МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Развитие архитектуры материнских плат для PC

    Развитие архитектуры материнских плат для PC

    Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

    (технический университет)

    кафедра № 12

    Реферат

    “Развитие архитектуры материнских плат для PC”

    Студент Быстров Дмитрий

    Группа К9-04

    Москва 1996

    Содержание

    1. Введение 3

    2. Материнская плата 4

    3. Микропроцессоры 4

    4. Шины 6

    5. ISA 9

    6. EISA 9

    7. VESA 10

    8. PCI 10

    9. Память 11

    10. Заключение 18

    11. Литература 19

    12. Приложение 20

    Введение

    В конце XX века невозможно представить себе жизнь без персонального

    компьютера. Компьютер прочно вошел в нашу жизнь став главным помощником

    человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров

    различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений. В данном

    реферате мы рассмотрим персональные компьютеры (Personal Computer или

    просто PC), а точнее историю и дальнейшие тенденции развития материнских

    плат для PC.

    Основной частью любой компьютерной системы является материнская плата с

    главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Функционально

    материнскую плату можно описать различным образом. Иногда такая плата

    содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность

    одноплатным, в шиноориентированых компьютерах системная плата реализует

    схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью

    многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются шиной. В

    системной плате нет видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с

    дополнительными устройствами. Эти устройства (платы расширения) добавляются

    к системной плате путем присоединения к шине расширения, которая является

    частью системной платы.

    Первая материнская плата была разработана фирмой IBM, и показанная в

    августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной

    системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без

    использования плат расширения- 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее

    важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата

    PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства

    расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.

    Материнская плата

    Материнская плата — это комплекс различных устройств поддерживающий

    работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются

    базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер

    клавиатуры, разъемы расширения.

    По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три

    группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT

    размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.

    Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothrboard). Сейчас на

    выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют

    реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе,

    так называемый “sleep”, при котором отключается питание от компонентов

    компьютера, которые в данный момент не работают). Американское агентство

    защиты окружающей среды (EPA) сосредоточила свое внимание на уменьшении

    потребления энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее

    ее (EPA) требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять

    не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и допускать 100%

    утилизацию. Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение

    питания 3,3-4В, а на плату подается 5В, на системных платах монтируют

    преобразователи напряжение.

    Микропроцессоры

    Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры

    микропроцессора.

    В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором

    8086. Размер его регистров по сравнению с 8080 был увеличен в два раза, что

    дало возможность увеличить его производительность в 10 раз. Кроме того

    размер информационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность

    увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два

    раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит.

    Это позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.

    В 1982 году Intel создала процессор 80286. Вместо 20-разрядной адресной

    шины 8088/8086, 80286 имел 24-разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда

    давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 М.

    Intel 80386 был создан в 1985 году. С увеличением шины данных до 32 бит,

    число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это

    расширение позволило микpопpоцессоpу прямо обращаться к 4Гб физической

    памяти. Кроме того он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной

    памяти. Существует модификация процессора Intel80386 — 386SX. Главное

    отличие его от 80386 это 16-битный вход/выход шины данных. Как следствие

    его внутренние регистры заполняются в два шага.

    Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитектуру, внутреннюю

    кэш-память 8 Кб (у DX4 - 16 КВ). Модели SX не имеют встроенного

    сопроцессора, он был вынесен на плату. Модели DX2 реализуют механизм

    внутреннего удвоения частоты (например, процессор 486DX2-66 устанавливается

    на 33-мегагерцовую системную плату), что позволяет поднять быстродействие

    практически в два раза, так как эффективность кэширования внутренней кэш-

    памяти составляет почти 90 процентов. Процессоры семейства DX4 486DX4-75 и

    486DX4-100 предназначены для установки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.

    Созданные в середине 1989 и 1995 года процессоры Pentium и Pentium Pro

    значительно отличались по своей архитектуре от своих проедшественников. В

    основу архитектуры была положена суперскалярная архитектура, которая и дала

    возможность получить пятикратное получение производительности Pentium по

    сравнению с моделью 80486. Хотя Pentium проектировался как 32-разрядный,

    для связи с осталными компонентами системы использовалась внешняя 64-

    разрядная шина.

    |Процессор |Разрядность шины |Рабочая частота, |

    | |данных |МГц |

    |i4004 |4 |0.75 |

    |i8008 |8 |0.8 |

    |i8080 |8 |2 |

    |i8086 |16 |5; 8; 10 |

    |i8088 |16 |5; 8 |

    |i80286 |16 |8; 10; 12; 16 |

    |i80386 DX |32 |20; 25; 33; 40 |

    |i80386 SX |16 |20; 25; 33 |

    |i80486 DX |32 |25; 33; 50; 66;75;100;120 |

    |i80486 SX |32 |16; 20; 25; 33 |

    |Pentium |32 |60; 66; 75; 90; 100; 120; 133; |

    | | |166; 200 |

    |Pentium Pro |32 |166; 180; 200 |

    Шины

    Шина - это канал пересылки данных, используемый совместно различными

    блоками системы. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав

    шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия

    (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени

    использовать одну линию (последовательная шина). На рисунке показано

    типичное подключение устройств к шине данных.

    [pic]

    Шина с тремя состояниями

    Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-

    ее состояние. 3-ее состояние позволяет устройству или процессору

    отключиться от шины и не влиять на уровни, устанавливаемые на шине другими

    устройствами или процессорами. Таким образом, только одно устройство

    является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый

    конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим.

    Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же

    остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное состояние.

    К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание

    управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно предназначаются

    данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие

    сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные.

    Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными.

    На рисунке показаны двунаправленные отправители/получатели, подключенные к

    шине.

    [pic]

    Шинная организация получила широкое распространение, поскольку в этом

    случае все устройства используют единый протокол сопряжения модулей

    центральных процессоров и устройств ввода/вывода с помощью трех шин.

    Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредством трех шин:

    шины данных, шины адресов и шины управления.

    Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и

    устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды

    ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или

    принимает оттуда. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086,

    80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386,80486,Pentium и

    Pentium Pro - 32 разряда.

    Шина адресов используется ЦП для выбора требуемой ячейки памяти или

    устройства ввода/вывода путем установки на шине конкретного адреса,

    соответствующего одной из ячеек памяти или одного из элементов

    ввода/вывода, входящих в систему. По шине управления передаются управляющие

    сигналы, предназначенные памяти и устройствам ввода/вывода.

    Магистральная организация предполагает наличие управляющего модуля.

    Основное назначение этого модуля - организация передачи слова между двумя

    другими модулями.

    Операция на системной магистрали начинается с того, что управляющий

    модуль устанавливает на шине кодовое слово модуля - отправителя и

    активизирует линию строба отправителя. Это позволяет модулю, кодовое слово

    которого установлено на шине, понять, что он является отправителем. Затем

    управляющий модуль устанавливает на кодовое слово модуля - получателя и

    активизирует линию строба получателя. Это позволяет модулю, кодовое слово

    которого установлено на шине, понять, что он является получателем.

    После этого управляющий модуль возбуждает линию строба данных, в

    результате чего содержимое регистра отправителя пересылается в регистр

    получателя. Этот шаг может быть повторен любое число раз, если требуется

    передать много слов.

    Данные пересылаются от отправителя получателю в ответ на импульс,

    возбуждаемый управляющим модулем на соответствующей линии строба. При этом

    предполагается, что к моменту появления импульса строба в модуле -

    отправителе данные подготовлены к передаче, а модуль - получатель готов

    принять данные. Такая передача данных носит название синхронной

    (синхронизированной).

    Процессы на магистралях могут носить асинхронный характер. Передачу

    данных от отправителя получателю можно координировать с помощью линий

    состояния, сигналы на которых отражают условия работы обоих модулей. Как

    только модуль назначается отправителем, он принимает контроль над линией

    готовности отправителя, сигнализируя с ее помощью о своей готовности

    принимать данные. Модуль, назначенный получателем, контролирует линию

    готовности получателя, сигнализируя с ее помощью о готовности принимать

    данные.

    При передаче данных должны соблюдаться два условия. Во-первых, передача

    осуществляется лишь в том случае, если получатель и отправитель

    сигнализируют о своей готовности. Во-вторых, каждое слово должно

    передаваться один раз. Для обеспечения этих условий предусматривается

    определенная последовательность действий при передачи данных. Эта

    последовательность носит название протокола.

    В соответствии с протоколом отправитель, подготовив новое слово,

    информирует об этом получателя. Получатель, приняв очередное слово,

    информирует об этом отправителя. Состояние линий готовности в любой момент

    времени определяет действия, которые должны выполнять оба модуля.

    Каждый шаг в передаче данных от одной части системы к другой называется

    циклом магистрали (или часто машинным циклом). Частота этих циклов

    определяется тактовыми сигналами ЦП. Длительность цикла магистрали связана

    с частотой тактовых сигналов.

    Первой системной, разработанной для компьютеров PC/XT, в основе которых

    лежали микропроцессоры, была шина PC/XT-bus. Она была 8-и разрядной, а ее

    контролер обеспечивал работу на чистоте микропроцессора (4,77мгц). С

    появлением машин типа PC/AT, использующих 16-и разрядные микропроцессоры

    80286, а позже и 80386 (версия SX), была создана шина PC/AT-bus. В связи с

    ростом тактовой частоты микропроцессоров до 12-16 МГц контролер выполнял ее

    деление пополам для обеспечения приемлемой тактовой частоты работы шины.

    ISA

    На базе этих двух шин был разработан международный стандарт ISA (Industry

    Standard Architecture), широко использующийся в современных компьютерах.

    Типовая тактовая частота — 8 Мгц. Деление частоты остается функцией

    контролеров системных шин, но поскольку произошло дальнейшее увеличение

    тактовой частоты микропроцессоры до 25,33 и 50 Мгц, коэффициент деления был

    увеличен. Кроме увеличения разрядности увеличилось количество прерываний

    (IRQ) и каналов прямого доступа в память (DMA) (в ISA 15 и 7

    соответственно), а также функциональных и диагностических возможностей. В

    тоже время сохранялась преемственность системных шин, в том числе на уровне

    контактов разьемов. Благодаря этому в новых системах можно использовать

    разработанные ранее контролеры и карты. Теоретическая пропускная

    способность шины — 16 Мбайт/с, практически она ниже поскольку обмен данными

    по шине производится за три такта работы процессора. Для слотов расширения

    на материнской плате компьютеров с шиной ISA-16 устанавливается стандартная

    пара разьемов (или один сдвоенный разъем) с числом контактов 62+36, а на

    шине ISA-8 устанавливается разъемы с 64-контактами.

    EISA

    С появлением 32-разрядных микропроцессоров 80386 (версия DX) фирмами

    Compaq, NEC и рядом других была создана 32-разрядная шина EISA (Extended

    ISA), полностью совместимая c ISA. Преемственность EISA с ISA

    обеспечивается использованием “двухэтажного” разъема. Первый “этаж”-

    стандартная шина ISA, что позволяет использовать ISA контролеры и карты,

    разработанные как для ISA-16, так даже и для ISA-8. Шина EISA позволяет

    автоматически производить конфигурацию и арбитраж запросов на обслуживание

    (bus mastering), что выгодно ее отличает от шины ISA.

    VESA

    Локальной шиной (local bus) обычно называется шина, электрически

    выходящая непосредственно на контакты микропроцессора, т.е. это шина

    процессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для

    системной шины и ее контролер, а также некоторые другие вспомогательные

    схемы. Работы по созданию локальной шины велись разными фирмами

    параллельно, но в конце концов была создана ассоциация стандартов видео

    оборудования — Video Equipment Standard Association (VESA). Первая

    спецификация на стандарт локальной шины появилась в 1992 году. Много было

    позаимствовано из архитектуры локальной шины 80486. Были разработанны

    только новый протокол обработки сигналов и топология разьемов.

    Достоинствами VLB является высокая скорость обмена информации (шина может

    работать в системе с процессором 80486DX-50). Но возникает зависимость от

    частоты работы процессора (конструирование плат с широким частотным

    диапазоном). Электрическая нагрузка не позволяет подключать более трех

    плат. Кроме того, VLB не рассчитана на использование с процессорами,

    пришедшим на замену 486-му или параллельно существующими с ними: Alpha,

    PowerPC и др. Поэтому с середине 1993 года из ассоциации VESA вышел ряд

    производителей во главе с Intel. Эти фирмы создали специальную группу для

    разработки нового альтернативного стандарта, названную Peripheral Component

    Interconnect (PCI).

    PCI

    Разработка шины и производство соответствующих компонентов заняли больше

    времени, чем для VLB, и первые системы с шиной PCI появились только год

    спустя. Строго говоря шина PCI не является локальной, а относится к классу

    mezzanine bus, поскольку имеет между собой и локальной шиной процессора

    специальный узел — согласующий мост. При этом стандарт PCI предусматривает

    использование контроллера, который заботится о разделении управляющих

    сигналов шины и процессора и осуществляет арбитраж по шине PCI, а также

    акселератор. Это делает шину процессорно независимой.

    Стандарт PCI предусматривает несколько способов повышения пропускной

    способности. Один из них — блочная передача последовательных данных

    (например графика, дисковые файлы), что не требует времени на установку

    адреса каждого элемента. Более того, акселератор может накапливать

    Страницы: 1, 2


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.