чем частота
ядра процессора;
• поддержка программного расширения ММХ
Pentium II (табл, 4.2) первой модификации (весна 1997 г,), имели
название Klamath, выпускались во технологии 0.35 мкм, требовали на-
пряжения питания +2,8 В н очень сильно грелись
Частота шины — 66 МГц, Уточним это понятие — имеется в виду
скорость, с которой МП ведет обмен с чипсетом. При описании систем
класса Pentium 11 и выше в качестве синонима иногда используют термин
"частота системной тины”, Цо в компьютерной литературе он уже упо--
треблиетсн для обозначения рабочей частоты снстеми ых шин: ISA EISA,
PCI. Поэтому, во избежание путаницы, для обозначения скорости обме-
на внутри процессорного ядра будем ислользовать термины: частота
процессорной шиньц п крайнем случае — частота внутренней систем-
ной шины.
Pentium II упаковал в корпус, похожий иа небольшую плоскую коро*.
бочку — SI-CC-картридж (Single Edge Contact CarIrJge). Соединитель-.'
пин разъем ножевой двухсторонний с 242 контактами встанлиется в'
установочную панель Slot 1 (права на нее принадлежат фирме Intel). 4
На смену Klamath ирши/m процессоры с ядром модели Deschutes.-
Они изготавливались но технологии 0,25 мкм, и необходимое для инх иа-.'
пряжение витания было снижено до +2,0 В Частота шины — 66 и
100 МГц. -i
Следующим после Pentium Pro и Pentium 11 в шестом поколении про-;
цессороп Intel стал Pentium Ш, (На картридже надпись имеет несколь*-;
ко иной вил— Pentium !?., Латинская тройка из трех восклицательных,
знаков. Видимо, ну очень хороший Pentium,) На этапе разработки имел ;
название Katmai. После выхода Pentium HI иа рынок это имя было со*'
хранено за его первой модификацией
Процессор упакован в картридж улучшенной конструкции (SECC2). .
Устанавливается в Slot 1. Имеет кэш-память первого уровня размером "
32 Кбайт (16 Кбайт для команд и 16 Кбайт для данных) и второго уров* -
ия — 512 Кбайт работающую на 1/2 частоты процессора. Питающее на-
пряжение +2 В. Частота шины 100 или 133 МГц, Выполнен по техноло-
гии 0 25 мкм, Начальные модели — 450 в 500 МГц, Позднее выпускались
более производительные изделия (см. табл 4,2).
136
Микропроцессоры
Таблица 4 2
Процессоры Pentium Il/Penhum III
Процессор Частота. МГц Шина х К S1OI1 Sockel 370
Pentium и (Klamath) L2=512j 035мкм 2,0 В 233 66x3.5 +
266 56 х 4.0 +
300 66x4.5 +
(Doschutos) 0.25 мкм 2 0 В 333 56x50
350 100 х 3 5 +
400 100x4.0 +
450 100x4.5 +
Pentium Hl (Katmal) L2=512 0<26mKm,2,0B 450 100x4.5 +
500 100x5.0 +
0338 133x4.0 +
560 100x5.6 +
600 100x6.0 +
600В 133 х 4.5 +
(Coppermine) L2=256 0 16 мкм 500E *' 'бЗЗЕВ 550Е бобе"' 600ЕВ_ _ 650 _667 700 100x5.0 _J33_x4.0_ 100 х 5.5 ' 100 х'б'.О " 133x4.5 100x6-5 133 х 5.0 100x7-0 + + + + + + + 4 + + + + + + +
__ 733__ "750 800 600В 133 х 5.5 ' 100x7.5 ' 1О0 х 6.0 133 х 0.0 + + + + * + + +
650 100x8.5 + +
666 133x6.5 + +
900 100x9.0 +
933 1.0 133 х 7.0 100x10.0 +
1.0В 11 133 х 7.5 100x11.0 — +
1 13 133x8 5 +
137
Глава 4
Таблица 4 2 (окончание)
Процессор Частота, МГц Шинах К Slot! Socket 370
(Tualatin) L2=266 о.13 мкм 1.0 133x7,5 +
1.13 133x8.5 +
1.2 133 х 9.0 +
Penhum III имеет немалые архитектурные отличия от своего предше-
ственника:
• суперконвейерная обработка команд (Super pipelining),
• суперскалярный конвейерный блок
• механизм исполнения с изменением последовательности,
• блок предсказания условных переходов,
• двойная независимая шина (Dual Independent Bus),
• набор дополнительных мультимедийных команд — SSE
Кроме этого, Pentium III имеет некоторые чисто технические отличия
• допускает работу с шиной 133 МГц,
• изменена форма картриджа,
• во внутреннюю структуру заложен индивидуальный регистрацией
ный номер.
Суперконвейер. Принцип конвейерной обработки команд (ptpek
mng) подразумевает непрерывное исполнение команд — Одна за другой,
без перерыва. Для предотвращения возможных простоев в состав про-
цессора включен специальный конвейерный блок, куда команды заранее
считываются из ОЗУ
Конвейер процессора Pentium II вмещает 5 команд, в Pentium III его
емкость увеличена вдвое (10 команд). Кроме этого в механизм его рабо-
ты внесено изменение. После выборки команда преобразуется в последо
вателыюсть нз нескольких микрокоманд и в таком виде хранится в кон-
вейере. Процесс ее исполнения будет состоять нз нескольких отдельных
микроопераций.
Суперскалярный конвейер. Конвейерный блок Pentium III имеет
три обрабатывающих потока. Эго позволяет выполнять более одной
команды за такт
Механизм исполнения с изменением последовательности.
Команда преобразована в несколько микрокоманд. В некоторых случаях
процессорный блок может исполнять их в удобной для него очередности
После того когда все они исполнены, нх “неупорядоченные результаты
выстраиваются в нужной последовательности
138
Микропроцессоры
Предсказание условных переходов. Обычно команды исполня-
тся в тон последовательности, в которой они расположены в программе
линейного исполнения. Это правило нарушают команды условного пере
л ода Адрес следующей для исполнения команды зависит от наличия
(пли отсутствия) некоторых признаков, результатов сравнения с чем-то
пли соблюдения каких-либо условий В случае, когда линейность испол-
нения нарушается, приходится освобождать конвейер н заполнять его за
ново. На это тратится дополнительное время а следовательно, произво-
дительность падает
Процессорное ядро Pentium III содержит специальный блок, в задачу
которого входит попытка "предугадать — какую команду придется ис-
полнять после осуществления условного перехода. Она будет заранее
считана в конвейер н выполнена без задержек. Разработчики утвержда-
ют что вероятность ошибки не превышает 10 %.
Двойная независимая шина. Процессор имеет две отдельные ши-
ша для обмена с кэш-памятью второго уровня и всей остальной системой
(точнее с "северным” мостом).
Набор команд SSE (Streaming S1MD Extensions) предназначен для
выполнения операций параллельной обработки данных — S1MD (Single
Instruction Multiple Date). Первоначально он назывался ММХ2, позже
использовался термин KNI (Katmal New Instruction), в качестве окоича
п-льиого было принято обозначение SSE.
Пятьдесят операций из SSE-иабора выполняют SIMD-операцни Для
чйеспечеиия их работы в программную структуру включен дополннтель
нын набор нз восьми 128-раз рядных регистров. Эти команды облегчают
выполнение "трехмерных” (для формирования трехмерного изображе-
ния) вычислений и дополняют "двухмерные" ММХ-операцни.
Двенадцать команд оптимизируют математические вычисления при
нахождении минимумов, максимумов и средних значений
Оставшиеся восемь инструкций предназначены для рационализации
рлботы кэш-памятн, ускорения передачи данных по графической шине и
шине, связывающей ядро процессора с памятью
Первые модели Pentium III рассчитаны на работу с шиной 100 МГц
щкледующне — 133 М1ц При маркировке изделии с более скоростным
ядром после значения рабочей частоты процессора добавляется литера
II (например, P1II-533B или PIII-600B) Увеличение скорости внутренней
шины позволяет повысить рабочие частоты PCI- и AGP шин до 44,3
и 88 6 МГц (вместо 33 н 66 МГц)
В новом картридже Pentium III (SECC2) размер радиатора охлажде
пня уменьшен н составляет примерно половину площади крышки. Ра дна-
nip касается крышки корпуса процессорного элемента, что улучшает
139
Глава 4
теплоотвод. На второй половине крышки картриджа размещен вентиля
тор Оба эти новшества значительно улучшают охлаждение процессора.-
В Pentium 111 внесено еще одно, наделавшее много шума, усовершен-.
ствование — внутренний идентификатор, содержащий 6'1-разряднын
номер процессора, сведения о частоте, на которую рассчитан процессор,
и некоторые другие параметры. Предполагалось, что идентификатор мо-,
жет быть считан из компьютера по сети. Это вызвало негативную реак-
цню пользователей. Они усмотрели в этом возможность для посторонних .
лиц считать с нх компьютеров вместе с индивидуальным номером и дру-
гую информацию.
С целью успокоить общественное мнение фирма Intel разработала
специальную утилиту, блокирующую считывании идентификатора, н об
ратилась к разработчикам BIOS с предложением включить в состав их-
нзделнй опцию, выполняющую ту же функцию Только после этого стра-
сти улеглись.
11а смену Katmni врншла модификация Coppermine. В переводе иа
русский — это ‘‘медный рудник1’, или ‘‘шахта’1, Предполагалось, что для-
изготовления процессора будет использована технология с медными про- ;
водниками. Однако он производился традиционным способом — с алю»ё
мннневымн проводниками. Начальная модель — 500 МГц. Литера Е в-;!
маркировке — ядро Copperminc, литера В — частота тины 133 МГц, •«
Coppermine имеет существенные отличии от предшественника ’
Процессорный кристалл изготавливается по технологии 0,18 мкм.}
Данное новшество позволило снизить потребление энергии на 30...40 %, j
Он выпускается и двух вариантах исполнения: в картридже SBCC2 для а
установки и Slot I и и корпусе PC-IXiA для разъема Socket 370. Ilaiipn-.j
женке ццтаиня процессора в неполнепнн дли Slot I составляет + 1,65 B.li
под Socket 370 составляет — +1,6 В, I
Peutunn Ш в исполнении для Slot 1 официально (об этом говорится вд
документах Intel) поддерживает двухпроцессорное^ Он может быть)
установлен на системных платах класса Pentium II Для этого, правда, ‘
требуется установить требуемый уровень питающего напряжения и за- i
MctiHTb BIOS. :
У процессоров Pentium 111 в исполнении для Socket 370 разводка не- j
скольких ножек отличается от цоколевки Celeron в FC-PGA-Koptiyce. На->
прямую их использовать в старых платах (предназначенных для Celeron)'
нельзя. Однако выпускаются переходники для Slot 1, имеющие заодно и
блок преобразования уровня питающего напряжения. (На некоторых си- ,
стенных платах нельзя выставить 1,6 В, требуемые для Pentium III в
ГС-PGA-Kopuyce). При помощи недорогой вспомогательной детали про-
дляется срок службы материнских плат
140
Микропроцессоры
Существенные изменения внесены в структуру кэш-памятн. Размер
кэша первого уровня остался тем же — 32 Кбайт (16К+ 16К). Кэш-па-
мять второго уровня объемом 256 Кбайт работает на частоте ядра
Кроме этого, стало возможным использовать для обмена между МП и
кэш-памятью 256-разрядиую шину (ранее она была 64-разряднон) Кэш
имеет новую организацию ЛТС (Advanced Transfer Cache), содержащую
специальные схемы буферизации ASB (Advanced System Buffering). Нов-
шество позволило уменьшить задержки при доступе и, соответственно,
увеличить быстродействие
В середине 2001 г Intel выпустила Pentium 111, изготавливаемый по
технологии 0,13 мкм Процессор с такой модификацией ядра получил на-
звание Tualatin. Он предназначен для работы с шиной иа 133 МГц и
имеет L2-ki>iu на 256 Квантов. Ll-кэн» прежний — 32К. Питающее иаиря
желне — 1,5 В Pentium 111 Tualatin упаковывается в корпус типа
1*C-PGA2 (нроцессорлый кристалл накрыт теплоотподящен пластиной,
дополнительно играющей роль защитной крышки). Поддерживает про
граммные расширения .ММХ и SSE
По своей аппаратной реализации 1 ualattn отличается от своих пред
ществснннков:
• процессор использует пониженное напряжение питания (15 В)
задаваемое с точностью до 0.05 В (требуется наличие на плате ре
гулятора напряжения, соответствующего требованиям специфика
цнн VRM 8.5)',
• изменены электрические параметры некоторых сигналов
• задействовано несколько ранее не использовавшихся ножек,
• дли обмена с процессорным набором используется низковольтная
шина AGTL+ (сигнальный уровень — 1,25 В. ранее было — 1.5 В)
В процессор заложены средства опознании. Его работа с платой начн
лается с их взаимной идентификации. МП выполнит загрузку только мо*
еле того, как убедится что плата способна опеспечнть его фуикцноннро«
ванне. Как следствие — /зля поддержки Tualatin нужны специальные про
цессорные наборы, ’'обыгрывающие'* его схемотехнические особенности
Intel применила для нх обозначения метку "B-Step", прочие производи
гелн добавляют в маркировку литеру “Т
Малозаметным отличием Tualatin от предшествующих модификации
стало внутреннее отключение идентификатора. Идея присвоить каждому
пользователю личный иомер не прижилась Слишком много ассоциаций .,
К сожалению, Tualatin появился слишком поздно. Заложенный в нем
потенциал не был полностью реализован Вышедшие модели на 1.0. 1,13
1.2 это далеко не те высоты, которые он был способен взять Мотив про-
141
Глава 4
нзводнтеля понятен. Уже был представлен пользователям Pentium 4, а;
иметь два процессора, нацеленных на одни н тот же класс компьютерных.,
систем, нерационально — они начнут конкурировать между собой Tuala-
tin был "снят с пробега", '
Ядро Tualatin используется в серверных (Pentium III S Pentium 111;
Хеоп) Pentium Ш-М процессорах и в Celeron
Для МП, используемых в мобильных системах критичным парамет-.
ром является уровень потребляемой мощности, а соответственно, н пита-
ющего напряжения. Процессоры Pentium Ш-М дополнительно выпуска-*
югся в двух модификациях с пониженным уровнем потребления
• LV (Low Voltage) — потребление менее 1 Вт, питающее нал ряже
нне 1,15 В (
• ULV (Ultra 1 ow Voltage) — потребление менее 0,5 Вт питающее;
напряженке 1,1 В. i
Ядро Tualatin, выполненное по технологии 0,13 мкм, обеспечило сии-,'
жснне уровня потребления. Оно оказалось очень удобным для построек
ння мобильных версий процессора. В них интегрированы средства под-1
держки технологии Speed Step, управляющие уровнями энергопотреб-]
лення. При переходе па питание от аккумулятора компьютер переводит-]
ся в режим энергосбережения. Нипрнмер, Pentium lll-M (VL) 866 МГц]
при работе от сети использует рабочее напряжение 1,15 В Когда снстец
ма переходит в автономный режим (электропитание от аккумулятора);}
то рабочая частота процессора снижается до 533 МГц, а питающее на4
пряжение уменьшается до 1,05 В. Pentium Ш-М (ULV) 750 МГц при пе-1
реходе в экономный режим снижает рабочую частоту более чем вдвое —*
до 350 МГц, питающее напряжение — до 0,9 В. ]
Одновременно с выходом Tualatin состоялся повторный дебют Penli-|
um 111 Coppermine с рабочей частотой 1.13 ГГц. Первый раз его апонсироч
вали за год до этого (август 2000 г). Ход оказался неудачным. Процессор
работал неустойчиво, и его пришлось отзывать. Он появился через годи
когда по большому счету, был уже и не очень нужен Pentium 4 движется]
к отметке в 2 МГц, представлен пользователям более современный Penti4
um III (Tualatin) на ту же частоту. 11о,...фнрма Intel посчитала, что раз]
процессор объявлен, то он должен выйти. И он вышел1 I
Celeron — семейство процессоров для недорогих настольных компь*|
ютеров. Начальная модель Covington выпускалась без кэш-памятн вто-t
рого уровня. Имела только кэш первого уровня в 32 Кбайт (16К + 16К).'(
Использовалось процессорное ядро Deschutes, Выполнен по технологии*
0,35 мкм. Напряжение питания +2 В. Частота шипы 66 МГц Изготавлн-j
вался в виде процессорной платы (без картриджа и теплоотводного ради-:
атора), устанавливаемой в Slot 1 В данном исполнении вышли модели ci
142
Микропроцессоры
частотами 266 и 300 МГц (табл. 4.3). Идея создания процессора без вто
рнчного кэша оказалась ие очень удачной. Производительность его ока-
залась на уровне обычного Pentium. (В простоте тоже нужна мера.)
Этот недостаток первых Celeron был устранен в следующей моде-
ли — Mendocino. В иен к уже перечисленным внутренним ресурсам бы-
ли добавлены 128 Кбайт кэш-памятн второго уровня, работающие на час
тоте процессора. Ее выпуск начат с частоты 300 МГц. Модель получила
маркировку Celeron 300А (литера добавлена с целью избежать путаницы
с процессором той же частоты, но без интегрированной кэш-памятн). По
следующие модели маркировались обычным образом Изготавливается
по технологии 0.25 мкм. Напряжение питания +2 В
Еще одной особенностью Mendocino стало возвращение к хорошо
проверенному старому: параллельно с производством процессоров в нс
полпенни для установки в Slot 1 Intel начала нх выпуск в плоских
PPGA-корпусах (для разъема Socket 370). Внешне они стали похожи на
обычный Pentium. Начиная с рабочей частоты 466 МГц Celeron пронзво
лились только в плоских корпусах.
Первоначально название ’’Celeron" предполагало упрощенную вер
сию Pentium П. Постепенно оно трансформировалось в название целон
группы МП. предназначенных для использования в компьютерах нача-
льного уровни.
Весной 2000 г. Intel начала выпуск новой модели — с ядром Copper-
minc (Pentium Ш) н 128-Мбайтиым вторичным кэшем (работающим на
частоте процесора). Кэш LI — 32К (16+16). Модификация получила иа
звание Celeron II (иногда ее еще называли Coppermine 128). Главной
особенностью данной модификации является поддержка командного на
бора SSE. Новый Celeron изготавливается по технологии 0,18 мкм. На
пряжение питания +1,5 В Выпуск начат с модели на 533Л МГц. (Литера
А ставится во избежание путаницы с моделью Mendocino той же часто
ты.) Для процесоров 633 МГц н выше требуется более высокое напряже
ние — 1,65 В. Процессор упаковывается в плоский FC PGA корпус для
установки в панель Sockel 370
Частота шины осталась прежней — 66 МГц Давно ожидаемый пе-
реход на 100 МГц шину произошел на модели Celeron 800. С точки
зрения архитектуры он ничем не отличается от предыдущих модифика-
ций. Для повышения производительности Intel просто разогнала процес-
сорное ядро
В большинстве современных процессоров коэффициент внутреннего
умножения фиксирован. Увеличение рабочей частоты возможно только
за счет повышения частоты шины. (В этом случае для стабильной работы
требуется еще повысить питающее напряжение на 0,05...0,15 В) Многие
пользователи н розничные продавцы тщательно “просеивают" имеющие
143
Глава 4
ся в нх распоряжении процессоры на предмет нахождения тех из инх. ко-
торые способны работать на более высокой частоте. Отобранные, естест*-
веннО| продаются дороже и "навар" идет в карман умельцев. Долгое вре
мя Intel ие претендовала на этот кусок, по пришел момент н она решила
не брезговать и этой ''копенкой1’. Процессоры Celeron 800 » выше разго-
няются самим производителем Дополнительным подтверждением этого
служит повышение питающего напряжения до 1,7 В
Таблица 4 3
Процессоры Celeron
Процессоры Частота, МГц Slot 1 Sockel 370 Socket478
Celeron (Covingion) 255 +
L2sner, 66 МГц, 0,26 мкм 300 +•
(Mendocino) 300А + +
L2=12BK 66 МГц, 0,25 мкм 333 ► +
356 + +
400 »
433 + ♦
455 4
500 53 3* — 4 4 -
(Coppermine) L2-12BK 56 МГц 0 1В мкм 533А__ "556 — 4 4 —
600 4
633 ♦
667 4
700 4
733 4
755 4
100 МГц 800 4
В50 4
900 4
1.0 4
1.1 4
(Tualatin) 1 0А 4
L2=25BK. 100 МГц 0 13 мкм 1 1А 4
12 4
1 3 4
1 4 4
144
Микропроцессоры
Таблица 4.3 (окончание)
Процессоры Частота, МГц Slot 1 Socket 370 Socket 47В
(Willamette) L2-12BK, 400 МГц 1,7 +
1,6 +
(Northwood) 1_2=12ВК, 400 МГц 20 +
2.1 +
2.2 +
23 +
2.4 +
2.5 +
2.5 +
2.7 +
2.6 +
Не реализовав возможности ядра Tualatin в процессорах для пронзво
днтельных настольных систем Intel применила его в недорогих модифика-
циях МП. Начальная частоты — I ГГц Частота процессорной шины оста-
лась прежней (100 МГц). Объем вторичного кэша увеличен до 256 Кбайт
Питающее напряжение, типичное для Tualaiin, — 1.5 В
Особенности устройства н работы Pentium 4 Inlet решила перенести
в компьютерные системы начального уровня н весной 2002 г. на ядре
Willamette-128 выпущен процессор семейства Celeron. В сравнении с
прежними Целеронамн. это совершенно другой процессор Общее у них
только имя. но хорошо "раскрученный" товарный знак дорогого стоит
Размер кэш-памятн второго уровня — 128 Мбайт, частота шины —
400 ГГц. Устанавливается в Socket 478. технология изготовления
0,18 мкм. Начальная модель 1,7 ГГц
Следующей моделью стал Celeron с ядром Northwood. Первоначаль-
но сообщалось, что процессор будет иметь Е2-кэш, равный 256К. Позже
планы Intel изменились Объем кэш-памятн остался прежним — I28K
Частота начальной модели — 2 ГГц.
Весной 2000 г в процессорной гонке вперед вышла компания AMD
Ее Athlon 1 ГГц появился на три дня раньше, чем Pentium III I ГГц. Осе-
нью того же гола Intel вернула себе лидирующую позицию в отрасли —
20 ноября вышел процессор Pentium 4 первой модификации
Pentium 4 (Willamette) — новая ветвь на древе Intel-процессоров
Имеет принципиально новую мнкроархнтектуру впервые с момента по-
явления в 1995 г. МП Pentium Pro.
В новой мнкроархнтектуре (NelBurst) разработчики учли изменение ин-
тересов пользователей — пришло время, когда они все меньше считают и
нее больше играют, работают со средствами мультимедиа и Internet Архи
145
Глава 4
тектура оптимизирована для работы с большими массивами данных (звук,
сжатые видеоданные) и ускоренной реализации алгоритмов, используемых;
для сжатия данных, передаваемых no Web] чему способствует наличие'
очень производительного блока целочисленных математических операций. •
Процессор имеет много архитектурных усовершенствовании:
• увеличена до 20 ступеней глубина конвейера команд (Hyper Pipelfy
ncd Technology') ,?
• применен новый алгоритм работы внутренней кэш-памятн команд;
(Execution Trace Cache). Команды сохраняются в декодированном j
виде. При повторном исполнении устраняются связанные с декоди-’
рованнем задержки; >
• зеденствован механизм улучшенного динамического исполнения
(Advanced Dynamic Execution), повышающий вероятность правила!
ного предсказания результата при исполнении условных переходов;
• для связи с чипсетом используется производительная шнна (Quad
Pumped), по которой за один такт выполняется четыре операцн^
передачи.
В упрощенном виде смысл предложенных усовершенствовании мож-
но описать следующей процедурой: считать как можно больше команд,
разложить их на "кислород и водород" (на исполняемые процессорным
ядром микрооперация), сохранить нх в таком виде во внутренней кэш-па;
мятн и обеспечить исполнение наибольшего нх количества за один такт.'
Кэш-память первого уровня (LI) раздельная для данных и команд
Кэш данных имеет объем 8 Кбайт, команд — 12 Кбайт
Кэш-память второго уровня (L2), размещенная на процессорном крнс
талле, имеет объем 256 Кбайт. Работает на частоте процессора и досту!
к иен ведется по 256-разриднон шине.
Частота процессорной шины составляет 400 МГц (у Pentium III был!
133 МГц).
В работе арифметического блока реализован алгоритм ускоренной
выполнения вычислений (Rapid Execution Engine). Кроме этого, нужц
учесть, что работает он на частоте вдвое большей, чем у процессорное'
ядра При рабочей частоте процессора 1,5 ГГц это составляет 3 ГГц! ;
В состав системы команд (в дополнение к ММХ и SEE) включен но
вын набор — SSE2 Его составляют 144 инструкции С нх помощью вы
полняются
• операции со 128 разрядными целыми числами,
• ускоренная обработка массивов данных графики, видео звука,
• некоторые функции по управлению памятью н кэшем
146
Микропроцессоры
Напряжение питания — 1,7 В, Изготавливается по технологии
0,18 мкм с аллюмннневымн проводниками. Кристалл процессора очень бо-
льшой — 220 мм2. Потребление энергии высокое, и как следствие — боль
шое выделение тепла (до 60 Вт). Требования к системе охлаждения этим
задаются весьма жесткие, отвести такое количество тепла очень непросто
Начальные модели имели частоты 1,3, 1,4 и 1,5 ГГц (табл. 4.4). В роз
вицу ("в коробке") процессор продавался в комплекте с двумя двумя мо-
дулями Rambus-памяти по 64 Мбайта. Позже в довесок пошли модули по
128 Мбайт
С точки зрения проталкивания иа рынок любимой Intel RDRAM памяти
идея очень удачная, ио среди пользователей отклика она ие нашла. Доро-
н>н процессор, дорогая память, отсутствие возможности выбирать Объем
продаж Pentium 4 оказался значительно меньше запланированного
Судя по всему, "сигнал дошел . Для процессоров 1,7 ГГц и выше (с
иесны 2001 г.) предусмотрен обычный вариант розничной продажи —
без элементов памяти Выпущены наборы, обеспечивающие работу Penti-
um 4 с синхронной (PCI00/PC133) и DDR-памятью.'
По каким-то своим внутренним причинам Intel начала выпуск Penti-
um 4 Williamette в двух вариантах исполнения. Первые модели вышли в
корпусах под Socket 423. Позже процессоры начали упаковывать в кор
нус для Socket 478. Перспектива — купить процессор и плату, а немного
погодя купить новым процессор и еще одну плату очень ие понравилась
пользователям. У них был выбор: платить дважды или подождать выхода
основной модели процессора. Судя по всему, "ожидающих" оказалось
<лншком много, так как Intel решила выпускать Williamette в корпусах
для Socket 478 начиная с модели иа 1,5 ГГц (вместо планировавшегося
1,1) ГГц) Это был компромис (правда, тем, кто уже уже купил МП под
Socket 423, он уже ничего не давал) Берется плата с Socket 478, покупа
< тся Williamette в соответствующем корпусе, позже он может быть заме
цен на новую модель процессора.
Для процессорного ядра, выполненного по технологии 0,18 мкм, час-
ппа 2 ГГц стала пределом. Тепловыделение в 70 Вт это много На смену
Willamette пришел Northwood.
Pentium 4 (Northwood), Из> отапливается по технологии 0,13 мкм
г медными проводниками Питающее напряжение снижено до 1,5 В
В результате тепловыделение уменьшилось до 40...45 Вт, Упаковывается
н корпус для установки в Socket 478 (табл 4.4).
Основное структурное отличие от предшественника в том, что
к ян память второго уровня увеличена до 512 Кбайт Еще можно отме-
111 ri>, что ядро North wood имеет средства поддержки двухпроцессорное™
Iн Willamette этого не было), но официального заявления о том, что про
iii4*cop на его основе может работать в этом режиме Intel не сделала Be
147
Глава <t
роятно, соответствующие схемы отключены (нли просто не используют
ся). Intel не планирует строить двухпроцессорные системы на базе Penti-
um 4 Что по этому поводу думают другие разработчики чипсетов н изго-
товители системных плат неизвестно. Можно предположить, что этот во
прос они исследуют весьма тщательно. Для работы в двухпроцессорной
конфигурации Intel упаковывает несколько видоизмененное ядро (Presto-
nia) в корпус для Socket 603 и выпускает под именем Хеоп DP
Таблица 4 4
Процессоры Pentium 4
Процессоры Частота, ГГц Socket 423 Socket47S
Pentium 4 (Willamette) L2=256K 400 МГц 0 16 мкм 13 +
14 +
15 + +
1 5 + +
17 + ♦
15 + +
1 9 + +
2.0 ♦ +
(Northwood) L2=512K, 400 МГц 0,13 МКМ 533 МГц 1.6А +
1.SA +
2.0А +
22 +
24 4-
25 +
25 +
226 +
2А +
2.53 +
2.55 +
2.5 +
НТ 533 МГц НТ 500 МГц 3.05 +
2А +
25 +
2 5 +
30 +
32 +
148
М икропроцессоры
Предполагалось начать выпуск Pentium 4 (Northwood) с частот 2,0 н
2,2 ГГц. Они и появились в январе 2002 г Чуть позже Intel начала по
ставку процессоров на 1,6; 1,8; 2 ГГц с пониженным уровнем потребле-
ния. Их ядро содержит средства поддержки энергосберегающих техноло
гий Extended Speed Step н Deeper Sleep. Этн возможности будут исполь-
зоваться в мобильных версиях процессора (Pentium 4-М) Для работы с
ними предназначаются чипсеты 1845МР н 1845MZ, использующие для
построения ОЗУ DDR-элементы.
Весной 20021 Pentium 4 (Northwood) освоил шнну частотой 533 МГц
(133x4). На следующий год Intel сделала очень смелый шаг. Процессор
ная шина начала работать на частоте 800 МГц (Модель на 667 МГц про-
пущена). Делается очень серьезный зедел для дальнейшего повышения
производительности
На смену Northwood в 2004 г должно придти ядро Prescott. Оно бу-
дет иметь существенные отличия от предшественника.
• технология изготовления 0,09 мкм, питающее напряжение
1,2—1 ЗВ,
• объем кэш-памятн первого уровня, для данных увеличивается в
2 раза н составит 16 Кбайт, кэш память второго уровня увелнчива
ется до 1 Мбайта (в 2 раза)*
• в структуру процессора закладываются средства поддержки техно-
логии Hyper-Threading и, возможно, Yamhill.
Если с первыми двумя пунктами все понятно, то по третьему дадим
пояснения.
Hyper-Threading — технология параллелизма на уровне потоков
(Thread-Level Parallelism, TLP) рабочее название — Jackson Technology
Сювременный МП располагает большими возможностями по обработке
команд. При исполнении одного потока команд они используются непол-
ностью. Средний уровень загрузки составляет от 1/2 до 1/4. Возможны
пиковые нагрузки, ио они бывают нечасто. Рабочая частота процессора
растет, и исполнительные блоки “простаивают" на более высоких скоро-
стях. Происходит "экстенсивный'' (вширь, а не вглубь) рост производите
льности. Сходный пример из истории прошлого века — вместо того, что-
чы вносить в почву удобрения и получать урожай на давно возделывав
мых землях комсомольцев послали на целину, пахать голую степь
Intel попробовала решить эту задачу н разработать схему работы, ког-
к.) последовательность исполняемых команд выстраивается в несколько
потоков (на начальном этапе в два) н организуется их параллельное ис-
полнение. Интенсивность работы исполнительных блоков повышается.
Суть технологии можно свести к следующему, Реальный процессор
может быть переведет в режим работы когда в нем начинают параллель
149
Глава 4
но функционировать два блока исполнения команд — логические процес
соры. Операционная система воспринимает нх точно так же» как если бы
иа системной плате были реально установлены два процессора
Для организации такой работы операционная система должна поддер
живать многопоточность (например, Windows ХР) и исполняемая про-
грамма иметь специальную структуру, позволяющую организовать ее ис-
полнение в несколько потоков
Сначала Intel заложила средства поддержки технологии Hyper-Tlirea
ding в свои серверные процессоры — Хеоп DP (Prestonia) и Хеоп МР
(Foster МР) Начиная с модели 3,06 ГГц онн вводятся в состав процессе
pa Pentium 4 (Northwood). Наличие этого новшества зафиксировано в
логотипе Pentium 4, там появилась метка "НТ1 Закладывая механизм
Hyper-Threading в Northwood, Intel'стремится его "обкатать". С учетом
накопленного опыта, усовершенствованный НТ механизм войдет в со
став ядра Prescott.
Основная задача ПТ-техиологнн — повысить КПД исполнительных
блоков процессора путем организации параллельной работы двух "логи-
ческих" (условных) процессоров. С этой целью некоторые управляющие
системы в структуре Pentium 4 пришлось продублировать ("процессо-
ров" то, два). Введен второй комплект регистров общего назначения, пе-
ределан контроллер прерываний, каждому "логическому'’ процессору дан
свой программный счетчик. В целом, переделки незначительны. Площедь
ядра увеличилась не более чем на 5 %
Повышение интенсивности работы компонентов процессорного ядра,'
привело к увеличению энергопотребления, а, следовательно, и количест-
ва выделяемого тепла. Предельно допустимое значение рассеиваемой
мощности у нового процессора составляет 82 Вт.
Для задействования НТ-механнзма процессору необходима аппарат-
ная поддержка со стороны чипсета (на начальном этапе это, 1845РЕ,
1845GE), и использование операционной системы, реализующие режимы
многозадачности и многопроцессорности (Windows ХР).
Yamhill. Разрабатывая свой процессор Merced, позднее переимено-и
ванный в Itanium, Intel и HP не предусматривали возможность исполне-
ния его ПО в 32-разрядных системах. Позже ситуация изменилась AMD
нацелила один нз своих 64-разрядных процессоров (Athlon 64, Athlon
64FX) на область персональных компьютеров. Ответом Intel стал проект
Yamhill О его деталях фирма не распространяется, но вероятнее всего
речь идет о создании блока трансляции команд нз набора процессоров се-
мейства Itanium в 32 разрядные (х86) Первым процессором, имеющим
подобный блок, может стать Pentium 4 (Prescott)
По сути дела в конкурентной борьбе с AMD Intel делает шаг к перено-
су 64-разрядного ПО в 32-разряные компьютеры. Данное оружие можно
150
Микропроцессоры
отнести к разряду обоюдоострых. Не в одной голове может возникнуть
мысль — зачем мне нужен дорогой Itanium если я могу (пусть и медлен-
нее) делать то же самое на значительно более дешевых компьютерах. Все
это прекрасно понимают в Intel. По этой причине окончательного реше-
ния о применении средств Yamhill в составе Pentium 4 еще не принято
Скледываюшдяся ситуация будет тщательно изучена, и если Intel оценит
угрозу, исходящую от AMD, как очень опасную для себя, то Yamhill бу
лет “брошен в бон".
4.4. Процессоры для серверов — Pentium Pro,
Pentium 11 Xeon, Pentium 111 Xeon, Pentium lll-S,
Xeon, ltanium-ы
Утвердившись в статусе производителя процессоров для настольных
компьютеров, Intel захотела начать продвижение в другие области Для
этого потребовался процессор с иной архитектурой,
, Pentium Pro. В декабре 1995 г. пользователям был предложен пер-
вый процессор фирмы Intel, ориентированный на рынок производитель
пых рабочих станций и серверов Он с самого начала не рассматривался
как замена процессору Pentium
Pentium Pro построен по принципу сочетания CISC (периферия МП)
и RISC (ядро) архитектур. Команды системы 8О"86 поступают во внеш-
ние схемы процессора, транслируются в RISC-формат н затем выполня
ются ядром.
Процессор с рабочей частотой 150 н166 МГц изготавливается по тех
нологни 0,60 мкм, с частотами 180 н 200 МГц — 0,35 мкм (табл 4.5).
Имеет 64-разрядиую внешнюю шину данных н 36-разрядную шину ад
реса. Частота шины — 60/66 МГц. Внутренняя структура процессора
оптимизирована для работы с 32-разрядиым программным обеспечением
При работе с ним он достигает максимальной производительности
Pentium Pro — очень “горячий" процессор Он разогревается до 85е,
мощность рассеивания составляет 30, 50 Вт Для отвода такого количе-
ства тепла требуется очень интенсивное охлаждение,
Микропроцессор состоит нз двух кристаллов.
• ядро процессора плюс 16 Кбайт внутренней кэш-пямятн (LI) по
8 Кбайт для данных н команд;
• кэш-память второго уровня (L2) в размере 256, 512 н более кнло
байт в зависнмостн от модели.
Кэш-память второго уровня соединена с ядром специальной шиной н
работает на одион с ним частоте Оба кристалла помещены в 387-иожеч
151
Глава 4
нын керамический корпус, устанавливаемый в Socket 8 Часть ножек
имеет матричное расположение, часть — шахматное. Этим исключается
неправильная установка МП в разъем
Таблица 4 5
Серверные процессоры Inlei
Процессор Частота Шнна x К Панель
Pentium Pro L2= 256К 0,6 мкм 12= 512К L2= 1М 160 60x25 Sockel В
160 60x3 0
200 60x3 6
166 65x2 5
200 65x3 0
200 ВбхЗ 0
Pentium 11 Хооп |_2=512К L2=1M L2“2M 400 100x4 0 Slot 2
400 100x40
460 100x4 В
Pentium ill Хеоп L2=25SK 0 25 мкм L2=1M L2=2M 500 100X 50 Slot 2
650 100x5 5
600 133x4.6
667 133x6.0
733 133x6.5
BOO 133x6.0
B56 133x6 6
933 133x7 0
1 o 133x75
700 100 х 7 0
700 100x70
900 .100x90
Pentium IlkS L2=512K 0,13 мкм 1 13 133x85 Socket 370
1 25 133x9 5
1 40 133x106
Хооп (Foster) L2=25BK 0,18 MXM 14 100 Sockei 603
1 5 100
1 7 100
20 100
152
Макропроцессоры
Таблица 4 5 (окончание)
Процессор Частота Шина * К Панель
Хооп (Prostonia), L2=512K онж&Х&опОР, 400 МГц 0,13 мкм 533 МГц 1.fl 100 Socket 603
2j0 100
2.2 100
24 100
25 100
2 fl 100
30 100
20 100
ZA 100
2.65 100
2.fl 100
3 05 100
Xeon МР L2=256K, L3=512K (Foster МР) L2=266K, L3=512K L2=256K, L3=1M 14 100 Socket 603
1 6 100
1 5 100
Xeon MP (Gallaiin) L3=1M 0,13 мкм L3=1M L3=2M 1 5 133 Socket 503
1.9 133
2 J) 133
Itanium L3B2M L3=4M 733 266(133 x 2)
600 266(133x2)
733 266(133x2)
500 266(133x2)
Itanfum 2 (McKinley) L3-1.5M L3B1,5M L3B3,0M 900 400(100 x 4)
1 o 400 (100x4)
1 0 400 (100 x 4)
(Madison) L3=4M L3=SM 1 4 400(100 x 4)
1 6 400(100x4)
Pentium II Xeon. Воплощение изначальной архитектуры Pentium Pro
it техническом стандарте Pentium Ik кэш-нзмять второго уровня работает
па одной частоте с процессором Частота процессорной шины — 100 МГц
Выпущены модификации:
• с кэш памятью (L2) 512 Кбайт или I Мбайт при тактовой частоте
400 МГц;
• с кэшпамятью (L2) 2 Мбайт при частоте 450 МГц
153
Глава 4
Увеличение объема кэш памяти потребовало дополнительного места
на подложке. Повышение быстродействия вызвало рост потребления
мощности н как следствие, повышение теплоотдачи. Для улучшения от-
вода тепла был увеличен редиатор (его размер был рассчитан так чтобы
обеспечить надежный теплоотвод прн увеличении частоты до 800 МГц)
Устанавливается в SIol 2
Pentium III Хеоп (рабочее название Tanner). Изготавливается по
технологии 0,25 мкм Выпуск начат с 500-МГц модели. Требуемое напря
жеине питания +2 В (для процессоров иа 600 МГц н выше составляет
+2,05 В). Предназначен для построения многопроцессорных систем.
Упакован в картридж н устанавливается в Slot 2
Размер кэш-памятн первого уровня составляет 32 Кбайт (I6K + I6K)
Кэш второго уровня может иметь объем от25б Кбайт до 2 Мбайт и рабо
тать на частоте процессора
Для серверных процессоров наиболее важным параметром является
не тактовая частота, а объем вторичного кэша Процессоры с рабочими
частотами 733.800, 866.933 и 1000 МГц и L2 = 256 Кбайт весной 2001 г.
стоили по 425долл процессор иа 700 МГц с L2=I Мбайт —
1177долл, а модели па 700 н 900 МГц с L2 = 2 Мбайт — 1980 н
3692 долл., соответственно
С использованием кластерной технологии на базе процессоров с боль
шим объемом вторичного кэша могут быть построены системы, и имею
(цне восьми н более процессорную конфигурацию
Летом 2001 г. Intel выпустила специальную версию процессора Pentb-
um III с ядром Tualatfn. Он предназначается для использования в составе
серверных систем и маркируется — Pentium Ш-S. Серверный ‘’титул"
Хеоп отсутствует
Процессор выполнен по технологии 0.13 мкм, частота шины —
133 МГц, питающее напряжение — 1,5 В, имеет средства для организа-
ции двухпроцессорных систем. Кэш-память: LI = 32 Кбайт (16+16),
L2 = 512 Кбайт. Рабочая частота начальной модели 1,13 ГГц
С этими характеристиками все понятно Необычность в том, что про-
цессор упакован в плоский корпус для установки в Socket 370. Intel
утверждает, что на обычных системных платах (построенных иа чипсе-
тах с поддержкой Tualatin) он работать не сможет. На платах от Intel, ве-
роятнее всего, так оно и будет. Однако есть другие разработчики чнпсе
тов н другие изготовители плат, и они очень постараются ’’приладить’
Pentium Ill’S к своим изделиям
Вероятнее всего, процессор появился по той причине, что обычный
Pentium III (в плоском корпусе) официально не поддерживает двухпро-
цессорность. Pentium III-S ‘’закрывает" этот пробел
154
Микропроцессоры
Хеоп — модификация Pentium 4, предназначенная для использова-
ния в серверах Процессор внес в область серверов все достоинства но
вой архитектуры*, процессорная шнна на 400 МГц, оперативная память
объемом до 8 Гбайт на основе двухкаиальных RDRAM-элементов Его яд-
ро — Foster отличается от Willamette очень мало: поддерживает двух
процессорность, кристалл упакован в плоский корпус, предназначенный
для установки в Socket 603 (Socket F). Остальные характеристики те же,
что н у обычного Pentium 4 Технология — 0,18 мкм Кэш-память —
LI = 20 К (8+12), L2 я 256 К Начальная модель имеет рабочую частоту
1,4 ГГц (Табл.4.5)
Весной 2002 г вышел предназначенный для построения многопроцес
сорных систем Хеоп МР (ядро Foster МР, технология — 0,18 мкм). Его
основная особенность в том, что на кристалл интегрирована кэш-память
третьего уровня (L3) Рабочие частоты первых моделей — 1,4; 1,5;
I 6 МГц Процессоры на 1,4 и 1,5. ГГц имеют L3 = 512 Кбайт, 1.6 ГГц —
L3 = I Мбайт. Содержит блок поддержки технологии Hyper-Threading,
но он блокирован. Версия ядра, изготавливаемая по технологии
0 13 мкм — Gallatin, будет иметь ЕЗ-кэш I и 2 Мбайт.
Практически одновременное выходом Pentium4 (Northwood) появил-
ся его вариант для двухпроцессорных систем — ядро Prcstonia Оно*
• изготавливается по технологии 0,13 мкм,
• поддержка двухпроцессорное™,
• кэш намять второго уровня увеличена до 512 Кбайт,
• реализует механизм Hyper-Threading (возможность одновременно
го исполнения нескольких вычислительных потоков). Выпуск на-
чат с моделей 1.8; 2,0 А, 2.2 ГГц.
Первоначально процессор на ядре Prestonia назывался Хеоп DP. По-
сле того, как выпуск модели на ядре Foster был прекращен, Хеоп DP по-
терял литеру DP и стал просто Хеоп
В 1994 г Intel совместно с HP (Hewlett-Packard) начала разработку
нового процессора, который должен был стать родоначальником нового
семейства. Он получил рабочее имя — Merced
В основу процессора положена 64-разрядная архитектура (IA 64 —
Intel Architecture — 64 bit). Структура кэш-памятн трехуровневая. Все
они размещаются на кристалле процессора и работают с ним на одной
частоте.
Проектировщики Merced ставили перед собой зедачу создать устрой
ство, программно совместимое с процессорами HP РА-RISC и Intel-npo-
цессорамн архитектуры IА-32 (серия ”86). Новый процессор имеет специ-
фическую схему работы с программами Кроме собственной системы
155
Глава 4
команд он допускает функционирование в двух эмулирующих режимах в
которых он имитирует работу процессоров HP илн Intel. Собственный
набор команд Merced составлен нз сложных команд Они сначала транс
лируются в инструкции RISC-ядра и только после этого исполняются.
Merced создавался как устройство, которое каждая нз фирм-разра-
ботчиков сможет ставить в свои новые серверы, и при этом сохранится
совместимость с уже имеющимся программным обеспечением Это от
крывает перспективу создания новой (илн новых) серверной операцион
нон системы, единой для обеих платформ
В архитектуру процессора заложен принципиально новый алгоритм
работы, получивший название EPIC (Explicitly Parallel Instractfon Compu-
ting) — ”c явным параллелизмом команд". Перенос процедуры распарал
лелнвання последовательности исполняемых команд с аппаратного уров-
ня на программный является одним из основных отличий IA-64 от IA-32.
Первоначально выпуск процессора планировался иа 1999 г. Потом на?
чалнсь отсрочки. В начале 2000 г. Intel объявила, что новый процессор
будет выпущен под именем Itanium В конце концов, в качестве оконча
тельной даты выхода процессора была объявлена середина 2001 г.
С конца 2000 г. проводилась компания тестирования .Itanium Неко
торые компании, партнеры Intel, получили образцы процессора. В на
чале 2001 г прошел форум разработчиков Intel (Intel Developer Fo
rum — IDF), на котором обсуждались полученные результаты. Участ-
ники дискуссии положительно отозвались о возможностях нового про-
цессора. Подробности не сообщались. Несмотря на близящийся срок
выхода все было окутано завесой секретности. Один из аналитиков
компании Insight 64 подвел итог данного мероприятия фразой*. "О про-
цессоре Itanium сегодня по-нрежнему мало что известно. То, что Intel де-
лала в рамках подготовительной программы, наверное, позволяет полу-
чить представление о реальных возможностях системы, но большинство
потенциальных клиентов ничего об этом не знают, поскольку все участ-
ники программы дали подписку о неразглашении’'.
Компенсируя недостаток сведений об Itanium, много говорилось о про-
цессоре, который придет ему иа смену. Рабочее название его McKinley,
образец его был продемонстрирован на форуме Intel. В нем будет учтен
весь опыт, накопленный в процессе проектирования Itanium
С момента появления пераых упоминаний об Itanium было ясно (ни-
кто этого и не скрывал), что он не предназначается для настольных сис-
тем, рабочих станций и .даже для серверов начального уровня. Для Intel
это инструмент прорыва в область больших серверов. Наверное, правн
льнее было бы сравнивать его производительность с теми процессорами,
с которыми ему придется напрямую конкурировать, а не с микропроцес-
сорами серин х86
156
Микропроцессоры
Тем не менее весь период создания процессора Intel старательно
строила интригу вокруг Itanium и всячески подогревала интерес к нему
именно с ради своих традиционных клиентов — пользователей настоль-
ных систем и серверов начального уровня
Наконец в июне 2001 г. свершилось то, о чем говорилось столько
лет, — Itanium был явлен народу. Появились модели иа 733 и 800 МГц
Кэш память: L1 = 32 Кбайта, L2 = 96 Кбайта, L3 - 2 н 4 Мбайта. Процес-
соры 733 и 800 МГц выпускаются в исполнении с L3 - 2 н 4 Мбайта Мо-
дели с L3 = 2 Мбайта стоят 1188 долл., с L3 = 4М — 4227 долл (Это
почти в 10 раз дороже, чем самые производительные МП для настольных
систем.) Память на основе SDRAM РС100 Процессорная шнна 266 МГц
В первое время для построения систем на основе Itanium предполагается
использовать чипсет I82460GX. Такая платформа сможет иметь до четы-
рех процессоров, усовершенствованный графический порт AGP Pro,
64 разрядную PCI-шнну с рабочей частотой 66 МГц
Процессор столько лет ждали, о нем столько говорили Он, как
таинственный жених, был долго окутай таинственным флером...
Когда же наконец Itanium появился то его 733 и 800 МГц (пусть
даже нс L3 “4 Мбайта) не сильно поражали воображение. На фо-
не имеющихся (на момент выхода Itanium) Pentium Ш Хеоп
(900 МГц с L2 = 2 Мбайта), Pentium 4 на 1,8 МГц, Athlon 1,4 МГц
он не выглядит явным лидером.
Весной 2002 г. McKinley превратился в Itanium 2, а в июле поя-
вились модели: 900 МГц (L3 = 1,5 Мбайт), 1 ГГц (L3 = 1,5 Мбайт),
I ГГц (L3 = 3 Мбант) Разрядность процессорной шины — 128 бит,
частота — 400 МГц (пропускная способность, соответственно —
6,4 Гбайт/с) Для связи с периферией предполагается шнна PCI-Х на
133 МГц. ОЗУ на основе DDR 200 Ядро изготавливается по техноло-
гии 0,18 мкм, содержит 220 млн транзисторов. На кристалле разме
щается три уровня кэш-памяти (LI = 32 Кбайт, L2 = 256 Кбайт,
1.3 » 1,5 или 3Мбайт). Процессор получился очень ’горячим’ (тепло
выделение 120—130 Вт) Рабочая частота начальной модели — I ГГц
На фоне этой весьма скромной (по нынешним меркам) частоты Intel
всячески подчеркивает достоинства внутренней архитектуры, тем са
мым, хотя и косвенно, подтверждая, что тактовая частота в процессор-
ном деле — вещь не самая главная.
Процессоры Itanium 2 с L3 = 1,5 Мбант стоят 1338 долл., с L3 =
3 Мбайт — 4226 долл, (на "рублик" дешевле, чем Itanium) Отметим еще
одну деталь — с момента выхода и до появления Itanium 2 (более чем за
юд) цены на Itanium ни разу не снижались. Процессоры для настольных
(нстем (Pentium 4, Celeron) за это время подешевели в несколько раз
157
Глава 4
Будущее своего процессорного семейства Itanium Inlet представля-
ет следующим образом. Вслед эа Itanium 2 должны появиться проце^
соры Madison и Deerfield. Они оба будут производиться по техноло
гии 0,13 мкм О Deerlield Intel говорит мало. Он предназначается для
построения недорогих двухпроцессорных систем Сведений о Madison
больше. Он предназначается для построений производительных четы-
рех н более процессорных систем. Будет иметь большую кэш-память
третьего уровня (6...8 Мбайт). Рабочая частота первой модели в пре-
делах 1,4...1,6 ГГц. Для построения ядра потребуется более 500 млн
транзисторов. Количество транзисторов становится просто чудовищны-
ми Еще одна-две модификации н рубеж в I млрд будет пройден При-
ведет ли стремление удваивать нх количество на каждом новом шаге
(сами дали прогноз, сами теперь и подтверждают) к существенному
росту производительности и улучшению других потребительских ка
честв, покажет время.
P,S. Подтверждай предположение о том, что с финансовой точки
зрения семейство Itanium вещь ие очень выгодная. Internet сайт
3DNews (новости 25.6.2003) сообщил оо объемах продаж
2001 г — 370 шт.;
2002 г. — около 2000 шт
2003 (план) г. — 7 тыс. шт
Еще один важный момент Операционная система, подтверждаю-
щая 64-разрядиую систему команд Itanium (Windows Server 2003), по-
явилась только в апреле 2003 г
4.5. Семейство процессоров OverDrive
и платы-переходники
Возможность повысить производительность системы путем замены
одного только процессора всегда была привлекательна для пользовате-
ля Фирма Intel, как основной производитель микропроцессоров прошла
по этому пути дальше всех. Ею было создано целое семейство процессо-
ров для модернизации, получивших название OverDrive (табл.,4.6), Для
подобных целей создавались устройства и другими фирмами, но их опыт
в разработке и производственные мощности значительно уступали Intel,
поэтому онн не получили значительного распространения.
SX2 OverDrive, DX2 OverDrive, DX4 OverDrive. Предназначены
для модернизации систем на базе микропроцессоров 486SX-25 и
486SX-33. Каждый нз этих трех процессоров выпускается в двух вариан-
тах исполнения- в корпусе со 168-ножкамн (маркируются ODPR) н в кор-
пусе со 169-ножками (маркировка ODP).
158
Микропроцессор1
Процессоры ODP применяются d том случае, когда основной процессе
припаян к материнской плате и снят быть не может. В этом случае процес
сор ODP устанавливается в панельку сопроцессора или специальную пане
льку OverDrive. Дополнительная ножка предназначена для подачи сигнала
отключающего основной процессор После этого процессор ODP бере
управление системой на себя. ODP может быть установлен н на месте
основного процессора. Сигнал с дополнительной ножкн не используется.
ODPR-вариант процессора применяется только для замены основной
процессора Старый процессор удаляется и OverDrive ставится на еп
место.
При выполнении замены нужно помнить:
• когда процессоры DX2 OverDrive, DX4 OverDrive устанавлнва
ются вместо процессора SX, необходимо переставить коифигурнру
ющие перемычки указания типа процессора в положение DX/DX2;
♦ процессор DX4 OverDrive работает от питающего напряжения
5 Ви предназначен для установки на матерннскне платы, не имею-
щие стабилизатора напряжения на 3,3 В н куда обычный процес
сор DX4 установлен быть не может
Pentium OverDrive (PODP), Процессор разрабатывался для модер*
«нзаини 486-х машин в компьютеры класса Pentium. Pentium OverDrive
(ранее он маркировался Р24Т) предполагалось выпускать в двух вариан-
тах для установки в системах с тактовыми частотами 25 н 33 МГц, увели-
чивая при этом рабочую частоту в три раза. Процент выхода кристаллов,
годных для работыс частотами 75'н 100МГц, оказался неприемлемо низ
кнм и уровень внутренней частоты был снижен до 63 и 83 МГн.
PODP имеет ядро процессора Pentium, ио ’’стоит на ногах" 486-го Его
цоколевка совпадает с расположением ног в PGA-корпусе процессоров
DX/DX2/DX4. PODP обладает преимуществами Pentium; имеет супер
скалярную архитектуру, блок предсказания ветвлений, двухконвейерный
блок целочисленных операций, быстрый математический сопроцессор.
От Pentium'его отличает то, что внешняя шина данных его 32-разрядная.
Для того чтобы хоть как то компенсировать это, PODP имеет 32 Кбайт
внутренней кэш-памятн.
Проблем с установкой PODP больше, чем с установкой других моде-
лей OverDrive. Это вполне объяснимо, так как он единственный нз про-
цессоров данного семейства решает задачу преобразования системы од-
ного класса в другой (остальные повышают производительность МП в
пределах своего класса).
Pentium OverDrive 120/133, Позволяет повысить производитель
ность систем на базе самых первых процессоров Pentium-60/66. МП
данного класса были упакованы в корпуса с матричным расположением
159
Глава 4
ножек, н последующие, более совершенные модели с шахматным распо-
ложением контактов, установить вместо них невозможно. Процессоры
Pentium OverDrive 120/133 уступают по производительности Pentium с
той же частотой, но тем не менее обеспечивают ее прирост в сравнении с
исходной моделью на 60...65 %
Pentium ММХ OverDrive. Предназначены для совершенствования
систем иа базе обычного Pentium в ММХ системы Имеют встроенный
преобразователь напряжения 4-3,3 В с материнской платы до 4-2.8 В ис-
пользуемого ядром процессора Pentium ММХ.
В мае 1997 г выпущен процессор имеющий внутренний коэффици-
ент умножения 2 5 и повышающий частоту систем Pentfum-75/90/100
до I25/I50/I66.
В августе того же года поступила на рынок еще одна версия Pentium
ММХ OverDrive с коэффициентом умножения, равным 3,0. Оиа увеличи-
вала рабочую частоту микропроцессоров с 60 и 66 до 180 н 200 МГц.
Pentium // OverDrive Разработай для модернизации систем на базе
процессора Pentium Pro Повышает тактовую частоту систем Penti-
um Pro с частотами 150 и 180 (на шине 60 МГц) до 300 МГц, а с частота-
ми 166 и 200 МГц (на шике 66 МГц) до 333 МГц Добавлена поддержка
команд ММХ, увеличена емкость кэш памяти первого уровня до
32 Кбайт и второго — до 512 Кбайт.
С момента выхода в августе 1998 г. процессора Pentium II OverDrive
других изделии даниого.типа больше не было. Последнее время слишком
часто появлялись новые модели системных плат, процессоров и слишком
быстро на них падали цены "Визгу — много, шерсти — мало", — поду-
мал черт, после того, как постриг кошку”. Примерно так наверное, реши-
ли в Intel н отказались от поддержки серии OverDrive
Однако дело не умерло. Поменялись-только методы перенесения воз-
можностей новых процессоров иа старые платы н их исполнители То,
что составляло "копенки" для Intel, — неплохо»"! кусок для других
Проектировщики пошли по более дешевому пути. Вместо создания
полноценного процессора они стали разрабатывать промежуточные элек-
тронные блоки — платы-переходники. Эти платы имеют установочный
разъем для размещения нового процессора, матрицу ножек для установ-
ки в процессорную панель старой платы и блоки устранения всех несоот-
ветствнн (сигнальных, электрических, механических и др.).
На переходнике размещаются стабилизаторы напряжения, формиру-
ющие нужные питающие напряжения: изменяется разводка процессор-
ных сигналов по ножкам; формируются сигналы, поступления которых с
платы ждет процессор и пр (выполняется весь комплекс интерфейсных
операции).
160
Микропроцессоры
Уже выпущены переходники
• Pentium III (Socket 370) => платы Pentium III (Slot I).
• Pentium III (Tualatin) => платы Pentium III старых моделей,
• Pentium 4 Willamette Socket 478 => платы Pentium 4 Socket 423
Разработкой подобного вида устройств занимается несколько некруп
пых фирм. Более всего известна компания Powcricar
Возможность продлить срок жизни системной платы, "вдохнуть но
вые силы" в старые системы — всегда хорошо С экономической же точ-
ки зрения все не так однозначно. Переходники (как в свое время и про-
цессоры OverDrive) недешевы — стоят несколько десятков долларов. Во
и рос целесообразности нх применения должен решаться в каждом отде
льном случае Широкого распространения онн не имеют. Тем ин ме-
нее — производители нх проектируют, изготавливают, продают. Никто
не работает себе в убыток. Можно предположить, что ".. если звезды за
жнгаются, значит это кому-то нужно"
Таблица 4 6
Процессоры OverDrive
OverDrive Исходный класс системы После модернизации
OverDrive SX2 465SX-26 406SX-33 4668X2-50 466SX2-56
OverDrive DX2 485SX/DX-26 466DX2-50
466SX/DX-33 466DX2-66
OverDnve DX4 466SX/DX-26 4S6DX4-75
466SX/DX-33 4SBOX4 100
Pentium OverDrive 4SBSX/DX 25 Pentium-63
4S6SX/DX-33 Pentfum-63
Pentium OverDrive 120/133 Pentium-60 Pentium-120
Pentium-66 Pentium-133
PenHum MMX OverDrive Pentium - 75/90/100 x 2 6 50/65 *30 Pentium MMX-125/150/155 -150/180/200
Pentium II OverDrive Pentium Pro-150 -160 Pentium II-300 300
Pentium Pro-155 -200 Pentium il-333 333
161
Глава 4
4.6. Первые процессоры фирмы AMD
Фирма AMD (Advanced Micro Devices) вышла на рынок мнкропроцес
соров позже Intel и сразу оказалась в роли догоняющего. На начально^
этале своей деятельности она по лицензии выпускала Intel-мнкропроцео
соры (8086/88, 286, 386,486). Затем был период, когда она пробовала
силы в области проектирования, внося изменения в имеющиеся модели
(5x86). Сейчас наступил период зрелости — привились собственные раз-
работки: К5, Кб, К6-2, К6-Ш, Athlon, AthlonXP н наконец, Athlon 64. Нй
сегодняшний день AMD — основной конкурент Intel н понемногу увели;
чмвает свою долю на рынке процессоров
Am486DX/DX2 Обладают той же архитектурой, что и микропро*
цессоры Intel, полностью совместимы. Кроме версии DX2-66, выпуска-
лись модели DX2-50 н DX2-80. Напряжение питания +5 В и +3,3 В '
Am486DX4. Микропроцессор с внутренним утроением частоты Вы*
пускались версии для системных частот 33 МГц (DX4-I00) н 40 МГ1(
(DX4-I20). Напряжение питания +8 3 В Выпускался в нескольких моди-
фикациях. * .
Модель с 8-кнлобайтным кэшем и режимом прямой записи (wn-
te through — WT), Маркировка: }
Am486™DX4’100
A80486DX4-100 V8T 5
"Г — режим работы кэш памяти WT ]
Процессор с новым ядром (SL enhanced) н 16-кнлобантпым кэшем?
Маркнровка
Am486™DX4-100 -
A80486DX4-100 SV8T 4
"S" — ядро SL,
*Т" — режим работы кэш памяти WT
Процессор с ядром SL*enhanced и 16*килобайтиым кэшем, работаю*
щнм в режиме с обратной записью (write-back — WB). Маркировка; -л
Am486™DX4400
A80486DX4400 SV8B '!
"S" — ядро SL, •?
"В” — режим работы кэш памяти WB
Процессоры с SL-ядром могут работать не со всеми системными пла?-:
тами, а только с теми, которые учитывают особенности нх внутренней}
организации Такая возможность всегда оговаривается в паспорте платы. ]
162
М икропроцессоры
5х86-133-Р75. Самый производительный процессор нз состава всего
’186-го семейства Работает с учетверением частоты внутри мнкропроцес
сора Имеет SL-ядро и 16 Кбайт кэш-памятн, работающей в режиме с об
ратной записью
Напряжение питания +3 3 В
Кб, Процессор класса Pentium Собственная разработка фирмы
Устанавливается в разъем Socket 7 Напряжение пнтания +3,52 В Име-
ет 16 Кбайт кэш-памятн команд н 8 Кбайт кэш-памятн данных. Для обо-
значения производительности используется параметр PR (Perfomance
Rating) нли P-рейтинг Смысл его в том, что, например, процессор с
PR-IOO имеет производительность не меньшую, чем у Penthim-IOO
Процессор К5 имеет RISC-ядро н по чисто процессорным тестам опе-
режает Pentium с одинаковой тактовой частотой, но в нем применен неу
дачный алгоритм кэширования, и если данные не умещаются в кэш-памя-
ти, то производительность резко падает
Кб Ведя разработку МП, который должен был прийти на смену К5
AMD в 1995 г купила фирму NexGen, имеющую собственный процессор
Nx686 Он также стал собственностью AMD Приобретение было очень
удачным. Рдинствениым его неудобством было то, что Nx упаковывался
в оригинальный корпус с 463 ножкамн. Получив уже готовое изделие,
AMD отказалась от собственной разработки, быстренько переделала
Nx686 для установки в Socket 7 н выпустила под маркой Кб
Процессор Кб:
• имеет RISC-ядро,
• поддерживает расширение ММХ,
• напряжение питания схем I/O составляет +3,3 В, ядра процессора
+2,9 В (у Кб-233 оно равно +3,2 В);
• имеет 64 Кбайт кэш-памятн первого уровня (32 Кбайт для данных
и 32 Кбайт для команд); '
• предназначен для работы с шиной в 6b Ml ц
К6-2, 3DNow! (Рабочее название K6-3D) Разрабатывался как
устройство класса Pentium II Упакован в корпус под Socket 7. Кэш-па
мять равна 64Кбайт (32Кбант + 32Кбайт)’. Выпускаются процессоры, рас
считанные на работу с шиной 66, 95 и 100 МГц. Номиналы частот про-
цессоров данного типа приведены в табл 4 7 Изготавливается по техно
логин 0,25 мкм
Главное в процессоре — технология 3DNowI, увеличивающая произ-
водительность системы прн выполнении программ работы с графикой
(расширение набора ММХ)
163
Глава 4
Таблица 4 7
Процессоры AMD для систем Super 7
Процессоры Частота, МГц Шина х К
К6-2,3DNow! 0,25 мкм L1°64K (32К + 32К) 233 55 х 3.6
256 88x4,0
300 65 х 4,5
333 56 х 6.0
350 100x3 5
356 65x5 5
380 96 х 4.0
400 Ю0 х 4.0
450 100x4 5
475 95 х 6.0
500 100x60
533 97 х 5.5
,550 100 х 5,6
K6-III, 3DNowl 0,25 мкм L1=64K, L2=256K. 266 68x4 0
300 66 х 4 6
366 66 х 6,0
400 100x4.0
450 100x4.5
500 100x5 0
550 100x55
Технология 3DNow! реализуется при помощи набора из 21 дополин
тельной команды Она;
• поддерживает архитектуру SIMD (один поток команд несколько
потоков данных)',
• увеличивает производительность при декодировании изображений
в формате MPEG;
• повышает скорость выполнения математических операций с целы-
ми числами.
Процессор может использоваться на обычных Pentium платах и в со
ставе систем Super 7 Для него выпускаются специализированные чипсе-
ты ALI Aladdin V н VIA Apollo MVP3,
К6-Ш, 3DNow! (рабочее название K6-3D+), Последний из процес
соров AMD, устанавливаемых в Socket 7 Предназначен для работы с ши
164
Микропроцессоры
нон 100 МГц, но будет работать и на частоте 66 МГц (см табл 4 7) Из
готавливается по технологии 0,25 мкм
Поддерживает наборы ММХ н 3DNow|, В нем реализована новая тре-
хуровневая архитектура кэш-памяти — ThrceLevel Cache, Внутренняя
кэш-память (LI) имеет емкость 64 Кбайт, Кэш-память второго уровня
(L2) находится иа кристалле микропроцессора, имеет объем 256 Кбайт4,
работает иа частоте процессора, Кэш-память третьего уровня (L3) нахо-
дится на системной плате и в архитектуре Super 7 ее объем может дости
гать 2 Мбайт.
Большой суммарный объем кэш-памяти, системная шина 100 МГц по-
зволяют строить иа основе K6-III высокопроизводительные системы
4.7. Процессоры AMD Athlon, Duron, Athlon 64, Opteron;
совместимость 32- и 64-разрядных систем
С Intel-процессорами класса Pentium II успешно конкурировали AMD
К6-2 н K6-III. На платформах Super 7 они были для них достойными про-
тивниками. Для состязания с Pentium III и Pentium 4 потребовался но-
вый участник, и им стал Атлет (Athlon).
AJV1D Athlon (рабочее название К7) В настоящее время основной
процессор AMD Первые модели, имевшие ядро Argon, поступили на ры-
нок в августе 1999 г. (табл. 4.8). Их рабочие частоты составили 500 550,
600 и 650 МГц. Процессоры упаковывались в корпус с радиатором я вен-
тилятором похожий иа Intcl-ft SECC-картридж у Pentium II. Устанавли-
вались в Slot А Сама панель, в которую вставляется процессор, та же,
что и у Slot I, но иная разводка сигналов и по-другому расставлены ''клю-
чи'’. Поэтому установить процессор на не предназначенную для него пла-
ту невозможно.
Первоначально ядро изготавливалось по технологии 0,25 мкм с аллю
миииевымн проводниками (Model I). Выпушены модели с рабочими час
тогами 500-700 МГц. Позже фирма перевела производство па техноло-
гию 0,18 мкм (Model 2), рабочие частоты 550 МП»-1000 ГГц, На процес-
сорах с ядром Model I после цифровой маркировки стоит литера С, в
процессорах с ядром Model 2 — литера А Напряжение питания
+ 1,6,„+1 8 В Процессор сильно греется. Потребляемая мощность дохо
дит до 50 Вт
Athlon имеет принципиально новую архитектуру Одной из ее осо
беииостей является использование для обмена с чипсетом шнны EV-6,
разработанной фирмой DEC для своего процессора Alpha. Она предпола
тает ведение передачи по обоим фронтам сигнала т,е. рабочая частота
шины вдвое выше тактовой В начальных моделях она равна 200 МГц
165
Глава 4
(100x2 =200), пропускная способность ее в этом случае составляет
1,6 Гбайт/с
Таблица 4 8
Процессоры AMD Athlon
Процессоры Модели, МГцЛТц
Athlon (Model 1 Model 2) 200(100x2) 0,25 мкм; 0,18 мкм 500
550
600
550
700
750
500
850
900
950
1 0
Athlon (Thunderbird) 200(100x2) 0,15 мкм 600
650
700
750
800
550
900
265 (133x2) 950
10
10
1 з
1.4
1.0
12
1.33
1.4
Athlon XP (Palomino) 2 85 (133x2) 0,15 мкм медь 1500+(1,333)
1600+ (1,4)
1700+(1.466)
1500+ (1.533)
1900+(1.6)
2000+ (1,867)
2100+(1 73)
166
М икропроцессоры
Таблица 4 8 (окончание)
Процессоры Модели, МГцЛТц
Athlon ХР (Thorough bred) 266(133x2) 333(166x2) 1700+(1,466)
1800+(1,633)
1900+(1,6)
2000+ (1,657)
2100+(1.733)
2200+ (1,667)
2400+ (го)
2600+ (гтзз)
• 2600+ (2,083)
2700+ (2.166)
2800+ (2.249)
Athlon ХР (Barton) 333 (15Вх2) 0,13 МКМ 400 (200x2) 2500+ (1.833)
2600+ (1,917)
2800+ (говз)
3000+(г 167)
3200+ (22)
Athlon MP (Palomino) 266(133x2) 1.0
1.2
1500+(1.333)
1600+(1.4)
(Thoroughbred) 266(133x2) 1800+ (1.533)
1900+(1,6)
2000+(1,667)
2100+(1733)
2200+ (1 867)
2400+ (го)
2600+(2,133)
2800+ (2.258)
Шина соединяет между собой только процессор и чипсет, а он, в свою
очередь, обеспечивает обмен иа требуемой частоте с остальными устрой-
ствами (с шиной PCI на частоте до 66 МГц с каналом AGP — 66 МГц
<. ОЗУ на частоте от 66 МГц)
К уже имеющимся в составе системы команд инструкциям 3DNowl
добавлены еще 24 шт. Вместе они составили набор Enhanced 3DNowl
(илн 3DNow!2) Они выполняют SIMD-операцни н целочисленные вы-
числения. Всего их в составе набора стало 45 шт. Процессор поддержи-
лает и Intel-расшнрение ММХ
167
Глава 4
У процессора новый блок вычислении в формате с плавающей запя
тон, т.е. заново отстроена система которая всегда была слабым местом
процессоров AMD
Для Athlon AMD разработала чипсет (AMD-750) и начала его выпуск.;.
Кэш-память первого уровня имеет объем 128 Кбайт (по 64 Кбайт для
команд и данных), второго уровня — 5(2 Кбайт (размещается на плате
процессора). Скорость работы от 1/3 до 1/2 частоты процессора (в за
виснмости от модели) Алгоритм работы — с обратной записью
Слабое место Athlon (с ядром Argon) — структура блока вторичного
кэша и его низкая производительность. У процессоров с частотой до
700 МГц она равна 1/2 рабочей частоты процессора, у моделей
75O...9OO МГц она равна 2/5, а у самых быстрых (от 900 МГц и выше) —•.
1/3. Получается, что чем быстрее МП, тем медленнее работает кэш-па-.
мять: 50, 40 и 33 % его скорости. Большой объем первичного кэша нех.
может нейтрализовать этот недостаток Athlon 700 быстрее Pentium III ст.
тон же рабочей частотой, Athlon I ГГц уже проигрывает 6 8 % эквива-/
лентпому Pentium (II j
Весной 2000 г свершилось то, к чему AMD стремилась с момента!
своего создания. Впервые в гонке, продолжающейся уже больше 1о}
лет, она сумела обойти Intel, и ее процессоры стали самыми быстрыми,?
В марте, опередив Intel на два дия1, AMD представила пользователям!
процессор с рабочей частотой I ГГц, Лидерство сохранялось до осени,v
когда Intel снова вышла вперед выпустив 20 ноября Pentium 4 па 1,3;
1,4 и I 5 ГГц,
Следующая модификация процессора появилась летом 2QOO г Она
строилась на основе ядра Thunderbird (птица, парящая лед морем, —«
буревестник). После прекращения выпуска начальных моделей процес-
сор стал именоваться — Athlon Thunderbird.
В структуру ядра внесены существенные улучшения. Устранен самый
главный недостаток первых Athlon Теперь кэш-память второго уровня
работает на частоте процессора к имеет объем 256 Кбайт. (Объем пер!
винного кэша остался прежний — 128 Мбайт.) В состав системы команд
включены расширения: MMX, Enhanced 3DNowI. Процессор нзготавли^
вается по технологии 0 18 мкм, питающее напряжение — 1,75 В Рабо*
чая частота первой модели — 600 Гц (табл. 4.8). Частота шины 200 МГЦ
(100x2 = 200 МГц) Позже стала использоваться шина на 266 МГц
(133x2 = 266 МГц) Имеет очень высокое потребление. У наиболее ско*
ростных изделий она доходит до 60 Вт Следствием является то, что про-*
цессор сильно греется. Без вентилятора он работать не может* Выпуска»
ется в вариантах для Slot I и Socket А
168
Микропроцессоры
Для использования в составе недорогих систем AMD выпустила спе
циальную модификацию процессора — Duron (табл. 4.9). Он строится
на основе упрощенной версии ядра Thunderbird, получившей название
Spitfier. Упаковывался в плоский корпус для установки в Socket А. Из
готавливается по технологии 0,18 мкм. Напряжение питания 1,6 В. Про
цессор поддерживает программные расширения ММХ, Enhanced
3DNowI Частота шнны 200 МГц (100x2 = 200 МГц)
Таблица 4 9
Процессоры AMD Duron
Процессор Частота, МГц/ГТц
Duron (Spitfire) 200(100x2) 650
500
550
700
760
600
650
900
950
Duran (Morgan) 200(100x2) 1.0
1.1
1.2.
1.3
Объем кэш памяти первого уровня у Duron 128 Кбайт (64 Кбайт **
64 Кбайт). Вторичный кэш небольшой — 64 Кбайт, но он работает на ча
стоте процессора Кэш интегрирован на кристалл процессора. Процессор
сильно греется, хотя и значительно меньше, чем Thunderbird; без венти
лятора эксплуатироваться не может
На смену Thunderbird пришла следующая версия ядра — Palomi-
no. Оно изготавливается по той же технологии 0,18 мкм, ио с медными
проводниками. Объем кэш-памяти остался прежним (LI = 128 Кбайт,
L2 = 256 Кбайт) Рабочая частота шины 200 и 266 МГц Питающее напря-
жение 1,75 В
С точки зрения внутренней структуры ядро Palomino принципиально
не отличается от ядра Thunderbird, ио в него внесены некоторые усовер-
шенствования
• Улучшен механизм предсказания данных (Data Prefetch Mechanism)
Процессор пытается предугадать — какие данные могут потребовать-
ся для работы в дальнейшем, и заранее считывает нх в кэш
169
Глава 4
• Увеличен размер буфера хранения транслированных адресов (Trans
lation Look-aside Buffers, TLB). Буфер хранит готовые (транслнро-
ванные) адреса данных, находящихся в кэше В случае использова-
ния уже готового адреса доступ к данным выполняется быстрее.
• Доработан блок предсказания результата исполнения команды
условного перехода. Со своей задачек он справляется лучше, чем
его "коллега" в Pentium 4
• К набору мультимедийных команд (Enchanced 3DNowl) добавлены
новые инструкции. Всего их в составе системы команд стало 107
Шт н они получили название 3DNow! Professional.
На основе ядра Palomino выпускается несколько различных модифи-
каций процессоров
Athlon ХР — предназначен для использования в настольных компь-
ютерах. При помощи литер ХР (eXtrem Performance) в названии AMD
указывает на увеличение быстродействия по сравнению с предшествую
щен моделью. Процессор ориентирован на работы с шниой 133 МГц и
упаковывается в пластиковый корпус (ранее они были керамические)
Он дешевле и обеспечивают лучший отвод тепла
В маркировке процессоров ХР AMD решила указывать пе реальное
значение рабочей частоты, а специальный рейтинг. Этим она хочет ак-
центировать внимание пользователей на том что прирост производите
льностк дает не только увеличение частоты, но и рациональная внутрен-
няя организация. Значение рейтинга определяется путем сравнения про-
изводительности процессоров Athlon ХР и Athlon Thunderbird. Например,
маркировка Athlon ХР 1700+ (1,47) товорит о том, что процессор, рабо-
тая на частоте 1,47 МГц. по производительности эквивалентен гипотетн
ческому Athlon Thunderhird с частотой 1,7 МГц
Athlon МР — модель, предназначенная для использования в составе
серверов. Предусматривается возможность построения двухпроцессор-
ных систем. Ядро не содержит каких-либо дополнительных ’’серверных’
ресурсов. Задача решается за счет использования специальных процес-
сорных наборов (AMD 760 МР я AMD 760 МРХ)
Mobile AMD Athlon 4 — модель для мобильных систем н ноутбуков
Процессоры Duron получили упрощенную версию Palomino — Morgan,
Технология 0,18 мкм. Кэш-память: L1 = 128 Кбайт, L2 = 64 Кбайт. Возмож-
ности: 3DNow! Professional, технология энергосбережения Power Now.
Весной 2002 г фирма AMD начала перевод своих процессоров на тех-
нологию изготовления с Проводниками 0,13 мкм Процессорное ядро по-
лучило название Thoroughbred (в переводе иа русский — чистокров
ный, породистый). Архитектурных особенностей от Palomino ядро не
имеет Питающее напряжение у процессоров первых моделей составит
170
Микропроцессоры
1.5 В (у Palomino оно было 1.7 В), позже оно может быть несколько по-
вышено. Ядро Thoroughbred выпускается в нескольких модификациях
для процессоров разных классов.
Первой, как н в случае с Palomino, была выпущена мобильная вер-
сия процессора AMD отказалась от марки Athlon 4 Вместо нее поя
вилась Mobile Athlon ХР. Для обозначения производительности
(также как и у остальных Athlon-ов) стал использоваться Р-рейтинг
Следом вышли процессоры для настольных систем (Athlon ХР) н сер-
веров (Athlon МР)
Для перехода на 166 МГц шину AMD изменила топологию ядра Кри-
сталл сталл 9 слоимым Уменьшить тепловыделение не удалось, но оно и
не увеличилось. У ХР 2800+ оно по прежнему составляет 68 Вт Ядро по
лучило обозначение Thoroughbred-B. ’’Старое” ядро (теперь к его на-
званию добавляется литера **А") используется в моделях от 1700+ до
2I00+. новое — в моделях от 1700+ до 2800+
В декабре 2002 г. появилась последняя модификация 32-рязрядного
ядра — Barton. По счету она уже седьмая (после Model 1 и 2, Thunder
bird, Palomtno. Thoroughbred А н В) От Thoroughbred-B ее отличает толь
ко увеличенная до 512 Мбайт L2 кэщ память. Технология изготовле-
ние — 0.13 мкм, напряжение питания — 1,65 В. процессорная шина —
133 (166x2) МГц
Для процессоров Barton применена новая методика определения
Р рейтинга AMD посчитала, что дополнительный объем Г2-кэша позво-
ляет ей "накинуть" несколько сот единиц условной производительности
Процессоры Thoroughbred-B с рабочими частотами 2,083 к 2 167 МГц
имели рейтинги 2600+ н 2700+ Barton с теми же частотами получили
2800+ и 3000+
Дотошные спецы обнаружили, что в некоторых случаях ХР Thoroughb-
icd’B 2800+ (2.249) производительнее, чем Barton 3000+ (2,167). Рукотвор-
ный паредокс от AMD Объяснение достаточно простое. Когда программа
целиком умещается в кэш-памятн. то решающее значение приобретают ра
бочие частоты Процессоры ХР 2800+ ("В") были выпушены в мизерных ко-
личества к нх странности смущать владельцев ’’Бартонов’’ не будут
Для выжимания производительности нз 32-разрядной архитектуры AMD
L делала практически все Осталось только попробовать 400 (200x2) МГц
шину (что к было осуществлено в середине 2003 г.). После этого потребуют-
i'ii принципиально новые решения
Ведв ожесточенную конкурентную борьбу с Intel, AMD не забывает
нумать о перспективе. В 2003 г. состолся ее дебют в области 64-разряд
пых устройств. Семейство в качестве рабочего имело имя Hammer (в
Переводе — тяжелый молоток, молот, кувалда). Оно требует небольшого
171
Глава 4
комментария Первоначально, когда разговоры о новом процессоре AMD
только начинались, речь шла об одном процессоре. Позже AMD уточни'
ла, что процессоров будет два — ClawHammer н SledgeHammer. Hammer
стало названием целого семейства. К моменту выхода первых процессо-
ров под этим названием чаще всего предполагается 64’разрядное процес-
сорное ядро, модификации которого используются в МП разных классов
(серверных для настольных систем и др.)
В силу субъективных причин имя Хаммер для российского пользова
теля уже известно. На экране наших TV дважды прошел сериал ’’Кувал-
да" (в оригинале "Hammer”). Главный персонаж Следж Хаммер, который
произвел пять тысяч задержаний только на том основании, что у всех по*
дозреваемых был виноватый вид, — стал хорошим знакомым Его обая*
нне оказалось поставленным на службу AMD
Архитектура Hammer, AMD называет ее еще х86-64 использует в
качестве фундамента ядро Thoroughbred В его структуру внесены суще
ственные изменения.
• введено 8 новых 64 разрядных регистра общего назначения
(РОН).
• разрядность старых РОИ увеличена до 64,
• добавлено 8 регистров, используемых командами набора SSE2,
• все шииы для внутреннего обмена теперь 64-разрядные
Объем кэш-памятн первого уровня составляет 128 Мбант (64+б4),;
кэшпамять второго уровня у процессоров разных модификации будет от|
512 Кбайт до I Мбайта j
Структура процессоров семейства Hammer сильно отличается от^
устройства прежних AMD-процессоров (Athlon, Duron). В состав процес-)
сора включен контроллер DDR-.памяти (рабочие частоты IOO/133/u
166 МГц) н мосты шины HyperTransport (НТ). Количество этих!
устройств, их разрядность и определяют различие между МП семейств»
Hammer. При построении многопроцессорных систем каждый процессор
имеет свой контроллер памяти и свою память. Производительность сис**|
темы в этом случае будет в большей степени зависеть от числа процессе*]
ров н в меньшей от пропускной способности шин j
Athlon 64 (ClawHammer). Включает одноканальнын (64-разряд-*
ный) контроллер памяти н один канал шииы HyperTransport. Предназ-*
намается для построения настольных систем. Процессор упакован в;
754-выводный корпус Ему предстоит конкурировать с Intel-овскимЖ
Pentiuum 4 и Хеоп j
Работающие образцы были представлены пользователям весной|
2002 г Серийное производство начато в конце 2003 г. Для обозначения!
172
Микропроцессоры
производительности предполагается использовать Р рейтинг Начальная
модель — 3200+ (2,0 ГГц)
Athlon 64FX (SledgeHammer). Имеет двухканальиын (128-раз
рядный) контроллер памяти и три канала шины HyperTransport Одни ка*
нал НТ предназначен для ведения обмена с ’северным” мосто.м и коит
роллером AGP, остальные два — для связи с другими МП при построе-
нии многопроцессорных серверных систем (возможное количество'— 2
4, 8). Упакован в корпус с 940 выводами. Начальная модель — Athlon
64FX-5I (2,2 ГГц)
В SledgeHammer AMD планирует реализовать механизм многопоточ-
ной обработки исполнения программ Строиться он будет иа основе иных
принципов, чем это сделала Intel. В процессорах Intel, образно говоря,
предусматривается возможность условного разделения Pentium 4 на не-
сколько "процессорнков", параллельно обрабатывающих командные по-
токи (технология Hyper-Threading). AMD предполагает разместить в од-
ном корпусе несколько процессорных ядер — технология реальной мио-
гопроцоссорности (On Chip Multiprocessing). В процессорах первой моде
1И их будет два. Фактически в одном корпусе организуется SMP-система
(Symmetrical Multi Processing)
Включение в состав процессора блока управления памятью имеет как
положительные, так и отрицательные моменты. Разработав самостояте
льио контроллер для DDR-памятн. AMD упростила работу проекторов
тиков чипсетов. "Северный” мост теперь сохраняет за собой только под-
держку AGP-каиала
С другой стороны Привязав Hammer систему к Одному типу памяти,
она лишила пользователей возможности маневра. Однако у современно-
го процессора "век педолог” модели МП меняются значительно чаще,
>1см появляются новые типы оперативной памяти.
Всякое усовершенствование процессорной структуры имеет следст
пнем изменение программной модели и расширение системы команд.
Возникает необходимость в решении задвчн организации программной
совместимости. К этой цели при проектировании системы команд для
Hammer-процессоров AMD пошла отличным от.Intel путем. Она образо
наиа путем расширения старого х86-набора. К нему добавили*
• инструкции для работы с 64-разряднымн данными,
• мультимедийные расширения SSE, SSE2 и некоторые другие
команды
За счет оптимизации структуры ядра при исполнении "старого"
(32-разрядного) ПО на 64-разрядных процессорах достигается
20...30 %-ный рост производительности. После оптимизации ПО прирост
иудет еще большим
I73
Гя,ава 4
По сути дела процессоры AMD стирают четкую грань между 32-х и.
64-разряднымн системами. Процессор ClawHammer вводит 64-разрядное
ПО в область настольных компьютеров, Sledgel-fammer позволяет нспо-:
льзовать "старые’* программы на 64.разрядных серверах без всякой*
трансляции. Преимущество, может быть и небольшое но оно предостав
ляется сразу и, при этом, бесплатно
Веспой 2002 г. AMD дала своим серверным процессорам новое имя —«
Opteron, В переводе с латынн — лучший. К этой группе отнесены Sled--
geHammer и ClawHammer DP (предназначается для создания двухпро?
цессорпых систем).
Для построения систем на базе МП Hammer AMD спроектировала!
процессорный набор AMD-8000 и организует его производство. Это по-|
зволнт изготовителям системных плат заранее начать свои разработки и.*
выпустить нх одновременно с началом продаж процессоров
В 2002 г AMD провела "перегруппировку" процессорных сил. Она об-
наружила в своем положения некоторую несбалансированность. Есть хо-
рошее ядро на 0,13 мкм, много товарных знаков (Athlon. Duron, Hammer,
Opteron) и мало денег на рекламу. Что-то должно быть принесено в жер-
тву, "Выпал" нз обоймы Duron. Последняя модель (на 1,3 ГГц) выпущена
в январе 2002 I и больше о нем ничего не слышно
Теперь для построения недорогих компьютеров рекомендуются на?
чальные модели Athlon ХР, для производительных систем — Athlon ХР>
(Barton), а затем Athlon 64; для серверов — Athlon МР н давно ожидав
емый Opteron.
В компьютерном мире не первый раз происходит смена поколений:
Pentium сменили 486-е системы, Pentium II/III — обычный Pentium, i
их, в свою очередь, — Pentium 4
Всякий раз происходило расширение системы команд. Формально на
каждом этапе совместимость "снизу-вверх" терялась. Однако несовместц
мость была "мягкой", т.е. в большинстве случаев се можно было "обойти*’
Ну,... ММХ; ну,...мультимедийные команды — это для баловства Разра;
ботинки ПО готовили программные вставки, которые нри помощи стары;
команд реализовывали те же действия, в крайнем случае, использовали ci
они. Выполняются онн медленнее, но работать-то можно. Основной об'ы
ем "серьезного" программного обеспечения продолжали писать в старом
наборе команд (х86). Например, Windows 95/98/2000 работают на 486->
компьютерах, хотя эти ОС появились значительно позже.
Для многих пользователей приобретение новы/ компьютеров — во-
прос престижа. Увеличение производительности (оно часто было не
очень-то к значительным) для них было вторично. Кто не мог себе позво
лить дополнительные расходы, тот работал на старой технике. Элемента
программной несовместимости ’обходились’*. Существовала ситуация (i
174
Микропроцессоры
пока еще существует), когда применяются системы разного класса, но на
них работает примерно одно н то же программное обеспеченне.
При переходе с 32- иа 64-разрядиые системы ситуация складывается
иная. Intel-процессор Itanium имеет новую систему команд. Программы,
написанные ”в новом наборе”, иа компьютерах класса х86 не работают
Старые программы на 64-разрядных процессорах будут исполняться в ре-
жиме эмуляции Работает процессор в этом случае медленнее, чем Pent»
um III н Pentium 4 Кого это не устраивает, может транслировать свои
программы, ио на 32-разрядных компьютерах после этого они уже рабо-
тать не будут
Фактически между двумя типами систем возводилась стена. Выделя
лась зона, в которой будут свои правила. Как нзаестно, в "правильной"
игре правила определяет тот, у кого в руках колода В области компью-
терных процессоров колода (80...85 % рынка) в руках Intel. Как она уме-
ет “финтить" хорошо известно: Socket 7 — Slot I — Socket 370, Socket
423 — Socket 478 н т.п. Переход пользователей иа 64 разрядные системы
открывал хорошие перспективы старая система команд (х86) была об-
щей, у новой будет хозяин; появляется возможность разрешать (или не
разрешать) ею пользоваться; конкуренты загоняются в угол.
Карты в этом раскладе спутала AMD В непростой для себя ситуации
она умела совершить "бросок" в область 64>разрядяых систем. Никто не
ждал от нее такой "прыти’’ (как однажды было сказано в российской нс>
тории — "Никто не загадывал, ио свершилось ..."),
Подход AMD стирает грань между 32- н 64>разрядными системами
Одиако Intel не была бы тон Intel, которую мы знаем, если бы ее можно
было так легко "вышибить из седла". Опытный игрок всегда имеет "туза в
рукаве" Этот туз называется Yamhill (смотри раздел о Pentium 4) Придет
момент, и он будет брошен на кон. Вся борьба еще впереди. Она будет ве-
стись не на равных. Финансовые и технические "весовые категории" Intel
н AMD различны, но период явного доминирования уже пройден
Если ситуация будет развиваться так, как ее видит AMD, то в руках у
нее окажется сильный козырь — разрядность процессорной шнны заво>
ражнвает пользователей не меньше, чем мегагерцы рабочих частот Ма
гия слов; "В моем компьютере 64>раз|)яднын процессор " будет рабо
тать на AMD
4,8, Процессоры фирм Cyrix, IDT, VIA-Cyrix
Фирма Cyrix вышла иа рынок микропроцессоров позже Intel и AMD
(создана в 1988 г.). Сначала она специализировалась иа выпуске деше
вых аналогов процессоров фирмы Intel (386 е и 486 е) Позже присту-
175
Глава 4
пнла к разработке собственных изделии. Из за отсутствия собственной
производственной базы выпуск нх осуществлялся фирмами TI, IBM
(часто пол маркой этих фирм) В 1997 г. Cyrix была приобретена фир
мой National Semiconductor. Позже ее планы изменились, н она отказа*
лась от выпуска собственных микропроцессоров. Ресурсы Cyrix оказа*
лнсь ненужными, н она была продана в 1999 г тайваньской корпора*
цнн VIA Technologies, известной как один нз ведущих разработчиков н
изготовителей процессорных чипсетов и других электронных компонен*
тов. Ее стремление расширить свой бизнес выглядит вполне обосно-
ванным. Покупая Cyrix, VIA вместе с недвижимостью, проектировоч
нон базой, конструкторскими зеделамн приобрела хорошо известную в
мнре торговую марку. Серьезность намерений в новой для себя облас-
ти фирма подтвердила, начав выпуск процессоров класса Pentium II —
Pentium III.
Свою деятельность Cyrix начала с производства 486*х процессоров.
В их основу была положена мнкроархнтектура Intel, но в нее были внесе-
ны изменения. Это сказалось на нх совместимости с системными плата-
ми Она хуже, чем у изделий Intel н AMD
Cx486S (MS), Вариант процессора i486SX, Питающее напряжение
+5 В Рабочие частоты: 33,40 и 50 МГц. Выпускалась модель 486S-V, ра-
ботающая с пониженным питающим напряжением +3,3 В
Cx486DX (Мб). Эквивалент процессора i486DX Питающее напря-
жение +5 В, рабочие частоты. 33 н 40 МГц. Для работы с пониженным
напряжением +3,3 В выпускалась модель 486DX V33
Cx486DX2 (М7). Аналог процессора i486DX2, но несколько уступа-
ет ему ио производительности. Рабочее напряжение +5 В, частоты’ 25,
33 и 40 МГц. Есть модель для работы на +3,3 В, частоты те же
Cx486DX4 (М9), Процессор с внутренним утроением частоты. Пн?,
тающее напряжение +3,45 В. Данный процессор выпускался в двух вари-,
антах исполнения, отличающихся разводкой ножек. В одном варианте,
цоколевка идентична тон, которую имеет IntelDX4 Маркировка на внеш-,
ней крышке корпуса в две строки: J
CX486DX4-100GP
3.4SV < i
Второй вариант исполнения отличается только разводкой нескольких
ножек. Процессор предназначается для установки в обычную 486-ю па*
нель, но требуются дополнительные настройки (прн помощи перемычек
на системной плате). Он может быть установлен только на тех платах,
которые это предусматривают Процессор с необычной разводкой имеет
маркировку в три строки-
176
Микропроцессоры
Cx486DX4400GP
DX4-P/O
3 4SV
Рабочие частоты для обеих моделей. 25 н 33 МГц
CxSx86 (Mlsc), Имеет ядро процессора MI, но разведен для уста
новки на 486-е системные платы Кэш-пямять 16 Кбайт (общая для дан-
ных и команд) работает в режиме обратной записи. Производительность
очень хорошая Выпускается в двух вариантах: 5x86-100 и 5x86-120
Из-за внутренних архитектурных особенностей может работать только
на тех системных платах, BIOS которых поддерживает работу с ним
(в паспорте платы должно быть четко указано, что поддерживается имен-
но этот процессор)
Сх MediaGx Построен он иа базе процессора 5x86 (Mlsc). Упако
ван в корпус, предназначенный для припаивания к системной плате. Кро
Me процессорного ядра в корпус помещены; графический контроллер
эмулятор Sound Blaster, устройство управления памятью и некоторые
другие компоненты. Процессоры этой группы чаще всего используются в
домашних мультимедийных компьютерах.
6x86 (Ml), Процессор Pentium-класса. Устанавливается в Socket 7
Имеет 16 Кбайт кэш-памятн первого уровня (общие для команд и дан-
ных). Не поддерживает многие Pentium-команды Выпускаются модели,
работающие с питающими напряжениями +3,3 В или +3,52 В. Потреб-
ляемая мощность составляет 20...25 Вт Сильно греется. Нуждается
в очень хорошем охлаждении. Для надежности охлаждения желательно
установить дополнительный вентилятор на стабилизаторы напряжения
на плате.
Для маркировки используются Р рейтинги
Сх6х86 PR-I20+ (реальная частота — 100 МГц = 50x2)
Сх6х86 PR-133+ (реальная частота — 110 МГц = 55x2)
Cx6x86-PR-150+ (реальная частота — 120 МГц = 60x2),
Cx6x86-PR-166+ (реальная частота — 133 МГц = 66x2),
Cx6x86-PR-200+ (реальная частота — 150 МГц = 75x2).
Нужно отметить, что для процессора Cx6x86-PR-200+ требуется час
гота шииы 75 МГц, которая не поддерживается многими Pentium-плата
мн В этом случае он может быть установлен только на 66-МГц шину и
будет работать, как Cx6x86-PR-I66+
Выпускается вариант этого процессора, имеющий пониженное по
требленне 6x86L. Ему необходимы два уровня питающего напряжения:
+2,8 В и +3,3 В (хотя расширение ММХ он не поддерживает) Благодаря
этому микропроцессор потребляет на 6...8 Вт меньше
177
Глава 4
6x86МХ (М2). Процессор класса Pentium Имеет кэш-память пер-
вого уровня, общую для команд и данных, равную 64 Кбайт. Поддержива-
ет расширение ММХ.
Процессор ориентирован на рынок систем среднего класса Выпуска-
ются модели
Cx6x86-PR-I66+ (реальная частота — 133 МГц = 66x2),
Cx6x86-PR-2OO+ (реальная частота — 150 МГц = 75x2),
Cx6x86-PR-233+ (реальная частота — 187,5 МГц = 75x2,5),
Cx6x86-PR-266+ (реальная частота — 225 МГц = 75x3),
Cx6x86-PR-3OO+ (реальная частота — 250 МГц = 83x3),
Cx6x86-PR-350+ (реальная частота — 250 МГц = 100x2,5)
Говоря о процессорах класса Pentium, упомянем еще об одном произ-
водителе, промелькнувшем в компьютерном мире как метеор в небе. Эта
корпорация Integrated Device Technology, Inc. (IDT), Вспоминаем,
об этой компании здесь, так как она, также как и Cyrix, была приобрете-.
на фирмой VIA, Технический центр корпорации IDT — Centaur Technolo?:
gy, Inc. разработал две модели процессора Pentium-класса WinChlp (1DT
С6) и WinChip2 •;
WtnChtp (IDT С6) Процессор класса Pentium. Изготавливается па,
технологии 0,35 мкм. Может работать с системной шиной 60, 66 к/
75 МГц. Выпускались изделия для рабочих частот 150, 180, 200; 225£
240 МГц. Кэш-память (LI) — 64 Кбайта (по 32 К для программ и дан-.'
ных) Питающее напряжение одноуровневое — 3 3 нлн 3,52 В (в зависи-]
мости от модели) Поддерживает расширение ММХ, Процессор прннео!
эти команды на старые Pentium-платы, не имеющие двухуровневого пн*|
тания В этом одно из его достоинств. *1
WtnChtp2 — усовершенствованная модель процессора. Первые парч
тин изготавливались по технологии 0,35 мкм, позже производство была
переведено па 0,25 мкм Может работать с шиной 100 МГц, Возможно]
применение иа платах класса Super 7. Для шины 100 МГц используются
необычные коэффициенты внутреннего умножения (установлены в см
мом МП) — 2,33 и 2,66. Поддерживает наборы ММХ и 3DNows! Объелй
кэш-памяти Ь4 К, Питающее напряжение 3 3 нлн 3,52 В 3
Выпущены модели' 225 (75x3), 240 (60x4), 250 (83x3), 266 (66х4)|
300 (75x4 МГц) и для 100 МГн шнны — 233 (tOOx2,33),'25O (100x2,5)3
266 (100x2,66), 300 (100x3,0 МГн) Для маркировки изделий со 100 МГЩ
шнной использовался Р рейтинг, 1
Сошла с дистанции фирма Cyrix, но как известно, ’свято место пуста
ие бывает", ей на смену пришла фнрма VIA. Маркировка процессоров изч’
менилась ’Мы говорим Cyrix подразумевает — VIA "
178
Микропроцессоры
Cyrix-VlA III Процессор класса Pentium II. Упакован в плоский ке
рамнческий PGA-корпус н предназначен для установки в Socket 370 Под
одной н тон же маркой выпущено несколько модификации, очень сильно
различающихся по своему устройству н возможностям, фактически раз
ных процессоров.
Первый вариант построен на базе ядра, разработанного еще в компа
инн Cyrix (у нее оно называлось Cayenne), н имеющего название Jos-
hua Выпущен в конце февраля 2000 г. Изготавливается по технологии
0 18 мкм, LI = 64К L2 = 25бК, питающее напряжение — 2,2 В, поддерж
ка расширения 3DNow! Процессоры первой модели использовали шину
66МГц(табл 4.10), но возможна работа иа частоте 100 и даже 133МГц
Были выпущены модели 433 МГц (PR-500), 466 МГц (PR-533). Ядро ока-
<алось неудачным, процессор иа его основе широкого распространения
не получил
Таблица 4 10
Процессоры VIA
Процессоры Частота, МГц/ГГц Шина x К
Cyrix-VIA III, Joshua 0 18 МКМ , L1-64K l_2=255K 433 (PR -500) 65x65
455 (PR-533) 55x70
Samuel-Об А 0,18 мкм, L1=64K 12=иет 500 100x60
500 100x50
557 133x50
VIA-Cyrlx III, Samuol2- С5В 0,16 МКМ, L1=128K L2-64K 600A 100x60
587A 133x5.0
700 100x70
733 133x55
750 100x75
VIA-C3, Ezra-СбС 0,13 мкм, L1=126K, L2=84K Ezra T 800 133x50
865 133x86
933 133x70
1 0 133x7 5
VIA-C3 Nehemlah-G5XL 0.13 мкм, L1=128K, L2^64K 1 0 133x75
На смену Joshua прншел Samuel (С5А). Разработчиками его были
гпециалнеты фирмы Centaur IDT, в свое время также приобретенной VIA
179
Глава ‘1
Процессор поддерживает мультимедийные расширения ММХ
3DNo\v! Изготавливается по технологии 0,18 мкм. Напряжение питание
+ 1,9 В Имеет на кристалле большую кэшпамять первого уровня тг
128 Кбайт, работающюю на частоте процессорного ядра, но у него отсуТ»
ствует кэш-память второго уровня. Допускал работу с шиной
100/133 МГц Выпущены модели с частотами 500 667 МГц. Значителы
ного прироста производительности по сравнению с первой модифнкгь
циен не показал и был быстро смят с производства.
Ушел Samuel, пришел Samucl2 (С5В). Процессор на основе этого яД>
ра стал первым изделием в процессорной отрасли, изготавливаемым по
технологии 0,15 мкм. Это сразу позволило решить проблему снижения
уровня потребляемой мощности а следовательно, и тепловыделения?
При питающем напряжении 1,5 В процессор на 700 МГц потребляет чута
больше 5 Вт Кэш-память первого уровня — 128 Кбайт, второго -=4!
64 Кбайт Поддерживает мультимедийные расширения ММХ и 3DNowf
Работает с системной шнной 100/133 МГц. '
Процессоры с частотами 600 и 667 МГц производились небольшим»
партиями. Для того чтобы не путать нх с изделиями на основе ядра Sai
niuel, после числового значения частоты стоит литера А Массовый вьн
пуск процессора начат с модели 700 МГц .'•Я
Процессоры с ядром SamueI2 or предыдущих модификаций можца
легко отличить по внешним признакам. Хозяин решил расставить вся
точки над 1 На наружной крышке корпуса МП крупно н жирно написана
VIA. а ниже и мелко — Cyrix. ’я
На этом внутренние трансформации процессора не закончились^
В 2001 > VIA в очередной раз поменяла процессорное ядро Оно называя
ется Егга (С5С). Рабочая частота начальной модели — 800 МГц. Ёга
основное отличие от SamueI2 в том, что кристалл изготавливается nql
0,13 мкм технологии. Остальные характеристики остались прежними. У
Уровень питающего напряжения понижен п изменены электрические
характеристики сигналок Они сделаны такими же, как н у Pentium Пц
Tualatin. Предполагается, что СЗ-Ezra можно будет устанавливать на сот
ответствующие системные платы (по крайней мере, так планировалось)^
Нс ограничившись содержанием, VIA поменяла и форму — внеии
нее оформление процессора. Прежние маркировки C'Cyrix-VIA*' ffl
’VIA-Cyrix") были отправлены в отставку. Теперь на нем будет неде
пись: VIA СЗ-Processor. Далее идет рабочая частота, а в скобках час^
тота шины и умножающий коэффициент. Не ограничившись этим, VDfe
придумала для своего процессора логотип. Восходящее над землей’;
солнце своими лучамн освещает недпнсь “СЗ Processor", а в самом веде
ху рисунка сияют буквы — VIA
180
Микропроцессоры
В нюне 2002 г VIA выпустила процессор VIA СЗ I ГГц. построенный
па ядре Ezra-T Технология изготовления 0.13 мкм шнна 133 МГц. под-
держка 3DNow! и ММХ. Упаковывается в корпус для установки в Socket
370 нлн для прнпанвання к плате
Несколько лет назад VIA предложила формат построения малогаба-
ритных системных плат — ITX. Размер — 215 мм х t90 мм, ннтегрнро
ванный чипсет, питание АТХ напаиваемый процессор
После выхода процессора на ядов Ezra 1 фирма VIA пошла еще даль-
ше — она предложила целую концепцию построения компактной мало-
потребляющей компьютерной системы Платформа получила название
Eden (Эдем, рай). Полное ее название — VIA Eden ESP (Enbedded Sys-
tem Platform) VIA не просто разработала и предложила концепцию, она
начала ее практическую реализацию
В основу конструкции положена плата формата mint-ITX (размер
170x170 мм), прнменяетсн недорогой интегрированный чипсет VIA PLE
133 и малопотребляющие процессоры семейства СЗ (Е-серня). Несмотря
па небольшие размеры плата располагает большими возможностями:
ОЗУ на базе SDRAM (PC 133), AGP (4х), USB I I ATA/100, Ethernet
10/100, AMC’97 При использовании дополнительных схем: TV-Out,
IEEE 1394 USB 2 0 Выпущены модели: VIA Eden VE 1400, VIA Eden
VE 1500
Для использования в составе малопотрабляющнх систем VIA разрабо-
тала на основе VIA СЗ н начала производство специальных процессоров
СЗ-Е и ESP (может работать без вентилятора!). Питающее напряжение —
1,0...1,2 В, потребляемая мощность — 3,0.,.5.0 Вт в зависимости от рабо-
чей частоты и некоторых особенностей внутреннего устройства. По эконо-
мичности они превосходят Intel-серню ULP (сверхмалое потребление).
То. что процессор не нужно охлаждать а, соответственно, на нем нет
вентилятора, позволяет строить на основе ESP так называемые малошу*
мящне системы. Это очень важный параметр например при создании
компьютеров для медицинского оборудования
Платформы на основе новых процессоров получили название EPIA
(истомные платы для них изготавливаются в формате mtni-ITX и чип
сете VIA PLE 133 Особенность платформ — в них нет дисковода Вы-
пущены EPIA 4000 (процессор 400 МГц, шнна 100 МГц), EPIA 5000
(процессор 533 МГц шнна 133 МГц) EPIA 6000 (процессор 667 МГц,
шина 133 МГц).
Следующей стала платформа EPIA-М Основное отлнчне от предше-
ственников — чипсет CLE 266 (VT8623/VT8235), встроенное графнче-
с кое ядро CastelRock AGP 8х н оперативная память на базе DDR-элемен-
181
Глава 4
тов. Выпущены: EPIA-M6000 (процессор ESP 667 МГц), ЕР1АМ8000
(процессор СЗ-Е 800 МГц), EPIA-M9000 (процессор СЗ Е 933 МГц)
Последним шагом VIA в направлении создания экономичных плат*
форм (на начало 2003 г) является EPIA-V, Пользователю бросится в
глаза одно полезное нх свойство — с системе появился контроллер гиб-
ких магнитных дисков (вместо второго IDE-канала), Второй канал для
подключения жестких дисков нужен двлеко не всем, а дисковод вещь
крайне необходимая. Их отсутствие в прежних моделях было не простой
недостатком, а явной "ущербностью1 Процедура введения пользовате-
лем информации в систему была очень непростой. Теперь это пусть и
медленный, но полноценный компьютер Выпущены: EP1A-VE5000 (про-
цессор ESP 533 МГц), EPIA-V8000 (процессор СЗ Е 800 МГц),
EPIA-VIOOOO (процессор СЗ-Е I ГГц)
Появление в январе 2003 г. очередной версии процессора СЗ на базе
ядра "Neliemiah" (C5XL) ответило на очень важный вопрос — в каком
направлении идет совершенствование процессоров VIA. Стало ясно, что
фирма ведет свою; независимую от остальных, гонку. Intel вот-вот выпус-
тит третью модификацию Pentium 4 (Prescott) и "штурмует" шину на
800 МГц, AMD готовит перевод своих процессоров на 64-разрядную ар-
хитектуру, освоила шину 333 МГц, присматривается к 400 МГц. VIA про-
должает упорно "окучивать” архитектуру Pentium III с шиной 133 МГц
Основные характеристики процессора (технология изготовления, раз
мер LI- и Е2-кэша, Socket 370 и др.) остались прежними. Даже рабочая
частота начальной модификации та же, что и у СЗ Ezra-T, — I ГГц. От
предшественников его отличают мелкие архитектурные "изящности”: в
конвейере было 12 ступеней, а стало 17, поддерживалось расширение
ММХ, теперь к нему добавилось SSE; появился встроенные генератор
случайных чисел (технология PadLock), который позволит реализовы-
вать сложные алгоритмы шифрования, еще раз усовершенствован меха-
низм предсказания условных переходов н т.п. Все очень миленько, но от-
четливо скледывается впечатление, что1 эта икра однажды уже была съе-
дена". Подводит черту цена — 45$ в оптовых партиях, что немало для
изделия класса low-end
Еще один момент. Архитектурные модернизации привели к тому,
что уровень потребляемой мощности у СЗ I ГГц вырос с 5,7 Вт (у Ег-
га-Т) до 15 Вт (Nehemia). Малое потребление всегда было самым круп-
ным козырем VIA В этой модели он отброшен
Продолжая развитие своих традиционных малогабаритных компью-
терных систем VIA предложила платы в формате Nano-ITX! Размер —
120 мм х 120 мм! Для использования в системе данного типа процессор
Eden-N (с ядром Nehemia) упаковывается в корпус Nano-BGA размером
182
Микропроцессоры
15 мм х 15 мм н припаивается к плате Начальные модели 533, 800 МГц
и I ГГц Потребление — 4, 6 7 Вт.
P.S. Война между Intel н VIA закончилась весной 2003 г Была подпн
сана мировая. В области чипсетов VIA получила право на производство
наборов для процессоров Intel. За определенные деньги, разумеется (ли-
цензионные выплаты). Сумма не разглашается Для VIA это выход, он ее
устраивает. В своей традиционной сфере деятельности (изготовление
чипсетов) она вновь становится полностью легальной. ‘
Что касается производства микропроцессоров, то ситуация до конца
непонятна Соглашение содержит пункт, по которому процессоры VIA
могут использовать систему команд х-86, а процессорную шину и цоко-
левку Intel — ист. Подразумевает ли это только Pentium 4, нлн распро-
страняется и ле Pentium III — не ясно
К чему ведет наличие двнного условия? Даже если Intel ‘'сквозь паль-
цы1 посмотрит на уже выпускающиеся процессоры СЗ (это уже вчераш-
ний лень для компьютерных систем), то складывается ситуация, когда в
будущее Для VIA хода нет
Идти своим собственным путем в деле производства микропроцессо-
ров очень непросто. Это убедительно показал пример AMD Процессоры
под Оригинальную установочную панель пользователей интересуют ма-
ло. С ними одна морока. Если процессоры не пользуются спросом, то ни-
кто не будет производить для них системные платы. Всем этим придется
заниматься VIA Самой изготавливать процессоры, самой производить
системные платы для них, а затем с целью сэкономить иа установочных
панелях, эти процессоры к этим платам припаивать.
На процессорном рынке VIA может окончательно стать игроком вто-
рого эшелона. Область "обитания" ее нзделнй окажется очень узкой —
специализированные компьютерные системы (типа Eden) Выйти за эти
границы будет очень сложно
Достигнутые договоренности открыли перед VIA новые возможности
Intel прекращает "прессовать" ее по всему полю Можно "вздохнуть сво-
бодно” и иа законном основании поработать над своими процессорами.
Т1а радостях" VIA решила выполнить маневр который ие успела
совершить Intel — перевести свои процессоры иа шину в 200 МГц.
Pentium III с ядром Tualatin был готов к такому шагу Был даже спро
ектирован соответствующий чипсет (1830). Однако не сложилось. Гото-
вить собственными руками конкурента для появившегося в то время Pen-
tium 4 Intel не захотела Системы Pentium III “закончили свои путь" на
частоте 133 МГц.
Выжать всю мощь нз архитектуры Pentium Ш Intel ие успела. Этим
занялась VIA Раньше "колоски” на поле Intel собирала AMD, теперь —
VIA. AMD нашла свою дорогу, будем надеяться, удача улыбнется и VIA
183
Глава 4
4.9. Микропроцессоры и взаимоотношения
между их производителями
МП — небольшая деталь, являющаяся важнейшим и прн том самым
дорогим компонентом системы Процессоры — "застрельщики" в непре-
рывной компьютерной гонке. Выход каждой нх новой модели становится
первым шагом па новый виток в спирали развития всей отрасли
Рынок процессоров — поле продолжающегося уже много лет сраже
ния двух гигантов: Intel и AMD. Со временем эта схватка не только ие
утихает, а все более обостряется Третьим участником в этом соревиова
нии была фирма Cyrix, сейчас ее место заняла V1A
Фирма Intel — крупнейший производитель микропроцессоров. Вы-
пуском различных процессоров занимаются несколько компаний, ио
жить и развиваться с прибыли, получаемой от их продажи, удается по-
ка только ей Удача повернулась к Intel лицом, когда IBM выбрала ее
процессор для установки в свои персональные компьютеры, и она ие
упустила свой шанс Уже много лет ее ежегодные объемы продаж ис>
числяются десятками млрд, долл
Начальный этап — фирма полностью доминирует иа рынке процессо-
ров для IBM-совместимых компьютеров. Ее продукции нет альтернативы.
Несколько других производителей занимаются выпуском клонов ее про-
цессоров (аналогов, изготовленных по лицензии) Выходят модели
8086/88, 80286, 80386. Выпустив новый процессор и сняв сливки самых
высоких прибылей, фирма передавала права иа его производство другим
После этого предлагала пользователям следующую модель процессора и
снова начинала собирать богатый урожай прибылен.
Новые модели появлялись нечасто. Модификация i486DX2 66, иаири
мер, занимала место лидера почти год. Обстоятельства ие подгоняли, и
дела можно было вести в относительно спокойной обстановке.
Компании AMD, Cyrix, Т1 в то время даже нельзя было назвать конку-
рентами — спарринг-партнеры. Им доставались только крошки со стола,
н по этой причине они не успевали "накачать" финансовые мускулы что-
бы по-настоящему вступить в схнатку.
Постепенно ситуация менялась. Противники оказались очень цепки-
ми. Они копили опыт, деньги. Усовершенствованные ими 486-е процессо-
ры (Агп5х86"133, Сх5х86-100/120) по производительности соответство-
вали начальным модификациям Pentium. Вскоре появились н его прямые
конкуренты: АгпК5, АгпКб, Сх6х86, Сх6х86МХ и др Дистанция между
лидером и аутсайдерами сократилась
Intel изменила тактику Против догоняющих.конкурентов она повела
боевые действия по всем правилам военного искусства Самый верный
184
Микропроцессоры
способ в арьергардном бою отделаться от наседающего противника —
взорвать после себя мосты. Примерно так она н стала действовать Как
только наступал момент, когда соперники приближались слишком близ*
ко. Intel "обрушивала рынок"* она выпускала новый процессор и резко
"роняла" цену иа старую модель. В результате несколько преждевремеи
ного снижения цен она недополучала определенную прибыль, но и не от*
давала ее конкурентам.
Кроме этого, Intel попыталась загнать противника в угол, отказав
шись от Socket 7 и перейдя иа Slot I Но "враг" не дрогнул Ои с честью
вышел из сложного положения и вплотную приблизился к лидеру
Все эти годы основным соперником Intel была компания AMD Она
вышла иа дистанцию позже и в полной мерс испытала иа себе, что такое
быть догоняющим: постоянный недостаток средств иа развитие произ-
водства, балансы с "минусами1' и прочие "редости1' Тем не менее она нс
отступила и шла к своей цели
К тому.моменту, когда на рынке доминировали Pentium, AMD сумела
значительно упрочить свои позиции, предложив собственные процессе*
ры для недорогих систем (К6-2, К6-Ш) В этот период оиа играла иа поии
жение и проводила политику "наши процессоры всегда иа 25 % дешевле
аналогичных изделий Intel". Это дало результат — продажи процессоров
увеличились, ио денежные дела фирмы от этого не очень улучшились.
Летом 1999 г AMD выпустила свой новый процессор Athlon, а осе
иью произошло то к чему оиа стремилась все эти годы: Athlon-750 ока
зался самым производительным процессором иа рынке В марте 2000 г
Athlon первым перешагнул рубеж в 1 ГГц, опередив в этом иа несколько
дней Pentium 111 фирмы Intel. Осенью того же года Intel, выпустив Penti-
um 4. вернула себе первые позиции, но факт хотя и кратковременного
лидерства AMD "имел место быть".
За возможность вплотную приблизиться к лидеру AMD пришлось за*
платить очень высокую цену. Чтобы мобилизовать денежные ресурсы
для строительства фабрики по производству Athlon, ей потребовалось
продать многие свои подразделения и даже заложить часть самого нового
предприятия.
На карту было поставлено очень многое. В этой ситуации AMD уже
не могла так смело играть иа понижение. Ей нужна прибыль и притом
немедленно. AMD оказалась в очень неустойчивом положении Она не
имеет тех многомиллиардных финансовых резервов, которые есть у Intel
От ее руководства при выборе стратегии дальнейшего развития потребо
валось искусство не меньшее, а может быть и большее, чем то, которое
оно проявило в период погони за лидером AMD выдержала экзамен. Это
показал 2000 г. который оиа закончила с рекордной для себя прибылью
185
Глава 4
После того как AMD сумела наладить промышленное производство
Athlon, ситуация иа рынке микропроцессоров перешла в новое качест
во — произошла смена позиций участников. Период, когда AMD шла "по
полю" за Intel и терпеливо "собирала колоски”, закончился. Теперь они
"окучивают” одну и ту же делянку". Одному из инх по ряду причин уда-
ется пока собирать значительно больше
Упорство и "бульдожья хватка” AMD в преследовании конкурента
вызывают восхищение И если про Intel будет верно сказать, что это при-
знанный лидер, то AMD — настоящий боец который никогда ие уклоня-
ется от сражения, пусть даже и неравного.
Долгое время постоянным участником процессорных баталий была
фирма Cyrix. По своей роли она значительно уступала Intel и AMD, ио в
компьютерном мире это было хорошо известное имя
Несколько лет назад дела у фирмы пошли не блестяще. Она была куп
лена корпорацией National Semiconductor, но исправить ситуацию не
удалось. Казалось, что Cyrix навсегда сошла с дистанции. Стремясь изба-
виться от ставшего ненужным подразделения, новый хозяин перепродал
его тайваньской фирме VIA Technologies.
До покупки Cyrix VIA была известна как разработчик и изготовитель
чипсетов Почувствовав себя достаточно сильной, она решила заняться
таким непростым делом, как производство микропроцессоров Чтобы не
тратить время и деньги на раскрутку своего имени в новом деле, она ку-
пила хорошо известное старое
В марте 2000 г VIA выпустила свой процессор класса Penhum 11/
Pentium III. С этим оружием и в доспехах старого бойца она вступила в
сражение Отметим, что впервые производителем процессоров ”86-й” се-
рии стала не американская компания.
Сначала изделие маркировалось как Cynx-VIA, затем — VIA-Cyrlx, и,
наконец, в 2001 г просто — VIA СЗ. Фирма сумела занять на рынке опу-
стевшее место, ио ей еще долго придется тратить деньги на то, чтобы вы-
вести свою марку иа один уровень с именитыми конкурентами
Ожесточенная "война цеи"между Intel к AMD изменила ситуацию на
рынке От этого выиграли пользователи — процессоры подешевели Пе-
риод, когда половину цены системного блока составляла стоимость про
цессора, уходит в прошлое
Еще можно отметить что изменилось отношение производителей к
потребителю. Долгое время подход был весьма высокомерной — бери то-
вар, плати и отходи в сторону, не зедержнвай Еслц не нравится, то "пои-
щи другой колодец в пустыне”. Теперь ситуация стала иной. Производи-
телям, кроме ведения конкурентной борьбы между собой, приходится ор-
ганизовывать непрерывные рекламные шоу для покупателей, расхвали
вая достоинства своей продукции Кто раньше рассказывал пользовате-
ле
Микропроцессоры
лю, например, про модификации процессорного ядра (степпинги. как
сейчас говорят) 486-х. Pentium и прочую премудрость? А сейчас пользо-
вателям показали все "закоулки процессорной души". Они узнали: про
ширину всевозможных шин. глубину конвейеров, улучшенные алгорит
мы н многие другие супер- и гипервоз^ожиости Такое отношение (хотя
оно н вынужденное) радует
Весь 2001 год и первую половину 2002-го в области микропроцессо-
ров шел ’'карнавал'*. Intel и AMD устроили непрерывный праздник прад
ставления новых моделей процессоров Он сопровождался ’'фейервер-
ком" частых снижений цен и другими броскими церемониями Почти как
у Высоцкого:
"На дистанции четверка не рвачей, — (у нас двойка)
Каждый думает, что он-то побойчей,
Каждый думает, что меньше всех устал.
Каждый хочет на высокий пьедестал’
К лету 2002 г. AMD стала уставать. Если применять спортивную тер-
минологию она стала больше обращать внимание ие на '"скорость бега", а
иа "изящество движений бегуна" и наличие у него внутренних резервов.
Сказалась разница финансовых весовых категорий Intel имеет еже
квартальный объем продаж 6...7млрд. долларов и прибыль
8ОО...9ООмли AMD — продажи 600. 900 млн и четыре квартала подряд
*з минусах". Накал страстей в войне цен спал Intel ушла в отрыв.
Фиксируя свое преимущество и расставляя точки над 1 "под занавес'
2002 г Intel выпустила Pentium 4 3 Об ГГц с поддержкой технологии НТ
Ответ AMD (анонс Athlon ХР 2800+-) был невнятным.
Финансовые итоги 2002 г у AMD более чем скверные (почти катает
рофические): продажи 2.7 млрд, долл . убыток 1.3 млрд, долл Для ко-
го-то они могли бы стать нокаутом, ио хочется верить, что ие для AMD
Зная характер фирмы, надеемся, что она "выдюжит". Всю свою историю
этот боец сражался в меньшинстве' Что ж атака отбита, нужно гото-
вить следующую И если еще раз вспомнить из Высоцкого то
"Нужен спурт — иначе крышка и хана!
Переходит сразу он в задний старенький вагон.
Где былые имена —
предынфарктные.
Где местам одна цена —
все плацкартные’
Такой расклад никого ие устраивает и в первую очередь саму фирму
AMD
Можно высказать еще одно предположение Никому ие выгодно мо-
нопольная ситуация в такой важной сфере как производство микропро-
187
Глава 4
цессоров — ни производителям компьютеров, ии пользователям. Intel
тогда всем быстро объяснит — кто такая "„.мать Кузьмы1'. Когда ее рек-
лама начнет ненавязчиво нашептывать — сколько стоит хороший новый
процессор то "мало ие покажется".
Что ж. паритет нарушен. Снова есть явный лидер и аутсайдер. Бли
жайшая перспектива — снижения цен иа дорогие изделия будут прово*
диться реже, размер их будет меньше
Очередной акт сыграй, ио хочется верить, что до финала еще далеко.
P.S. Можно сказать еще несколько слов про весну 2003 г. В это
время Intel прошла два промежуточных рубежа в своем движении
вперед.
Первое. Десятилетний юбилей отметила торговая марка Pentium™
12 марта 1993 г появились в продаже процессоры Pentium иа 60 и
66 МГц. Сажали одну веточку, а вырос целый куст: Pentium ММХ.
Pentium Pro, Pentium 11 Pentium III, Pentium 4 Pentium M. и это судя
по всему, еще не конец
Второе Intel продала мнллиардныи процессор 86-серин (IA-32)
Продажи процессора 18086 начались в нюне 1978 г и в апреле нройде
иа отметка "I миллиард". Па это потребовалось 25 лет. Веху "2 милли*
арда" Intel планирует достичь через четыре года (2007 г) Темп взят
фантастический. Дай Бог удачи
Весь 2003 год спокойно и уверенно лидировала Intel, прода-
жи —30,1 млрд, долл., прибыль — 5,7 млрд, долл., AMD держалась в
тени. Выход Athlon 64 позволил ей подправить свос положение Чет*
вертый квартал принес ей прибыль — 4,3 млн., прервав череду из 9
убыточных кварталов
Годовые продажи AMD 3,52 млрд. долл, (рост на 30%). В целом
год убыточный (274 млн долл ) ио перспективы очень хорошие
188
Глава 5
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — основная память
компьютера. Это тот блок, который решающим образом влияет на спо*
собиость системы работать с тем или иным программным обеспечением
(ПО). В процессе работы некоторым пользователям придется заниматься
организацией структуры оперативной памяти компьютера Возможно, нм
придется столкнуться с необходимостью выбора нужных элементов па-
мяти, заменой одних носителей на другие, их совместимостью и кучей
других проблем. По этой причине в том, что касается памяти, он должен
иметь изрядное разумение (если, конечно, хочет, чтобы его машина рабо
тала с максимальной производительностью)
5.1. Виды оперативной памяти,
ее внутренняя организация
По физическому принципу положенному в основу организации хра-
нения информации, элементы памяти могут быть разделены на две
группы.
I Статические (Static RAM) — устройства этого типа удерживают
данные без изменения с момента подачи питания и до его отключения
2. Динамические (Dynamic RAM) — после занесения в них ни
(формации требуется периодическое ее восстановление (перезапись)
Сравнение этих двух типов памяти дает следующие соотношения
• потребление энергии у динамической памяти ниже.
• время выборки (временной интервал от момента подачи адреса иа
входы микросхемы до получения данных иа выходе) у динамиче-
ской памяти больше, т.е она более медленная;
• информационная емкость динамической памяти (по соотношению
объема сохраняемой информации к площади сохранения) на I—2
порядка больше
189
Глава 5
Столь различные показатели не означают полного отрицания одного
из типов памяти. В компьютере находится место для каждого из них От
кэш-памяти ие требуется очень большого объема, но нужно высокое бы*
стродействие, и для ее организации используются статические носители
Емкость ОЗУ становится все больше н больше, и для ее построения дав
но применяются динамические элементы.
На внутреннюю организацию устройств запоминания большое влия-
ние оказывает форма представления сохраняемых данных. В основе фуи*
кциоиирования компьютера лежит работа с двоичными числами. Мини*
мальио возможным элементом, требующим сохранения, является один
двоичный разряд (бит). Простейший элемент памяти — ячейка обеспе-
чивает сохранение его двух состояний. Все ячейки, составляющие объем
памяти, организованы в виде матрицы описываемой параметрами: коли
чество строк (страниц) и количество столбцов. Например, 16-Мбитиая
матрица (состоящая из 16 777 216 ячеек) может быть организована в
4096 строк по 4096 ячеек в каждой (т.е. из 4096 столбцов)
Из-за своей малой информационной емкости измерение объемов в би
тах не всегда удобно и применяется более крупная единица — байт, объ-
единяющая 8 бит. Иногда используется и другая единица — слово
(Нужно помнить, что однозначного понимания информационной емко-
сти, задаваемой этим термином, не сложилось. Применяя его, емкость
каждый раз желательно оговаривать Если это нс делается, то опрсде
лить подразумеваемую емкость можно только в контексте изложения.)
Объем памяти может указываться как в битах, так и в байтах. Использо-
ванне различных терминов ие меняет существа дела. Папрнмер, один и
тот же элемент может быть назван 2-мсгабайтиым (2-Мбайтпым) илн
16 мегабитным (16-Мбитным).
Матрица памяти характеризуется числом строк и столбцов Ее внут-
ренняя организация описывается соотношением: х NemeCim Коэф-
фициенты N — конкретные числа, представленные в виде "два в степе-
ни". ио указывается только степень. Предположим, что упомянутая
16-Мбитпая матрица состоит нз 4096 строк и 4096 столбцов. Число 4096
это 2 в 12-й степени. Поэтому данная матрица описывается отношением
12 х 12. В ней одинаковое количество строк и столбцов, и она называется
симметричной. При той же емкости матрица может иметь иную внут
рентою организацию. Например, I3x 11 (8192 строки при 2048 столб-
цах) или 10х 14 (1024 строки при 16 384 столбцах). Матрицы, у которых
число строк не равно числу столбцов, называются асимметричными
Доступ к ячейкам матрицы может быть организован по-разиому Осо-
бенность доступа к сохраняемым данным лежит в основе разделения эле
ментов памяти иа различные типы
190
Оперативная память компьютера
5.2/Типы оперативной (динамической) памяти
Для доступа к ячейке памяти (для записи или считывания безразлич
по) на адресные входы подается адрес (рис. 5.1). Он состоит из двух час-
тей' адреса строки (страницы) и адреса столбца (рис. 5.2). Они передают-
ся по одним и тем же линиям последовательно (прием мультиплексирова
ния) Выдача каждой из адресных частей сопровождается специальным
управляющим сигналом RAS (Row Address Strobe) для строки и CAS
(Column Address Strobe) для столбца Направление передачи инфор-
мации задастся при помощи других сигналов: MEMW (Write) для запи
си в ячейку и MEMR (Read) — для считывания По сигналам RAS и CAS
части адреса записываются в соответствующие дешифрирующие блоки
Сначала в матричном массиве выбирается нужная строка (страница), а
затем в ней по адресу столбца выбирается нужный элемент — ячейка. Та
кой режим адресации называется страничным (РМ — Page Mode)
Стремясь сократить время доступа, разработчики предлагают все но-
вые алгоритмы работы с памятью
FPM (Fast Page Mode) DRAM Режим обычной страничной адре
сации может быть ускорен. В том случае, когда последовательно выбира
емые элементы иаходвтся на одной странице, можно для обращения к
Рис 5 I Организация массива оперативной памяти
191
Глава 5
Рис 5 2 Доступ, к массиву оперативной памяти
в режиме PM (Page Mode)
ячейке не использовать полный адрес (страница плюс столбец) Он пола-,
ется только один раз для выборки первой ячейки в строке. Для доступа К!
другим ячейкам этой строки иа линии адреса выставляется только адрес;
столбца. Заново полный адрес будет подай только при переходе к следу-’
>ощей странице.
Прн работе с памятью в целях повышения быстродействия используй
ется режим считывания не одного элемента, а целого пакета из четыре)(
сдвоенных нлн счетверенных слов по 32 нлн 64 бита соответственно/,
Время, необходимое для считывания такого пакета, измеряется в тактах;
частоты и описывается соотношениями типа 5 3-3-3 или 3-2-2-2, Первое'
число задает количество тактов частоты, необходимое для считываний,
первого слова. В этом случае выдается полный адрес, н временные затра-
ты больше. Последующие числа указывают число тактов, нужных для
считывания остальных слов в пакете Они меньше, так как время эконо-
мится иа выдаче сокращенных адресов — только столбцов
Для памяти FPM при работе с шниой в 66 МГц для выборки пакета
нужно 5 3 3 3 тактов
192
Оперативная память компьютера
EDO (Extended Date Out) DRAM Особенность режимов
PM/FPM в том, что управление выдачей данных на выходные лнинн воз-
ложено на сигнал CAS Он длиннее, чем трабуется для подачн адреса.
Сто продолжительность определяется ие только потребностью нахожде-
ния сигналов ядреса иа входе с целью доступа к ячейке, ио н необходимо'
<тью удержания данных иа выходе в течение некоторого интервала вре-
мени (рис. 5.3, а) Адресацию новой ячейки нельзя начать до тех пор, по*
ка содержимое предыдущей ие будет считано, так как адресные входы за-
няты весь этот период (сигнал CAS ие снят). Зато после начала следую-
щего считывания выходные линии некоторое время (пока едрас проходит
через схемы дешифрации, данные извлекаются нз ячейки и подаются на
выход) будут свободны.
Для ускорения работы памяти был предложен другой принцип рабо-
ты. Функция управления выходом данных снимается с CAS. Для этого
применяется Специальный сигнал ОЕ (Output Enable). Освобождение
CAS от дополнительных функций позволяет сократить его продолжите-
льность, а соответственно сократится время удержания ядреса на вход
пых линиях. Адресация следующей ячейки может быть начата в момент,
когда текущие данные еще стоят иа выходе, т е следующий цикл чтения
начинается до окончания предыдущего (рис 5 3, б) В некоторой степени
в) доступ к ОЗУ о рвямма FP
б) доступ к ОЗУ s режиме EDO
Di>o‘
tg — время доступа, ty—периоджюсп» доступа
Рис 5 3 Режимы доступа к оперативной памяти
193
Глава 5
происходит наложение циклов считывания В результате данные иа вы<
ходиых линиях сменяются практически без перерывов.
Увеличение быстродействия .EDO-памяти достигается только при,
считывании Время выборки пакета (иа 6&МГцшине) составляет 5-2’2-2
тактов
BEDO (Burst EDO) DRAM Обычная FP и EDO-память допускают'
перадачу информации пакетами из четырех слов. Память типа BEDO
предусматривает в пределах страницы работу с пакетами любой длины.
Это достигается путем соединения обычных счетверенных пакетов. Стар*.'
товый адрес нового пакета передается вместе с последним сигналом САЗ.,
в текущем пакете, что позволяет избежать перерывов в передаче.
Для обеспечения работы BEDO-памяти требуется специализирован-;
иый контроллер в составе chipset. Он обеспечивает генерацию всех необ-.<
ходимых сигналов для передачи пакета заданной длины j
SDRAM (Synchronous DRAM). Динамическая память, рассмот-J
ровных выше типов, предусматривает возможность поступления запроса
иа обслуживание в любой момент времени (асинхронный режим рабо^
ты). После того как доступ начался, неизвестно когда ом закончится.'
Вновь обратившееся устройство вынуждено будет ждать. Тратится дрд-f,
гоцепиое время, снижается производительность.
Работа синхронной памяти организована таким образом, что обраще?
вне к запоминающему массиву (при записи) и выборка запрошенной ни*
формации (при считывании) может происходить только в определенные
моменты врамеин. Периодичность циклов доступа и их продолжнтель*.
ность устанавливает специальный таймер, входящий в состав коитролле*;
ра памяти. Его работа может быть синхронизирована с работой системно-^
го таймера, управляющего работой компьютерной системы В результате
этого ’’союза" обращение для записи или считывания будет выполняться в
те моменты, когда память готова принять данные или выдать запрошен-
ную информацию. Такой механизм работы устраняет необходимость на;
хождения обратившегося устройства в состоянии ожидания (в этот пери-
од она вынуждена ждать момент, когда можно начаться работу с памя-
тью). Достигнута синхронность в работе памяти н обращающихся к ней
устройств.
В контроллере синхронной памяти предусматривается возможность
фиксации нескольких поступивших запросов иа доступ. Устройство not!
дает запрос и продолжает свою работу. Контроллер выстраивает очередь’
из поступивших запросов В нужный момент он известит обратившееся
устройства о том, что оно может начинать работу с ОЗУ
SDRAM имеет некоторые структурные отлнчия от обычной динами^
ческой памяти (FPM, EDO); запоминающий массив организован в виде,'
двух банков, возможен пакетный режим работы Наличие двух независим
194
Оперативная ламЛть компьютера
мых массивов памяти позволяет организовать их параллельную работу
при поступлении двух запросов. При работе в пакетном режиме путем
подачи только одного едреса возможен доступ к последовательно распо
ложенным ячейкам памяти. Режим применим как при записи, так и при
считывании данных Объем пакета — до одной страницы.
В процессе работы сигналы, передаваемые на модуль памяти, подвер
гаются внешним воздействиям (электромагнитные поля; емкостные со
противления проводников, схем н пр.). Эти воздействия при определен
ных условиях могут нарушить форму сигналов управления, данных, сия
хроимпульсов. Следствием этого будет искажение информации и кару*
шенне синхронизма при обмене С целью нейтрализации внешних воз
действий в схему элементов памяти включается дополнительный
элемент — промежуточный буфер С его помощью решается зедача по*
вышенпя нагрузочной способности сигналов, корректируется форма нх
фронтов Элементы памяти, имеющие в своем составе подобные буферы,
получили название buffered (буферированных илн регистровых), без
буферов — unbuffered (небуферироваиных или обычных) Работа бу
феров должна поддерживаться чипсетом.
С целью ускорения обмена с оперативной памятью разработано не*
сколько специальных алгоритмов доступа к ней. Наибольшую извест-
ность получила VCM (Virtual Channel Memory) илн VC SDRAM — син
хроииая память с виртуальными каналами, предложенная фирмой NEC.
В компьютере доступ к оперативной памяти может выполняться неско-
лькими устройствами: процессор, канал PCI, графический адаптер н неко-
торые другие Работа системы в обычном случае происходит по схеме:
• устройство, требующее доступа к ОЗУ подает соответствующий
запрос;
• если контроллер динамической памяти свободен, то выполняется
процедура доступа, если он занят, то устройству приходится ждать
пока ои ие освободиться
На ожидание тратится время а следовательно, снижается произво-
дительность обмена.
Предложенная схема заключается в следующем Контроллер ояера
тивной памяти, входящий в состав чипсета, модифицирован. В его состав
включено несколько буферов Каждому устройству, ведущему обмен с
ОЗУ, выделяется отдельный буфер. Оно заносит туда свою информацию,
а контроллер переписывает ее в память, как только ему для этого предо-
ставляется подходящий момент. Если взглянуть иа работу системы "с по-
зиции" записывающих устройств, то каждое из них имеет в своем распо-
ряжении по выделенному каналу. В действительности же канала нет, он
воображаемый — виртуальный отсюда и название подобного алгоритма
195
I лава 5
обмена. Такая схема доступа к оперативной памяти позволяет повысить
производительность обмена на 10—20 %
DDR SDRAM (Double Date Rate SDRAM). Пропускная способность
обычной синхронной памяти составляет 0,53 Мбайт/с (66 МГцх8 байт)
У элементов РС100 — 800 Мбайт/с, РС133 — примерно I Гбайт/с
Рост производительности прямо пропорционален увеличению рабочей
частоты. Этого недостаточно. Разработан механизм передачи, при кото
ром обмен ведется по обоим фронтам синхроимпульса, т е с вдвое боль-
шей скоростью.
В структура элементов памяти любых типов можно выделить два
основных блока' запоминающий массив (блок памяти) и выходкой бу
фер Их связывает информационный канал (внутренняя шнна памяти)
Разрядность выходного буфера н внутреннего информационного канала в
памяти типа SDRAM совпадает. Кроме этого, в SDRAM запоминающий
массив и выходной буфер тактируются одной частотой DDR-память так-
же использует одну синхронизирующую серию, но выдача из выходного
буфера иа внешнюю шину памяти выполняется по обоим фронтам такто-
вого сигнала. Синхронизирующих сигналов в дна раза больше и в тече-
ние одного такта передается два пакета данных Данных в буфер должно
поступать в два раза больше По этой причине в DDR-памяти внутренний
информационный канал в два раза шире, чем в SDRAM.
Используются два варианта маркировки памяти:
• по рабочей частоте — DDR 200, DDR 266, DDR 333, DDR 400,
• по пропускной способности—PCI600, PC2IOO РС2700, РС3200
DDR II. Частота в 200 МГц стала «радельной для DDR памяти. Ее
дальнейшее увеличение приводит к неустойчивой работе механизма
обмена. Необходима иная структура блока памяти и новые механизмы
ведения обмена.
Предложена следующая схема построения DDR>nawflTH. Работа запо-
минающего массива и выходного буфера, выдающего данные на шину па?
мяти (внешнюю), синхронизируется различными частотами. Например, в
DDR11-400 они равны 100 и 200 МГц Кроме этого подача иа шину памяти
из выходного буфера ведется по обоим фронтам тактирующего сигнала
Фактически темп работы запоминающего массива и выходных схем раз-
личается в 4 раза (4-bit Prefetch). Соответственно, разрядность внутрен-
ней шииы в DDRII-памятн должна быть в два раза шире, чем в обычных
DDR-системах и в 4 раза шире, чем в SDRAM.
Координацией усилий по разработке новых быстродействующих ин-
терфейсов памяти JEDEC (Joint Electronic Devices Engineering Council —
Совет по совместной разработке электронных компонентов) В конце
2002 года был принят норматив, описывающий память типа DDR1I
196
Оперативная память компьютера
Запоминающие кристаллы в элементах SDRAM-яамяти были ’разогна-
ны’ производителями с 66 МГц до 133 МГц, в DDR-элементах — со
100 МГц до 200 МГц. РС133 и DDR400 оказались самыми быстродейству-
ющими в своих класса Добиться устойчивой работы на больших частотах
не удалось
В обоих случаях (с SDRAM и DDR) был достигнут двукратный рост
производительности DDR11 начала с частоты 100 МГц (DDRII-400), На-
прямую просматривается возможность создания элементов DDR11-800
(Кристаллы памяти, способные работать на частоте 200 МГц уже имеют-
ся.) Если производители сумеют "заставить” их работать на частотах
250...300 МГц, то появятся элементы DDRII I000...1200 МГц.
Быстродействие памяти в большинстве случаев оценивается по трем
характеристикам' tCL, tRCD, tRP. Их еще часто называют тайминга-
ми. Указываются в тактах частоты шины (внешней) памяти.
tCL (CAS Latency) — задержка от момента поступления сигнала CAS
до появления данных на шине памяти Обычное значение CL для современ-
ных элементов памяти — 2 или 3. Для DDR-памятн значение CL может
быть дробным — 2,5. Передача ведется по обоим фронтам, т.е. имеется два
синхронизирующих сигнала за такт. Отсюда и половника (полтакта),
tRCD (RAS'tO'CAS) — интервал между подачей сигналов RAS н CAS
tRP (RAS Precharge) — врамя регенерации строки
Почему именно эти три враменных интервала? Они имеются в каж-
дом цикле обращения к памяти Малейшее их сокращение дает выигрыш
в быстродействии. Их значения хранятся в SRD-блоке,
Три упомянутые выше характеристики составляют цепочки таймин-
гов* 4-44, 3 3'3 и т.п. Для элементов DDR1I-400 типичное значение —
3-4'4 У более медленной памяти (SDRAM, DDR) эти значения могут
быть меньшими В этом, однако, нет противоречия. Частоты соотносятся
как 1 к 2 Четыре синхронизирующих сигнала на выходном буфере соот-
ветствуют одному такту рабочей частоты запоминающего массива
Кроме изменения схемы тактирования выходных буферов система па
мятн типа DDR11 имеет н другие структурные усовершенствования
Встроенная терминация (On-Die Termination). Структура ши-
ны DDR-памяти предусматривает терминирование линий управления и
данных Терминаторы размещаются на материнской плате В системах
DDRII терминаторы находятся внутри микросхем памяти.
Калибровка сигналов (Off-Chip Driver Calibration). Электри-
ческие параметры сигналов шины памяти на материнских платах от раз
личных производителей не совпадают. Схемы элементов памяти, выпу-
щенных различными фирмами, опять же ие одинаковы. Есть еще внеш
ние помехи, "броски" напряжения. Все это плохо влияет на электриче-
197
Гласа 5
ские сигналы и ведет к сбоям, Прн работе иа высоких частотах вероят-
ность нх значительно увеличивается
В структуру системы памяти типа DDR11 введены схемы программно
настраиваемых калибраторов, построенных на основе высокоточных пе^
ременных резисторов С их помощью возможно выполнение определен-
ной нивелировки электрических сигналов.
Внесены изменения в механизм сигнального обмена в процессе пере-
дачи данных \
Отложснный CAS (Posted CAS) В схеме DDR-памяти при одно-
временном поступлении нескольких запросов на обслуживание была воз-
можна конфликтная ситуация. Банков — два, третьему запросу "обращу
ться” некуда. На разрешение конфликтов тратилось время
DDRll-память ие воспринимает третий запрос пока не обслужены'
предыдущие, Возможны некоторые простои в работе шины памяти, но
конфликтных ситуаций Не возникает. Этим делается попытка рационали-?
зироиать обмен но шине памяти
Аддитивные задержки (Additive Latency), Процесс доступа к>
памяти ведется под управлением специальных сигналов. Выбирается
банк (сигнал Art), подается управляющий сигнал (READ нлн WRITER
стробируется подача адреса (RAS, CAS) Между сигналами имеются,
определенные временные интервалы. Их задает контроллер дннамнче*
ской памяти, входящий в состав чипсета, исходя нз установок в Setup и'
сведений из SPD-блока
В структуре системы DDRII сигналы первоначально попадают в сле-‘
циальный блок, входящий в состав элемента памяти. Получив нх, он сам
определяет момент (устанавливая аддитивные задержки), когда нх нуж-i
ио "пропустить” на запоминающий массив )
QBM (Quad Band Memory). Разработана фирмой Kentron Techno?
logics Создана "группа поддержки" куда вошли еще VIA, SiS, ALl, S33
ICS, STMicroelectronics н некоторые другие j
Принцип работы QBM-памятн можно описать следующей упрощен^
ной схемой. Запоминающие элементы организованы в два банка. Работой]
нх управляют две одинаковые частоты, но сдвинутые по фазе по отноше-j
нню друг к другу на 90 градусов (CLK и CLIC.90), Используются об$1
фронта синхросигналов. Специальный блок (фактически это умножнтел^
частоты на два) формирует результнрую1Дую частоту (DQ_QBM), по сиг*1
налам которой происходит нодача данных на запоминающий массив при^
записи н выдача на шнну памяти лрн считывании. Прн записи входные'
данные разделяются на два потока (методом чередования), которые под';
управлением CLK н CLIG90 попадают каждый в свой банк, Прн считывав
ннн два потока данных нз банков выстраиваются в один (опять же мето*]
дом чередования) н в таком виде подаются в компьютерную систему
198
Оперативная память компьютера
Пб сутн, QBM память забирает механизм двухканальностн с мате
рннской платы и встраивает его в структуру элементов памяти. С выхода
контроллера памяти в систему идет уже обычный (64-разрядиый) поток
данных. '’Учетверение'1 (Quad) в названнн данного тнпа памяти говорит
об увеличении пропускной способности в сравнении с обычной
SDRAM-памятью PC 100, PC 133 н т,д
Пока еще QBM-память практического применения ие нашла Возмож-
но это произойдет в течение 2004 г В состав ’’группы поддержки QBM ’
входят как производители чипсетов, так и производители элементов па
мятн, VIA объявила, что чипсет Р4Х890 будут ее поддерживать (в допол-
иенне к обычной DDR) Будем надеяться, что и производители элементов
памяти мне подкачают’
После разговора о новых схемах организации синхронной памяти вер-
немся на ’'грешную землю” Существует оперативная память еще одного
типа — Rambus DRAM (RDRAM) Несколько лет назад ей прадрека
,чн очень широкое распространение в области персональных компыоте*
ров Intel потратила на продвижение RDRAM-памяти много денег и сил
Однако добиться своего ей в этот раз не удалось (редкий случай).
В организации блока RDRAM-памяти есть некоторые особенности
• запоминающий массив организован в виде 16 банков;
• контроллер памяти, входящий в состав чнпсета, связан с запомнна
ющнм массивом специальной шиной (Rambus Channel)
Передача по ней может вестись с частотой от 300 МГц н выше (па
обоим фронтам) Рабочая частота наиболее распространенных RIMM-mo-
дулей составляет 800 (400x2) МГц Элементы данной модели маркируют
ся РС800, (Выпускались элементы РС600/РС700, но они быстро вышли
из употребления) Шина содержит несколько (до четырех) 16*разрядиых
передающих каналов. За одну операцию (за такт) нз каждого банка счн
тывается по одному биту. В результате на контроллер по каналу переда-
ется 16 бнт данных Контроллер формирует нз 16-бнтных блоков, посту
пающнх к нему по одному нли нескольким каналам. 64*разрядные слова
данных, которые затем подаются в компьютерную систему Пропускная
способность Rambus-шииы с одним каналом составляет 1,6 Гбайт/с
При использовании двух каналов — 3 2 К 2002 г была отработана двух*
канальная структура шины
После того, как частота шнны Pentium 4 возросла до 533 МГц, вполне
закономерным стало появление RDRAM-памятн способной работать с
процессором в синхронном режиме. Летом 2002 г появились элементы
РСЮ66. Прн одноканальной структуре пропускная способность Ram
bus шнны в этом случае составляет 2,1 Гбайт/с, прн двухканальной —
4,2 Гбайт/с
199
Глава 5
Переход на 800 МГц процессорную шину предъявил новые требова-
ния к системам памяти на базе RDRAM-эле.ментов Появились четырех*
канальные контроллеры памяти. Прн использовании модулей РС800 про*
пускная способность составит 6,4 Мбайт/с, модулей PCI066 —
8,4 Гбайт/с. Процессору нужно 6,4 Гбайт/с (800 МГцх8 байт), так что
узким местом в системе шнна памяти не станет
5.3, Элементы оперативной памяти
Матрица памяти определенной емкости н внутренней организации
изготавливается в виде отдельного элемента — кристалла Затем он упа-
ковывается в корпус и выпускается в виде микросхемы. Несколько отде-
льных кристаллов нлн микросхем могут быть установлены на спецналь?
ную небольшую плату, прн помощи дополнительной внешней логики
объединены в единую структуру н вместе образуют элемент памяти. *
На различных этапах развития компьютерной техники исполнение
элементов памяти менялось (табл. 5 I).
Таблица 5 I
Элементы оперативной динамической памяти
Мвркировка Тип Частота шины» МГц Разрядность Количество каналов Пропускная способность, Гбайт/с
РС100 SDRAM 100 64 1 о,в
РС1ЭЗ 133 64 1 1,06
PC15D 150 64 1 1,2
PC1B6 165 64 1 1,33
РС1600 DDR 100x2 64 1 1,6
РС2100 133x2 64 1 2,1
РС2700 166x2 64 1 27
РС3200 200x2 64 1 32
РС3200 DDR II 200x2 64 1 32
РС4200 255x2 64 1 42
РС5400 333 x2 64 1 64 ’
РС600 RDRAM 300 16 2 24
РС700 350 16 2 2,6
РС?00 400 16 2 3,2
PC 1066 633 16 2 43
200
Оперативная память компьютера
DIPP ^Dual In Line Pm Package) — микросхемы Используются в
XT, 286 машинах, значительно реже в 386-х (самые первые модели)
Распространены микросхемы с внутренней организацией 256Кх4
(256 Кбайт ячеек по 4 бита, тип 414256, корпус с 18 ножками), реже
встречаются микросхемы с организацией IMxI (тип 411000, корпус с
18 ножками), совсем редко с организацией 256Кх1 (тнп 41256, корпус
с 16 ножкамн), В настоящее время находят применение только мнкро*
схемы 414256, которые можно использовать для расширения видеопа-
мяти на SVGA(ISA)-KapTax
SIPP (Single In-line Pin Package) н SIMM (Single In-bne Memory Mo-
dule). Имеют сходный внешний вид Это небольшие прямоугольные пе
чатные платы, на которых размещено необходимое количество мнкро
схем памяти. Все сигналы выведены к контактным площадкам (писто-
нам) установочного разъема. Контакты расположены на одном краю пла
ты с двух сторон (шаг О, I дюйма), но два противоположных контакта сое
дннены между собой (запараллелены). SIPP и SIMM различаются между
собой тем, что у SIPP к контактным плрщадкам припаяны игольчатые
контакты длиной 4...5 мм (Если при помощи паяльника нх аккуратно
снять, то онн превращаются в обычные SIMM.)
SIPP имеют 8-разрядную внутреннюю организацию Установочный
разъем 30-контактный и представляет собой ряд пружинных отвер
стнй-зажимов, обеспечивающих плотный контакт с нгламн Применя-
лись па 286-х машинах н иногда на первых 386-х. Выпускались изделия
емкостью 256Кх8 ("четвертушки’’) н 1Мх8 ("мегабайтннкн").
Распространены два варианта SIMM: 30-контактные ("короткие") и
72-контактные ("длинные"). "Короткие’ SIMM имеют 8-разрядную внут
реннюю организацию. Применялись на 286, 386 н 486-х машинах Выпус-
кались изделия емкостью 256К, 512К, IM н 4М В зависимости от типа
системной платы устанавливаются по две илн по четыре штуки.
"Длинные” SIMM имеют 32-разрядиую внутреннюю организацию
Используют запоминающие элементы типов EDO н FPM, имеют ем
кость 4М, 8М, I6M н 32М Предназначаются для применения в 486-х
н Pentium-системах
SIMM на 72*pin выпускаются в двух модификациях S-SIMM и
D-SIMM, Внешне онн выглядят одинаково, но внутренняя организация
нх соверщенно различна В S SIMM матрица памяти организована в виде
одного (S — Single), а в D-SIMM в виде двух (D — Dual) независимых
банков. Использование D-SIMM предполагает, что контроллер динами-
ческой памяти, входящий в состав чнпсета, работает с ними по иному
(чем с S-SIMM элементами) алгоритму. Он поочередно обращается к
банкам, находящимся в различных модулях,памяти. Предполагается что
их по крайней мере два В Pentium-снстемах SIMM устанавливаются па*
201
Глава 5
рамн, н контроллер памяти поддерживает режим работы с D-элементамн.
Особенности работы с оперативной памятью пользователя совершенно
не затрагивают, он может о них ничего н не знать Проблемы с D-SIMM
появляются в случае нх установки на 486 е платы Контроллер памяти
"не видит" особенностей нх организации. Он может вообще "отказаться"
с ними работать, а в лучшем случае увидит только один банк, т е полови-
ну нх емкости (4 Кбайт вместо 8 Кбайт н 16 Кбайт вместо 32 Кбайт).
DIMM (Dual In-line Memory Module) Содержат в основном память
типа SDRAM и очень редко EDO Имеют емкость 16М, 32М, 64М и выше
В 2002 г появились модули емкостью I Гбайт. Выпускаются модели для
работы на частотах 66/100/133 Питающее напряжение 3,3 В нлн 5 В
DIMM внешне похожи на SIMM, но в полтора раза длиннее. Для
установки иа плату используется 168-контактпый, двухсторонний разъ-
ем. Имеют 64*разрядную внутреннюю организацию Применяются в снс-
темах Pentium и выше DIMM-модулн изготавливаются в нескольких
различных вариантах исполнения. В целях предотвращения ошибочной
установки на системную плату неподходящих элементов памяти на них
самих и на установочных панелях предусмотрены специальные "ключи’.
Имеются дае "ключевых” области: первая — между парами контактов
19—20 и 21—22, вторая — между 79—80 н 81—82. Прн помощи перво-
го ключа указывается нужный тип памяти. Второй ключ задает уровень
питающего напряжения (рис. 5.4, а).
Сущестуют малогабаритные модели DIMM-элементов — SO-DIMM:
с 32-разрядной организацией (72*р*щ установочный разъем) н 64-разряд-
яые (144-pin).
DDR-эле менты. Внешне похожи на DIMM (по размеру, примерно,;
такие же), но установочный разъем на 184 контакта Имеют одну ключе-
вую область между нарами контактов 103—104 н 105—106 (рис. 5 4, б).
Выпускаются изделия, предназначенные для работы на частоте от 200
(100x2) до 400 (200x2) МГц Питающее напряжение начальных моделей
2,5 В, у более поздних — 1.8 В
Используемые в настоящее время элементы имеют 64-разрядную
внутреннюю организацию. Их называют одиоканальнымн. Ведется разра
ботка комионентов, доступ к которым будет осуществляться по 128-раз-
ряднон шине Иначе говоря — двухканальных
RIMM (Rambus In-Line Memory Module). Одиоканальные (16-разряд-
ные) элементы имеют 184 разрядный установочный разъем Питающее
напряжение 2,5 В
Кристаллы RDRAM-памяти сильно греются Для улучшения охлажде-
ния онн накрыты теплоотводящим радиатором (Этим они внешне отли-
чаются от DIMM ов и DDR-элементов )
202
Оперативная память компьютера
а) ШММ-модули (184 контакта)
JllllllllllllllllllMlllllllllllllll'IJlIlim
I /1 ( *—RFU
। (] । — Buffered
। Л । — Unbufforod
Ji__1 -S»
l/U-mb
i Л i — Резервная позиция
6) DDR*3neM0ttru (184 контакта)
lllllllllllllilllllillilllllllllifrHILIJIIIIIIIIIIIIM
□) RIMM-элемокты (184 контакта)
Рас 5 4 Элементы оперативной (динамической) памяти
В средней части установочного разъема RIMM модулей есть незаня-
тый контактами участок. Здесь размещены две ключевые прорези, пред
отвращающие установку модулей в неподходящее место (рис. 5.4, в)
Организация пространства памяти прн помощи RIMM-модулей имеет
одну особенность. Будучи установленными на плату, онн образуют "по-
следовательную" цепочку Отсутствие хотя бы одного элемента эту це
почку разрывает. Отсюда правило... все установочные панели должны
быть заняты С этой целью в комплекте с системными платами постав
ляются специальные CRlMM-элементы (Continuity RIMM) нх еще нно
гда называют "продолжнтелямн" Имн заполняют все незанятые
RIMM-мн панели
Во второй половине 2002 г появились RIMM модули типа PCI066
(работающие на частоте 533 МГц). Кроме этого, производители начали
выпуск 32-разрядных (даухканальных) RIMM-элементов. Будучи уста
ковленнымн, онн образуют массив памяти для двух Rambus-каналов По
сутн это два обычных RIMM в одной упаковке Двухканальные RIMM
внешне отличаются от старых элементов
203
Глава 5
• в ключевой области имеется только одна прорезь
• практически вся свободная часть ключевой области занята контакт
нымн площадками дополнительных сигнальных линий
Прн размещении на системной плате элементов памяти любых типов
в обязательном порядке должно соблюдаться еще одно правило Суть его
в следующем: модули необходимо устанавливать в таком количестве,
чтобы с учетом их внутренней разрядности н информационной емкости
система могла равномерно распределить подключаемый массив памяти
по всей ширине шнны данных
Схемотехнически задачу решают разработчики системной платы. От
’пользователя требуется только установить необходимое количество мо-
дулей в нужные разъемы
Например, на 486-х платах ’короткие" SIMM устанавливаются по че-
тыре, ’'длинные’ — по одному. В 64-разрядных Ptentium-снстемах "длин-
ные” SIMM нужно уже ставить парами, a DIMM, имеющие 64-разрядную
структуру, по одному
На плате разъемы для установки памяти объединены в комплекты та-
ким образом, что заполнение целиком любого из них обеспечивает нс
полнеине упомянутого правила. Такой комплект разъемов получил на-
звание — банк памяти На плате всегда имеется несколько банков
Банки памяти нумеруются — О, I н т.д Установка должна начинаться с
нулевого банка
5.4. Аппаратные средства контроля и обеспечения
надежности
Прн конструировании элементов памяти в нх структуру часто закла-
дывают специальные аппаратные средства обнаружения ошибок. Про-
стым и надежным способом является использование бита чстностм (pa-
rity). С этой целью к восьми информационным разрядам (байту) добав-
ляется еще один — бит паритета. Его наличие в случае применения алго
ритмов контроля четности позволяет обнаружить одиу единичную ошиб-
ку в соответствующих информационных разрядах Только обнаружить’
Определить точно, в каком именно разряде ошибка, при помощи контро
ля по четности невозможно Это уже отдельная задача, для решения ко-
торой нужны дополнительные средства. Если прн тестировании памяти
обнаруживается хотя бы одна сбойная ячейка, то необходимо менять
элемент памяти, ее содержащий.
Для производителей компьютерной техники выбор для использования
элементов памяти с четностью — вопрос деликатный Во-первых, оин сто-
204
Оперативная память компьютера
ят дороже (дополннтелные микросхемы, блоки сравнения и др.) и не все за-
хотят тратить дополнительные деньги; во-вторых, в случае применения
элементов памяти с четностью и остальные комплектующие изделия дол-
жны быть соответствующего качества. По этой причине элементы памяти с
четностью используют в основном известные фирмы, которые могут позво
лить себе выход на рынок с качественной, но более дорогой продукцией.
Прн покупке компьютеров класса Brand-name следует помнить о том,
что на некоторых из них возможна установка только памяти с четностью.
В этом случае прн необходимости расширить ОЗУ на ее покупку может
потребоваться значительно больше средств. Поэтому, приобретая "бе-
лый" компьютер, будет лучше выбрать такой; который допускает исполь-
зование обычной памяти илн по крайней мере, отключение функции
контроля четности через Setup
Следующим шагом в развитии аппаратных средств контроля стало
применение технологий, выполняющих ие только контроль, по и коррек-
цию ошибок. В настоящее время все большее распространение получают
элементы памяти, содержащие средства контроля с использованием ал-
горитма ЕСС (Error Checking and Correcting). Применение этих ме-
тодов позволяет обнаружить и исправить одну одиночную ошибку в ни
формационном слове, а также выявить (но нс исправить) сбои в двух
смежных разрядах
Данный способ проверки предназначен не для выявления бракованных
ячеек, появившихся в процессе изготовления кристаллов памяти. С этим
могут справиться и более простые контролирующие средства. Его основ
ная задача — обнаружение случайных, неповторяющихся сбоев, возннка
ющнх в процессе работы системы под воздействием внешних факторов.
Оперативная память компьютера (сервера, рабочей станции и пр ) эк
сплуатируется в очень тяжелых условиях и требования к ней все ужесто-
чаются Частота шипы, на которой ей приходится работать, все время
растет. Она уже достигла 200 МГц (дело идет к ее дальнейшему увеличе-
нию). Работа на таких скоростях требует строгого соблюдения времен-
ных диаграмм обмена, сохранения формы фронтов сигналов. Следствием
этого стало повышение чувствительности элементов памяти к внешним
воздействиям (электромагнитным полям и прочим излучениям), способ
ным исказить сигналы В некоторых случаях даже кратковременное пре
быванне рядом с компьютером электроприборов, создающих большие по
мехн, (например, устройств с мощными н плохо экранированными блока
мн питания) может стать причиной сбоя в работе памяти
Под воздействием помех какая-нибудь ячейка, находящаяся в данный
момент в критическом состоянии, может чуть-чуть изменить уровень со
храняемого сигнала, в результате чего он будет интерпретирован снсте
мой неправильно' "О’ вместо ”Г нли наоборот Это н есть случайная
205
Глава 5
ошибка. Даже высококачественные элементы памяти не застрахованы от
нх появления. Прн больших объемах ОЗУ и продолжительных периодах
работы это вопрос времени В системах, решающих сложные задачи
(банки, моделирование сложных процессов, управление атомными объ-.
ектамн и т.д,), это недопустимо, и память, контролируемая с применени-
ем ЕСС-алгорнтмов, является неплохим решением этих проблем.
В элементах памяти с ЕСС-контролем на каждые 8 информационных
бит приходится 2 служебных Разрядность DIMM возрастает с 64 до 80,
т.е. на 64 разряда данных приходится 16 служебных бит, работа с кото-
рыми и положена в основу ЕСС-алгорнтмов коррекции
Для того чтобы модули памяти реализовали заложенные в них сред
ства ЕСС-контроля, онн должны быть установлены иа материнскую пла-
ту с чипсетом, поддерживающим эту функцию. В противном случае все
сведется к сообщениям об ошибках.
Определение внутренней организации установленных в него элемен-
тов памяти для компьютера — задача непростая. На получение этой ин-
формации он может затратить много времени, но все равно не будет за-
страхован от ошибок
Фирмой Intel был предложен вариант решения. Па модуле памяти
размещается блок SPD (Serial Presence Detect), выполненный на за-
поминающем кристалле типа EEPROM Он содержит сведения о внут
реннен организации элемента памяти, иа котором расположен
Обращаясь в процессе загрузки к памяти, компьютер считывает из
SPD-блока требуемые снедения и производит самонастройку на работу с
данными элементами Применение модулей памяти с SPD-схемами толь
ко начинается.. Многое еще предстоит регламентировать, усовершенст-
вовать. но сама идея понравилась н производителям памяти, н с борщи
кам компьютеров
Есть поговорка, "когда все сделано иа совесть, качество дается бес-
платно" Фирма Intel применила этот принцип к процессу изготовления
элементов памяти. Она предложила технический стандарт (специфика-
ция), получивший название "РС100" Он разработан исходя из предпо-
сылки, что выполненные с соблюдением его требований элементы памя-
ти будут стабильно работать на частоте 100 МГц.
В Спецификация перечислены требования, предъявляемые к исполь-
зуемой элементной базе, подробно описывается структура модуля:
• печатная плата модуля памяти изготавливается не менее чем в
6 слоев, толщина нх фиксирована, отдельными сплошными слоями
выполняются "земля" и 'питание'*;
• проводвщие дорожки определенной длины, расстояние между ни
мн регламентируется.
206
Оперативная память компьютера
• обязательно использование терминирующих (оконечных) резисторов
• контакты в установочных разъемах только позолоченные,
• в схему обязательно включается SPD-блок, перечень сохраняемых
данных оговаривается;
• предлагается способ маркировки модулей н другие
Маркировка PCIOO SDRAM-модуля имеет строго установленный вид
Кроме названня фирмы*изготовнтеля она содержит информационную за*
пись типа PCIOO-abc-dcf Например, надпись рС 100-322-720 несет в се-
бе следующую информацию
PCIOO — память рассчитана на работу со 100-Мгц шиной (уже есть
элементы, способные работать на частоте 133 МГн) Временные ннтерва
лы, заданные параметрами а, Ь, с, указаны в тактах этой шины
а — интервал от момента поступления сигнала CAS на входы элемеи*
та до появления данных на выходе (CAS Latency). В данном случае он ра
вен 3 тактам. Подобные элементы получили название "элементы с CAS3"
В случае если интервал равен 2, то, соответственно, "элемент с CAS2"
b — минимальное количество тактов между подачей сигналов RAS н
CAS (RAS to CAS Delay, 1RCD)
с — время иа регенерацию строки Ьосле обращения к ней (RAS Pre-
charge, tRP).
Часто с целью дать сокращенную характеристику элементов памяти
используют связку параметров а, Ь, с В нашем случае она выглядит так
3-2-2
d — время считывания (Access from Clock, tAC) в наносекундах
с — версия SPD, В данном случае Rev.= 1.2.
f — резервная позиция, пока ие используется.
Спецификация появилась в тот момент, когда осуществлялся переход
компьютерных систем с 66 на ЮОМГцшниу. Вопрос надежности эле
ментов памяти стоял очень остро. Поэтому технические нормы PC 100
были сразу приняты па вооружение изготовителями элементов памяти.
Разработчик Спецификации — фирма In lei — организовала проверку
продукции основных фирм-пронзводнтелей на соответствие нх изделий
требованиям PCIOO Результаты тестирования доказали, что нэготавлн
ваемые ими элементы памяти выполнены на должном уровне.
С увеличением рабочей частоты шины доступа к памяти до 133 МГц
потребовалось сформулировать требования к соответствующей элемент-
ной базе. Начальный вариант спецификации "РС133" предложен Intel в
первой половине 1999 г. Окончательный вндои приобрел в конце того же
года Требования к конструкции и технологии остались прежними
В PCIOO" онн былн весьма жесткими и это посчитали достаточным Из
207
Глава 5
менены только требования к быстродействию Они уменьшены пропор-
ционально соращенню времени такта.
В дальнейшем для каждой новой модели элементов памяти выпускал*
ся регламентирующий норматив
5.5. Логическая организация памяти
Свои первые компьютеры фирма IBM спроектировала иа базе МП
18O86/88 Процессор имел адресное пространство 1 Мбайт, что по срав
нению с 64 Кбайт у его предшественника (18080) было очень много. Ад
ресное пространство было разделено на две области: базовую память,
размещенную в адресах ООО—640 Кбайт, и верхнюю память (резерв*
иую область), с адресами от 640 Кбайт до 1024 Кбайт (I Мбайт). В базо
вой памяти выделены рабочие области для операционной системы, раз*
мещепия драйверов и пользовательских программ. В пространстве верх-
ней памяти всем устройствам компьютера был» предоставлены служеб
иые участки.
Распределение памяти, адреса, присвоенные устройствам, зафиксиро
ваны при разработке аппаратной части компьютера. Алгоритмы работы с
памятью заложены в программное обеспечение После того как изделия
получили массовое распространение, внесение любых изменений в
структуру компьютера стало практически невозможно.
Скоро выяснилось, что адресное пространство 0 I Мбайт — совсем
немного. Возникла необходимость выхода за его пределы. Был предло-
жен механизм создания дополнительной памяти, находящейся вне
адресного поля. Для ее построения в системный разъем вставляется пла
та, содержащая дополнительный объем памяти Доступ к ней выполняет-
ся программно по специальному алгоритму
Следующий процессор — i80286 имел 16-мегабантиое адресное про-
странство. Весь объем ОЗУ ’выше” I го мегабайта получил название
расширенной памяти К моменту его появления уже был накоплен
довольно большой объем программного обаспечения. Для того чтобы
новый МП мог его использовать, в пределах первого мегабайта ОЗУ он
должен был работать так же как, н его предшественник Исходя из
этого, процессор построен таким образом, что он может функционнро*
вать в двух режимах — реальном, когда он работает как обычный
18086/88, и защищенном позволяющем ему вести обмен с расширен*
ной памятью. Поддержка этих двух режимов сохранена во всех после-
дующих моделях процессоров.
Позже обнаружилась возможность обращения к первым 64 Кбайт
расширенной памяти, не выходя нз реального режима Этот участок ад
208
Оперативная память компьютера
ресного пространства получил название область старшей памяти или
старшие адреса.
В результате структура памяти компьютера может быть организована
из четырех областей, различающихся местоположением в адресном про*
странстве, н одной дополнительной области, находящейся вне адресного
ноля Необходимую для работы комбинацию этих областей пользователь
определяет н выстраивает сам.
Организация памяти компьютера из нескольких областей, имеющих
различное назначение, создавала большие сложности в работе: место,
где размещаются все исполняемые программы (базовая память), эксп-
луатируется очень интенсивно а по размеру оно невелико: остальной
объем (расширенная память) может быть значительно больше, но ис-
пользуется мало и только для сохранения данных или программ.
С этим приходилось мириться Несмотря иа очевидные неудобства и
сложности в работе, подобная структура памяти сохранялась на
IBM-совместимых машинах весь период времени, когда в качестве опе-
рационной системы (ОС) использовалась MS-DOS Отказ от нее стал
возможен только с появлением ОС нового типа — Windows (95/98 и
последующие).
В настоящее время проблема распределения памяти потеряла остро*
ту Однако большинству пользователей в той или иной степени все равно
придется с этим столкнуться. Дадим краткую характеристику областям
памяти в случае использования MS-DOS
Базовая память (Base, Conventional) — основная память компь
ютера Занимает в массиве ОЗУ первые 640 Кбайт (ядреса
ООО 000-655 359), условно разбитые на 10 сегментов (0-9) по 64 Кбайт
каждый. В нее загружается DOS
В первых двух килобайтах 0 го сегмента (адреса 0000-2048) разме-
щены рабочие области DOS н BIOS, буферы устройств, таблицы векто
ров прерываний (см рис. 5.5) Следующие несколько десятков килобайт
используются для размещения драйверов операционной системы
Оставшийся массив базовой памяти считается свободным и может
быть занят прикладными (пользовательскими) программами. Объем сво-
бодной базовой памяти для пользователя — вещь очень важная. Многие
программы предъявляют жесткие требования — Объем базовой памяти
ие менее ’ Если в компьютере на момент запуска этой программы на
мятн хотя бы чуть-чуть меньше, то работать она ие станет.
Для того чтобы освободить максимально возможный объем базовой
памяти, используются всевозможные ухищрения. Например, драйверы
устройств стремятся разместить в верхней памяти (UMA) нлн стар-
ших адресах (НМЛ)
209
Глава 5
Рис 5 5 Структура базовой памяти
•J
Верхняя память (UMA — Upper Memory Area) — область ОЗУ
между 640КИ I Мбайт (I024K) Зарезервирована для служебных целей.?
Адресное поле сегментов А н В используется для размещения ОЗЙ
видеоконтроллеров (см рнс 5 6)
Рис 5 6 Организация верхней памяти (UМА)
210
Оперативная память компьютера
Пространство сегментов С, D, Е н F предназначено для размещения
в нем рабочих областей контроллеров компьютера (видео, HDD н др.) и
пользовательских устройств. В настоящее время, в этой области только
два участка жестко закреплены за конкретными устройствами
• в адресном пространстве сегмента С размещено ПЗУ видеокоит
роллера (контроллер EGA использует I6K, VGA — 32К);
• пространство сегмента F занято системным BIOS (ПЗУ) находя
щимся на материнской плате
Оставшиеся участки могут использоваться пользователем по своему
усмотрению
В верхней памяти может быть создана теневая намять (нли Sha-
dow). Что это такое? В некоторых участках адресного пространства вер
хней памяти оказались параллельно подключенными оперативная память
и блоки ПЗУ, находящиеся на материнской плате и контроллерах. Таких
участков в настоящее время два — сегмент F и частично С Обычно ра
ботает ПЗУ- Проектировщиками материнских плат был предложен вари-
ант функционирования системы, при. котором вместо медленного ПЗУ
применяется более быстрое ОЗУ По желанию пользователя возможен
режим начальной загрузки компьютера, когда содержимое блоков ПЗУ
переписывается в параллельные области ОЗУ, и в дальнейшем обраще-
ние идет к иим. Фактически в оперативной памяти создается копия —
"тень” ПЗУ, отсюда н название режима. Управление работой теневой па
мятн выполняется через программу Setup
Свободные участки в сегментах С, D и Е могут быть при помощи ути-
литы EMM386.exe преобразованы в блоки, пригодные для хранения ин
формации В них могут быть размещены системные программы н драйве-
ры. Весь объем верхней памяти, находящейся под управлением
EMM386,ехе, получил название upper memory blocks (UMB)
На 286-х и 386-х материнских платах с верхней памятью может
быть выполнена переадресация (remapingj. В аппаратной части
этих плат была заложена возможность программного переключения
(условного перемещения) части верхней памяти в область расширен-
ной (сразу после 1-го мегабайта) Такой режим давал возможность
на материнских платах, реально Имеющих всего I Мбайт ОЗУ, со-
здать область расширенной памяти и устанавливать на компьютер
Windows 3,1 (На некоторых платах при создании Shadow переадре-
сацию выполнить нельзя),
Расширенная память {extended) — весь объем ОЗУ ’ выше, стар
ше 1-го мегабайта Доступ к «ей организуется прн помощи драйвера
HIMEM.$ys (область, находящаяся иод его управлением, получила на-
звание XMS — Extended Memory Specification)
211
Глава 5
В системах 'под DOS' возможности этого вида памяти ограничены:
• там не может находиться операционная система,
• невозможно создание в ней рабочих областей устройств
• находящиеся в ней программы ие могут быть выполнены
В основном расширенная память используется для сохранения дан-
ных и программ В составе DOS есть драйверы RAMDRIVE sys н
SMARTDRV.exe, ориентированные на работу с ней. Для записи в рас<
ширенную память илн считывания оттуда они переводят МП в защищен-
ный режим, а затем возвращают в реальный.
При помощи RAMDRJVE.sys в расширенной памяти может быть со-
здан электронный (виртуальный) диск. Электронный диск — програм-
мно построенная структура, по организации и принципу работы с ннм>
идентичная логическому диску иа винчестере. Доступ к нему при записи,
илн чтении выполняется быстрее, так как нет медленной операции пере-,
мещеиня головок. Емкость его невелика (не может превосходить по объе?*
му расширенную память). На электроииом диске удобно держать корот-j
кие часто исполняемые программы Прн выключении компьютера все со-/
держнмое диска теряется
Утилита SMARTDRV.exe позволяет создать в расширенной памятй
дополнительный буфер для дисковых накопителей. (В составе накопите-
лей есть буферы, но их емкость невелика).
При помощи драйвера EMM386.exe создается расширенная память;
в которой может быть организована дополнительная память В этом слу-,
чае отпадает необходимость в плате расширения памяти /
Область старшей памяти, старшие адреса (НМЛ — High Me-
mory Area) — область первых 64 Кбайт (баз 16 байт) расширенной памя-
ти, доступ к которым можно получить без выхода из реального режимам
Это дополнительный участок ОЗУ, пригодный для размещения компов
центов операционной системы.
Для того чтобы объяснить откуда появились эти 64К памяти, вспом4'
ним, как формируется адрес в МП При работе в пределах I-го мегабайта'
любой процессор находятся в реальном режиме, В нем он имитирует ра>
боту 18086/88 и да я обмена со внешней системой использует 20 внеш-j
них адресных линий. На инх должен быть подан адрес той же разрядное
сти. Он формируется путем прибавления к сегментному адресу 16-раз-;
рядного дополнения — смещения. Старшие разряды сегментного адреса
(с 20-го по 4-й) формируются в сегментном регистре Младшие разряды'
(с 3-го по 0-й) автоматически принимаются равными нулю. Вместе оин
составляют 20-разрядный адрес К нему прибавляется 16-разрядное сме-
щение Сложение этих двух значений дает физический (исполнитель-,;
ный) адрес, поступающий иа выходные адресные линии (рис. 5.7, а) ••
212
Оперативная память компьютера
а)
W 4 3 0
I I I I I I I I I I I I I I I I llolololol
+ 15 О
J .1. I I ГГГТТ"! Смимм*
И 1 М I I I I I I I I I I I I I I 1°1
«дое
б)
ffffo16
FFFF16
Г OFFEF16
I'OFFEF»
В4К- 1GSwr
ГООООщ
FFFFFfe
Рис 5 7 Область старшей памяти
Если в старшие 16 разрядов сегментного регистра загрузить максима
льное значение FFFFjs (а 4 младших автоматически устанавливаются в
нуль) и задать смещение FFFFig, можно получить предельный адрес, рав-
ный rOFFEFie (рис. 5.7, б). Адресный интервал IWOCOis-roFFEFte и
составляет область старшей памяти. Управление размещением дан-
ных в старших адресах возложено на драйвер HIMEM.sys
Дополнительная память (страничная память, expanded-me-
mory). Процессоры 58086/88 могли работать только с 1-мегабайтным ад-
ресным пространством Возникла необходимость организации дополни-
тельного объема памяти вне этой области. За решение данной задачи со
вместно взялись фирмы Lotus, Intel Microsolt. Результатом их деятель-
ности стала спецификация доступа к дополнительной памяти LIM EMS
(Lotus, Intel, Microsoft Expanded Memory Specification) EMS версии 3 2
213
Глава 5
обеспечивала поддержку 8 Мбайт дополнительной памяти, a EMS вер
син 4.0 обеспечивала поддержку 32 Мбайт.
В компьютере доступ к дополнительной памяти (LIM EMS) реализует
драйвер EMM386.exe. Для него необходим свободный участок ОЗУ раз
мером 64-килобайтный страничный блок (обычно он берется в верхней
памяти). В процессе работы он делится на четыре 16-килобайтиые логи-
ческие страницы. На такие же по размеру страницы делится весь имею*
щнйся объем дополнительной памяти В логические страницы заносится ин-
формация, требующая сохранения После этого их содержимое путем опре-
деленной программной процедуры копируется иа одну из страниц дополни-^
тельной памяти. Затем в логические страницы помешается следующая по*,
рция данных, и процедура повторяется
Страничный блок как перемещающееся смотровое окошко имеет до-
ступ к любой точке области дополнительной памяти Через него произво-
дится как запись, так и считывание.
Дополнительная память может быть использована для хранения данных и
программ. С помощью драйверов I?AMDRlVE.sys и SMARTDRV.exe в нец
могут быть созданы электронный диск и буферы дисковых накопителей
На XT С'икстишках”) для организаци дополнительной памяти необхо-,
дима плата расширения. На 286-х и выше компьютерах при помощи драй-'
вера ЕММ 386.exe она может быть отображена в расширенную память..
Сначала при помощи драйвера 1IIMEM sys создается расширенная, а за-?
тем в нее переносится дополнительная память
5.6. Кэш-память
Кэш иамнть — очень быстрое запоминающее устройство, построен* 1
ное иа статических элементах. Время выборки из динамического ОЗУ»
равно 60...70 ис, у кэш-памяти оно составляет величину порядка i
10.,.20 ис, т.е. на считывание из нее процессору требуется в 3—4 раза-j
меньше времени. .[
Алгоритм работы кэш-памяти весьма сложен, ио в упрощенном виде V
может быть описан следующей схемой. В процессе работы компьютера!
все обрабатываемые данные н команды (исполняемые программы цели-?,
ком, если они небольшие, или их куски) сохраняются в кэше. Процессор, !
прежде чем начать выборку данных илн программ из ОЗУ, ищет нх в *
кэш-памяти: если находит, то считывает их оттуда и, соответственно, за* 1
трачивает на это в 3—4 раза меньше времени, если нет, то тратит на вы-
борку из ОЗУ время в полном объеме. В какой-то момент времени весь
объем кэш-памяти оказывается занятым — свободных ячеек нет. Проне-,
ходит переполнение, н запись (точнее перезапись) ведется в те ячейки, к
214
Оперативная память компьютера
которым дольше всего не было обращения Первоначальная информация
при этом теряется
Возможны два режима записи в кэш память:
I Режим прямой или сквозной записи (WT — Write Through)
При сохранении информации в кэш-намяти происходит ее параллельная
запись в ОЗУ По этой причине выигрыша в производительности прн за
писи кет (происходит передача по шине). Экономия времени достигается
ири считывании данных, так как оно (считывание) будет выполняться нз
быстрого кэша
2. Режим обратной нли отложенной записи (WB — Write Back).
В процессе работы исполняемые команды и обрабатываемые данные со-
храняются только в кэш-памятн. Запись их в ОЗУ производится в том
случае, когда при переполнении кэша иа их место могут быть записаны
другие данные. В этом режиме экономия времени происходит как при
считывании, так и прн записи
Кэш-память не во всех случаях обеенечивает одинаковый рост произ-
водительности. Прн работе с длинными линейными программами он ми
иимален. Объем сохраняемых в этом случае данных большой, кэш быст-
ро переполняется, его содержимое часто меняется, и вероятность найти
в нем нужную информацию для считывания невелика. По этой причине
идет постоянное обращение к ОЗУ. Значительное увеличение быстродей-
ствия достигается при работе с короткими циклическими программами.
Они к обрабатываемые в них данные могут быть полностью (или значн
тельная их часть) размещены в кэше. Обновление данных происходит
значительно медленнее. Вероятность найти в нем требуемую информа-
цию очень высокая Обращение к ОЗУ выполняется значительно реже
Тестирование показало, что основной прирост производительности
обеспечивают первые десятки килобайт кэш-памяти Их стремятся сде-
лать наиболее быстродействующими и разместить как можно ближе к
микропроцессору нли даже иа одном с ним кристалле. Такая кэш-память
получила название внутренней нли первого уровня (L1). Расстояния
между ней н процессорным ядром минимальное, поэтому они работают
на одной и той же частоте. Места на процессорном кристалле мало, н
разместить не нем удается совсем немного памяти: 8 Кбайт в 486-х про-
цессорах, 16 Кбайт у Pentium, но именно они обеспечивают значнтель
ное повышение быстродействия. В этом можно легко убедиться Доста-
точно измерить и сравнить производительность компьютера прн работа-
ющем н отключенном внутреннем кэше.
В 486-х и Pentlum-снстемах весь остальной объем кэша размещается
иа материнской плате и называется кэш-памятью второго уровня (L2),
В целях дальнейшего увеличения быстродействия разработчики стре
мятся и вторичную кэш-память расположить как можно ближе к ядру.
215
Глава 5
В Pentium Pro она размещена в одном корпусе с кристаллом процессора, а’
в Pentium И и Pentium II Хеоп — иа одной с ним плате. Pentium Pro н Pen-
tium II Хеоп ведут обмен с Е2-кэшем на своей полной внутренней рабочей,
частоте, a Pentium II — на половике этой частоты. Процессор Pentium III
модификации Katmai работает с кэшем на половинной частоте, но Pent!-'
um III Coppermine может вести обмен с L2 уже на полной частоте.
Предложены н новые решения. В системах Super 7 с применением,
процессора АгпКбЧП строится трехуровневая архитектура кэш-памяти;
Первые два уровня находятся на кристалле процессора, а третий — иа*
материнской плате ,
Размещение кэш-памятн на кристалле процессора с точки зрения уве- ’
личення производительности очень выгодно. Однако есть усложняющий*
дело фактор — кристаллы памяти, способные работать иа частоте, нзмё»*
ряемой гигагерцами, стоят дорого. Большой объем такой кэш-памятн си-;
льно увеличивает стоимость МП. Изготовители МП пошли по пути днф-^
ференцнации своих изделий Для использования в составе дешевых сне?»
тем массового производства (офисные и домашние компьютеры, простые.,!
рабочие станции) выпускаются относительно недорогие процессоры,-:'
имеющие внутреннюю кэш-память второго уровня объемом'1
256..,512 Кбайт Для производительных систем (серверы) предназначав
ются дорогие модели процессоров с объемом вторичного кэша от;
I Мбайт н выше. ,?
Элементы внешней (для установки на материнской плате) кэш памя-f-:
ти выпускаются в нескольких конструктивах: , 1
• DIPP-микросхемы. Получили очень широкое распространение —
от 386-х до Pentium-систем, в зависимости от емкости имели раз-л
личное число ножек; .
• микросхемы с планарным расположением ножек предназначались*^
для припаивания к плате;
• COAST-модули — маленькие печатные платы с напаянными мнк>л
росхемами. Использовались в основном иа Pentium платах, уста-.^
навливались в специальный разъем. /j
5.7. Развитие событий в отрасли элементов Zl
оперативной памяти j
Оперативная память — легкие компьютерного тела Чем они больше, ’
тем легче дышать. Этот тезис никогда и ии у кого не вызывал сомнения,.
но его реализация долго сдерживалась дороговизной элементов памяти., г
216 1
Оперативная память компьютера
На начальном этапе развития компьютерной техники одним нз основ
ных действующих лнц в деле производства модулей памяти была Intel
Она собирала свой урожай с двух полей. В какой-то момент фирма ощу-
тила недостаток производственных мощностей и денег для движения по
двум направлениям. Intel встала перед выбором н сделала его в пользу
микропроцессоров Данная сфера деятельности более сложная и дорого*
стоящая, но здесь у нее не было конкурентов Производство элементов
памяти организовать проще и дешевле, ио в этом и была слабость даиио*
го дела — соперники могут появиться очень легко (Правильность этого
маневра подтвердилась очень быстро)
Восемь-девять лет назад (1994—1995 гг ) один мегабайт оператив-
ной .памяти стоил 40...50 долл Ее продажа давала хорошую прибыль.
В то же время дороговизна элементов памяти сдерживала развитие
всей компьютерной отрасли За недолгий срок достаточно большое ко-
личество фирм Японии, Южной Кореи, Тайваня сумели найти средст-
ва иа создание предприятий. Объем выпуска резко увеличился Цены
па элементы оперативной динамической памяти начали падать. Ситуа-
ция не уникальная, ио в России, переживавшей сложный период в
своем развитии, этот процесс имел своеобразное развитие. На него
«казала существенное влияние тогдашняя ситуация в обществе и иа
строй в людских умах.
Новая страна, новые экономические условия. Все в первый раз. Сло-
жился рынок компьютерной техники. Есть дорогой товар, дающий хоро-
шую прибыль. Все прекрасно, а тут снижение цен. Очень хотелось ве-
рить, что это временно, надо только немного подождать, и все вернется
гга круги своя. Идет время, ситуация ие меняется. На складах полно това
ра, взятого по высокой цене, сбыт упал, а цена на мировом рынке продол
мает снижаться.
На этом этапе ’ сыграли1* несколько наших специфических факторов
длительность исполнения контрактов, ’прозрачность" российских гра
ниц, задержки прн оплате и иа таможне, а кроме этого, некоторые осо-
бенности элементов памяти как товара.
Что такое "короткий" SIMM, основной элемеит памяти в то время?
.'>то текстолитовая зеленоватая пластинка размером 1x8 см, с размещен-
ными иа ней несколькими микросхемами динамической памяти и стоя-
щая при этом несколько десятков долларов Если представить I мли. дол-
ларов, например, в SVGA-моииторах, то это будет несколько железнодо-
рожных вагонов Тот же миллион, ио в элементах памяти — это несколь-
ко чемоданов (в ценах того времени). И еще одна немаловажная деталь
железнодорожный состав не в состоянии незаметно пересечь границу, а
несколько чемоданов могут потихоньку через нее "просочиться"
217
Глава 5
Некоторые сообразительные люди смекиули, что ситуация дает шанс
индивидуалам. Можно, рискнув ввезти товара иа сотни тысяч (а если ие
быть разборчивым илн купить откровенный брак, то и иа миллионы)
Благоприятствовал и фактор времени Для нескольких человек дорога
туда и обратно — это несколько дней. При исполнении легального ко нт
ракта — несколько недель (заключение, оплата, привоз, растаможка и
т д). Игра стойла свеч
Нам неведомо, как этн чемоданы пришли в Москву, ио они при
шли Началось резкое падение цен. Рынок заполонило дешевое барах
ло Все наслаждались низкой ценой иа вечно дорогую память. За пол
года цены упали до 10..15долл за I Мбайт. Удар по продавцам был
очень сильным. Многие понесли большие убытки, кто-то прогорел, для
кого-то это стало хорошим уроком Что ж, этот кризис был первый. Ра-
но или поздно, но он должен был случиться К сожалению, он Прошел
в более тяжелой форме, чем мог бы Опыт — дорогой учитель, ио учит
лучше всего
Что касается бракованной памяти, то один элементы, которые оказа-
лись вообще пи на что ие пригодны, скрипя сердцем, были отправлены иа
свалку; другие, более или менее нормальные, паши умельцы подобрали к
системным платам, и они пошли в дело
После обвала началось плавное снижение цены В начале 1999 г она
составляла 1,2...1,3 долл, за один мегабайт. Потом случилась еще одиа
неприятность — землетрясение на Тайване разрушило многие предприя-
тия по производству модулей динамической памяти. Цены на самые ем-
кие элементы поднялись в 1,5„.2 раза, но до1 кризиса, к счастью, не до-
шло. Последствия катастрофы были быстро устранены, производство;
восстановили К зиме цены вернулись иа прежний уровень, а затем про-,
должилось их снижение, '
Обычная синхронная память (SDRAM) уходит в прошлое. На смену
ен идет DDR SDRAM-память, Общедоступны элементы DDR266/333,
Начат выпуск DDR400. DDR-память прочно обосновалась в системах'
Pentium III, Athlon. Pentium 4
RDRAM-память — в настоящее время самая дорогая, но в то же вре-i
мя и наиболее быстродействующая. Высокая цена на нее связана с тем,,
что производители должны делать лицензионные выплаты патеитодержач
телю Rambus-память ие относится к числу любимых пользователями.’
У нее немного сторонников, ио среди них фирма Intell Она приняла ее в
качестве основной для своих производительных систем
С осени 2000 годе Intel своим весом продавливала RDRAM-память иа
рынке систем Pentium 4, Появление процессорных наборов, организую/
щих работу Pentium 4 с DDR-памятыо, блокировалось. Почти весь
2001 г, прошел в противоборстве: Intel хотела монополии, производите-.
218
Оперативная память компьютера
ли — права выбора. Осенью 2001 г VIA ’прорвала оборону противни-1
ка" — начала массовое производство набора Р4Х266, организующего ра-
боту связки Pentium 4 + DDR SDRAM Право иа выбор победило
В декабре 2001 г стремление цен иа синхронную память максималь
но приблизиться к нулю, было прервано Сменив вектор движения иа
противоположный они рванулись вверх Вместо 13 15 долл 128-мега-
байтный DIMM стал стоить больше 30 долл
В принципе, при пересчете на мегабайт получается ие так уж и мко-
го Однако, сам факт более чем двукратного увеличения стоимости там,
где от нее ждали только дальнейшего падения сильно ’’ранил душу” поль-
зователя
Судя по всему, не обошлось без приватных договоренностей между
производителями (которых после многолетней изнурительной борьбы
осталось нс так уж и много и что облегчает нахождение общего языка)
Если таким чудесным образом достигнутый консенсус распространился
бы и иа области других компьютерных производств, то потребителям
пришлось здорово раскошелиться. К счастью переживать пользователям
пришлось недолго,-весной 2002 г цены снова пошли вниз.
Рынок устройств динамической памяти очень "неспокойный”. Произ
водители "балуются” демпингом, "ссорятся", "мирятся", обвиняет друг
друга в нарушении правил честной конкуренции и т.п. Цены скачут то
вверх, то вниз. В первую очередь от этого страдают розничные продавцы
Сегодня взял товар "по дорогому", а завтра*закупочные цены снизились
Все ка нервах. У продавцов микропроцессоров и винчестеров цены тоже
падают, так у них хотя бы подорожаний нет.
Несмотря на все перечисленные сложности, обжитую нишу по соб
ствепной воле никто бросать не собирается. Только под давлением ры
ночных обстоятельств. Первоначально производителей кристаллов и
элементов памяти было около трех десятков Сама фирма Intel зайима
лась этим делом, потом, правда, вся ушла в микропроцессоры Сейчас
участников осталось около полутора десятков* Samsung (31,5 % рыи
ка), Micron (19,5%), Infineon (15,5%), Hynix (13,5%), Nanya
(4 5 %), доля Elpida, Toslba, Winbond, PowerChip, Pro MOS составляет
от I до 4 %. В денежном исчислении наибольший доход приносит из-
готовление кристаллов Производство модулей памяти — вещь значи-
тельно меиее доходная
Рынок хотя и сложный, мо динамично развивающийся. Объемы про-
даж год от года растут В 2001 г они составили II млрд долларов, в
2002 г. — 15,2 млрд, а в 2003 г. — 16 5 млрд.
На начало 2002 г. объем продаж SDRAM-памяти превосходил про-
дажи DDR-элемеитов. К осени они сравнялись (примерно по 45,5 %)
RDRAM сильно отстала — у нее около 10 % рынка К середине
219
Глава 6
параллельна оси вращения рабочих дисков Поворот блока головок иа ие»
обходимый угол вокруг оси обеспечивает перемещение головок от края
рабочих дисков к центру и обратно* Специальный двигатель вращает
блок дисков с определенной скоростью (3600, 4500, 5400, 7200, 10 000
оборотов £ минуту) в течение всего времени работы компьютера, (В от-
личие от гибких магнитных дисков, вращение которых осуществляется
только в период чтения-записи.) Этим устраняются негативные влияния
ускорений, возникающие при разгоне и торможении н особенно неприят-
ные при высокой скорости вращения. Движение пакета дисков и угловое
перемещение головок обеспечивают их доступ к любой точке рабочей по-
верхности.
Для описания способа размещения информации на диске, се хране-
ния н организации доступа к ней введено несколько понятий.
Цилиндр (Cylinder). При вращении рабочих дисков контакт голо-
вок с ними происходит ио некоторой окружности. Поэтому вся рабочая
поверхность организована в виде набора концентрических окружно-
стей — дорожек (Track). Доступ к ним осуществляется шаговым пере-
мещением головок. Шаг равен расстоянию между двумя соседними до-
рожками, Количество дорожек иа сторону достигает 3 и более тысяч
Движение одной головки в винчестере невозможно, поворачивается весь
блок. В каждый момент.времени возможен доступ к некоторому числу
дорожек (по одной иа каждой рабочей поверхности), расположенных в
некоторой вертикальной цилиндрической поверхности. Дорожки, к кото-
рым возможно обращена без перемещения головок образуют условную
область размещения данных — цилиндр.
Сектор (Sector). Дорожка делится на несколько частей секторов
Каждый сектор хранит по 512 байт информации.
Головка (Head). Так считается количество рабочих поверхностей в
накопителе — одну поверхность обслуживает одна головка.
Объем возможной для хранения иа винчестере информации опреде-
ляется количеством цнлиидров (дорожек па рабочей поверхности), голо-
вок (рабочих поверхностей) и секторов. Такой метод адресации иногда
еще называют ’"трехмерным"
При изготовлении жестких дисков имеются свои технологические
особенности. Проще а соответственно дешевле, изготавливать винчесте-
ры, имеющие небольшое количество рабочих дисков (один — три), ио с
большим количеством дорожек иа рабочую поверхность (несколько ты-
сяч). Для того чтобы сделать доступными для хранения информации все
дорожки (даже те, которые имеют номера больше предельных, см.
разд, 6.4), была разработана и сейчас широко применяется операция, по-
лучившая название "трансляция параметров диска". Смысл этой
процедуры в том, что рабочая поверхность диска как бы перекраивается
222
Винчестер
Устанавливаются новые, ио в пределах разрешенного диапазона, пара-
метры диска: количество цилиндров и секторов меньше, а число головок
больше реального Суммарная емкость при этом остается неизменной
Фактически происходит изменение сомножителей прн неизменном резу-
льтате Тем самым для диска формируются две группы параметров
(табл 6.1).
• ’“физические’’ (реальные) — действительное количество имею
щихся в винчестере цилиндров, головок, секторов и
• Нлогнческне" (условные), заносимые в компьютер при помощи
программы Setup, их еще часто называют установочными
Таблица 6 I
Логические и физические параметры HDD
Модель винчестера емкость, Мбайт Логические параметры Физические параметры
Cyln Heard Sector Cyln. Heard Sector
SDH ЗО61А 60,5 993 7 17 ДО 147В 2 40
-ЗЮ1А 105.0 764 16 17 ДО 1282 4 40
121.0 927 16 17 ДО 147В 4 40
SHD-3211A 213.4 1002 В 52 ДО 2570 2 86-96
-3212А 426. В 1002 16 52 до 2570 X 4 56-96
SHD-3171A1 17В.4 966 В 46 до 2210 2 56-96
-3172А1 356 9 966 16 45 до 2210 4 56-98
SHD-30280A 250 3 869 10 63 ДО 2656 2 72-120
-30420А 4207 856 16 60 ДО 2666 3 72-120
30560А.
асист EIDE 560 9 1086 1В 63 до 268В 4 72 120
8 смет IDE 504 0 1024 16 63 до 266В 4 72-120
Попадая в блок трансляции (входит в состав блока управления диска
и расположен иа самом винчестере), установочные координаты преобра
зуются в реальные По ним и происходит доступ к соответствующей об
ласти диска
Работу дисков и головок чтения/записи организует специальная
управляющая система. При записи на винчестер данные через блок со-
гласующих схем попадают во внутреннюю память системы (буфер), за-
тек» по внутренней шине передаются на головки, где они (данные) коди-
руются по определенной схеме н заносятся на рабочие поверхности дис-
ков При считывании процедура обратная; головки снимают данные с
223
Глаеа б
указанных участков рабочей поверхности, затем они декодируются, пе-
редаются в буфер и уже оттуда поступают в компьютер.
Система управления накопителем совместно с блоком согласующих
схем получила название контроллера жесткого диска. В компьютерах
первых моделей ои выполнялся в виде отдельного блока (адаптера), уста
иавливаемого в системный разъем Винчестер подсоединяется к контрол
леру при помощи одного или двух плоских кабелей
Для обмена данными между накопителем н контроллером исиользу
юте я следующие интерфейсы
• ST 506/412,
• ESDI (Enhanced Small Drive Interface),
• IDE (Integrated Drive Electronics) или ATA (AT Attachment),
• EIDE (Enhanced IDE),
• ATA/33/66/IOO/I33
• SCSI (Small Computer Syslem Interface)
6,2, Приведение винчестера в рабочее состояние
После того как винчестер установлен в компьютер и выполнены все
механические подсоединения к работе он еще ие готов. Прежде чем на
него можно будет установить операционную систему, разместить иеобхо*
димое программное обеспечение и данные, он должен быть отформатиро
ван.
Назначение дисковых накопителей — сохранение больших объемов
информации. По этой причине процесс приведения их в рабочее состоя-
ние можно уподобить организации библиотеки книг Форматирование
винчестера — распределение помещений, размещение шкафов в комна-
тах, организация каталога. Установка операционной системы — приход
библиотекаря. Он будет работать с каталогом, ставить на полки книги
(пользовательские программы), выдавать их читателям.
Основная операция прн подготовке диска к работе — форматирова-
ние. Существует несколько видов этой операции, которые выполняются
последовательно.
• низкоуровневое (форматирование иа низком уровне Low-Level for*
mating),
• форматирование на высоком уровне (высшем уровне, High-Level
formating) — эго разметка диска под операционную систему, а в
нашем случае под DOS;
• логическое форматирование
224
Винчестер
Форматирование иа низком уровне подразумевает разделение
поверхности диска иа сектора, "логические ’ цилиндры н головки Эта
процедура часто проделывается на винчестерах MFM, RLL, SCSI, Когда
накопители этих типов подключаются к новому (с которым они раньше
не использовались) контроллеру, может сложиться ситуация, что он ие
понимает имеющуюся па них разметку В этом случае необходимо, чтобы
он "перекроил" рабочую поверхность диска "под себя". На винчестерах
MFM и RLL низкоуровневое форматирование выполняется через про-
грамму Setup материнской платы или едаптера, иа SCSI дисках — при
помощи адаптера и специальных программ-драйверов.
На современных lDE-виичестерах эта операция пользователями не
проводится, а выполняется изготовителем в заводских условиях. В ней
форматирование сочетается с выбраковкой плохих блоков. Особым обра-
зом помечаются участки, непригодные для размещения информации ко-
торые затем исключаются из общего объема рабочей поверхности и в да-
льнейшем ие используются
Для чего это делается* Те, кто работал со старыми винчестерами, иа
верное, помнят, что у них иа верхней крышке размещалась таблица пло-
хих блоков — перечень дорожек, ие предназначенных для хранения ни
формации. При запуске программной диагностики (например, Disk Do
ctor из состава нортоиовских утилит) эти участки отмечаются специаль-
ными, бросающимися в глаза значками, и в результате иа экране монито-
ра поверхность таких дисков выглядит как пробитая нулями мишень
Исключение плохих блоков — операция очень важная Сложно изго-
товить диск с 3...5 тысячами дорожек на рабочую поверхность без пло-
хих участков (bad blocks) Процент выхода таких изделий невелик.
Чтобы не выбрасывать большое количество в общем-то хороших деталей,
производители научились их исправлять. Заводское форматирование вы-
полняется таким образом, что плохие блоки обходятся. Рабочая поверх
иость дисков как мозанка составляется из хороших участков, между кото-
рыми организуются определенные связи — переходы от одних к другим в
обход дефектных блоков. В результате иа готовом изделии пользователю
предъявляется идеальная рабочая поверхность — без единой помарки.
Если пользователь уничтожит заводское низкоуровневое форматиро
ванне, то все эти связи будут нарушены, и "дыры" (плохие блоки) выле-
зут на поверхность, станут видимыми на экране монитора при запуске
программной диагностики Но это в лучшем случае Чаще всего после
этих процедур винчестер вообще отказывается работать
Следующий этап — форматирование иа высоком уровне. Выпол-
няется утилитой той операционной системы, которую предполагается
разместить на винчестере С ее помощью строится общая структура дис-
225
Глава 6
ка создаются разделы, организуются логические диски Процедура вы-
полняется на винчестерах всех типов (MFM. RLL, IDE, SCSI)
Форматирование на низком н высоком уровне выполнено Если вер-
нуться к пашей аналогии, то в создаваемой нами библиотеке комнаты
распределены между различными ее разделами Осталось расставить
шкафы, разработать структуру размещения книг, пронумеровать полки,
организовать картотеку, В дальнейшем, когда библиотека начнет рабо-
тать, на каждую новую книгу будет заводиться каталожная карточка, со-
держащая сведения о местонахождении данного издания и другие сведе
ння о нем.
На винчестере аналогичную работу выполняет логическое форма-
тирование. Дисковое пространство делится на служебную н рабочую
(данных) области
• рабочая поверхность делится на кластеры (номера на полках),
• организуется таблица предназначенная для сохранения сведений
об имеющихся на накопителе файлах (эквивалент библиотечного
каталога):
• размещается служебная информация; прн необходимости может
быть установлено адро операционной системы
Весь процесс форматирования можно условно разделить на два эта-
па На первом, начальном прн помощи программы Setup материнской
платы нлн управляющего адаптера накопитель форматируется на низ-
ком уровне. На втором, заключительном, программными средствами
операционной системы выполняется всрхнеуровнсвое и логическое
форматирование
В том, что касается низкоуровневого форматирования, невозможно
предложить универсальный алгоритм его выполнения, который был бы
применим для винчестеров различных типов. Последовательность дейст-
вий во многом определяется структурой программы Setup, типом едапте-
ра и некоторыми другими факторвми. Выполняя его, лучше руководство-
ваться технической документацией используемых изделий.
Форматирование на высоком уровне н логическое форматирование
в независимости от типа дискового накопителя будут выполняться од-
ними и теми же программными средствами. Совершаемые прн этом
действия можно представить в виде более нлн менее сходной последо
вательностн шагов.
Прежде чем начать эти шаги делать, пользователю необходимо опре
делиться со структурой разделов на винчестере. Он должен для себя чет-
ко решить вопрос о том. сколько на его винчестере будет логических дис-
ков От этого будет зависеть последовательность исполняемых операции
Когда ответ есть, можно приступать к конкретным действиям
226
Винчестер
В качестве инструментов пользователю потребуется системная дис-
кета, и средн DOS-программ (утилит), находящихся на ней, должны быть
I DISK н FORMAT
I Винчестер устанавливается на место К нему подсоединяются пита-
ющий кабель н интерфейсный шлейф.
2 В Setup вводятся параметры диска
3 В дисковод А вставляется системная дискета, н компьютер с нее за-
гружается.
4 Операцию форматирования на высоком уровне выполняет команда
TDISK После ее запуска на экран выдается меню
FDISK Options
Carrent fixed disk drive: [ 1 ]
Choose one of the following:
1 Create DOS partllton or Logical Drive
2 Set Active partition
3 Delete partition or Logical Drive
4 Display partition Informalion
5 Select Next Fixed Drive.
Enter choice [ 1 ]
5. В меню выбирается строка I Выдается перечень возможных для
исполнения операции:
Create DOS partition or Logical Dnve
Carrent fixed disk drive*. [ 1 ]
Choose one of the following*
1 Create Primary DOS Partition
2 Create Extended DOS Partition
3 Create Logical DOS Drive In Extended DOS Partition
Enter choice (1 ]
Выбирается I-я опция. Па винчестере создается 'Первичный раздел"
(Primary DOS Partition). В нем будет размещаться логический диск С
Если планируется иметь не только один логический диск, то "Первичный
раздел" займет весь объем накопителя
5а Если планируется иметь несколько логических дисков, то с помо
шью 2-й опции создается еше н "Расширенный раздел" (Extended DOS
Partition), в котором будут располагаться диски D, Е и т д Затем созда*
227
Глаеа 6
ются сами логические диски (Logical DOS Driver) — опция 3-я Размерь
Первичного и Расширенного разделов устанавливаются пользователем
6 Выход нз программы FDISK
7 Пришла очередь выполнить логическое форматирование. С гнбкогс
диска запускается утилита FORMAT. Диск С организуется как систем
ный (A \>format С /s) На него при этом устанавливаются системные
файлы: lO.sys, msdos.sys, command.com. Остальные логические диск?
форматируются обычным образом (A:\>format D. н тд.).
8 . Из дисковода извлекается системная дискета, компьютер переза
пускается. Если все сделано 'правильно, то загрузка должна пойти с
винчестера
На этом форматирование диска можно считать
закопченным, но желательно выполнить еще несколько
действий, который будут полезны е дальнейшей работе
9 На диск переписывается какая-нибудь простенькая оболочка. Уста-
новку программного обеспечения комфортнее производить нз NORTON,
чем из DOS. Дли этих целен удобен NORTON COMANDER версии 3.0,
Из него может быть выделено ядро, способное работать автономно и уме-
щающееся иа /тексте 1,44 В корневой каталог помещаются простейшие
варианты командных файлов autoexec.bat и config.sys.
10 Завершив разбиение диска, желательно провести проверку состо-
яния его рабочих поверхностей с целью обнаружения дефектных участ-
ков Для этих целей могут быть нсиользованы программы NDD, Checklt
(для небольших дисков)
После завершения диагностики на винчестер может быть в нужном
объеме установлена операционная система н любое другое программное
обеспечение. О том, как выполнять эти процедуры, лучше всего прочи-
тать в наставлениях по нх инсталляции
6,3, Винчестеры MFM и RLL
Винчестеры этих типов можно отнести к группе наиболее старых на-
копителей. Для передачи информации они используют интерфейс
ST-4I2/506, для кодирования данных в них применялись методы MFMh
RLL. К этим устройствам прижились названия не по типу использованно-
го интерфейса, а по методу кодирования: MFM-вннчестер, RLL-вннче-
стер. Таким же образом именовались н контроллеры для них* MFM-koht
роллер, RLL-контроллер
228
Винчестер
Основное различие между MFM н RLL кодированиями заключается
и том, что в первом случае дорожка делится йа 17 секторов, а во вто*
ром — на 26. Винчестеры RLL могут быть использованы с MFM-контрол*
лерами. Это вариант, когда из большего выкраивается меньшее. Вниче
стер необходимо заново отформатировать под иовые параметры, после
чего он потеряет в емкости на 30...40 % (пропорционально уменьшению
числа секторов с 26 до 17)
Система управления винчестеров данной группы размещена на отде
льном контроллере, устанавливаемом в разъем ISA XT (первые модели)
нлн ISA-AT (более поздние изделия) Блок электроники, находящийся на
самом накопителе, решал вспомогательные задачи
Для подключения MFM-и RLL-винчестеров применялись два кабеля
"широкий*1 на 34 линии для передачи данных и ’’узкий” на 20 линии для
подачи сигналов управления В случае установки в компьютер двух вин
Нестеров шлейф данных использовался общий, а шлейфы управления для
каждого накопителя отдельные Один из управляющих кабелей отводил*
ся для подсоединения к "Первому” накопителю, с которого выполнялась
загрузка, а другой — ко "Второму” Если нх перепутать, система грузить
ся не будет. В этом случае нужно просто переставить концы шлейфов у
накопителей
На контроллерах, предназначенных для установки в разъем ISA-AT,
часто дополнительно размещался блок управления дисководами. Вилка
подключения шлейфа дисковода 34-ножечная, точно такая же, как н для
шлейфа данных. Ориентируясь по надписям на плате, нужно постараться
нх не перепутать н подсоединить шлейфы правильно
Управляющие контроллеры, реализующие интерфейс ST 412/506,
для MFM* и RLL-винчестеров выпускались двух видов- со встроенным
блоком ПЗУ и без него Подключение дисковых накопителей в этих слу*
чаях производилось по-разному
Контроллеры с блоком ПЗУ (более старые изделия) разрабатывались
для XT-компьютеров, не имеющих в своем составе программы Setup. Онн
ие былн универсальными и могли работать только с несколькими моделя-
ми винчестеров, сведения о которых хранились в нх внутренней памяти
На конкретную модель накопителя контроллер настраивался програм
мно. При использовании таких контроллеров в составе 286-х систем и
выше в программе Setup в строке "накопитель'1 делается запись — "Не
установлен". Старые контроллеры моглн быть использованы для работы
с "неродными” винчестерами. В этом случае накопитель необходимо было
переформатировать на низком уровне под наиболее близкие для него по ем
костн (из числа известных контроллеру) параметры
Контроллеры без встроенного ПЗУ — более поздние модели Они
предназначены для использования в системах, имеющих программу Se
229
Глава 6 j
tup, н могли работать практически со всеми накопителями своего класса,,
Для того чтобы с помощью такого контроллера задействовать винчестера
необходимо- , ’ •’
• установить контроллер на материнскую плату, имеющую в Setup
опцию форматирования па низком уровне,
• к контроллеру подключить винчестер,
• через программу Setup задать его парвметры (один из стандартных ти-
пов с I го но 46-й нли с помощью пользовательской строки — тип 47);
• отформатировать винчестер иа низком уровне под эти параметры;
• выполнить высокоуровневое форматирование.
Если все сделано правильно, то контроллер “увидит * накопитель и бу*’
дет с ним работать. Контроллер е отформатированным под него накопи-
телем можно переставить в другую систему
С позиций сегодняшнего дня винчестеры MFM и RLL имели малень-,
кую емкость, большое время доступа, были очень шумными, иногда слу*?
жили источником сильной внбрвции. Размером они были с ’’кирпич*’ —'•
нх так часто и называли. Но они были первыми! В момент своего появле-,5
ния они стоили в несколько раз дороже, чем в 2003 г стоят винчестеры,,
на 200 Гбайтд
6.4. Винчестеры IDE, Enchanced IDE (EIDE), Fast ATA,
Fast ATA-2, ATA, UltraDMA j
j
Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) разработан в 1989. г,.*
компаниями Western Digital, Compaq и Imprimus (подразделение фирмы,’
Control Data Corporation). Первые накопители, использующие данный^
интерфейс, выпустила фирма Conner I
Винчестеры с интерфейсом IDE более всего распространены в до*.;
машних н офисных компьютерах В пользу этого выбора говорит нх от-;
носительная дешевизна, простота установки и конфигурирования. Ин*-’
терфейс 16'разрядиый Для кодирования данных используется RLLmb-й
тод. Подключение к контроллеру выполняется 40-проводиым кабелем-;
длиной до 40 см
Перераспределены функции между контроллером и блоком электро*
инки накопителя. Сведения о параметрах размещения информации на .
диске (количество цилиндров, головок, секторов) хранятся в самом вин*'
честере и могут быть легко с него считаны. Структура контроллера упро«
стилась. Накопители стали более универсальными. Это позволяет под*
ключнть его без дополнительной настройки практически к любому конт
230
Винчестер
роллеру данного типа. Отпала необходимость а частом (а позднее и вооб-
ще) выполнении операции форматирования на низком уровне
К каналу IDE может быть подключено два винчестера. Один из них
организуется как Ведущий (Master), другой как Ведомый (Slave) На ве-
дущем диске размещается системная информация и с него выполняется
загрузка.
Систему составляют два взаимодействующих устройства, компьютер
и дисковый накопитель. Они ведут обмен по отдельному информационно
му каналу. В нашем случае это IDE (ДТД) Для обращения к накопителю
используется специальная подпрограмма BIOS. Она запускается про
граммным прерыванием 1NT 13h, отсюда ее обиходное название "INT13 ’
С помощью этой подпрограммы иа накопитель подается специальная
информационная посылка Она состоит из двух 1б<разрядных слов. В ней
определенное количество разрядов отведено на передачу адреса той об
ласти дисковой поверхности, к которой происходит обращения (номер
цилиндра — 10 разрядов, количество головок — 6, количество секто-
ров — 6), остальные служебные.
Тонкость в том, что в интерфейсе IDE и ’ INT 13’ для адресации пре-
дусмотрены различные числовые диапазоны (табл. 6 2, столбцы 2 и 3)
Во избежание недоразумений используется только область, где эти дна
пазоны пересекаются (табл 6.2, столбец 4). Из 28 разрядов предусмот
репных в IDE-ннтерфейсе для подачн адреса, используется только 20
Таблица 62
Ограничение емкости IDE-вкнчестеров
Интерфейс BIOS |ШТ 13) Область совпадения
Значение Раар Значение Рмр Значение Разр
1 2 3 4
Цилиндр (Cyln) 0 65634 16 0..-1023 10 0 1023 10
Головки (Heads) 0 15 4 0 63 6 0 15 4
Сектор (Sector) 1 255 8 1 63 8 1 63 6
Разряди адреса 28 22 20
Физический (реальный) объем, отводимый для хранения на винчесте-
ре информации, определяется количеством цилиндров, головок, секто
ров. Предельные установочные параметры с учетом ограничений состав
ляюг Cyln-1024, Heads=I6, Sect=63
231
Глава б
Максимальная емкость винчестера, работающего с IDE-интерфейсом,
определяется следующим образом:
Емк s CyinxHeads х Sect х 512 байт =
= 1024 х 16 х 63 х 512 байт = 528'482 304 байт = 504 Мбайт
Данный способ адресации получил название CHS (Cylinder, Head
Sector) В программе Setup настройка па него производится с помощью
установки "NORMAL”.
Прн всех своих положительных качествах интерфейс IDE имел н недо
статкн: низкую скорость передачи (обмен идет через ISA-шину, работаю-
щую на частоте 8 МГц) н наличие ограничения на емкость винчестера, ко-
торое со временем стало серьезным минусом накопителей данного типа.
На определенном этапе технического совершенствования дисковые
накопители приобрели емкость больше той, которую можно адресовать
при помощи "INT 18" Потребовалось внесение изменений в структуру
дисковой системы. Для сохранения совместимости со старыми винчесте-
рами структура интерфейса должна быть сохранена. Следовательно, ме-
нять нужно системы управления и трансляции параметров накопителя,
схему контроллера жесткого диска н управляющие драйверы BIOS
С этой целью
• изменена схема работы управляющих контроллеров и блок элект-
роники накопителей (добавлена поддержка механизма LBA адреса-
ции).
• подготовлена новая редакция подпрограммы "INI 13”
("INT 13 Ext”),
• в состав накопителей и контроллеров включены средства взаимной
идентификации (контроллер должны иметь возможность опреде-
лить тин подключенного устройства а затем перейти на соответст-
вующий рабочий режим).
Для накопителей емкостью до I Гбайта применялся еще один ал го
ритм доступа. Ои получил название Enchanced CHS (ЕСНЯ). Исполь-
зовалась структура диска с предельными параметрами. Cylns — 1024,
Head — 32. Sect — 63. Разработчики сумели "протолкнуть” дополните-
льный адресный бнт через служебную область информационной посыл-
ки Это позволило удвоить адрес. В* программах Setup управление дан
ным режимом ведется при помощи опщгн “Large".
Применение ECHS-схемы доступа позволяет увеличить используе-
мую емкость накопителей вдвое:
Емк. = 1024 х 32 х 63 х 512 бант « I 056 964 608 байт= 1,008 Гбайт.
Широкого распространения данный метод не получил
232
Винчестер
Для работы с накопителями большой емкости применили новый алго
ритм доступа к дисковому пространству, метод логической адресации
блоков LBA (Logical Block Addressing). В нем отказались от "трех-
мерной” адресации секторов на диске. Двоичный адрес, поступающий на
накопитель, используется как линейный. Подается же он с платы в фор-
ме привычной для пользователя — как пакет традиционных параметров*.
ш<лнндры, сектора, головки. Предельные параметры для винчестера дан-
ного типа составляют Cyln — 1024, Head — 255, Sect — 63 (т.е. лнней
ный адрес 24-разрядиый — 10 + 8 + 6)
Максимально возможная емкость винчестера с LBA параметрами со
ставляет
Емк = 1024 х 255 х 63 х 512 байт “ 8422 686 720 байт - 8,033 Гбайт
В программе Setup накопители, поддерживающие этот режим, уста
навлнваются как "LBA".
В 1993 г. били предложены два новых варианта IDE интерфейса, реа
лнзующих новую схему адресации (LBA): Fast АТА фирмы Seagate и
Enhanced IDE (EIDE) фирмы Western Digital Несколько позже появн
лась версия от Quantum — Fast АТА-2.
Усовершенствование уже имеющегося интерфейса (IDE) позволило
оставить неизменными внутренние адреса н регистры контроллера, испо-
льзовать те же соединительные шлейфы. Кроме этого, допускается воз-
можность работать как с новыми винчестерами большой емкости, так н
со старыми lDE-днскамн,
Винчестеры совершенствуются очень быстро. Очень скоро обнаружи-
лось, что адресуемое пространство в 8,4 Гбайта это совсем немного
В структуру контроллера и электронную часть накопителей внесены до-
полнительные изменения. Для доступа к рабочему пространству диска
применили 28'разрядиый адрес, т.е. выбрали весь адресный ресурс зало-
женный в IDE (АТА) интерфейсе (табл. 6,2, столбец 2)
Емк, “ 2м х 512 байт == 137'438'953’472 - 128,528 Гбайт.
Кроме механизма преодоления ограничений емкости разработчики
заложили в структуру новых моделей IDE-ннтерфейса средства борьбы с
другой его слабостью*— большой чувствительностью к помехам Помехи
приводят к искажению передаваемых данных, и чем длиннее соедините
льиый шлейф, тем выше вероятность появления ошибок при передаче
Средств борьбы с помехами в структуре интерфейса раньше не было
(Например, в SCSI-снстемах для борьбы с ними используются концевые
сопротивления ) Устраняя этот недостаток, в схему передачи введен кон*
троль ошибок по циклически избыточному коду CRC (Cyclic Redundancy
Check). В случае сбоя фиксируется несовпадение контрольных сумм и
передача искаженного блока выполняется заново Кроме этого выполне-
233
Глава 6
но экранирование сигнальных линий В соединительном кабеле в качест-
ве экрана используются "нулевые" провода, которые чередуются с пере*
дающими. Сорок IDE-лнинй плюс сорок "нулевых", в результате полу
чнлся 80-проводиый шлейф. Проводники в новом кабеле тоньше, поэто
му по ширине он такой же, как и старый Разъемы подключения обычные
40-контактные (линии "земли' на него не выведены).
Одни и тот же интерфейс, усовершенствованный различными про из
водителями, может функционировать с некоторыми отличиями Для то-
го, чтобы привести к "общему знаменателю" несколько не во всем совпа-
дающих решений одной проблемы нужен грамотный посредник. Никому
не обидно и дело выигрывает. Такой авторнтет нашелся.
Существует учреждение — ANSI (American National Standard Institu
te) Оставим в стороне тот факт, что заведение это национальное н что
для одних его решения обязательны, а для других нет. В данном случае
нас интересует степень его влияния иа все, что касается компьютерных
технологий. ANSI описывает, формализует в виде своих стандартов мно-
гие технические решения, получившие поддержку в техническом мире
Делает он это очень добротно н авторитет его стандартов вполне законо-
мерен. После выхода его технические документы ложатся в основу мно
гнх технических разработок.
Под эгидой AI^SI создан Национальный комитет по стандартам ин-
формационных технологий INCITS (International Committee on Informa-
tion Technology Standards). ANSI управляет его работой. В состав
INCITS входит Технический комитет Т13 (ANSI X3TI3), который в чис-
ле прочего готовит нормативные документы, фиксирующие процесс раз
вития интерфейса IDE. Комитет присвоил интерфейсу Другое имя — Ad
vanced Technology Attachment (расширенные, усовершенствованные тех-
нологии подключения дисковых накопителен к компьютеру). Отсюда н
современное название интерфейса к стандартов для него— АТА.
Интерфейсу IDE (АТА) посвящено несколько стандартов Первый из
них — "AT Attachment Interface for Disk Drives" появился в 1994 году
Первоначально он так н назывался'— АТА. С выходом других версий
стандарт превратился в АТА-1. В нем дается детальное описание режи-
мов, реализующих данный интерфейс (табл, 6.3. строки I—3): PIO mo-
des 0. 1,2. Single Word DMA modes 0. 1.2; Multiword DMA mode 0
Предлагая новые модификации интерфейса компании играли терми-
нами: FastATA, FastATA-2, Появление стандарта АТА-2 расставило все
по своим местам Он описал режимы PIO modes 3 и 4, а так же Multi-
word modes I н 2 (табл, 6,3, строки 4, 5). Кроме этого для увеличения до
ступного дискового пространства предлагался метод адресации логиче
скнмн блоками (Logocal Block Address). Режимы Single Word DMA mo-
234
Винчестер
ties дальнейшего развития не получили. Прямой доступ к памяти позво-
ляет вести блочную передачу данных, использование его для обмена от
дельными словами сочли нерациональным
Таблица 63
Режимы передачи АТА
Режимы
РЮ Производи тсльность, Мб/с Multi- Word ОМА Производи- тельность, Мб/с Single word DMA Производи тельнссть, Мб/с Стан дарт
1 0 3.3 0 42 0 2.1 АТА
2 1 5.2 1 4.2
3 2 8,3 2 8,3
4 3 11 3 1 11,3 АТА-2
5 4 16 6 2 16,6
В Ultra DMA/33 (АТА/33) 0 1 2 18,6 25.0 33,3 АТА-4
7 Ultra DMA/68 (АТА/66) 3 4 44.4 66.6 АТА-5
В Ultra DMA/100 (АТА/100) 5 100,0 АТА-6
В рамках нового стандарта
• Интерфейс Fast АТА реализует режимы PIO mode 3, Multiword mo*
de I, позволяет организовать один канал передачи; применяет ал
горнтм адресации LBA
• Интерфейс Enhanced IDE (EIDE) обеспечивал те же PIO mode 3,
Multiword mode I, адресацию LBA' дополнительно предусматривает
возможность работаты с CD-ROM и другими дисковыми накопите
лямн (например, с накопителями на магнитной ленте), для ведения
обмена предоставлял возможность организация двух каналов.
• Интерфейс Fast АТА-2 в полном объеме поддерживает режимы стан
дарта АТА-2 (PIO mode 3 4; Multiword modes 1, 2; адресацию LBA).
Термины EIDE, Fast ATA, Fast ATA-2 — названия которые примени
ни производители для определенной номенклатуры свон.\ изделий. Эти
интерфейсы не являются развитием стандарта АТА-2, а только реализу-
ют те илн иные описанные нм режимы. В обиходе шире всего использует-
ся термины "расширенный IDE" и EIDE Под ними может пониматься лю
235
Глава 6
бой нз упомянутых интерфейсов Это не совсем верно, но с этим прихо-
дится считаться.
В стандарте АТА-3 (1997 г.) новые режимы передачи данных не опн
сывалнсы Основное внимание уделялось вопросам повышение надежно-
сти работы винчестера, Предлагается технология SMART (Self-Monito
ring Analysis and Reporting Technology). Суть ее очень точно передана в
названии — в состав накопителя включаются специальные средства, осу
ществляющие контроль состояния основных элементов винчестера и пе
редающие полученные сведения пользователю, чтобы он мог своевремен-
но предотвратить сбой и потерю данных
Первоначально интерфейс IDE (АТА) предназначался для ведения об-
мена только с дисковыми накопителями, Время показало, что удобно бы-
ло бы его использовать и для связи с CD-ROM Своим протоколом АТА
Packet Interface (ATAPI) ANSI усовершенствовала передающие ре-
жимы, В дальнейшем все реализации АТА-интерфейса выходили с уче-
том этих дополнений. Это отразилось н на названии последующих стан
дартов
Дальнейшее повышение производительности интерфейса шло по пу-
ти использования обоих фронтов синхросигнала и повышения тактовой
частоты в рабочем механизме прямого доступа к памяти (DMA) Режимы
получили название UltraDMA.
Следующий по порядку протокол от технического комитета TI3, те
перь он уже назывался АТА/АТАРХ-4 (1998 г.), формализовал первые
режимы АТА — UltraDMA (табл. 6.3. строка 6). Опн обеспечили пропу-
скную способность шины в 16.6, 25.0 и 33.3 Мбайт/с
Стандарт ATA/ATAPI-5 ввел режимы с пропускной способностью
44,6 н 66,6 Мбайт/с (табл. 6.3, строка 7), ATA/ATAPI-6 — с произво-
дительностью 100 Мбайт/с (табл. 6.3. строка 8)
Кроме упомянутых выше стандартов ATA/ATAPI отдельными норма
тнвнымн документами были описаны изменения внесенные в структуру
подпрограмм BIOS ("INT 13 Ext" и последующие)
Фирма Maxtor разработала еще один режим (UltraDMA 6) н при-
своила ему имя Fast Drive Он обеспечивает производительность
133 Мбайт/с, Официально режим еще не утвержден (описание его
еще не включено ни в один АТА стандарт) Другие производители
винчестеров его пока не используют, ко у разработчиков чипсетов
поддержку он уже нашел Они включают контроллеры ATA/I33 в со
став своих процессорных наборов.
Процедура подключения IDE-винчестера и всех его последующих мо
дифнкаций к компьютерной системе относительно проста. (Предполага
ем, что накопитель в системе один н полностью готов к работе — отфор-
матирован н на нем размещены системные файлы)
236
Винчестер
I Накопитель прн помощи блока специальных перемычек, размещен-
ных на плате электроники конфигурируется на состояние — ’’Винчестер
в системе один”.
Возможны другие состояния
• "Винчестер ведущий, есть ведомый”,
• ' Винчестер ведомый”
2 , Плоским кабелем накопитель подключается к контроллеру. Крас»
ный, розовый нлн выделенный иным способом провод идет к первой нож»
ке на разъемах Естественно, что винчестер подключается еще н к блоку
питания.
3 Прн помощи программы Setup в компьютер вводятся установочные
параметры накопителя (User type, type 47), Кроме того почти на всех ма
терннскнх платах имеется опция определения параметров диска, можно
ею воспользоваться (см, раэд.8,7)
4 . На платах со встроенными контроллерами EIDE возможен еще
один вариант’подключения винчестеров, В Setup предусмотрена их авто»
магическая установка с помощью опции "Auto1’. В том случае, когда она
разрешена прн включении компьютера всякий раз выполняется считыва-
ние параметров накопителя, сохранение нх в КМОП-памятн н загрузка
по ним, Прн замене винчестера не требуется заносить новые параметры,
программа Setup выполнит все самостоятельно (см разд 8 2)
6.5, Развитие интерфейса IDE (Big Drive, Serial ATA)
Сразу после того, как объем дискового пространства, доступного для
едресацни увеличили до 137 Гбайт, было понятно, что это не на много бо*
льше 8,4 Гбайт, Расширять старый АТА (IDE) интерфейс больше некуда
Заглядывая в будущее. Комитет АТА в своем нормативе ATA/ATAPI-6
предложил схему 48-разрядной едресацни дискового пространства До-
ступным становится пространство из 281'474'976'710'656 секторов Если
пересчитать в более привычную форму то получится;
143'415’188'075'855'872 байт илн
140’737'488’355'328 Килобайт илн
137'438'953'472 Мегабайт илн
134'217'728 Гигабайт нлн
131'072 Терабайт нлн
128 Петабайт,
Предельное значение емкости увеличено почти в 100 тысяч раз Судя
по всему, преодолевать это ограничение придется не скоро
237
Глава 6
Механизм, реализующий 48-разрядиую адресацию, первой предложи-
ла фирма Maxtor. Эту технология полупила название Big Drive
Контроллер может работать как со '’старой'’, так и с "новой” схемой
адресации. После получения запроса контроллер идентифицирует обра-
тившееся устройство и переходит на работу в нужный режим
Изменена разрядность рабочих регистров. Вдвое (с 8 до 16) расши-
рен регистр, сохраняющий сведения о количестве секторов, считывае-
мых одним блоком. Прн работе с 8-разрядным регистром предусмэтрнва
лась возможность объединения в одни пакет содержимого 256 секторов
(2s), т е. его размер не мог превышать 128 Кбайт. Наличие в составе но
вого контроллера 16-разрядного регистра позволяет объединять содер-
жимое 65536 секторов (216), что позволяет вести передачу пакетами
размером до 32 Мбайт
Последовательный формат передачи данных нашел применение во
многих современных шинах (USB, FireWire, PCI Express н др.). Пришел
черед и каналов доступа к накопителям на жестких магнитных дисках
Появился интерфейс Serial ATA (SATA).
Несколько фирм, занимающихся производством компьютерного обо
рудования (IBM^ Intel, Dell, Seagate, Quantum, Maxtor и др.), в 1999г об
разовалн инициативную группу Serial АТА Working Group и повели со
вместную разработку. В августе 2001 г появилась первая редакция стан
дарта — Serial АТА 1.0. Пропускная способность интерфейса равна
150 Мбайт/с (1200 Мбит/с).
Число линий в соединительном кабеле уменьшилось с 40 (80 у АТА/66
и АТА/100) до 7, Плоский шлейф заменен круглым проводом. Он содер-
жит две экранированные витых пары, линию GND и две линии заземления
экранов Семнкоитактные вилки и розетки имеют специфические ключе-
вые выступы, делающие невозможным их неправильное соединение. Мак-
симальная длина кабели ривна I м (у параллельного АТА было 40 см). Для
ведения обмена используется дифференциальная передача, уровень сигна-
лов — 0,25 В. Возможно "горячее1' подключение накопителей.
Значительные изменения претерпел разъем подачи питания Количест-
во контактов увеличено. Он содержит несколько дополнительных линий,
обеспечивающих режим 'горячего" подключения. Кроме традиционных
+5,0 и +12,0 В на накопитель подается питающее напряжение +3,3 В
Па момент выхода первых винчестеров использующих интерфейс
SATA, мн один из имеющихся чипсетов не имел для него встроенных
контроллеров До появления 'южных" мостов |СН5 (Intel) VT8237
(VIA). SIS964 иа материнские платы устанавливались отдельно выпол-
ненные микросхемы контроллеров Кроме этого выпускаются специаль-
ные адаптеры, устанавливаемые в системный разъем (PCI) Прн такой
238
Винчестер
схеме подключения вся производительность интерфейса не задействует-
ся (системная шина является узким местом на пути движения ннформа
цнн), но возможность применения устройств нового типа появляется
Структура интерфейса в сравнении с обычным (параллельным) АТА нз
менена. Реализована схема: один канал — одно устройство.
На конференции разработчиков Intel (IDF), прошедшей в сентябре
2002 г, были продемонстрированы контроллеры с 8 (Escada 8500-8) и с
12 (Escada 8500 12) каналами SATA. Компания NEC продемонстрирова-
ла на своем стенде стабильно работающую систему, в которой к одному
контроллеру были подключены восемь винчестеров от различных произ-
водителей.
Для Serial АТА не требуется новых драйверов С точки зрения про
граммного управления структура шины осталась прежней (количество
рабочих и статусных регистров, нх адреса). Изменилась только передаю
щая часть (механизм ведения обмена, электрические параметры енгна-
лов и др.). ОС н BIOS продолжают работать с Serial АТА точно так же.
как онн работали с АТА (IDE)
Непременным условием прн создании интерфейса SATA было обеспе-
чение его обратной совместимости со старыми накопителями (использу-
ющими параллельный АТА интерфейс). С этой целью выпускается спе-
циальный переходной блок. Он вставляется в разъем обычного АТА-внн-
честера а с другой стороны к нему подсоединяется внлка SATA-кабеля и
питающий провод.
Serial АТА группа продолжает свою работу Ведется разработка следу-
ющей модификаций интерфейса Предварительный вариант специфика
ции, называемой Serial АТА II должен появиться в 2003 г, первые
устройства — в 2004 г, В первую очередь интерфейс предназначается для
использования в составе серверов, сетевых устройств хранения данных.
Сохраняется совместимость "сверху-вниз". Соединительные кабели
прежние. Предусматривается использование специальных переходных
блоков, предназначенных для последовательного соединения нескольких
кабелей. Это позволит значительно увеличить суммарную длину соеди
нительного провода Пропускная способность шниы составит
300 Мбайт/с.
Интерфейс Sena! АТА II будет иметь несколько новых функций. Глав-
ная из них — возможность организации очередности обслуживания за
просов на обслуживание (Native Command Queuing). Получив одновре
менно несколько запросов, контроллер сам (без участия процессора)
определяет последовательность их исполнения. Поток данных организу-
ется исходя нз необходимости наиболее полного использования пропуск
ной способности шины и уменьшения задержек в работе дисков. Кроме
этого контроллер принимает иа себя управление подключенными
239
Гааеа б
устройствами контроль за их состоянием и уровнем нагрева, сбор сведе-
ний о вновь подключаемых накопителях, увеличивается количество од-
новременно подключенных устройств и др
6.6. SCSI-винчестеры
В компьютере целая группа устройств для взаимного обмена может
использовать интерфейс SCSI В состав этой группы входят и дисковые
накопители SCSI-винчестеры могут быть установлены в компьютер па-
раллельно с IDE (ЕЮЕ)-иакопителями. и между ними ие возникнет кон-
фликта. При их подключении не требуется делать никаких установок в
Setup компьютера
SCSI-система состоит из нескольких компонентов: адаптера (управ
лающего контроллера), рабочих устройств (в том числе и винчестеров),
шлейфов, оконечных сопротивлений и некоторых других. Работой всей
системы управляет адаптер При помощи специальных команд он*
• организует передачу данных но шине,
• строит работу устройств в соответствии с заданной шкалой прио
ритетов (
С момента появления интерфейс SCSI прошел через несколько эта-
пов в своем развитии. Были SCSI, SCSI-2 SCSI-3 (табл. 6.4). В последу-
ющем появятся и другие модели
Таблице б 4
Модификации SCSI-шнны
Модификация SCSI Тактовая частота, МГц Разрядность шины данных Быстро- действие, Мбайт/с Длина кабеля, м Количество подключенных устройств
SCSI-1 5 В 5 6.0 7
Fast SCSI 10 8 10 3.0 7
Wide SCSI (или FastWide SCSI) 10 16 20 30 15
Ultra SCSI 20 8 20 1 5 7
Ultra Wide SCSI 20 1В 40 1 5 7
Ultras SCSI 40 8 40 12.0 7
Ultra2Wide SCSI 40 16 80 12 0 15
Ultra3 SCSI 60 (40x2) 8 ВО 10-12 7
Ultra3 Wide SCSI 50 (40x2) 18 180 10-12 16
240
Винчестер
Интерфейс SCSI (или SCSI-1 как его стали называть позже) был
предложен в 1986 г. Передача велась в параллельной форме с частотой
5 МГц. Набор управляющих команд состоял из двух десятков инструк-
ций, организующих обмен данными и контроль по четности Допускалось
применение двух методов кодирования данных
• синфазный (Single Ended — SE) — используется отрицатель-
ная TTL-логика, при которой логическая ИГ представляется уров
нями 0,0...0.4 В, а "О" — уровнями 2.5 .5.25 В);
• дифференциальный (Differential) — "токовая петля"
В первом случае длина соединительных кабелей ие должна превы
тать 6 м, во втором — 25 м
Возможны два режима передачи Синхронный режим — в каждый
такт синхронизации на линию выставляется бит данных Максимальная
тактовая частота — 5МГи, количество линий — 8. Таким образом теоре-
тически возможна передача со скоростью 40 Мбит/с или 5 Мбайт/с
В действительности скорость ие превышает 3...4 Мбайт/с. Асинхрон-
ный режкм — выдача данных иа линию сопровождается специальными
сигналами, и до тех пор, пока приемник не подтвердит их прием своим
ответным сигналом, следующий блок данных передаваться ие будет Ско
рость обмена ие превышает 1,5.,.2 Мбайт/с
Следующий вариант интерфейса — SCSI-2 был предложен пользоза
телям в 1994 г. Допускал два варианта параллельной передачи данных
Более распространена 8-разрядиая версия, часто ее называют Fast
SCSI При тактовой частоте до 10 МГц она имела пропускную способ-
ность 10 Мбайт/с Более производительная 16-раэрядиая версия Wide
SCSI, или FastWide SCSI при той же частоте давала вдвое больше — до
20 Мбайт/с. Кодирование синфазное и дифференциальное
Для данного класса устройств максимальная длина кабелей составля
ст 3 м. при наличии трех и более компонентов — до 4 м. К набору команд
адаптера добавлено несколько новых инструкций, позволивших вести об
мен с CD ROM. сканерами, оптическими накопителями и др
Появившийся через несколько лет SCSI-3 был уже не просто новой
версией интерфейса, а целой архитектурой как параллельных, так и по-
следовательных методов передачи двииых. Для параллельной передачи
предполагается 8 и 16-раэрядиая шина данных К системе команд дела-
лись новые дополнения. Вводились инструкции поддержки графических
операций, управления записью лазерных дисков на CD R устройствах и
некоторые другие
Комитетом ANSI был предложен набор стандартов SCSI Architectu-
re Model (SAM) описывающих конкретные способы физической реа-
241
Глава 6
лиэации протоколов обмена Наиболее известны из них в данное врем
следующие
• SIP (SCSI Interlocked Protocol) — иа интерфейс SCSI
• SPl (SCSI Parallel Interface) — на интерфейсы входящие в соста>
стандартов SCSI-2:
• SPI-2 — на интерфейсы Ultra SCSI, Ultra Wide SCSI. Ultra2 SCSI i
Ultra2 Wide SCSI.
• SPI-3 — на интерфейс Ultia3 SCSI. Ultra3 Wide SCSI.
• SPB 2 — на интерфейс FireWire (IEEE* 1394),
• ГСР. FCP*2 — на оптоволоконный интерфейс Fibre Channel,
• SSA — иа последовательный интерфейс.
Стандарт SPI-2 описал протоколы, ведущие обмен иа частоте 20 и
40 МГц. В названии их появилась приставка Ultra — Ultra SCSI н Ult-
га2 SCSI, соответственно. Предусматриваются н 1б«разрядные вер*
сни — UltraWidc SCSI н UItra2 Wide SCSI.
Интер(]юйсы Ultra2 для ведения обмена используют низковольтный
дифференциальный метод кодирования данных — LVD (Low Voltage Diffe-
rential SCSI). После этого прежний дифференциальный метод стал имено-
ваться HVD (High Voltage Differential SCSI) Синфазный механизм не мо-
жет работать иа частоте 40 МГц и выше. Его использование прекращено.'
Стандарт SPI-3 формализует’ набор режимов, дополняющих SPI-2. Он
является базой для создания устройств класса Ultra3 SCSI (и его "ши-
рокой” версии — UItra3 Wide SCSI). Рабочая частота 80 (40x2) МГц.
Предлагается использовать в системах SCSI'
• контроль целостности передачи данных путем использования алго--*
ритма циклического кода с .избыточностью — CRC (Cyclic Redun-
dancy Code),
• контроль окружения нли контроль доменов (domain validation) —
•определение характеристик подключенных к шине устройств, про-
верка правильности выполнения соединений запуск наиболее про-
изводительного в данных условиях режима обмена,
• ведение передачи по обоим фронтам тактирующего сигнала (Doub-
le Transition Clocking);
• QAS (quick arbitration and select) ускорены механизму идентифи
кации и передачи управления шиной от одного подключенного
устройства к другому и некоторые другие режимы
Пользователям предложены устройства SCSI-3 нескольких типов,
Шире всего известна реализация интерфейса предложенная фирмой
242
Винчестер
Adaptec и названная Ultral60 Устройства данной группы используют
CRC-алгоритмы. контроль окружения, передачу по обоим фронтам сигна-
ла Фирма Adaptec специализируется иа разработке и изготовлении
SCSI-контроллеров, По этой причине путь от идеи до реального произ-
водства адаптеров Ultra 160 был пройден быстро. Кроме этого, решение
оказалось очень удачным, и было поддержано производителями SCSI-на
копителей и устройств (IBM. HP и др,)
Системы Ultral60 обеспечивают пропускную способность шииы до
160 Мбайт/с (по "широкой" шине). Использование для ведения переда-
чи обоих фронтов тактирующего сигнала позволяет достичь такой произ-
водительности без увеличения тактовой частоты Наличие удвоенного
синхронизирующего сигнала* позволяет организовать режим, в котором
при сохранении обычной производительности (80 Мбайт/с) дополните
льное время расходуется иа выполнение большего объема операций по
контролю правильности передачи данных.
Следующей модификацией интерфейса (уже седьмой по счету) стала
UItra32O SCSI. Как и UltralGO SCSI существует только в "широком"
(16’разрядиом) варианте. Описывается нормативом SPM. Электрический
интерфейс — LVD Сразу бросающееся в глаза отличие от предшествен-
ников — тактирующая частота равна 80 МГц. Используются оба фронта
тактовою сигнала, в итоге частота синхронизации составляет 160 МГц
В интерфейсе Ultra320 SCSI имеется много новшеств.
Packetlzcd SCSI — пакетный режим При передаче по шине неско-
лько блоков данных могут быть объединены в одни пакет. Усовершенст-
вование в том, что Передача каждого пакета ие должна сопровождаться
подачей специального сигнала (Ас^).
All Bus Phases Transfer at 320 МВ/sec В процессе ведения пе
редачи SCSI шина может находиться в одном из трех состояний (фаз);
иа шине данные, команды, статусная информация (Date, Command,
Status). Ранее максимальная скорость достигалась только в фазе "Дан-
ные". Теперь максимальная производительность возможна в любом из
трех состояниях
CRC characters for all Bus Phases. Использование циклического
контроля (CRC) теперь возможно во всех фазах, а ие только в "Данных'’
Flow Control — управление потоком данных, Передатчик заранее
информирует приемник о том. когда будет закончен процесс передачи
Это позволяет принимающему устройству оптимизировать свою работу
Предполагается, что данный механизм окажется удобным для работы с
дисковыми накопителями
Training Pattern — устранение рассогласования сигналов. При ве-
дении передачи по длинным параллельным шинам возможна ситуация,
когда иа приемник они придут не одновременно Это приводит к сбоям
243
Глава б
Механизм шины UItra320 SCSI предусматривает специальную корректи
рующую процедуру Обмен начинается с передачи эталонной посылки
На основе полученных данных вычисляется коэффициент разбаланси-
ровки, который учитывается в процессе ведения обмена.
Шнна получила средства нейтрализации искажения формы сигналов
при передаче иа большие расстояния (в некоторых случаях она может
быть до 25 метров)
• Pre-compensation При передаче иа высокой частоте искажения
формы сигналов (снижается амплитуда, становятся более пологи-
ми фронты) очень опасны. Возможны их ошибочные интерпрета-
ции. В режиме предкомиеисацни устройства, ведущие приемо-пе-
редачу, фиксируют только логические переходы (из "О" в *Г и из
’Г в "О”). Другие характеристики сигналов не воспринимаются
• Adjustable Active Filter (AAF) — активная фильтрация Передаю
щие и принимающие устройства знают", что обмен ведется на час
тоте 80 МГц. Все сигналы, имеющие большую или меньшую часто-
ту, воспринимаются как помехи и отфильтровываются
Работой SCSI-системы управляет специальный адаптер (контроллер).
Адаптеры выпускаются для различных системных шин: ISA. VLB. PCI.
Всего и SCSI-системе может быть до 8 устройств (в Wide SCSI до 16),
ко так как в их число входит и сам адаптер то число подключаемых эле-
ментов составляет 7 (или 15)
Каждое нз устройств в SCSI-системе имеет свой номер (адрес).
Он устанавливается прн помощи специальных перемычек, находящих-
ся на самом устройстве. Между всеми элементами системы организо-
вана структура приоритетов (старшинства) Приоритет устройства
задается его номером в системе: уровень 0 — мледший. 7 (или
15) — старший, и обычно он выделяется адаптеру Остальным эле-
ментам системы приоритеты присваиваются по усмотрению пользова-
теля. Нужно только проследить чтобы ие оказалось двух устройств с
одинаковыми адресами,
Устройства подключаются к контроллеру при помощи кабеля (шлей
фа). Они бывают нескольких типов. Для связи элементов SCSI-системы,
размещенных внутри компьютера, используются плоские кабели. Устрой-
ства с 8-разрядной шиной подсоединяются 50-проводиым кабелем, с
16-разрядной — к 68-проводным. Блоки, размещенные вне компьютера
(принтеры, сканеры, внешние накопители н др.), подключаются с помо-
щью круглых кабелей. Наружный кабель легче повредить, поэтому
шлейф убран в трубчатую защитную оболочку. Все разъемы иа шлейфах
равноценны и подстыковка может производиться к любому из них, но
244
Винчестер
нужно помнить, что система должна строиться линейно, т е иа шлейфе
не должно быть Т-образных ответвлений
Для устройств с новыми интерфейсами (Ultra, Ultra Wide) примени
ются шлейфы в несколько ином исполнении. Количество проводов в них
такое же, как и в старых (50 и 68), ио они тоньше, и плоские кабели по
лучаются более узкими Соответственно, меньше и соединительные
разъемы иа них. Кроме этого, поскольку кабели предназначены для рабо
ты иа значительно более высоких скоростях, то для их изготовления ис
пользованы более качественные и дорогие материалы.
Возможно соидннеиш- eiapwx и новых (широких и узких) шлейфов
Для этих целей выпущены специальные штекеры-переходники, Наличие
таких переходных элементов позволяет подключить к системам Ultra на-
копители старых типов
Особенностью SCSI-систем является необходимость в согласовании
шины — установке иа ее концах специальных оконечных сопротивлений
(терминаторов). Потребность в них возникает по следующей причине,
При передаче сигналов происходит их отражение от свободных концов
линий. Отраженный сигнал, налагаясь на основной, становится помехой,
Для того чтобы ее нейтрализовать, на конце линии должен быть устаиов
лен определенный электрический уровень
Терминаторы бывают двух типов — пассивные и активные Пас-
сивный терминатор представляет собой обычную пару нагрузочных со
противлений, делителей напряжения В активных терминаторах вместо
делителей используются регуляторы напряжения, поддерживающие па
линиях требуемые уровни
Для установки терминаторов иа плате электроники каждого
SCSI устройства имеется специальная панель. Их количество определя-
ется разрядностью шины данных. Они устанавливаются на устройство,
оказавшееся концевым иа шлейфе, и на адаптер
Ассортимент адаптеров и накопителей SCSI довольно широк, ио про
цедура иастройкн у инх всех во многом сходная Она может быть описа
на примерно следующей последовательностью шагов
Еще до включения компьютера на адаптере должны быть сделаны
определенные установки. Для организации интерфейса с материнской
платой и во избежание конфликта с другими устройствами ему должны
быть выделены определенные системные ресурсы:
• некоторое пространство адресов ввода вывода,
• рабочая зона в резервной области памяти,
• линия запроса прерывания
245
Глава б
Следующим шагом делаются установки, обеспечивающие работу кон
троллера н накопителя в составе SCSl-снстемы:
• нм присваиваются номера (приоритеты): .контроллеру — старший
номер, остальным компонентам — по обстоятельствам,
• устанавливаются терминаторы (там, где это требуется)*
• при необходимости включаются функции поддержки дисков емко*
стью более I Гбайт, SCSI disconnect, SCSI synchronous negotiation
и другие
Перечень всех необходимых установок обычно приводится в паспорте
адаптера. В зависимости от его типа выполнение некоторых функций мо-
жет осуществляться не с помощью перемычек, а программно, драйвера-,
мн, размещенными в его ПЗУ нлн на отдельной дискете.
Включается компьютер Если вес предыдущие установки сделаны
верно, то при запуске системы после отсчета памяти на экран выводится
сообщение (в табл. 6.5 приводится вид такого сообщения, выдаваемого
одним из распространенных контроллеров).
Таблица 6,5
Вид сообщения одного из 5С51*коцтроляероп
При загрузке компьютера
TEKRAM DC-3B0 PCI SCSI
Controller
BIOS V1.53 Date
199S-6-2B
Installed at 1OPORT = 6000h, IRQ =12 — Edge triggered
BIOS ROM mapped at C800I1
’ Press F2 or FG to enter configuration Menu '
1D-LUN; 0 * 0 Quantum EMP1RE_1O8OS 1220
Fixed disk 1027MB ==> C (80h)
SCSI BIOS installed!
Контроллер говорит пользователю о том, что он начал работу выдает
основные сведения о себе и жестком диске. Обращение к меню устано*
ночной программы (может находиться в ПЗУ контроллера нлн на отдель
ной дискете) выполняется нажатием клавиш F2 илн F6
В случае еелн на экране не появилось сообщение о найденном на ши-
не SCSI диске, то нужно
246
Винчестер
• проверить правильность присвоения номеров устройствам (конт-
роллер должен иметь самий старший);
• проверить наличие терминаторов на устройствах (там, где онн дол-
жки быть) и правильность их установки;
• убедиться в правильности подсоединения шлейфов и питания
Наконец, наступил момент, когда система "увидела* накопитель
В зависимости от того, использовались ли до этого совместно данные
жесткого диска н контроллера возможны два варианта дальнейших
действий
• если контроллер понял имеющуюся на диске разметку (нли онн
уже раньше работали вместе), то винчестер готов к работе. При
наличии иа диске "системы" с него сразу может быть выполнена
загрузка;
• если диск новый нли до этого он работал с другим контроллером,
то может потребоваться его форматирование на низком уровне.
Вызывается установочная программа SCSI-контроллера, в меню
находится соответствующий пункт н запускается процедура фор-
матирования После начала процесса следует убедиться в том, что
шпиндель диска вращается Если он неподвижен, то это значит,
что диск находится в режиме ожидания. Для того чтобы его запус-
тить, нужно в меню установочной программы найти специальную
команду активизации (типа Send START UNIT Command) и дать
команду к ее исполнению
В завершение на диске прн помощи команд FDISK и FORMAT должна
быть организована структура разделов, выполнено форматирование на
високом уровне (процедура рассматривалась ранее), установлена опера
шюиная система и необходимое программное обеспечение.
6.7. SCSI или IDE?
В завершение главы о винчестерах коснемся вопроса о том, насколь-
ко рационально использование SCSl-накопнтелей в составе компьютера.
Сразу оговоримся, что ситуация будет рассматриваться с точки зрения
рядового пользователя, решающего вопрос* жесткий диск с каким интер
фейсом ему лучше приобрести, планируя проведение модернизации свое-
го компьютера.
При сравнении дискових систем чаще всего сопоставляют две харак
теристики: быстродействие (производительность) и стоимость.
247
Глава 6
Первое — производительность Быстродействие IDE винчестеров
долгое время было ниже. Действительно, 10 и 20 Мбайт/с у Fast SCSI и
Wide SCSI значительно больше, чем 8,3 Мбайт/с у IDE. Появление ни
терфейса E1DE, а затем Fast ЛТЛ-2 сияло остроту этой проблемы. Вииче
стеры EIDE (11,3 Мбайт/с) догнали и перегнали Fast SCSI, Fast ЛТА-2
(16,6 Мбайт/с) практически догнал Wide SCSI и Ultra SCSI ЛТЛ/33
(33 Мбайт/с) их даже перегнал ЛТЛ/66 н ЛТЛ/100 на равных конку-
рируют со SCSI-2. ЛТЛ/133 (предложенный Maxtor) и Serial ЛТЛ (под-
держивают Intel и Seagate) предстоит соперничать с Ultra3 SCSI.
Второе — стоимость Чтобы быть более точными при сравнении сто-
имости систем, вспомним, что общая цена системы складывается из сто
ямостей:
• непосредственно дисковых накопителей,
• управляющего адаптера,
• соединительных кабелей, терминаторов переходников и некото-
рых других элементов.
Цена дисковой системы IDE почти на все 100 % состоит из стоимости
накопителя. Контроллер IDE встроенный, т.е. находится на самом винче-
стере 11^ отдельной плате адаптера размещены только согласующие схе-
мы. По этой причине стоимость его невелика. В том случае, когда адап-
тер интегрирован па материнскую плату (иа всех Pentium-платах и вы-
ше, иа многих 486-х и даже на некоторых 386-х), то это ие сильно повы-
шает ее стоимость и не воспринимается как наценка. Для соэдинения на-
копителя с адаптером используется плоский 40-проводный кабель Он
одинаковый для всех систем IDE, EIDE, Fast ЛТЛ, Ultra ЛТА/33 и вхо-
дит в комплект поставки каждой материнской платы В случае необходи-
мости его очень просто найти
В системах SCSI структура общей стоимости иная Она складывается
нз нескольких соизмеримых по величине слагаемых
Стоимость SCSl-пакопнтелей всегда была более высокой в сравнении
с ЮЕ‘Винчестерами той же емкости. Со временем эта разница станови-
лась меньше ио даже сейчас она весьма значительна
Адаптер SCSI — центральный элемент системы Он сложнее своего
IDE "собрата" и значительно его дороже. В настоящее время (2003 г.)
контроллеры для шин ISA и VLB можно приобрести за 5...7 долл.,
PCI-адаптеры стоят 20 долл, и выше В случае, когдв SCSl-коитроллер
интегрируется на материнскую плату, его стоимость полностью прибав
ляется к стоимости платы. Если учесть, что это делается в основном иа
платах класса.brandmame, изделиях изначально недешевых, окоичатель
ная цена их будет весьма внушительной
248
Винчестер
Ассортимет соединительных шлейфов для SCSI-устройств весьма ве-
лнк Для винчестеров под 8-разрадиую шину можно относительно недо«
рого приобрести 50-проводный кабель Сложно только найти длинный ка
бель с большим количеством соединительных разъемов Кабели для
16-разрядных Wide«ycTpoHCTs распространены меньше и стоят дороже.
Очень дороги круглые кабели для внешних устройств н узкие шлейфы
для накопителей с интерфейсом Ultra и Widellltra Вполне возможно что
их иена будет измеряться десятками долларов.
Необходимость согласования шины также вносит свой вклад в общую
стоимость системы. Пассивные терминаторы иногда входят в комплект
поставки накопителей. С активными терминаторами сложнее — их при
дется покупать и стоить они будут от 10 долл и выше
Самое важное, с чего пользователю, выбирающему тип дисковой сис-
темы для своего компьютера, следует начать, так это определить — для
решения каких задач предполагается его использовать и какими денеж-
ными средствами он для этого располагает.
Рассмотрим два крайних случая.
Вариант первый — ему необходим обычный компьютер средней
мо1цности. Для начала оговорим, что под этим понимается, система
с 1—2 винчестерами, допускающая прн необходимости подключение к
шине 1—2 дополнительных устройств (например. CD ROM). Тип процес
сора, его рабочая частота, объем ОЗУ, размер экрана монитора в данном
случае* решающего значения ие имеют. Для такого компьютера выгоднее
использовать дисковые устройства с lDE-иитерфейсом Стоить в этом
случае система будет дешевле, так как для ее построения нс потребуется
покупать никаких компонентов, кроме самих жестких дисков.
Вариант второй — строится система для управления несколькими
периферийными устройствами или небольшой сетью. Если рассматри*
вать в этом случае возможность применения интерфейса IDE, то придет
ся в полной мере столкнуться с некоторыми его особенностями, ослож-
няющими дело:
• максимальное количество подключаемых устройств — не более че>
тырех и дальнейшее расширение системы крайне затруднительно;
• прн попытке подключения иа один канал двух винчестеров от раз
ных производителей могут возникнуть проблемы;
• прн постановке иа один канал винчестера и CD ROM скорость пе
редачн по нему будет определяться наименее быстродействующим
устройством;
• до недавнего времени многие современные устройства (например,
"пишущие" CD-ROM) для данного интерфейса не выпускались.
249
Глава 6
В этом случае, наверное, выгоднее остановить свои выбор на шине
SCSI, которая дозволяет решить возникшие проблемы:
• количество подключаемых устройств до 8, а в случае необходимо-
сти и до !5;
• при подключении устройств от разных производителей не воэннка
ет особых проблем:
• имеется возможность управления большим количеством внешних
устройств различных типов (плоттеры, сканеры и др).
Кроме двух рассмотренных выше, существует и много других ва
риаитов. В каждом нз ггих, исходя опять же нз предполагаемых к ре-
шению задач и в зависимости от имеющихся средств, пользователю
нужно постараться найти решение, которое будет для него наиболее
рациональным
В заключение взглянем на обе системы с точки зрения возможности
расширения, модернизации, сложности выполнения настроечных работ
Дисковая система IDE — инструмент для построения относитель-
но несложных компьютеров Имея некоторый опыт пользователь мо
жет самостоятельно внести изменения в се структуру. Прн всех сво
нх недостатках н ограничениях накопителя данного класса просты в
обращении п надежны в работе, как трехлинейная винтовка нлн авто-
мат Калашникова. Для использующего нх компьютера замена систем-
ной платы, контроллеров, самих накопителей нс является чем-то пео
бычиым
Для приобретении опыта работы с HDD и минимизации возможных
потерь ие самым плохим решением будет — за 30...40 долл купить 486-й
блок с интегрированным па системную плату EIDE-контроллером н про-
вести над ним вес "эксперименты" Полученные навыки можно будет
уже с меньшим риском применить к более дорогим вещам.
SCSI — ис только интерфейс дисковых накопителей, В первую оче-
редь это шина, прн помощи которой соединяются все внутренние н внеш-
ние компоненты системы. Она инструмент построения производитель
ных станций н серверов. Такне системы ие предназначены для модерни-
зации в общепринятом смысле этого слова. Радикальные перестройки в
их структуре не производятся Дальше подключения новых устройств
обычно дело не идет
Вмешательство в работу SCSI-системы — дело специалиста. Разрек
ламированиая простота их настройки кажущаяся, имеется много "под-
водных камней". Не имея опыта настройки SCSf-шнны. лучше в ее рабо
ту не соваться.
При возникновении необходимости изменения конфигурации, лучше
пригласить знающего спеца и перевалить на его голову все проблемы
250
Винчестер
После того как он сделает свое дело, система будет долго радовать вас
своей надежной работой
6.S. Проблемы производителей жестких дисков
Накопи гель на жестких магнитных дисках — тот компонент вычисли-
тельной системы, который вывел ее на новый качественный уровень,
Включение в состав компьютера встроенного устройства сохранения ин
формации позволило разместить в нем резидентно (постоянно) операцн
оиную систему с набором утилит
Первые компактные жесткие диски для установки в персональные
компьютеры (прн смешной с позиций сегодняшнего дня емкости
10,,,20 Мбайт) стоили безумных (опятьже по нынешним мерка) денег —
порядка I тыс, долл, Как и всякая новая дорогая вещь, они обеспечивали
хорошие доходы производителям Этим делом занялись многие фирмы,
IBM, Seagate, Mjcropolls, Quantum, Microsciece, Kaloc, ALPS, NEC, Tam
dom, Westen: Digital, MiniScribe, Maxtor, Hitachi и др В конце 1980«х —
начале 1990-х гг нх было около пятидесяти Между ними развернулась
жестокая конкурентная борьба. Напряженной гонки не выдержали мно-
гие участники и сошли с дистанции. К середине 1990 х гг. производите-
лей осталось около двадцати, в 2000-м г — только девять,
Ведущее положение в производстве винчестеров занимают фирмы Se
agate, Western Digital, Maxtor. Они и другие американские компании
контролируют его иа 80 %. Производство самых важных н дорогих дета-
лен винчестеров (головки чтения/записи, рабочие диски) сосредоточено
на территория Соединенных Штатов, собираться же и упаковываться в
корпуса они могут в любом месте земного шара.
В области дисковых накопителен с интерфейсом SCSI доминируют
компании IBM и Seagate. Доля всех остальных компаний составляет око-
ло 20 % от общего объема производства. На рынке винчестеров для на-
стольных систем (IDE-устройства) доли по I5...20 % имеют Seagate,
Western Digital, Fujitsu, Maxtor.
В данном секторе компьютерного рынка сложилась ситуация, когда
емкость дисковых накопителей удваивается каждые год-полтора а стои-
мость одного I Мбайта дискового пространства снижается за год иа
30 ..40 %. Для обновления продукции в таком быстром темпе требуются
большие затраты па новые разработки и совершенствование технологи-
ческого оборудования. Кроме того очень критичны сроки поставки но-
вых изделии на рынок. Отставание от конкурентов на несколько недель
может обернуться потерей большой доли прибыли
251
Глава 6
Средн производителей винчестеров нет явного лидера Основные уча*
стники относятся к '‘одной весовой категории" То одни, то другой нена-
долго выходят вперед, выпуская на рынок новую модель накопителя. Она
некоторое время стоит дороже других Однако, с неотвратимостью злого
рока очень скоро конкуренты выпускают равноценную модель.
Затеянная с целью захвата рынков война цен в такой ситуации приве-
ла отрасль к тому, что цены на диски упали, доходность отрасли резко
снизилась. На рынок было выставлено большое количество новинок, но
они ие обеспечивали поступления достаточного объема прибылей.
Винчестеры — высокотехнологичные изделия. Объем производства
до недавнего времени увеличивался ежегодно иа 15...20 %. В (999 г бы*
ло продано 178,9 млн дисков, что иа 22 % больше, чем в [998 г. В 2000 г.
продажи подошли к рубежу в 200 млн шт Однако в денежном исчисле-
нии объемы продаж остались примерно на том же уровне.
На рынке сложилась необычная, но очень выгодная для пользователей
ситуация. Винчестеры, емкость которых отличается в 1.5...2 раза, разнят-
ся в цене всего на [0...20 долл. К началу 2002 г. средняя цена накопите-
лен емкостью 10—(5 Гбайт составляла 70...75 долл > (8-20 Гбантных —
80...90 долл., 30—40 Гбайт — 95... [ [0 долл. Накопители, которые на тот
момент считались большими (60 Гбайт), стоили 130.. [60 долл.
После бурного периода второй половины 90*х годов XX века ситуация
на рынке несколько стабилизировалась Три “титана'* (Seagate, Maxtor,
WD) произвели в 2003 г. более [60 млн дисков Суммарный объем про-
даж — более (3 млрд. долл. Прибыль — около 850 млн. долл
Цены недорогих моделей винчестеров иа конец 2003 г. составляли
80 Гбайт — 71... 75 долл, [20 Гбайт — Ю5...1[0долл , (60 Гбайт —
[35...(40 долл., (80 Гбайт— 170 [75 долл ,200Гбайт— [85...(90 долл.,
250 Гбайт — 280...290 долл
Открылась новая область применения жестких дисков — бытовая
техника, В 2002 г. сюдвушло (2 млн. дисков, в 2003 г — [5 млн.’Проре-
зались'* перспективы в области мультимедиа Однодюймовый винчестер
(размером со спичечный коробок, но в два раза тоньше) емкостью
4,7 Гбайт вполне пригоден для хранения качественной записи полутора-
часового фильма. Он вполне может стать конкурентом DVD-диску. Это
еще одна область для массового сбыта Перспективы выглядят вполне об
иадежнвающе
252
Глава 7
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА И СТРУКТУРА
ДАННЫХ НА ДИСКЕ
Для того чтобы организовать работу компьютера, необходимо приме-
немке специальных программ. В их задачу входит-
• приведение компьютера в рабочее состояние (загрузка).
• управление его внутренними ресурсами,
• организация структуры размещения двнных на накопителях,
• обеспечение доступа к ним
Эти программы решают задачи, важные для всей системы, для ее пра-
вильного функционирования, по этой причине онн и были названы сис-
темными, а нх набор, обеспечивающий решение всего комплекса проб-
лем, операционной системой (ОС).
Операционная система — прослойка между аппаратной частью
компьютера и пользователем, это душа в компьютерном теле Кроме
решения перечисленных задач ОС предоставляет в помощь пользова-
телю набор стандартных инструментов (утилит) и упрощает процесс
использования инструментов специальных — прикладного пользовате-
льского ПО.
7.1. Структура операционной системы
Операционная система состоит нз нескольких отдельных програм-
мных блоков (модулей). Один из них находятся в ПЗУ на материнской
плате, другие размещаются на дисковом накопителе
Комплекс резидентных, программ, хранящихся в блоке ПЗУ. носит
универсальный характер и не является частью какой-либо одной опера-
ционной системы. Он — элемент компьютерной архитектуры. (В дан-
ном случае архитектуры IBM-совместимых компьютеров). В задачу
этих программ входит выполнение функций базового ввода-вывода и
253
Глава 7
инициализация аппаратных элементов, общих для всех компьютеров'
данного типа. Резидентные программы образуют фундамент, на кото*
ром строится любая операционная система
Другая часть программных модулей ОС размещается на ввнчесте
ре (или гибкой дискете) Они образуют ее основную часть. Этн про-,
граммы в понимания пользователя и есть собственно операционная
система
Для связи резидентных программ с основной частью ОС специальная
программа, находящаяся в ПЗУ обращается по фиксированному адресу:
к дисковому накопителю. С этого адреса на винчестере размещается про*:
грамма, начинающая загрузку операционной системы.
Проектирование и создание основной части операционной системы,’
размещаемой на дисковом накопителе, — очень сложное, долгое и трудо*<•
емкое дело. Поэтому оно выполняется немногими фирмами, занимающие
мнея разработкой системного программного обеспечения: Microsoft, '2
IBM, Apple и некоторыми другими
Начиная П]юектирование ОС, разработчики делают несколько осио
вополагающих установок
• общую структуру ОС,
• набор исполняемых операции
• блочный состав системы,
• структуру связей между блоками и алгоритмы их совместной работы,
• механизмы работы ОС с внешними программами и другие.
После того, как исходный вариант набора программ, составляющих
ОС, готов, начинается долгий этап выявления ошибок. Сначала фирма'
проводит тестирование самостоятельно. Затем рабочая версия опера*
{(ионной системы передаете!! для опытной эксплуатации некоторым
фирмам и профессионалам-индивидуалам Все они считают делом-
своего престижа найти в проверяемой системе ошибки а это от них и
требуется.
По прошествии некоторого времени информация о найденных ошиб-
ках суммируется В рабочий вариант системы вносятся исправления и*
улучшения После этого пользователям может быть предложена первая ’
версия ОС В ней будут обнаруживаться новые ошибки, будут выходвть
устраняющие нх новые варианты системы. Только после нескольких лет
широкой эксплуатации может быть получена стабильно работающая
опе-рациоипая система, да и то в ней наверняка будут еще невыявлен*:
ные ошибки н недочеты, устранить которые удастся только при создании
уже следующей версии ОС
254
Операционная система и структура данных на диске
12. Состав MS-DOS
Для IBM совместимых машин было разработано несколько опера*
циоиных систем: MS*DOS OS/2, UNIX, Windows 95/98/2000 н по-
следующие версии. Долгое время в Советском Союзе, а затем в Рос-
сии самой распространенной системой была MS-DOS фирмы Micro-
soft, Практически всем пользователям в тон нлн иной мере приходи
лось с ней сталкиваться Операционные системы, пришедшие ей на
смену, илн те что еще придут, будут работать на компьютерах того
же типа. Их базовая архитектура не изменилась По этой причине
можно предположить что в них будут использованы многие идеи и
приемы, апробированные в DOS
MS-DOS была очень подробно опнсаиа, рассмотрены основные алго
ритмы взаимодействия аппаратной н программной составляющих компь-
ютера. По этой причине рассмотреть состав и работу операционной сис-
темы проще будет на ее примере.
Дисковая операционная система MS-DOS состоит из нескольких от-
дельных блоков '
BIOS (Basic Input/Output System) — базовая система ввода вы
вода Резидентная часть операционной системы. Является комплексом
аппаратных н программных элементов: аппаратный модуль ПЗУ, находя-
щийся на материнской плате, содержит набор системных подпрограмм
Выполняет:
• инициализацию основных компонентов материнской платы,
• обслуживает системные прерывания (как аппаратные так и про
граммные),
• находит на дисковых накопителях н считывает в ОЗУ начальный
загрузчик Boot Record
Boot Record — начальный загрузчик, загрузочная запись, блок нача-
льной загрузки Может находиться на системной дискете или диске С
винчестера. Размешается па строго определенном месте — на стороне
00, дорожке 00, в 1-м секторе. Имеет объем 512 байт.
Задача начального загрузчика — найти на одном из накопителен н
считать в ОЗУ системные модули 10.SYS и MSDOS.SYS.
IO SYS — модуль расширения базовой системы ввода-вывода Распо
лагается по фиксированному адресу на системном диске.
BIOS содержит набор установочных процедур. Пользователь ие мо
жет изменить его состав, но у него есть возможность его дополнить. Про
грамма 10 SYS считывает командные файлы AUTOEXEC.BAT и
CONFIG.SYS. При их помощи могут быть загружены дополнительные
драйверы устройств влияющие на загрузку системы н ее последующую
255
Глава 7
работу. Кроме этого, [О SYS формирует младшую часть таблицы обра
боткн прерывании (адреса OOh-2Oh)
MSDOS.SYS — модуль обработки прерываний, ядро системы Как и
IO SYS размещается иа системном диске по фиксированному адресу.
В состав модуля входят средства, обеспечивающие работу файловой
системы и устройств ввода-вывода (клавиатуры, монитора, параллельно
го >< последовательных портов) На пего возложена обработка специаль
ных ситуаций, связанных с преждевременным прерыванием программ и
обработкой ошибок.
MSDOS.SYS формирует старшую часть таблицы обработки прерыва-
ний (2 !h-59h), с которой работает большая часть программ.
COMMAND.COM — командный процессор. Его основная зада
ча — ввод с клавиатуры или из командного файла (с расширением .bat)
команд и их интерпретация. Это командный пункт — штаб операционной
системы.
По замыслу разработчиков операционная система для плодотворного
управления компьютером должна уметь выполнить определенные дейст-
вия. Их перечень получил название — набор команд ОС. Задача их ис
полления возложена на командный процессор. Одни команды он может
выполнить самостоятельно. Онн составляют группу внутренних
команд, Другие он сам исполнить не может и ищет для это1о програм
му-иснолнителя — утилиту Команды, исполняемые при номощн допол-
нительных программ нолучнлн название внешних.
Приняв команду, COMMAND.COM определяет, к какой группе она
относится: если она внутренняя, то он самостоятельно ее исполняет; ес
ли — внешняя, то ищет DOS-утилиту, выполняющую требуемое деист
вис, и передает ей управление (запускает ее). После исполнения
DOS-утилиты управление возвращается к COMMAND.COM
Возможна ситуация, когда командный процессор не может отыскать
нужной утилиты (или ее просто нет иа диско). В этом случае он выдает
на экран сообщение о том что команда не может быть исполнена. Таким
образом*
10.SYS, MSDOS.SYS, COMMAND.COM образуют ядро
операционной системы. Наличие их на дисковом накопителе
обеспечивает выполнение начальной загрузки компьютера и
выполнение простейшего режима управления его работой
DBLSPACE BIN — модуль сжатия данных Входит в состав DOS,
начиная с версии 6.0. После инсталляции системы находится в пассив
ном состоянии Вопрос его активизации решается самим пользователем
256
Операционная система it структура данных на диске
Для его активизации в составе DOS имеется специальная утилита
(DBLSPACE.SYS)
Модуль предназначен для сжатия данных иа винчестере с целью эко
иомии дискового пространства. Выигрыш в емкости достигался за счет
снижения быстродействия компьютера.
При организации в системе данного ражима работы все файлы пре-
образуются в сжатую форму и в таком виде хранятся на винчестере
Перед исполнением программы разворачиваются в нормальное состоя
вне а после него снова упаковываются. На операции раэворачива
ние-сжатие расходуется много времени, что существенно замедляет ра
боту всей системы.
После того, как широкое распространение получили винчестеры бо
льшон емкости, потребность в этом режиме отпала, и он практически
полностью вышел из употребления.
DOS-утилнты — набор из нескольких десятков программ специаль-
ного назначения Каждая нз этих программ выполняет определенную
команду DOS,
Командный процессор, приняв команду и определив, что оиа внеш
няя, ищет утилиту, исполняющую предписанную этой командой опера-
цию и запускает ее. После завершения своей работы утилита возвраща-
ет управление системой COMMAND.COM
В различных версиях DOS общее число исполняемых команд различ-
но. В версии 4.0 их 59, в версии 5.0 — 67, в версии 6 0 — 76. Среди них
внутренних команд — 25, остальные исполняются при помощи про-
грамм-утилит
Загружаемые драйверы устройств. Драйверы — программы, ак
тивизацня которых позволяет уточнить, оптимизировать работу стандар-
тных элементов компьютера, а также обеспечить подключение дополни-
тельных устройств и управление ими. Задействуются при помощи файла
CONFIG SYS
CONFIG.SYS — файл конфигурирования системы Предназначен
для активизации программ-драйверов
Исполняется до загрузки ядра операционной системы
(MSDOS SYS). Его команды задают параметры с учетом которых ядро бу-
дет установлено.
В компьютере может отсутствовать CONFIG SYS Установка DOS в
этом случае производится ио умолчанию
AUTOEXEC.BAT — файл автоматического запуска. По своему ти
пу — файл командный. Каждая из его строк — либо имя программы лн
бо команда DOS, либо специальный командный файл.
Файл исполняется после завершения установки операционной систе-
мы и с его помощью запускаются программы, необходимые при каждом
257
Глава 7
включении компьютера (русификаторы, программы-оболочки и др.)
Можно сказать, что этот файл дает пользователю возможность настраи
вать компьютер ’’под себя”
7.3. Загрузка системы
Загрузка — специфическая аппаратно-программная процедура при-
ведения системы в рабочее состояние. Она аппаратная, так как пред-
назначена для инициализации схемной части компьютера, и в то же вре-
мя — программная, поскольку решается программными средствами
В процессе загрузки начинается работа операционной системы и в
компьютере организуется программная среда, необходимая пользова-
телю
Процедура загрузки, как и базовая система ввода вывода (BIOS), яв
ляется частью компьютерной архитектуры
Работа компьютера начинается с приведения в исходное состояние
микропроцессора Нажимается кнопка "Power" (возможна другая над-
пись или ее вообще может не быть), в систему поступает напряжение
от сети
Блок питания полает необходимые уровин напряжения иа тактовый
генератор, который начинает генерацию синхросигнала (тактовой часто-
ты) и посылает сигнал сброса иа микропроцессор.
По сигналу сброса процессор обнуляет регистры DS, ES, SS и
1Р в регистр CS (кода сегмента) загружается начальное значе-
ние — FFFFh. Формируется адрес ячейки, откуда будет считана
первая команда. В этой области адресного пространства размеще
ио системное ПЗУ содержащее BIOS, Начинается загрузка опера
циоииой системы Последовательность ее основных шагов приво-
дится на рис. 7 I
I Программы BIOS в процессе свей работы
• тестируют основные компоненты компьютера;
• инициализируют систему прерываний блок ПДП таймер и некого
рые другие компоненты.
Следующим шагом программа-загрузчик BIOS начинает поиск сис-
темного загрузчика BOOT RECORD на диске А: (дисковод) или ка винче-
стере (в некоторых случаях они могут быть и на CD ROM). После того
как он будет найден, загрузчик BIOS перепишет его в ОЗУ и передаст
ему управление
Если ни иа одном из дисков программа BOOT RECORD ие найдена то
система выдает иа экран сообщение об этом и загрузка прекращается
258
Операционная система и структура данных на диске
2 От системного загрузчика требуется только одно — считать с дис*
ка программы IO SYS н MSDOS.SYS Оии находятся по фиксированным
адресам на том же диске, где размещался и сам загрузчик. После того
как обе программы переписаны 8 память компьютера, управление пере-
дается модулю [О.SYS
3 Получив управление, модуль IO SYS первым делом формирует
младшую часть таблицы прерываний. Следующей задачей, которую ему
предстоит решить, является активизация драйверов дополнительных
устройств, не поддерживаемых BIOS С этой целью он считывает с диска
файлы CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT
4. Управление передается файлу MSDOS.SYS Он заканчивает фор*
мироваине таблицы прерываний (создает ее старшую часть)
считывает:
— IQsys,
— MSDOS sys
считывает:
— config.sys,
—• autocxcc.bal
считывает;
—• contmand.com
Рис 7 / Алгоритм загрузки IBM совместимых компьютеров
259
Глава 7
Построчно исполняется файл CONFIG.SYS. Драйверы, активизиро!
ванные с его помощью, создают среду в которой будет происходить уста*
ловка ОС
5. Снова приступает к работе IO.SYS Он находит иа диске команд
диын процессор COMMAND.COM. считывает его в память и запускает. 1
6. Приняв управление, командный процессор последовательно нспол^
няет все действия предписываемые ему файлом AUTOEXEC.BAT.
7. Выполнив все операции, система переходит в режим ожидания по-?
ступлеиия команд от пользователя (с клавиатуры мыши или иного,
устройства)
7.4. Логическая структура диска
Любая операционная система предполагает создание структуры раз
мешения информации на рабочем пространстве дискового накопителя
Один его часть — область данных отводится для размещения файлов
другая — служебная облает!, служит местом хранения сведений об из
конкретном местоположении ня пространстве диска.
Подобный принцип организации дискового пространства применен и
в MS-DOS, Для создания логической структуры диска в ее составе име
ются дне утилиты; FDISK и FORMAT, При помощи FDfSK выделеииое
под DOS дисковое пространство делится на разделы и логические диски.
Утилита FORMAT организует внутри разделов и логических дисков
структуру размещения данных при необходимости устанавливает иа
диск ядра DOS.
Дисковое пространство, организуемое DOS, может быть разделено на
разделы нескольких типов; Первичный, Расширенный, He-DOS-раздел,.
Каждый из них имеет свои особенности и предназначен для решения’
определенного круга задач
Первичным раздел (Primary DOS Partition) — область диско*
вого накопителя, в которой размещается ядро DOS и откуда производит*
ся загрузка системы Свободное пространство раздела используется для.
размещения файлов. Максимальный объем — 2 Гбайта В Первичном
разделе размещается только один логический диск (С:\)
Расширенный раздел (Extended DOS Portition) —дополнитель-
ная DOS область. Системные файлы в ней размещаться не могут Про-
странство расширенного раздела организуется в виде одной или не-
скольких независимых частей — логических дисков Каждый из них
имеет собственную виутрениюю структуру размещения данных. Каждый
логический диск воспринимается системой как отдельный накопитель
(D;\, Е;\ и т.д,). Расширенный раздел может иметь объем до 2 Гбайт
260
Операционная система и структура данник на диске
С появлением винчестеров большой емкости Расширенный раздел
стали создавать для того чтобы максимально расширить иа нем про-
странство, доступное DOS В первых 2 Гбайтах размещается Первичный
раздел, дополнительный объем до 2 Гбайт занимает Расширенный раз
дел К сожалению, дисковое пространство сверх 4 Гбайт недоступно
DOS, Это ограничение было преодолено только в ОС нового поколения
(Windows 95 и выше)
He-DOS-раздел (Non-DOS Partition) — дисковое пространство
пне Первичного и Расширенного ООЭ’разделов, Может быть использова
но для размещения других операционных систем
Для организации размещения и хранения информации в составе Пер
пичиого раздела и Логических дисков имеются специальные структурные
элементы:
• загрузочная запись — (Boot Record);
• таблица разделов — (Partition Table);
• корневой каталог — (Root Directory);
• FAT таблицы — (Tile Allocation Table)
Boot Record — загрузочная запись. Кроме выполнения функции иа
чальиого загрузчика и загрузчика DOS программа Boot Record содержит
некоторые сведения о диске;
• количество рабочих поверхностей,
• количество секторов в кластере
• количество секторов на дорожку
• количество секторов на диске,
• количесто коций FAT (обычно две)
• количество секторов занимаемых FAT и др
Partition Table — таблица разделов. Размешается а Первичном раз-
деле, Содержит сведения об имеющихся иа винчестере разделах Может
иметь до четырех записей по 16 байт каждая, т.е, иа диске одновременно
возможно размещение не более четырех разделов различных типов (в
том числе и ие-ОО5-раздел),
На логических дисках создается упрощенный вариант таблицы. Она
содержит только две записи и называется Таблицей логического диска
Каждая запись в таблице содержит следующие сведения;
• признак загрузки (загружаемый или мет)
• начало раздела (номера головки, сектора, цилиндра),
• конец раздела (номера головки, сектора, цилиндра).
261
Глава 7
• тип раздела (загрузочный DOS, расширенный DOS, ие DOS раздел),
• количество секторов перэд началом раздела;
• количество секторов в разделе.
Root Directory — корневой каталог. Основной каталог диска, созда-
ваемый при форматировании. Имеется на каждом логическом диске. Со-
держит сведения о всех размещенных иа нем файлах и подкаталогах,*
Имени ие имеет Обозначается; С;\, D \ и т.Д. Пользователем удалей
быть ие может
Каждая запись о файле или подкаталоге содержит следующую инфор-
мацию /
• имя файла нли подкаталога — в MS DOS было до 8 символов в
Windows — больше;
• расширение имени — 3 байта.
• атрибуты — 1 байт;
в кем
разряд 0 — файл только для чтения,
разряд 1 — файл скрытый,
разряд 2 — файл системный (относится только к [О SYS
и MSDOS.SYS):
разряд 3 — метка тома,
разряд 4 — запись относится к директории
разряд 5 — файл архивный,
разряды 6 и 7 — не используются
• время создания файла — 3 байта
• дата создания файла — 2 байта;
• дата последнего доступа 2 байта*
• резерв—2 байта;
• время последней модификации — 2 байта,
• дата последней модификации — 2 байта,
• номер первого кластера, занимаемого файлом (точка входа в
файл) — 2 байта,
• размер файла — 4 байта
FAT (File Allocation Table) — таблица размещения файлов на дне
ке, адресная киига операционной системы. Содержит сведения о место-
нахождении на накопителе всех файлов н подкаталогов.
262
Операционная система и структура данных на диске
Область данных диска поделена иа равные участки — кластеры
Все оии последовательно пронумерованы Каждому кластеру соответст-
вует служебная строка, имеющая тот же номер. Вместе они составля-
ют таблицу (FAT-таблицу) Номер кластера, с которого начинается раз-
мещение файла, для системы является адресом его местонахождения
на диске. Строка таблицы хранит сведения о содержимом соответству-
ющего кластера
Кластер может быть
• свободен
• непригоден для хранения информации,
• храиить часть файла (в этом случае его строка в таблице содержит
номер кластера, где находится продолжение файла или, если это
последняя часть файла, — специальный код)
Для надежности сохранения сведений о размещении фай лов иа диске
чаще всего создается две FAT-таблицы (основная — FAT-1 и дублирую-
щая FAT-2) Подробнее принципы построения FAT-таблиц рассматрива-
ются в разд, 7 5
Структура каталогов Для размещения и доступа к данным па дис-
ке, а файлов могут быть сотни и тысячи, применяется древовидная,
иерархическая структура каталогов (директорий) Основой этой кои
струкции стволом дерева является корневой каталог (корень), созда-
ваемый при форматировании. Размещенные в нем подкаталоги дают на-
чало его ветвям Виутри каталогов могут размещаться файлы и другие
каталоги.
Любой катвлог (в том числе и корневой) — это файл, состоящий нз
записей о размещенных в нем подкаталогах и файлах. Эти файлы
(каталогов) служебные Использует их в основном операционная систе-
ма, Формат записи в них тот же, что используется в Root Directory. За-
пись о подкаталоге отличается от записи о файле тем, что в ней разряд 4
в байте атрибутов установлен в "1" и параметр "размер файла" задан рав-
ным нулю
Отличие файла Корневого каталога от файла любого другого каталога
в том, что он размещен в фиксированном месте служебной области. Фай-
лы всех остальных подкаталогов размещены в области данных
Каталоги, размещенные виутри другого каталога по отношению к не-
му считаются вложенными или подчиненными Каталог, в которых
оии размещены по отношению к ним называется родительским илн
старшим
В чем разница между понятиями каталог и подкаталог? Если быть
строгим, то каталог в компьютере только одии — корневой, а осталь
263
Глава 7
иые — подкаталоги. Однако от этого правила отклоняются, когда хотят
подчеркнуть первичность одного подкаталога по отношению к другому
Подкаталог! размещенный внутри одной из корневых директорий, на
зывается подкаталогом первого уровня, В нем, в свою очерэдь, могут раз-
мещаться другие подкаталоги. По отношению к корневому каталогу они
уже будут называться подкаталогами второго уровня. Количество уров-
нен вложения в структуре данных на диске описывается понятием глу-
бина вложения-
Запись о помещаемом на диск файле делается в служебном файле то-
го каталога, где он будет находиться. Он (файл) может быть убран доста-
точно “глубоко’1. Для того чтобы до иего добраться, система должна
иметь своеобразный '’маршрутный лист” — цепочку вложенных катало
гов, начиная с корневого и до того, в каком файл будет находиться. По-
следовательность вложенных каталогов, описывающая "маршрут” следо-
вания к файлу, получила название путь доступа, или просто путь
В процессе, доступа система днпжется по этому пути и в конце его нахо
дит искомый файл
7-5- FAT-'Таблица и структура кластеров
Таблица размещения файлов (FAT) — одни из служебных элементов
операционной системы. Главное ее назначение — сохранение сведений о
месторасположении файлов на диске и обеспечение связи между их от
дельными частями. Вся область данных логического диска (илн Первич-
ного раздела) делите» на равные по размеру участки — кластеры. Все
онн «оследовательио пронумерованы. Каждому кластеру в служебной
области выделено фиксированное место, где хранятся сведения о его со-
держимом. Одии кластер — одна запись (или строка) Все вместе записи
составляют уже упоминавшуюся ГЛТ*таблнну.
Для размещении одних файлов требуется один кластер, для других их
требуется несколько. В одном случае кластеры будут смежными, н файл
окажется скомпонованным в виде одного блока, но вполне возможна си
туания, когда этих блоков несколько и они находятся в различных облас-
тях дискового пространства При обоих вариантах размещения связь
между кластерами и блоками осуществляется при помощи FAT-таблицы
Она как бы склеивает файл из кусков размером в один кластер.
Прн записи файла на диск в служебном файле каталога, где он будет
находиться, делается о нем запись. В иен средн прочей информации ука-
зывается иачальиый адрес его местонахождения — иомер первого клас
тера из числа тех, которые ои будет занимать (точка входа в файл).
В нем размещается первый кусок файла Строка FAT-таблицы относяща-
264
Операционная система и структура данных на диске
яся к первому кластеру, хранит номер кластера, в котором хранится про*
должеиие файла, FAT-строка кластера, хранящего второй кусок файла,
содержит иомер того кластера, где размещается третий кусок и т.д. При
помощи такой цепочки ссылок в FAT-таблнце фиксируется размещение
на диске всего файла.
Одно из назначении FAT таблицы — сохранение адресов (номеров)
кластеров. Разрядность FAT-строк определяет разрядность адресов, а
(ледовательяо и общее количество кластеров в системе. В настоящее
время они бывают 16* или 32*разрядиыми, таблицы, соответственно, на
зываются FAT16 илн FAT32 В DOS-системах с FATI6 при 16 разрядных
адресах общее количество кластеров ие может превышать 65 535
(2 в 16-й степеии). Кластер является иаимеиыней частицей дискового
пространства, с которой система может работать. Он состоит из целого
числа секторов: I, 2, 4, 8 и т.Д
На винчестере емкостью 128 Мбайт I /65 535 его часть равна 2 Кбай-
та — таким на ием принимается размер кластера. Он состоит из 4 сек-
торов. На винчестере емкостью 64 Мбайта размер кластера равен
I Кбайт. Для винчестера емкостью 100 Мбайт 1/65 535 часть составля-
ет дробиое число (если быть точным — 1,6 Кбайт) Если принять размер
кластера в I Кбайт, то ие удастся охватить всю поверхность диска. Поэ-
тому кластер принимается равным 2 Кбайта а количество их будет мень-
ше .максимального значения (65 535),
С появлением накопителей большой емкости на передний план вы
шла одна особенность кластерной структуры — она сильно влияет иа ра
ииоиальиость использования дискового пространства. С увеличением ем-
кости винчестера растет >< размер кластера (см табл 7 I)
Таблица 7 I
Емкость винчестеров к размер кластера
емкость винчестера (HDD) Характеристика кластера
Размер кластера. Кбайт Количество занимаемых секторов, шт
HDDS32M 05 1
32М < HDD & 64М 1 2
64M<HDD£128M 2 4
128М < HDD < 256М 4 8
266М < HDD й 512М 8 18
512M<HDDS1 Гб 16 32
1 Гб<Н0Р52Гб 32 64
265
Глава 7
На винчестере могут размещаться тысячи файлов. Среди иих будут
большие! будут и маленькие. Тут иужио вспомнить, что при размещений
иа диске файлы размером в одни, два байта! один килобайт! десять кило-
байт будут занимать одинаковый объем — I кластер. На винчестерах от
I Гбайта I кластер занимает 32 Кбайта, Если при записи файла в кластер
не хватит места хотя бы для одного байта, то для его хранения будет вы-
делен еще один кластер, т.е, впустую будут израсходованы почти
32 Кбайта дискового пространства, Складывается ситуация! когда при со?
хранении практически каждого файла теряются десятки килобайт! а если;
учесть! что файлов тысячи, то в результате иа диске десятки мегабайт^
‘гуляют" просто так.
До недавнего времени в распоряжении пользователя был только один;
способ уменьшения этих потерь: разделить винчестер иа несколько логи-]
ческих дисков Каждый из иих будет имеет свою ГЛТ-таблицу, а I / 64К^
часть от области логического диска меньше. Создав на 2-Гбайтиом нако-
пителе два раздела по I Гбайту, можно уменьшить размер кластера вдвое,-
Новым решением этой проблемы стало использование структуры дне-,
ка с FAT32. Каждая строка в такой таблице составляет 32 разряда или;
4 байта. (Теоретически все эти разряды могут быть использованы для]
адресации кластеров! но на'практике используется пока только 28).
Прежде чем продолжать рассуждения аспомннм несколько чисел и
числовых терминов*
2’0 = (024 = I Кбайт (примерное соотношение с привычными десяти-
чными числами — I тысяча);
220 = I 048 576 = I мегабайт (I миллион),
230 - I 073 741 824 я I гигабайт (I миллиард),
232 = 4 294 967 296 с 4 гигабайта (4 миллиарда);
240 = I 099 511 627 776 = I терабайт (I триллион).
250 - I [25 899 906 842 624 ~ [ петабайт (квадриллион), f
260 = I 152 921 504 606 846 976 = I экзабайт (квиитилляои). {
Исходя из этих чисел, можно сказать, что структура ГЛТ32, при заЛ
действовании для адресации всех разрядов, сможет работать с 4 гигабай-’
тами кластеров.
Когда FAT-таблица имеет 4 Гбайта строк, она будет занимать фанта*.;
стический, по нынешним меркам, объем
4 Гбайта (строк) х 4 байта = 16 Гбайт
ио иа винчестерах с объемами, измеряемыми терабайтами, эти веля,,
чины! по видимому! ие будут казаться такими уж большими. В настоя*'
I
266
Операционная система и структура данных на диске
щее время эти рассуждения чисто гипотетические, так как еще нет нако-
пителей, имеющих даже близкую емкость, ио, тем ие менее, за структу*
рами с FAT32 будущее.
Операционная система Windows 98 предоставила пользователю воз-
иожность работать с FAT32 В современных дисковых системах хране
имя, емкость которых измеряется гигабайтами или десятками гигабайт и
при 4 или 8 Кбайтных кластерах, размеры FAT-таблиц будут вполне при-
емлемыми. (Для винчестеров емкостью до 8 Гбайт Windows использует
4-Кбайтные кластеры, для больших — 8-Кбайтиые.)
Файловые структуры с FAT16 или FAT32 чаще всего применяются в
ОС, предназначенных для работы в настольных системах:
• MS DOS — ГАТ16,
• Windows 95 —FAT[6,
. Windows 95 OSR2 — FATI6, FAT32,
• Windows 98 — FAT 16, FAT32,
• WindowsNT —FAT 16, NTFS
• Windows 2000 — FATI6, FAT32, NTFS
7.6. Доступ к данным
Обращение к данным, хранящимся иа диске, — наиболее часто нс
полняемая в процессе работы компьютера операция Она выполняется
как при записи на винчестер, так и при считывании с него
Начав процедуру доступа со считывания записи из файла Корневого
каталога, система должна пройти путь до нужного подкаталога и вылол
нить заданное действие с файлом. Операция выполняется в два последо
вательиых этапа. Сначала система доходит по пути вложений до указан*
кого подкаталога (Эта операция выполняется одинаково независимо от
цели, с какой производится доступ). Затем она совершает требуемые
действия с файлом Ок может быть записан на днск, считан или удален
Основными инструментами, с помощью которых производится до
ступ являются Корневой каталог и FAT-таблица. Рассмотрим иа конк
ретном примере. Система должна считать файл abc.exe. Путь к нему опи
сан выражением:
C:\ALFA\BETA\abc.exe.
На рис. 7 2 показан первый этап доступа — выборка подкаталога со-
держащего нужный файл
1. Система считывает в память содержимое Корневого каталога и
определяет, что ои содержит три подкаталога: ONE TWO, ALFA.
267
Глава 7
C.\ALFA\BETA\abc exe
2. Выбирает запись о подкаталоге ALFA и находит там точку входа в
его файл.
3 Файл каталога ALFA считывается с диска в память В нем размете
пы три подкаталога. THREE, FOUR и ВЕТА
4. Выбирается запись, относящаяся к подкаталогу ВЕТА, и определя-
ется точка входа в его файл.
5. Файл каталога ВЕТА считывается в память Он содержит записи о
подкаталоге 8[Х и файлах abc.exe и cba.exe
В том случае, если при выполнении любого из \иагов находится
иесаотсетстане между заданным путем доступа и реальной
структурой каталогов (например, в каком-нибудь ю каталогов нет
подкаталога, указанного в пунш доступа), то система выдает
268
Операционная система и структура данных на диске
сообщение об ошибке, и управление возвращается л
командному процессору.
6 После того как система "нашла" каталог, содержащий запись о
нужном файле, она должна выполнить над файлом нужное действие.
В нашем примере файл считывается, он занимает на диске 6 класте
ров (рис. 7.3)
Система обращается к уже считанному файлу каталога и ищет там за
пись о файле abc.exe Находит ее и выбирает оттуда точку входа в FAT —
номер кластера, с которого начинается размещение файла иа диске. В на*
шем случае это строка 1250. Содержимое 1250 го кластера считывается
в ОЗУ, а из FAT строки с этим номером определяется кластер, в котором
хранится следующий кусок файла. Его адрес — [251 Эта процедура, ког
да считывается в память содержимое одного кластера и определяется ио*
мер следующего, хранящего продолжение файла, повторяется до тех пор
пока он ие будет считан целиком
Кластеры могут размещаться одни за другим ([260, [251, [252; [30[,
1302) или отдельно ([257), но принцип работы системы с ними от этого
ие меняется В соответствии с записями в FAT-таблице система после
до*вательно считывает'фанл в память компьютера. В строке 1302 она иа
ходит код FFFFh Это указывает иа то, что хранящийся в [302*м кластере
кусок файла последний Переписав его, система считает операцию счи-
тывания завершенной.
При доступе к диску с целью записи на первом шаге система выпол-
няет уже рассмотреииую процедуру доступа в заданный подкаталог. На
втором шаге действия другие.
Приступая к записи файла на диск, система по FAT таблице ищет сво
бодные кластеры. Если в строке:
• код 000011 — кластер свободен
• код FFF7h — кластер плохой н не предназначен для хранения ин
формации (BAD блок),
• код ITFFh — в кластере последний кусок файла
• любое другое число — кластер уже заият
Найдя свободный кластер система, размещает в нем первый кусок
файла, а его номер заносит в запись об этом файле как точку входа в
FAT-таблицу. Продолжая запись, система находит необходимое количе-
ство свободных кластеров, размещает в иих файл и организует при помо-
щи FAT-таблицы между кластерами систему связей (ссылок). В случае
если иа винчестере недостаточно места для размещения файла система
извещает об этом пользователя
269
Гяаеа 7
Рис 7 3 Схема считывания файла с накопителя в ОЗУ
270
Операционная система и структура данных на диске
Записывая файл иа диск, система по возможности предоставляет
непрерывную последовательность кластеров. В процессе работы про*
исходит удаление одних файлов, запись других. Если новый файл пн
шется иа место удаленного, то ои может ие уместиться в этом про-
странстве и оставшаяся его часть будет размещаться в блоке класте-
ров, находящихся в другом месте. Диск становится фрагментирован-
ным, т.е. иа нем появляются файлы сохраняемые в виде нескольких
отдельных блоков
Со временем степень фрагментации увеличивается На емкость вин-
честера этот фактор не влияет, но он может существенно увеличить
время доступа к данным при записи или чтении Доступ к фрагментиро-
ванному файлу требует выполнеиня дополнительных механических
(а стало быть, медленных) операций — перемещения считывающих голо-
вок с дорожки иа дорожку При обращении к непрерывному файлу голов-
ка перемещается один раз а если файл фрагментированный то сколько
составляющих блоков, столько и перемещений.
Доступ к "диску выполняется и при необходимости удвлнть файл. Для
этого система проходит по пути доступа до подкаталога, в котором разме-
щается файл, и удаляет оттуда запись о нем. Кроме этого, в строках
FAT-таблицы тех кластеров, где ои располагался, проставляются коды о
том, что они свободны. Содержимое самих кластеров ие меняется. Оно
будет разрушено только при записи в них новых данных. Такая схема
удаления файлов с диска в DOS-системах позволяет в некоторых случаях
(пока поверх '’старого" содержания не проводилась перезапись) восста-
новить'"стертую1’ информацию
271
Глава 8
ПРОГРАММА SETUP
Особенностью архитектуры IBM-совместимых компьютеров явля!
предоставленная пользователю возможность внесения изменений I
состав. Собрав компьютер или проведя замену одних блоков на дру
необходимо ввести в него сведения о составляющих элементах.,
этих целен в ПЗУ компьютера размещена специальная программа
tup. С ее помощью данные о составе системы, параметрах устройс:
другая необходимая информация заносятся в энергонезависим
КМОП-память В ней сведения о конфигурации компьютера coxpi
ются весь промежуток времени, когда он выключен *
8.1. Программа SETUP и обращение к ней >
Написанием программ Setup занимаются несколько фирм. спецй!
зироианшихся на разработке BIOS и изготовлении ROM BjOS (mhi
схем ПЗУ. устанавливаемых иа материнские платы) AMI (Americans
ga trends Inc.), Phoenix, Award и некоторые другие. Программы каждр:
них имеют свои достоинства и недостатки, но в целом все онн более;
менее успешно решают поставленные перед ними задачи. '
Обращение к программе Setup может быть выполнено прн запуск^
стемы. Включается компьютер (или выполняется сброс), иа экран мС
тора выдаются сведения о материнской плате: версия BIOS и его npd
водитель, гол разработки, дата изготовления микросхем ПЗУ — носа
лей BIOS, например: *
American
Megatrends, AMI BIOS (О), 1994 American Megatrend Inc,
Realase 12/02/1994
(Сообщение гласит, что на данной плате установлен BIOS разработанный
фирмой AMI все права на него сохраняются за фирмой версия от 12 02 1994 М
После выдачи сообщения о BIOS на экран выдается приглашение и
ратиться к программе Setup **
272
Программа SETUP
Hit < Del >, If you want to run Setup
(для входа в Setup предлагается нажать клавишу 'Delete*)
При обычном включении это сообщение через несколько секунд сни
Миесся. и система начинает загрузку
Нажатие клавиши "Delete" в момент нахождения приглашения на эк-
ране монитора вызывает переход к программе Setup С ее помощью вво
ли гея необходимая информация и сохраняется в КМОП-памяти. После
выполнения всех установок и выхода из Setup завершается процедура за-
I рузки компьютера
При работе с платами некоторых фирм (в первую очерэдь это отио
сптся к платам класса brand-name) для вызова Setup могут быть исполь
.юнаны комбинации других клавиш, например
Ctrl + Alt + S (Phoenix, Chtp&Technologies)
Ctrl + Alt + Esc (Award)
Существует группа материнских плат, работа которых построеиа та
ним образом, что приглашение в Setup при загрузке отсутствует, и обра
щение к нему возможно только в том случае, если система обнаружит
Несоответствие реальной конфигурации компьютера той, что записана в
КМОП-памяти
Доступ в Setup по инициативе пользователя невозможен. Данная
процедура очень неудобна и не получила широкого распространения
Платы, оснащенные BIOS данного типа, встречаются редко, ио если одна
из них попалась, то может быть предложен следующий алгоритм входа в
Setup. Компьютер выключается, и вносится легкоустраннмое изменение
к его конфигурацию (например, выдергивается интерфейсный шлейф из
дисковода) Это делает реальную конфигурацию отличной от описанной
н Setup. При загрузке обнаруживается ошибка и выдается приглашение
н Setup для ее устранения. После входа в программу делаются нужные
Згглнси, а затем дается команда на сохранение. Компьютер выключается,
шлейф ставится на место Он готов к работе
8,2, Основное меню ("CMOS SETUP UTILITY"),
"SoftMenu III Setup” и стандартный Setup
("STANDARD CMOS SETUP")
После нажатия клавиши ’Delete* (нлн иной комбинации клавиш) в
момент выдачи приглашения компьютер переходит к исполнению про
граммы Setup, На экран выводится Основное меню (каталог) "CMOS
SETUP UTILITY” Ойо содержит перечень выполняемых операций
273
Глава 8
ROH PCI/XSA BIOS
CMOS SETUP UTILITY
AWARD SOFTWARE, INC
»I CPU SOFTMENU III »» STANDARD CMOS SETUP ADVANCED BIOS FEATURES CHIPSET FEATURES SETUP INTEGRATED PERIPHRALS POWER MANAGEMENT PNP AND PCI SETUP PC HEALTH STATUS LOAD BIOS DEFAULTS LOAD SETUP DEFAULTS SUPERVISEE PASSWORD USER PASSWORD IDE HDD AUTO DETECTION SAVE L EXIT SETUP EXIT WITHOUT SAVING
ESC Quit F10 Save 6 Exit Setup 4 ft <= Select Item (shift)F2 Change Color
Time, Data, Hard Type
Puc 8 l Вид основного мент одного из Setup-os AWARD
(“CMOS SETUP UTILITY”)
(утилит). Примерный вид экрана дается на рнс, 8 1, Программы Setup,
написанные различными производителями, предлагают пользователям
наборы утилит, различающиеся 1—2 пунктами, но в целом с нх помощью
решаются один и те же задачи
Нужный для работы пункт меню выделяется курсором н запускается
(выбирается) нажатием клавиши "Enter** После этого на экран выдает*
ся перечень команд (опций), составляющих данную утилиту Команда
отмены выбранной утилиты (выхода нз нее) выполняется нажатием
клавиши "Esc", после чего происходит возврат в Основной каталог. Рас*
пространены два способа вывода информации на экран: табличный
(см, рнс. 8,1—8 10) и оконно-табличнын (по принципу Windows), В таб-
личном Setup управление производится только прн помощи клавиатуры,
а в оконно-табличном можно использовать клавиатуру и мышь
Структура программы Setup (последовательность расположения ути
лит) предлагает пользователю при выполнении работ определенную по*
следовательность действий
1 , Задание рабочих параметров МП и системной платы
2 Указание конфигурации компьютера
3 При необходимости можно воспользоваться настроечными ути*
литами
4 Предлагается набор вспомогательных операций
274
Программа SETUP
На системных платах класса Pentium ill под процессоры intel требу-
ется указать тип устанавливаемого процессора. Эта опция и несколько
других, прн помощи которых задаются рабочие частоты микропроцессо-
ра и шин, объединены в утилиту ‘SoftMenu III Setup", В нее может
входить примерно следующий набор установок
System Processor Type In|el Pentium III
CPU Operating Frequency 600 (100)
X - CPU FSB Clock : 100 MHz
X - CPU Multiplier Factor : x 6
X PCI Clock/ CPU FSB Clock : 1/3
X - AGP Clock/ CPU FSB Clock : 2/3
X - Power Supply ' Default
X - CPU Core Voltage . 1,65
X - In-Order Queue Depth : Default
X - Level 2 Cache Latency • Default
System Processor Type — указывается тип устанавливаемого про-
цессора — ’“Pentium |1Г илн ‘Celeron”,
CPU Operating Frequency — программа показывает пользователю
значение рабочей частоты, ка которую настроен процессор. Определяет*
ся (исходя из задаваемых ниже коэффициентов) по формуле: CPU Frequ
епсу - CPU FSB clockxCPU Multiplier Factor.
CPU FSB Clock — задается частота процессорной шины
(66/100/133).
CPU Multiplier Factor — указывается необходимый устанааливае
мому процессору коэффициент внутреннего умножения. На различных
платах находится в пределах от 2 до [ I.
PCI Clock/ CPU FSB Clock — указывается коэффициент для полу
чення из частоты процессорной шины частоты шины РС1 (1/2, 1 /3 1/4).
AGP Clock/ CPU FSB Clock — указывается коэффициент для полу-
чения частоты AGP-шины (1/1, 2/3, 1/2).
Power Supply — указание уровня питающего напряжения, необхо-
димого процессору. "Default” — система сама обращается к процессору,
считывает необходимые данные и делает нужную установку Прн на
стройке “User Define" — пользователь самостоятельно устанавливает в
строке ‘CPU Core Vollage" необходимое значение.
In-Order Queue Depth — настройка процедуры обмена между про
цессором и чипсетом Установки: задержки от Т до "8” и "Default” Чем
275
Глава 8
меньше задержки, тем работа стабильнее, но медленнее Прн установка
’Default" организация обмена возлагается иа систему. ;]
Level 2 Cache Latency — настройка процедуры доступа к Ь2-кэшм
("["—"15”, ’’Defauir). ’’Default” — настройку ведет система, Прн жела-4
ннн пользователь может вести настройку сам. Подбирая коэффициенты,!
можно найти режим сочетающий устойчивость в работе с высокой npo-j
изводительностыо, j
Кроме указания рабочих характеристик процессора и шин, есть еще!
несколько параметров, без знания которых компьютер сможет работать;:
Например, ие зная характеристик жесткого диска нельзя получить до-j
ступ к имеющейся на нем информации, к следовательно, невозможна зач
грузку Операционной системы j
Занесение сведений о составе системы и параметрах подключенных!
устройств в КМОП-память компьютера возложено на так называемый
Стандартный Setup ("STANDARD CMOS SETUP”). С его помощью
задается примерно следующий набор сведений (рис. 8,2),
Date, Time. В пункте Date (mm:dd:yy) указывается дата; месяц,
день, год. Месяцы (mm) — от 1 до 12. дни (dd) — от [ до 31. Годы (уу) —
предельная дата, возможная для установки в различных Setup отличает-
ся, но практически везде она не меньше 2050 г. Так что иа наш век, а уж
тем болеее на век системной платы, хватит. После ввода этих сведений:
BIOS автоматически вычисляет день неделя,
В следующей строке Time (hlvmncss) устанавливается время часы,
минуты я секунды. Часы (hh) — от 00 до 24, минуты (mm) — от 00 до 59
и секунды (ss) — от 00 до 59.
HARD DISKS, [[а системной плате размещено два канала [DE — Ок
[ (или [ и 2, на различных платах нумерация выполняется по-разному);
К ним могут быть подключены четыре накопителя. Primary Master, Pri-
mary Slave (к первому) и Secondary Master, Secondary Slave (ко второ*
му) Для каждого из них есть своя установочная строка. Если на плате
есть каналы 2 и 3 (или 3 и 4, опять же в зависимости от платы), то для,
каждого из дополнительных устройств будет своя установочная строка в
данной опции
О каждом нз подключенных накопителей в компьютер должны быть
обязательно введены следующие сведения: CYLS, HEAD, SECTOR —
соответственно, количество цилиндров, головок, секторов,
Возможны два способа установки параметров накопителя В поле
TYPE устанавливается один из двух из режимов: •
• USER — пользователь самостоятельно вводит численные зиаче--
ння характеристик CYLS, HEAD, SECTOR, илн онн определяются!
1
276
Программа SETUP
ROM eci/iSA BIOS
STANDARD CMOS SETUP
AWARD SOFTWARE, INC
Date frenidd:yy> Frlr Nov 232001
Time {hhin»:s3> 11 • 43 IS
KA RD DISKS TYPE SIZE CYLS НЙЛ PRSCOWP LANDS SECTORS MODE
Primary Master t Auto 0 0 0 0 0 a Auto
Primary Slave ; None 0 0 0 a 0 0
Secondary Hastert Auto 0 0 0 0 0 0 Auto
Secondary slave : None 0 0 0 a 0 0
Drive A , 1,44 Drive В ; None Floppy 3 Mode Support Disabled Base Memory: Extended Memory: other Meaory: 640K 31744K 3S4K
Video 1ECA/VGA Halt On rAll Errors Total Memory 32768K
ESC Quit U ft =» «= Select Item PU/PD/+/- Modify
F10 Kelp <Shift|F2 change Color
Puc 8 2 Стандартный Setup ("STANDARD CMOS SETUP*)
при помощи утилиты ’[DE HDD AUTO DETECTION , входящей в
состав Setup.
• AUTO — во время каждой загрузки Setup самостоятельно ечнты
вает с накопителя сведения о его установочных параметрах и со
храняет их в КМОП-памяти От пользователя в этом случае не тре
буется выполнения каких бы то ин было действии даже в случае
замены HDD
Для накопителей тина [DL и E[DE в поле MODE требуется указать
тип форматирования, который был выполнен на накопителе (NORMAL,
LARGE, LBA) илн, сделав установку Auto, предоставить возможность
BIOS самостоятельно разбираться с этим вопросом
Установка NORMAL делается для накопителен емкостью до
504 Мбайт. Накопителям, емкостью свыше 504 Мбайт н поддерживаю
щим режим блочной адресации задается режим LBA. Для некоторых
HDD емкостью от 504 Мбайт до [ Гбайта, ио не поддерживающих ре
жим LBA применяется настройка LARGE (см разд 6 4) Нужно по
мнить, что винчестер, отформатированный как LBA, нельзя устанавли-
вать как LARGE, так же как накопитель LARGE иа будет работать, если
его задать как LBA
277
Гдава 8
Drive. Для занесения о компьютер сведений о дисководах нспольз
ются опции Drive А и Drive В Каждое из устройств может быть устаноз
лёно как
360 КВ. 5 25 tn
1,2 МВ 5 25 In
720 КВ 3 5 In.;
1,44 МВ. 3,5 In
2.88МВ 35 In.
попе
Предусмотрена возможность работы дисководов в специальном режн
ме (Floppy 3 Mode Support), когда гибкий магнитный диск на 3,5 дюй
ма используется на емкость 1,2 Мбайт, Возможны установки Drive А
Drive В, Both, Disable.
Video Указывается тип используемой видеосистемы Могут был
сделаны следующие установки;
EGAfVGA (EGA или VGA,SVGA)
CGA49,
CGA 80;
Mono (Hercules или MDA)
Halt On, Указание типа ошибок, прн обнаружении которых система
будет остановлена. Сообщение об этом будет выведено иа экран монито*
ра Возможны установки:
All Errors;
No Errors
All, But Keyboard
Ail, But Diskette;
All, But OiskMey
Па экране Стандартного каталога размещается таблица, прн помощи,
которой Setup выдает данные об объеме имеющейся в компьютере опера-
тивной памяти и ее распределении (Base, Extended, Other и Total). Для
получения этих сведений от пользователя не требуется выполнения ка-
ких-либо действий.
Необходимость его вмешательства может возникнуть только в том
случае, когда в компьютере изменялся объем ОЗУ. При первом же после
этого включении необходимо войти в Основное меню Setup (иначе сама
система предложит сделать эго), Программа самостоятельно определит
обьем памяти и сохранит полученные сведения в КМОП-памяти От по-,
льзователя требуется только выйти из программы с сохранением инфор-
мации (утилита "SAVE & EXIT SETUP"),
278
Программа SETUP
8.3. Дополнительные настройки
("ADVANCED BIOS FEATURES")
Данную утилиту (вид каталога на экране монитора приводится иа
рис. 8.3) часто называют Дополнительный Setup, так как она продолжает
настройку системной платы, начатую в Стандартном Setup Она объеди*
няст три группы настроечных команд (опций)
• конфигурирующих системную плату;
• организующих Shadow дополнительных устройств,
• уточняющих процесс ввода данных с клавиатуры.
В BIOS других производителен утилита, содержащая примерно такой
же набор опций, может носить название "BIOS FEATURES SETUP"
Все настройки данной утилиты (как и всех последующих) оргаиизо*
ваны таким образом, что каждая из них исходно установлена в некого
ROM PCI/ISA BIOS
BIOS FEATURES SETUP
AWARD SOFTWARE, INC
Virus Warning CPU Level 1 Cache CPU Level 2 Cache CPU L2 Cache ECC checking Processor Hueber Feature Quiok Power On Self Test Boot Sequence Snot Sequence EXT Means First Boot Device Second Boot Device Third Boot Device Boot Other Device Swap Floppy Drive Doot Vp Floppy Seek Floppy Disk Access Control IDE HOD Black Mode Security Option PS/2 Mouse Function Control PCI/VGA Palette Snoop MPS Version Control Far OS OS/2 Onboard Heaozy > С4Я Report No FED For WIN 95 Disabled Enabled Enabled Enabled Disabled Enabled A, C SCSI Floppy HDD-0 ZIP Enabled Disabled Disabled R/W S Systen Aur.a Disabled Disabled No Video ROM'BIOS Shadow CBOOO - CBFTF Shadow CCOOO - CFFFF Shadow ; DOOOO - D3FEF Shadow : DflOOO - DTFFF Shadow DBOCICI - DBFFP Shadow ; DC000 « DFFFF Shadow $ Delay IDE Initial {Sec) Boot. Up NvmLock Statue Typesatlc Rate Setting ; Typenatic Rato {Chars/soc>r Typenatlc Delay (Msec) i Enabled Disabled Disabled Dlaablod Disabled Disabled Disabled 0 Of! Enabled 30 250
BSC? Quit ; Select Ilea Fl i Help ГО/ГО/*/- ! HodlCy FS 1 Old Values {Shlft)F2 Color F6 : Load BIOS Defaults F7 i Load Setup Defaults
Puc 8 3 Дополнительный Setup (“BIOS FEATURES SETUP")
279
Глава 8
рое начальное состояние Это избавляет слабо подготовленного пользе*
вателя от необходимости самостоятельно осуществлять конфигурнрова
ние своего компьютера. По всем параметрам, требующим ввода конкрет
ных установок по умолчанию (без вмешательства пользователя) заданы
усредненные коэффициенты Позже, если пользователь почувствует се
бя способным, он сможет сконфигурировать свой компьютер лучше, а
пока ему придется довериться знаниям разработчиков дайной програм*
мы Setup
Virus Warning — срэдство борьбы с прОграммами-вирусамн, разру
тающими загрузочный сектор Предотвращает несанкционированный
доступ к загрузочным файлам.
Если данная опция включена ('Enabled ), то при каждой попытке об*
ращения к загрузочному сектору Setup спрашивает у пользователя раз
решение, а он, в свою очередь, решает — можно это сделать или нет.
CPU Level 1 Cache, CPU Level 2 Cache — разрешение ("Enabled")
илн запрещение ("Disabled") кэшпамяти первого (второго) уровней, раз
мощенных в корпусе процессора.
На системных платах класса 486 Pentium (когда Еркэш находился в
корпусе процессора, а Е2-кэш на системной плате) настройки выполни*
лись при помощи опций — CPU Internal Cache, External Cache,
CPU L2 Cache ECC Checking — разрешение ("Enabled") или запре
щение ( Disabled") использования ECC-алгоритмов для диагностики оши*
бок в L2 кэш-памяти
Processor Number Feature — разрешение ( Enabled*) или заире
щение ("Disabled") выполнения считывания номера процессора. Имеется
в виду, что компьютер подключе» к сети, и попытка считывания делается
из вне. Данная опция может иметься только в составе Setup, плат, пред
иазиачеиных для работы с процессором Pentium Ш
Quick Power On Self Test — установка режима упрощенного
("Enabled") или полного ("Disabled") самотестирования компьютера при
включении илн перезагрузке
Boot Sequence — указывается последовательность опроса диско
вых накопителей в процессе загрузки с целью отыскаиня системных
файлов. Платы старых типов предлагали следующие варианты: "С.А",
‘А,С" н "С only*,
На современных системных платах предусматривается большее коли
чество возможных комбинаций*
А С. EXT,
С, A EXT
С CDROM, А,
CDROM С. А
280
Программа SETUP
D, A, EXT.
E. A- EXT,
F, A, EXT;
EXT Л, C,
EXT С A.
LZ/ZIP. C
EXT — загрузка с внешнего накопителя. Имеется в виду SCSI вииче
стер нли lDE-иакопителн на каналах 2 и 3 (там, где они есть).
Boot Sequence EXT Means. Указывается тип внешнего устройства,
используемого для загрузки: "SCSI" или “IDE"
На некоторых системных платах устройства, с которых должна вы*
полниться загрузка, задаются напрямую
First Boot Device,
Second Boot Device,
Third Boot Device
В каждой из этих опций предусматривается возможность задания
определенного количества устройств: ’’Floppy", ’,Hdd*0’*. “SCSI" ’
CD ROM". "HDD-1’, "HDD-2’1, "HDD-3", ’’ZIP", "LAN", "Disabled".
Boot Other Device — указание системе — иа каких из трех пере*
численных устройств она может искать загрузочные файлы. "Enabled" —
последовательно на всех трех Disabled’ — только на первом
Swap Floppy Device — изменение имен дисководов в системе.
’Enabled" — накопителю, подключенному как "А", в системе присваива-
ется имя "В*, а дисковод’’В’1 — приобретает имя’’A" "Disabled" — сохра-
нение исходных имен (в зависимости от места подключения к соедините
лыюму шлейфу).
Boot Up Floppy Seek — разрешение ("Enabled") или запрещение
("Disabled") опроса дисковода А в процессе загрузки
Floppy Disk Access Control — задание режима работы дисковода с
гибкими дисками:
• допускается только считывание ("Read Only"),
• возможно как считывание, так и запись ("R/W1)
IDE HDD Block Mode — установка режима блочного обмена с
lDl’-винчестром. Многие современные устройства могут вести обмен с
диском блоками, размером больше одного сектора. Определяется объем
блока — "2, 4, 8, 16, 32 или МАХ’ Для накопителей старых типов этот
режим выключается ("Disabled ).
Security Option — указывается момент, когда система потребует
указания пароля (в случае его использования)
281
Глава 8
• при начальной загрузке ( System )
• при входе в Setup ('‘Setup’)
PS/2 Mouse Function Control — организация подключения 'мы-
ши” по каналу PS/2 В случае, если сделана установка ’Enabled’1, то сис-
тема резервирует для канала "мыши” PS/2 линию прерывания IRQ12.
При установке режима "Auto” система ищет при загрузке PS/2 Mouse и,
найдя ее, выделяет линяю прерываний [RQI2. Если ’’мышь” (Mouse) ие
найдена, то линия IRQ12 может быть использована для других целей
PCI/VGA Palette Snoop При использовании нестандартных
SVGA-видеокарт (например, графические акселераторы или видеоконт-
роллеры, работающие в MPEG-формате) возможны проблемы с цвето-
воспроизведением. При помощи данной опции ("Enabled”) задействуют-
ся некоторые внутренние системной платы, которые могут помочь ре-
шить возникшие трудности, В остальных случаях этот режим запрещен
("Disabled")
MPS Version Control Гог OS, Установка применяется только в
многопроцессорных системах (MPS — MultiProcessor Specification). С ее
помощью операционной системе сообщается версия регламентирующего
документа (спецификации), по нормативам которого она должна выпол-
нять процедуру доступа к ресурсам платы Дли старых версий ОС уста-
новка "|,Г, дли новых — ’1,4".
OS/2 Onboard Memory > 64М Опция используется, когда на
компьютере установлена ояера^оиная система OS/2. Она включается
("Enabled"), если на системной плате размещена оперативная память
объемом более 64 Мбайт Во всех остальных случаях опция отключена
(•'Disabled’1)
Report No FDD For WIN 95 — сообщение операционной системе
(Windows 95 и последующим) о том, что в компьютере установлен диско-
вод ("Yes") или нет ("No"). Если его нет, то прн определении конфигура-
ции системы Windows будет считать прерывание IRQ6 свободным. Конт-
роллер дисковода па плате (Onboard FDC Controller) должен быть отклю
чей
Video ROM BIOS Shadow, Включение режима Shadow для ПЗУ ви-
деоконтроллера — "Enabled*. (Включение Shadow предполагает режим
работы, когда содержимое Системного ПЗУ я ПЗУ контроллеров перепи-
сывается по тем же адресам в оперативную память, См. раздел 5 )
Shadow * Disabled
Shadow * Disabled
Shadow ; Disabled
Shadow-. Disabled
С8000 — CBFFF
ССООО — CFFFF
DOOOO — D3FFF
D4000 — D7FFF
282
Программа SETUP
D8000 — DBFFF Shadow 7 Disabled
DCOOO — DFFFF Shadow Disabled
На данной плате для организации Shadow-памяти ПЗУ различных
устройств допускается использование части верхней памяти в интервале
адресов C8000|g — DFFFI’je
Область разделена ла шесть блоков по 32 Кбайта. Каждый из инх
может быть разрешен для использования ("Enabled") или запрещен
("Disabled")
Включение режима Shadow для системного ПЗУ иа большинстве
плат организуется автоматически и отмена его в этом случае иевозмож
на.
Delay IDE Initial (Sec) — установка задержки в процессе за-
грузки для инициализации IDE-винчестеров На современных платах
начальная загрузка выполняется очень быстро, и этого времени может
не хватить для приведения в рабочее состояние старых IDE-накопите
лей. При помощи данной опции можно сделать задержку при загрузке
(от "Г до "15" секунд) нли выполнить ее с обычной скоростью (задер-
жка "О" секунд)
Boot Up NumLock Status Включение ("On ) цифровою режима
для клавиш.дополнительной клавиатуры. "О1Г — клавиши предназнача-
ются для перемещения курсора
Typematic Rate Setting. Задание способа установки рабочих пара-
метров для клавиатуры (две следующих опции):
"Disabled" — настройку осуществляет программа Setup,
"Enabled" — пользователь настраивает клавиатуру самостоятельно.
Typematic Rate (Chars/Sec) При помощи данной опции устанав-
ливается скорость ввода данных с клавиатуры (символов в секунду). Воз-
можны установки: "6; 8; 10; [2; 15; 20; 24; 30". По умолчанию (исходно)
задается коэффициент "6"
Typematic Delay (Msec). Задается временной интервал (задержка)
между вводом первого и второго символа при длительном удержании
клавиши в нажатом состоянии
Пользователь может нажать клавишу и удерживать ее в таком поло-
жении по двум причинам: он не успел убрать палец или это делается на-
меренно для ввода одним нажатием нескольких одинаковых символов
Чтобы избежать ошибочного повторного ввода одного и того же
символа при случайной задержке (обычно она нс бывает долгой), в ал
горитме ввода предусмотрена некоторая задержка между первым и вто-
рым считыванием при одном нажатии Предполагается, что пользова-
тель за это время успеет убрать палец с клавиши. Нажатие более про
лжительиое чем длится задержка, будет пониматься системой как
283
Глава 8
сигнал к повторному вводу данного символа со скоростью, заданной
опцией Typematic Rate.
Возможен ввод коэффициентов (в мс) 250, 500, 750, 1000
8,4. Настройка чипсета (“CHIPSET FEATURES SETUP")
и интегрированных на плату блоков
(“INTEGRATED PERIPHERALS")
Пользователем предоставляется возможность настройки синхронной
памяти и оптимизации работ некоторых других блоков. На системных
платах класса 486, Pentium предусматривалась возможность определен-
ной настройки оперативной памяти тиков FPM, EDO В более поздних
системах такая память не использовалась, по этой причине опции по ее
настройке приводятся в качестве дополнения Эти опция объединены в
утилиту "CHIPSET FEATURES SETUP” (рис. 8,4)» В некоторых Setup
она называется "ADVANCED CHIPSET FEATURES". В его состав
входит примерно следующий набор опций
ROM PCI/ISA BIOS
CHIPSET FEATURES SETUP
AWARD SOFTWARE, INC.
SDRAM RAS-to-CAS Delay SDRAM RAS ProchA/go TLao SDRAM CAS Latency Timo SDRAM Cycle Time Tras/Trc SDRAM Precharge Control DRAX Data Integrity Mode System BIOS Cacheable video bios Cachcablo Video RAM Cuehcable в-bit I/O Recovery Time 16-hit i/o Recovery Time Memory Hole AT Address Passive Release Delayed Transaction . 3 : 3 s 3 : 7/9 Disabled s non-ECC : Disabled Disabled : Disabled : I Disabled : Enabled Disabled AGP Aperture Size IHU) AGP Data Trans tex Rato AG? Past Write AG? Driving Control AGP Driving Value Spread Spectrum 64 ! Dl.iablod 4 Auto : DA Disabled
esc. Quit Ufi=>c= s select Item Fl I Help PD/PD/+/- : Modify F5 : Old Valves (Shift)F2 - Color F6 : Load BIOS Defaults F7 * Load Setup Defaults
Puc 8 4. Настройка памяти и устройств платы
("CHIPSET FEATURES SETUP”)
284
Программа SETUP
SDRAM RAS-to-CAS Delay - задание минимального временного ин
тервала (в тактах частоты шины доступа к памяти) между подачей сигна-
лов RAS и CAS Установки' "2" нли "3”
SDRAM RASPrccharge Time — задание минимального временно
го интервала (в тактах частоты шины доступа к памяти) между двумя по
следовательнымн сигналами RAS Используется для регенерации содер
жимого строки. Установки: ‘2 нлн "3".
SDRAM CAS Latency Time — указание минимального временного
интервала (в тактах частоты шины доступа к памяти) от момента поступ-
ления сигнала CAS на входах элемента памяти до появления готовых
данных на выходе. Установки: ”2” нлн "3".
SDRAM Cycle Time Tras/Trc - указание параметров процедуры до-
ступа к оперативной памяти (в тактах частоты шины доступа к памяти)
Tras (Time Row Active) — время активности строки, т.е. время, в течение
которого она открыта. Тгс (Time Row Cycle) — продолжительность цикла
обращения Тгс укладывается в Tras. Установки: ’5/6”, ”6/8", "7/91
Чем больше временные интервалы тем меньше производительность и
выше надежность (н наоборот).
SDRAM Precharge Control — Организация процесса регенерации
памяти. "Disabled” — процесс проводится под управлением МП. Регене-
рация выполняется прн каждом доступе к памяти, т.е достаточно часто
(дополнительные временные затраты, производительность снижается).
"Enabled" — регенерация идет под управлением контроллера динамиче-
ской памяти Выполняется реже, с тон периодичностью, которая заложе-
на в контроллере.
DRAM Data Integrity Mode — оговаривается использование эле-
ментов памяти, допускающих проведение контроля по ЕСС Установки:
ЕСС", “поп-ЕСС”.
В 486*х и Pentkim-скстемах при работе с динамической памятью от
пользователя требуется задание (в режиме “Auto Configuration" нли са
мостоятельно) нескольких других параметров:
DRAM R/W Leadoff Timing (1ОТ/6Т). Устанавливается в тактах частоты
минимальный временной интервал для обращения к памяти при чтении/записи
первого байта в пакетном режиме
DRAM Read Burst Timing (*333/*222) Задается в тактах частоты время
считывания из ОЗУ второго третьего н четвертого слов при работе в пакетном
режиме
DRAM Write Burst Timing (•ЗЗЗГ222). Задается в тактах частоты аремя записи в
ОЗУ второго, третьего и четвертого слов прн работе в пакетном режиме.
Refresh RAS# Assertion (5Т/6Т). В тактах сигнала RAS# указывается
продолжительность цикла регенерации.
Fast EDO Lead Off—разрешение (“Enabled") или запрещение (“DissMed")
ускоренного алгоритма доступа к EDO-памяти
285
Глава 8
SDRAM RAS# Timing (3T/5T/6T) В тактах частоты устанавливается длительность
сигнала RAS.
SDRAM Speculative Read — предварительное считывание команды. При
разрешении ("Enabled") данного алгоритма работы МП заранее считывает в ОЗУ
команду, про которую он считает, что се придется ислопнять вслед за текущей
Если предположение не оправдалось, то в процессе работы он эту команду
пропустит. Начальная установка—"Disabled"
System BIOS Cachcable,
Video BIOS Cachcab!ct
Video RAM Cacheable — разрешение ('Enabled') или запрещение
(’Disabled") размещения содержимого перечисленных участков памяти в
L2-K3W. Опции могут использоваться только в том случае, когда System
BIOS и Video BIOS переписаны о область старшей памяти (т е организо-
вано "теневое ОЗУ”, нлн Shadow)
8-bit I/O Recovery Time — время синхронизации S-разрядных one*
раций ввода-вывода (I/O) по шине ISA с темпом работы PCI-шнны Ука-
зывается число тактов задержки; “I*. "2", "3", ’’4", "5", ‘'б”, "7", "8", "NA"
I6-bit I/O Recovery Time — время синхронизации 16-раз рядных
операций ввода-вывода (I/O) по шипе ISA с темпом работы РСЬшины
Указывается число тактов задержки: ”Г, ’2”, *3". "4’’, "NA"
Memory Hole At 15М-16М — разрешение ("Enabled") нли запреще-
ние ("Disabled”) использования участка ОЗУ между I5M и I6M подклкь';
чаемыми контроллерами (теми, которым это нужно)
Passive Release — разрешение ("Enabled”) нлн запрещение (’Disab-
led") механизма, оптимизирующего параллельную работу ISA и PCI шнн.
Delayed Transaction — разрешение ("Enabled") нли запрещение
("Disabled") использования специальных аппаратных средств (входящих
н состав чипсета) ускоряющих обмен между устройствами, подключен-
ными к шинам ISA и PCI
AGP Aperture Size (MB) — размер оперативной памяти, выделяе
мой AGP-коптроллеру. Установки: "4”, "8”, "16", ”32", ”64”, "128", "256".
AGP Data Transfer Rate — задание рабочего режима AGP-порта
("2х”, "4х”). Установка делается в зависимости от того, какой режим под
держнвает устанавливаемый контроллер.
AGP Fast Write — разрешение ("Enabled ) илн запрещение ( Disab-
led") соответствующего режима.
AGP Driving Control —• указание метода настройки AGP-шнны
' Auto” (Автоматически), "User' (Пользователь делает нх самостоятельно)..
AGP Driving Value — управление электрическими сигналами
AGP-шнны (прн 'AGP Driving Control : User") Уровень интенсивности
сигналов определяется шкалой с диапазоном OOjg — FFjg (установки
"00" — "FF") В десятичном представлении это шкала от 00 до 255 Поль-
286
Программа SETUP
зователь может установить нужный ему уровень сигнала. По умолчанию
установлено значение "DA" (в десятичной форме коэффициент равен 2! 8)
Spread Spectrum — пользователю предоставляется возможность пе-
ревести тактовый генератор системы в режим, при котором уровень элек
тромагннтных излучений, возникающих в процессе его работы, может
быть снижен Установки "Disabled" ' 0 25 %", "О 5 %", "Smart Clock'
Опции выполняющие настройку интегрированных системную плату
устройств, объединены в утилиту ’INTEGRATED PERIPHERALS"
(рис. 8.5).
Onboard IDE-1 Controller,
Onboard IDE-2 Controller — разрешение (' Enabled ’) или запреще-
ние ("Disabled") первого и второго каналов IDE на плате
• Master Drive PIO Mode,
• Slave Drive PIO Mode — настройка устройств, подключенных к
Первому н Второму каналу на работу в режимах РЮ. Возможно
задание конкретного режима ("Mode 0", "Mode I", "Mode 2”, "Mode
3", "Mode 4”, "Mode 5") или процесс выбора предоставляется сис
теме ("Auto”).
ROM PCI/ISA BIOS
INTEGRATED PERIPHERALS
AWARD SOFTWARE, INC
Onboard JDS-1 Controller Enabled - Master Drive PIO Mode i Auto - slovo Drive Pio Hodo : Auto - Haster Drive UDMA Mode : Auto - Slave Drive UDHA Mode т Auto Onboard IOS-2 Controller i Enabled - Master Drive PIO Mode Auto - Slave Drivo PIO Mode Auto - Master Drive UDMA Mede Auto - sieve Drive UDMA Mode Auto USB Controller Enabled - USD Keyboard support OS - USB Mouse Support OS Inlt Display First AG? Slot Onboard ACS? Codec Auto ACS? Audio Auto - ЛС97 Modem Auto poker ON function Hot Key IM HDD Block Mode Enabled Onboard FDD Controller Enabled Onboard Serial Port 1 3FS/IRQ4 Onboard Serial Port 2 2H/ZRQ3 - Onboard IR Function irDA RxD, TxQ Active Hi,Ao - UR2 Duplex Mede Full Onboard Parallel Port 378/IRQ7 - Parallel Port Mode s?p - ECP Mode One DMA 3 - EPP Mode Select I 7 Gar» Port Address 201 Midi Port. Address 330 - Midi Port IRQ 10
ESC. Quit Ufl =><= .- Select item Pl i Kelp PU/PD/*/- s Modify PS * Old values [Sbift]F2 - Color F6 .* Load BIOS Defaults . F? * Load Setup Defaults
Puc 8 5 Настройка интегрированных на плату блоков
("INTEGRATED PERIPHERALS")
287
Глава 8 f
---------------------------------------------------------------
• Master Drive Ultra DMA, }
• Slave Drive Ultra DMA — настройка устройств, подключенных к।
первому и второму каналам на работу в режимах Ultra DMA. Если]
к соответствующему каналу подключается накопитель, способный !
работать в режимах Ultra DMA, то делается установка "Auto”. Сис-.'
тема сама определяет наиболее производительный режим и испо-1
льзует его для обмена с данным накопителем.
USB Controller — разрешение ("Enabled") илн запрещение (’Disab-'
led’) контроллера USB, размещенного на плате
• USB Keyboard Support, ;
• USB Mouse Support — указание программной среды, иа которую’
возлагается поддержка данных устройств ("OS” нли ’’BfOS”)
Init Display First — в ситуации, когда оказались установленными,
две видеокарты, системе указывается*— с какой из них работать при вы-;
полпенни начальной загрузки (”AGP Slot "PCf Slot"). Если карта в сис-;
теме одна, то использоваться будет именно она вне зависимости от уста-1
новки в данной опции.
Onboard АС97 Codec — разрешение ("Auto’) или запрещение ("Di-j
sabled") интегрированных на плату кодеков i
• ДС97 Audio,
• АС97 Modem — разрешение (‘Auto’) или запрещение ( Disab-'
led") аудио и модемного кодеков После разрешения соответствую-]
щее устройство становится доступным дли программной инициали-J
зации 1
Power ON Function — указывается способ включения ‘ усыпленное
го’ компьютера
• "Button Only’ — используется только кнопка иа передней панели;
корпуса. '
• ’Keyboard 98 —усовершенствованные клавиатуры содержат для1
этой цели специальную клавишу.
• Password’ — введение е клавиатуры пароля.
• ’’Hot Key" — нажатие на клавиатуре определенной комбинации
клавиш (для каждой платы они свои н оговариваются в паспорте)
• "Mouse Left”. Mouse Right" — двойное нажатие соответствующей
кнопки (для этой цели подходят только "мыши”, подключенные к
PS/2-каналу).
IDE HDD Block Mode — разрешение (’Enabled’) илн запрещение
("Disabled’’) для fDE-винчестеров режима блочной передачи. Многие со
временные винчестеры могут вести приемо-передачу блоками, размером
288
Программа SETUP
более одного сектора. Эго позволяет ускорить обмен Когда опция вклю-
чена, BIOS автоматически определяет — может ли накопитель работать
в данном режиме Если "да", то переходит на него.
Onboard FDD Controller — разрешение ("Enabled”) илн запрете*
мне ("Disabled”) интегрированного па плату контроллера дисководов.
Onboard Serial Port 1 — настройка первого последовательного пор
та (COM f) Установки. "3F8/fRQ4’ "2F8/fRQ3", ”3E8/fRQ4’,
"2E8/IRQ3” — присвоение конкретного адреса и выделение линии пре
рывання ’Auto* — выделение адреса и линии прерывания возлагается
на BIOS, который выбирает их из числа свободных. "Disabled” — запре-
щение порта. Стандартная установка — "3F8/IRQ4".
Onboard Serial Port 2 — настройка второго последовательного пор-
та (СОМ 2) Установки: "3F8/fRQ4”, "2F8/fRQ3", "3E8/fRQ4",
’2E8/fRQ3" — присвоение конкретного адреса и выделение линии пре-
рывания 'Auto" — выделение адреса и линии прерывания возлагается
на BIOS который выбирает нх нз числа свободных. "DisabfecT — запре-
щение порта."Стандартная установка — "2F8/IRQ3"
• Onboard IR Function — настройка канала передачи данных от
инфракрасного датчика (!R) Для работы капала требуется СОМ 2
Если он занят, то его нужно освободить. Канал может быть запре-
щен ("Disabled") или настроен на рабочие режимы — "frDA"
(HPSfR) или ASK fR
• RxD, TxD Active — задание полярности сигналов при передаче
сигналов от fR-порта. Определяются устройством этого датчика
Возможны установки: "Hi.Lo" (High, Low), "Lo.Hi", "Hi.Hi”, ”Lo,Lo’
• UR2 Duplex Mode — выбор режима обмена ’Full” (Full-Dup-
lex) — режим синхронного двунаправленного обмена. "На!Г
(Half-Dupfex) — однонаправленный обмен (в конкретный момент
времени передача возможна только в одном направлении)
Onboard Paraffcf Port — настройка параллельного порта. Устинов
ки: "378/fRQZ”, ”278/fRQ5", ”3BC/fRQ7" — присвоение конкретного
адреса и выделение линии прерывания. "Disabled' —запрещение порта
Ста1{дартиая установка — "378/IRQ7”.
Paraffcf Port Mode — задание режима параллельного обмена
’SPP” — возможны режимы: двунаправленный, медленный обмен
Подходит для старых устройств не требующих большой пропускной спо-
собности
ЕСР* —двунаправленная передача для ведения обмена использует
ся канал ПДП (DMA). Удобен для выполнения передачи больших объе-
мов данных (например, прн работе сканера)
289
Глава 8
‘EPP" — для ведения обмена когда часто меняется направление пе?*.
редачи ’
"ЕСР+ЕРР" — установка, когда в зависимости от потребностей под-|
ключенного устройства, контроллер может сам выбрать из двух возмож-i
пых наиболее удобный режим :
• ЕСр Mode Use DMA — выделение канала DMA для параллельно-.’
го порта (”f‘ или ”3”) при его работе в ЕСР режиме
• EPP Mode Select — выбор версии регламентирующего протокола
для режима EPP ("f.7” или ”1.9").
GAME Port Address — выделение адреса игровому порту (если оц.
есть на плате) Установки — ‘201", "209”, "Disabled” Стандартная —
"209й. '
Midi Port Address — выделение адреса звуковой карте (если она.
есть иа плате) Установки — "290" ’300”, "33(Г "Disabled” Стандарт-:
мая — "330”.
• Midi Port IRQ — выделение линии запроса прерывания звуковой*,
карте Установки—"5”, "К)" Стандартная—"ТО’
8,5, Управление режимами энергосбережения
(“POWER MANAGEMENT")
В настоящее время все более популярной становится идея создания'
компьютерных систем, допускающих регулирование уровня потребляем
мои мощности. Это уменьшает расход электроэнергии и снижает иитен-!
снвность излучений, источником которых является компьютер \
Компьютеры и компоненты, допускающие возможность перехода в'
энергосберегающие режимы, получили название Green PC (в просторе--
чье нх часто называют "зелеными"). Регламентация вопросов взанмоден-;
ствяя операционной системы, аппаратных компонентов компьютера и*
BIOS в вопросах управления энергопотреблением возложена на отрасле-
вой норматив ACPI (Advanced Configuration and Power interface), разраб
ботаннын Intel, Microsoft и Toshiba.
В компьютере организацией энергосбережения занимается специаль-
ный внутренний программный механизм — Power Management (PM).
С его помощью строится структура режимов потребления Период, в ко-
торый пользователь эксплуатирует свои компьютер, получил название
Normal Mode — нормальный режим. Если в течение некоторого време-
ни компьютер не используется, то РМ начинает последовательно отклю-
чать элементы системы и этим снижать уровень потребления энергии. *
290
Программа SETUP
Сначала он переводит компьютер а режим пониженного потребле-
ния — Doze Mode в котором общий уровень потребления уменьшает
ся до 7O...8O % от обычного. Еще через некоторое время, если работа ие
позобновлеиа, компьютер переводится в режим ожидания — Standby
Mode Процессор начинает работать на пониженной частоте, вывод на
экран прекращается, винчестер переводится в режим экономного расхо
лования энергии
В случае дальнейшего простоя система переходит а режим Исиа“ —
Suspend Mode. На процессор прекращается подача синхросигналов,
усыпляются” блоки питания компьютера и монитора. Система практиче-
ски полностью обесточивается, только РМ контролирует состояние
компьютерных компонентов, при помощи которых пользователь может
подать сигнал о возобновлении деятельности Это могут быть: клавиату-
ра, '’мышь”, модем (если он установлен). При обнаружении нажатия кла
виши, движением "мыши” система нз любого сберегающего режима пе-
реводится в рабочий (NORMAL)
В составе Setup имеется специальная утилита (рис 8.6), с помощью
которой может быть организовано несколько различных режимов пони
ROM PCI/ISA BIOS
POWER MANAGEMENT SETUP
AWARD SOFTWARE, INC.
ACPI function Disabled •• PH Timer Events ••
Power Kanogenent PH Control By APH Video Off Kethod Video Off After СНГ Гал off Option NODEM Use IM) Voxe Mode Standby Hoda Suspeed Mode HDD Power Down Throttle Duty Cycle Doer Oeflod Yea W/H SYNC*01ank Star^iby Standby * Off HA Disabled Disabled Disabled Disabled 62.54 IRQ 3-1,9-lS, ,NHI VGA Active Monitor i IPO 8 L'rcak Suspend i IDE PcLtsbty Master : IDE Primary Slava - IDE Secondary waster : 1U£ Secondary Slave : floppy Disk Serial Port : Parallel Port : Maurec Break Suspend : Enabled Disabled Disabled Disabled Disabled Disabled Disabled Disabled Enabled Disabled Yes
Power Hutton Override Resume by LAN I'awer On by Ring Power On by Alara - Dote lot Month) - Tine Ihhinmisu) disabled Disabled Disabled Enabled D ?i D 0
ESC: Quit t Select Ices Pl t Help PU/PD/»/- t Modify FS t Old Values (Shift) rt Color F6 . Load BIOS Defaults Fl Lend Setup Defaults
Puc 8 6 Средства Chipset-a по управлению энергопотреблением
(“POWER MANAGEMENT SETUP")
29 f
Глава 8
жеииого потребления мощности. Для управления этими режимами в ee j
состав могут входить следующие настройки: |
ACPI function — сообщение BIOS-у о том поддерживает ( Enab-I
led") нлн »ет ("Disabled’') установленная на компьютер операционная сн--«
стема АСРЬстандарт. }
Power Management — организация управления режимами энерго* *
сбережения Возможны следующие установки: i
• "User Define’ — пользователь должен самостоятельно разрешить 5
нужные ему режимы энергосбережения (Doze, Standby, Suspend)/
и указать временные интервалы через которые система будет в
них переходить (онцни "Doze Mode", ’ Standby Mode", " Suspend '
Mode", "f-IDD Power Down");
• "Min Saving" — режим минимального сохранения. Для перехода в •
разрешенные режимы энергосбережения устанавливается макси-
мальный интервал — 1 ч; ’j
• "Max Saving" — режим максимального сохранения. Для перехода:
в разрешенные режимы энергосбережения устанавливается мини-
мальный интервал — 1 мин (в некоторых системах —30 и);
‘Disabled" — режим энергосбережения отключен
PM Control By АРМ — управление режимами энергосбережения ;
перелается АРМ,
Фирмами MtcrosoU и Inlei разработан протокол Advanced Power Ma-
nagement (АРМ), регламентирующий процесс управлении эпергосбере-'
жением. В комлыотерс допускается передача управления энергосбере-
жением от РМ операционной системе или непосредственно пользовате-
лю (процедура передачи также описана протоколом АМР)
Возможны установки.
“YES" — АРМ принимает управление энергосбережением иа себя*.
NO" — управление энергосбережением сохраняется за BIOS (те
за РМ)
Video Off Method — указание способа отключения монитора при
работе в режимах энергосбережения
• “Blank Screen" — только гашение экрана,
• V/H SYNC + Blank" — кроме гашения экрана, отключается пода
ча кадровой и строчной «шетот. Может применяться только к мони-
торам, поддерживающим эту функцию;
• "DPMS" — гашение по стандарту DPMS. Существует специаль-
ный стандарт по управлению режимами энергопотребления моии
торов DPMS (Display Power Management System) Видеокарты,
выполненные в соответствии с ним, сами управляют процессом га
292
Программа SETUP
шения монитора Если в компьютер установлена такая карта то
делается данная установка.
Video Off After — настройка монитора на работу в различных режи
чах энергосбережения:
‘ NA" — всегда включен и не переводится в режимы энергосбережения
"Doze’ — выключается во всех режимах;
"Standby’ — выключается в режимах Suspend и Standby
"Suspend” — выключается только в режиме Suspend.
CPU Fan Off Option — указывается момент отключения подклю
ченного к плате процессорного вентилятора: “NA", "Doze”, '’Standby",
’Suspend
Modem Use IRQ — модему может быть выделена отдельная линия
прерывания ("NA", ’’3й, ”4". "б". и7", "9". "fO”, "ft").
При установке 1 User Define" в опции "Power Management" пользова-
тель должен самостоятельно указать время перехода в каждый из энерго-
сберегающих режимов
"Doze Mode" — опция устанавливает временной интервал по исте-
чении которого компьютер перейдет из обычного рабочего состояния в
Doze-режим. Интервал может быть установлен от "1 МиГ до "f Hour".
Бели пребывание в данном режиме запрещено ("Disabled"), то система
сразу перейдет в следующий по порядку разрешенный режим РМ
"Standby Mode" — задается интервал,1 по истечении которого
компьютер перейдет в Standby-режим. Интервал может быть установлен
от “f Min" до "I Hour". Если пребывание в данном режиме запрещено
(‘Disabled"), то система перейдет в следующий разрешенный режим РМ
"Suspend Mode" — с помощью данной команды задается интервал,
по истечении которого компьютер перейдет » режим "сна". Интервал мо-
жет быть установлен от "1 Min" до "1 Hour". Если сделана установка "Di-
sabled". то система в данный режим переходить нс будет
HDD Power Down — винчестер, поддерживающий режим РМ чс
рез некоторый период времени, в течение которого к нему нет обраще
ния, переходит в режим пониженного потребления (выключается враща
ющий пакет дисков двигатель). Данной командой задается временной пе
риод после которого выполняется переход в РМ режим:
• "f"..." 15‘ — указывается конкретный временной интервал от f до
15 мин;
• "Disabled* — запрещается переходи РМ
Если в компьютер установлены винчестеры типа SCSI то на них эта
установка распространяться ие будет.
Throttfc Duty Cycle — после перехода в энергосберегающий режим
(на большинстве плат это Suspend) процессор начинает работать на по
293
Глава 8
ниженной скорости. Штатная скорость принимается равной 100 %; в'
данной опции указывается уровень, до которого производится снижение'
("87 5 %". '75 %". *‘62,5 %", "50.0 %". "37.5 %”. "25.0 %", "12,5 %"),..
Power Button Override (Soft-Off by PWR-BTTN) — задание ре-
жима работы кнопки включения питания расположенной на передней
панели корпуса (относится к корпусам типа АТХ)
“Enabled” — кратковременное (менее 4 с) удержание кнопки включе-
ния/выключения в нажатом состоянии переводит компьютер в режим
"сна". Длительное нажатие (более 4 с) программно выключает (Solt-Off)
компьютер.
"Disabled'' — отключение данной функции. Компьютер программно'
отключается при любой длительности удержания кнопки в рабочем со-
стоянии
Resume by LAN (Wake on LAN — WOL) — разрешение ("Enab-
led' ) или запрещение (’ Disabled") "пробуждения ‘ компьютера от сигнала-
по сети. Сетевой адаптер должен поддерживать данную функцию
Power on by Ring — разрешение ("Enabled") или запрещение ("Di->.
sabled") "пробуждения" компьютера но сигналу от внешнего модема. Ес--
ли ид модем, подключенный через последовательный порт, приходит за-
прос то ио его сигналу система перейдет в рабочий режим.
Resume by Afarm — разрешение ("Enabled") нлн запрещение ( Di-
sabled") подачн сигнала в конкретный день и час.
• Date (of Month) — задание даты подачн сигнала
• Time (hh:mm;ss) — задание времени подачн сигнала,
** РМ Timer Events ** — по сигналу от некоторых устройств
компьютер может быть выведен из режима "сна". Установка "Enabled",
разрешает этот режим дли соответствующего устройства, установка "Di
sabled" — запрещает.
IRQ [3-7, 9-15], NMI — поступление сн> нала прерывания по любой
из перечисленных линий, в том числе и немаскируемого (NMf) включа-
ет компьютер.
VGA Active Monitor — подача данных на монитор (например ава-
рийного сообщения, которое может быть подано на экран, даже когда
компьютер "спит”) вызовет включение компьютера
IRQ 8 Break Suspend — данная линия запроса используется для
подачи аварийного сигнала получение его переводит систему врабочее
состояние.
IDE Primary Master, IDE Primary Slave,
IDE Secondary Master, IDE Secondary Slave,
Floppy Disk — обращение к любому из этих устройств переводит
систему в рабочее состояние
294
Программа SETUP
Serial Port, Parallel Port — поступление сигнала по любому из
этих каналов переводит систему в рабочее состояние.
Mouse Break Suspend — "пробуждение" от перемещения "мыши'
Установки: "Yes", "No(COMI)", "No(COM2)", ’No(PS/2)r’.
8.6. Установка режима Plug-and-Play (PNP),
настройка PCI-слотов ("PNP AND PCI SETUP")
и "PC HEALTH STATUS”
Набор настроек, обеспечивающих применение протокола PNP к под
ключаемым к плате устройствам, гибкое распределение линии запросов
прерывания и каналов прямого доступа к памяти, объединен в утилиту
"PNP AND PCI SETUP1 (рис. 8.7)
PNP OS Installed — уточнение возможностей операционной системы
ROM PCI/ISA BIOS
PNP AND PCI SETUP
AWARD SOFTWARE, INC
PNP OS Installed Force Update RSCD No i Disabled Rosoxvcd Полосу Base N/A ЙК
Reserved Honor Length
Resoursea Controlled Dy Auto (ESCO) IRQ 3 assigned to iPCI/ISA PNP PCI IRQ Activated By Edge
IRQ 4 assigned to sPCVISA PNP Assign IRQ For VGA i Enabled
IRQ 5 assigned IRQ 7 assigned to .-PCVISA PNP to 1PC1/ISA PNP Assign IRQ For USD i Enabled
IRQ 9 assigned to sPCVISA PNP PIRQ 0 Use IRQ No Auto
IRQ 10 assigned to iPCI/ISA PNP PIRQ 1 Use IRQ No Auto
IRQ 11 assigned to sPCI/ISA PNP PIRQ 2 Use IRQ No Auto
IRQ 12 assigned IRQ 14 assigned IRQ 15 assigned tJHA 0 assigned СМл 1 assigned DKA 3 assigned DMA 5 assigned DMA 6 assigned DMA 7 assigned r, rt rt r» it t* OOOOOO ООО ч ч ч ч ч ч *o ч ч о п о о о п п о о мммммм н м м и и м и и и и и и >>>>>•> > > > Z 2Z 2 2 Z 3 3 3 0 *0 Ч Ч Ч Ч ЧЧЧ PIRQ_3 Use IRQ No Auto
ESC.- Quit Hfl =><= .- Select Ite-i
Fl : Help PU/PD/r*/r- .- Modify
FS : old Values (ShiCt)F2 Coloc
P6 : load BIOS Defaults
P7 - load Setup Defaults
Puc. 8.7. Установка режима "Plug-and-Play' и распределение
ресурсов между РСЬра&ьемами ("PNP AND PCI SETUP")
295
Глава 8
• Yes’ — поддерживает протокол PNP (Windows 95 и выше)
• ' No’ — не поддерживает протокол PNP
Force Update ESCD — сохранение данных в ESCD области после
загрузки.
Сведения о том. как настроены в процессе загрузки установленные в
системные разъемы устройства. BIOS сохраняет в специальной ESCD-об-
ласти (Extended System Configuration Data). Эти данные (исходя из того,
что предполагается работа в режиме PNP) могут быть сброшены
Enabled” — информация ие сохраняется настройка идет в режи
ме PNP
'Disabled — данные сохраняются, сделанные установки действуют
Исходная установка — ’'Disabled**.
Resourses Controlled By — устанавливается ответственный за рас
прсделенне в компьютере линий прерывания и выделение рабочих участ-
ков памяти.
* ’Auto (ESCD)* — выполняется BIOS с учетом данных нз ESCD,
* Manual** — пользователем
IRQ-3 assigned to - Legacy ISA
IRQ-5 assigned to : PCI/ISA PNP.
IRQ-15 assigned to - PCI/ISA PNP.
При ручной установке некоторые линии MOtyr быть зарезервированы
за конкретными устройствами (например, линии IRQ 3 и 4 могут быть за
креплены за последовательными портами). В соответствующих строках
делается установка "Legacy ISA" (нли "Reserved*’). В прочих строках де-
лаются установки "PCf/lSA PNP". этим они передаются в распоряжение
программы BIOS для построения PNP механизма
DMA-О assigned to ; PCI/ISA PNP
DMA-1 assigned to : PCI/ISA PNP
DMA-3 assigned to ; PCI/ISA PNP
DMA-5 assigned to : PCI/ISA PNP
DMA-6 assigned to : PCI/ISA PNP
DMA-7 assigned to PCI/ISA PNP
Как и линии прерывания, каналы ПДП в зависимости от настройки в
опции "Resourses Controlled By" могут распределяться*вручную или авто
магически
296
Программа SETUP
Для резервирования капала в соответствующей строке делается уста*
иовка "Legacy ISA". Это бывает необходимо прн использовании старых
fSA-устройств (модемов, звуковых карт), ие поддерживающих режим
PNP. Им требуется выделение именно того канала прямого доступа, иа
работу с которым они спроектированы.
Reserved Memory Вазе, Некоторым устройствам может потребова
тъея рабочая область в памяти. Это ие относится к устройствам, установ-
ленным как "Legacy ISA". Возможны настройки’ "С800", "ССОО" "DOOO"
"DdOO", ”D800", "DCOO", "N/A".
Reserved Memory Length. Возможен другой способ выделения pa
бочен области в памяти. Указывается размер необходимого блока, место-
положение его в пространстве памяти определяет BIOS Установки
"ЗК" ”I6K”, "32К’, '64К"
PCI IRQ Activated by — указывается параметр, на который сраба-
тывает контроллер прерываний прн получении сигнала запроса
‘'LeveP — по уровню;
"Edge” — по фронту.
Assign IRQ For VGA — разрешение (‘ Enabled ’) или запрещение
("Disabled") выделения линии прерывания для видеоконтроллера
Assign IRQ For USB — разрешение ("Enabled") или запрещение
(‘Disabled") выделения линии прерывания для USB-колтроллера
PIRQ_O Use IRQ No ; Auto
PIRQ_1 Use IRQ No : Auto
PIRQ_2 Use IRQ No ; Auto
PIRQ_3 Use IRQ No z Auto
• закрепление за РСЬразъемамн линий прерывания Можно выделить
конкретные липни, а можно управление опилен передать BIOS
Установки: "З". "4", м5’ *7", "Э". "10". "II", ‘12". "14м "15". "Auto"
Компьютер сочетает в себе две крайности. С одной Стороны, он вроде
бы "умная машина" и может управлять работой сложных систем (авто-
номные космические спутники, энергосистемы к т.д.). С другой, — он не
способен воздействовать иа микроклимат вокруг себя. Процессор может
перегреться от "умственной" работы и выйти из строя. Пришло время,
когда разработчики микропроцессоров и системных плат озаботились
этой проблемой.
Опции включения режимов отслеживания (мониторинга) температу-
ры нагрева элементов платы, уровней питающих напряжении, управле
ння работой вентиляторов объединены в составе утилиты "PC Health Sta
tus" (рис. 8 8).
297
Глава 8
ROM PCI/ISA BIOS
PC Health Status
AWARD SOFTWARE, INC.
CPU Temperature 56C/132F HB Teaparature ЗЭС/ 91F Chassis Тал Speed Ignore CPU Fan Speed 3800 RPM Power Fan Speed Ignore VCORE Voltage 1.6V +3.3V Voltage 3.3V ♦SV Voltage S.OV ♦12V Voltage 12.0V -12V Voltage -11.6V -5V Voltage -4,9V
ESC; Quit Jit =><= *. Select Item Fl : Help PU/PO/+/- : Modify У5 : Old Values (Shift)F2 : Color F6 ; Load BIOS Defaults F7 ; Load Setup Defaults
Puc. 8.8. Контроль за кагривом элементов материнской платы
и уровнями питающих напряжений ("PC Health Status”)
Современные процессоры и некоторые другие элементы платы очень
сильно греются. Даже кратковременное отсутствие охлаждения может
вывести микропроцессор из строя (в лучшем случае система "зависнет").
Разработчики включают в состав процессоров и элементов платы термо*
датчики Информация с них поступает в распоряжение Setup и на ее
основе принимается решение о последующих действиях К сожалению,
средствами для выполнения температурной регулировки системная, пла*
та пока не располагает. В настоящее время возможно только извещение
пользователя о той, что температура перешла установленную границу
CPU Temperature,
MB Temperature. Современные платы фиксируют уровень нагрева
некоторых элементов Чаще всего это микропроцессор и ''северный**
мост. В соответствующей строке в градусах Цельсия, а параллельно и в
градусах Фаренгейта (используемых в Англин и Соединенных Штатах)
пользователь устанавливает уровень нагрева, который он считает допус
тнмым, например, ”50С/ I I2F*.
Если он не хочет контролировать нагрев указанных элементов, то де*
лается установка "Ignore”.
CPU Fan Speed,
Power Fan Speed,
298
Программа SETUP
Chassis Fan Speed К специальным разъемам системной плате мо
жет быть подключено до трех вентиляторов (процессорный, из блока пн*
тания и дополнительный). Скорость вращения каждого в оборотах в мн
нуту — RPM (Rotation Per Minute) можно задать через Setup. Например,
"3300 RPM'. "3800 RPM’. и т.п. Если в использовании вентилятора нет не-
обходимости то в соответствующей строке делается установка "ignore’*
VCORE Voltage - 1,6V
+3.3V Voltage : 3.3V
-5V Voitagc , -4,9V
С блока питания выполненного в стандарте АТХ иа системную пла-
ту поступают питающие напряжения с номиналами +3,3; -5; +5; +i2 и
- (2 В. Стабилизатор на системной плате формирует питающее напряже
ине для ядра процессора (VCOfu,).
В строке соответствующего параметра пользователь может указать
уровень, отклонение от которого будет фиксироваться программой Se
tup. Если пользователь не хочет, чтобы система занималась отслежива-
нием уровней питающих напряжений, то в соответствующей строке или
строках делаются установки ’’Ignore".
Применительно к опциям, задающим режим контроля параметров,
следует добавить. что плата не располагает какими-то особенно мощны
ми средствами для регулировки отслеживаемых параметров. Обнаружив
отклонения, система выдает иа экран сообщение типа*
“Hard Monitor found an error Enter SETUP for details
Press F1 to conttnie Dei to enter SETUP”
Дальнейшие действия no приведению параметров в установленные
диапазоны должен предпринимать сам пользователь
8.7, Вспомогательные операции
Программа Setup в процессе своей работы позволяет пользователю
выполнять еще несколько операций. Некоторые нз них напрямую не свя-
заны с настройкой компьютера но могут оказаться очень полезными,
LOAD BIOS DEFAUTS — упрощенная настройка системы с нсполь
зованнем набора "свободных" (взятых с запасом) параметров, хранящих
ся в ROM BIOS, Эти установки подобраны разработчиками с таким рас
четом что позволяют применять медленную память, выполняют обмен
299
Глава 8
по шинам с большими задержками отключают многие вспомогательные
настройки
Использование данной настроечной опции не обеспечивает высокой
производительности. Этот вариант конфигурации призван обеспечить на-
дежную загрузку системы. Применение его удобно после того, как комли,
ютер был только что собран нлн проведена его модернизация.
LOAD SETUP DEFAULTS — настройка системы с помощью лруго
го набора параметров, также сохраняемых в ROM BIOS. Установки, со
ставляющие данный набор, более "строгие" и обеспечивают весьма высо-
кую производительность системы
Полученная в результате применения данной опции конфигурация
может служить отправной точкой в стремлении пользователя добиться
от своего компьютера максимальной производительности. Если с даниы-
ми установками он работает устойчиво, то при наличии желания можно
попробовать нх улучшить. Возможно, что после выполнения дополните-
льных настроек система откажется работать. В этом случае опять запус*
кается данная опция н нее начинается заново. Хождение по кругу может
продолжаться до получения требуемых результатов нлн пока не надоест
SUPERVISOR PASSWORD.
USER PASSWORD — две возможности попытаться с помощью на
роля предотвратить несанкционированный доступ в систему. Пароль по
льзователя (User) блокирует доступ в систему — без него ие будет вы-
полняться загрузка. Пароль супервизора (Supervisor) по усмотрению по
льзователя можно настроить таким образом, что будет блокироваться до
ступ в систему нлн только вход в Setup. Область, охраняемая данным па-
ролем. определяется строкой '"Security Option" в утилите “BIOS
FEATURES SETUP*
Для того чтобы установить пароль, выбирается одна из двух рассмат-
риваемых утилит п запускается ("Enter"). На экране появляется устано-
вочная строка"
Enter Password
С клавиатуры вводится кодовая комбинация из нескольких символов
Обычно не более восьми. После этого нажатием клавиши “Enter** пароль
вводится а действие.
Для того чтобы снять пароль, запускается утилита при помощи кото
рой он был установлен, и. когда на экране появится установочная стро
ка без ввода кодовой комбинации нажимается клавиша "Enter" Вы авто
матнчески возвращаетесь в Основное меню Все. Пароль снят.
IDE HDD AUTO DETECTION — определение установочных пара
метров подключенных ЮЕ-вннчестеров
300
Програчма SETUP
Работу данной опции проще рассмотреть на конкретном примере
Предположим, что в компьютере установлено два накопителя: один, ем-
костью 4.3 Гбайта, подключен Ведущим (Master) иа канале 1DEO: дру-
гой. емкостью 425 Мбайт, подключен Ведомым (Slave) на канале IDE!
В меню Setup курсором выбирается опция "IDE HDD AUTO
DETECTION1' и дается команда к ее исполнению (’'Enter”). BIOS начинает
определение параметров винчестера, которого она видит как Primary
Master, В течение нескольких секунд он считывает с накопителя требуе-
мые данные н выдает их иа экран в виде табличного сообщения (рис. 8.9).
На экране во взятой в рамку информационной панели даны три вари-
анта установки винчестера: LBA. NORMAL, LARGE, Вторая н третья
установки нам не подходят: NORMAL — для накопителей емкостью до
504 Мбайт. LARGE —для некоторых накопителей до 1,008 Гбайта. В дан-
ном случае нужны параметры LBA. и это необходимодовестн до сведения
BIOS. На диалоговой панели в столбце OPTIONS указаны клавиши, при
помощи которых мы можем известить систему о сделанном выборе Для
строки LBA это клавиши "2” и "Y". В установочной строке "Select Primary
Master Option (N==Skip): N" вместо мигающего символа ”N" (команда, по-
даваемая в том случае, когда мы не хотим выбирать из предложенных за
рнаитов) вводим символы "Y" нлн "2" ндаем команду "занести выбранные
параметры в строку соответствующего накопителя" ("Enter").
Сразу после этого BIOS начинает поиск накопителя Primary Slave
с целью считать с него нужные данные В нашей системе его нет, и через
ROM PCI/ISA BIOS
("IDE HDD AUTO DETECTION")
AWARD SOFTWARE, INC
HARD DISKS TYPE SIZE CYLS HEAR PRbCOHP LAUDS SECTORS KODE
Primary Master .
Select Primary Master Option {N-Skipl N OPTIONS SIZE CYLS HEAP PRECOMP LANDS SECTOR MODE _ 2(Y) 4310 524 25S 0 14847 63 LBA I 4310 14848 9 65535 14847 63 NORMAL 3 4310 7424 18 G5S3S 14847 63 LARDb
Note Some Osos (like SCO-UNIX1 swat use '‘NORMAL" for installation esc: skip
Puc 8 9 Определение установочных параметров жесткого диска
(Primary Master) при помощи утилиты
("IDE HDD AUTO DETECTION'’)
301
Глава 8
несколько секунд на экран будет выведена информационная панель с од*
ной строкой, в которой по всем определяемым позициям будут простаа*
лены нули. Эти сведения сохранять нет необходимости, и в установочной
строке вводим "N" (пропускаем сохранение). Та же процедура проделы-
вается при определении накопителя Secondary Master, которого также
иет в системе.
BIOS начинает поиск накопителя Secondary Slave. Находит его и вы-
дает на экран сведения о нем (рис. 8 10) Информационная строка опять
содержит три варианта установок: LBA, NORMAI, LARGE. Подключен^
ный винчестер имеет емкость 425 Мбайт. К нему теоретически может
быть применен» любая из иих, но вероятнее всего, что для него требуют-
ся параметры NORMAL В этом месте нужно сделать оговорку. Винче-
стер должен быть установлен теми параметрами, под которые он
был отформатирован на высшем уровне (например, накопитель, орга-
низованный как LARGE, нельзя задавать как LBA). Если сделать иначе;
то система работать с накопителем не будет Устанавливая винчестер а
компьютер, мы должны знать это. Будем считать, что накопитель отфор-
матирован обычным образом Выбираем строку NORMAL и сохраняем
указанные параметры
ROM PCI/ISA BIOS
("IDE HDD AUTO DETECTION")
AWARD SOFTWARE, INC
HARD DISKS TYPP SIZE CYLS HEAR PRFCOMP LAHOS Sb CTORS MODS
Primary Master Usor 4310 524 ?5S О 14847 63 LBA
Primary Slave Hone ООО OO 0 ——
Socondary Master Horn. DDO 0 0 О-------------
Secondary Slave
Select Secondary Slave Option <N"Skrp) b
OPTIONS SIZE .CYLS. HEAD PRECOHP LANDS SECTOR MODE
2 [Yl 425 420 32 0 1059 63 LBA
1 425 840 16 6553$ 1059 63 NORMAL
3 425 420 33 65535 1059 63 LAUDS
Note Sone oses {like SCO-VNIX} mart use "NOXNAL" for installation
. ESCS Skip .
Puc 8 10 Определение установочных параметров жесткого диска
(Secondary Slave) с помощью утилиты
( 'IDE HDD AUTO DETECTION")
302
Программа SETUP
Установочные данные о всех подключенных накопителях собраны
Теперь требуется только прн завершении работы с Setup выполнить вы
ход с сохранением (о нем чуть ниже)
SAVE & EXIT SETUP — выход нз программы Setup с сохранением
вновь введенных данных и сделанных изменений
Запускает данную утилиту. На экран выводится строка
"SAVE to CMOS and EXtT (Y/N)? №
На клавиатуре нажимается "У или "N", а затем "Enter’. Команда ’ N ’
возвращает пользователя в Главное меню Setup. Если даиа команда "У*,
то вся введенная информация сохраняется в КМОГЬпамяти компьютера
осуществляется выход из программы Setup, начинается загрузка
EXIT WITHOUT SAVING — выход из программы Setup без сохра
нения сделанных изменений
После запуска данной утилиты иа экран выводится сообщение
"Exit Wilhout Saving (Y/N)? №
Установка ”Y“ разрешает выход без сохранения, а "№ — возвращает
пользователя в Главное меню Setup
303
Глава 9
ВИДЕОСИСТЕМА
Видеосистема для пользователя — важнейшая часть компьютера. Оиа
делает видимыми некоторые проходящие внутри него процессы, результа-
ты этих процессов. На нее возложена задача преобразования цифровой
информации об изображении, хранящейся в памяти компьютера, в при*
зычный для глаз цветной (или черно-белый) образ иа экране монитора
Кроме этого, возможности видеосистемы во многом определяют круг
решаемых на компьютере задач, оказывают существенное влияние на че-
ловеческое здоровье. Самый хороший компьютер оснащенный медленно
работающей видеосистемой или плохим монитором, может значительно
снизить эфс^ектипиость труда пользователя
9.1. Организация вывода информации на экран
Экран монитора является той демонстрационной панелью, иа которой
видеосистема размещает информацию. Способы размещения изображения
иа экране, методы передачи информации из компьютера иа монитор доста*
точно сложны. Попробуем описать их несколько упрощенной схемой
Площадь экрана организована в виде множества точек, составленных
матрицей с двумя параметрами: количеством точек в строке и числом
строк. Любое изображение формируется из точек, и чем их больше иа
единицу площади, тем оно четче.
В памяти изображение сохраняется в виде информации о цвете всех
точек экрана Оттоиок свечения отдельной точки является результатом
смешения трех компонентов — образующих цаетов: красного (Red),
зеленого (Green) и синего (Blue), Данные о каждом из них хранятся в па-
мяти в цифровой форме (RGB-коды) и вместо составляют код цвета точ-
ки. Изменение даже одного компонента ведет к изменению оттенка све-
чения точки на экране.
В процессе вывода изображения (кадра) на экран монитора с электрон-
но-лучевой трубкой (ЭЛТ) данные о цвете всех составляющих его точек
последовательно извлекаются из видеопамяти и передаются иа контрол
304
Видеосистема
лер, где попадают в блок цифро-аналоговых преобразований — DAC (Digi-
tal to Analog Converter). Коды разделяются иа три составляющих, каждая
из которых используется для формирования отдельного аналогового сиг-
нала. Все три сигнала поступают по кабелю от видеоконтроллера иа мони-
тор. Там они подаются иа специальные устройства —- ‘’электронные пуш
кн” (красную, зеленую, синюю) и управляют интенсивностью излучения
ими потока электронов. Этим они определяют оттенки свечения образую-
щих цветов прн попадании электронных лучен в точку экрана. В о'предс-
ленный момент времени все три луча одновременно фокусируются в одной
точке, и их смешение образует оттенок ее свечения. Под управлением от
клоняющей системы монитора цветовые лучи пробегают по всем строкам,
поочередно фокусируясь на каждой точке экранной матрицы. Однократ-
ный проход лучей по экрану образует кадр изображения.- В течение одной
секунды этот процесс повторяется необходимое число раз.
Для сохранения в памяти информации об одной цветовой составляю
щей (RGB-код) отводится до 8 бит, соответственно вся информация о
цвете точки может занимать до 24 бит пли 3 банта. Использование для
кодирования одного образующего цвета, например 5 разрядов, позволяет
осуществить его градацию в 32 оттенка (2$) Всего для описания цвета
точки п этом случае требуется 15 разрядов, и ширина палитры составит
32 768 нли 32 Кбайта цветов (З23). При трехбайтпом кодировании (8 раз-
рядов на образующий «щет) палитра будет состоять из 16М цветов (16
777 216 = 2563).
Для расширения гаммы отображаемых оттенков в режимах, где иа ко-
дирование цвета точки отводится но более I байта (8 бит), используется
механизм RAMDAC. Принцип его работы рассмотрим для случая с
8 разрядным кодированием.
Видеоконтроллер имеет в своем составе блок специальной памяти —
RAM (Random Access Memory). В рассматриваемом случае он состоит
из 256 (2s) регистров. Содержимое регистра — код одного из цветов, со-
ставляющих палитру. Для сохранения каждого из трех образующих цве
тов отводится до 8 разрядов. Размер регистра — 24 разряда (3 банта)
Всего RAM-блок хранит сведения о палитре из 256 оттенков.
Код цвета высвечиваемой на экран точки (и нашем случае 8 разряд
ный). попадая из видеопамяти в контроллер, используется как адрес. Из со-
става RAM выбирается соответствующий регистр. Его содержимое извле-
кается и передается в блок «щфро-аиалоговых преобразований — DAC
Произведена замена 8-разрядиого кода на 24-разрядиый, размер палитры
остался прежним (256 цветов). Дальше все идет по описанной выше схеме
Для чего затеяна вся эта "чехарда1’'' Пользователь может менять со
держимое RAM-регистров и составлять палитру на свои вкус. Делать
это ои может сколь угодно часто. Прн желании — хотя бы для каждо
305
Глава 9
го кадра Если для описания образующего цвета и RAM-регистре испо-
льзуется 8 разрядов (количество градаций цвета равно 256 — 28) то
теоретически для отображения доступно около (6,8 млн. оттенков Но!
Весь период времени между перепрограммированием RAM-памяти кои
троллер все равно работает с палитрой нз 256 цветов, коды которых
хранятся в RAM
В разных случаях экранная матрица монитора может иметь различ-
ные параметры. Например, 320x200 (320 точек в строке при размещении
на экране 200 строк), 640x480 800x600 и др. Точка получила название
пиксель (pixel) Чем мельче точка, тем больше нх количество на еди-
ницу площади, Это соотношение составляет один из основных парамет-
ров монитора — разрешающая способность (разрешение).
В процессе изготовления электронио-лучеиой трубки монитора на эк
ран кинескопа накладывается тонкая металлическая фольга - маска, пло-
щадь которой пронизана большим количеством мелких отверстии. Зерно
(обиходное название отверстии в маске) — техническая характеристика
определяющая максимально достижимое для монитора разрешение. Его
размер для устройств различных классов составляет: 0 41; 039* 0,31,
0,28; 0.26 и др
Соответствие размера., площадки экрана, иа котором происходит фо
кусировка лучей (цветовое пятно), размеру отверстия в маске составляет
параметр монитора, делающий возможным сочетание четкости вывода
изображения е высоким разрешением. В мониторе, при работе в режи
мах с предельным для него разрешением размеры цветового пятна и зер-
на примерно равны. Точка экрана, иа которой происходит фокусировка
трех цветовых лучей, устанавливается напротив отверстия в маске и им
ограничивается Этим убирается ее расплывчатый конур и придается
четкость. Если площадь {{кжуенровки превосходит зерно, то расплывча-
тый контур цветового пятна не убирается маской н просвечивает через
соседние отверстия; если меньше, то контур будет просвечивать через
это же отверстие В обоих случаях четкость изображения теряется
9.2. Режимы отображения
и параметры вывода на экран
Вся информация, предназначенная для вывода на экран может быть
разделена на две группы: текстован (буквы, цифры, знаки препинания и
некоторые символы) и графическая (рисунки и пр.) Вывод на экран каж-
дого из видов информации имеет свои особенности, и для формирования
изображения используются свои приемы Набор этих приемов обеспечи-
306
BudeoLiicme иа
кающих создание изображения на экране с заданным разрешением и нас
тонок палитрой, получил название видеорежима
Для качественного вывода на экран рисунков, изображений необхо
димо сочетание хорошей разрешающей способности с широкой цветовой
палитрой. Это достигается при помощи специальных графических ви-
деорежимов (например, 640x480 при палитре в 256 цветов) Для выво
да символьной информации используются текстовые видсорсжимы,
обеспечивающие вывод определенного количества символов в строке и
размещение определенного числа строк на экране (например, по 80 сим*
волов в 25 строках и при палитре в 16 цветов)
Графические режимы. Предназначены для вывода на экран слож-
ных художественных и графических образов. Изображение формируется
из отдельных точек, и информация о цвете каждой из них хранится в на*
мяти, Не используются такие понятия как передний план и фон. Точка
имеет только один параметр — цвет Для кодирования информации о
цвете одной точки используется до трех байт. Объем видеопамяти (V),
необходимый для хранения страницы изображения, определяется по
формуле;
У(»1|ДЕ1>паими) = Ш X П X к,
где in — количество точек в строке, п — число строк, к — количество
бант, используемых для кодирования информации о цвете одной точки,
Прн работе в графических режимах потребность в видеопамяти состав-
ляет величины порядка десятков,,,сотен килобайт, а нногдв и мегабайт.
Текстовые режимы. Применяются для вывода на экран простой по
(|юрме и яо многом однообразной текстовой информации Изображение
составляется нз ограниченного по составу набора элементов цифр, букв,
знаков принимания, псевдографических символов
Задействуется механизм, когда:
• в памяти сохраняется только числовой код символа плюс неболь-
шое количество вспомогательной информации;
• сведения о графическом (экранном) изображении символа хранят-
ся п ПЗУ видеосистемы (текстовые VGA-режимы) или в составе
специальных программ ('шрифты11 в текстовых редакторах)
Прн работе в текстовых режимах вся площадь экрана делится на
квадраты или прямоугольники размером 8x8 (в строке 8 точек, строк 8),
8х|4, 9x14, 9x16 я другие. Этот прямоугольник получил название зна-
коместо (символьное место; матрица символа) н используется для выво
да изображения одного символа. В пределах матрицы точками одного
цвета (передний план) среди точек другого цвета (фон) создается графи
307
Глава 9
ческнн образ символа. Нанрнмер, в черно-белом режиме темные (пога
шейные) точки среди белых (светящихся) образуют черные буквы на
светлом фоне. Информация о том, какие точки в пределах символьной
матрицы и каким цветом зажигаются, получила название — код знако-
гснерацнн. Каждому символу (коду символа) соответствует свои код
знакогенсрацнн. Эти коды для всего набора символов составляют табли-
цу знакогснсрации.
Для хранения символьной (текстовой) информации в компьютере нс
пользуются однобайтные коды. Этим задается ограничение на максима-
льно возможное число символов Их количество не может превосходить
256 (2s)
Одна часть кодов предназначена для обозначения информационных
символов (буквы, цифры и пр,), другая — служебных (применяются для
организации размещения текста иа странице прн выводе на экран или пе-
чать, для управления работой принтера и т.п.). Прн выводе на экраи ни-
формнниониого символа из таблицы лпакогеиерацни выбирается его код.
который обеспечивает формирование на экране соответствующего ему
изображения. (Служебные символы ив ;жран не выводятся.
Например. прн работе в текстовых VGA-режимах и памяти сохраняют-:
ся коды информационных н служебных символов плюс атрибуты вывода,
Коды информационных и служебных символов — 1 байт на каждый
символ.
Снедения о способах и атрибутах вывода символа иа экран — 1 байт
на выводимый символ:
• цвет неродного плана (каким цветом высвечены точки составляю
'шие сам символ) — 4 разряда;
• цвет фона (каким вдетом высвечены остальные точки символьной
матрицы) — 3 разряда;
• атрибуты вывода (мерцание) — 1 разряд.
Итого — 2 банта нужно для хранения одного символа в памяти
Дли размещения и памяти одной страницы текста (набор символов,
заполняющий весь экран) при его организации 25 строк но 80 символов
необходимо 80x25x2 = 4000 байт плюс некоторое количество байт для
хранения служебных символов.
Современные текстовые |м?даьторы предостаилиют пользователям до
волнительные возможности по выводу текстов иа экраи с использовани-
ем различных способов графического начертания символов. Для этого
созданы специальные программы, имеющие собственные системы коди
ровок и таблицы знакогеиерацин Они получили название про-
грамм-шрифтов
308
Видеосистема
Для организации вывода изображения на экран в-.мониторе применя-
ются специальные сигналы (сннхросернн сигналов). Подаются с видео
контроллера Под нх управлением отклоняющая система формирует тра-
екторию движения электронного луча по экрану Это зигзагообразная
пиния от верхнего левого угла к нижнему правому
Сигнал о начале движения луча подает кадровая частота (частота
вертикальной, кадровой развертки). Она задаст количество кадров нзоб
ражсння выводимых на экран за одну секунду За период между двумя
сигналами кадровой развертки отклоняющая система должна вывести на
экран кадр изображения, Чем выше кадровая частота., тем качественнее
изображение. Человеческий глаз воспринимает смену изображений с ча
стотои более 24 кадров в секунду как непрерывное движение
У первых мониторов SVGA она составляла 56.,.60 Гц. В более позд
них моделях ее значение было увеличено до 75 Гц, Для современных мо
ниторов стандарт ассоциации VESA устанавливает кадровую частоту не
менее 85 Гц.
Возникает вопрос, почему в кино 24 кадра/с, а на экране моинто
ра — 60 и более? Ответ в них по-разному построен механизм вывода по-
спедоватсльностн кадров на экран.
Прн прокручивании киноленты «а экране фактически происходит пало
женнс кадров друг на друга В подавляющем числе случаев (исключав мо
менты замены сцены) кадры отличаются мельчайшими смещениями изоб-
ражаемых объектов., Человеческий глаз легко ''склеивает" нх,. и воображе
ине воспринимает такую последовательность как непрерывный процесс
Вывод кадра на экран монитора построен по-другому. Электронный
луч, "пробегая" по экрану, высвечивает на нем изображение. Завершив
работу, луч гаснет Инерционность свечения люминофора, покрывающе
го экранную поверхность, невелика. Картинка пропадает, экран стано-
вится темным. Через некоторое время по сигналу кадровой развертки все
поиторяется Чередование светлого и темного (по сути это включение и
выключение источника света) создаст эффект "мерцания1. Кажется
что изображение дрожит Человеческий глаз перестает его фиксировать
только «осле того, как частота смены кадров составит 85 Гц и более
Вывод строк иа экран организует строчная частота (частота гори-
зонтальной, строчной развертки). Переводит электронный луч на начало
следующей строки. У монитора, предназначенного для работы, например
а режиме 1024x768 прн кадровой частоте 75 Гц, опа должна быть поряд
ка 60 кГц (минимальное значение составляет 768x75 = 57,6 кГц)
Зажигание и гашение электронного луча в каждой точке экрана орга-
низуется третьей рабочей частотой монитора, получившей название по-
лоса видеосигнала (частота зажигания) Для каждого типа монитора
309
Глава 9
она определяется исходя нз параметров режима наибольшего разрешения,
который он поддерживает. Если это режим 1024x768, то экран организо-
ван в виде прямоугольной матрицы из 786 432 точек. При частоте кадров
75 Гц количество точек требующих зажигания и гашения составит
786 4 52 «75 = 58 982 <100 шт
С учетом начального коэффициента (К - 1 2 1С3) полоса видеоенгна
ла составит величину порядка 80 МГц.
После того как луч, пробежав по всем игрокам экрана, попадает в
правый нижний угол в систему отклонения подается сигнал обратного
хода По нему он переводится в начальную точку. Поступление импу
льса вертикальной частоты запускает процесс вывода на экран следую
щего кадра,
Возможны два режима вывода изображения иа экран строчный н че
рссстрочпый.
Строчио (noninterlaced). Электронный луч последовательно пробега-
ет ио всем строкам экрана. В этом случае смена изображений на экране
происходит с полной частотой кадров. Качество изображения высокое,
по для этого монитор должен иметь соответствующую частоту строчной
разперткн.
Чересстрочно (interlaced). Предположим чю монитор настраивает-
ся на работу в режиме 1024x768, но поддерживаемая нм строчная часто-
та недостаточно высока. В этом случае он переходит в режим работы,
прн кото]юм за первый проход он выводит на экран 1,3, 5-ю и другие не-
четные строки изображения, а за второй — 2,4,6-ю и все остальные чет-
ные строки. Фактически вывод идет с вдвое мопыней кадровой частотой-
(соответственно, и строчной). На одно нечеткое н дрожащее изображе-
ние (количество строк па экране вдвое меньше, чем обусловлено режи-
мом) накладывается другое столь же размытое н мерцающее.
Чересстрочный режим вывода позволяет изменять на мониторах раз
решение более чем то, которое могут обеспечить заложенные в них тех-
нические параметры, но качество изображения в этом случае достигает-
ся невысокое.
9 3, Состав видеосистемы и ее типы
Видеосистема включает два элемента: видеоадаптер (вндеоконт
роллер, видеокарта) и монитор Только правильный подбор обоих ком
понентов позволяет рационально использовать ресурсы компьютера и оп
тнмальным образом решать поставленные задачи
310
Видеосистема
Видеоадаптер преобразует цифровую информацию об изображении в
выходной сигнал н передает его по кабелю на монитор. На нем размете
на видеопамять, объем которой может меняться пользователем в зависн
мости от применяемых режимов отображения.
Видеокарта вставляется в системный или специальный (канал AGP)
разъем’на материнской плате и крепится к корпусу. На крепежном крон
штейне карты размещен разъем к которому подсоединяется ннтерфей
сный кабель монитора
Монитор получает видеосигнал и формирует изображение на экране
Использование монитора определенного класса подразумевает примене
ние соответствующего видеоконтроллера (монитор EGA — EGA-card,
монитор VGA — VGA- илн SVGA-card)
Для пользователя монитор — то устройство, при помощи которого
он получает основные данные о работе компьютера, определяющие ка-
чество вывода информации, се объем. В этом существенную роль игра
ет размер экрана который (как и у телевизоров) измеряется по диаго
пали в дюймах. Выпускаются мониторы с различными размерами экра-
на: 9 (" — обозначение дюймов), 1Г 12" 14" 15’ 17 19”, 2Г’
и больше Стороны экрана соотносятся как три к четырем. Долгое вре-
мя наиболее распространенными в компьютерах, предназначенных для
решения обычных задач, былн 14-дюнмовые мониторы. Сейчас нм на
смену пришли 15 н 17-дюнмовые устройства. Мониторы с меньшим эк-
раном уже практически вышли нз употребления (нх можно увидеть то-
лько в магазинах на кассовых аппаратах). Экраны 21" и более приме
няются в специальных системах (издательских илн для работы с высо-
кокачественной графикой).
В разное время широкое распространение имели следующие видеоси
с темы
MDA (Monochrome Display Adapter) — самая первая нз предло
женпых пользователю моделей. Имеет на плате 4 Кбайта ОЗУ с адреса
ВООООН. Поддерживает только один текстовый режим (табл 9.1, ре
жим 7). Информация выводится на экран в 25 строк по 80 знаков в стро
ке. Частота строчной развертки 18 1 кГц, кадровой — 50 Гц. На данный
момент практически полностью вышла из обращения,
Hercules Адаптер MDA был разработан таким образом, что он со-
вершенно не поддерживал графику. Это значительно сужало область нс
пользования мониторов данного класса, В целях устранения этого недо-
статка фирмой Hercules Computer Technology Inc был разработан новый
гни контроллера Hercules Graphics Card (14GC), который воспроизводил
текстовый режим MDA, и кроме этого предлагал графические режимы с
разрешением 720x348 Он полностью поддерживал программное обеспе
311
Глава 9
чеиие MDA, по техническим характеристикам был совместим с монито
рами MDA Химел одинаковый с иимн разъем подключения работал с те-
ми же частотами строчной и кадровой развертки)
Особенностью адаптера Hercules является его полная несовмести-
мость с графическим стандартом IBM (своя структура сохранения в па
мяти выводимой информации и другая последовательность вывода строк
на экран). Программы должны буть написаны специально для него
Данную видеосистему поддерживает Windows 3.** и многие програм
иные пакеты фирмы Lotus Development Corp, (в том числе Lotus 1-2-3).
Это позволяет ей несмотря на то, что она морально устарела» удержива-
ться иа плаву
CGA (Color Graphics Adapter) — поддерживает как текстовые,
так и графические режимы работы (табл. 9.1). Имеет 16 Кбайт ОЗУ на
плате с адреса ВОООО'б- Строчная частота 15,525 кГц кадровая — 60 Гц
Использовался в основном на PC XT значительно реже на PC ЛТ
Таблица 9 1
Впдсорсжнмы MDA к CGA
Номер режима Тип режима Текстовый Разрешение Количество цветов Количество символов Размер матрицы
0 1 2, 3 ~ 320*200 16 40x20 8*8
640x200 16 80x26 8x8
_4,5_ у” Графический Текстовый 320*200 4 — —
640x200 720x350 2 mono 80x26 9x14
EGA (Enhanced Graphics Adapter). Поддерживает режимы CGA
и MDA, В режимах 0, 1* и 2,3* (табл. 9.2) дает улучшение в сравнении с
CGA, используя символьную матрицу 8хИ Это позволяет придать на
чертанию символов пл экране более удобную дли восприятий форму. До
бавляет еще несколько режимов. Объем нсиолшуемой видеопамяти со-
ставляет 256 Кбайт. Имеет свой Video BIOS размером 16 Кбайт Моин
тор соединен с контроллером интерфейсным кабелем из 9 линий
(табл. 9.3), разъем двухрядный.
EGA — монитор цифровой, т.е. с контроллера информация о цвете
приходит на него в виде цифровых кодов. Для передачи данных об одной
цветовой составляющей отведено дое линии (2/3-главная н 1/3‘Яр
кость) — 2 бита. Двухбитный код допускает градацию каждого цвета в
четыре оттенка. Тем самым максимальная ширина спектра оттенков для
устройств данного класса могла бы составлять 64 цвета (4 в З‘й степени)
312
Видеосистема
ио в полном объеме эта возможность использована так н не была Часто*
та строчной развертки составляет 22,2 кГц, кадровой — 60 Гц.
Чаще всего EGA-моннторы встречались в составе 286 х и иногда в со
ставе первых 386 х компьютеров.
Таблица 92
Видсорсжимы EGA
Номер режима Тип режима Разрешение Количество цветов Количество символов Размер матрицы
0,1' Текстовый 320x200 16 40x20 8x14
2, 3* 640x200 16 80x25 8x14
4 5 Графический 320x200 4 — —
6 640x200 2 — —
7 Текстовый 720x350 mono 80x25 9x14
О Графический 320x200 16 — —
Ё 640x200 16 — —
F 640x350 mono — —
10 640x350 16 — —
Таблица 9 3
Назначение линий
интерфейсного кабеля EGA-монитора
Номер линии Назначение
•1 GND (земля)
2 г*1/3 (красный— яркость, 1/3 интенсивности)
3 R 2/3 (красный — главный, 2/3 интенсивности)
4 G-2/3 (зеленый — главный, 2/3 интенсивности)
5 8*2/3 (голубой—главный, 2/3 интенсивности)
6 д-173 (зеленый — яркость 1/3 интенсивности)
7 Ь*1/3 (голубой —яркость, 1/3 интенсивности)
В Строчная развертка
0 Кадровая развертка
VGA (Video Graphics Array) Поддерживает все режимы CGA н
EGA улучшает символьную матрицу в режимах 0 1+ и 2, 3+ (табл. 9.4)
Позволяет работать с разрешением 640x480 (ПН 12Н), впервые предла
гает режим с палитрой в 256 цветов (13Н).
Мониторы УбД ~ аналоговые Задача преобразования цифрового
кода цветности в аналоговый сигнал возложена на видеоконтроллер. Ис
313
Глава 9
пользование аналоговых сигналов для передачи информации о цвете зна- '
чительно упрощает электронную часть монитора. Частота строчной раз* 4
вертки 31,5 кГц кадровой — 70 Гц Интерфейсный кабель контрол*
лер—монитор из 15 линий (табл 9 5) разъем трехрядиыи
Таблица 9 4 ,
Вндсорежимы VGA
Номер режима Тип режима Разрешение Количество цветов Количество символов Размер матрицы
0,Г 2,3' Текстовый 360x400 18 40x25 9x16
720x400 16 80x25 9x16
4.5 320x200 4 — —
6 640x200 2 — —
7 Текстовый 720x350 mono 80x25 9x14
D Графически» 320x200 16 — —
Ё 640x200 16 — —
F 640x350 mono — —
10 640x350 16 — —
11 640x480 2 — —
12 640x480 16 — —
13 320x200 256 — —
SVGA (Super VGA). Мониторы SVGA предназначены в первую оче-.i
рель для того, чтобы реализовать режимы с высоким разрешением (нами* ;
нал с режима 800x600) Увеличение количества строк на экране приво-'*
дит к необходимости повышения частоты строчной развертки. Для этого
в электронные схемы монитора вводятся дополнительные цепи, нозволя- ]
ющие расширить диапазоны частот кад|>овой к строчной разверток, в )
пределах которых онн могут быть автоматически перенастроены в про- *
цессе работы. Конкретные значении частот устанавливаются в зависимо- j
сти от используемых режимов' строчная — в пределах 30 110 кГц кад- л
ровая — 60... 150 Гц
Прн создании видеосистем типа CGA, EGA, VGA фирмой IBM сразу :
былн предложены стандарты, описывающие сами мониторы и режимы''
отображения иа них. Все технические параметры устройств, особенно-
сти их работы былн заданы н потребности во внесении изменении н до
полпенни в эти стандарты у изготовителей не было. Поэтому ври разра*
ботке видеоконтроллеров и, мониторов различными производителями
проблем с совместимостью не возникало
314
Видеосистема
С режимами и видеоадаптерами SVGA сложилась иная ситуация
Соответствующие стандарты не были приняты к моменту появления
устройств данного класса. Фирмы-производители независимо друг от
друга начали разработку нужных нм дополнительных режимов Лдап
теры этих фирм обеспечивали работу SVGA-мониторов в режимах,
превосходящих по разрешению количеству воспроизводимых цветов
илн иным показателям режимы VGA, но каждый производитель при-
менял, при их создании свои .методы, приемы, вводил свою нумерацию
для инх. Совместимость режимов от различных разработчиков достиг
нута не была.
В результате этого каждый контроллер поддерживал только несколь»
ко дополнительных к VGA режимов, разработанных специально для него
Таблица 9 5
Назначение линий интерфейсного кабеля VGA-монитора
Комор ЛИНИН Назначение
1 Red — красный видео
2 Green — золеный видео
•3 Blue — синий видео
4 (D2 (идентификатор 2)
5 Резерв (не используется)
б Зеленый общий (земля)
7 Красный общий (земля)
8 Синий общий (земля)
9 Ключ (пустое отверстие)
10 Общий (земля) синхроимпульсов
11 1D1 (идентификатор 1)
12 1DO (идентификатор 0)
13 Строчная развертка (горизонтальная синхронизация)
14 Кадровая развертка (вертикальная синхронизация)
15 Резерв (не используется)
Попытку исправить положение предприняла в 1989 г. ассоциация
VESA (Video Electronics Standards Association), предложившая
свою спецификацию SVGA-режимов (табл. 9 6), которая и получила ши-
рокое распространение
315
Глава 9
Видеорежимы VESA SVGA
Таблица 9 б
Размер экрана Коли- чество биг на pixel Коли- чество цветов Режим VESA(H) Нумерация видоорежимов у фирм-производителей (Н)
Trident Realtek Paradise Oak
640x400 В 256 100 5С 25 5Е —
640x480 В 256 101 5D 28 5F 53
000x000 4 16 102 6В 1F 58 52
В 256 103 5Е 27 5С 54
1024x768 4 16 104 5F 21 50 56
В 256 105 62 28 60 59
1200x1024 4 16 106 63 2А 64 56
В 256 107 64 — — —
320x200 15 32К 10D 7Е — 68 —
16 84К 10Е 7F 36 — —
24 16 6М 10F 6В — — —
640x480 15 _ 32К_ 64К 110 74 — 62 50
16 111 76 ЗВ — —
24 16,вм 112 6С — — —
800x600 15 32К 113 76 — 63 —
16 24 64К 16,ВМ 114 77 зс — —
115 60 — — —
1024x758 15 32К 116 78 —. —. —.
16 64К 117 79 — — —
24 15 _16,0М 32К 118 — — — —
1260x1024 119 — — — —
16 64К 11А — — — —
24 16,ВМ 11В — — — —
Режимы SVGA разрабатывались специально для того, чтобы обеспе
чить сочетание хорошего разрешения с широкой цветовой палитрой что
необходимо для работы с высококачественной графикой
Видеорежимы, применяющие для кодирования цвета 15 или 16 разря
дов, получили название IlighCoior. Использование 15-разрядиого кодиро-
вания образует палитру в 32 Кбайта цветов. Задействование 16-го разряда
позволяет расширить палитру до 64К (Дополнительный бит в этих режимах
316
Видеосистема
отдается зеленому цвету, так как в этой области спектра человеческий глаз на и
более чувствителен). Для, высокоточной цветопередачи созданы режимы с
24-разрядным кодированием, по 8 разрядов на каждую составляющую. Эта rpjii-
па режимов получила название True Color (в переводе — истинный цвет)
Онн могут воспроизвести 16 777 216 нли (как часто пишут) 16.8 Мбайт
цветов. Для режимов с такой широкой цветовой палитрой и хорошим раз
решением требуется большой объем видеопамяти (табл 9 7)
Таблица 9 7
Необходимый объем видеопамяти и зависимости
от разрешающей способности н цветовой палитры
Необходимый объем памяти Размер экрана Количество бит на pixel Количество цветов Рожим VESA(H)
0 25М 640x480 4 16 —
800x800 4 16 102
0 5М 640x480 В 256 101
800x600 В 256 103
1024x766 4 16 104
1 ОМ 640x480 16 64К 111
640x480 24 16.8М 112
800x800 16 64К 114
1024x768 8 256 105
1280x1024 4 16 106
1800x1200 4 16 —
1.5М 800x800 24 16.8М 115
1024x768 18 64К 117
1280x1024 В 256 107
2.0М 1600x1200 В 256 —
2.6М 1024x768 24 16,8М 118
1280x1024 16 64К 11А
4 ОМ 1280x1024 24 168М 11В
1600x1200 16 64К —
б ОМ 1 №0x1200 24 168М —
После установки в разъем SVGA-карта без использования дополни-
тельных программных средств будет поддерживать только VGA-ре-
жимы (см, табл. 9.4). Для задействования SVGA'режимов необходимо
загрузить в компьютер специальные программы-драйверы. Назначение
нх в том чтобы сделать установки во внутренние регистры видеоадапте
317
Глава 9
ра на работу в соответствующем режиме указать использованную для
кодировки цвета разрядность, дать команду контроллеру на формирова
нйе требуемых для данного режима частот кадровой н строчной разверт
кн, загрузить во внутренние регистры контроллера другие параметры,
необходимые для реализации выбранного режима. В комплект поставки
видеоадаптера входят одна илн несколько дискет с драйверами, настраи-
вающими его па работу со спецналмзнроваинымн программными комп-
лексами, требующими от монитора высокого разрешения При покупке
адаптера рекомендуется проверить есть ли на дискетах драйверы для
программных средств, с которыми предполагается работать. На этих дне
кетах часто имеется текстовый файл, содержащий инструкции по их
установке и настройке адаптера, Перед началом работы желательно с ни
ми ознакомиться
9.4. Монитор и здоровье человека
Монитор — одна из важнейших компьютерных составляющих Это
тот инструмент, с помощью которого компьютер ведет диалог с пользова-
телем. Без него он — "вещь р себе”. Вместе с тем н его присутствии есть
и отрицательный момент. В компьютере монитор — основной источник
отрицательных воздействий на здоровье человека. В нем используются
злектромапштиые поля, и естественно, что их воздействие рясиростра*
нястсн за его корпус. В дополнение к этому, монитор •— яркосветящееся
устройство, которое человек часто подолгу и е близкого расстояния рас
сматряваст. Первая группа факторов влияет на состояние всего организ*
ма вторая — иа его зрение.
Монитор является источником следующих излучений
Электрическое поле. Подаваемое иа кинескоп высоковольтное на
пряжение приводит к возникновению электрического ноля, Ойо стано
вится причиной появления статического электрического заряда иа близ
лежащих проводящих предметах, В мониторе он в основном накаплива-
ется на экране кинескопа а с него возможно попадание его на человека
На мониторах старых типов выявить наличие статических зарядов
очень просто. Достаточно поднести руку к экрану. Раздается характер
нос потрескивание и волоски па коже сразу начинают липнуть к стеклу
кинескопа.
Рентгеновское излучение. 1 оперируется в результате соударения
электронов (в цветовых пучках) со слоем люминофора на поверхности
экрана Максимальная энергия излучения определяется анодным ускоря-
ющим напряжением, доходящим в мониторе до 10 кВ
318
Видеосистема
Низкочастотное электромагнитное поле, Электромагнитные по
ля используются для отклонения луча при его перемещении по экрану.
Действие этого поля ие ограничивается объемом монитора, оно выходит
за его пределы
Статическое электричество (хотя оно и не велико), накапливаясь на
теле человека, на пользу ему не идет* одежда с содержанием синтетики
липнет к телу к чему ни притронься — все трещит; возьми в этот мо-
мент в руки элементы памяти и можно вывести их из строя. Это чисто
внешняя сторона, влияние '’статики" на внутренние органы человека ма-
ло исследовано, по оно вряд лн полезно. На экране монитора статиче-
ские заряды притягивают частицы пыли, быстро загрязняющие его. В ре-
зультате снижается четкость изображения, ухудшается цветовая гамма.
Рентгеновское излучение, создаваемое монитором, имеет малую мощ-
ность. Оно столь слабо, что практически полностью поглощается тол-
стым слоем стекла лицевой стенки кинескопа. Уже ла расстоянии
1...2 см от экрана его уровень не отличается от фонового.
Наиболее неблагоприятным из создаваемых монитором воздействий
тля человека является низкочастотное электромагнитное поле. В нашей
жизни источников его немало, н притом значительно более мощных. Одна-
ко, этн источники сильных излучений от человека чаще всего далеко, а от
носнтсльио слабых много и они рядом, Если проводить весь день в помеще
иин, где одновременно работает десяток излучающих устройств в том чис-
ле н мониторы, то их воздействие на человека будет весьма сильным,
Просты и надежны два способа борьбы с электромагнитным излуче
пнем: снижение уровня излучаемой мощности и экранирование — изо
ляция источника излучения прн помощи непроницаемого ограждения
В мониторах современных моделей задействованы оба эти средства
В тот период, когда монитор реботаст и выполняет свое основное на-
значение, он сильнее всего генерирует излучение, Для снижении уровня
излучаемой мощности стал широко применяться режим управляемого
энергопотребления: если в течение устанонленного интервала времени
монитор нс используется, то он переводится в режим пониженного по
требления энергии а в случае продолжения простоя он может быть вооб-
ще отключен.
Установлено, что излучение в основном проникает за пределы корпу
са через заднюю и боковые стенки (прохождению через экран препятст
вует кинескоп). Надежной преградой распространению полей служит да
же тонкий металлический кожух, вмещающий излучающую часть кине
скопа н размещенный нод декоративным пластиковый корпусом. Уста
ковка подобного экрана многократно уменьшает интенсивность излуче-
ний, проникающих наружу.
319
Глава 9
Информацию выводимую на экран монитора, человек воспринимает
глазами, и то, как монитор формирует изображение, очень важно для
них. Побочные явления, сопровождающие процесс вывода на экран, пло
хо влияют на зрение. К ним могут быть отнесены, размытость контура
изображения, неестественная яркость красок (особенно белого цвета),
большая контрастность в цветовых переходах, ’’мерцание” изображения,
’’блики”, искажения на светло-темных переходах (’’тянучки”) и некото-
рые другие. Оин вряд ли наиесут человеку "не совместимые с жизнью"
повреждения, но глаза могут "посадить
Основным средством, позволяющим сохранить зрение, является хо-
роший монитор. Он делает работу на компьютере комфортной Можно
экономить на многом. Пусть будет чуть меньше памяти, менее емкий
винчестер, медленный CD-ROM но монитор должен быть хорошим.
В качестве более простого и дешевого сродства уменьшения отрица»
тельных воздействий иа зрение могут быть использованы защитные экра
иы (фильтры), Оин бывают сетчатые, пленочные, стеклянные. Сетчатые
фильтры увеличивают контрастность изображения и уменьшают блики
Пленочные — поглощают ультрафиолетовое излучение, улучшают конт-
растность. Стеклянные фильтры выпускаются в нескольких моднфнкаци
ях, Простые стеклянные экраны — обычное слегка затененное стекло
Онн снимают статический заряде экрана, повышают контрастность, час»
тнчио поглощают ультрафиолет. Стоит они недорого, но и ждать от них
хорошей защиты ие следует. Фильтры категории ’полная защита" изго
гаилнваются но сложной технологии из нескольких различных слоев спе-
циального стекла. Такие экраны снимают нею статику, значительно сни»
жают низкочастотное магнитное излучение, полностью убирают блики,
улучшают контрастность изображения Их стоимость измеряется десят
ками долларов.
В настоящее «ремя общество достщло то< о уровня развития, когда его
более богатая часть может задуматься о своем здоровье, о той среде, в ко
торой она обитает. Человека стало интересовать качество воды, которую
он пьет; чистота воздуха, которым он дышит; микроклимат в помещениях,
t де он живет и работает, Он начал задумываться о том, как влияет на него
окружающий мир. Например, насколько опасны "работающие на него"
машины и приборы, использующие электромагнитные поля.
Уделяя много внимания вопросам безопасности, человек делает это
весьма-выборочно. В его доме кроме компьютера могут быть микроволно-
вая печь, телевизор, холодильник, радиотелефон, совсем рядом находят
ся мощные электромоторы обслуживающие лифты и др. Но средн этих
вещей особо пристальное внимание привлекает компьютерный монитор.
Про него сказано столько всего нехорошего, что может сложиться впе»
чатление что для здоровья человека опаснее предмета нет
320
Видеосистема
Подход однобокий Вспомним хотя бы о Телевизорах Вот уж, дейст-
вительно, вещь, имеющаяся в каждом доме. В нем тоже есть кинескоп с
высоким напряжением и система отклонения с магнитными полями
Однако вокруг TV никто не замеряет электромагнитное поле нс при-
ставляет счетчик Гейгера к экрану. Хотя, если сделать требуемые заме-
ры (особенно у старых телевизоров, сотвн тысяч которых еще находят-
ся в эксплуатации), можно получить весьма "интересные" цифры, кото
рые будут не лучше, а хуже, чем у мониторов Мотну понятен: ’’катить
бочки на лучшего друга” как-то не с руки. Нельзя ругать уже купленные
вещи и особенно те, которые есть у многих. Никому нс нравится, когда
рассказывают о том, что когда-то и что-то сделано не так Лучше давать
советы на будущее, перед предстоящей покупкой, например Заодно
можно боднуть конкурентов, указав на недостатки их изделий.
Возможен еще один побудительный мотив для жесткой критики (оп-
тимистический) — наконец пришло время, когда потребители получили
возможность предъявлять свои требования производителям. Будем наде-
яться, что это только начало. Настанет черед телевизоров и других това
ров быть столь же тщательно нсследоваинымн с точки зрения их опасно
стн для здоровья человека.
Нельзя запретить эксплуатацию TV и компьютеров только потому,
что они вредны для здоровья человека, но можно попробояать сделать нх
более безопасными. Для этого нужно установить нормативы, регламен-
тирующие допустимые уроним излучении и других отрицательных воз
денстпий, и строго следить за их соблюдением. Чем больше будет этих
норм, чем они будут дотошнее и строже, тем лучше.
.Первыми документами подобного типа стали принятые Шведским На
циоиальным Советом по Измерениям и Тестированию протоколы MPRI
и MPR И, Большую известность получил MPR П, Ои задавал пределы
ншустимых излучений, создаваемых любыми электроприборами и высо
коаольтнымн приводами. Удовлетворяющие его требованиям мониторы
обозначаются — LR (Low Radiation).
I [а смену ему пришел более жесткий норматив ТСО 92 (табл. 9.8)
В нем поднимались вопросы необходимости уменьшения потребляе-
мой мощности, а следовательно, и мощности излучения. Предлагался
двухэтапиын режим снижения расхода энергии в работающем мониторе
Если включенный монитор не эксплуатируется, то но истечении некото-
рого промежутка времени оп автоматически переходит в режим понн
жениого потребления, еще чуть погодя произойдет отключение практн
чески всех его узлов и в этом состоянии ои будет находиться до момента
возобновления работы. Мониторы, реализующие этот режим энергопот-
ребления, получили название ’’зеленых” Кроме этого, в ТСО 92 были за
321
Глава 9
фиксированы требования к приборам с точки зрения их электро и пожа-,
робезопасиости
Таблица 99
Сравнение ограничительных параметров нормативов
MPR II и ТСО 92
Параметры Диапазоны частот излучения MPRII ТСО 92
Магнитное поле (напряженность) 5Гц...2 кГц до 250 нТл до 200 нТп
2 кГц...400 кГц ДР25иТл до 25 нТп
Электромагнитное поле 5 Гц..,2 кГц до 25 В/м (50 см) доЮВ/м (30 см)
2 кГц...400 кГц до 2 5 В/м (80 см) до 1 0 В/м (30 см)
Статический потенциал до +/-800 В до +/—50 В
Следующая версия стандарта — ТСО 95 стала еще более строгой.;
В перечень контролируемых параметров были включены новые xapaR-j
теристики. Теперь подлежат регламентации: ‘’мерцание" экрана, чет*}
кость изображения, отражающая способность, линейность изображе-.}
ннл, распределение яркости и некоторые другие. В нем предъявлялись-
требования и к другим компьютерным компонентам (ианример к кла**
виатуре).
Норматив ТСО-99 формулирует требования к мониторам всех тнпо^
(с ЭЛТ, жидкокристаллическим экраном, экранной матрицей). <
Для мониторов с ЭЛТ зафиксированы требования по четкость изобра^
жения, Для соответствия нм монитор должен обеспечивать параметры!
не хуже: S
• кадровая частота — не менее 85 Гц, желательно 100 Гц J
• режимы отображения (строчные) с разрешением не менее I
♦ для 14 ’ и 15 — 800x600
♦ для 17" — 1024x768,
* для 19 и 2Г — 1280x1024 )
Устанавливаются уровни потребления в энергосберегающих режй*‘
мах — 15 и 5 Вт.
Для обеспечения четкости изображения рекомендуется иметь на мо
ниторе регулировки:
« яркости равномерности яркости по всей площади экрана,
• контрастность
322
Видеосистема
• размеров изображения н его смещения по горизонтали и вертикали,
• устранения ’’подушки , ’’трапеции” ’’параллелограмма”;
• вращения,
• устранения ’муара”
• исправления геометрии углов
• насыщенности цвета ( цветовой температуры ) и равномерности
цвета;
• фокусировки,
предоставления возможности возвращения к заводским настройкам
(настройкам "по умолчанию")
Степень воздействия работы за монитором на здоровье конкретного
человека определить трудно. Она зависит от многих факторов: силы ор
ганнзма этого человека, состояния его здоровья, продолжительности ра«
боты перед экраном, условии, в которых она происходит, качества монн
тора и многого другого. Одни может проработать час-другой и почувство-
вать себя разбитым, другой будет сутками "сидеть в Internet” и... ничего
Индивидуальные рекомендации давать очень сложно ио одну общую
можно предложить: не следует долго испытывать свои организм иа проч
ность, чтобы в один прекрасный момент пе обнаружить, что буквы при
чтении стали не такими четкими, как раньше, и страницу хочется подне-
сти к глазам поближе
Каким бы хорошим ин был монитор, но время работы перед ним дол
ж но быть ограничено для всех, а особенно для детей. Для взрослых это
два-четыре часа в день (в зависимости от самочувствия), а детям — час
полтора от силы
9.5. 30-видеосистема и ее работа
Для того чтобы определить — в каком направлении пойдет развитие
техники, нужно выявить побуждающий мотив Потребность рождает
предложение.
Рассмотрим в этом ключе видеосистему компьютера, оставив в сторо-
не процессоры, винчестеры, платы, память н пр. Попробуем прики-
нуть — в какой из областей его применения к качеству вывода изображе
имя предъявляются наиболее жесткие требования.
Вычисления? — Нет! В процессе счета монитор — не самое важ
ное. Нужен хороший процессор, а результаты можно вывести даже на
черно-белый экран
323
Глава 9
Офисные приложения? — Нет* Для них практически всегда хвата
ет имеющихся возможностей. Если есть деньги на большее. — прекрасно
если — нет. то придется работать на старом оборудовании. Еще ни одна
контора «с закрылась из-за того, что в «ей не было нового компьютера.
Internet и другие сети? — Опять hctJ Тут важен модем, линии
связи, объем ОЗУ. наличие свободного места надиске, а монитор подой
дет самый обычный,
ИГРЫ HI •— Вот что движет развитием компьютерной видеотехники,
да и. пожалуй. всей отрасли в делом. И не просто движет, а гонит в нуж-
ную сторону. Сто программистов не создадут такого напора на начальст-
во. как одно чадо, насевшее «а папу е мамой и требующее новый комнью
тер
Компьютер стал окном в фантастический, сказочный мир. От него
ждут. что он сделает его “жнкон** реальностью. Для “оживления" сказки
нужна качествеинаи. динамическая графика, а она. в свою очередь, не
возможна без специальных аппаратных средств.
Разработчики программных средств и аппаратуры всегда *щдц на
встречу пожеланиям широких масс**. На начальном этане экран иеполь-
юнален для строчного вывода информации (работа “под DOS**) Затем
пользователем предоставили возможность построить на экране таблицу
("Нортон** и другие простейшие оболочки).
Появление режимов VGA. л затем и SVGA позволило создать на эк-
paiic рисунок приличного качества. Однако этого для создания объемно
го изображения мало. Еще требовались аппаратные инструменты, в осно-
ву которых должны быть положены иные принципы работы. Появились
видеоустройства, способные создавать трехмерные модели предметов н
проецировать их на плоскость. — графические ЗВ-контроллсрьь
I рлфнческнй контроллер решает задачу создания на экране монитора
образа, воспринимаемого “обч.смпым’*, н его “оживления** (изображает
движение).
Существуют приемы, которые помогают человеку на основании види-
мой плоской картинки создать « своем воображения объемный образ. Их
используют в живописном творчестве художники, можно применять их н
н компьютерной графике. Воспроизводятся эффекты:
• удаленные предметы кажутся по размеру меньше, чем близлежащие.
• с удалением от смотрящего контуры предметов становятся рас
илынчатыми. цвета — менее яркими:
• освещение создает теин: их размер, положение, интенсивность за
висят от вида источника освещения, его местоположения
Существуют и другие приемы Чем больше их применено тем реали
ствчнее изображение
324
Видеосистема
После того как объемный образ создан, требуется его оживление
На вооружение берутся приемы мультипликации. Смысл их в следую-
щем. Ьсли человек видит в секунду 24 и более кадров, последовательно
отображающих изменение положения предмета, то воображение воспри-
нимает его как движущийся. При создании ’’мультика” последователь-
ность кадров строит художник в компьютере эта задача возложена на
графический контроллер
Работой графического ЗЭ-контроллсра управляет специальная про-
грамма. Она хранит описание всего ”мнра” который будет отображаться
на экране монитора. Эта программа, в своем роде. — ”ноев ковчег”.
’Жить” в отображаемом на экране "мире" смогут только тс персонажи и
предметы, сведения о которых она имеет
Например, программа-игра содержит набор образов (исходных моле-
лен) всех действующих персонажен: описание всех ’’декораций”, в кото-
рых разворачиваются события; имеет сценарий; подробно описывающий
нее возможные варианты развития событий и многое другое Располагая
этой информацией, руководствуясь сценарием и указаниями игреющего.
ЗР-контроллер будет показывать, как действующий персонаж...(рыцарь.
спецназовец, инопланетянин...) бродит по...(подземельям, лесам, горам...),
как на пего нападают...(злодеи, драконы, нечистая сила...) н как он их ли-
хо истребляет...(лазерамн. дубиной, нз автомата...). ЗВ-п|юграымы могут
.меняться, но принцип работы коит|Юллера останется одним и тем же
Для плоского представления на экране объемного объекта (илн объ-
ектов) принята следукнцан схема видения. Изображаемый предмет поме
щастся в систему координат X — горизонталь, Y — вертикаль Z — глу
бппа изображения. Экран находится в плоскости XY. Ои является ок-
ном, через которое мы смотрим на "компьютерный мир”. Экран организо-
ван в виде матрицы точек. Через каждую экранную точку проходит луч.
Площадка или пятно, выевеченпы нм, отображаются па экране в этой
точке. Расстояние.но лучу от экрана (т.е. от плоскости XY) до высвечен-
ной точки составляет ее координату Z. Все, что находится дальше — не
видимо, так как закрывается объектом, на который попал луч.
Для создания кадра изображения и организации его вывода на экран
Используется метод двойной буферизации (Double Buffering)
В памяти видеоконтроллера выделяются две области — экранные буфе-
ры. Функционально они равноценны. На одни из них возлагаете;! задача
вывода изображения на экран. В системе он становится передним
(Front buffer, первичным, первым). Другой буфер используется для
подготовки изображения н называется задним (Back buffer, вторич-
ным, вторым)
Алгоритм работы системы ЗО-графикн можно описать следующей
упрощенной схемой В переднем буфере готовится кадр изображения.
325
Глава 9
Отсюда происходит его вывод на экран Во втором буфере в этот мо-
мент готовится следующий кадр После завершения вывода иа экран
содержимого первого буфера, в определенный момент происходит пе
реключение буферов. Вывод следующего кадра пойдет из второго
принявшего на себя функции первого. Бывший первый, став вторым
займется подготовкой третьего кадра. Чередуясь они будут делать од
но дело
Для создания трехмерного изображения ЗЭ-контроллеру нужна еще
одна рабочая область. В процессе работы ему постоянно приходится
определять — какой из изображаемых объектов ближе к наблюдателю,
какие нх плоскости видимые, а канне нет? Для решения этой задачи
применен метод Z-буферизации. В третьей рабочей области, получив
шей название Z-буфера. хранятся Z-коорднпаты выводимых объектов
Луч. проходя через экранную точку, понадает иа объект. Он считается
видимым. Координата Z высвеченной точки сохраняется и одноимен
ном буфере. Все. что лежит по лучу даяынс. считается закрытым и ие*
доступным пзгляду.
Размер всех трех упомянутых буферов существенно влияет иа каче-
ство изображения. Передний и Задний буферы должны иметь возмож-
ность хранить снедения обо всех точках экрана в режиме с наибольшим
разрешением н макси мальвой цветовой палитрой. Например, в режиме
1024x768 при Ю-разридной цветовой палитре для размещения одного
кадра необходимо — 1024x768x2 бант ® 1 573 864 байт. Требуемый раз
мер буфера — 2 Мбайта, Прн 24«разрядиой цветовой палитре нужно
1024x768x3 байт = 2 359 296 бант. Размер буфера — 4 Мбайта (в
2 Мбайта ие вписываемся следовательно, запрашивается удвоенный
объем). Часто в графических системах используется 32-разрядное ко-
дирование Оно применяется нс для расширения цветовой палитры
(16 Мбайт оттсикоп более чем достаточно). Пакет из 32 бит удобнее для
ведения передачи по 32-разрядиой шипе данных н последующей работы с
ним, В 32-разрядном коде иа описание опорных инетов отводятся те же
24 разряда (8 + 8 + 8). остальные 8 нс задействуются. При 32-разрядном
кодировании нужно 1024x768x4 байт = 3 145 728 байт. Размер буфе-
ра — 4 Мбайта, Всего для размещения в видеопамяти трех буферов тре
буетеш в нервом случае 6, а во«втором и третьем — 12 Мбайт.
Роль Z-буфера ис менее важна, От него зависит точность построения
изображения "в глубину”, реальность перспективы рисунка. Для сохране
ния Z-координаты каждой экранной точки.отводится 2—3 байта, В неко
торых случаях кодирование, как и в других буферах, бывает 4-байтиым.
Уточнили круг решаемых задач н набор необходимых инструментов
Теперь рассмотрим рабочий процесс
326
Видеосистема
Последовательность шагов по созданию изображения (кадра, рас-
тра) часто называют конвейером (pipeline) Его можно разделить
на два этапа
1. Работа с моделью. Создание каркасной модели, выполнение транс
формаций, определение видимых частей объектов, учет освещенности от
всех источников определение области теней, построение плоского изоб-
ражения
2 Создание экранного кадра (растра). Текстурирование, организация
перспективного видения; формирование окончательного вида взображе
ння, устранение неточностей построения, введение специальных визуа
льных эффектов.
ПЕРВЫЙ ЭТАП. По заданным координатам в системе осей устанав
лнваются узловые точки изображаемых объектов В соответствии с мате
магическими описаниями проводятся линии, соединяющие эти точки
В пространстве образуется каркасная модель объекта Поверхность
объекта представляется в виде простевших плоскостей — треугольни-
ков. Ола становится "грапенай . Операция называется — тисселяция
(tesselation) На данном этале описание модели представляет собой опре-
деленным образом организованное множество трс.чмерных координат уг-
лов треугольников
Следующим шагом в соответствии с динамикой движения объекта
просчитывается изменение формы каркасной модели — выполняется
трансформация (transformation).
Определяются наружные (видимые) поверхности изображаемого объ
екта Задача решается прн помощи Z-буфера, хранящего координаты
всех видимых точек. Если в процессе расчета оказывается, что коорднна
та обрабатываемой точки больше имеющейся, то контроллер делает вы-
вод,-что она невидима, и сведения о ней нс сохраняются, Если вычислен
пая координата меньше, то это значит, что она принадлежит объекту за-
крывающему старую точку, н сохраняется уже новая координата,
Исходя нз местоположения источников света и их яркости рассчиты-
вается направление и интенсивность световых потоков
По одному нз алгоритмов определяется область затенения. Фактор
теней и изменения окраски под воздействием освещения очень важен,
Наличие теней сильнейшим образов влияет на восприятие человека и по-
могает создать в его воображении на основе плоской картинки объемное
представление об увиденном
Для построения области тени предметов и отражения степени влия-
ния освещения иа окраску объектов применяется несколько специаль-
ных средств. В простых случаях применяется метод fiat shading. Резу-
льтат достигается достаточно грубый но быстро На одной плоскости
327
Глава 9
оказываются отчетливо видимые участки с разной интенсивностью тене-
образоваиня (блочное затенение).
Когда требуется качественная прорисовка, то применяется затенение
по методу Гуро (Gouraud Shadihg), С его помощью достигается плавный
переход цвета между участками с разной степенью затененности Иногда
используется затенение по методу Фонга (Fhong Shadihg).
Трехмерный объект проецируется на плоскость XY Совокупность
трехмерных координат заменяется на совокупность двухмерных
Плоское изображение каркасной модели сеть, Теперь его нужно при
вести в тот вид. в котором оно будет выведено иа экран. Начинается
ВТОРОЙ ЭТАП, когда выполняется прорисовка каждого экранного би-
та — рендеринг (rendering)
• изображение окрашивается;
• устраняются искажения изображения,
• для придания изображению более реалистичного вида добавляются
некоторые визуальные эффекты.
Предположим. что построена модель кирпичного долга. Теперь нуж-
но представить ее в цвете. Можно побит но прорисовывать каждый
кирпичик, а можно использовать заранее подготовленный образец по*
крытия — текстуру (texture) и налагать се па псе поверхности моде
ли, требующие однотипной окраски Текстуру еще часто отзывают обо-
ями. заливкой.
Набор текстур храпи гея п памяти Для них (в пополнение к трем,
уже имеющимся буферам) требуется отдельное место в памяти — об-
ласть хранении текстур. В пашем случае контроллер берет *'обон
под кирпич” и использует их для окрашивания поверхностей стен в мо-
дели дома
Любые обои образуются из иовторякнпн.чсн рисунков По такому
же примату построены и текстуры. Образующий элемент текстуры
имеет название тнкседь (tcxel — texture cietnetit), он же — тек-
стурный пиксель, точка изображения. Следует обратить внимание, что
экранный пиксель (нлн просто пиксель) и текстурный пиксель ие одно
н то же. Пиксель — это просто точка, минимальный элемент экранной
площади. Текстурный пиксель — рисунок, повторяющаяся часть изоб
ражспия, которая про необходимости может быть контроллером укруп;
иена или уменьшена,
В процессе текстурирования (texture mapping) — при наложе-
нии текстуры иа поверхности модели, происходит тиражирование тнксе-
леи, Окрашиваемая поверхность фактически "заклеивается'' одинаковы-
ми кусочянмн обоев
328
Видеосистема
После "геометрического построения объектов и нх окраски в изобра-
жении появляются нарушения пропорций и искажения формы
В структуру графического ЗЭ-контроллера заложены средства устра-
нения этих неточностей (некоторые из них реализованы аппаратно). Чем
большим количеством таких возможностей располагает контроллер, тем
выше качество создаваемого-им изображения,
Прн работе с динамическим изображением, а практически все игры
связаны с движением, процесс текстурирования значительно усложеняет
ся. Вблизи детали выглядят четче и крупнее, удаляясь, онн уменьшаются,
и контур нх становится расплывчатым. В этом случае применяются неско-
лько иной алгоритм' наложения текстур и методика нх хранения в памя
ти — MIP-Mapping. Текстуру можно условно приравнять к фотографи-
ческому кадру, С него можно напечатать фотографии 6 см х 9 см, а можно
10 см х 15 см и лр Комплект этих "фотографий” хранится в памяти. На
бор текстур одного вида получил название — М1Р-каскад Для выполне-
ния заливки контроллер выбирает ту которая по масштабу более всего
подходит для данного размера объекта
Иногда требуется создать текстуру промежуточного размера. Выиол
нястси перспективна» коррекция текстур (Perspective Corrected Тех
hire Mapping). Коэффициент масштабирования определяется исходя из
изменения координаты Z,
На понерхности объектов всегда существуют линии, по которым гра
ничат текстуры одного вида, но прорисованные в разном масштабе, —
‘швы’’ (погрешности переходов). Для устранения этих погрешностей нс
пользуется механизм фильтрации, когда методами интерполяции в опре-
деленных участках формируются промежуточные виды текстур,
В простейших случаях для устранения ’’швов" используется метод
билинейной фильтрации (bi-linear tillering), прн котором цвет про
межуточной точки определяется как среднее значение оттенков четы
рох соседних точек, В некоторых случаях (прн создании высококачест-
венного изображения) используется более сложна» трилинейная фи-
льтрация (tri-lincar fillcring), Возможна ситуация, когда на экране
предмет должен быть изображен с явным искажением формы илн про-
порций, Например, человек смотрят вдоль коридора; уже на расстоя
ним 10... 15 м от смотрящего линии пересечения стены с потолком н по-
лом явно кажутся сходящимися, а сама стена уже не кажется прямо
/гольной, В этом случае используется анизотропная фильтрация
(anisolropic tillering).
Существует еще один вид погрешностей, которые сразу бросаются в
глаза и сильно портят впечатление от рисунка. Речь идет о зазубренно
сти наклонных линий. На экране прямые линии рисуются из точек (пусть
329
Глава 9
и мелких) н в этом случае неизбежно возникновение по краям линии ‘пи-
лы", Этот дефект имеет название алиасинг (aliasing), способы устране
ння, соответственно, — антиалиасинг (anti-aliasing). Метод борьбы с
этим явлением заключается в усреднении по тому или иному алгоритму
цвета точек линии н соседних граней. Выполняется краевой (edge ап
ti-aliasing), или полный (Full Anti-aliasing) антиалиасинг
Есть группа эффектов, которые часто приходятся воспроизводить —
плохая видимость, искажение видимости прозрачность.
Представим себе’
"jMtr.ro, .цело по осей земле, но все пределы
Свепа еорела па столе, свечи горела ..."
(Б.Пастернак)
Есть горящая на столе ьвс»ы, сеть метель за окном Как это отобра
знть на экране?
С точки зрения ЗО-пидсйия складывается Необычная ентуивя, Коор
дината Z стекла меньше, чем у находящейся на столе свечи. Оно се за-
крывает. но свеча все равно видна; менее отчетливо, ио видна,
Для носяронзнсдсння подобных эффектов иа экране в структуру ви-
дения введено понятие прозрачности (transparency) переднего и зад
него планов. В описание экранной точки к уже имеющимся трем пара-
метрам (инета красный, зеленый синий) добавляется еще один — ко-
эффициент прозрачности Альфа (Alpha), Для него обычно отво
ди тс я столько ?кс разрядов, сколько использовано для описания одного
цвета. Следовательно, в видеопамяти должно быть найдено место для
размещения Alpha-буфера, Это еще одна — мятая область в дополне-
ние к уже имеющимся двум экранным буферам, Z-буферу н области
текстур, (Память, память, память — вот что требуется для хорошего
обьемкш-о изображения.)
Эффект плохой нндимости, прозрачности достигается за счет приме-
нения алгоритма Alpha Blending. Изображение формируется методом
смешения изображения (текстур) переднего (в наших примерах это ли-
вень, песчаный вихрь, снежная поземка, стекло в окне) и заднего планов
(объекты вдали или за стеклом). Пропорции при смешении определяют
ся исходя из коэффициента прозрачности
Построив модель, сделав "заливк/' и устранив искажения, <рафиче
скнй контроллер нс считает спою работу законченной. Ои как истинный
маэстро, перед тем как представить свою работу на суд зрителей, должен
устранить некоторые шероховатости В дело чертежников о« вносит эле-
мент художественного искусства. Следует добавить некоторые нюансы
усиливающие чувство реальности происходящего.
330
Видеосистема
С удалением объекта от наблюдателя уменьшается интенсивностьего
освещения, теряется четкость контура, он как бы покрывается дымкой и
постепенно растворяется в тумане (log)
Для воспроизведения этого эффекта реализуется специальный алго-
ритм затуманивания (logging). Средн цветных пикселей изображения
размещаются сероватые точки цвета тумана, и чем дальше изображав
ыын предмет от наблюдателя, тем их больше. Изображение как бы слег*
ка присыпается пылью
Последний мазок нанесен и кадр изображения готов. Добротно еде
лаиная ЗЭ-картинка иа экране хорошего монитора выглядит очень эдоро
во В настоящее время далеко не все ЗЭ-коитроллеры пособны реалнзо
вывать упомянутые эффекты, но развитие техники идет в этом напраале
нии. К сожалению, пока нс удалось соединить приятное с полезным.
Объемное изображение пока нс нашло применения в серьезном програм-
мном обеспечении (например, в операционных системах) На еегодняш
ним день t'.i’i есть только в играх
Придет время, в компьютерных технологиях будет сделан следующий
шаг, появятся новые эффекты. Вполне возможно, что наступит день, ког
да в компьютерных путешествиях удастся почунствовать запах тропнче
ского леса, я на лшю упадут брызги морского прибоя Пройдет еще не-
много времени и в одной из версий Windows 2... илн OS/2... разгорячен
пые лица пол^ователей будут охлаждать холодные ветры Арктики
9.6. AGP-шина
Для работы с трехмерной графикой требуется большой объем видео-
памяти. В пен необходимо разместить видеобуферы, Z буфер, текстуры.
Возможен вариант построения системы, когда не вся память размещает
св на контроллере. На нем содержится только часть (от 4...8 Мбайт у пер
вых моделей и до (28 Мбайт у современных), а весь остальной объем нахо-
дится в специально отведенной области оперативной памяти компьютера.
В качестве решения, реализующего данную схему, фирма Intel пред
дожила Accelerated Graphics Port (AGP) — архитектуру ускоренно
го графического порта (его еще часто называют AGP-каналом нлн
AGP-шиной).
Напрямую AGPuropr не решает задачу повышения производительно
сти системы. Его задача — освободить МП от необходимости управлять
работой видеоконтроллера. Если в освободившееся время он сможет сде-
лать что*ннбудь еще, то производительность возрастет
В ОЗУ для нужд AGP-устройства выделяется специальный участок
получивший название "AGP-память” (или AGP-область) Устройству
331
Глава 9
Рис 9 I Схема AGP канала
подключенному к AGP-порту, предоставляется отдельный канал доступа
к этой памяти (минуя РСЬшниу), В результате память» используемая гра
фическнм контроллером, складывается из двух частей: собственной ви-
деопамяти (локальной) и области "AGP памяти", находящейся в ОЗУ
(рис. 9.1)
Канал AGP 1.0 (отвечающий требованиям регламентирующих прото-
колов версии 1.0) имеет 32-ризрядную щинудаппых, тактирующая часто-
та равна 66 МГн (или 66.6). на подключаемые устройства подается нита-,
ющее напряжение 3,3 В. При работе е базовой скоростью (его часто обо-,
зипчают "IXй) по линии за один такт передается I бит данных. Вее биты
на 32 линиях Составляют '(-байтный блок. Пропускная Способность в
этом режиме составляет:
66 600 (XX) 1 и х 4 байта = 266 000 000 баит/с
В большинстве источников такую производительность указывают как
равную 266 Мбайт/с. Исли быть точным, то в мегабайтах это составляет
253»7 (uct;ii, 1 Мбайт равен 1 048 576 байтам). Чтобы не вызывать разно-
чтений» будем использовать в дальнейшем менее правильные, ио боле?
распространенные значения.
Режим "2х” позволяет вести передачу ео скоростью 2 блока за такт,
что увеличивает производительность до 532 Мбайт/с
В процессе передачи возможны два способа обращения к памяти.
Пакетный режим (Pipelining или PIPE). Данные и адреса мульти-,
нлекенрованы (такой прием использован в PCi-шнне). Сначала иа линии
AD выдается пакет адресов (до 256). и затем соответствующие данные
Режим SBA (SideBand Addressing — его часто называют “адреса
Нией по боковой полосе**). Во время передачи по линиям AD текущего па
кета данных адреса следующего пакета подаются по линиям SBA. имею
щимся в составе AGP-канала. Происходит демультиплексирование Ши
332
иы, Как только первый пакет будет передан, без задержки может быть
начата передача следующего,
Работать с системной памятью AGP устройство может в двух ре-
жимах. .
Первый режим. Direct Memory Execute (DIME), или просто Exe-
cute — непосредственное выполнение в памяти Поддерживается не все
ми контроллерами
Для адресации памяти графический процессор использует 32-разряд-
ный адрес. Реально доступное пространство складывается нз двух участ-
ков: собственной (локальной) памяти, находящейся на плате адаптера, и
области в системном ОЗУ. Оба онн для графического процессора равно
донны Размер участка в ОЗУ задается через программу Setup. Ои иазы
вается AGP-апертурон илн AGP-памятыо.
/Un того чтобы центральный процессор мог принять участие в подго
точке изображения данные нз AGP памяти переписываются в область сн
стойкого ОЗУ (соответственно, приходится выполнять и обратную one
рацию). Для этих целей используется так называемая GART-таблица
(Graphic Address Remapping Table).
Второй режим — DMA. Для обмена между системным ОЗУ и видео-
памятью контроллера используется механизм прямого доступа к памяти
Режим более стары» и поддерживается всеми контроллерами
Экранные буферы размещаются л памяти контроллера. Системная па-
мять используется для хранения текстур и ее роль второстепенна. Перед
использованием текстуры переписываются в память карты
Па некоторых системных платах, имеющих интегрированный графи-
ческий контроллер, применяется схема с единой, унифицированной об-
ластью видеопамяти (UMA — Unified Memory Architecture). В этом слу
чае оба рабочих пространства (иидеопамять и AGP-область) размещают
ся в базовой оперативной памяти (ОЗУ).
Вести передачу по AGP-каналу может несколько устройств, 1рафнче
скин (3D) процессор. цент|>альный процессор, размещенные на графике
ском адаптере блоки (TV-тюнер, схемы ввода видеоинформации н др.), не
которые устройства, подключенные к РСЬшние. Между этими устройства-
ми организована структура приоритетов (отдельная для ввода и вывода)
Устройства с "высоким" приоритетом обслуживаются в первую очередь
В начале 1998 г Intel подставила пользователям следующую версию
порта — AGP 2 О Он использует более производительный режим пере
дачи — "4х", обеспечивающий пропускную способность порта
1064 Мбайт/с. Питающее напряжение снижено до 1,5 В Реализован ме-
ханизм '‘быстрой записи” (FW — Fast Write). До появления этого режи-
ма передача данных на контроллер велась по следующей схеме: сначала
МП заносит данные в ОЗУ, а затем контроллер нх оттуда считывает
333
Глава 9
В режиме TW процессор напрямую (минуя ОЗУ) заносит данные в лока-
льную память Передача по шине ведется со скоростью 2х нлн 4х
Существует еще одна версия канала — AGP Pro. Ее основное отли-
чие от предшествующих модификации в том, что в ней предусматривает-
ся очень высокий уровень потребления энергии контроллером (до
100 Вт), Естественно, что в этом случае адаптер очень сильно греется
По правилам эксплуатации карты для размещения радиатора или венти-
ляторе слева от контроллера должно быть оставлено свободное про-
странство (в два ближайших PCI-разъема нельзя ничего устанавливать).
В большинстве случаев AGP-кон гроллер изготавливается в виде отде
льной платы, устанавливаемой в разъем. Платы адаптеров, соответству-
ющих нормативам версий 1.0 или 2.0 внешне похожи, но имеют неоди-
наковые установочные разъемы. В них различное количество ключевых
прорезей (рис. 9.2, а). Соответственно и и установочных ппнеляхдля них
по-разному размещены ключевые вставки (рнс. 9.2, б). Такое их располо-
жение позволяет установить адаптер версии 2.0 в панель I 0, >го ие нао-
борот те. соблюдается правило совместимости сверху вниз,
На большинстве современных системных плат используется универ
сальный рааъем — AGP universal connector (рис. 9,2, в) В *том случае
нозможна установка контроллеров как 1.0, так и 2.0,
Панели для контроллеров AGP Pro имеют икон внешний вид
(рис. 9 2, <•), Центральная его часть — универсальный, илн AGP 2.0
разъем. К пей добавляется еще одна нлн две установочные секции, содер-
жащие липни подачи питающего напряжении +12 В н дополнительной
мощности но уровню +3,3 В. В случае, когда разъем AGP Pro нспользу
AGP io
AGP 2 0
AGP 10
AGP 2 0
AGP Universal
KpeSnfWW
Pud 9 2 Разьемы и установочные панели AGP
334
Видеосистема
ется для установки обычных AGP карт, в дополнительные секции дол
жны быть вставлены заглушки.
Некоторые чипсеты содержат графический контроллер. Системные
платы на нх основе изготавливаются в двух вариантах исполнения;
• встроенный видеоконтроллер отключить нельзя, ЛСРразьема на
плате нет:
• внутренний видеоконтроллер допускает отключение имеется
AGP-разъем для установки внешнего контроллера.
Выпускаются модификации системных плат со встроенным контрол
лером, на которых предусмотрена установка в AGP-разъем специального
модуля памяти (AIMM — AGP Intel Memory Module). Места на плате
всегда ие хватает, объем размещаемой на иен видеопамяти невелик н
возможность ее увеличения представляется очень ценной
Со временем проявились необычные AGP-устройства. Разработчики
придумали новое применение для пустующих AGP разъемов. Они сиро
ектнровалн специальные адаптеры, организующие цифровой интерфейс
для графического контроллера, интегрированного на системную плату
(обычно ом имеет аналоговый интерфейс).
Компания nViDtA называет данную схему DDP (Digital Display Port)
иногда используется термин AGP add-in. Средства ее поддержки зало
жены с структуру наборов nForcc. Подобную возможность предусмотрев
ла и Intel в своем наборе J845G В ее исполнении технология получила
название ADD (Advanced Digital Display), Дополнительно на плате адап-
тера могут находиться схемы формирования аналогового TV выхода
Появление устройств подобного типа может оказаться очень полез
иым для пользователей, Теперь для того, чтобы подключить к компью-
теру монитор с цифровым интерфейсом, не потребуется дополнительно
покупать AGP-карту и отключать для этого имеющийся на плате видео-
контроллер, Достаточно купить более дешевый адаптер с цифровым вн-
деовыходом.
Еще появились устройства, которые смело можно отнести к катсю
рни “экзотических", Японская компания Kurouto Shfkou разработала пе-
реходник. позволяющий установить AGP-контроллер в PCI-разъем. Конт
роллер-переходник имеет установочный универсальный PCI-разъем. а
сверху на нем размещен AGP-слот. Адаптер AGP со снятым крепежным
кронштейном вставляется в переходник, разъем для подключения интер-
фейсного кабеля монитора закрепляется в крепежный кронштейн пере
ходинка. После этого собранная конструкция вставляется в РСЬразъем,
Ситуация, в которой может быть реализована подобная схема подклю
чения, представляется с большим трудом. Возможно, разработчики хоте-
ли помочь пользователям, у которых имеется в наличии системная плата
335
Глава 9
без AGP-порта и AGP-адаптер. Все преимущества механизма AGP при та-
ком варианте подключения адаптера тераются. Кроме этого, вопрос элек
трической совместимости подключаемых устройств остается открытым
Риск — что-нибудь может ’’сгореть”, принимает па себя пользователь.
Стандарт AGP 3.0 предусматривает две скорости передачи: ”4х’’ и
8х’, обеспечивающие пропускную-способность тины 106'1 Мбайт/с и
2128 Мбайт/с
В механизм работы шины внесены существенные изменения
• Отменено разделение иа устройство с высоким" и "низким" уров
пом приоритета доступа, Теперь он одинаковый у всех
• Отменен режим передачи Pipelining. Применяется только SBA
• Передаваться могут пакеты размером ие более 64 байт
• Дли скорости ’’8х" воден режим изохронной передачи
В компьютерной системе к AGP-шине может обращаться несколько
устройств (центральный процессор, графический процессор и некоторые
другие). Практически всегда, кроме моментов пиковых нагрузок, пропу
скнон способности AGP-иорта хватало па всех, Иногда случалось, что
устройство с ’’высоким" приоритетом начинало передавать большой пакет
данных. Шипа при атом "наглухо” блокировалось. Кому-то приходилось
ждать. Для появившихся устройств пиодд (захвата) видеоинформации та
кая ситуация недопустима. Задержка может привести к потере данных,
т к прием идет в режиме реального нремени, С целью предотвращения
подобных ситуаций в канале AGP 3.0 введен режим изохронной передачи.
Организован следующий механизм обмена. В течение секунды (с фикси-
рованной периодичностью) шипа выполняет определенное количество
циклов передачи. Размер передаваемых пакетов теперь ограничен (пе бо
лее 64 бант). Запросы на передачу от различных устройств выстраивают
ся и общую очередь (приоритетов пот), Первое устройство, переслав одни
пакет, освобождает канал, и начинает работать следующий передатчик
Сиона в свое распоряжение канал первое устройство получит только по-
сле того, как передадут но одному пакету все абоненты, стоящие в очере
дц, Фактически организуется механизм, когда пропускная способность
распределяется между всеми передатчиками. Пропускная способность
достигается ие самая большая, ио в равной мере доступная всем.
Для системы AGP 3,0 предусмотрено питающее напряжение 08В
Рабочий механизм шипы имеет идентификационный механизм, опреде
ляющнй тип подключенного адаптера. Задействованы ранее ие использо-
вавшиеся линии порта АЗ и Al 1. На них выведена специальная контроль-
ная цепь, которая оказывается замкнутой только в том случае, когда ви
деопорт и графический контроллер соответствуют стандарту AGP 3.0.
336
Видеосистема
Прн разработке новом модификации порта большое значение прида-
валось его совместимости с ранее выпущенными адаптерами. Разработа-
ны две спецификации, регламентирующие подключение устройств типов,
соответствующих стандартам 2 0 н 1 О, — "Universal 1.5V AGP 30 и
Universal AGP 3 О1*,
Universal 1.5V AGP 3 0. В качестве установочного разъема использу-
ется обычная “1,5-волътовая" панель (ключевой выступ вместо пар кон-
тактов 42—45). На разъем подаются напряжения 1,5 и 0,8 В
Прн подключении устройства класса 2 0 схемы идентификации уста
навливают, что адаптер ’’старый" и канал начнет работу в режимах AGP
2.0 (1 х. 2х, 4х). Адаптеры AGP I 0 (’‘Трехвольтовые") использовать в дан-
ной системе нельзя, •
Universal AGP 3,0 В качестве установочного разъема используется
универсальная" панель (без ключевых выступов). На разъем подаются
напряжения 3,3, 1,5 и 0,8 В Возможно подключение AGP адаптеров всех
типов (версии 1.0, 2.0, и 3.0)
Вполне возможно, что AGP 3.0 окажется последней версией паралле
лыюго видеоканала, ’’Автор** (Intel) ведет речь о переходе на последова-
тельный формат передачи данных. Кроме этого, на подходе шина РС1-Ех-
press, В числе прочего она может быть использована для подключения
графических адаптеров
9.7. ЗО-видеоконтроллеры
Задача первых видеоконтроллеров была относительно несложной, От
них требовалось преобразование цифровой информации из видеопамяти
в аналоговый сигнал, предназначенный для подачи на монитор, Управлял
работой контроллера и загружал информацию в видеопамять централь-
ный процессор
Первоначально возможностей МП хватало и на решение собственных
задач, и иа обслуживание видеоконтроллера, Проблемы появились по-
зже, когда повысилось разрешение я возросла кадровая частота. Нагруз-
ка на процессор увеличилась, На выполнение -’прямых обязанностей’1 вре-
мени у него оставалось все меньше и меньше, "Жизнь" п|Юцессора понро
бовалк облегчить, Видеоконтроллеру ’‘дали’1 аппаратные средства, позво-
ляющие выполнять некоторые часто встречающиеся операции, Устройст-
ва подобного типа получили название акселераторы — ускорители
Наибольшую известность получили aKceaepaTopu-Windows (по-
дразумевается Windows 3 *), Есть группа специфических Windows-one
раций, их ускоренное исполнение и должны былн обеспечить акселера-
торы Они приняли иа себя поддержку курсора ’’мыши" прорисовку
337
Глава 9
окон гашение неиспользуемой части экрана и некоторые другие При ра-
боте в Windows достигался рост производительности системы Во всех
остальных случаях акселератор работал как обычный SVGA-контроллер
Делать на компьютере серьезное дело — это конечно очень хорошо
но многие были бы не против на нем еще и поиграть И при этом желатель-
но, чтобы персонажи на экране были как "живые", чтобы они реалистично
двигались, были естественно окрашены. Тут начались трудности, Вывод
на экран даже готовых картинок приемлемого качества с частотой 40-50
раз в секунду забирал практически весь вычислительный ресурс централь-
ного процессора. Мало того, чуть побольше разрешение, чуть повыше час-
тота кадров, н производительности системы переставало хватать Движе-
ние на экране замедлялось или вообще становилось прерывистым
Для разрешения возникшей проблемы потребовались радикальные
меры Структура видеосистемы была изменена. Появились видеоустрой-
ства, обеспечивающие создание и вывод на экран объемного (илн 3D)
изображения.
В процессе изложения будут упоминаться видеоустройства несколь-
ких типов. Во избежание путаницы сразу оговорим смысл, вкладываемый
в каждое понятие.
Видеоконтроллер. Эю обычная SVGA-карта Видеоконтроллер
способен вывести на экран содержимое видеопамяти, но самостоятельно
сформировать там кадр изображения он не может.
20/30-акселератор — помощник видеоконтроллера, Имеет ресур-
сы. ускоряющие создание плоского (2D) рисунка, и айна ратные средства
реализации ЗО-коивейера,
Для обмена данными с видеоконтроллером используется один нз двух
возможных каналов
• по специальному кабелю (Pass Through)
• путем обмена по PCI шине в режиме Bus Mastering
Акселератор готовит 2D- (или 3D-) изображение а для вывода иа эк
ран передаст его на видеоконтроллер, имеющий соответствующие ресур
сы. Возможна и другая конфигурация, когда видеоконтроллер подсоеди-
няется к акселератору
Построение из двух адаптеров единой системы — вопрос Тонкий*,
имеющий много сложностей. Не всякая пара сможет организовать Гео
вместиое хозяйство" Настройка подобной конструкции требует от ноль
зователя немалого опыта
ЗО-видеоконтроллер (графический контроллер) — устройство
имеющее в своем составе блоки 2D/3D акселерации и средства вывода
изображения на экран,
338
Видеосистема
‘Технологический процесс построения объемного изображения в
упрошенной форме описан разделе 9.5. "Оборудование для практнче
ской реализации его операций должен предоставить ЗО-контролер. Чем
больше ЗВ’Олерацнн исполняется на конвейере, тем лучше качество
изображения Чем больше этих операции реализуется аппаратно тем
выше производительность видеосистемы
Набор схем, предназначенный для построения ЗВ-контроллера, полу
чил название видеочипсет Их выпуском занимается несколько специа-
лизированных фирм.
Основной элемент графической видеосистемы — 3D контроллер
(упрошенная схема приводится на рис 9.3). Вего состав входят следую
щие элементы
• процессорный блок (графический процессор)
• видеопамять (локальная память),
• RAMDAC-
• видеоинтерфейс,
• блок системного интерфейса
• вспомогательные схемы
339
Глава 9
ПРОЦЕССОРНЫЙ БЛОК. Первоначально состоял нз нескольких
микросхем. Со временем кристаллы ’’перебрались" в одни корпус, н эле*
мент получил название — графический процессор,
Работает с каркасной моделью, реализует механизм рендеринга Мо
жет включать несколько компонентов:
• БлокТ&Е. Расчет трансформации и освещешюсти Вычисляет ле*
ре мете икс вершин каркасной модели (трансформации); исходя из
схемы размещения источников свепа, определяет положение обла-
сти тени, ее интенсивность (освещенность).
• Вершинные и пиксельные процессоры
• Пиксельные конвейеры
• Блоки, обеспечивающие аппаратную реализацию операций ренде-
ринга и коррекции изображения. Набор исполняемых функций за
висит от конкретного устройства.
ВИДЕОПАМЯТЬ, Содержит все рабочие буферы и область хранения
текстур. Ее размер и тин используемых запоминающих элементов эавн-.
сят от устройства конкретного контроллера.
Прн наличии AGP-tiopTa видеопамять может быть дополнена специа-
льной областью, размещаемой в ОЗУ. Информация из АСРюбласти до*
ступка как центральному процессору, так н видеоконтроллеру. Совмест-
но они могут вести в ней подготовку экранного кадра Кроме этого, в до*,
нолпитслыюй области могут храниться текстуры.
RAMDAC. Преобразует цифровые коды в апало1юные chi калы образу
имцнх цветов (RGB).
ВИДЕОИНТЕРФЕЙС Организует подачу информации о цвете точек
не экран монитора,
ЬЛОК СИСТЕМНОГО ИНТЕРФЕЙСА Организует связь видеоадап-
тера е остальной системой. Первоначально для ведения обмена использо-
валась РС1-н1ина. Позже был разработан AGP-канал связи С его помо-
щью ЗО-видеосиетема получила возможность использовать в своих це-
лях часть системной памяти (ОЗУ)
Начинам работу, ЗО-система получает от управляющей программы
сведения об объектах, составляющих начальный кадр изображения. Каж-
дый объект описан множеством трехмерных координат вершин. Инфор-
мация загружается в Первичный буфер. Строится каркасная модель. По-
верхность представляется в виде множества треугольников Просчитыва
ются трансформации объектов, определяются источники света к области
затенения. Сведения о модели сохраняются в памяти. Они будут нсполь*
зоваиы Вторичным буфером в качестве исходных данных при создании
следующего кадра
340
Видеосистема
Отсекаются сведения о неводимых поверхностях Формируется
плоское" (двумерное) изображение объемной модели трехмерные коор
дииаты заменяются иа двухмерные.
В Первичном буфере начинается этап ренлерни1а. Выполняется тек-
стурирование (прорисовка экранных пикселей). Сформированное изоб-
ражение корректируется. Вторичный буфер приступает к подготовке
следующего кадра
После завершения конвейера готовый кадр из Первичного буфера вы-
водится иа экран. Буферы меняются "ролями* Вторичный буфер стано-
вится Первичным. Следующий кадр пойдет уже из него. Цикл повторяет-
ся. и так весь период работы 3D системы, реализующей принцип двойной
буферизации
Характеристики описывающие возможности графических коитролле
ров. можно условно разделить иа две группы-
• скоростные и "чисто" технические
• блоки входящие в состав графического процессора.
Первая группа параметров. С ними все более или менее ясно.
Скоростные — рабочая частота графического ядра и частота пере
дачи по шине доступа к видеопамяти. Чем больше тем лучше
Для оценки пропускной способности шины используется несколько
характеристик
Скорость заполнения — объем передаваемой информации о цвете
пикселей (Fill rate) в Мпиксель/с (MPixel/sec).
• Скорость обработки треугольников (Triangle Throughput) в МРо
[у/sec.
"Чисто" технические. К ним можно отнести, технология изготовле-
ния кристалла, количество транзисторов, разрядность внутренних шин
(ядра и доступа к памяти), максимально возможный объем видеопамяти,
тип используемой памяти, количество RAMDAC-блоков и их рабочая ча-
стота, режим максимального разрешения, кадровая частота, системные
интерфейсы и др.
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ — чем оиа тоньше, тем меньше по
треблеиие. а, соответственно, и нагрев Новейшие графические процес-
соры изготавливаются по технологии 0,13 илн 0 15 мкм. Чем тоньше сое-
динительные проводники, тем меньше размер кристалла.
Количество транзисторов, используемое для построения графиче
ских процессоров, перевалило за 100 млн. (Для сравнения в Pentium 4
их 55 млн.)
РАЗРЯДНОСТЬ ВНУТРЕННИХ ШИН. Широкие шииы — большая
пропускная способность внутри графического контроллера Ботьщинст-
341
Глава 9
во современных графических систем — 256 разрядные Только Matrox
Perhelia имеет 512-битиую архитектуру
Шину доступа к памяти производительные графические контроллеры
имеют 128- (GeForce) нли 256-разрядиые (Radeon 9700/Рго) В графиче-
ских кристаллах для недорогих систем она 64-разрядная.
ОБЪЕМ ВИДЕОПАМЯТИ. Как и в остальном компьютерной системе
видео-ОЗУ — “легкие1’. Чем они больше, тем нроцессору “легче дышать".
Чем больше видеопамять, тем реже графическому контроллеру прихо-
дится обращаться к системной памяти. Этим уменьшается его зависи-
мость от “медленных * компьютерных пени. Для справки: пропускная спо
собностъ AGP-шииы (3 0) — 1 Гбайт/с доступа к видеопамяти —
15 ..20 Гбайт/с.
ТИП ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПАМЯТИ. Первоначально в составе графи-
ческих адаптеров использовалась специальная SGRAM-память (Synchro-
nous Graphics RAM). Потоке стали применять обычную SDRAM В насто-
ящее время произошел повсеместный переход на DDR SDRAM
Сразу бросается в глаза, что в ЗО-контроллерах DDR-намять работает
на значительно более ныеокнх скоростях Материнские платы только
осваивают для блока памяти частоту 400 МГн а в видеосистемах уже до*
стигли 600 МГц.
Объясни л» это можно достаточно просто Па графический адаптер
память устанавливается один раз к навсегда Возможность ее замены
нс предусматривается. Производитель берет элементы того качества,
которые обеспечат стабильную работу адаптера. У изготовителей мате-
ринских плат постоянная “головная боль” — пользователи применяют
дешевые элементы памяти, а в нестабильной работе винят плату Стра-
хуясь, изготовители плат рекомендуют использование элементов, про-
изводство которых уже отлажено н усредненный массовый уровень ка
чества приемлем.
RAMDAC. Устройство и работ» RAMDAC было рассмотрено в разделе
9.1.11азначенне данного блока в структуре ЗО-контроллера претерпело су-
щественные изменения. При 16- и 24-рларцдном кодировании цвета точки
расширение цветовой палитры уже ие требуется. Схемы DAC (Digital-Ana-
log Converter) выполняют обычные ЦИФРО АНАЛОГОВЫЕ преобразова
пня, а блок регистров RAM используется для цветовой коррекции
Частота RAMDAC По сути — это максимальная частота, с которой
могут “зажигаться" точки ка экране.
Режим максимального разрешения — предельна матрица которая
может быть выстроена па экране.
Кадровая частота — количество кадров выводимых ка экран в теме
ние одной секунды
342
Видеосистема
Последние трн характеристики связаны между собой. Видеорежим —
сочетание разрешения с кадровой частотой, ио в пределах возможностей
RAMDAC- Например RAMDAC с рабочей частотой 360 400 МГц обес
почивает предельный режим 2048x1536x85 Гц.
Считаем — 2О48х1536х85хК (1,3...1,4)
Получаем — 267 386 880x1,35 =* 360 972 288 « 360 МГц
Для нормального функционирования ЗЭ-системы достаточно одного
RAMDAC-блока. Производители ЗБ-контроллеров в качестве одной из
дополнительных возможностей своих изделий реализуют механизм одно-
временного подключения двух мониторов При наличии в составе смете*
мы одного RAMDAC на экраны обоих мониторов будет выводиться одна
и та же картинка Наличие второго RAMDAC позволит отображать иа
втором экране фрагмент изображения с первого экрана, ио уже с другим
разрешением.
Существует два решения вопроса Возможно или подключение к гра
фнческому кристаллу дополнительной схемы RAMDAC и или кристалл
проектируется и изготавливается с двумя блоками RAMDaC.
ВИДЕОИНТЕРФЕЙС. Организует подачу тактирующих частот ни
формации о цвете точек на монитор
Аналоговый интерфейс, Сигналы с RAMDAC подаются на монитор,
где они управляют работой “электронных” пушек
Цифровой интерфейс. Минуя блок RAMDAC, поток цифровых дан
пых о цвете точек по специальному каналу подается на монитор. В совре-
менных ЗО-системах наиболее распространен DVi-интерфейс. Кроме
цифрового имеет в своем составе аналоговый канал (с RAMDAC). При
помощи специальных переходников к DVi-разъему может быть подклю-
чен обычный монитор (с ЭЛТ-трубкон).
СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС — канал, по которому графический
контроллер связан с остальной компьютерной системой Графические
процессоры первых моделей проектировались таким образом, что конт-
роллеры на их основе могли изготавливаться в вариантах как для РС1
так и AGP шин. Позже произошла полная переориентация на AGP
С распространение новых шин (PCI Express Hyper Transport) могут поя
биться видеоустройства нового типа
Вторая группа характеристик Их можно назвать структурными.
Онн говорят о наличии в составе ядра специализированных блоков, под-
держиваемых API, особенностях организации видеоинтерфейса и некото-
рых других особенностях внутренней организации По их поводу дадим
некоторые пояснения.
Блок T&L (трансформации и освещенности) Графический 3D коит
роллер занимается расчетом объемных моделей изображаемых предме-
343
Глава 9
тов. Поверхность объектов представляется в виде множества треуголь-
ников, находящихся в пространстве с системой координат XYZ. Быстро*
ив каркасную модель графический процессор вычисляет проекцию про
странственных треугольников (находящихся в системе XYZ) на плос
кость XY (экран).. Из объемных треугольники превращаются в плоские
(экранные),
Для создания эффекта движения графическая должна готовить кадры
изображения в количестве, предписываемом кадровой частотой Для того
чтобы правильно отобразить изменения положения объектов на экране
необходимо просчитать перемещение (трансформацию) каждой вершины
каркасной модели, Это приводитк изменению положения пространствен
ных треугольников и, как следствие, меняются треугольники экранные.
Вычисления однотипные, но объем их очень большой, Для их выполнения
в структуру процессорного ядра включается специализированны» вычис-
лительный элемент — блок вычисления трансформаций
Светит Солнце (Луна, лампа, костер). Все предметы отбрасывают
тень. С точки зрения 3D-видео это окрашенная определенным цветом об*
лясть, контур которой часто меняется. Если бы светило только одно
Солнце (или лампа). Обычно источников света бывает несколько или да*
же много, Контур теин (илн темей) приобретает сложную форму, Кроме
этого интенсивность затенения в различных областях сильно отличает
ся, По краям опа более светлая, в центре — темнее. В разделе 9.5 гово
рилось о важности фактора тени для восприятии плоского изображения
как объемного Выглядит тень реалистично, и все изображение воспри
иимается хорошо; фиксирует взгляд ошибки (даже подсознательно) и
унндеииос кажется обычным мультиком.
Определение области затенения очень непростое дело. Если источни-
ков света несколько, то сложность вычислений возрастает на порядок
В современных графических контроллерах эту задачу решает сисциаль
ный процессор расчета освещенности. Вместе с вычислителем транс-
формаций оин и составляют блок T&L.
Вершинные и пиксельные процессоры, шейдеры Блок1&1-де-
ласг нужное дело. Однако есть одна тонкость, Что хорошо с позиций про-
цессорной геометрии ие всегда хорошо с точки зрения реалистичности
получаемого изображения. Возможны искажения формы. Иногда было бы
неплохо ’‘подправить” аппаратно созданную картинку. В состав блока гео-
метрических вычислений включается несколько иычислителей вершин-
ных и пиксельных процессоров. Их работой можно управлять прн по-
мощи специальных программ — шейдеров. Работой вершинных или
вертексных процессоров (vertex — вершина) управляют вершинные
шейдеры. С нх помощью программист может подать иа процессор нуж-
ные данные и он примет их "к исполнению" Вершнииых процессоров в
344
Видеосистема
структуре графического ядра может быть несколько. Если нх три, то одно
временно могут обрабатываться все вершины экранного треугольника
После того.как вершины треугольника были "подправлены1, нужно
подправить и налагаемые текстуры — задать параметры некоторых пик-
селей. Эту задачу решают пиксельные процессоры, а управляют ими,
соответственно, пиксельные шейдеры.
С выходов пиксельных процессоров информация попадает иа пиксе-
льные конвейеры (конвейеры рендеринга) Если пиксельных процес
соров, а соответственно и конвейеров, несколько, то сведения о ноете
пикселей попадают в кадровый буфер несколькими потоками Возможно
наложение нескольких текстур за такт
Двухмониторные конфигурации К современным ЗО-адаптерам
одновременно могут быть подключены ЭЛТ-монитор и телевизор (в ка
честве второго монитора), ЭЛТ-монитор и монитор с плоским экраном,
два ЭЛТ-илн плоских монитора.
Если в составе адаптера один RAMDAC то изображение на обоих мо
ииторах будет одинаковое, если блоков RAMDAC два — изображения мо-
гут быть различными Рабочие частоты блоков могут быть различными,
соответственно, и режимы максимального разрешения будут разными
Возможно несколько конфигураций
• На экранах обоих мониторов одинаковое изображение.
• На одном экране полное изображение, на другом только его част^
ио в другом масштабе и с другим разрешением,
• Изображение "растянуто*’ на два монитора по горизонтали Изоб
ражение условно разделено вертикальной линией иа две части
Каждый монитор отображает свою “половину"
• Изображение "растянуто" на два монитора по вертикали. В этом
случае изображение условно разделено на части по горизонтали
Графические контроллеры, предусматривающие построение двухмо-
ннторных конфигурации, имеют два интерфейсных разъема. Один из иих
может быть привычный 15'Ножечпый SVGA-разъем (D-Sub). другой —
цифровой (DV1).
API и аппаратные средства его поддержки, Приступая к разра<
ботке графического процессора, проектировщики изначально ориентиру-
ют его иа определенную область применения В игровых системах доми
инрует один прикладной интерфейс (DirectX), в профессиональных —
другой (OpenGL) Графический контроллер может работать с любым
прикладным Интерфейсом, ио изготовители изначально ориентируют
("затачивают") свои изделия иа работу с конкретным API В структуру
ядра закладываются средства аппаратной реализации его функций.
345
Глава 9
Стремясь предвосхитить события, разработчики закладывают в
структуру своих изделий средства аппаратной поддержки только готовя-
щихся версии ЛР1, Например DirectX 9 0 к началу 2003 г еще не был вы-
пущен, имелись только неокончательные спецификации, тем ие менее,
используемые в нем механизмы уже фиксируются "в железе*.
Кроме упомянутых выше специальных процессоров в состав графиче
ского кристалла могут входить блоки, аппаратно реализующие некото-
рые операции ЗО-коивенера, Практика показала, что аппаратные реали
зацин в значительно большей степени обеспечивает рост производитель
иости контроллера, чем увеличение рабочих частот различных шии
Чаще всего аппаратно реализуются следующие функции,
• Текстурирования: Perspective Correction, Bump-mapping, Procedu
ral Texturing Displacement Maps (с картами смещения)
• Фильтрации. Bilinear Trilinear Anisotropic.
• Антиалиасинга! EAA (Edge Anti-Aliasing) — краевой, TSAA
(Full-Screen Anti-Aliasing) — полноэкранное сглаживание ГАА
(Fragment Anti-Aliasing) — частичное сглаживание,
• Освещенность и затенение. Flat shading Gourami shading Phong
method и другие эффекты,
Гут можно еще раз вспомнить фирму 3dfx. Она первая реализоввала
в своих изделиях (Voodoo. Voodoo Rush): перспективную коррекцию.
Z-коррекцию, MiP-текстурирование билинейную фильтрацию, антиали-
асинг. затенение Гуро. прозрачность (Альфа-смешение).
Арсенал аппаратно реализуемых 30-фуикиий все время расширяется
Следует заметить, что с аппаратными реализациями существует одна
тонкость. Их может быть много, они очень здорово ускоряют процесс по-
строении изображения и ’’рисуют" качественную картинку- Вопрос в дру-
гом — используют ли их программы (н в первую очередь игры, где они
нужное всего).
Стремясь повысить н|юнзиоди1ельиость 3D систем, производители
разрабатывают различные механизмы, позволяющие ускорить процесс
подготовки изображения к видеопамяти. В этом деле, в отличие от аппа-
ратной реализации функций ЗО-кОнвенера, ие требуется “посторонних
лиц” в виде разработчиков программного обеспечения и прочих изготови-
телей компьютерного оборудования. Производитель сам создает, сам и
использует. Если разработка окажется удачной, то можно будет «рода
вать лицензии.
Vertex Lizer Engine (SiS, Xabre) Графические процессоры Xabre
ие имеют вершинных процессоров, Их функции реализуются програм-
346
Видеосистема
мио. Данная функция распределяет вычисления между центральным и
графическим процессорами'.
Xmart Technology (SiS)
• Позволяет регулировать яркость и контрастность в тех 3D прило
жениях, где эти функции ие предусмотрены
• Предусматривает возможность изменения рабочей частоты ядра в
зависимости от потребности ЗО-приложення. Снижение рабочей
частоты приводит к уменьшению уровня энергопотребления.
LMA (LlghtSpeed Memory Architecture) от ATi и Hyper Z от nVidia
• Данные из Z-буфера перед передачей сжимаются (степени сжатия
до 1 /24) и в таком виде подаются в графический блок Достигает
ся экономия пропускной способности шины памяти
• Быстрая очистка 7. буфера
"Сжатие" буфера кадра (nVidia, GeForce). Прн выполнении полно
экранного сглаживания (FSAA) по краям текстурных блоков имеется
много пикселей одинакового цвета. Это облегчает процедуру сжатия
Tru Form (ATI, R3OO) — изменение геометрии сцены. Поверхность
предметов вблизи образует большее количество треугольников, вдели
меньшее Можно экономить вычислительный ресурс иа упрощенном об-
счете удаленных объектов, Качество прорисовки теряется ио в данной
ситуации это вполне допустимо
9.8. API — механизм программной настройки
ЗО-контроллеров
Производством нидеочиисетов занимаются несколько фирм и каждая
из иих выпустила по несколько штук. Контроллеров иа их основе во мно
го раз больше Перед началом работы им требуется программная на-
стройка, Этот процесс весьма сложен, Если каждый производитель будет
предлагать свое решение, то возникнут такие “дебри* через которые ря
довой пользователь будет просто ие в состоянии ‘'продраться'’.
Для создания комфортных условий нужен "грамотный посредник"
способный установить общие правила и подходы В истории компьютер
ной техники немало таких примеров, Norton Commander в свое время
стал посредником между DOS и пользователями и снял с инх необходи-
мость разбираться с тонкостями управления операционной системой.
“Посреднику” между графической картой и пользователем отводится
более скромная роль Он должен*
347
Глава 9
• предложить механизм доступа к управляющим драйверам видео
чипсетов.
• дать пользователям универсальный механизм настройки графиче-
ских функций ЗО-коитроллеров.
Для работы с графическими видеоконтроллерами такие программы
были созданы Они получили название — интерфейс прикладного про-
граммирования (Application Programming interface — API). API. в срав-
нении с программной оболочкой (тем же Нортоном) решает более
скромные задачи. От нею требуется; “появиться” в нужный момент,
•свести** пользовательскую программу с графическим контроллером и
отойти в сторону, чтобы по первому зову прийти на помощь
От производителей при проектировании видеоконтроллеров предназ-
начающихся для работы с API, требуетСи*.
• реализовать в аппаратной структуре изделии н в нх BIOS поддерж
ку механизма запросов, применяемого соответствующим API;
• прн подготовке драйверов учесть протокол, по которому к ним бу
дут обращаться
• построить процедуру иастроикн 3D функций исходя нз требований
определенного API
Широкое распространение получили несколько АРЬсред
DirectX (в речевом обороте известен еще как — ’днректрнкс ) Раз
работай фирмой Microsoft
Для изготовителей оборудовании DirectX — система очень "жесткая’
Т ребует от разработчиков ПО строгого соблюдения всех процедур досту-
па к драйверам. Сами драйверы должны во всех деталях соответствовать
требованиям API. Не предусматривает возможности использования раз-
личных расширений и дополнений. Изменения возможны только в новой
версии программы (ожидается появление DirectX версии 9.0).
Следствием жесткого подхода к производителям стало то, что для по-
льзователей ои прост в обращении. Нет необходимости выполненять на-
стройку ЗО-фуикннй. От пользователей не требуется наличия высокой
квалификации, Широко используется для запуска игровых программ.
Кроме базовой конфигурации (DirectX) выпускается еще в несколь-
ких специализированных вариантах.
Direct3D— предназначен для работы с {рехмериым изображением
DirectDraw — применяется для организации двумерной пользовате-
льской среды.
DirectPlay — используется для создания иа нескольких соединен-
ных между собой игровых компьютерах единого видеопространства
Существуют и другие модификации API DirectX
348
Видеосистема
Потребность в ЛР1 у пользователя возникает » тот момент. когда он
начинает работать с программой, использующей ЗО-функцки графическо-
го контроллера (до этого он функционирует как обычный 5УСЛ*адаптер)
Приступая к совместной работе, программа и контроллер хотят получить
друг о друге нужные сведения. Программе необходимо знать перечень
ЗЭ-функцим, поддерживаемых контроллером. Контроллер, в свою оче
редь, должен быть настроен иа исполнение операций. нужных программе
В этой ситуации задача API — при минимальном участии человека
’ состыковать” между собой программу и контроллер Для примера рас-
смотрим ситуацию, которая возникает прн установке на компьютер ''про-
граммы". написанной "под DirectX*'
"Программа” поставляется на диске (ранее это были гибкие диски
сейчас — CD). Вместе с пен находится вспомогательная программа, вы-
полняющая установочную процедуру. Чаще всего она имеет имя "Setup”
API DirectX написана компанией Microsoft и вполне естественно, что
’программа" предназначена для работы ”под Windows" Через приложе
ине ‘ Проводник" с диска запускается Setup. Он должен переписать уста-
навливаемую программу на диск н передать ей управление
После того как ‘’программа" переписана и приняла на себя управле
ине. "возможны варианты”. Самая удобная для пользователя ситуация
складывается, когда DirectX уже есть в структуре Windows. "Программа"
совместно е DirectX и без участия пользователя проводит настройку гра
фического контроллера
Следующий вариант — DirectX нет в структуре Windows Разработ
чикн программ стараются исключить подобную ситуацию С этой целью
на диске часто вместе с устанавливаемой программой размещается Di-
rectX (нли одна из его модификаций). После запуска "программа" нахо
лит Имеющийся в ее распоряжении DirectX, интегрирует его в Windows
а затем выполняет все нужные настройки
Самая неприятная ситуация складывается в том случае, когда DirectX
не г ни в структуре Windows, ии на диске. "Программа" сообщает об этом
пользователю, а он должен его тем нли иным способом ей предоставить.
После установки DirectX разбирается с настроечными драйверами
(опн загружаются в Windows в процессе ннсталлнцкн графического кои
троллера). Те нз них, которые ие прошли проверку в Microsoft, помеча-
ются ("ие сертифицирован?1) DirectX будет с ними работать, но он енн
мает с себя ответственность за возможные в будущем неприятности
’Программа’1 с помощью API инициализирует нужные ей функции копт
роллера н строит из них "технологическую линию" ЗО-коивейера.
OpenGL. Разработай компанией Silicon Graphics Inc. (SG1). Предназ
качен для использования с профессиональными графическими прнложе
киями (системы объемного моделирования. САПР и др.). Создана ассо
349
I лава 9
циация ARB (Architecture Review Board), целью которой является совер
шенствование архитектуры OpenGL. В ARB входят SGI, Microsoft, IBM,
Intel н др
Архитектура OpenGL "открытая11. При разработке пакета драйверов не
требуется реализации всех тонкостей протокола доступа. OpenGL содер-
жит целый механизм настроек графических функции, допускает использо-
вание расширений. Такой подход очень удобен производителям, а пользо-
вателям он позволяет выполнить тонкую настройку 30>контроллеров
API OpenGL выпускается в нескольких вариантах. Они отличаются
ассортиментом поддерживаемых функций и возможностями по их на-
стройке.
ICD (installable Client Dover) — полная версия интерфейса Обеспе-
чивает поддержку всего набора функции и нх настроек. Программы, со
ставляющие 1СО>пакет оптимизированы что обеспечивает максималь-
ное быстродействие.
MCD (Mini Client Driver). Ориентируется на работу с определенной
группой программ. Обеспечивается поддержка тон части настроечных
механизмов, которая нужна разработчику ПО.
Мниилорт. Версия OpenGL реализующая очень небольшой набор
функций. Часто предназначается для настройки видеоадаптера на работу
е какой-нибудь конкретной программой (например игрой). Создается для
настройки программы, имеющей драйверы иод другой API. н поставляет-
ся вместе с ней. Нанример. игра наиисаиа для работы “под DtreetX1". Ми
ннпорт позволит работать с ней в среде OpenGL.
Существуют и другие варианты ЛРЬинтерфейсов; Glide (разработай
фирмой 3(Пх), Render (Intergraph), Heidi (Autodesk) н некоторые дру-
гие. Ио распространенности онн значительно уступают API, рассмотрен-
ным выше
9.9. Плоскопанельные мониторы и цифровой
видеоинтерфейс
Всем хорош монитор с электронно лучевой трубкой (ЭЛ Г)
• ок может отображать цветовую палитру в I6M оттенков (это во
много раз больше, чем воспринимает человеческий глаз),
• прекрасная разрешающая способность (количество пикселей со
сгавляющих экранную матрицу, перевалило за 2 млн);
• возможно изменение режимов отображения (монитор без проблем
н искажений воспроизводит старую грубую графику) и масса дру
гнх достоинств
350
Видеосистема
Однако во временем стали все более заметны нх недостатки
• мониторы большие и занимают много места на столе,
• онн тяжелые (масса 10 .15 кг у 15". 16.. 18 кг у 17”)
• онн потребляют много электроэнергии — порядка 80...I10 Вт (и
это в то время, когда западные пользователи и производители по
мешаны на энергосбережении),
• электронно-лучевая трубка является источником вредных воздей
ствин на человека н окружающую среду
Для построения мониторов с иными, чем у ЭЛТ мониторов, эксплуа-
тационными свойствами должны быть использованы другие технические
принципы и материалы с иными свойствами Они должны быть способны
к каким-нибудь электрооптическим эффектам
Экраны плоскопанельных (нли просто плоских) мониторов строят
ся на так называемых жидких кристаллах (Liquid Crystall Display —
LCD) — веществах, под воздействием тока изменяющих светопрово
днмость
Между двумя стеклами (поляризатор и анализатор) слоем в несколь
ко десятков микрон помещается жидкокристаллическое (ЖК) вещество
В упрошенном виде его свойства можно описать следующим образом
Молекулы ЖК-вещества упорядочены (ориентированы) в одном направ
леннн. Под воздействием электрического поля ориентация меняется —
вызывается эффект поляризации.
Иа стекла нанесены вертикальные н горизонтальные проводники, об-
разующие поляризационные решетки. Пересекающимися проводниками
ЖК-вещество организуется в виде отдельных ячеек. Их множество имеет
матричную организацию Со стороны поляризатора размещаются источ
ники света. Существует несколько типов системы подсветки’ просвет
ная отражательная, нросветиоютражательная
Для адресации ячеек матрицы используются различные алгрритмы
подачи сигналов на вертикальные и горизонтальные линии координатной
решетки (однокоордннатный, статический двухкоординатный, дннамиче
скин двухкоордннатиый).
Для управления пропускающей способностью экрана иа жидких кри
сталлах может быть использовано несколько технических приемов. Тех-
нология STN (Super Twisted Nematic) проще в реализации, технология
DSTN (Doul-scan Super Twisted Nematic) обеспечивает большую контра*
ci ность изображения.
Жидкокристаллические матрицы бывают двух типов В пассивной
матрице (Passive Matrix) па вещество ячеек действует только поле, со
здаваемое проводниками поляризационной рещетки. В активной мат-
351
Глава 9
рнце (Active Matrix) для воздействия на вещество ячейки используется
специальный транзистор а управление нм выполняется через полярнза
цнонную решетку
Пассивные матрицы чаще всего применяли для построения черно бе
лых (точнее бело-серо-черных) экранных панелей. Из употребления они
уже практически вышли.
Для построения высококачественных цветных экранов (в ноутбуках,
плоских мониторах, демонстрационных панелях) используют активные
TFT-матрицы. В структуру жидкокристаллического экрана вводится
матрица тонкопленочных транзисторов (Thin Film Transistor — TFT, от
сюда и название технологии). Один транзистор управляет одной ячей
кон. Экранный пиксель составляют три ячейки, они имеют различные
световые фильтры (красный, зеленый, синий).
Образно говоря, ячейка — это "стаканчик1’, заполненный ЖК вещест
вом Донышки у ’’стаканчиков’ в составе одного пикселя разноцвет-
ные — красные, зеленые и синие. Через ЖК-вещество, когда оно про-
зрачно, проходвт окрашенные световые потоки.
В мониторах с ЭЛТ на экране без проблем организуются матрицы с
любыми параметрами (количество пикселей в строке и количество
строк). Плоскопаиельяые мониторы не имеют пакой возможности. Мат-
рица определенной разрядности встроена в отображающую панель. Она
образует реальную (физическую) разрешающую способность Чаще все-
го строится одни нз следующих вариантов матрицы:
640x480 (применительно к плоскопаиельным мониторам этот режим
называется VGA);
800x600 (SVGA),
1024x768 (XGA — extended Graphic Array)
1280x1024 (SXGA)
Для создания больших жидкокристаллических экранов и панелей ис-
пользуются матрицы других форматов:
1400x1050 (SXGA+);
1920x1080 (HD TV — экран нового TV формата High Definition Tele
Vision с отношением сторон 16x9);
2048х|536 (QXGA — QuadXGA, учетверенный XGA-экран),
Плоские мониторы с жидкокристаллическими экранами имеют много
положительных качеств;
• они тонкие хоть на стенку вешай (к этому все когда ннбудь и
придет)
• масса — 4...6 кг
• потребление 25.. 40 Вт.
• никаких вредных излучений
352
Видеосистема
Это достоинства 'общего плана. Кроме них есть, качества которые
сразу "бросаются в глаза" работающему с ними пользователю
Яркость. В мониторах с ЭЛТ она прямо пропорциональна энергии,
излучаемой "электронными пушками . Просто так их мощность не по
высншь, неизбежны побочные эффекты. В плоских мониторах яркость
свечения зависит от интенсивности подсветки. Увеличить ее не состав
ляет проблем.
Контрастность. Определяется соотношением максимального и ми-
нимального значений яркости. У мониторов с ЭЛТ он колеблется в ин-
тервале от 200:1 — 400:1. у плоских мониторов достижим уровень 700:1.
Плоскопаиельные мониторы могут работать с пониженной часто-
той кадров, и у них отсутствует мерцание. Процесс вывода одного
кадра на экран можно разделить иа несколько последовательных состоя-
нии: изображение выведено, погашено, экран темный (до момента вывода
следующего кадра). Наличие интервала, когда экран погашен, вызывает
эффект. Получивший название — мерцание. Зренн е человека не успева-
ет воспринять момент отсутствия изображения, но изменение интенсив*
пости освещения фиксирует Изображеннедрожнт мерцает. Этот фак
тор ведет к повышенной утомляемости глаз. Человек перестает его
замечать только с достижением кадровом частоты 85 Гц, Изображение на
жидкокристаллическом экране более инерционно, т.е, оно дольше не гас-
нет (на изменение положения молекул ЖК-вещества требуется больше
времени), Интервал, когда экран погашен, значительно короче. Монитор
может работать с частотой 60 Гц н мерцания не будет. На современных
ТРТ-моннторах кадровая частота находится » пределах от 44 до 85 Гц
Отсутствует такое понятие, как плохая фокусировка (сведение лу
чей у ЭЛТ-мониторов). Лучей нет, ячейки в составе пикселя неподвижны
Несмотря на небольшое потребление (по сравнению с построенными
на основе ЭЛТ) в плоских мониторах предусматривается поддержка энер-
госберегающих технологии. Чаще всего организуется работа в режимах
пониженного потребления, предписываемых стандартом DPMS (Display
Power Management Signaling). Он разработан ассоциацией VESA, Вклю-
чение режимов DMPS выполняется прн помощи программы Setup (см
раздел 8,5). В случае простоя монитор последовательно переходит нз ра-
бочегосостоявня С'Оп’) в режимы пониженного потребления:
• Standby’ — уровень потребления снижается на 20 % прекраща-
ется подача видеосигнала
• Suspend" — уровень потребления снижается «а 70 % отключает
ся строчная развертка и высокое напряжение;
• 'О1Г— отключаются все системы, кроме блока DPMS уровень по
треблення — менее 5 % от рабочего
353
Глава 9
Дополнительно многие мониторы строятся с учетом требований по
эргономике, сформулированных авторитетными организациями; NUTEK
(Шведский национальный совет по промышленному и техническому раз
витию), ЕРЛ (US агентство по охране окружающей среды).
Чтобы не сложилось впечатления о плосконанельных мониторах как
об идеальных изделиях, упомянем о некоторых свойственных нм недо-
статках.
Никто и никогда не слышал о неработающих пикселях на экране кн
нескопа Из миллионов транзисторов, составляющих TFT-матрмцу, не-
сколько вполне могут со временем выйти нз строя Черная илн ярко све
тящаяся точка в цветном изображении глаз не порадует
Мы сравнили ячейку матрицы со "стаканчиком”. Теперь другой образ
Целиком дно стакана можно увидеть только в том случае, если смотреть
на него строго сверху. То же самое и с экраном плоского монитора Смот-
рим на него прямо н видим прекрасную картинку, чуть под углом — появ
ляется пелена, еще чуть в сторону — изображение погружается в туман.
На мониторах с ЖК-экранамн нлохо выполняется масштабирование,
В структуру экрана заложена матрица с конкретными параметрами. Если
используется режим с этим разрешением, то все в полном порядке. Когда
возникает необходимость в применении другого разрешения, то необхо-
дим "пересчет1’ матриц (одну экранную точку будут составлять два. три и
другое, количество пикселей). Не всегда можно сделать это корректно
Следствием преобразований становится искажение пропорций.
Популярность плоскопапсльиых мониторов стремительно растет Фир-
ма DisplaySearch, занимающаяся анализом состояния рынка, оценила уве-
личение количества нснользуемых плоских мониторов в 2002 г на 28 %
(в Яноиин па 80 %, в Северной Америке на 27 % в Европе на 28 %).
По данным, приводимым той же компанией, большинство предпрня
тнй, нронзводящих TFT-матрицы находится в Юго-Восточной Азин
40 % в Южной Корее, 32 % на Тайване. 27 % в Японии. Крупнейшие
производители ЖК-нанелей; Samsung Electronics — 20 %, AU Optronics
(Тайвань) — 13 %, international Display Technology (IDT) — 6 %, Chi
Mei.Optoeieclronics (CMO) — 4 %. По секторам рынка TFf-панелн рас
пределяются следующим образом; мониторы — 54 %, ноутбуки — 40 %,
TV-экраны и панели плоских мониторов — 3 %
Видеосистема состоит из двух блоков, адаптера и монитора Между со-
бой онн соединены интерфейсным каналом. Сведения об изображении
хранятся в памяти в цифровой форме. "Электронные пушки” ЭЛТ-моннто-
ра управляются аналоговыми сигналами. Необходимо цифро-аналоговое
преобразование Для производителей оказалось более удобным выполнить
354
Видеосистема
его на видеоадаптере н затем уже готовый" сигнал подать на монитор. Та
кая схема положена в основу видеосистем с "аналоговым" интерфейсом
Экран плоского монитора организован в виде матрицы. Матрица —
структура лннейнан Прн работе с иен удобнее оперировать цифровыми
данными. Сначала до ячейки нужно "добраться": подготовить ее адрес
(а это цифровой код), выдать его на линии, н только после этого на тран-
зистор подается управляющий сигнал. Эту задачу решает специальный
контроллер ЖК’Экраиа.
Цифровой интерфейс для плоских мониторов является естественным
Прн необходимости можно использовать и аналоговый интерфейс (пер-
воначально он и применялся). Однако этот путь не рациональный Струк-
тура электронного блока монитора в этом случае усложняется, так как в
его состав включается дополнительный блок аналогово-цифровых преоб-
разований.
По большому счету, цифровые данные — СКВ (свободно конвертиру-
емая валюта) любой компьютерной системы Ее можно обменять на что
угодно и когда угодно.
Цифровой интерфейс однажды уже применялся в компьютерном ви-
део— система EGA Данные подавались на монитор в параллельной фор
ме. Для передачи кода цвета точки отводилось 6 линий (по 2 линии на
каждый образующий цвет, количество оттенков — 4). Ширина палит-
ры — 64 цвета (43).
На том этапе развития компьютерной техники направление посчита-
ли неперспективным —слишком много информационных линий должно
быть в составе видеоинтерфейса (для палитры в 64К — 16, в 16М — 24),
Цифровой интерфейс получил отставку. Возможности EGA-снстемы да
же не были использованы в полной мере (первая модификация EGA-мо-
нитора. оказавшаяся единственной, имела палитру всего в 16 цветов)
Пришли системы с аналоговым интерфейсом — VGA, SVGA, которые в
течение рядя лет it господствовали на рынке
Однако все течет, все меняется С появлением плоскопанельных мо
ннторов неизбежным стал возврат к ипфровому интерфейсу. Переход
был осуществлен па новом качественном уровне. Параллельные каналы
передачи видеоданных были заменены на скоростные последовательные
В состав интерфейса входит несколько передающих каналов. Для опнеа
пня образующих цветов в современных мониторах применяются 6 нлн
8-разрядные коды. Соответственно цвет пикселя описывается 18 нли
24-разрядпымк кодами. Цветовые палитры в этих случаях составляют
256К иля 16М оттенков.
Первой вариант цифрового видеоинтерфейса предложила в 1997 г, ас-
социация VESA Он получил название P&D (Plug-and-Dlsphy), В качест-
ве передающего капала используется шина PanelLink, разработанная
355
Глава 9
компанией Silicon Image, три витые пары, передача ведется по протоколу
TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) Кроме цифрового,,
Р&О-ннтерфейс включает аналоговый канал, порты USB и FireWire. Сое-
динительная панель P&D устройств — разъем EVC (Enhanced Video
Connector) имеет две группы контактов (рис. 9.4, я), Большая группа со
стоит нз 30 контактов, организованных матрицей 3x10 Малая (нлн ана
лотовая) состоит из четырех контактов (С1-С4) и разделяющего нх ллос
кого контакта (G5). Частота передачи —до 165 МГц. Интерфейс широ-
кого распространения не получил. Он показался производителям слиш-
ком сложным. Его использовала в основном фирма IBM, Через специаль-
ные переходники (вилка показана на рис. 9 4 б) к адаптерам P&D могут
быть подключены обычные SVGA-моннторы
В 1999 г Compaq и еще несколько фирм предложили другой вариант
интерфейса — DFP (Digital Flat Panel). Он строился на базе P&D. Из не
io былн убраны: USB, FireWire и линии передачи аналоговых видеосигна-
лов, Сохранялся только цифровой канал (и его псионе та же Panel-
lJnk-шниа), Для подключаемых устройств предусматривается возмож-
ность работы в режиме Plug&Play. Применяются идентификационные
протоколы, соответствующие стандарту DDC (Display Data Channel)
разработанному VESA. Согласно ему подключенные устройства обмени-
ваются идентификационными пакетами EDID (Extended Display Identifi-
cation Data) u u:i основании этих данных выполняют взаимную настрой-
ку В протоколе DDC1 снедения подаются только в одну сторону (с мони-
тора па адаптер), в DDC2 идет двунаправленный обмен.
Па смену DFP пришел стандарт DVI (Digital Video Interface), Его под
готовили фирмы intel. Compaq. Fujitsu, ПР, IBM, NEC, Seiicon Image, co
ставившие инициативную DDWG-rpynny (Digital Display Working Gro-
up). В основе цифрового канала типа РапеНзпк. Поддерживаются прото
колье DDC н ED1D, В Состав интерфейса входят два капала цифровой пе
редачи видеоданных и ощш аналоговой канал. Частота передачи ио обо
им цифровым каналам — 165 МГц. Пропускная способность интерфейса
ндпое больше, чем у P&D
Предусмотрена возможность "горячей" замены устройств. После за-
мены монитора автоматически запускается механизм HPD (Г1о1 Plug De-
tection). По одному из протоколов DDC адаптер получает сведения о мо
инторе. Если он цифровой, то работать начинает шина PanelGnk, если
нет — аналоговый канал,
Панель DVI (рис. 9.5) включает;
• нкф|>овая часть — 24 контакта (1 —2d) составляют большую груп-
пу и организованы матрицей 3x8,
• аналоговая часть — 4 контакта под штырьки (С1—С4) к один кон
такт под плоский "лепесток" (С5)
356
Видеосисте иа
Рис. 9,4. EVC — панель (а)
и один из вариантов вилки (6)
6)
Рис 9 5 DVI — панель
Используются DVl-внлкн нескольких типов.
• DVl-i Dual Link. Полный вариант содержит оба цифровых к анало
говын канал. Имеет весь набор контактов,
• DVl-1 Single Link. Предусматривается одни цифровой и аналоговый
канал. Отсутствуют контакты 4, 5, 12, 13, 20, 21
• DVI D Dual Link Для варианта шины с двумя цифровыми канала-
ми. Отсутствуют контакты CI—С4;
• DV1-D Single Link. Интерфейс и.меет только один цифровой канал
Отсутствуют контакты 4, 5, 12, 13, 20 21 и С1—С4;
• DV1-A Предназначен для изготовления переходников, позволяю
щих подключить аналоговые SVGA-мониторы к адаптерам с
DVl-панелью Отсутствуют контакты 4, 5, 12, 13, 20, 21 22
9.10. Производители графических контроллеров
и их продукция (пользовательская
и профессиональная)
Графические контроллеры можно условно разделить на несколько
групп.
Простые’ Стоимость — до 100 долл Ставятся в офисные и домаш
ние компьютеры. Сегодня компьютер немыслим без графической
357
Глава 9
AGP-карты Без всяких наворотов’, но должна быть Оиа ’вводит’
компьютер в мир 3D игр Большего от нее и не требуется
’'Продвинутые”. Стоимость — от 100 до 300 долл. Предназначаются
для пользователей, понявших, что такое ’’хорошая графика” Покупатели
уже ‘'дозрели1’, чтобы выложить за видео достаточно большие деньги, но
окончательно на игрушки еще ие "запали’
В типовые компьютеры адаптеры такого класса не ставятся. Чаще
всего они покупаются отдельно и устанавливаются самостоятельно
"Навороченные". Стоимость — от 300 долл, до ... сколько запросят
К этой группе относятся все новинки класса "high-end". Через некоторое
время цены эти модели упадут, но когда "душа горит' ждать невозможно
Пользователи таких изделии все1да знают, чего они хотят и как этого до*
биться.
Объемы продаж на рынке SD-контроллеров делятся примерно в еле
дующем отношении: ’'навороченные1’ — примерно 6 % 'продвину-
тые” — 10...15 %, "простые’1 — 80...85 %. Быть создателем "самон-са«
мои’ карты — это престиж. Выпустить хороший и дешевый графический
контроллер — это большие серин, это "касса".
У недорогих графических кристаллов есть еще один вариант примене-
ния Они могут быть использованы в составе интегрированных чипсетов.
Доля таких наборов в общем количестве приближается к 50 %. Рынок
огромен, партии в сотни тысяч, а это — перспектива больших доходов
Эру компьютерного 3D видео открыла компания 3dfx Interactive,
выпустившая видеочипсет Voodoo Graphics Он предназначался для
построения графических акселераторов, работающих в паре с
SVGA(PCl) видеоконтроллерами. Пртдполагалось их подключение по
схеме Pass-Through Видеоадаптер подавал информацию на акселератор,
а он, в свою очередь, — на монитор.
Технические параметры чипсета по сегодяяшинм меркам весьма
скромные
• частота ядра — 60 МГц
• шина доступа к памяти — 64 разряда
• частота RAMDAC — 136 МГц.
• максимальное разрешение в 3D — 800x600,
• глубина цвета — 16 бит
Акселераторы на видеочипсете Voodoo открыли дверь в сказочный
мир ЗЭ-игр, пользовались в России бешеной популярностью Следующие
насколько лет в ЗВ-мире продолжался шабаш (Voodoo — ведьма): Voo-
doo 2, Voodoo 3| Voodoo 4, Voodoo 5 В 1998 г звезда 3dfx восходит
на самый верх Будущее кажется безоблачным, но.. ничто не вечно в
358
Видеосистема
этом мире Что то было сделано не так Осенью 2000 г 3dfx оказывается
на грани банкротства и поглощается компанией nVIDIA
nVIDIA — основной конкурент 3dFx (US, Калифорния). На рынок
3D устройств вышла в 1997 г. и сразу предложила пользователям набор
Riva 128. Ои содержал 2О-ускоритель и 30-ядро, т.е. предназначался
для построения ие акселераторов, а полноценных графических контрол
леров. Изделие малоизвестной тогда фирмы имело очень хорошие харак
теристикн, привлекшие внимание пользователей*
• частота ядра — 100 МГц*
• шина доступа к памяти — 128 разрядов,
• поддержка двух системных интерфейсов (PCI, AGP),
• скорость заполнения — 100 MPixel/sec
• скорость обработки треугольников — 4 MPoly/sec
• частота RAMDAC — 230 МГц,
• максимальное разрешение в 3D — 1024x768.
• 24-разрядный цвет
Набор Riva 128 работала значительно быстрее чем Voodoo, а по неко-
торым показателям обходил и Voodoo 2 Дебют удался. Слабым местом
набора было отсутствие универсальных драйверов* но позже положение
было исправлено
К середине 2002 г фирма nVIDIA выпустила около десятка видеона
боров: Riva 128, Riva TNT, Riva TNT2, GeFofce 256, GeFofce2, Ge-
Fofce3, GeFofce4 (табл 9.9)
Начиная c GeFoFce2 наборы выпускаются в нескольких вариантах ис-
полнения (к названию добавляется определенная литера) Они предназ-
начаются для использование в системах различного уровня — от доро-
гих профессиональных, до дешевых бюджетных
Ti (Titanium) —для построения высокопроизводительных систем
(графические станции, продвинутые" игровые компьютеры).
MX — для недорогих мультимедийных н офисных компьютеров
GO — для мобильных систем. Строятся на основе обычных (MX)
или производительных (Ti) ядер, дополненных средствами энергосбе
реження.
NVidia очень чутко реагирует на потребности пользователей и вея-
ния компьютерной моды Как только были объявлены окончательные
спецификации шины AGP 3 0. сразу появились модификацви изделий,
предназначенные для работы с ней: GcForcd MX 440-8х, GeFor-
се4 Ti 4200-8х, GeForce4 Ti 4800SE (версия GeForce4 Ti 4400 с
359
Глава 9
поддержкой AGP 3.0) GeForce4 Ti 4800 (ее еще часто называют
GeForce4 Ti 4600 8х)
Таблица 9 9
Изделия фирмы uVIDIA
Процессор Тип памяти Частота памяти, МГц Шина, бит Объем. Мбайт Частота процессора, МГц
Riva 126 SGRAM 100 128 4 100
Riva 12В ZX SGRAM/SDRAM 100 128 6 100
Riva TNT SGRAM/SDRAM 110 128 16 90
Riva TNT2 Vania LT SGRAM/SDRAM 100 64 16 80
Riva TNT2 Vania SGRAM/SDRAM 125 64 16 100
Riva TNT2 M64 SGRAM/SDRAM 150 64 32 125
Riva TNT2 SGRAM/SDRAM 150 126 32 125
Riva TNT2 Pro SGRAM/SDRAM 166 128 32 142
Riva TNT2 Ultra SGRAM/SDRAM 103 128 32 180
GeForce 256 SGRAM/SDRAM 166 128 32 120
GeForce DDR ODRSGRAM 300 (150x2) 128 32 120
GcForce2 MX 200 SDRAM/SGRAM 166 64 64 175
DDR 333 (660x2) 32 32 175
GcForce2 MX SDRAM/SGRAM 166 126 32 175
DDR 333 (168x2) 64 32 175
GeForce2 MX 400 SDRAM/SGRAM 183 128 64 200
DDR 365 (163x2) 64 64 200
GeForce2 GTS DDR 333 (188x2) 128 64 200
GeForce2 Pro DDR 400 (200x2) 128 64 200
GeForce2 Ti DDR 400 (200x2) 128 64 250
GeForce2 Ultra DDR 480 (230x2) 128 64 250
GeForce3 Ti 200 DDR 400 (200x2) 128 128 175
GeForoe3 DDR 480 (230x2) 128 128 200
GeForce3 Ti 500 DDR 500 (250x2) 128 128 240
GeForce4 420 Go DDR 400 (200x2) 64 64 190
GeForce4 440 Go DDR 400 (200x2) 128 64 220
GeForce4 460 Go DDR 500 (250x2) 126 84 250
GeForce4 MX 420 SDRAM 166 128 64 • 250
360
Видеосистема
Таблица 9 9 (окончание)
Процессор Тип памяти Частота памяти, МГц Шина, бит Объем. Мбайт Частота процессора, МГц
GeForce4 MX 440 DDR 400 (200x2) 126 64 275
GeForce4 MX 480 DDR 550 (275x2) 126 64 300
GeForce4 Ti 4200 DDR 500 (280*2) 126 128 250
GcForce4 Ti 4400 DDR 550 (275*2) 128 126 275
GeForce4 TI 4600 DDR 650 (325*2) 128 128 300
Новое изделие nVidia (анонс в ноябре 2002 г, реальные изделия — в
начале 2003 г.) — графический процессор GeForce FX (NV 30).
Ширина шииы доступа к памяти — 128 бит, объем — 128 Мбайт, ра
бочая частота — 1000 МГц (500x2). Пропускная способность шииы рав
иа 16 Гбайт/с (1 ГГцх16 бант). Память строится иа основе элементов ти
па DDR II I nVidia сталачпервым производителем, ие только применив-
шем его в своих разработках, но и выпустившем реальное изделие. Вы
бор в пользу быстрой, ио ’’узкого канала доступа к памяти, вероятно
был сделан специалистами nVidia после всестороннего анализа Переда
чу по шиие ведут четыре 32-разрядиых контроллера памяти. Подобный
механизм ведения обмена позволяет рационализировать поток передава
емых данных
Процессорный кристалл построен из 125 млн, транзисторов по техно-
логии 0,13 мкм (для сравнения — Pentium 4 построен из 55 мли ) Рабо-
чая частота — 500 МГц.
NVidia поставила перед собой задачу — создание иа экране монитора
'кннемотографической реальности" Новый процессор — первый шаг иа
этом пути.
В структуру графического процессора заложены средства аппаратной
реализации процедур, предусмотренных в DirectX 9.0 (beta-версия пере-
дана для тестирования осенью 2002 г., окончательная редакция ожидает
ся в 2003 г.).
Имеется три вершинных процессора, удовлетворяющие требованиям
протокола 2.0. Это протокол формализует требования к вершинным и пик-
сельным шейдерам и является одним из базовых элементов DirectX 9.0
DirectX 8.0 поддерживал шейдеры версии 1.1, DirectX 8 1 — версии 1.4.
Графический процессор содержит восемь пиксельных конвейеров
(версии 2.0). На выходе каждого из них имеется по одному текстурному
блоку, т е происходит наложение до 8 текстур (пикселей) за такт
361
Глава 9
nVidia называет их 2.0+. Подчеркивая, что ее вершинные процессоры
имеют дополнительные возможности, превосходящие требования прото-
кола 2.0.
Кроме этого ядро содержит
• интерполяторы текстурных координат и цвета, блок сжатия буфе-
ра кадра, полноэкранное сглаживание
• два встроенных RAMDAC 400 МГц*
• DVI-иитерфейс,
• отдельный канал для подключения внешнего блока TV-out
Первыми пользователям предложили модели:
• GeForce FX 5800 Ultra — память типа DDR |1, рабочие частоты
500 МГц/1 ГГц (500x2),
• GeForce FX 5800 — память типа DDR П, рабочие частоты
400/800 (400x2) М1ц.
Весной 2003 г. появились две новые версии кристалла
• NV 31 — изготавливается по технологии 0 13 мкм, предусматрива-
ет работу с памятью типа DDR II;
• NV 34 — технология 0 15 мкм, видеопамять иа базе обычных
DDR элементов.
Выпущены контроллеры
• GeForce FX 5600 Ultra (NV 31) — рабочие частоты 350/700
(350x2) МГц, объем видео ОЗУ — до 25b Мбайт,
• GeForce FX 5600 (NV 31) — рабочие частоты 325/550
(275x2) МГц, объем видео-ОЗУ — до 256 Мбайт,
• GeForce FX 5200 Ultra (NV 34) — рабочие частоты 325/650
(325x2) МГн, объем — до 128 Мбайт,
• GeForce FX 5200 (NV 34) — рабочие частоты 250/400
(200x2) МГц» объем — до 128 Мбайт
Указанные значения рабочих частот для изделий на базе кристаллов NV
31 к NV34 (GeForce FX 5600/5600 Ultra, 5200/5200 Ultra) — предварите-
льные. Позже они могут быть изменены (обычно в сторону увеличения).
Производители ЗО-адаптеров при маркировке своих изделий к при
вычиым кодам добавляют специальные литеры (например, GeForce FX
5800 DOTH). Этим оин сообщают пользователям наличии в составе адап-
теров дополнительных устройств
• D — интерфейс DVI»
• О — блок OTES,
362
Видеосистема
• Т —TV Out.
• Н — блок аппаратного мониторинга (Hard Monitinng)
Для построения мобильных версий ЗО-адаптеров разработаны спецк
альиые версии кристаллов (NV31M и NV34M) В них реализована эиер
госберегающая технология PowerMizer 3.0 (предусматривает переход на
пониженную рабочую частоту при работе от аккумулятора). Прн работе
в штатном режиме потребление ие превышает 6 Вт, в автономном режи
ме (от батареи^— ие более 1 Вт Питающее напряжение 1,25,.Л,45 В,
в автономном режиме 1,0...1,25 В
Пользователям предложены
• GeForce FX 5600 Go (рабочие частоты 350/700 МГц) и
• GeForce FX 5200 Go (рабочие частоты 300/600 МГц).
Поглотив компанию 3dFx, nVidia рассчитывала получить на рынке гра
фнческнх процессоров доминирующее положение. Однако "свято место
пусто ие бывает”. Сразу обнаружился другой конкурент — канадская
фирма ATi В деле разработки и организации производства графических
процессоров она ие новичок. Ассортимент ее выпущенных ен изделий ве-
сьма велик (табл 9 10)
Таблица 9 10
Изделия фирмы АТ1
Процессор/Ядро Тип памяти Частота памяти, МГц Шина, 5 ит 05ъем. М5айт Частота Процессора, МГц
Rags 126 SGRAM 103 126 32
Rage 12в Pro — • SGRSM/SDRAM 150 120 32 140
Radeon 64M ODR DDR 365(183*2) 126 64 183
Radeon 32M DDR DDR 333 (166x2) 126 32 166
Radeon LE DDR 295(148x2) 120 32 140
Radeon VE DDR 365 (103x2) 126 32 150
Radoon 32M SDR SDRAM 180 126 32 160
Radeon 256 SDRAMZSGRAAf 183 255 120 200
DDR 365(183x2) 256 120 200
Radeon 7000/RV100 DDR 365 (183x2) 64 106
Radeon 7100/RV100 SDRAKVSDRAAf 100 126 166
Radeon 7500/RV200 SDRAM/SGRAM 166 120 120 270
DDR 400 (230x2) 126 128 290
363
Глава 9
Таблица 9 10 (окончание)
Процессор/Ядро Тип памяти Частоте памяти. МГц Шина, бит Объем. Мбайт Частота процессора, МГц
Radeon 6500 /R200 SDRAM/SGRAM 275 126 128 275
DDR 580 (275x2) 128 128 275
Radeon 6500LBR200 DDR 500 (250x2) 128 128 250
Radeon 9000Pro/RV280 DDR 580 (275x2) 128 128 275
Radeon 9000/RV250 DDR 400 (200x2) 128 126 250
Radeon 9100/R200 Radeon 9500 Pro/R300 DOR 500 (250x2) 128 128 250
DDR 540 (270x2) 126 128 275
Radeon 9500 /R300 ODR 540 (270x2) 128 128 275
Radeon 9700 Pro/R300 DDR 620 (310x2) 256 256 325
Radeon 9700 /R300 DDR 540 (270x2) 256 256 275
* ЛТ5 разработала архитьктуру МАХХ. когда контроллер содержит дм графических
кристалла Rage Ргр. Ширина спины доступа к памяти удлаиплсгся а соотистстлссню
гииих' уасличнвиетсв и ее пропускная способность.
Осенью 2001 г. пользователям было представлено новый процессор
мын кристалл — R3OO, Фирма ATI называет его VPU — блок обработки
видео (Video Processing Unit). Уже поступила на рынок целая группа из
делий. построенных на R300; Radeon 9700 Pro Radeon 9700. Radeon 9500
Pro. Radeon 9700. "Флагман** этой ’’эскадры’ — Radeon 9700 Pro. На обо-
зримое будущее это основной соперник GeForce EX
По многим параметрам Radeon 9700 Pro равноценен своему конкурен
ту: технология 0.15 мкм. 110 млн. транзисторов Аппаратная поддержка
многих ноиедур DirectX 9 0 В их числе
• четыре вершинных процессора (версии 2.0),
• восемь пиксельных конвейеров (версии 2 0) имеющих по одному
текстурному блоку на выходе.
Другие аппаратные ресурсы
• два встроенных RAMDAC 400 МГц,
• DVI-интерфейс,
• встроенный блок TV-out
Видеосистема
Если сравнивать структуру блока памяти в контроллерах ATt иа базе
R3OO с изделиями nVidia из семейства NV30. то основное, сразу бросаю
щееся в глаза, отличие в том. что она построена на базе "обычной'
DDR-яамяти. Обмен с иен ведется по ’'медленной'* (620 МГц) но "широ-
кой” (256бит) шине доступа. Пропускная способность 19.8 Гбайт/с
Чей выбор удачнее (ATI нли nVidia) покажет время
"Развивая наступление", весной 2003 г. ATi выпустила три новых
версии процессорных кристаллов Сразу пользователям были предложе-
ны адаптеры иа нх основе
Radeon 9800 Pro/Radeon 9800 (R350). Усиленный’ вариант
семейства 9700 Рабочие частоты стартовых моделей — 380/680
(340x2) МГц и 325/ 620 (310x2) МГц В дальнейшем возможно появле-
ние более быстрых моделей и применение памяти типа DDRII Шина до
ступа к памяти — 256 бит
Ядро R350 имеет ряд структурных усовершенствований
• доработан блок аппаратного расчета области тени;
• пиксельные шейдеры отвечают требованиям норматива SmarthS
hader 2.1 (семейство 9700 поддерживало версию 2,0). теперь они
практически нс имеют ограничений по длине:
• в очередной раз улучшен механизм Hyper Z (новая версия — 111+)
Radeon 9600 Pro/Radeon 9600 — версии Radeon 9500 Рго/Rade
on 9500. но изготовленные по технологии 0,13 мкм. Количество пиксель-
ных конвейеров уменьшено до четырех Отчасти это компенсируется бо
лес высокими рабочими частотами 400/ 600 (300x2) и 325/400
(200x2) МГц, Шина доступа к памяти — 128 бит
Radeon 9200 (RV280) Ядро RV25O получило интерфейсный блок
AGP 8х и превратилось в RV280 30-адаптер Radeon 9000 после этого
трансформировался в Radeon 9200 (рабочие частоты остались прежними)
Отнеся адаптеры на основе ядра RV280 разряду "девятитысячни
ков' ATi посчитала, что и ядро R200 должно получить "повышение’.
Ход был сделай очень простой Марка Radeon 8500 исчезла, появи-
лась — Radeon 9100
Доли рынка занимаемые АП и nVidia соизмеримы Однако позиции
nVidia на конец 2002 г более прочные.
Динамика роста объема продаж (2000—2002 гг.).
• nVidia — 0,735 млрд., 1,37 млрд.; примерно 1,8 млрд .
• ATI — 1,283 млрд., 1.037 млрд.; 1.026 млрд.
Два последних года nVidia имела прибыль. ATi заканчивала с мину
сами”. К началу 2003 г ситуация для ATi сложилась удачная. Процессо-
ры Radeon 9700/ 9500 вышли раньше (чем изделия того же класса от
365
Глава 9
nVidia), приняты пользователями были очень благожелательно. Компа
ння имеет хорошие шансы подправить свое финансовое положение
Выпуском графических кристаллов занимаются и другие лроизво
дители.
SiS. Фирма больше известка как производитель системных чипсетов,
ио занимается графических процессоров. Сначала были SiS 300 и SiS
305. Оии ничем себя ие прославили. Им на смену пришел графический
процессор SiS 315 Он выпускался по технологии 0.15 мкм, работал на
частоте 166 МГц. Блок памяти строился на основе SDRAM нли
DDR-элементов, Шина доступа 128 бит, скорость передачи 166 МГц
объем — до 128 Мбайт. Использование в составе контроллера дополни-
тельной схемы SiS 301 делало возможным подключение второго монито
ра (ЭЛТ, плоского нли телевизора).
Выпускалось несколько модификаций данного кристалла, StS 3I5E
(64 разрядная Шина доступа к памяти), SiS 315 Pro (разогнанный вари
аит, рабочие частоты 183 MI ц). Для построения графических контролле
ров кристалл использовался мало, но фирма SiS широко применяла его в
своих интегрированных системных наборах
В 2002 г начата серия ХаЬгс.
ХаЬге 80. Рабочая частота процессорного ядра *200 МГц. намять на ба-
зе SDRAM-элементов объемом до 64 Мбайт, шина доступа к памяти —
128 бит, частота 166 МГц. Поддержка DireclX 8.1 Интерфейс — AGP4x
ХаЬге 200 Частота ядра 200 МГц, память па базе DDR-элемснтов
объемом до 128 Мбайт, шина доступа к памяти — 128 бит, частота 333
(166x2) МГц. Поддержка DireclX 8.1. Интерфейс — AGP 8х,
ХаЬге 400. Частота ядра 250 МГц, память па базе DDR-элементов
объемом до 128 Мбайт, шина доступа к памяти — 128 бит, частота 500
(250x2) МГц. Поддержка DirectX 8.1 Интерфейс — AGP 8х
Осенью 2002 г. появился Xabrc G00 Технология изготовления
0,13 мкм. Первый Графический процессор, освоивший столь тонкий тех-
процесс. (Вторым должен стать GeForce FX, ио это будет весной 2003 г)
Частота ядра 300 МГц. память на базе ООК'Элемептов объемом до
128 Мбайт, шина доступа к памяти — Г28 бит, частота 600 (300x2) МГц
Поддержка DireclX 8.1. Интерфейс — AGP 8х
Matrox Graphics — еще одна канадская фирма па рынке графиче
ских кристаллов. Первыми ЗО-изделие.м стал контроллер MGA G200
(Malrox Graphics Adapter) Технология изготовления — 0.25 мкм. память
иа базе SGRAM/SDRAM-элементом объемом до 32 Мбайт. Интер
фейс — РС1 или AGP
В своем следующем изделии — MG A G400 фирма Malrox реализова-
ла технологию Dualllead обеспечивающую подключение двух моиито-
366
Видеосистема
ров. Обмен с памятью велся по двум 128-разрядиым однонаправленным
шинам (одна иа прием, другая на передачу) иа частоте 166 МГц. Прочие
характеристики технология изготовления — 0.25 мкм. память иа базе
SGRAM/SDRAM-элементом объемом до 32 Мбайт, частота ядра —
125 МГц Процессор G400 МАХ работает иа повышенных частотах (яд
ро — 150 МГц. память — 200 МГц).
Кристалл G450 приобрел второй внутренний RAMDAC Это позволя-
ет выводить на два одновременно работающие монитора различные кар
тинки. Память на базе SGRAM/SDRAM и DDR-элемеи’тов Объем —
32 Мбайт Шина доступа двунаправленная (64 + 64). частота 166 и 333
(166x2) МГц
Процессор G55O Технические характеристики те же, что и у G45O,
ио существенные архитектурные улучшения. Имеет блок T&L (транс-
формаций и освещения) и частичную поддержку DirectX 8.0 (вершинные
шейдеры). Поддержка технологии HeadCasling (аппаратная прорисовка
плавной анимации человеческого лица)
Таблица 9 11
Нздеаня фирмы Matrox
Процессор ТИП памяти Частоте памяти, МГц Шина, бит Объем. Мбайт Частота процессора. МГц Техно- логия
G200 SGRAAf SDRAM 143 125 126 32 100 0.25
G400 SGRAAf/ SDRAM 166 256 (120+120) 40 125 0 25
<3400 Мах SGRAM/ SDRAM 200 256 (126+128) 32 180 0 25
G450 SDRAM DDR 166 324 (162x2) 128(54+64) 128(64+64) 16 32 126 126 0 10 018
Последнее изделие Matrox — ядро Parhcha-512. Название от грече-
ского "пара” — возле и ’’гелиос * — солнце. Астрономы перевели ’парге-
лия” как — ’ложное солнце’. Разработчики графического процессора,
вероятно, имели в виду — ’’подобный солнцу”. (Соревноваться с другим
соперником им видимо, неинтересно). Таинственное число ”512" в на-
звании — разрядность внутренней архитектуры ядра Другие производи-
тели пока используют 256-разрядиую,
Технология изготовления — 0.15 мкм, 80 мли транзисторов. Частота
ядра — до 250 МГц (у первых моделей 220 МГц). Память на основе
367
Глава 9
DDR-элементов, объем — до 256 Кбайт Частота шииы — 550 (275x2)
ширина 256 бит.
Matrox разработала механизм отображения с (0 разрядным кодирова-
нием образующего цвета — GigaColor и реализовала его в новом ядре.
Код цвета точки 32-битный (10 + 10 + 10 и 2 в резерве),
3D labs (в настоящее время — подразделение фирмы Creative). Рабо
ту на рынке графических процессоров начала с выпуска семейства per-
media.
Специализируется иа выпуске изделий ориентированных на профес-
сиональный рынок. Последняя разработка — процессор — РЮ. Ядро
планируется изготавливать по технологии 0 15 мкм. 86 млн. транзисто-
ров Частота ядра — до 250 МГц, Память на основе DDR-элемеитов. объ-
ем — до 256 Кбайт, Частота шииы — до 600 (300x2) МГц, ширина
256 бит Ориентируются иа полную поддержку API OpenGL 2.0 и только
частичную DirectX 9.0.
На основе РЮ выпускается семейство графических контроллеров
Wildcat (VP 760, VP 870, VP970). Все онн имеют весьма иысокую це
ну. от '149 долл, за VP760 до почти 1200 долл, за VP970. К “игровым”
можно отнести только VP760 да и то к разряду дорогих. VP87O и
VP970 — профессиональные 3D акселераторы, о которых будет сказана
позже несколько слов.
Trident. В тс. теперь уже далекие времена, когда в компьютерах сто-
яли SVGA-коптроллеры для ISA шипы, фирма Trident было широко изве-
стно. Кто не знал Trident 9000 или Trident 8900? Они были лучшими в
своем классе1 Можно вспомнить еще контроллеры для шнны VLB (Tri-
dent 9400), а потом — тишина.
После нескольких лот скромного молчания фирма Trident решила на-
помнить о себе. Появился 30-контроллер Trident ХР4. Первое, что бро-
сается в глаза. Кристалл изготавливается но самой современной техно:
логин ОДЗ мкм и построен всего из 30 млн. транзисторов. У nVidia и ATi
во "флагманских" моделях число транзисторов перекалило за 100 млн.
Trident сделала упор на оптимизации архитектуры ядра, уменьшении раз-
мера кристалла, снижения уровня потребления (соответственно, и теп-
ловыделения).
Рабочая частота ядра — до 300 МГц. Память объемом до 256 Кбайт
строится на DDR-элементов Шина доступа к памяти 128-разрядная,
частота обмена — до 700 (350x2) МГц Полная аппаратная поддержка
DirectX 8.0 и частичная DirectX 9.0.
S3. Компания получила известность, выпуская очень неплохие видео
контроллеры для PCI-шииы (наборы S3 Virge GX/DX. S3 Trio 3D). Сле-
дом за ними фирма спроектировала несколько наборов для построения
368
Видеосистема
30-контроллеров. Оии предназначаются для подключения к AGP-каиалу
допускают изготовление адаптеров для PCl-шниы Кристаллы Savage
2000 и Savage 2000+ имеют в своем составе блок T&L Для того времени
это бы по новшество
Таблица 9 12
Изделия фирмы S3
Процессор Тип памяти Частота памяти (МГц) Шина (бит) Объем (Мбайт) Частота процессора (МГц) Техно- логия
Savage 3D SGRAM/SDRAM 125 64 8 125 I 0.25
Savage 4GT SGRAM/SDRAM 125 128 16 110 0 25
Savage 4Рм> SGRAM/SDRAM 125 128 32 110 0,28
Savage 4Рк>+ SGRAM/SDRAM 143 128 32 125 0,25
Savage 2000 SGRAM/SDRAM 166 128 64 150 0,18
Savage 2000+ SGRAM/SDRAM 200 128 64 200 018
Во второй половине 1999 г. S3 приобрела компанию Diamond Multi-
media. Однако уже на следующий годен пришлось искать партнера и ин-
вестора. Им стала тайваньская фирма VIA. осваивающая все новые и но
вые рынки Результатом этого альянса стало появление в 2000 г компа
пни S3 Graphics
Через два года компания напомнили о своем существовании анонси-
ровав графическое ядро Delta Chrome О мем было сообщено
• технология 0.13 мкм.
• частота графического ядра — до 400 МГц.
• намять на основе DDR-элемеитов. рабочая частота до 700 МГц
(350x2)
• поддержка DirectX 9 0.
• вершинные и пиксельные шейдеры (версия 2 0)
Все упомянутые выше 3D контроллеры (кроме VT 870 и VT970) пред-
назначены для игр. Однако существуют и другие типы задач. Например,
нужно смоделировать полет реактивного истребителя над крупным горо-
дом, или в кинозапись ввести компьютерные эффекты Подобные задачи
предъявляют к 3D-системе повышенные требонаиия. В первом случае не
обходимы дополнительные вычислительные мощности, а во втором —
специальный инструментарии для работы с графикой.
Для решения подобных задач используются специальные контролле
ры Они нужны специалистам, отсюда и их название — профессноиа-
369
Глава 9
льныс ЗО-контроллеры Соответственно, к трем упомянутым выше
типам обычных илн игровых графических ускорителен (мы их условно
назвали ’’простыми", "продвинутыми и "навороченными") добавляется
еще одни. Получается расклад, подобный тому, который существует иа
рынке компьютерных микропроцессоров Есть обычные процессоры —
Penlium 4. Celeron, Athlon, Duron, а есть — Xeon, Itanium, Athlon MP
От игровых компьютеров требуется быстродействие в рендеринге
(быстро нарисовать картинку и наложить на нее текстуры), от професси-
ональных — скорость прн выполнении геометрических преобразований
(расчет трансформаций) и дополнительный инструментарий для работы
с изображением.
С этой целью графические ядра, мредиазпачеииые для работы в про
фессиональных ускорителях, оптимизируют, добавляются новые вычис
лнтельиыа блоки. Рабочее ПО контроллера комплектуется специальны
ми утилитами (рабочими приложениями), реализующими дополиитель
иые функции. За эти возможности приходится дорого платить. Средняя
цена профессиональных ЗП-аксолератирои — 1000 долл, и выше Для то
го чтобы специальные приложения ие использовали с игровыми картами,
профессиональные ЗО-устройства снабжены специальной системой
идентификации. Профессиональные приложения работают только иа
‘‘родных* Каргах. Если не предусмотреть .такую защиту, то вряд ли бы
удалось убедить пользователей покупать столь дорогие "игрушки"
Всякий уважающий себя производитель 3 D-контроллеров ведет свою
"профессиональную1’ серию.
nVidia^ Каждое поколение контроллеров GeForce имело свое про-
фссснодалыюс исполнение'
• GeForce 256 — Quadro,
• GeForce 2 — Quadro 2 (Pro. MXR).
• GeForce 3 — Quadro DCC;
• GeForce 4 — Qnadro XGL (500, 700 750. 900 980).
Контроллеры GeForce FX еще только ожидались a Quadro FX (ГХ
1000. FX 2000) уже предлагались пользователям. Ila профессиональ-
ной* ииве можно собрать значительно больший урожай
QuadroFX 2000 — рабочие частоты 400/800 МГц, у QuadioFX
1000 — 300/600, Эти контроллеры оптимизированы для работы в 3ds
шах. максимальное разрешение 3840x1200 (JX Поддерживают техноло-
гии: FSAA 16х, Hardware Clipping. 12-bit Subpixel Precision и др
ATi. У канадского производителя примерно такая же картина (Rade
on 8500 — Fire GL 8700, GL 8800 и др.). Контроллеры иа самом совре
меииом ядре R300 имеют свои профессиональные модификации:
370
Видеосистема
• Radeon 9500 — Tire GL ZI — рабочие частоты 325/620 МГц. па-
мять — 128 Мбайт;
• Radeon 9700 — Fire GL XI — рабочие частоты 325/560 МГц па
мять — 128/256 Мбайт
3Dlabs Уже упоминались изделия семейства Wildcat иа основе яд-
ра РЮ — VT 870 VT 970. Есть еще Wildcat II (5000). Wildcat 111
(6110,6210).
До них было семейство Oxygen GVX (Pro. 210, 420)
В рыночных условиях закономерно стремление производителей сни-
зить стоиьюсть разработки и производство своих изделий Все шире стал
использоваться следующий прием. Разрабатывается универсальный кри
сталл. В его модификациях для недорогих SD-контроллеров некоторые
функции блокируются. Похожим образом действуют производители
компьютерных микропроцессоров В Pentium 4 (Northwood) имеются
средства поддержки двухпроцессорное™, но оии ие применяются Ядро,
где эти схемы разблокированы (Prcstonia), предназначается для исполь-
зования в серверах. Оно упаковывается в другой корпус, и стоимость его
после этого возрастает в несколько раз
Всю призрачность таких искусственных границ между двумя типами
изделий показали отечественные любители разгона. Обычный игровой
контроллер слегка '’подправляется’'' режутся нужные проводящие до
рожки иа плате адаптера, в соответствующие места напаиваются рези-
сторы. Этим меняет система идентификации карты Заменяется BIOS.
В результате профессиональные драйверы "видят" переделанные устрой-
ства "как свои' и начинают с ними работать. Достигается ситуация, ког
да мн обычных картах становятся доступными профессиональные прило-
жения. Чаше всего слышны разговоры о '’доработке4 изделий фирмы ATi.
Radeon 9700 переделывают в Fire GL XI. Radeon 9500 — в Fire GL XI.
Сразу оговоримся, что все упомянутые манипуляции — дело риско-
ванное. Карту можно банальным образов "сжечь". Однако делом этим ча
ще всего занимаются люди квалифицированные. Оии хорошо знают, чем
и раде чего рискуют. Выигрыш составит сотни долларов. "Улучшенные"
карты не всегда дают прирост производительности в играх, ио при работе
с графикой результаты значительно улучшаются.
Производители пытаются с этим делом бороться Меняются механиз-
мы идентификации, устанавливаются дополнительные средства защиты
и тль, мо преимущество ие иа их стороне. "Щели” есть всегда Ищут их
профессионалы. Находят, "пролезают’' н рассказывают всем об этом. Раз-
работчики "латают прореху", выпускают следующую модификацию крнс
талла и...все начинается с начала. В Internele есть специальный сайт,
рассказывающий о достижениях в этой области. Посещаемость его очень
371
Глава 9
высокая. Можно сделать вывод что переделка 3D контроллеров интере-
сует многих
От той легкости, с какой выполняются все эти "модернизации" стра
дают прежде всего ‘дисциплинированные" покупатели профессиональ
ных видеокарт. Не всегда обоснованно, ио в их головах может зародить-
ся мысль, что оии платят большие деньги за несколько резисторов и
грамм припоя
9,11, Видеосистема — "куда пойти, куда податься7
Завершая разговор об устройстве и работе компьютерной видеосисте-
мы, коснемся нескольких общих моментов Структура видеосистемы,
когда контроллер подключался через ISA- или РСЬшику, имела одну осо-
бенность Объем видеопамяти SVGA-адаптеров был в несколько раз ме-
ньшим, чем размер ОЗУ. Примерное соотношение составляло:
256 Кбайп, 1 Мбайт видеопамяти у ISA-контроллеров I...2 Мбайт ви-
деопамяти у PCl-комтроллеров против 4..J6 Мбайт ОЗУ. Кроме этого,
доступ к видеопамяти выполнялся через узкое “окошко в адресном про-
странстве Верхней памяти (сегменты "А" и "В"). '
Ситуация очень неприятная, как ее исправить? Простое решение все-
гда на виду — ’взять, да и поделить’1. В ОЗУ выкроили кусок н передали в
распоряжение видеоконтроллера. Дополнительно для доступа к ОЗУ ему
предоставили отдельный информационный канал. Появился AGP-норт
Графический контроллер получил столь необходимую ему память
Наличие на материнской плате AGP-шины фактически стало стандартом
для современных компьютеров. Подчеркнем; решение было удачным, за
ним была могучая поддержка Intel, и еще один момент — альтернативы
нс было .
Во второй половине 90-х годов XX века (такого привычного, ио уже
прошлого) в компьютерном мире произошли большие изменения Поде
шсвсла вечно дорогая оперативная память. Это существенным образом
повлияло на структуру всей компьютерной системы Ограничения, уста-
иавлинаемые малым объемом ОЗУ, исчезли. Отрасль сбросила с себя уз-
кие старые одежки н примерила новые широкие
Сегодня объем оперативной памяти рядового компьютера составляет
128...256 Мбайт, а в некоторых случаях и 512 Мбайт. Графические конт-
роллеры имеют "на борту" 64...128 Мбайт памяти. Для ЗО-системы этого
вполне достаточно. Если потребуется больше, то производители готовы
предоставить 256 Мбайт
В подобной ситуации необходимость в "раскулачивании" оперативной
памяти отпала Обращаться к ией ие нужно Графический процессор ра-
372
Видеосистема
ботает с собственной памятью Обмен ведется по очень быстрой шине.
Ее пропускная способность вплотную приблизилась к 20 Гбайт/с
3D контроллеру "удобнее1’ работать в автономном режиме и как можно
реже вести обмен с "тормозной1’ частью системы (фактически это весь
остальной компьютер). При таком раскладе видеопорт (AGP) нужен то-
лько для подачн сведений об исходных моделях иа вход конвейера ренде
ринга. Его нынешней пропускной способности (2 Гбайт/с) для этих це
лей более чем достаточно
Что дальше? Intel (разработчик AGP) безусловно будет поддерживать
свое детище — "от добра добра ие ищут". Однако разработчики графиче-
ских видеосистем, а за ними и производители материнских плат могут
начать поиск новых путей. Онн ничего не теряют, а приобретают в слу-
чае удачи многое. На подходе новые быстрые шииы: PCI-Express
HyperTransport Они вполне применимы в качестве канала связывающе-
го графическое ядро с остальной системой. Так что, в недалеком буду
щем вполне могут быть предложены видеосистемы, использующие новый
системный- интерфейс.
373
Глава 10
ВАМ НУЖЕН КОМПЬЮТЕР!
ЧТО ДЕЛАТЬ ДАЛЬШЕ?..
Вам нужен компьютер* Его можно купить в уже юговом виде или со-
брать самостоятельно из отдельных компонентов
В первом случае Ви приобретаете лолиостью.работоспособную вещь
Компьютер наверняка имеет операционную систему (Windows 95/98/
2000/Ме/2002/ХР значительно реже DOS с Windows 3.*) и некоторое
программное обеспечение. В этом случае пользователю» начинающему
свое знакомство с компьютером» нужно купить одну из обучающих киж
(благо их сейчас много иа любой вкус) и начать свою работу следуя е$
советам и наставлениям. Все остальное — вопрос времени.
Другой вариант — Вы решили собрат!» свой компьютер Этот путь для
пользователя более сложный. От него требуется наличие определенных
знаний и паныков» но в то же время он экономически более рацмоиаль
ный» так как позволяет сэкономить деньги за счет использования некого
рых компонентов старого компьютера. Приобретенные навыки практиче-
ской работы так же ие будут лишними.
В предыдущих главах были рассмотрены основные компоненты "хо-
довом части" компьютера. Основываясь па этих сведениях попробуем
рассмотреть процесс сборки компьютера и приведения его в рабочее
состояние
ЮЛ. Подключение компонентов к системной плате
В какой-то момент в руках пользователя оказывается полный комп-
лект компьютерных компонентов' материнская плата, процессор, память»
винчестер, дисковод видеокарта корпус. Теперь из них требуется со
здать единую систему.
Компьютер можно сразу собрать внутри корпуса, т.е. поместить эле-
менты туда где они и должны находиться. Это одни подход. Возможен и
другой: все элементы компьютера предварительно собираются иа столе»
и в таком виде система приводится в рабочее (загрузочное) состояние
374
Вам нужен компьютер1 Что делать дальше?
Что это дает? Подключение устройств выполняется в условиях, когда
проще добраться до всех соединительных разъемов, легче манипулиро-
вать с перемычками. Кроме этого, при выявлении "конфликтующих" эле-
ментов для нх замены не потребуется выкручивать крепежные винты и
извлекать блок из корпуса, когда его легко повредить зацепив за высту-
пающие детали.
После достижения работоспособности собранной системы пользова-
тель может перенести все детали в корпус и закрепить их там, будучи
уверепым, что ничего не придется переделывать.
Будем надеяться, что каждый сумеет выбрать наиболее рациональ
ный для него путь Отметим что какой бы подход пользователь не вы
брал, операции по установке и подключению выполняются одни и тс же
Их и рассмотрим
Установка процессора. Большая часть наиболее современных про
цессоров выпускается в плоских корпусах (последние модели вообще па
100 %) Они такие же квадратные как н прежде ио между ними я ста-
рыми Pentium есть существенное отличие. Pentium илн Pentium
ММХ — солидное, весомое изделие Рука чувствует нх вес Новые про
цессоры по размеру примерно такие же, но керамическая пластина тонь
ше и легче (В первую очередь это относится к процессорам AMD ) Впе
чатленяе, что это хрупкая игрушка, и как бы ее ие сломать.
Процессоры и на самом деЛе очень хрупкие Корпуса легко ломаются.
Производители всячески стараются их усилить, по они по-прежнему ие
очень прочные Повреждение корпуса “старого" Pentium было чрезвы
чайпо редким явлением Новые процессоры ломаются значительно чаще.
Если посмотреть на системную плату класса Pentium Ш (подразуме-
ваются и платы под процессоры AMD), то процессорная панель выглядит
островком среди скал. Напаянные элементы (конденсаторы, стабилиза-
торы напряжения и др.) как рифы, торчат возле самой береговой кром
ки. На этом островке н должен разместиться процессор. Вставить его
ножки в отверстия па панели несложно. Проблема в другом. Процессоры
сильно греются, рассеиваемая мощность измеряется десятками ватт. Им
нужно хорошее охлаждение. Для отвода такого количества тепла вентн
ляторы должны быть мощными. По этой причине на некоторых из них от-
водящий радиатор по размеру больше чем площадь процессорной пане
ли. Его края нависают над платой. Возникает необходимость в подборе
вентилятора который сможет вписаться в свободное пространство во-
круг панели. Если это условие не соблюсти, то нижний край радиатора
уткнется в одни нз выступающих элементов (чаще всего это бывают кон-
денсаторы). Из-за этого нижняя пластина вентилятора "не сядет" на про-
цессорный кристалл и не обеспечит необходимого теплоотвода. Еслп>на
чать вентилятор "дожимать", то конденсатор (или любой элемент в кото-
375
Глава iO
рын он упрется) легко повредить. Результатом этого будет выход из!
строя процессора (перегрев) или платы (оторван одни из элементов)
Исходя из этого можно порекомендовать — выбирая вентилятор же*’
лательио иметь под рукой системную плату, на которой он будет стоять •
Примерить его по месту н только после этого купить.
В деле установки вентилятора есть еще одна тонкость. Радиатор .ох-
лаждения большой и тяжелый, его нужно надежно прикрепить к пронес*
сорной панели. Что собой представляет прижимная пластина? Это П об-
разный кусок штампованного железа с квадратными отверстиями на кон*
цах. Прорезями скоба зацепляется за крепежные выступы панели На
многих платах под крепежными выступами находится проводящие до
рожки. Когда процессор и вентилятор ставятся на плату, уже находвщу
юся в корпусе, прицепить прижимную пластину к панели бывает весьма
непросто. Сама пластина жесткая место неудобное, работать часто при-
ходится двумя пальцами. Чуть-чуть пережал и нижний край зажима на-
чинает царапать плату. Если в этом месте проходят дорожки, то их мож
по легко повредить.
Отсюда рекомендация — подогнать крепление вентилятора к высту-
пам на панели еще до установки платы в корпус Позже (ври сборке)
проявить максимум терпения и аккуратности.
Установка элементов памяти. Па подавляющем числе плат испо-
льзуются DIMM-модули (SDRAM или DDR элементы). Значительно ре
же применяется ПОЙАМ-память Между собой оии различаются по раз
меру и перепугать нх трудно.
В установочной панели с одного бокового края есть выступ. На моду
ле памяти имеется вырез. Это позволяет его правильно сориентировать
Кроме этого, “ключевые" вырезы есть в контактной гребенке, вставляе-
мой в панель, а в самой панели —'выступы. Перед установкой необходи-
мо убедиться в их соответствии. Если они не совпадают, то это значит,
что элементы ппмятн неподходящего типа илн им требуется другой уро-
вень питающего напряженки.
Главнее и процессе установки — не злоупотребить силон. Koi да мо-
дуль вставлен в панель прапнльно, все фиксирующие зажимы должны ак
куратио защелкнуться.
Установка адаптеров. С точки зрения выполнения механических
операций it данной процедуре нет особенных трудностей. Контроллер
вставляется в соответствующий разъем и крепится к задней стенке кор-
пуса. После этого к нему подсоединяются управляемые устройства.
Основная сложность в том. чтобы правильно установить драйверы на
винчестер и организовать их взаимодействие с операционной системой.
В комплект поставки всегда входит дискета пли CD-диск с набором нуж-
ных программ. Средн них обычно есть текстовый файл, содержащий опи-
376
Вам нужен компьютер! Что делать дальше?
санне последовательности действии прн выполнении иастройкн Если
следовать этой инструкции, то все должно получиться. Иногда иа диске
есть специальная иисталяинонная программа Setup Ее нужно запустить
и все остальное она сделает самостоятельно.
Шлейфы. В комплект к системной плате входит шлейф для подклю
чения дисководов и по одному шлейфу для каждого канала IDE. Для ка
нала поддерживающего режим АТА/33, кабель 40-проводный для
ATA/66/IOO — 80-проводиый
Винчестер, с которого выполняется загрузка, подключается к Перво
му каналу. Цветной провод кабеля должен идти к первой ножке разъема
После подсоединения накопителя в программе Setup о нем делается со-
ответствующая запись.
Практически на всех современных платах размещен контроллер USB
Разъемы подключения могут размещаться либо на самой плате, либо на
кронштейне, крепящемся к задней стенке корпуса. В этом случае они
подсоединяются шлейфом к специальной вилке на плате. Разводка снгна
лов в этой вилке у разных плат не совпадает По этой причине брать "чу-
жие USB шлейфы пе рекомендуется (можно сжечь интегрированный
контроллер)
Сигналы с передней панели корпуса В корпусах любого типа
требуется подсоединить к плате динамик кнопку сброса ("Reset”) и ин-
дикаторы (подачи питания и обращения к жесткому диску). Бывают еще
кнопка и индикатор “Turbo , но они в настоящий момент — не более чем
дань традиции.
В ATX-системах включение выключение блока питания выполняется
программно. Поэтому провода с кнопки включения, размещенной на пе-
родней панели, подключаются к системной плате, а уже с нее сигнал по
специальной линии подается БП
Конфигурационные перемычки. Для настройки платы на рабо
чие режимы требуется сделать на ней некоторые установки (нли подпра-
вить те, что сделал изготовитель). Для этой цели иа плате имеются бло
ки перемычек. (Иногда настройка выполняется через программу Setup.)
Может потребоваться задание следующих параметров:
• Частота процессорной шины Для большинства систем требует-
ся установка иа 66, 100 илн 133 М{ ц. Многие платы допускают на-
стройку на более высокие частоты. Эта возможность чаще всего
используется при разгоне процессора.
• Коэффициент внутреннего умножения частоты. В большинст-
ве процессоров ои уже заложен производителем и его изменения
ие предполагается. На некоторые процессоры он должен быть по-
дан с платы или через Setup.
377
Глава 10
• Уровенъ.пнтающего напряжения. Задается напряжение питания,
необходимое устанавливаемому на плату процессору. (Оно обычно
указывается на верхней крышке его корпуса ) Установка делается
при помощи перемычек или через Setup
• Разрешение/Запрещение внутренних кодеков. Делается уста
ловка на использование внутренних (размещенных на самой пла
те) аудио/модемных кодеков или внешних, находящихся иа плате
расширения (riser-card)
• Разрешение/Запрещение внутреннего видеоконтроллера. Пла
ты, построенные на базе интегрированных чипсетов и поддержива
ющие внешний AGP-рязъем, предоставляют пользователю возмож-
ность выбора. При помощи специальной перемычки (или через Se-
tup) система настраивается на работу со встроенным
контроллером или с тем. который подключается через ЛСР-канал
(в некоторых случаях, с установленным в PCI-разъем).
Все параметры, задаваемые прн помощи перемычек, описываются в
паспорте системной платы. Каждый блок перемычек имеет некоторые
установки ("по умолчанию"), сделанные производителем платы В про
цессе настройки требуетс5( только привести их в соответствие с тон кон
фигурацией, которая создается в компьютере
10,2. Подключение дисковых накопителей,
конфигурирование винчестеров
После тою как элементы системной платы установлены на свои мес-
та, пришла очередь заняться дисковыми накопителями Рассматривая
процесс их подключения, будем исходить из того, что используется плата
класса Pentium IH. н что опа имеет Setup, описанный в главе 8. (Это по
зволнт ссылаться па имеющийся иод рукой материал.)
В нашим случае контроллер EID1: и контроллер дисководов интсгрн
роваиы па системную плату. Это имеет место да всех Pentium-платах и
выше. С 486-ми платами такой однозначности ист. На поздних моделях
(с PCI-шиной) контроллеры встроенные. Остальные предполагают испо
льзоваиие контроллеров в виде отдельных адаптеров, устанавливаемых в
системный разъем (ISA или VLB). В обоих случаях соединительные
шлейфы одинаковые
Подключение дисковода Выполняется'прн помощи 34 проводного
плоского кабеля. Первая линия выделена цветом. Дисковод а в совре
менных компьютерах он практически всегда один и имеет емкость на
1,44 Мбайта, подсоединяется к концевому разъему шлейфа (После этого
378
Вач нужен компьютер1 Что делать дальше?
он приобретает в системе имя "Диск А ‘) К первой ножке разъема идет
цветная линия соединительного кабеля Второй концевой разъем идет к
вилке иа контроллере.
Включается компьютер В конфигурацию компьютера, сохраняемую в
КМОП*памяти, прн помощи ‘Стандартного Setup'4 (раздел 8.2) делается
соответствующая запись. Если енетонндикатор на передней панели дис-
ковода не гаснет, то это значит, что шлейф подсоединен неправильно
Требуется: выключить компьютер, вынуть шлейф нз дисковода, развер
путь его на 180” и поставить на-.место.
Механические подсоединения выполнены. Теперь необходимо прове
рнть работоспособность FDC-каиала (Исходим нз того, что дисковод ис-
правен.) Самый простой способ — загрузиться с "системной дискеты’4.
При помощи программы Setup разрешает работу встроенного канала
(‘Onboard FDC Controller .-Enabled’') и указываем последовательность
опроса накопителей при выполнении загрузки (‘‘Boot Sequence :А,С’‘).
Включаем компьютер, вставляем загрузочную дискету. (О том. что это
такое и как.она делается говорится в следующем разделе.) Если все сде-
лано правильно и канал исправен, то система должна загрузиться
Подсоединение винчестеров. Системная плата обычно имеет два
канала EIDE. К каждому из них может быть подключено по два накопите-
ля. Для соединения используются 40 проводные плоские кабели с тремя
разъемами. Один концевой — для подключения к контроллеру, даа дру
гнх — для подсоединения накопителей. Первая линия выделена цветом
Роль ключа я разъеме накопителя играет отсутствующая ножка №20
Отсчитывая от нее (сели нет соответствующей надписи па плате электро*
ники винчестера), легко определяется первая. К иен пойдет цветная линия
шлейфа Иногда случается, что ил разъеме контроллера не указана первая
ножка. Можно попробовать определить ее по аналогии — в большинстве
случаев у всех разъемов ла млате (HDD, FDD, LPT СОМ) она с того же
края. Следовательно, все отмеченные провода должны быть с одной сторо-
ны. Дисковод уже подсоединен. Красный провод на этом шлейфе поможет
нам правильно сориентироваться и подключить кабель винчестера
Конфигурирование дисковых накопителен, Максимально в си*
стеме может быть четыре накопителя — по два на каждом канале В нх
число будет входить и CD*ROM (если он есть).
Накопители каждого канала при помощи блока специальных перемы
чек, размещенного на плате электроники, в зависимости от количества
подключаемых устройств должны бить установлены в одно из состоянии
• “Ведущий, в системе один"-
• ‘Ведущий, есть Ведомый",-
• Ведомый"
379
Глйаа 10
Будем исходить из того, что требуется подготовить винчестер для
установки операционной системы, т е он должен бить Ведущим на Пер
вом канале (ЮЕО).
Новые винчестеры (купленные в магазине или фирме и не бывшие
в употреблении) как правило бывают установлены в состояние "Веду-
щий в системе один" Если ои будет в компьютере одни, то можно
считать все настройки уже сделанными Нужно только подсоединить
его к каналу 1DE0
Если винчестер уже был в работе то его настройку необходимо про
верить. Шлейфом подсоединяем HDD к разъему одного из каналов,
включаем компьютер, входим в Setup Запускаем опцию "Автоматиче
ское определение параметров жесткого диска" (раздел 8.7). Система на
ходит накопитель, считывает его параметры и выдает их в одной нз строк
своего сообщения, Если он оказался "Ведущим" на канале {DEI, то иуж
ио только переставить шлейф на соседнюю пилку. В случае если он ока*
зался еще и установленным как "Ведомый", то требуется изменить поло
женке конфигурационных перемычек и сделать его "Ведущим".
На верхней крышке современных винчестеров обычно содержится
табличка, в которой указывается положение перемычек для задания
нужного состояния накопителя. Если табличка есть, то установить нако-
питель ’Ведущим* нс составит труда, (‘ложности появляются в том слу-
чае. когда требуемых сведений нет. Это чаще всего бывает при работе со
старыми винчестерами. Придется либо найти требуемую информацию,
что весьма непросто, либо ст свой страх и риск методом перебора вари-
антов ("методом тыка" проще говоря) попытаться найти требуемую ком-
бинацию исрсмычек,
В конфигурирующем блоке перемычками устанавливается определен-
ная комбинация, включается компьютер, запускается Setup. Через "Ав
тематическое определение параметров жесткого диска” можно уви
деть — какую установку система находит ни винчестере. Если установка
ненужная, то после выключении компьютера задается новая комбинация
и все ионторястеп.
Есть одна топкость Параметры, считанные с накопителей, установ-
ленных как "Ведущий, один в системе" и "Ведущий, есть ведомый”, сис-
тема показывает в одной и той же строке Автоопрсделителя, Ситуация
когда накопитель в системе один, а система вынуждена искать иссущест
вуюшнй "ведомый*' обычно приводит к тому, что компьютер "виснет
или начинает "жаловаться” на ошибку контроллера HDD. В этом случае
следует продолжать перебор вариантов, Когда удастся найти правильную
комбинацию, система увидит накопитель "Ведущим" и должна начать ра-
ботать устойчиво.
380
Вам нужен компьютер1 Что делать дальше?
10.3. Загрузка, загружаемый диск, "системная дискета'1
Системная плата закреплена в корпусе. МП и память установлены в
соответствующие панели. К разъемам контроллера при помощи шлейфов
подключены дисковые накопители. Можно считать, что чисто механиче-
ски компьютер в сборе Осталось только сделать винчестер загружаемым
и разместить на нем операционную систему.
Возможны несколько вариантов загрузки компьютера
• с винчестера
• с дисковода (при помощи системной дискеты),
• с дополнительною SCSI-винчестера
• с CD ROM
Первый вариант для нас пока невозможен, так как винчестер не прн*
веден в рабочее состояние и не сделан загрузочным. Будем считать что
для третьего и четвертого мы не располагаем необходимым оборудовани-
ем. Остается доступным только самый простой вариант — при помощи
системной дискеты
Для начала вспомним, что загрузка — приведение компьютера в рабо
нее состояние с последующей передачей управления операционной системе
Она происходит в следующей последовательности. После подачи пи
тания в компьютер, процессор начинает автоматически исполнять про-
грамму с фиксированного адреса (FFFFOh). В этой области адресного
пространства размещено системное ПЗУ Проверяется исправность
основных компонентов компьютера, инициализируются программируе-
мые блоки. После этого программа начинает поиск на дисковых накопи*
тслях системных файлов с целью передать им управление (Болес по-
дробно эти вопросы рассматриваются в разделе 7.3.)
Мест в компьютере, где могут находиться эти файлы, несколько По
льзователь сам (при помощи программы Setup) указывает системе — где
их нужно искать и в какой последовательности. Указав местоположение
системных файлов, пользователь обязан разместить их, по крайней мере,
в одном нз оговоренных мест. Обычно это винчестер. В этом случае он
называется системным, или загружаемым. Когда он по тем или иным
причинам их не содержит (например, новый, только что купленный), то
загрузка выполняется при помощи “обходного маневра” — с ’’систем-
нон (загрузочной) дискеты'’» Это обычная тбкая дискета, на кото*
рои размещены системные файлы (ядро операционной системы). В насто»
ящее время это '’маленькая’' дискета на 1,44 Мбайта (так как другие уже
не используются), а, в принципе, оиа может быть любой. Загрузка с сис-
темной дискеты чаще всего выполняется с целью сделать новый вниче-
381
Глава 10
стер загрузочным или прн необходимости "подправить" разрушенные си
стеммые файлы на уже имеющемся накопителе
Системная дискета в "компьютерном хозяйстве" — вещь очень нуж
ная. Коротко опишем процесс ее создания и набор файлов, которые иа
пей желательно иметь.
Для каждой операционной системы системная дискета должна быть
своя В России более чем на 90 % компьютеров установлены либо
MS-DOS, либо Windows (95/98/2ООО/Ме/2ОО2/ХР) Система OS/2
распространена значительно меньше п о вей речь вести мы не будем.
Следовательно могут быть два вида системных дискет’ "под DOS" и "под
Windows",
Рассмотрим сначала процедуру создания дискеты под DOS ’ и набор
размещаемых иа мен программ.
На работающем "иод DOS" компьютере (лучше всего, если на нем бу-
дет одна иа последних Персии; 6,0, 6.2 нлн 6.22) форматируется чистая
исправная дискета.. Для этого выполняется DOS-команда — Ct\>formaf
at /s. С ее номо|цью па дискете размещаются системные файлы: сот
mand.eom Msdos.sys, Io,sys, Суммарный объем — меньше 134 Кбайт
Размер программ фиксируется но тем» кричиио, что место па дискете
ограничено и и >ти рамки придется нписывапюи
После этого е дискеты может уже быть выполнена загрузка, но для
наших нолей она пока еще непригодна. Создадим иа диске директорию
DOS н перепишем иа нее сиде несколько DOS-нрогрэмм (объем — около
91 Кбайта):
• fclisk.exe —- создает на винчестере структуру раздело»,
• larmaLcom — форматирует диск ил высшем уровне (с иеполызова-
нне ключа /s загружает па него системные файлы).
• sys.com — выполняется установка на указанный отформатирован
ими диск (например. A:\>sys.com с;) системных файлов*.
• hnnem.sys •— помогает разместить системные драйверы в дополни
тельной памяти н тем самым увелжпт свободную облясть в базо
вой памяти.
Уже в такой комплектация системная дискета может быть кснользо
вана для организации винчестера как загрузочного диска но желательно
разместить ла иен еще несколько программ. -
Работа "в среде DOS", по нынешним меркам, некомфортна — управле-
ние компьютером возможно только через командную строку. Для упроше
имя процесса работы с файлами иа дискету желательно переписать ка
кую-иибудь простенькую оболочку. Лучше всего дли этих нолей подойдет
NORTON COMMANDER. Он долгое время был самой популярной оболоч
кои в России. (Даже в операционных системах типа Windows он часто испо-
льзуется в качестве табличной оболочки) Нужна версия NC 3 0 так как из
382
Вам нужен компьютер? Что делать дальше7
нее может быть выделено ядро, имеющее небольшой объем и умещающееся
иа гибком диске. Берутся файлы; пс.ехе, nc.int ncmain.exe, ncsmall.exe, nor-
ton,ini. Их суммарный объем составляет менее 88 Кбайт. Размещаем их в
директории NC.
На диск можно еще поместить несколько полезных программ нз числа
иортоновских утилит (ndd.exe, ndd.msg, ndiags.exe, ndiags.snd, nlib200,rtL
sysinfo.exe). Объем перечисленных программ составляет около 902 Кбайт
Размещаем их в днрректории NU. Программы предназначены для выпол-
нения следующих действий*.
• ndd.exe — тестирование винчестера и проверка правильности орга-
низации структуры файлов:
• ndiags.exe — тестирование всех основных компонентов компью-
терной системы,
• sysinfo.exe — измерение производительности отдельно процессо
ра, системы в целом, быстродействия винчестера
Для создания законченной структуры системной дискеты в ее корне
иой каталог поместим простенькие варианты программ autoexec.bat и
conftg.sys (объем менее I Кбайта)
Autoexec bat- @echo off
prompt $p$g
PATH a;\DOS,a'\NCta,\NU
a;\nc\nc
Config Sys DEVICE=a.\dos\himem sys
DOS=liigh
FILE^30
BUFFERS=30
LASTDRIVE-Z
STACKS=9,256
После загрузки с дискеты ив Нортоне ее корневой каталог будет вы
глядеть следующим образом;
DOS
NC
NU
Io sys
Msdos sys
Autoexec bat
Command com
Conlig sys
383
Глава 10
Дискета подготовлена, с ней можно работать.
'DOS-структуру" можно создавать иа винчестерах емкостью до
'I Гбайт. (Ограничение накладывается тем, что общий размер Первично
го к Расширенного разделов ие должен превосходить этого объема,) Для
накопителей емкостью до 50'1 Мбайт подойдет любой контроллер, для
прочих (от 504 Мбайт до 4 Гбайт) требуется модификация EIDE.
Винчестер подключается к контроллеру, иа нем организуется струк-
тура разделов, выполняется форматирование на высшем уровне (см. раз
дел 6.2), После этого может быть установлено необходимое ПО
На смену DOS пришли операционные системы типа Windows 95/
98/ 2000/Ме/2002/ХР, В них предусматривается возможность загрузки
с системной дискеты дли того, чтобы отформатировать новый диск емко-
стью более 4 Гбайт, а в некоторых случаях и выполнить “мелкий ремонт
самой операционной системы. Для создания “Системной дискеты Win-
dows" п]юлусмотрена специальная опция (Пуск — Настройка — Панель
управлении — Установка н удаление программ — Системная дискета).
Пройдя по указанному путч, получаем системную дискету. Всиом
ним, что Windows и последующие версии допускают два ражима работы:
режим Windows, предоставляющий пользователю нее возможности опе-
рационной системы; и режим “эмуляции DOS**, когда управление компь-
ютером ведется через уже забытую командную строку. Загрузка с сие
темной дискеты настраивает компьютер на второй режим.
При создании дискеты ’‘под Windows* (взят 95-й, в исследующих вер
сияя примерно то же самое) на нее загружается 25 файлов
• системные (lo.sys. Msdos.sys, command com) и рсиомшательные
(drvspace.bin, Ebd.sys);
• конфигурации и автозапуска (conhgsys autoexec.bat),
• традиционные утилиты, директивы я драйверы (cdit.com, for-
mat.com, keyb.com, inoile.cotih sys.eoni, attrib.exe, ciikdsk.exe. <le-
bug.exe, fdlsk.exe, country.sys. display.sys, hhnemsys)*
• новые "инструменты* (semidisk exe scandisk.inj miinstal exe, rege
dit.cxe, ega3rcpi, keyhrd3,sys).
Файлы конфигурации и автозапуска имеют следующий вид
config,sys — device=disptay.sys con=(ega„l)
country=007,866,country sys
DEVICE=HrMEM SYS
autoexec bat — mode con cp pre- pare=((866) ega3 cpt)
mode con cp sctect=866
keyb ru„keybrd3.sys
384
Вам нужен компьютер! Что делать дальше7
Общий объем программ, устанавливаемых на диск составляет при
мерно 1,2 Мбайт Свободного пространства остается совсем немного
Располагая перечисленными ресурсами, можно подготовить к работе
новый винчестер. Если Windows категорически отказывается загружать-
ся, то можно попробовать его немного ’’подремонтировать"’
• проверить файловую структуру (scandisk.exe)
• подправить системные файлы (sys.com).
Есть одна тонкость Человек, привыкший работать и смотреть в ок
но Windows, попав в непривычную *оболочкум*смотрит на "командную
строку DOS" как на черную полынью, в которую ему предстоит нырять,
Чтобы создать более "дружественную среду*’, можно установить на дис-
кете Нортон.
На дискете имеется примерно 245 Кбайт свободного пространства.
Создаем директорию NC и переписываем туда ядро "Нортона” (см. сис-
темная дискета-"под DOS”). В файл autoexec.bat добавляетсн строка?
яг\пс\пс._
Для некоторых нршрамм места на дискете хватать нс будет. Напри-
мер, необходимо проверить весь массив жесткого диска на примет нали-
чия вирусов. В этом случае загрузку нужно щювссти с системной диске-
ты, а не с винчестера. Диагностическая программа DrWcb имеет объем
порядка L Мбайт и просто так ее на системную дискету не поместить
Придется чем-то жертвовать и часть файлов “пустить под нож", чтобы
оснободнть место на лиске. В результате мы ириходим к тому, что для об-
служивания компьютера системных дискет нужно несколько — иа каж
дую болезнь свое лекарство Но ничего не попишешь, современный
компьютер "нод Windows" — организм очень сложный и “хворей” в нем
может обнаружиться много
10.4, Измерение производительности процессоров
и компьютерных систем
Возможны несколько подходов к оценке производительности компь
ютсров. ti настоящее время чаще всего используются два нз них:
• определяется быстродействие только нейтрального процессора
• измеряется производительность всей системы в целом
В каждом случае используется своя методика тестирования и свои
программные инструменты
Производительность процессоров Выполняющие эту операцию
пет программы практически все действия (кроме ввода данных и выдачи
385
Глава 10
результата) производят внутри процессора Обмена с внешними устрой
ствами нет. Последовательности команд, составляющие эти программы
почти не встречаются в реальных пользовательских приложениях. По
этой причине процессорные тесты часто еще называют синтетически-
ми, подчеркивая нх искусственность
Суметь показать высокую производительность МП и убедить в этом
пользователя — значит сделать ему дополнительную рекламу По этой
причине производители поспешили предложить свои измерительные
шкали, Первой это сделала фирма Intel — основная фигура в этой об
ласти, В ней разработали и стали присваивать своим изделиям индекс
производительности iCOMP (intel Comparative Microprocessor Perfor-
mance). Его значения для некоторых распространенных процессоров
приведены в табл. 10 I Позже Intel усовершенствовала методологию,
положенную в основу определения индекса, н с учетом внесенных в
архитектуру усовершенствований (ММХ-расшнрснне, 32-разрядная ма
тематика н некоторых других) предложила новую его версию —*
iCOMP 2.0 Для более современных процессоров значения iCOMP 2 О
даны в табл 10 2
Таблица IQ 1
Индекс iCOMP для некоторые МП Intel
Тип процессора ICOMP
388SX-25 39
386DX-33 68
486SX-25 100
486SX-33 136
486DX-25 122
488DX-33 166
486DX-50 249
486SX2-50 180
486DX2- 50 231
466DX2- 66 29?
486DX4- 75 319
466DX4-100 435
Pent. OverDrwe-63 443
-83 661
Pentium -60 510
Pentium-66 Й7
Pentlum-75 610
386
Вам нужен компьютер1 Что делать дальше?
Таблица 10 1 (окончание)
Тип процессора ICOMP
Pentium-90 735
Pentium-100 815
Pentium-120 1000
Pontium-133 1100
Pentium OverDrive 120/133
(60 • 2.O)-12O 877
(68*2.O)-133 978
Pentium MMX OverDrive-125 1070
-150 1176
165 1308
Таблица Ю 2
Индекс »СОМР 2 О для некоторых МП Intel
Процессоры ICOMP 2 0
Pentium 75 67
-90 81
-100 90
-120 100
133 111
150 114
166 127
200 142
Pentium MMX •150 144
•168 150
•200 182
•233 203
Pentium Pro 180 197
-200 220
Pentium II 233 267
-266 303
th начальном этапе в {ВМ*совместнмых компьютерах использова-
лись только процессоры Intel нлн их модификации (клоны), выпущенные
по лицензии другими фирмами. Прошло некоторое время, конкуренты In
tel (AMD, Cyrix и др ) встали на ноги, разработали собственные изделия
387
Глава 10
и начали нх продвижение на рынок. Нахождение в теин Intel н вынуж-
денная погоня за частотой ее процессоров перестала нх устраивать Оин
предложили свой подход к проблеме сравнения производительности раз
личных процессоров. Смысл его в следующем — для пользователя важна
та скорость, с какой процессор выполняет типовые задачи а ие тактовая
частота, иа которой он работает.
Реализуя новую идею на практике, в 1996 г. фирмы AMD. Cyrix, IBM,
SGS'Thomson Microelectronics Применили для указания уровня пропэво
дитслькости своих изделий индекс Р-рсйтинг (P-Rating нли просто
PR). С его помощью предлагался способ позиционирования различных
МП по-отношению к процессорам Intel.
Для определения PR-пндекса на основе пакета Winstone 96 был со-
ставлен специальный тестовый набор. Сравниваемые процессоры уста
цавливаются в системы примерно одинаковой конфигурации (объем
памяти, быстродействие винчестера, пропускная способность видеосис-
темы желательно одинаковый chipset). Если, например, при исполне-
нии тестового набора сравниваемый микропроцессор показывал ту же
производительность, что в Pentium-IDO то ему присваивался рейтинг
PR* 100. Частота, на которой он при этом реально работал, значения
нс имеет.
Программный пакет, используемый для определения Р-реитнига, оце-
нивает быстродействие всей системы, но полученные с его помощью ре-
зультаты применяются для указания производительности одного только
МП. По этой причине он и отнесен к группе процессорных диагпостиче
ских средств.
Своп средства измерения быстродействия процессоров предложили
я другие фирмы. Наиболее распространены в Россия программы
Syslnfo (из состава Norton Utilities), Chccklt, PCToofs. Уровни бы-
стродействия некоторых процессоров, определяемые при их помощи,
приводятся в табл. 10.3. У пользователей есть больше оснований
ждать от разработчиков этих тестов независимости в оценках сравни
ваемых процессоров.
Производители МП взяли на вооружение принцип адаптации' сво
их изделий под некоторые тесты. Структура диагностических программ
п алгоритмы их работы не являются секретом. Наиболее часто испол
пяемыс в них команды легко находятся, поэтому нет ничего неожидан-
ного в том, что при разработке новых процессоров в нх аппаратную
схему вносятся некоторые улучшения ускоряющие исполнение именно
этих команд.
Со временем средства измерения производительности устаревают
и уже ие могут адекватно оцепить достоинства новых изделий, ио
они могут быть полезны при настройке компьютеров Например, из
388
Вам нужен компьютер! Что делать дальше?
вестно, что для системы на базе процессора 486DX2-66 (призводства
Intel или AMD) при измерении в программе Checklt максимальный
показатель производительности составляет 33 609 единиц. Если он
нс достигнут, то естественен вывод о том, что система настроена не
лучшим образом.
• отключена или ие работает кэш-память,
• прн обращении к ОЗУ установлены слишком большие временные
задержки*,
• неправильно задана частота ISA шины н тд
Таблица 10 3
Показатели производительности для некоторых МП класса Pentium
Процессоры Sysinfo 9 0 Chockit 3 0 PC Tools 90
KS- 75 296 4 64161 65 4
К 5-90 355 7 78419 74 5
К 5-100 395 0 88222 87 0
R5-133 433.0 100625 1153
Pentium -75 237.1 59343 64 2
90 284.8 70577 76 9
-100 318.0 78419 85.5
-120 379.5 100825 102.7
-133 421.3 117629* 113.5
150 474.4 117629* 128.4
-166 528.7 137122 142.8
200 832 0 164647 171 1
6>86-PR120(100) 677 0 100825 103 7
-pR133(110) 747.0 117629» 1132
PR150(120) 812.8 117829* 123 8
-PR165(133) 902 4 137122 137.6
Pentium Pro-150 374 4 59343 80 4
(L2=256)
180 449 3 70577 97.0
200 498 0 76419 107.7
* Checklt ьыдэет отиНакопые значения для abvx различных частот
389
Глава 10
Для сравнения быстродействия профессоров семейства 80’86 от
различных производителей чаще всего используется тестовый набор
BYTEmark 20 н комплекты CPUmark 32 и TPUWinMark из паке-
та Win-Bencft 99, В состав каждого из них входит по {0-20 тест-про-
грамм. Например, набор BYTEmark 2.0 включает 10 тестов. Три нз них
определяют производительность процессора кри выполнении математи
чееких операций (фактически пролерка сопроцессора), семь других
оценивают работу процессорного ядра.
Для проиедеиия сравнительного тестирования иа базе исследуемых
процессоров ст|юятся примерно одинаковые платформы (размер ОЗУ
быстродействие винчестера организация видеосистемы» желательно
одинаковый chipsel), уетаиавлипиются одинаковые операционные сис
темы, На этих компьютерах носледовательно выполняются все входя-
щие и набор тесты и фиксируется затраченное в|»емя, !$ ходе испыта-
ния процессор выполняет обработку небольших массииоп данных, уме
щающпхея в его внутренней кэш-памяти (!Л), Это позволяет избежать
обмена с намятый и замкнуть тестирующий <щцл в пределах ядра (ведь
тесты-то процессорные). На основе полученных лишках прн помощи
спе>и<«1л<яв<1х методик иычислистся итоговый коэффициент производи
тельности
Системная производительность Сравнение рабочих показателей
процессоров очень важно и интересно. По! Пользователь имеет дело с
комвьюте|н>м в для пего важнее знать; на сколько его поныв компьютер
будет работать быстрее но сравнению со старым. Дли получении таких
сведений необходимы скеииалыияе диагностические программные сред
стви. дающие заключение о иронзводительиос ги как о результате сонме
стной работы всех ллемечв'ов системы.
Первой измерительной единицей, использованной для этих целей,
стал коэффициент MIPS (Mega Instiactions Рог Second) — количество
миллионов операции « секунду, В качестве условной операции орияпма-
днсь простые команды типа: пересылка иа регистра в регистр или нрн
бапленнс операнда к аккумулятору (Л)
С нынешних иозиимй методика MIPS — это скорее щюцеееорныи
тест, чем системный, ведь, используемые в качестве измерительных
адтшц команды исполняются «путри процессора, 1!о нужно помнить
что данный способ полнился во время ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ, а нс
компьютерных систем, ЭВМ предназначались в первую очередь для вы
полпенни вычислений. Операции, выполняемые в процессе вымпеле
нин, совершались в основном виутри процессора, Ио этой причине прн
мечение данного метода для оценки производительности всей системы
иа том этапе было вполне корректным. Данной методике свойственны
390
Вам нужен компьютер! Что делать дальше^
некоторые недостатки. Она неточна прн выполнении сравнительного
анализа производительности различных компьютерных архитектур
RISC-процессоры используют простые операции, и их вычислительную
мощность при помощи данной методики можно оценить достаточно точ-
но. Процессоры серии 80'86 реализованы иа базе CfSC-архнтектуры, в
которой применяется много сложных команд, и их производительность
при помощи коэффициента MIPS можно оценить только весьма прибли-
зительно
Первым хорошо работающим средством для измерения быстродейст-
вия IBM-совместимых компьютеров стал набор тестов SPEC Вышло не-
сколько версий данной системы: SPEC89, SPEC92, SPEC95. Первый на-
бор SPEC89 состоял из десяти тестов В дальнейшем ttx число было уве
личено до двадцати и дополнительно стали вычисляться два обобщаю-
щих коэффициента — SPECrate_fr и SPECrate_intt отражающие про-
изводительность системы при выполнении математических вычислений
и при решении общих задач.
Появились операционные системы Windows 3 95/98. Для них со-
здано большое количество приложений общего и специального назначе-
ния (текстовые и графические редакторы, электронные таблицы и базы
данных, появился Internet и многое другое). Оии есть практически на
каждом компьютере. Возникла необходимость создания новых измерите-
льных комплексов, оценивающих работу компьютера при исполнении
этих программ.
Фирмой ZtFI-Davt.s разработан тестовый программный комплекс
Winstonc. В его основу положен новый принцип. Учтено, что на совре-
менных компьютерах в основном исполняются офисные, игровые и дру
гие приложения. Поэтому диагностический комплекс составили не нз те-
стовых программ, а сформировали из наиболее часто используемых поль-
зовательских приложений. Доли каждого из них в наборе и состав само
го набора могут менятьск.
Выпущено несколько версий данной измерительной системы (Winstone
96 98. 99. 2001). Опа состоит нз нескольких наборов;
♦ Btstness Winstonc — оценивает производительность компью
теров при работе с офисными и другими наиболее распростра
пенными приложениями.
Вошедшие в его состав программы относятся к различным группам ПО
♦ Базы данных и электронные таблицы: Quatlro Pro, Lotus SmartSu»
te (1-2-3). Microsoft Office (Access и Excel)
• Текстовые редакторы' WordPerfect Suite. MS Word
• Графические редакторы CorelDraw PowerPoint
391
Глава 10
♦ Работа с Internet Netscape Navigator
♦ Content Creation Winstone — измеряет производительность
при обработке звуковых и графических данных
Тест представляет собой ‘смесь’ из программ: Adobe Photoshop, Adobe
Premiere, Macromedia Director, Macromedia Dreamweaver, Sound Forge.
♦ SysMark — оценивает производительность компьютера при
выполнении офисных приложений н операций по web-дизайну
♦ High-End Winstonc — оценивает работу со специализирован
ними приложениями.
♦ Dial-Processor Inspection Test — предназначается для прн
меиения в двухпроцессорных системах.
Во всех этих приложениях задействована 32-разрядная математика,
и исполняются онн под Windows 95/98/2000/Ме/2002/ХР, Win-
dows NT, Доля каждой из программ в тестирующем пакете соответст
вует ее доле на рынке программных средств Меняется доля нрограм
мы на рынке соответственно, меняется доля я тестирующем пакете
Такой подход, по .мнению разработчиков, позволяет лучше всего фик
сировать появление новинок компьютерной техники, программного
обеспечения и интерес пользователя к ним
Существуют и другие средства тестирования.
Science Mark — позволяет оценить производительность системы
при выполнении сложных математических расчетов и моделировании.
FlasK Encoding, DivX MPEG-4 — оценивается быстродействие
при выполнении кодирования видеоинформации в формат DivX MPEG-4
После того как процессоры для настольных компьютеров, реализую
щие систему команд х86, разделились на две группы, сравнение нх
производительности прн решении наиболее распространенных задач
стало особенно актуальным. Процессоры строятся на основе различных
архитектурных принципов, в них используются различные схемные ре*
шепия В этой ситуации возможны неожиданности, которые лучше вы-
явить заранее.
Для выполнения тестирования берутся примерно равноценные компь
ютерные платформы, устанавливаются однотипные ОС я выполняются
необходимые тестирующие процедуры. По их результатам можно делать
заключения о предпочтительности тех илн иных решений.
Результаты, показанное процессорами Intel и AMD на некоторых тес
тах, даются в табл. 10 4 Для углубленного анализа может потребоваться
исполнение большего количества сравнительных процедур, учитываю
щих специфику решаемых задач и самих процессоров
392
Вам нужен компьютер! Что делать дальше7
Таблица 10 4
Сравнение производительности процессоров Intel и AMD
ио результатам нескольких тестов
Процессоры Business Winstono 2001 Content Creating Winstono 2001 SYSmark 2001
Pentium 4[W)* “ 2 0 59.0 690 170.0
Celoron l”)" —1,2 50.5 570 125.0
Celeron (С)' —1.1 30.0 500 96 0
Celoron (С)’ —1.0 36.0 480 90.0
Athlon XP-1800+ 65 74 0 165.0
Duron —11 42 665 98 0
Duron — 1 0 41 530 90 0
* (W) — Willamette (Т) — Tualatlne (С) — Coppermine
393
Глава 11
КОМПЬЮТЕР, ЕГО НЕДАВНЕЕ ПРОШЛОЕ
И НАСТОЯЩЕЕ
В данной главе ие рассматриваются технические вопросы. Совершается
короткий экскурс в историю развитии отечественных средств вычислителъ-
iioff техники. Делается попытка поднести некоторый баланс того с чем Рос-
сийская компьютерная отрасль вступила я XXI век.
1 1.1. Электронно-вычислительные машины
в Советском Союзе
Вскоре после завершения второй мировой войны ti 1946 г. сотрудниками
компании 1’МСС Дж. Проспербм Эккертом и Джоном Мачли была раз*
работы и иэготинлена первая электронно-счетная машина ENIAC (Electri-
cal NunmriCiil 1п1сцга1ог and Calculator). Хотя в СССР кибернетика п ие отно-
силась к идеологически благонадежным наукам, ио из опасения, что капита-
листы могут обогнать ('ССР и чем-то, способном нанести пред строящемуся
социализму» работы но созданию элетрошю-счетпых машин были начаты.
В ангу<п(е 1948 г. Исаак Семенович Брук к Башир Искандерович
Рамссв, pn6ixr:iniHHe и Энергетическом институте АН СССР, разработали
схему uHTOMtiTii'iccKott цифровой электронной машины и в декабре того же
года получили на него авторское синдетельегип. С этого события можно па-
мять отсчет времени в истории отечестненной вычислительной (позже ее ста-
ли называть компьютерной) техники. Минуло е той поры уже более нолуве
ка> и интересного накопилось немало.
В том же году в Киевском Институте электротехники Al I УССР Сергей
Александрович Лебедев и сотрудники его лаборатории начали разработку
осионпых принципов построения электронно-счетной машины. На следую-
щий год был изготовлен ее действующий макет. Найденные базовые принци-
пы были признаны удачными» и было принято решение построить на его
основе девствующую машину. В течение 1951 г Малая электронно-счетная
машина — МЭСМ была построена. Государственная комиссия приняла
МЭСМ в эксплуатацию 25 декабря 1948 года. Начала свою работу первая
отечественная электронно-вычислительная система.
394
Компьютер его недавнее прошлое и настоящее
МЭСМ занимала площадь 60 кв. метров, имела в своем составе 6 тыс
электронных ламп, арифметическим блок параллельного действия, запоми-
нающее устройство на 94 (б-разрядпых слова Быстродействие ее составля-
ло 3 тыс. операций в секунду.
Принимая в эксплуатацию МЭСМ, Госкомнссия предложила авторам
продолжить са<)Н изыскания и начать разработку Большой машины. Работу
по се созданию возглавляет С А. Лебедев, действие перемещается из Киева в
недавно созданный Институт точной механики и вычислительной техники
(ИТМ и ВТ) АН СССР в Москве
Изготовление Большой электроиио-ечетнои машины — БЭСМ заверша-
ется в 1953 г, и она вводится в эксплуатацию. В окончательном варианте
(запоминающее устройство с нотеициалоскопамн) оиа показала производи-
тельность 10 тыс. операций в секунду.
Параллельно с работами в академических кругах в системе Министерст-
ва машиностроения и приборостроения (СКБ-245 и НИИСчетмаш) начали
работу Но созданию собственной элсктрояно-счетной машины "Стрела
Возглавлял СКБ-245 Ю.А. Базилевский (Главный конструктор) заместите
леи его и фактическим автором проекта стал В.М. Рамеев.
Минечетмаш являлся промышленным министерством, поэтому с самого
начала "С.Т]>елам разрабатывалась как серийная машина. В 1953 г, появился
нервьш образец, а в 1954 г. начато ее серийное производство, Этот год мож-
но с’И1тать годом |м>ждения отечественной индустрии с|>едств вычислитель-
ной техники. Всего за четыре года на заводе Счетно-аналитических машин
(САМ), входившем в состав того же министерства, выпустили 7 экземпля
рои этой ЭВМ,
На "Стреле'' были начаты отечественные работы но автоматизации процес-
са программирования. Для псе создается Программирующая программа
прообраз будущих компиляторов. Позже вышла усовершенствованная
измышленная версия npoqiaNMW (ПГ1-2) — первый в миро оптимизирующий
компилятор, Под руководством Михаила Романовича Шура-Бура для
'Стрелы” был разработан большой объем прикладного программного обеспе-
чения (в том числе каннсаиа программа расчета термоядерного взрыва),
Академия Наук СССР организует в (955 г. первый и стране Вмчмслнтслг
нын центр, Для него выделяются ЭВМ “Стрела" и БЭСМ, Возглавил ВЦ АН
СССР Анатолии Алексеевич Дородницин.
На радиотехническом факультете Московского энергетического института
в лаборатории И.С. Брука спроектировали н в 1952 г. запустили вычислитель-
ную машину Ml. Разработку вела qiyuna молодых инженеров, Ес возглавлял
Николай Яковлевич Матюхин, сам незадолго до этого окончивший МЭИ
В последующем Н,Я, Матюхин два с лишним десятка лет возглавлял работы
по созданию специализированных ЭВМ для отечественной системы ПВО,
К 1953 г изготовлена, отлажена к сдана в эксплуатацию следующая
ЭВМ этой серия — М2. Группу проектировщиков возглавлял Михаил
Александрович Карцев. (В дальнейшем под его руководством разработана
395
Глава II
целая серия машин: М-4, М-4М, М-10, М-13 н др.). Большинство нроск
тов. реализованных нод его руководством, не были широко известны. Они
использовались для решения оборонных задан. Построенная в 1964 г. зле кт
ропио-унравляюшая машина М 4 (А.С, Карцев был уже Генеральным копст
руктором) предназначалась для управления радиолокационными станциями
Эта задана весьма сложная. Большой объем постуиаю»цсн информации я
ограниченное время на ее обработку предъявляли жесткие требования к про
изводнтеамюетц н надежности управляющей машины
При создании М-4 были впервые применены новые для того времеш! ре
шенвя: в состав системы введены специализированные процессорные блоки
(можно сказать, что первые сопроцессоры); на аппаратный уровень псрсце-
сено щ-шолпенне некоторых математических операции (например, извлече-
ние квадратного корня) и другие, М«4 построена па поной элементной ба-
зе — полупроводниковых транзисторах. Это обеспечило значительный при
|юст производительности. Машина работали со скоростью 20 тыс, операций
в секунду. Для того времени что было очень много.
Под руководством Виктора Михайловича Глушкова н Киеве в 1958 г
начата |МЗ|Аботкя ЭВМ "Днепр", Через три года готов ее работающий обрн
.чек. Мяпшна нынусчшлясь И) лет в успела хщншю поработать как в мирных
областях пзукн н техники, ток п ня оборону,
В Московском государственном упиш«|>снтете иод руководством Нико*
лая Петровича Брусенцова в 1958 Г. раз|юботлии еднистнсипая о своем
роде ЭВМ "Сетунь’'. В основе ее лежала троичная еистемн счисления. Вы
пушено около 50 этих машин. Поддержки что и;шр;шление не получило и
через несколько лот работы ни нему были свернуты.
В 1965 г, родилась легенда: нод руконсдетиом С.А. Лебедева и HIM я В Г Н:<
готовлен первый экземпляр БЭСМ-6 — самов знаменитой ЭВМ из числа со
здаиных п Советском Союзе. БЭСМ-б -- Чй-разрядиш! машина, нострсншшв! нз
60 тыс. тра11:шето|М>в н 170 тыс. диодов, Она работала ия чистоте 9 МГц и обес-
печивала ЕЕронзкпднтслыюетв в I млн окершшй в секунду. Для нее были ризра
ботами наборы управляющих программ ”Д68“ и "ПД-70" — то, что сейчие низы*
кдотси онсряциеншымя системами, Позднее нонннлнсь идбпры "Дубна" и ’’Дно-
инк". Ншшезны комин/штор! t нрлктшюсии для всех существовавших в то время
языков высокого уровня,
ГзЭСМ’6 стала первой большой машиной, вынушевной достаточно билв
вши Дерпен. Зя десять е лишним лет (выпуск ничат и 1967 с.) нх изготовили
более 300 шт, Машина оказалась великой труженицей. Ня ней было решено
колосеильное количество задач, снизанных с оборонной промышленностью
космосом, моделированном сложнейших процессов. Вполне возможно, что
до сих пор в каком-нибудь ВЦ продолжает тихо трудиться один нз се чкземн
ляров, Говорят, что одна нз БЭСМ-6 няходитси в Лондонским Национальном
музее науки и промышленности
В 1960<х гг, в Советском Союзе возникло несколько центров разработки
средств элсктронно’вычислитсльнон техники’ филиал СКБ<245 в Пензе
396
Компьютер его недавнее прошлое и настоящее
(нозднсс преобразован в НИИ математических машин — НИН ММ) НИН
математических машин в Ереване» Институт автоматный и телеметрии в Но
носНбирске и др, Выпускалось около двадцати моделей ЭВМ с различной ар
хитектурой; серия ’“Урал” в Пензе; в Ереване — "Aparaif н ’’Раздан”; в Кие-
ве — "Днепр" и "Мир"; в Казани — М-20
КБ Минского завода на базе М'З сконструировало ЭВМ Минск". Об
пой машине нужно сказать особо, В 1963 г, появилась усовершенствован-
ная модель "Минск-2". Выпускалась в двух модификациях "Мннск-22"
и ‘Минск-23 Всего .этих машин изготовили около 900 шт (в основном
Мннск-22” — 732 шт.). Пи тем временам это были очень большие серин.
В конце 1960-х it. Партия н Правительство приняли решение о создании
Единой Серин Эликтрошю-Вычпслнтельвых Мишин (серия ЕС-ЭВМ —
"Ряд"). При этом предполагалось:
• разработать архитектуру* ЭВМ ид базе отечественного опыта и с уче
том новейших зарубежных достижений;
• иступить в коопершипо с зарубежными разработчиками и вести разра-
ботку архитектуры совместно;
• скопировать одни нз существующих на западе компьютеров.
Разработкой ЕС ЭВМ занялось Миинстерстио |ниоюпромыи1ленности
СССР, головной организацией был определен Научщьнселедсватсльский
центр электронно-вычислительной техники — НИЦЭВТ
Начинался новым этащ который и определил дальнейшую судьбу всей от-
расли
11.2. Период копирования и начало компьютеризации
Принятое ври создании Идиной Серин положение о кспировашш лучших
нб|жзцон компьютерной техники ирсследовнло вполне конкретную и благую
цель, Предполагалось, что подобный подход позволит сэкономить на таком
плохо прогнозируемом этвни солдаиии ноной техники, как разработка и про-
,’ктирсиаинс. Ня них расходуютсн деньги, уходит время. з положительного
результата может и не быть. В этом плане копирование имело очешишый
плюс. Берегся няшное хорошие показатели устройство я яссщюнзнодится,
Престо и хорошо. Кроме экономии времени и средств, его стороииикп указы-
вали и на другие плюсы данного подхода'
• мредпрпятня отечественной электронной промышленности дополни
тельно осваивают выпуск широкой номенклатуры комплектующих
изделий;
• политический момент — открываются возможности по организации
взянмодействня в этой области с другими странами, в первую очередь
с партнерами по СЭВ. (Сейчас, наверное, уже нужно расшифровывать
397
Глава II
эту некогда веем известную аббревиатуру СЭВ — Совет Экономиче-
ской Взаимопомощи, экономическое объединение социалистических
стран )
У данного подхода было достаточно много противников Онн приводили
свои доводы!
• Копировать — значит яаведомо отказываться от лидирующей роля, ид
ти за кем-то ио уже проторенной дорожке» Оиа еще неизвестно куда
приведет, а Свернуть С нее йотом будет очень сложно
• Отечественная промьиилечшоств выпускает аналоги далеко не всех
электронных схем» Для того, чтобы полноценно воспроизвести ка-
кую-нибудь микросхему., нужно воспроизвести всю технологию ее из-
готовления. Ее упрощение неизбежно приведет к снижению качества
• Организовать выпуск наиболее сложных деталей (например, микро
процессоров) будет очень трудно.
• Технический уровень нишей электронкой промышленности значитель-
но Ниже. чем на Западе.
• Про всцыеокой культуре отсчестшппюго производства и при слабой
технологической дисциплине будет сложно добиться полкой отдачи
даже от современного оборудования»
Аргументы обеих Сторон были приняты к' Сведению, я последовало реше
ипс! разлитие средств вычнелнтелыюй техники н стране должно идти по
двум направлениям — осущестилнстси копирование передовой западной тех-
ники я продолжаете» разработка отсчеетнашых ЭВМ, Организуется типич»
пая ситуация “погони :<в двумя зайцами": денежные ресурсы, промышленные
мощности, интеллектуальный потенциал распылялись, В результате момент,
когда еще можно было иоиытдГьем сделать чт»»»тн свое, был упущен, в потом
было уже поздно.
лач.мюм ир1>и:о1одетпи шп1Логов >ч;нмд)п.1х образцов возникли тс проб
ломы, которые и ожидались:
• Увеличились размеры плготпилиоасмых изделия. Многие ЬИС. (Боль-
вши»Интегральпин Схемя) и программируемые микросхемы ие имели
отечественных аналогия. Следствием стало то, что одну Схему при»
шлоев заменять целой плитой или даже несколькими. Устройство, it ср-
воцвчяльпо размером е пишущую машинку, вырастало до габаритов
шкч.мечпни'о стола, а то, что было размером Со стол, превращалось 8
шкаф»
• Ничалаеь компания но экономии драгоценных металлов. Известно, что
золото очень мало окисляется. По этой причине соединительные эле-
менты разъемов и микросхем (иожкя) желательно делать позолочен-
ными, В западных образцах так оно и было. В отечественных изделиях
количество микросхем, плат, следовательно и соединительных разве
мов, значительно больше, Кому-то пришло в голову, что изготовление
электронных компонентов н есть та область, где нужно экономить "на-
398
Компьютер его недавнее прошлое н настоящее
родные деньги**-. В результате золото стал» заменять на более дешевые
материалы; серебро, моль, латунь. Эта металлы окисляются, следова-
тельно, контакт в разъемах ухудшается, увеличивается возможность
сбоев н отказов
• В исходную электронную схему устройств приходилось вносить суще
ственные нзмеиеияя. Из нее "вырезались" БИС и программируемые
микросхемы, не выпускаемые отечественной промышленностью, а иа
их место ‘’встраивались" блоки, построенные па дискретных элемен-
тах. Это »сло к искажению процесса работы системы (траисформнру
ются временные диаграммы; изменяются временные задержки в алго-
ритмах обмена? в схему вносится дополнительное активное нидуктив
иое, емкостное сопротивление) н не шло ей на пользу.
Список отрицательных факторов, имеющих место при копировании, мож
но продолжать я дальше. В результате практически все воспроизводимые из
делня имели структурные (заложенные в самом подходе) недостатки. И если
к большим размерам этих изделий еще можно было как-то привыкнуть, тс
низкая надежность, постоянное ожидание сбоев сильно подрывали доверие к
нашей технике. Это было особенно обидно. так как первые образцы отечест-
венных ЭВМ "Стрела" я БЭСМ работали, не выключаясь, днями и неделями
без сбоев.
Несмотря на все сложности в процессе проектирован ня н изготовления, в
странах СЭВ был организован выпуск ЭВМ ЕС-серии, Между предприятия--
мшнзготовителямн был достигнут высокий уровень кооперации. Были выпу--
сцены: ЕС-1022, HG1030. EG 1033, EG1050, ЕС-1060, ЕС-1065 (СССР);
ЕС-1010, ЕС-1012, ЕС-1015 (Венгрии); ЕС-1021, ЕС-1025 (Чехословакия);
ЕС-10321 1ЛС-Ю45 (Польша); ЕС-1020 EG 1035 (Болгарии)' EG 1040
ГС-1055 (ГДР) н некоторые другие.
В целом БС’устройства образуют достаточно широкий спектр вычислите
лы<мх машин. Один из них нмоли относительно невысокую производитель-
ность! другие были Beci^ia мощными, но все они в первую очередь предназна-
чались для выполнения вычислений моделирования и решении других науч-
ных задач. Народное хозяйство испытывало острую потребность в относите--
льио небольших ЭВМ для использования в нроизподетнекнон сфере н в сис-
темах управления. И нх нужно было псе больше и больше,
В 197'1 г. Партия я Правительство приняли постановление об орЛшнза-
кии еще одного ряда вычислительных машин — СМ ЭВМ (Серни Малых
ЭВМ), Головным предприятием был утвержден ИНЭУМ (Институт элект-
ронных управляющих машин), который в то время возглавлял Борис Никола-
евич Наумов. При разработке СМ ЭВМ изначально учитывался тот факт, что
они в первую очередь предназначались для решения технических задач:
управления технологическими процессами, организации баз данных и т.п
Планировалось, как и при создании ЕС-серш!. организовать широкую коопе-
рацию со странами СЭВ.
399
Глава II
В основу начальных моделей СМ-машин (СМ 3, СМ 4, СМ 1300
СМ 1420. СМ 1425) были положены архитектурные принципы, впервые при
менениые о компьютере PDP II фирмы DEC. Процессорные элементы строи
лись на дискретных элементах. В более поэдинх модификациях машин
(СМ 1700. СМ 1800. СМ 1810, СМ 1814) была в основном сохранена проем*
стненность архитектуры, в качестве элементной балы часто использовались
периферийные микросхемы на наборов 580 и 1810.
Кроме шхироизйедешп! целых образцов вычислительной техники, был осво-
ен выпуск отдельных электронных компонентов Промышленность начала се-
рийный выпуск аналога IntebnpuUeceopa 18080 — КР580ВМ80, Это был пер-
вый однокристальный микропроцессор, наготовленный и нашей стране. Сил,
времени, депе.Р ин это было затрачен», может быть, болыиб, чем Intel нзрасходо-
uajili на разработку и организацию производства биосго Ml I, На основе "восьми
дсенкно” ироцссшра н 1981 <•. ност|>оепа микро«ЭВМ СМ-1800, Раймеры опа
Имела совсем не маленькие, по это была норння машина |Ш базе .чнк|н)про1мсо«
ря (отсюда и шешашш машины н иошшлась приетанка "микро11), Позже бшн
воспроизведены практически «&• олсмсп ла, составившие семейство его иернфе»
риГшых мик|нк‘хем1 КР580ГФ24 (18224) — тактонын генератор. КР580ВК28
(18228) — системный копт|н1ллер. КР580ВВ51 (iS251) — последовательный ин-
1’Ср»|м!Йс‘, КР58ОВИ53 (18253) — таймер/счетчнк, КР58ОВВ55 (18255) — иарал
лельныи интерфейс, КР58О1?Г57 (18257) — контроллер нрпмого доступ» к ламп
th. КР580ВВ50 (18259) — контроллер |цюрыв;Н1ий. 1\Р580ВГ75 (1827Г») — копт*
роллер электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) КР580ВВ79 (18279) — контроллер
клишштуры и другие,
Па псионе этого пр1>цсЧ‘сор.{ больше серийных машин нс нынуекялосш ио
была разработано много епеншмизпронапных микро-ЭВМ. широко неполно»
вавжнхен к целях обучении, Серия периферийных микросхем до епх нор inin
роки ИкШ>>ли>устея при построении М1гкрон|юц14‘со|шых систем и в пеболь
ших автономных вычислителях.
Несколько лег спусти отсончтиепцпи цромышленпость освоила выпуск
процессорных устройств нового типе — однокристальных микро-ЭВМ
(ОЭВМ) Семсйсти L8L6BE48 (18048) и L81GBE5L (18051), илн. как их чисто
пОаыийли. "одиокртталлкн”. ОЭВМ <>• что микропроцессор, имеющим внутри
еиоего 40-ножС’1ш>п) корпуса небольшое дзу, несколько килобайт ИЗУ, бли-
ки обмена а последовательной п параллельной форме, Оии имели такую же.
как и "вО-н процессор'’. З^рийрццнук) впутршнвою архитектуру, ио наличие it
иих доиолгнггслиимх функции и яппаратно'реилпзоЕишяого 8-разрядного целен
чнслсчгпого умножении долило их более мощными вычислителями.
На оевове одпокрнсталлох не было создано никаких пользовательских
ЭВМ, Они применялись в специализированных и автономных вычислите л их,
К в Этой области построенных на нх основе устройств было весьма много
ОЭВМ оказались очень удобными и практичными устройствами, Их ровес-
ник "8О‘й" процессор уже давно Стал историей а "5he” однокристаллкн и их
400
Компьютер его недавнее прошлое и настоящее
более поздние модели — все еще ’‘но боевом посту ‘ О них можно рассказать
много интересного, Но это тема для отдельного разговора и отдельной книги.
Наступило время персональных процессоров, Иа рынке появились IBM
PC, IBM PC XT и изделия данного класса от других производителей. В их
оенове лежали процессоры 18086 и 18088. Потребовалось организовать нх
производство, ио наладить выпуск процессорных кристаллов такой степени
интеграции оказалось весьма сложно. Копируя устройство и изготавливая
его нз дискретных элементов, можно махнуть рукой на размеры и сделать
аналог в несколько раз большим, чем прототип, но нельзя увеличить процес-
сор до размера сковородки. Проблемы, связанные с организацией производ-
ства новых процессоров, решались несколько лет. Удалось наладить серий-
ный выпуск Процессора 1810ВМ86 (18086), небольшими партнимп изготав-
лнвален 1810ВМ88 (18088), Появились необходимые для построения Систем
на их основе нерифернпные микросхемы; 1810ГФ84 (18284) — тактовый ге
иермтор и 181ОВГ88 (18288) — арбитр шнны.
На основе *’86то" процессора « 1988 г. выпущена СМ-1810. Появилось
несколько ЭВМ (‘’Искря-1030", "Нейрон И9.66'’) предназначенных дон реше-
ния инженерно-техннчеекнх, экономических « адмицнетритнвио'управлен-
чсеких задач, В нх составе «мелись 5-дюймовые дисководы « винчестеры иа
10 нлн 20 Мбайт, Однако уже началась эпоха (не побоимся этого слова)
”1ВМ-ярхитектуры , и пек этих ЭВМ оказался исдолгнм,
Процесс разработки и выпуска ЭВМ СМ-1800, СМ-1810 очень наглядно
показал всю бесиерсшисгишпють попыток воспроизведении образцов компь
шторной техники. Процессор 18080 выпущен к 1974 г, ОтечестВоинап ЭВМ
ив его осиопс ноивияась в 1981 г. — через семь лстШ Первый ‘’86-й” (<8086)
предложен и 1976 г., наш компьютер в 1988 г — через двенадцать лет!!!
Ня Западе вместе с нродетявлсиием публике нового МП производители
компьютеров одновременно предлагают своя изделия на его основе.
К 1988 г. уже иыпущепы 80286, 8038GDX, через год появятся 486-е. а на-
ши многочисленные НИ14 н КВ продолжают использовать в Своих разработ-
ках "древний" процессор, нро который уже все забыли.
Архитектурные ирипципы, реализованные в IBM PC н IBM PC XT. были
нсгПтльзовяны в машинах ЕС-1840, ЕС-1841 и в последующих устройствах
этой серии. Оин стали родоначальниками семейства IBM-совместимых
компьютеров. Машины данного класса выпускались н в других странах СЭВ:
НС-1831. ЕС-1832, ЕС-1839 СМ-1911 (Болгария); ЕСЛ833. ЕС-1843 (Венг-
рия); ЕС-1834, СМ-1910 (1ДР), СМ-1912, СМ-1924 (Чехословакия);
СМ-19И (Полыиа), Было пыпущепо нисколько компьютеров класса IBM PC
AT: ЕС4838 (Болгарии), ЕС4844 (Венгрия). Делались попытки создания
386-х систем (ЕС-1861). Полной аппаратной совместимости между прототи-
пами Н аналогами достигнуто не было, Наличие этих несоответствий прята
лось за неопределенным термином совместимые с 1ВМ‘Компыотерами"
Вроде бы все то же самое но кое-какие "недоработки' все-таки были
401
Глава ll
Параллельно с выпуском ЕС-1840 к его последующих моделей в Союзе
велись работы по созданию отечественного персонального компьютера. Вы-
пускались; ’Электроинк;ь85”, ДВК и некоторые другие, Наибольшую извест-
ность среди устройств данной группы получил Диалоговый Вычислительный
Комплекс — ДВК. Ои изготавливался к Нескольких модификациях (ДЕК-1,
ДВК-2, ДВК-3, ДВК4) в подмосковном Фрдэипе Па основе отечественного
процессора 180ШМ1 и его последующих версиях, ДВК был средненьким
устройством. Ьыу были свойственны многие недостатки'.
• при прпсктнргшаинн было использовано большое коли tocruo дискрет
ной логики;
• корпус буквально битком набит крупноформатными платами, между ко-
торыми приходилось по избежаниязамыкании проклядьшзть бумажки;
• очень тяжелые корпуса (из 2...3‘миллчметропых стальных листов),
• высокая *tyficTiiiiT<MtbtH4ft к сетевым помехам ВЦ*
• слабенький монохромный дисплей;
• весьма высокая ценя для устройства, предназначенного дли небогатого
иольяоиэтоля» к ряд других минусов.
Однако другого пнисто но бьыю, В руках гииипх иензбялованиых лользо
кителей <ift и и споем исходном чиде Гидл неплохим рабочим инструментом;
тюле доводки принес бы еще мной» полыни, ио ие сложилось.
ДВК и некоторые другие ЭВМ пэтотпнлмвал Мии^лекгроннром СССР. До
«того он иыиуекял небольшими пиртпнми болыикс и средние ЭВМ для "серь*
евпых” .г-жаачпшш, нмекнцих средства: академических институтом, крупных
ВЦ. "оборонщико1'" н нм подобным. 11о«уп5И'1?ли ДВК были клиентурой ”бо-
лес мелкой", а хлопот с продукцией для них было значительно больше. I фо.
изводстш> относительно недорогих компьютеров окаадл(н.ч, пи правах "бедно,
го родитвеииикп’* н богатом доме. До организации ио-настоящему массового
выпуска руки нее как-то не доходили. Нетостпенчо, что возник дефицит, Сло
жилясь ситуация, когда ри^шботчнкп и производители оказались совершен*
ио нс ааннтерсч'инавпымн к дальнейшем сове|>ше1штш»на1ип< своего изделия,
помяшешш его качества и надежности. Во зданию Мипчлоктроирома и тик
бродили толпы снабженцев и иымалнпали вычислительную технику. Нинбо
лее удачливым и липким удавилось получить разнарядки с резолюциями типа
и.. изыскам, шаможкость шддс^еяи» сверх установленных лимитов ..."
Можно Себе предотшштш С каким ицдом встречали и отделе сбыта ааво»
ДЯ-П|ЮВЭВОДНТОЛЯ таких ходоков, и сколько “борзых ядокон" прошмыгнуло
Зи ворота этого лидера отечественного кпмньютерноп» производства.
Счастливчикам удавилось получить цветную технику. Сейчас можно
почти е неишостыо всиомииоть эти радостные мгновении. "Словно жиныс"
стоят перед глазами фанерные коробки метр па метр, а в них завернутые в
рубероид и засыпанные опилками дисплеи, процессорные блоки, термопрнн
теры нз комнлакта ДВК4
402
Компьютер его недавнее прошлое и настоящее
Потом пришла "Перестройка'. До производства процессора i80286 и по
строения компьютеров на его основе руки так и не дошли. Еще немного пого
дя, пришел момент, когда рукв перестали доходить не только до производств
ва микропроцессоров и компьютеров, но и до всей электронной промышлен
мости страны и целом.
В страну пришли PC XT » PC АТ На этом фоне ДВК н ЕС-машины сразу
отошли на второй ил:щ. Ветвь ’'1ВМ-совлюсткмых” на компьютерном дереве
засохла. Через'пару лет породившая их компьютерная отрасль тихо сконча-
лась. Спектакль Закончился, занавес упал. Актеры и зрители пошли па дру-
гое представление
11.3. Появление новой отрасли и ее специфика
Началась и бесславно Закончилась "Перестройка”. Уже более десяти лет
пет Советского Союза, Новвилась новая страна — Россия. Нет смыелл по
дробно пинеывять произошедшее в компьютерной отрасли за этот период —
Этому мы нее были свидетелями. Напомним только основные события и
огляденншп., попробуем определить, что же в результате получилось.
Рухнул ’’железный злиацес” отгораживавший нас от всего остального мм
p.i. В страну пришли новые компьютеры. Tii чисть электронной промышленно-
сти, которая ашшмялась выпуском вычислительном техники, тихо скончалась
(Имеются ц виду ие только предприятия из состава Мннэлектроннрома, но
ц ипходшиппееи иод Эгидой других промышленных ведомств) Появилось не-
что новое, обеспечивающее страну компьютерами.
Россия оказалась е/ншетвепнои из стран бывшего социалиста tecKoro ла-
геря, ДИ и в мире одной из немногих, и которой прн полном отсутствии произ»
водетва новвилась номиьютщишя отрасль. Они ношшкла без поддержки госу-
дарства, кик семечко, внесенное ветром я неласк<>вын кран, где оно сумело
зпЦениться за земшо и вод лучами нежаркого солнца дало росток. Это место
не самое »<)лходииич!. Есть н получше, но так уж сложилось, что именно в
нем совпали «ее нужные обстоятельства. Почему же это стало возможным в
России, что этому еиое<>йстновало?
Первое н самое важное — Россия нс хочет быть отсталой страной, у нее
сеть желание двигаты.*» вперед. Это и есть зерно, даишее веходы. Л почвой,
па котируй» otto упало, стали люди, В стране нашлось много высококлассных
’технарей”, выросших в НИИ и па “почтовых шциках”, н оборотистых людей,
готовых рискнуть. Они Нашли друг друга, и в результате их деятельности но.
явилось то что сейчас составляет российскую часть мировой компьютерной
шщустрнн.
Пели продолжать аналогию проросшего семечка, то дерево нз Него подня
лось весьма своеобразное. У него есть ствол, ветки, листья — сотни больших
и малых фирм собирающих и реализующих компьютеры. Оно плодоносит —
фирмы имеют прибыль и, судя по всему, ие маленькую, Вроде бы все как и
403
Глава II
положено, ио если посмотреть виимательно, то можно заметить его особен
ность — у него нет корней, А корни, прочно удерживающие на земле любое
дело, — производство!
Основу современной российской компьютерной отрасли составляет тор-
говля. Деньги холят но кругу, поддают новые деньги, ин и ночку не врастают
Они создают рабочие места, е них идут налоги, Это хорошо, но этого мало.
Придет непогода, н дерево окажется беззшцитным перед стихи eft. Эти беды
хорошо известны: кризисы, пошлины, высокие налоги, ‘’снецэкспортерьГ н
другие напасти. Др тех нор, «ока деньги нс вложены и производство, они
имеют свойство яри появлении опасности ’’утекать”. Если климат улучшит-
ся, то они могут вернуться, но вытнгивчть страну вт ямы и самый тяжелый
дли нее момент эти деньги не будут.
Это показал непуст 1998 г, Если посмотреть Мобиль (одно из тех мзда
инн, где продавцы в^юдстзвлрли н то время свой тоизр), то чесвой-лс-том то
го года компьютерных фирм было более пятисот. Осенью их стало в дна раза
меньше, кто-то р;>аорнлев, кто-то “лег ни дно” до лучших премии. Хорошо,
что росевйскгш госулгфствешюе админе оказалось прочнее, чем казалось,
Стены устояли, хоти во многих местах рухнули натолки. Однако окажись
•жоиомнческин ураган более' сильным, сваленное дерево компьютерной от-
рясли тихо догиниало Сил во всеобщем буреломе, Хоти и ствола у него (как у
пальмы нлн кактуса) не оказалось бы; деньги “унлылн", люди разошлись, арен
донанвые Помещении снопа опустели и,., никаких обликткпв,
Пока нет сибстиенного пронвнндепм. опасность, что все возникшее в
один прекрасный момент может рухнуть и позже начинать придется заново,
будет существовать.. Почему же они не начало ношиипьсм ап ирпше-дшие де
сити лет? Ведь область дннимвчпаи, нсредоаая, денежна»!.
Причин можно HibiHHTh несколько, но ш> большому счету оин делите»: па
ди<» rpytMtu; "экономп'кчгкне" и “человеческие*’
Экономические нрячнпы. Компьютерная область относится к разряду
высокотехнологичных. Строительстни современных предприятий, модерни-
зации старых, [Мй|к»<*мггкй новых изделий, наладка технологических линий,
организация массовой) выпуска изделий требует непрерывных и иритом
крупных денежных затрат, Исходя из этого, иынуская на рынок новое изде-
лие, производитель закжщьшис-т н его стоимость большие дополнительные
расходы. Журнал "Computer Woihl" в 29-м номере за 1997 г, со ссылкой на
"IEEE Computer" приводит интересную таблицу, которая служит прекрасной
иллюстрацией к Сказанному (табл, 11.1), В ней иоказывастсн себестоимость и
отпускная Цена некоторых hitel-npoueCcopoH.
Больше всего поражает (можно сказать завораживает) строка о пронес
соре Pentium Pro. При себостнимоети 70 долл, отпускная мена — 1035$. In-
tel не снижала ее более года. Фирма мотивировала это тем, что размещение
высокоскоростной кэш-памяти на процессорном кристалле сильно удорожа-
ет производство и возможностей для снижения цены нет. Неплохо: 70 к
1035 долл,! Прошло пять лет ситуация мало изменялась. Затраты Intel на
404
Компьютер его недавнее проимое и настоящее
производство Pentium 4 (0,13 мкм) не превышают 21 долл. Расходы AMD
при изготовлении Athlon на I долл, меньше. Цена готовых процессоров ко
леблется в пределах от 130 долл, до 637 долл, (Эти данные со ссылкой на
Michael Handles с CNET привела в своих 1п1егпе1чювостях 18 мая 2002 г,
фирма Ф'центр.) Эти цифры, может быть, не вполне точно отражают сушет»
дующую пропорцию; может быть, в действительности себестоимость выше н
размер дохода не столь впечатляющ. Важно другое: фирма не боится его по-
казывать, а государство ио бросается отбирать. Эти деньги нужны для дела.
ПонимДнне Необходимости больших затрат на поддержание высокого техии*
ческого уровни продукции i сть как у производителей (в данном случае Intel)
так н у государств#, что не менее важно.
Таблица III
Себестоимость производства и цены
на процессоры класса Pentium компании Intel
Процессоры Себестоимость производства, долл (включая НИОКР) Отпускные цены, долл
Pentium 40 134.,498
Pentium ММХ 40 356...539
Pentium Pro 70 40В...1035
Pentium И 41 636.,,775
Пример с процессорами взят как самый наглядный. Подобный подход
применяется всеми фирмами, занимающимися производством высокотехио*
логичной продукции.
В пашой державе до обоюдного нчнимшши оепбениостн данной отрасли
дело пока tsu дошло. И если участники компьютерного рынка ужи осознают
иообходлмнеп, вложений в развитие щюнявадетна, то со стороны г<>суДарет‘
ва 'этого пока кет.
Не иыаыиает сомнении, что произойдет, если инкапншбудь фирма пока'
жет в своем балансе тот объем доходя, что приведен в таблице. Да будь он о
несколько раз» меньше. Нее рапяо выстроится целая очередь цз желающих его
под тем нли иным предлогом изъять н найти ему лучшее применение, К со-
жялечшн», ситуация в стране такова, что казна находится в состоянии норма'
«ситнон иехнвтКи денег* и деятели, способные найти копейку сейчас, пенят'
ся выше тех, кто может заработать н отдать рубль завтра. Факт не очень от»
рядный. Отношение государства к производителю— основа любой промыш
ленпости, Ведь только оно способно дать то, чти больше всего необходимо
компьютерной отрасли (впрочем, как и всей отечественной промышленно-
сти): неизменные правила игры и осмысленную экономическую политику
Исходя из этого, возможны три варианта развития событий.
405
Глава II
Первый вариант- Все остается так, как есть: у государства свои цели, у
промышленности свои. Компьютерная отрасль будет занижаться импортом
сборкой и продажей.
Вариант второй, Государство нс может помочь, но оно перестает быть
угрозой. В распоряжении предприятий есть только нх собственные средства
и то, что они сумеют прижечь. РаЗннтне отрасли происходит хаотически
Об‘«ем нпксстнпий п конкретное место их пложеиня будут Зависеть от мно-
гих случайных факторов
Вариант третий, к которому все равно дело и придет, (неизвестно
кривда, когда). Государство осознает стратегическую роль высокотехшито
гнчпого нропзнндстра и делает конкретные шаги во его поддержке. Оно епо»
собетвует его ускоренному развитию, отстаииНот интересы нроизнодитслей
ил luieiHHcM рынке, гарантирует инвестиции.
Но никому мути Пойдет рЯэннтре, покажет прими,
‘'Человеческим’* фактор. Характер нашего человека (менталитет, как
сейчас говорит) сложился не :wi один год, Русский человек иСсгда был немно-
го мдоилкстом» максималистом и анархистом. Имеются и виду не только липа
дНмиой национальности, ио в исе те, кто находился с ними и ипоряческом
общении и единении. Р.гн культурная и иинедевчеейап экспансия внешне бы*
ла ие очень ламетион, u<i неотвратимой. С<чч>дия угн черти правильнее на-
звать российскими. Зя годы советской власти в людские головы была ;Сию
жена еще одна сомнительная истина, что достигать цель нужно рынком. Сра-
зу, а нс иоСтене.иио и н результате кропотливого труда. Новая компьютерная
отрасль создавалась практически е чистого листа, поэтому н ней хороню за
метни мгрицатнльиыс стороны такого подхода,
Ком-то были высказана митсрсенал мысль о том, что в капле воды можно
увидеть океаны и корабля в ннх, Одни малеввкнн, но типичный пример из
расематрипасмон области (как капли). В компьютере, мониторе н и любом
другом наделив ненсшиустея шпур педклкгшннн нитаиня. Он состоит м,ч по
луторп метров трехжпльпоп» ировода ц двойном изоляции н двух литых разъ»
емов на ловцах. В Москве, сели иокуилтв сотню ншуроп, они стоят, пример*
ш>, по доллару; если один, тн шмггорв. В Чту нему входит; стоимость покупки
у производители, з.тг|>лты ив нсрстедсу из Юго-Восточной Лайв на другую
сторону Земли в прибыль московского придании. BiHipoe; какую же прибыль
получил с него производитель? Ответ — мизерную! В вашей стране развора-
чивать мроизиодство таким малодоходной продушит никто нс хочет — мо
лочь, ио стоит связываться. На другой стороже земного шпра Тайвань, Синга-
пур и другое "азиатские тигры” па этой "мелочи" имеют, миллиардные дохо-
ды. Шли оии к «тому более десяти лет. Но уто там. а иаишм людям хочется
сразу получить изрядный кусок,
В результате дело пока стоит на месте: заниматься хлопотным производст-
вом из-за малого нс Хочется; а начинать большое боязно, тан как вряд ли сразу
получится. Однако начинать рано нлн поздно все равно придется, и начинать
придется снимала Вряд ли кто верит в то что сразу удастся организовать про
406
Компьютер, его недавнее прошлое и настоящее
изводство процессоров пли жестких дисков. Развернуть иа пустом месте вы
пуск материнских плат и то ко просто (припаивание привозных микросхем к
привозным же платам в расчет не берется). Придет время, и кто-то решится
начать. Не обязательно это будут питательные шнуры (оин взяты для прнмь
ра). Очевидно. что изготавливать компьютерные компоненты нужно будет нз
отечественных материалов (иначе и смысла нет), п по качеству они должны
быть ие хуже аналогичных импортных. С. момента, когда это произойдет, и
можно будет считать, что отечественная компьютерная индустрия начала раз
шиться не вширь (увеличивая ассортимент ввозимых изделии), я вглубь
(развивая собственную промышленность и задействуя внутренние ресурсы)
11.4. Компьютеры в нашей жизни
В сфере электроиио-пычиелителысых машин с момента появления первых
счетных машин я ио настоящее врем» произошли огромные изменения.
Больше всего изменились сами машины. Первые ЭВМ имели большие
размеры, так как строились ин псионе электронных ламп п могли выполнять
несколько тысяч операции к секунду. Понятие стоимости к ним было просто
по применимо Оми были уникальными изделиями и ие предназначались для
продажи.
Следующие модели .ЭВМ уже иымуекалны серийно. Сначала партиями в
десятки, нотам п сотни штук. Стоимость этих машин измерялась десятками М
сотнями тысяч долларом Такие затраты оказывались ио карману только
очень крупным фирмам.
Пшшлеплу порой .элементной балы (микропроцессоры, малогабаритные на*
кнпнгели на жестких мапштпых дисках в др.) позволило начать выпуск ЭВМ
новопз типа — п«рсоиалЫ1ых компьютеров. Стоимость их первых моделей на-
ходилась к пределах 1 Д..З тыс. долл, я выше в зппнепмости от комплектации
Такой уровень цен нозньлил исходить ири покупке из соотношения: один
компьютер — иа одного человек^ (пергинр). Отсюда пошло и пазплпне,
Сопремсимые компьютерные системы в зависимости от immui'ieuiHi но-
Д])иши>ляитч1 иа несколько типов: обычные офисные компьютеры, серверы
рабонис* стапшш, суперкомпьютеры и многие виды смсшшлизирожпшых
уетоонети. Суперкомпьютеры стоит ио-нрежнему дорого (до миллиона долла-
ров). Цена иа обычные компьютеры вполне приемлема. За 500 долл. можно
купить неплохой блок с монитором, а за тысячу — "навороченный" компыо
тер одной из самых последних- моделей. Цены даны иа момент щмеготовки
книги к изданию (2003—2004 гг.), позже они будут еще ниже
На начальном этапе электронные машины использовались для решения
только тех задан которые без них выполнять было бы очень сложно. На них
считали. За часы и дни спи делали то, па что в обычных условиях требова-
лись месяцы. Эта особенность их использования подчеркивалась в назва-
нии — электронно-счетные машины. Рабочее время ЭВМ было слишком де
407
Глава II
финитно, чтобы расходовать его иа что то еще. Проблемы, чем занять маши-
ну, це существовало. Они работали без перерыва днями и неделями.
На серийных ЭВМ круг решаемых задач расширился. На них появились и
первые нелегальные жильцы" — игровые программы. Как хорошо в минуты
отсутствия начального глаза немного расслабиться и развлечься Но, тем яс
меисе,‘общее число машин было невелико, и основной обаюм решаемых за-
дач был cuswaij с вычислениями.
С приходом персональных компьютеров ситуация изменилась коренным
образом. На руках у пользователей оказались сотни тысяч, а сейчас — и сот*
пн миллионов устройств. Это колоссальный нычислительиый ресурс. Такого
количества ечитпых задом не было и йот. Оказалось свободным большое ко.
личсство машинного времени, и компьютеры требовалось пристроить к како-
му-нибудь делу.
Компьютер оюшлея ирек|к1еиым инструментом с удивительными свойства-
ми. ()и способен к запоминанию я обработке большой» количества яп<|юрмаинн,
легко упряклясм; сам может управлять. Он. как хороший солдат, получип
команду, бел рассуждения приступает и се исиолпспшо.
Достаточно быстро сформировался подход к задойетводапшо компьютера в
новых областях. Сначала появлялась идея. Л пеличя ли применить компьютер
дли ... ? нли л ... ? Чаще веет окдаывнлось, что можно. Разрабатывалось пеоб-
холимое прог|1ямми[»о обссиечсчшс, нывусюшись нужные 1»е|И1фс|»ннпые
устройства. и компьютер цанвп-ш зиивмнтьск полым делом.
Сейчас оп уже (кроме традиционных вычислений) рисует, показывает кн
по. выполнист всю работу в офисе, пспользустсв как музыкальный центр
обучапт детей и дароелых, развлекает п играет с пимп, делает массу других
полезных дел (едяпствскио. что пока он не может, так это ттццепатв. по
вполне пдаможпо» что со временем ого н этому научат).
Компьютеры прочно вошли в нашу жизнь ц заняли там немаловажное
место. Мы постошщо яядвм их, слышим о них. Можно определенно ска-
кать — опн нужны! Вопрос и том, па оероне каких пршпппюв нх выбирать и
кок затем добился их рационального иепользовгчпн».
В компьютерной сфере, кик н па любом рыночном поле, есть два иззпмо
занпешццх игроки; покупатель п нродднец. Нрощнюдитель хочет свой товар
продать, пользователь — купить. Эти желания приводят их в одно место —
туда, еде торгуют. Оцц оба запитсрссованы в том. чтобы опо было, по после
того, как они туда поняли, их интересы расходлтеи. Производитель хочет
продать побольше и подороже, а шшыклттель — найти то, итп ему оузкио, и
заплатить подешевле. Компромисс и э!ом деле невозможен, дя пикто к нему
п не стремится. Вен решает опит игроков.
Производство компьютером — очьчп, доходный бизнес, В этом деле участ-
вует много крупных корпораций. Преимущество, а следовательно и основные
прибыли, принадлежат тому, кто предлагает самый новый товар и может
убедить покупателя, что оп самый лучший, По этой причине потребителю
приходится наблюдать непрерывный хоровод предложений новых моделей
408
Компьютер, его недавнее прошлое и настоящее
компьютеров, процессоров, версий операционных систем, пользовательских
программных приложений и других элементов системы. Появление их сопро
вождается шумной рекламной компанией, имеющей целью убедить покупа
теля, что если он хочет быть иа уровне, то он просто обязан все это купить
Это политика производителя п продавца
С другой стороны, у большинства рядовых потребителей кет необходимо-
сти участвовать в непрерывной гонке за самыми современными моделями
компьютеров. Новые задачи, требующие качественно более высокого уровня
производительности, появляются нс так чпсто. Большинство пользователей в
повседневной жизни и деятельности используют самые обычные приложения:
текстовые редакторы, электронные таблицы. базы данных. Для этих пелен нс
требуются самые быстродействующие компьютеры. Например, как "локал"
пользователь на 286-й машине в '‘Лексиконе" со скоростью 50 70 знаков в
минуту, так о<1 н па Pcntium d в *\УопГ будет 'тюкать" с той же скоростью.
В настоящее время основным "пожирателем" компьютерной мощности,
кроме узкого круга исполнителей сшишальных задач (работа с трехмерной
графикой, орпншзщщп сложных многопользовательских бая данных с боль
шпм объемом сохраняемой информации), стали игры. С прицелом и» них вно-
сятся усо1ш|ниецстковя|||1я в процессорную и компьютерную архитектуру;
командные распш|>енпя ММХ к 3DNow. AGR-ummi н другие. Для игр, дейст-
вительно, нужны самые, самые, так клк нм нее время мило. мало. мало...
Однако далеко не все пользователи покупают компьютеры с целью раз-
влечения. Многие делают это, исходя в первую очередь нз практических со-
ображений. н нх меньше всего интересует погон» за самыми современными
моделями. Они лучше считают евин деньги. Ми передний план для них выхо*
дят другие орпеитнры; есть задача. и для ее решеннн нужен инструмент и нс
более того. Для этих пользователей становится пес более вктуалыюй мнив*
мнзаиии сегодняшних затрат. Поэтому для них наиболее рациональным яв-
ляется подход, когда выбирается компьютер, обеспечивающий решение ио
ставленных целей и ирн этом стоящий минимальных денег.
Есть несколько наиболее .ходовых лариаптои применения компьютеров
Оставив в стороне случаи, когда требуются нычиелптелп повышенной мощ*
пости (нх мечшшинетво), упомянем песколыю часто использующихся систем
к дадим нм краткую характеристику.
Машниа-вычпслитсль. Нужно честно признаться, что и настоящее
время это редкий вариант использования компьютера. Устройство, создан-
ное для выполнения вычислений, практически для этого не используется.
Что ж, времена меняются.
В компьютерс‘вычлслнтеле важен щюцсссор. Чем он производительнее,
тем быстрее решится задача. Если имеется блок математического еопроцсо
сора, то это еще лучше. Все остальное (тип видеосистемы, емкость вннчесте
ра, объем ОЗУ и другие компоненты) — вторично, Оперативная память дол
жна вмещать обрабатываемые данные, а винчестер хранить прикладные про
409
I taea //
граммы н трансляторы используемых языков высокого уровня. Это основные
требования, все сверх этого по Желанию н при наличии возможности
Вычислительные программы пишутся иа одном нз языков высокого урон
ня, транслируются и машинные коды (набор команд процессора) и после это
го исполняются. Машина может быть любая: 286ч], ЗйС-я и выше. Если мож
но было выполнять сложнейшие вычисления иа первых ЭВМ, то на персона
льиых компьютерно, даже самых простых, можно сделать ие меньше. Выбор
конкретной модели зависит от количества денег у покупателя, Недостаток
средств и малая нроизнодитольпость будут компенсироваться дополинтель
ным расходом времени. На быстром компьютере программа может быть нс
полнена, например, за пять минут, их медленном потребуется час, может
быть два, В любом случае, если программа написана правильно, результат
будет получен.
Офисный компьютер. Класе компьютера определяется теми задачами
которые он будут решить. На нем обычно стоит та или иная операционная
система (DOS с Norton илн Windows 3.**; Windows 95/98/2000/Ме/
2002/ХР) и необходимые приложения (Ward, Excel, Access и другие).
В простейшем случае, когда компьютер сонмеетио е принтером испольпуст
ся кик шппупрш мшииики, ои может быть любого тише от 286«го я выше,
При необходимости иметь Windows 3.** компьютер желательно ие ниже
38GDX. Дня установки Whitlows 95/08 /2000 нужна 486»и машина. не меив»
ше, я дли установки Windows Ме/2002/ХР только Pentium и нышс, Чем бо-
льше будет объем ОЗУ, тем быстрее будет работать операционная система:
чем емкость винчестера шшие, тем большее кол» юстп» программных прнло
жеинй можно на нем разместить.
И тропой (или Мультимедийный) компьютер. Случай, когда дорогой
компьютер является настыл ctue более дорогой системы. 11|кш:июднтслы1ост1<
компьютера псполиуетея па лее сто процентов. 11о:>тому, чем ои мощнее, том
лучше. |(<ии|нн7рнцн51 выбирается но максимуму (и пределах нмеюиюйея < ум«
мы, конечно). Для того чтобы получать от игр полное удонолитвне, хорошего
комш»юте|м миль, Нужно еще "кое-что", В состав этой» "косить" нходяг:
• Звук: авукоиая плата (SB —. Soimil Blaster) и колонки. 1(а<Шя игра без
натуральной стрельбы it взръиюи? 1й’ли предполагается слушать на
компьютере хорошие хишнш с CD-дпска. го SB и колонки должны
быть приличного качества, а, еледовятелыю, tie самые дешевые.
• //.тобрпж’еяно: 1шдеококт|Н)ллер и монитор. Монитор от 17 дюймов
;<ерн<1 0,28, и лучше 0,26; плоский экран; цифровые регулировки
ЗО-видеоконтроллер лля шипы /\GP
• Естественно, что нужен CD-ROM (в моду уже оходят DVD). Желате
льно ие гнаться за скоростью. Дешевые китайские диски иа больших
оборотах, как наждак, еташпшгот пластиковые опоры на устшзоиочиом
поддоне, В результате, диск ложятея под наклоном, нарушается цент*
ровка, и он начинает "бить". CD-ROM вообще перестает их считывать
нлн делает уто с ошибками
410
Компьютер его недавнее прошлое и настоящее
• В перечень можно включить наушники джойстик н всякую другую
разность.
Для доведения компьютера до уровня, дающего ощущение комфорта в иг
ре, придется делать дополнительные затраты превосходящие стоимость еа
чого ПК
Графическая станция. Компьютеры данной группы предназначены для
создают качественных графических изображений с большим разрешением н
широкой цветовой палитрой, Требуются системы с наивысшей производите
тьиостью:
• если есть возможность, то двух или нетырехлроцессорные,
• желательна шина SCSI (облегчит подключение нескольких пернфе
рнйшлх устройств)
• большое ОЗУ (измеряемое сотнями Мбайт);
• емкий вничестер (нлн целый нх пакет наличие шины SCSI позволит
легко это сделать);
• монитор е большим экраном и хорошим разрешением,
• профессиональный ЗО-кидеокоитроллер с большим объемом вн
део-ОЗУ (64..J28 Мбайт).
/(ля продуктивной работы графической станции требуется наличие еще
некоторых нсрн<|к*рийных устройств, Если планируется иынолнеиие серьез-
ной работы с графикой, то нужны;
• широкоформатный цветной сканер (ввод изображения с листа),
• нлактер 1юод;< изображения с цифровой видеокамеры и фотоаппарата;
• «ысококичестясншли цистной принтер (созданное в компьютере нзоб
рпжмше часто требуется перенести на бумагу).
Набор таких уст|юйстн будет стоить не меньше а вероятнее всего. н не
сколько р;1з больше. чем сям компьютер.
Существуют п другие варианты нсиользонашш компьютеров, по подход к
его выбору ио иеех случаях прнмерно одинаков. Пользователь начинает с то-
го, что решает для себя; что он будет иа къмныотере делать, какие приложе»
пня предполагается использовать, для какой оиернциоипой системы они иа
ине;шы- Цоияи что, ни деллет следующим шаг — уточняет требомння к
компьютеру со стороны принятой к нелользовалию ОС и приложении; класс
процессора, объем (УЗУ, необходимое пространство на винчестере. Опреде-
ляется дужная конфигурация, Если денег хиатает, прекрасно, такой комиью
тер н нужно взять. Если нет, то приходятся чемто жертвовать^ меньше па
мати. менее емкий ниичестср. более дешевая видеокарта, берем монитор ио
проще или. вообще, черно-белый, откладываем до поры покупку CD-ROM и
звуковой карты, устанавливаем на плату менее быстрый процессор, На ка
ком-то шаге в этом цройсссс урезания сметы денег должно хватить. Даже в
случае недостатка средств желательно сохранить класс компьютера. Напри-
мер. Penlhim, пусть и в минимальной конфигурации нее раине остается Реп
bum, Позже, когда удастся разжиться деньгами будет проще постепенно
411
Глава II
улучшить его характеристики чем перебирать весь компьютер, заменяя ма
терннскуго плату,
Еедн еетьередства, то возможен и другой подход — взять с запасом, По
компьютер — не та “одежка*’, которую можно брать на выроет*’, Пытаться
предположить уровень техники, необходимый для решения завтрашних задач,
дело неблагодарное, Наше представление о будущем — сегодняшние мечты о
завтрашнем дне, Этот подход оправдывается в основном в тех случаях, когда
компьютер берете» для нгр, а для иих понятия “слишком" не бывает,
После того, как компьютер куплен пли собран, можно начинить е ним ра-
ботать, В заключение Автору хочется пожелать ВАМ успеха н сказать еще
пескол«жо слов.
Возможности современных компьютере» поражают воображение: какая
произноднтелъность, кйкоп обт»ем оперативной памяти и дисковой системы
хранении информации, В нем сеть аудиосистема, ЗРчшдео, CD' н DVD-khho,
ТУ’НХод и многое другое, Дняднать лет назад даже самая смелая фантазия нс
мосла себе ирсдетянгпт, такого. Однако’ Качественных нвменеиий не прои-
зошло, В «омныотерс ис "сверкнула искра” мысли, что бы нп говорили об
успехи» и области иекуситнеиинго интеллекта, Он нс придумал ин одного
бчнта сверх того, что было наложниц н него илпачильно.
С одной стороны — что обидно, с другой — может быть, это н к лучшему
О улыбкой (ио в кщкдон шутке есть доля истины) нродетивнл себе человек
иолможиоо Вайт])» (ЮРИЙ ТКЙХ);
КимпмыНср дцмать ппучилн
11 Hiiif'itMH сом/тмь^
Им >ЧННШ!Я it Я|$*о UAM.Mti.ttt
Ло/иодыг .4ik\nt
Jlifl6wt‘ ЛИ fti'IHtM /фОблс'ЛГЫ
On ,Ш)>' KtMftyrtlhttn intWM
IfafStta Hit IUH tklltllA ..,
(hl 6»A <МЫЩЧК.Ч 1Ч1сЩППП1<>Н»,и^
tin Ht)fiy>* npt'flHUti tnuifftlntw nttinll^
/innyttv о» btithnt itfWi'imAtAiwmitM!
— Скижняп\ CtMni> ihttt De tiMiKti?
Ont HMX tns.tnitnnu ,’ЧЦгтЬЯ flMtlli
Л пткмге nc'intj bthtbtni’ еил!
IhnntiAt <m яыплнпщя дискету
И тихи видки itwi/iuciiit.
Что даст человеку думающий компьютер? Пияиитеи легион еомпеваю-
щкхея и рефлексирующих философов** Их ц бе» этого много Илн что-нибудь
похуже? Уиасн Бог!
Артур Кларк сказал, Я по нрСлуг«1дываю будущее, я его предотвращают
1зк что. пусть представленная выше ситуация останется шуткой, пустьчсло
нек думает я машины (я компьютер в их числе) исполняют его волю
412
Предметный указатель
А, Б, В, Г, .... Э, Ю, Я
А
Архитектура — 8
— открытая А — 8
— архитектурные принципы — 8
— трехшнннан А — 12» 63
Асинхронный режим передачи
(SCSI) — 241
Б
Базовая (обычная) память — 209
Байт — 190
Балк памяти — 204
"Белая’ сборки — 23
Ьнт — 190
Блок обработки прерываний —
57
Блок питания (Ы1) — 16
Блок прямого доступа к намити
(ИДИ) - 59
Блочио модульный принцип — 8
Бод:
— Б. скорость — 3'1
— Б интервал •— 34
БЭСМ — 395
БЭСМ 6 — 396
В
Верхняя память — 210
Видеоадаптер — 310
Видео режимы.
— графические — 307
— текстовые В — 307
Видеосистема:
— MDA — 311
— CGA — 312
— Hercules — 311
— EGA — 312
— VGA — 313
— SVGA —314
Винчестер — 221
Видеочниест — 339
Внешние команды DOS а — 256
Внешний, иля второго уронпя
кэш (L2) — 216
Вкут(Ю»нке команды
DOS-a — 256
Внутренний нлн первом) уровня
кэш (L1) — 216
Г
1 лубнна вложения — 261
Головка (Head) — 222
Голнеоной ф<1ке-модем — 33
д
ДВК — 402
Динамическая памнть— 189
Дисковод — 19
Ди(|и|1еренцннльяый режим коди-
рования (SCSI) — 241
Дополнительная (страничная) па
мять — 208
413
Предметный указатель
Дорожка (track) — 222
Дыры" нлочне блоки
(bad blocks) — 225
Е
LC ЭВМ — 397
Ж
’Желтая сборка— 24
Жестким диск — 19
3
Загружаемый (загрузочный)
диск — 381
Загружаемые драйверы
устройств — 257
Защищенный режим работы
(МП) — 208
Звукония плата — И
Звуковые колонки
Оцншмикн) — 32
Знакоместо — 307
Зпакогспсрпшы;
— код 3, — 308
— таблица 3 — 308
И
Интегрированным чипсет — 99
К
Кадровая частота (кортикальная
J раивертка) — 309
Каталог (подкаталог).
— корневой К. (корень) — 26}
— вложенным (подчиненный) К
— 263
— родительским (старший)
К — 263
— вложенные К — 263
Клавиатура — 20
Кластер — 264
Кластерная структура — 264
КМОП-память — 67
Контроллер — 13. 18
Конфигурация — 10
Корпус — 14
"Красиан" С розовая ) сбор
ка -« 25
Кэш намять — 214
Л
Логическая структура дис
ка — 260
“Логические’ (условные) пара
метры диска — 223
Логические диски — 260
Локально шнна — 71
М
Ml (2. 4, 4М, 10< 13) — 395
Материнская (системная) нла
га — 18
Матрица памяти — 190
Микропроцессор — 126
Минипорт — 350
Модем — 33
Монитор — 311
Мост;
— ‘’северный*' — 92
— “южныГГ — 9’2
Мулкгикарти (niullicard) — 18
Мультимедиа — 28
‘М>лни“ — 21
МЭСМ — 394
Н
Начальная загрузка — 9, 258
111<зкочистотиое электромагнит
ное поле — 319
О
Образукнцие цвета — 304
414
Предметами указатель
Обратная (отложенная) запись в
кэш — 215
Однокристальные микроЭВМ
(ОЭВМ) — 401
ОЗУ — 57
Операционная система
(ОС) — 253
П
Первичный раздел DOS>a — 260
Переадресация (rcmaping) — 211
11ерс<шнлы<ый компьютер — 5
ПЗУ — 56
Пиксель — 306
Платформа — 14
Полоса видеосигнала — 309
1 1риитср:
матричным П — Ю
— лазерный П —4!
— струйный Ц. — 42
I {роизводнтслъность процессоров
— 385
Процедур» запуска — 258
Процессор — 126
Процессорный блок — 126
Процессорная шина — 79
Прямая (сквозная) запись
н кэш — 215
11у п доступа — 264
Р
Разделение памяти — 9
Разделяемые PCI прорыва
иин — 66
Разрешающая способность (раз»
решение) — 306
Расширенная память — 211
Расширенный раздел
DOS-a — 260
Реальный режим работы
(МП) — 208
Рентгеновское излучение — 318
С
Сегментный адрес — 212
Сектор (sector) — 222
Сетунь' — 396
Синтетические тесты — 386
Синфазный метод кодирования
(SCSI) — 241
Синхронный режим передачи
(SCSI) — 241
Системная шнна — 8, 14, 62
Системная производитель'
иость — 390
Системные разъемы — 14, 63
Системный блок — 14
Системный диск (дискета) — 381
Слово — 190
Смешение — 212
СМ-ЭВМ — 40
Статическая память — 189
Старшей памяти область
(старшие адреса) — 212
Стсипниг — 94
"Стрелп” — 395
Строчный режим вывода изобра
женин — 310
Строчная частота — 309
Т
Таймер — 60
Тактовый генератор — 60
Теневая память — 211
Терминаторы (активные и пас
сивиые) — 245
Трансляция параметров дне
ка — 222
415
Предметный указатель
Ф
Факс модем — 33
Физические (реальные) пара
метры — 223
Физический (исполнительный)
адрес — 212
Форматирование винчестера:
— Ф. на низком уровне — 225
— Ф. на высоком уровне — 225
— логическое Ф — 22ft
X
Хаб — 45
Ц
Цилиндр (Cylinder) — 222
Ч
Частота.
— тактовая Ч. — 60
— рабочая (иди системная)
Ч. — GO
- снетсмиой шины — 00
— внутреняя Ч процессо-
ра — 60
— процессорной шины — 136
Чересстрочный режим вывода
изображения — .310
Четность (parily) — 204
Чиксет — 61
Ш
Шейдеры:
— вершинные — 344
— пиксельные — 344
Шина:
— данных — 12. 63
— адреса — 12, 63
— у<1|>анлснин — 12, ЬЗ
— процессорная All. —- 78
— Вводаницвода — 71
— внутренняя LU — 92
Э
Электрическое ноле — 318
А, В, С, D ... W, X, Y, Z
А
ADD — 335
ADSL — 38
AGP-норт (шнна) — 331
AGP add in — 335
AGTL+ — 79
Al ММ — 335
ALi — 107
A-LInk — 94 I
AMD — 162 185
AMR-шина — 72
ANSI — 234
API — 347
416
Apple-1 — 6
Appk-Ll — 0
Arapahoc — 68
АТ-формат — 74
АТА (АТА-2.3.4.5,6) — 234
АТАЗЗ/66/lOO — 234
АТХ’формат — 76
AUTOEXEC ВАТ — 257
В
bad blocks — 225
Base (Comenllonal) memo-
ry — 209
BEDO — 194
Предметный указатель
Big Drive — 225
BIOS — 255
Boot Record — 255
Bluetooth — 54
brand-name — 23
Bus-master — 65
Bus-slave — 65
Bylfered DRAM — 195
BYTEinark — 389
C
Cache топки у —*214
CAS — 19L
CD ROM (CD-накоиигеж) — 28
CGA-card — 19
Checldl — 388
Chipset — 8b
CHS-адрееацня (HDD) — 232
CNR-канал — 74
COAST-модули — 216
СОМ-порт — 43
COMMAND.COM — 25b
Compiret PCI — 67
CONHG.SYS — 257
CPt)niark32 — 389
cylinder (cyln) — 222
Cyrix — 176
D
DBLSPACE.BIN — 25b
DDP — 335
DDR SDRAM (DDR) — 190
DDR II — 196
DevicelD — 96
DIME — 333
DIMM — 202
DIPP — 201
DirectX — 348
DOS-овские утилиты — 257
Doze Mode —- 291
DPMS — 292 353
DRAM — 189
DVD — 30
DVI — 356
E
ECC — 205
ЕСР-режям — 44
Eden — 181
Eden LSP — 181
LDO — 193
EGA-card — 19
EGA/VGA-uird — 19
EIDE — 283
EISA — 64
Enchanccd Cl IS-адресация
(HDD) — 233
EN1AC — 394
ЕРР-режим — 44
EVC — 356
F.V6 — 80
Defended DOS Partition — 260
Expmided-memory — 213
Exlended-meinorc — 211
I<
Past ATA — 233
Past ATA-2 — 233
l-'asl Drive — 23b
Fast SCSI — 241
lastWide SCSI — 241
Fast Write — 333
РАТ-таблмца — 264
ГАТ16 — 265
FAT32 — 266
(FDC+I/O)card — 18
FDD — 19
TDISK — 227
FireWire — 48
FORMAT — 227
417
Head — 222
I Ierculec(Herc)-card —
HDC/FDOcard — 18
HDD 221
HighCoIor — 316
I lie’ll end — 135
I [igli-Leve! formating -
НМЛ 212
Hub Link (HL) • 93
HVD-перелача — 242
Hyper-Threading • 14
Hyper-Transport - 69
SCSI-винчестеры — 240
SCSI-2 — 241
SCSI-3 — 241
Shadow — 211
S1MD — 139
SIMM — 201
SIPP — 201
SiS — 86
Slotl, Slot2, Slot Л — 85
SMARTDRV.SYS — 212
SMBus — 80
SMP-система — 102
Socket (1,2, 3, 4, 5, 6, 7,
370, 423, 462, 478, 603, A
SPD — 206
SPEC (89, 92, 95) — 391
SPECrateJr — 391
SPECrateJnl — 391
Speed Step — 142
SPP-режим — 44
SRAM — 189
SSE -- 139
SSE2 — 147
Standby Mode — 291
Stepping — 94
Super — 84
Suspend Mode — 291
SVGA-card — 19
Syslnlo — 388
TCO(92, 95, 99) — 322
TFT-матрица — 352
Т&Ьблок — 343
1 rack — 222
TrueColor — 317
Предметный указатель
Ultra АТА/66/100 — 236
Ultra 160 — 243
Ultra 320 — 243
UMA — 210
UMB — 211
Unbuffered DRAM — 195
USB-uiHtia — 45
V
VCM DRAM — 195
VendorlD — 96
VESA — 315
VGA-card — 19
VIA — 103
VIA Eden ESP — 180
VLB'iuHiia — 71
W
WB — 215
Wide SCSI —241
WinChip — 178
WlnChip2 — 178
WinModem — 36
Winslone (96 98 99
2001) — 391
WT — 215
X
xDSL — 38
XMS — 211
Y
Yamhill — 150
1, 2,...8, 9, ..
1394 (IEEE) — 48
21.)/31)'акееле|>этор — 338
3D-KOH4[)ojuiep — 338
31)-коцтр. профессшшаль
пый — 369
802 ll (a. 6) — 49
420
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие автора 3
(лапа 1
КОМПЬЮТЕРЫ И ИХ СТРУКТУРА
I I Основные типы современных компьютеров 5
I 2. Архитектура и конфигурация 8
L3, Организация компьютер и его работа 11
1.4. Основные компоненты компьютера 14
1.5. Сборщики компьютеров 22
1.6. Компьютерная индустрии и рынок комплектующих 25
Глава 2
ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА
2 1 Устройства мультимедиа (nuiltimedla). . . 28
2 2 Модемы, факс-модемы, цифровые (xDSl) модемы 33
2 .3. Печатающие устройства (принтеры) . . 39
2 .4 Традиционные средства связи с внешними устройствами
(СОМ- и I.PT-порты) ................................. 43
2 .5. Новые средства а»|зи с внешними уст]юнстя»ми (USB, L'ireWirc) 45
2.6. Беспроводные интерфейсы (802 11, Bhieloolh) 49
Глава 3
МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА
3 1 Функциональные элементы компьютерной системы,
размещаемые на материнской плате, и структура шин 56
3 2 Системные шины . 62
3.3. Локальные шины 71
3.4. Форматы материнских плат и их размещение в корпусе 74
3 5 Процессоиая шина и установка микропроцессора
на системной плате 79
3 6 Чипсет (Chipset) •. 86
421
Оглавление
3 7 Мосты и внутренняя шина, степпинги, драйверы чипсета,
взаммодействмсОСн материнской платы ...... 92
3.8. Процессорные наборы для млат класса Pentium 111 и Athloj' 98
3.9. Первые наборы для Pcirliuin 4 . ... , III
3.10 Особенности материнских плат разных классом 11 *•
3 II Платы для Pentium Ши Athlon
Глав,; 4
МИКРОПРОЦЕССОРЫ
4 I Первые {МП.Ч.’Микровроцсесоры,
периферийные микросхемы, иачалосерин 80’8b . 121»
4.2. 286. ЗЯб, 436-е и РенНшв процессоры . .129
4.3. Pentium И, PeuliutH III. (U'lcnw. PcBtJmn 4 , . . 134
4 4 Процессоры для сернерон •- I’wiHuuiPro, Potsliinn И Xeon,
Ihmliuni III Xeon, Pentium Ill-S, Xeoik Ihinitmt'M. . . 151
4.5. Семейство ироцоесорои OverDrive и иляты переходники 158
4.6. Первые процессоры фирмы AMD . . ..... 162
4.7. Процессоры AMD Albion, 1Ьт»л, Пацяпег. Opleron
соимеетимостоЗЙ* и 64«р;]:»рядпых rnriVM 165
4.8. Процессоры фирм Cyrix. IDT, VIA«Cyrix . 175
4 9 Микропроцессоры и взаимоотношении
между их цронзподнтелнми............................... 184
Iлип) 5
ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА
5.1. Виды оперативной памяти, оо внутренняя организация 189
<5.2. Тины оперативной (дшшмнчоекой) н.пмнтк 191
5.3. Элементы оперативной шшити.......... . . . 200
5.4. Аппаратные сродства контроля и обвснсисчшя шщежности 204
5.5. Логическая организация лямитн. 208
5.6. Кэньпамятъ .......................................... 215
5 7 Развитие событий в отрасли элементов оперативной памяти 216
Глава 6
ВИНЧЕСТЕР
6 1 Устройство винчестера и его основные параметры 221
6 2 Приведение винчестера в рабочее состояние 224
6 3 Винчестеры MFM и RLL 228
422
Оглавчение
М Винчестеры IDE, Enchanced IDE (EIDE) Fas! Al A,
Fast АТЛ-2. ATA, UHraDMA . 230
6.5, Развитие интерфейса IDE (Big Drive Serial ATA) 237
6.6. .SCSI-винчестеры 240
6.7, SCSI или IDE?........................................ 247
6.8.1 IjMJUJieMM производителей жестких дисков 251
Глава 7
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА
И СТРУКТУРА ДАННЫХ ПА ДИСКГ
7 I. Структура операционной системы 253
7.2. Состав MS-DOS . , , 255
7.3. Загрузка системы . . . 258
7.4. Логическая структура диска . 260
7 5. ЕАТ-т.тблпца и структура кластеров 264
7.6. Доступ к данным. .................................... 267
Глалв 8
I1POI РАММА SETUP
•S.I. Программа SETUP и обращение к ней . 272
8 2. Основное меню ("CMOS SETUP UTILITY")
"StiflMciin III Setup'* и стяидп|ггныГ< Svhip
("STANDARDCMOS SETUP") 275
8.3. Доколнительиме настройки
("ADVANCED BIOS FEATURES**).............................. 270
8 4. Настройка чипсета ("CHIPSET FEATURES SETUP")
и интегрированных ни плату блоком
ClNTEGl^TI-D PI-RIPHF-RALS") . . . 281
8 5. Уприилепие режимами онергосберсженвм
("POWER MANAGEMENT") . *290
S.G. Установка режима Plitg«;iiHl*Pl;jy (PNP),
настройка PCFcjjotoii ('*PNP AND PCI SETUP )
н "PC HEALTH STATUS". 295
8 7 Вспомогательные операции 299
Глава 9
ВИДЕОСИСТЕМА
9,1, Организация вывода информации на экран . 304
9.2. Режимы отображения и параметры вывода на экран 306
423
Оглавление
9.3. Состав видеосистемы и ее типи 310
9.4. Монитор н здоровье человека 318
9 5 ЗО-аидеосистема и ее работа 323
9 6 АОР-шина 332
9.7.30-видеоконтроллеры . . . . 337
9.8. АРЬмеханмэм программной настройки ЗО-коитроллсров 347
9.9. Плоскопансльные мониторы и цифровом видеоинтерфейс . 350
9 10 Производители графических контроллеров и их продукция
(пользовательская и профессиональная) . . 357
9П Видеосистема — ‘куда пойти куда податься’ 372
1лава 10
ВАМ НУЖЕН КОМПЬЮТЕР!
ЧТО ДЕЛАТЬ ДАЛЬНИ-?.
10.1. Подключение компонентой к системной плате 174
10.2. Подключение дисковых накопителей,
KOit(|it<jy|»t|h»BniM<c BHiHtectepoti ... ... 178
J0.3. Загрузка, знгружнемыйдиск, “системная днскспГ 381
10.4 Измерение производительности (цюцессоров
и компьютерных систем, . ... 185
I лапа 11
КОМ11ЫО1ГР. ЕГО НЕДАВНЕЕ ПРОШЛОЕ
И НАСТОЯЩЕЕ
11.1.Элс.ктр(ни1о вычислительные машины и Советском Союзе 304
11.2. Период копировании н начало комиыотеризанни 397
L1.3. Поянление новой отрасли н со специфика . 403
11.4. Компьютеры в нашем жизни ........................... 407
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А В, В. 1 ...,Э,1О Я. . 413
А В, С. О ..W,XY,Z 41b
1,2, 8,9. 420
424