МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Факультет «Машиностроительные технологии»

Кафедра «Электронное машиностроение»

“Системные платы Pentium II”

Студент:

MT 11-12

Вервикишко Александр

Проверил:

Беликов А.И.

Москва 2000 г.

Содержание:

1. Введение
2. Основные устройства системной платы
3. Системный интерфейс PC/XT (8255)
4. Системный порт PC/AT
5. Системный таймер (8252/8254)
6. Канал управления звуком (PC Speaker)
7. Интерфейс клавиатуры
8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042
9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC
10. Компоненты: установка и конфигурирование
11. Оперативная память (DRAM)
12. Вторичный кэш (SRAM)
13. Процессор
14. Питание и охлаждение процессоров
15. Синхронизация

16. Шины расширения ввода/вывода

17. Чипсет

18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты
19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат

20. Процессор Intel Pentium II Xeon

21. Чипсет i440GX
22. Чипсет i450NX
23. BIOS
24. Питание и обнуление CMOS
25. Основные характеристики системной платы

26. Прайс-лист компьютерного центра Polaris на материнские платы

27. Литература

1. Введение.

Системная или материнская плата персонального компьютера является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:
. процессор(ы) и сопроцессор
. память: постоянная (ROM, Flash BIOS), оперативная (DRAM), кэш (SRAM).
. Обязательные системные средства ввода/вывода.
. Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения
. Кварцевый генератор синхронизации со схемой формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока питания или кнопки RESET
. Дополнительные стабилизаторы напряжения питания для низковольтных процессоров VRM (Voltage Regulation Module).

Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве системных плат устанавливают и контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков, графический адаптер, аудиоканал, а также адаптеры COM и LPT-портов,
"мыши", и другие. Контроллеры, требующие интенсивного обмена данными используют преимущества локального подключения к шине процессора. Цель размещения других контроллеров на системной плате - сокращение общего числа плат компьютера.

Современные платы исполняются на основе чипсетов (Chipset) - наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов - процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих возможности ее модернизации. Его тип существенно влияет и на производительность - при одинаковых установленных компонентах (процессор, память, графический адаптер, жесткий диск) производительность компьютеров, собранных на разных системных платах (чипсетах) - может отличаться на 30%.

2. Основные устройства системной платы

Системная плата первой модели PC содержала несколько функциональных узлов, которые благодаря открытому описанию приобрели надежный статус неприкосновенности, гарантируемый несчетным количеством программ и программных продуктов, их использующих. К таким узлам относятся следующие:
. Схемы предоставления системных ресурсов - памяти, ввода/вывода, прерываний, прямого доступа к памяти, описанные выше.
. Микросхемы ROM BIOS с программным кодом начального тестирования, запуска и функций ввода/вывода.
. Системный таймер, реализованный на микросхеме 8253, использовавшийся как генератор запросов регенерации памяти, интервальный таймер и тональный генератор для динамика. В AT те же функции выполняла аналогичная микросхема 8254.
. Три системных порта на микросхеме 8255, используемых для интерфейса клавиатуры, чтения переключателей конфигурации, управления звуком и немаскируемыми прерываниями. В AT для интерфейса применили микроконтроллер 8042, переключатели конфигурации упразднили, а остальные функции переложили на один системный порт.
. Канал управления звуком - логическая схема, использующая тональный сигнал таймера и программно-управляемые биты системного порта. На машинах AT такой «синтезатор» мог исполнять даже записанную музыку и речь.
. Последовательный интерфейс клавиатуры, реализуемый на XT аппаратной логики, а на AT с помощью микроконтроллера 8042.
. Память конфигурации и часы-календарь - CMOS RTC - узел, появившийся с АТ.

Со временем элементная база системной платы радикально изменилась, все функции отдельных контроллеров взял на себя чипсет, но программная модель этих узлов сохранилась. Рассмотрим их подробнее.

3. Системный интерфейс PC/XT (8255)

Микросхема 8255 представляет собой программируемый параллельный трехканальный интерфейс, Имеющий три 8-битных порта А, В и С. Порты могут независимо конфигурироваться на запись или чтение в различных режимах, включая и стробирование, но в РС используется самый простой режим 0. Порты
А и С работают на ввод, порт В - на вывод. При этом чтение порта В возвратит ранее записанное значение, что используется, когда программа должна модифицировать только определенные биты, не затрагивая остальных.
Программирование режимов портов осуществляется через регистр режима во время POST. В дальнейшем выполнение модификации режимов, которое может привести к зависанию интерфейсов, не требуется. Обращение к портам допускается только однобайтными операциями ввода/вывода. Наиболее частое обращение к портам производится для ввода скан-кода клавиатуры, а также для управления звуковым каналом. Назначение программируемого интерфейса ввода/вывода i8255 в РС/XT следующее:
. чтение скан-кодов клавиатуры;
. управление звуком;
. разрешение и идентификация источников NMI;
. чтение байта конфигурации.

4. Системный порт PC/AT

8-битный системный порт с адресом 61h пришел в архитектуру АТ на смену порту 8255. Поскольку обслуживание клавиатуры перешло на микроконтроллер
8042, а переключатели конфигурации заменили на CMOS-память, функции системного порта PC/AT свелись к следующим:
. управление звуком, сохранившее полную совместимость с ХТ;
. разрешение и идентификация источников NMI, отличающиеся от ХТ.

В этом месте программную модель «посмели» изменить, но это изменение затрагивает небольшое количество сугубо системных программ.

5. Системный таймер (8252/8254)

Микросхемы 8253 и 8254 представляют собой трехканальные программируемые счетчики-таймеры, функционально почти совпадающие, но имеющие различающееся быстродействие (со стороны системной шины) и назначение выводов. С процессорами 80286 без тактов ожидания может работать только 8254, а на системных платах с более современными процессорами те же функции берет на себя чипсет. Внутренние счетчики микросхемы имеют разрядность 16 бит, но общение с ними возможно только 8-битными операциями.
При этом можно задавать значение только младшего байта счетчика (LSB), только старшего (MSB) или обоих (LSB/MSB), причем сначала передается младший, а потом старший байт. Назначение счетчиков-таймеров i8253(XT) и i8254(AT) следующее:
. генерация прерываний от системных часов;
. генерация запросов на регенерацию памяти;
. генерация звуковых сигналов.

Входная частота всех каналов 1,19318 МГц. Программирование микросхемы осуществляется записью байт в управляющий регистр по отдельности для каждого канала.

6. Канал управления звуком (PC Speaker)

Стандартный канал управления звуком Speaker рассчитан на подключение высокоомного малогабаритного динамика. Звук формируется из тонального сигнала от второго канала таймера, работой которого можно программно управлять. Частоту сигнала (тон) можно изменять, программируя коэффициент деления счетчика, а разрешая/запрещая формирование сигнала программно- управляемым битом 0 системного порта 61h, можно подавать сигналы определенной длительности. Такой способ формирования звука мало загружает даже процессор 8086/88 и позволяет исполнять незамысловатые мелодии, причем и в фоновом режиме, посылая команды из очереди по прерываниям от системного таймера. А с учетом физиологии слуха (инерционности восприятия) быстрым переключением частот можно достигать эффекта псевдомногоголосия.

Более интересные звуки можно извлекать, используя принцип широтно- импульсной модуляции, программно осуществляемой через бит 1 порта 61h. В этом случае динамик выполняет роль фильтра нижних частот (инерционного звена) демодулятора. Процессоры, начиная с 80286, способны формировать такой поток управляющих сигналов, который позволяет воспроизводить музыкальный или речевой сигнал с качеством карманного приемника. Однако такое формирование звука процессор загружает практически полностью. Кроме того, качество воспроизведения сильно зависит от частотных свойств динамика. Предпочтительнее более крупные динамики, у которых лучше воспроизведение нижних частот - с ними можно добиться даже разборчивости речи. Драйвер для звукоизвлечения существует также и для Windows 3.x/95, но в стандартную поставку Windows не входит. Теперь для звуковоспроизведения (и звукозаписи) используется ставший почти стандартным двунаправленным аудиоканал. Роль стандартного звукового канала сводится к подачам гудков при загрузке, идентификации ошибок во время POST, когда сообщения на экран еще не вывести, а также к сопровождению сообщений о системных ошибках.

7. Интерфейс клавиатуры

Для подключения клавиатуры предназначен последовательный интерфейс, состоящий из двух обязательных сигналов KB-Data и KB-Clock. Необязательный сигнал KB-Reset сбрасывает клавиатуру низким уровнем сигнала. Интерфейс на системной плате XT реализован аппаратной логикой - регистром сдвига, параллельный выход которого подключается ко входам порта А системного интерфейса 8255. По приему байта от клавиатуры логика вырабатывает запрос аппаратного прерывания IRQ1, обработчик которого может прочитать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6 порта 61h возможна программная блокировка и сброс клавиатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществляется принудительным обнулением линии KB-Clock.

Интерфейс клавиатуры АТ построен на микроконтроллере i8042, обеспечивающем в отличие от XT двунаправленный интерфейс с клавиатурой.
Передача информации к клавиатуре используется для управления индикаторами ее состояния и программирования параметров (автоповтор, набор скан-кодов).

Хотя электрический интерфейс клавиатур XT и АТ совпадает (за исключением возможности двунаправленного обмена в АТ), логические форматы посылок существенно отличаются. POST способен производить диагностику клавиатуры, причем подключение клавиатуры неподходящего типа или не подключенную клавиатуру он воспримет как ошибку. Если проверка клавиатуры разрешена в BIOS Setup, то по этой ошибке POST будет сколь угодно долго дожидаться получения кода нажатия клавиши F1.

Конструктивно возможны два варианта разъема подключения клавиатур - обычная 5-контактная розетка DIN или малогабаритная розетка mini-DIN, пришедшая от компьютеров семейства PS/2. На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает и напряжение питания клавиатуры +5В. Электрически и логически интерфейс клавиатуры PS/2 повторяет интерфейс клавиатуры АТ, поэтому для согласования типа разъема применяют специальные переходники.
Предпочтительнее использовать переходники, выполненные в виде мягкого кабеля с разъемами. Монолитный переходник, особенно с АТ-клавиатуры на PS/2- разъем системной платы, хуже тем, что малейшее движение кабеля вызывает большой момент силы, выламывающей переходник из маленького гнезда PS/2.

Питание от разъема клавиатуры часто используется такими устройствами, как внешние накопители или адаптеры локальных сетей, подключаемыми к параллельному порту. Плавкий предохранитель, установленный на системной плате, может и не выдерживать броска тока, потребляемого этими внешними устройствами. При этом, естественно, откажется работать и клавиатура - ее индикаторы и не мигнут при включении, как это происходит при ее инициализации. Находится эта неисправность при наличии тестера (и знания возможной причины) достаточно легко.

8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042

Программируемый микроконтроллер i8042 применяется в машинах класса АТ.
Его встроенное программное обеспечение хранится обычно и в масочном внутреннем ПЗУ и не допускает изменения, в чем, собственно, и нет необходимости. Эта программа обеспечивает вырабатывания запроса прерывания по приему скан-кода от клавиатуры и отработку управляющих команд от центрального процессора. Кроме управления клавиатурой, через программно- управляемые и программно-читаемые линии внешних портов контроллера формируются сигналы управления вентилем Gate A20, аппаратного системного сброса и считываются сигналы от конфигурационных джемперов системной платы.
Контроллер 8242В, кроме интерфейса клавиатуры, поддерживает и аналогичный интерфейс дополнительного устройства, например PS/2-Mouse.

Порт ввода, доступный по команде C0h, используется для чтения состояния джемперов и ключа:

Бит 7 - 0=клавиатура заблокирована ключом (KeyLock).

Бит 6 - исходный режим: 0=CGA, 1=MDA.

Бит 5 - системная перемычка: 0=замкнута.

Бит 4 - системное ОЗУ: 0=512 Кбайт и более, 1=256 Кбайт.

Бит 1 - вход данных дополнительного интерфейса.

Бит 0 - вход данных интерфейса клавиатуры.

Порт вывода, доступный для записи и чтения по командам D1h и D0h соответственно, имеет следующее значение бит:

Бит 7 - последовательные данные клавиатуры.

Бит 6 - синхронизация клавиатуры.

Бит 5 - запрос прерывания от дополнительного интерфейса (IRQ12).

Бит 4 - запрос прерывания от клавиатуры (IRQ1).

Бит 3 - синхронизация дополнительного интерфейса.

Бит 2 - последовательные данные дополнительного интерфейса.

Бит 1 - вентиль линии адреса А20 (Gate A20).

Бит 0 - альтернативный сброс процессора (без формирования общего сигнала сброса).

Контроллер расположен в пространстве ввода/вывода по адресам 60h и
64h, причем по чтению скан-кода клавиатуры из порта 60h сохраняется совместимость с PC/XT. Регистр данных контроллера в режиме записи используется для подачи команд, относящихся к клавиатуре и собственно контроллеру. Признаком готовности контроллера к восприятию команд является нулевое значение бита 1 регистра состояния (порт 064h).

9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC

В РС ХТ конфигурация оборудования (объем памяти, количество дисководов и т.п.) задавалась DIP переключателями, состояние которых опрашивалось во время POST. В АТ для хранения подобной информации, состав которой расширился, ввели специальную микросхему памяти КМОП небольшого объема, питание которой при выключенном компьютере осуществляется от батарейки. В ту же микросхему поместили и часы-календарь, также питающиеся от той же батарейки. Эта память и часы - CMOS Memory and Real Time Clock (RTC) - стали стандартным элементом архитектуры РС. Содержимое этой памяти и дату сначала модифицировали с помощью внешней загружаемой утилиты SETUP, позже эту утилиту встроили в BIOS. Микросхемы CMOS RTC имеют встроенную систему контроля непрерывности питания, отслеживающую и разряд батареи ниже допустимого уровня. Достоверность информации конфигурирования проверяется с помощью контрольной суммы.

Доступ к ячейкам CMOS RTC осуществляется через порты ввода/вывода 070h
(индекс ячейки) и 071h (данные). Поскольку эта память имеет быстродействие порядка единиц микросекунд, между командами записи адреса и чтения/записи данных необходима программная задержка.

10. Компоненты: установка и конфигурирование

Современные системные платы имеют ряд сменных или добавляемых компонентов. В процессе модернизаций (Upgrade) часто меняют процессор, наращивают объем и повышают быстродействие ОЗУ и кэш-памяти, меняют версию
BIOS. Эти действия обычно связаны с изменениями аппаратных и программных настроек, о которых и пойдет речь.

11. Оперативная память (DRAM)

Вся оперативная память современных РС располагается на системной плате. Первые модели (ХТ, АТ-286) позволяли наращивать оперативную память при помощи установки в слот ISA специальных карт расширения. Однако быстродействие памяти, подключенной через шину расширения, оставляет желать лучшего. Кроме того, появились компактные модули SIMM, SIPP, а позднее и
DIMM, корпуса микросхем памяти стали более емкими, и острота проблемы занимаемой площади спала. По этим причинам уже многие модели АТ-286 и большинство моделей АТ-386 и старше в качестве оперативной памяти не воспринимают память, обнаруженную на модулях расширения, устанавливаемых в слотах шин расширения. Отметим, что были модели АТ-286, у которых модуль памяти устанавливался в специальный слот системной шины, а у некоторых серверных платформ ОЗУ устанавливается на отдельных платах или платах процессоров, но это уже не унифицированные рядовые компьютеры.

В качестве оперативной памяти используют микросхемы динамической памяти (DRAM) различных типов архитектуры:

. Std или FPM - стандартные, они же страничные;

. EDO - с расширенным временем присутствия данных на выходе;

. BEDO - пакетные с расширенным временем присутствия данных на выходе;

. SDRAM - синхронная динамическая память.

По типу упаковки на системную плату устанавливают следующие компоненты:

. DIP-корпуса с двухрядным расположением выводов, разрядностью 1 или 4 бит;

. ZIP-корпуса, с зигзагообразным расположением выводов, разрядностью 1,4 бит;

. SIPP-модули, имеющие 30 штырьковых выводов, разрядностью 8 (9) бит;

. SIMM-30 - модули, имеющие 30 печатных выводов, разрядностью 8

(9) бит (короткие);

. SIMM-72 - модули, имеющие 72 печатных вывода, разрядностью 32

(36 или 40) бит (длинные);

. DIMM - модули, имеющие 168 печатных вывода, разрядностью 64 (72 или 80) бит;

. SODIMM-72 - модули, имеющих 72 печатных вывода, разрядностью 32

(36) бит;

. SODIMM-144 - модули, имеющие 144 печатных вывода, разрядностью

64 (72) бит.

Для системных плат 486 процессоров и старше наиболее популярны модули SIMM-72, в которые упаковывают микросхемы FPM, EDO и довольно редко
BEDO. Ожидается рост популярности модулей DIMM, которых существует уже два поколения. В модули DIMM второго поколения устанавливают и микросхемы
SDRAM, модули первого поколения до нас почти не дошли

Для конфигурирования системной платы важно знать спецификацию быстродействия применяемой памяти. Для обычной (не синхронной) памяти FPM,
EDO, BEDO в качестве спецификации используется время доступа (-80, -70,
-60, -50, -40 нс), иногда последний нолик не пишут, и спецификация тех же микросхем представляется как -8, -7, -6, -5, -4. Для синхронной памяти
SDRAM в качестве спецификации выступает минимальный период синхронизации (-
10, -12, -15 нс), что соответствует времени доступа применяемых запоминающих ячеек 50, 60, 70 нс соответственно. От спецификации быстродействия зависит эффективность (и даже возможность) применения памяти в конкретной системной плате на заданной частоте системной шины. Применение более медленной памяти может привести к появлению дополнительных тактов ожидания при операциях с ОЗУ, что заметно снизит производительность компьютера. Если же попытаться задать временную диаграмму памяти неоправданно быстрой, то работа компьютера скорее всего будет неустойчивой.
Для каждого типа памяти и каждой тактовой частоты имеется оптимальная спецификация памяти: менее быстродействующая память приведет к лишним тактам ожидания, более быстродействующая не даст преимуществ, но будет дороже. На временные диаграммы памяти влияет много факторов - задержки сигналов зависят от чипсета, наличия промежуточный буферов, длины проводников платы, количества устанавливаемых модулей и микросхем на них и т.п. Поэтому для каждой модели системной платы оптимальные спецификации для используемых тактовых частот будут свои. Требуемая спецификация быстродействия обычно указывается в документации на системную плату.

Требования к быстродействию памяти:
| |FPM |EDO |BEDO |SDRAM |
|Спецификация|-4, -5, -6, |-4, -5, -6, | -5, -6, -7 |-10, -12, |
| |-7 |-7 | |-15 |
|Время |40, 50, 60, |40, 50, 60, | 50, 60, 70 | 50, 60, 70|
|доступа(Trac|70 |70 | | |
|), нс | | | | |
|Максимальная|50, 33, 28, |66, 50, 40, |66, 60, 50 |100, 80, 66 |
|частота |25 Мгц |33 Мгц |Мгц |Мгц |
|при пакетном| | | | |
|цикле чтения|5-3-3-3 |5-2-2-2 |5-1-1-1 |5-1-1-1 |

Современные чипсеты позволяют во время POST выполнять автоматическую идентификацию типов (а иногда быстродействия) установленных модулей памяти, хотя реализация этой возможности зависит и от применяемой версии BIOS. При конфигурировании памяти в BIOS Setup часто указывают спецификацию быстродействия применяемых модулей, при этом, если используются модули с разным быстродействием, указывают спецификацию самого медленного из них. В некоторых версиях BIOS Setup задают и временные диаграммы в тактах системной шины (выбирают из нескольких возможных значений). Если от компьютера требуется стабильная работа, не следует «разгонять» память относительно рекомендованных диаграмм.

При установке модулей памяти имеются некоторые тонкости при заполнении банков. Во-первых, банк работоспособен, только если он заполнен. Банк для
АТ-286 и 386SX состоит из 2 байт, для 386DX и 486 - из 4 байт, а для старших процессоров - из 8 байт. В соответствии с этим выбирается необходимое количество модулей памяти. Во-вторых, если системная плата поддерживает чередование банков (Bank Interleaving), то заполнение всех банков позволяет повысить производительность памяти. Но при этом осложняется наращивание объема памяти в будущем - вместо приобретения дополнительных модулей придется делать их замену, что чуть дороже.

На современных системных платах объем корректно установленной памяти определяется автоматически. Однако память более 16 Мбайт может не восприниматься, если в BIOS Setup разрешено помещение образа ROM BIOS под границу 16 Мбайт.

12. Вторичный кэш (SRAM)

Статическая кэш-память на системной плате стала широко применяться с процессорами 386, 486 и Pentium, производительность которых сильно оторвалась от быстродействия динамической памяти. Кэш на системной плате
486 и Pentium является вторичным (Level 2), поскольку первый уровень кэширования реализуется внутри процессора. У процессоров Pentium pro &
Pentium II вторичный кэш с системной платы перекочевал на микросхему
(картридж) процессора.

В качестве кэш-памяти применяются следующие типы статической памяти:

. Async SRAM, она же A-SRAM или просто SRAM - традиционная асинхронная память;

. Sync Burst SRAM, или SB SRAM - пакетная синхронная память;

. PB SRAM - пакетно-конвейерная синхронная память.

Конструктивно, вторичный кэш может быть запаян на системную плату или иметь возможность дополнительной установки микросхем в DIP-корпусах в сокеты (только асинхронная память) либо модулей COAST в специальный слот
(на них может быть установлена память любого типа). Кроме собственно памяти данных кэша, может потребоваться и установка дополнительной микросхемы
TagSRAM (асинхронной для любых типов памяти данных кэша).
Тип устанавливаемых модулей либо однозначно задается системной платой, либо устанавливается перемычками.
Размер кэша часто приходится задавать перемычками.
Требуемое быстродействие микросхем определяется тактовой частотой.
Вторичный кэш может быть запрещен в BIOS Setup, кроме того, часто может задаваться политика записи, заметно влияющая на производительность подсистемы памяти.
Хотя вторичный кэш и не является строго обязательным элементом РС, его установка позволяет существенно повысить производительность компьютера в целом.

13. Процессор

Процессоры, установленные в компьютерах ХТ, АТ-286 и АТ-386, обычно заменять не приходится: выходят из строя они сами по себе крайне редко - скорее откажут другие компоненты системной платы. Их замена на более производительные может потребовать радикальных изменений в остальных компонентах или же просто не поддерживаться. В этих компьютерах чаще приходиться сталкиваться с установкой математического сопроцессора. Для этого микросхему достаточно установить в соответствующую колодку и включить опцию сопроцессора в BIOS Setup. Некоторые версии BIOS не имеют специальной опции разрешения и автоматически обнаруживают его присутствие во время
POST. В ХТ для включения сопроцессора необходимо переключить соответствующий DIP-переключатель конфигурации.

Начиная с процессоров 486 ситуация существенно изменилась: сопроцессор стал частью основного процессора. В то же время замена процессора на более мощный стала возможна благодаря применению внутреннего умножения частоты, прогрессу архитектуры процессоров и гибкой конфигурируемости системных плат. Процессоры стали устанавливать в стандартизированные ZIF-сокеты - контактные колодки с нулевым усилием вставки. Назначение их выводов обычно определяется процессорами-первопроходцами от фирмы Intel, а другие фирмы в своих процессорах выдерживают совместимость с этими сокетами. В настоящее время определены сокеты типов с 1 по 8, а для процессоров Pentium II - слот
1.

Типы сокетов для процессоров 4, 5 и 6 поколений:
|Тип |Кол-во |Матрица |Питание|Поддерживаемые |
| |выводов | |, В |процессоры |
|Сокет 1 |168/169 |17*17 PGA |5 |486 SX/SX2, DX/DX2 |
|Сокет 2 |238 |19*19 PGA |5 |486SX/SX2, DX/DX2, |
| | | | |PODP |
|Сокет 3 |237 |19*19 PGA |5/3 |486SX/SX2, DX/DX2, |
| | | | |DX4, PODP, DX4ODP |
|Сокет 4 |273 |21*21 PGA |5 |P5 Pentium 60/66 |
| | | | |Pentium 60/66ODP |
|Сокет 5 |320 |37*37 SPGA |3,3 |P54 Pentium 75/100 |
| | | | |Pentium 75/100ODP |
|Сокет 6 |235 |19*19 PGA |3,3 |486SX/SX2,DX4,DX4PODP|
|Сокет 7 |321 |37*37 SPGA |2,9-3,3|Pentium 75-233,P55C, |
| | | | |P55CT |
|Сокет 8 |387 |Модифициров| |P6 Pentium Pro, |
| | |анный SPGA |2,9-3,3|Pentium Pro ODP |
|Слот 1 |242 |Двухряд. | |P6 Pentium II |
| | |слот 2*121 |2,9-3,3| |

К сожалению, полной совместимости между всеми процессорами, устанавливаемыми в сокет одного типа, нет. Возможный тип устанавливаемого процессора определяется следующими свойствами системной платы:

. Тип сокета.

. Наличие возможности установки требуемого напряжения питания процессора и его допустимой мощности.

. Поддержкой процессора конкретной версии BIOS.

. Указанием на применимость данного процессора, сделанным разработчиком системной платы в ее описании.

Если первые два пункта определяются однозначно, то для последних возможны варианты. Версию BIOS можно и обновить. Что касается списков совместимости, то они условны. Разработчик платы может заранее заявить о совместимости с будущим процессором, но будут ли они работать вместе - вопрос. Напротив, разработчик процессоров может и не включить конкретную системную плату в свой список совместимости, но они смогут нормально работать в паре. Типов системных плат гораздо больше, чем типов процессоров, и если производитель платы не позаботился о доставке образцов своих изделий для тестирования с конкретным процессором, такая плата может и не попасть в список. Существуют и «черные списки», заполняемые сборщиками компьютеров. Что касается ряда системных плат для процессоров Pentium, то практика показывает, что не заявленные в документации процессоры AMD в них работают со странностями, часто не выявляемыми диагностическими программами. Эти странности могут проявляться в работе со вторичным кэшем, а также в генерации ложных прерываний от клавиатуры в процессе загрузки.

Платы для симметричных мультипроцессорных систем должны иметь пару слотов. В них устанавливают процессоры фирмы Intel, пригодные для использования в таких конфигурациях. Сведений о поддержке мультипроцессорных конфигураций изделиями фирм AMD, Cyrix, IBM пока не попадалось. Архитектура Pentium Pro поддерживает непосредственное объединение до четырех процессоров, но на системных платах больше двух слотов обычно не размещают. В четырехпроцессорных системах чаще применяют двухпроцессорные модули, устанавливаемые в общую системную или кросс-плату.
Шина Pentium II допускает объединение не более двух процессоров.

14. Питание и охлаждение процессоров

Процессоры младших поколений (до первых моделей 486) использовали напряжение питания 5 В. Развитие технологии привело к необходимости и возможности снижения напряжения питания до 3,3 В и ниже. Стандартный блок питания для питания процессора обеспечивает только питание +5 В, поэтому на системных платах для процессоров с пониженным напряжением питания стали использовать дополнительные регуляторы напряжения VRM (Volt Regulation
Module). Эти регуляторы представляют собой микросхему стабилизатора напряжения фиксированного или управляемого уровня. Для питания мощных процессоров она устанавливается на радиаторе, на некоторых системных платах для 486 в качестве теплоотвода используется медная площадка под микросхемой на самой печатной плате. Напряжение управляемых регуляторов задается джамперами, иногда их для отличия делают красного цвета. Установленное значение питающего напряжения должно соответствовать номиналу процессора.
Слишком низкое напряжение приводит к неустойчивой работе, слишком высокое может вывести процессор из строя. Для процессоров с раздельным питанием на плате должно стоять два и даже три регулятора. На плате АТХ он может быть и один, поскольку для питания интерфейса процессора 3,3 В может использоваться непосредственно дополнительная шина источника +3,3 В.
Возможен вариант, когда на плате установлен один VRM и имеется разъем для подключения дополнительного. Для процессоров с одним питанием в этом разъеме джамперами соединяется несколько контактов, а для процессоров с раздельным питанием в него нужно вставить дополнительный VRM - не очень распространенное и стандартизированное изделие.

С максимально допустимой мощностью регулятора могут появиться проблемы при использовании процессоров Cyrix, отличающихся повышенным энергопотреблением.

Вопрос охлаждения стал весьма актуальным для пользователей также начиная с процессоров 486. Процессор 486SX 33 еще не требовал установки специального радиатора. Однако с повышением тактовой частоты возрастает мощность, рассеиваемая процессором. Кроме того, потребляемая мощность зависит от интенсивности работы процессора: разные инструкции задействуют различный объем внутреннего оборудования процессора, и при увеличении доли
«энергоемких» инструкций мощность, рассеиваемая процессором, повышается.
Существуют даже специальные тестовые программы для проверки теплового режима, способные перегреть процессор с недостаточным охлаждением и довести его до сбоев и даже разрушения.

Для охлаждения процессоров применяют радиаторы (Heat Sink - теплоотвод). Радиатор эффективно работает, только если обеспечивается его плотное прилегание к верхней поверхности корпуса процессора. Весьма эффективное использование теплопроводной мастики, которую наносят тонким слоем на корпус процессора, после чего радиатор «притирают» к процессору.
Хорошие результаты дает и приклеивание радиатора к процессору двусторонней
«самоклейкой». Когда пассивного теплоотвода, обеспечиваемого только радиатором, который рассчитан на естественную циркуляцию воздуха внутри корпуса компьютера, оказывается недостаточно, применяют активные теплоотводы (Cooler). Они имеют дополнительные вентиляторы (Fan), устанавливаемые на радиатор процессора. Вентиляторы обычно являются съемными устройствами, питающимися от источника +12 В через специальный переходной разъем. Некоторые процессоры имеют вентиляторы, приклеенные на заводе.

Стандарт конструктива АТХ предусматривает установку процессора прямо под блоком питания, при этом для обдува радиатора может использоваться как внутренний вентилятор блока питания, так и дополнительный внешний, устанавливаемый снаружи блока питания, и вентилятор процессора.
Теоретически, все они должны работать согласованно - на обдув воздухом радиатора процессора. В противном случае их суммарная эффективность будет падать. При наличии большого радиатора на процессоре в корпусе АТХ можно обойтись и без отдельного вентилятора на процессоре.

Вентилятор как электромеханическое устройство принципиально имеет меньшую надежность, чем процессор. С вентиляторами могут быть связаны неприятности разной степени тяжести - от повышенного шума при работе до отказа. Частой причиной остановки вентилятора является касание внутренних соединительных проводов. Поэтому рекомендуется после сборки компьютера подвязывать провода к шасси корпуса - для сохранности как проводов, так и вентилятора. Существуют вентиляторы с сигнализацией неисправности: они имеют датчик вращения и простенькую плату электроники, смонтированную на вентиляторе. Эта плата включается между разъемом стандартного динамика и самим динамиком. При остановке вентилятора динамик начинает пищать.
Признаком наличия такого устройства является характерная мелодия, звучащая при включении питания.

Более совершенные системы могут иметь и датчики температур, подающие прерывание в случае ее превышения. Процессоры Pentium Pro & Pentium II имеют внутренний датчик температуры, аварийно останавливающий процессор в случае перегрева. Вентилятор картриджа Pentium II имеет датчик вращения, вырабатывающий пару импульсов за один оборот. Сигнал датчика выведен на разъем питания вентилятора, его обработка возлагается на компоненты системной платы.

Рабочая температура процессора измеряется в центре верхней поверхности корпуса процессора в установившемся рабочем режиме. Процессоры для мобильных применений обычно имеют меньшую потребляемую мощность и более высокую допустимую температуру корпуса. Существуют и специальные исполнения процессоров, допускающих расширенный температурный диапазон. Они дороже обычных и в РС применяются довольно редко.

15. Синхронизация

Основной тактовый генератор системной платы вырабатывает высокостабильные импульсы опорной частоты, используемой для синхронизации процессора, системной шины и шин ввода/вывода. Стандартные частоты генератора: 4.77, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 33.3, 40, 50, 60, 66.6 МГц, для новейших плат характерны частоты 75, 83 МГц, не за горами и частоты 100 МГц и выше. Когда появились компьютеры с тактовой частотой, обеспечивающей производительность выше стандартной модели ХТ (4.77 МГц) или АТ (8 МГц), для обеспечения совместимости с программами, у которых какие-либо задержки формировались с помощью подсчета циклов процессора, ввели режим и переключатель TURBO. В режиме TURBO процессор работает на максимальной скорости , а в нормальном - на пониженном, обеспечиваюшей эталонную производительность. Со временем производительность компьютера даже на пониженной скорости от начального эталона ушла далеко вперед и большого смысла переключение режима уже не имеет.

Поскольку быстродействие различных компонентов существенно различается, в компьютерах на процессорах класса Pentium применяется деление опорной частоты для синхронизации шин ввода/вывода и внутреннее умножение частоты в процессорах. Различают следующие частоты:

Host Bus Clock - частота системной шины (внешняя частота шины процессора). Эта частота является опорной для всех других и устанавливается перемычками. Процессора класса Pentium используют частоты 50, 55, 60, 66,
75, 83, 100, 125 МГц. Частоту 55 мгц, имеют не все системные платы. Частоты
75 мгц и выше выдвигают весьма высокие требования к технологии изготовления системных плат, чипсетов и микросхем обрамления.

Cpu clock - внутренняя частота процессора, на которой работает его вычислительное ядро. Современные технологии позволили существенно повысить предельные частоты интегральных компонентов, в связи с чем широко применяется внутреннее умножение частоты на 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4 и некоторые другие значения. Коэффициент умножения выбирается перемычками на системной плате, заземляющие определенные выводы процессора. Заметим, что не все модели процессоров воспринимают все сигналы управления коэффициентом деления. Кроме того, одному и тому же положению джамперов могут соответствовать разные значения коэффициентов - трактовка управляющих сигналов зависит от марки и модели процессора.

PCI Bus Clock - частота шины PCI, которая должна составлять 25-33.3
МГц. Она обеспечивается делением Host Bus Clock на 2. Слишком низкая частота шины PCI замедляет обмен данными, что особенно заметно на графических адаптерах, SCSI-контроллерах, адаптерах скоростных локальных сетей, установленных в слоты PCI. Слишком высокая частота может привести к неустойчивости работы адаптеров.

VLB Bus Clock - частота шины VLB, определяемая аналогично PCI Bus
Clock. Платы с шиной VLB обычно имеют джампер, переключаемый в зависимости от того, превышает ли системная частота значение 33.3 МГц.

ISA Bus Clock - частота шины ISA, которая должна быть близка к 8 МГц.

Кроме этих тактовых частот на системной плате присутствуют и другие - для синхронизации COM-портов, CMOS-таймера, НГМД и других пе