Развитие архитектуры материнских плат для PC

На самом деле реализация кэш-систем не так проста, как это может показаться с первого взгляда. Микропроцессор должен не только читать из памяти, но и писать в нее. Что случится, если процессор занесет новую информацию в кэш-память, а перед использованием этой информации она будет изменена в основной памяти. Для избежания подобной ситуации иногда реализуется метод, названный записью через кэш-память. Очевидно, что этот метод снижает быстродействие системы, потому что приходится писать не только в кэш-память. Хуже того, микропроцессору может понадобиться информация, которую он только что записал и которая еще не была перезагружена в кэш-память.

Целостность памяти - это одна из самых больших проблем разработчиков кэш-памяти. Все вопросы по преодолению этих проблем были возложены на отдельную микросхему - кэш-контроллер Intel82385.

Еще одна разновидность архитектуры оперативной памяти компьютера - это ее разбивка на отдельные секции и работа с этими секциями как с малой кэш-памятью. Большая скорость доступа к ограниченным областям памяти является особенностью некоторых специфических микросхем, которые позволяют некоторому объему, но не всей памяти, быть считанному без цикла ожидания. Этот подход требует специальных RAM микросхем, которые делят свои адреса по страницам. Эта технология получила название режима страничного доступа. Эти специальные микросхемы обеспечивают очень быстрый доступ в одном из двух направлений их организаций. Если требуется чтение или запись информации, хранящейся на определенной странице памяти, и предыдущая команда по работе с памятью использовала информацию с той же страницы, цикла ожидания не требуется. Однако при переходе с одной страницы на другую циклы ожидания неизбежны.

Следующая интересная технология, названная interleaved memory, очень похожа на ОЗУ страничного режима. Она существенно повышает скорость обращения к памяти, но не имеет ограничений по страничной разбивке. При использовании этой технологии вся оперативная память разбивается на два или большее число банков. Последовательность битов хранится в разных банках, поэтому микропроцессор обращается то у одному то к другому банку при чтении этой последовательности.

Во время обращения к одному банку, другой реализует цикл обновления, и поэтому процессору не приходится ждать. И только, если микропроцессору приходится читать несмежные биты, статус ожидания неминуем, но вероятность его появления уменьшается.

Наиболее типовая реализация этой технологии представляется разбивкой оперативной памяти на два банка, А следовательно, вероятность возникновения ожидания - 50%. Четырех банковая организация уменьшает эту вероятность до 25%.

Так как данная технология не требует применения специальных микросхем памяти, она является наиболее удобной для повышения скорости системы. Кроме того она может совмещаться с ОЗУ страничного режима, что еще больше увеличивает оперативность.

Фундаментальные решения были приняты при разработке первых PC. Для того, чтобы микропроцессор 8088 мог пользоваться, она должна быть адресуемой. И этот микропроцессор должен обладать возможностью адресоваться к 1М. Конструкторы IBM решили выделить специальные области памяти для специфически целей. Они разделили всю память на разделы, и каждый раздел предназначался для реализации своих функций. Результирующая диаграмма названа картой памяти.

При разработке PC половина всей памяти была зарезервирована. Верхняя половина адресного пространства, была выделена для содержания кодов BIOS и для прямого процессорного доступа к памяти, используемой видеосистемой. Первые несколько Кбайт были зарезервированы под информацию о системе и расположение конкретных секций кодов, которые выполнялись на момент возникновения прерываний программного обеспечения. Эти ячейки памяти называются векторами прерывания, а функция программного кода - механизмом прерывания.

В конце адресного пространства располагается буфер клавиатуры - номиналом 16 байт. Здесь хранятся 16 последних символов введенных с клавиатуры. Этот буфер нужен для сохранения набранного текста во время, когда процессор занят другой задачей, после того как он освободится, текст будет обработан. Омерзительный писк компьютера означает - буфер переполнен и дальнейший набор бессмысленен.

Кроме того, различные системные флаги, указывающие на внутреннее состояние системы, также хранятся в нижнем разделе памяти.

В те дни, когда большинство компьютеров имели 60К памяти, 512К казались царской щедростью. Поэтому 128К были отданы под юрисдикцию программного обеспечения, остальные 384К от начала адресного пространства, предназначались для использования программами BIOS и видеопамятью.

Эти решения выделяли 640К для DOS - это был максимум адресуемого пространства, которым мог оперировать 8088 при выполнении программ. Со временем эти 640К были названы базовой памятью, потому что это является основополагающим стандартом, на котором должны базироваться все IBM совместимые системы.

В апреле 1985 года несколько месяцев спустя после представления первых AT с несколькими Мб дополнительной памяти - главное издательство по программному обеспечению и разработчик технического обеспечения сформулировали свой собственный метод преодоления ограничения в 640К старых компьютеров на 8088 микропроцессоре, работающих в DOS. Через несколько месяцев к ним присоединилась и Microsoft Corporation. Их разработка названа Lotus-Intel-Microsoft Expanded Memory Specification или LIM память, или EMS, или просто расширенная память. Новая система отличалась как от базовой памяти, так и от дополнительной. Она не была в пределах адресного пространства центрального микропроцессора. Ее работа основывалась на специальной схеме технического обеспечения, которая функционировала наподобие переключателя. Это устройство переключало банки памяти из нормального адресного пространства 8088 микропроцессора, где чип мог читать и писать в нее. Эта схема, названная переключателем банков, не была ни новой ни необычной. Подобное устройство использовалось в компьютерах на Z80 для преодоления лимита в 64К.

Первые EMS имели дело с расширенной памятью, разбитой на банки по 16К. Представление AT с потенциально адресуемыми 16М затмило EMS, пока тяжелая действительность недоступности дополнительной памяти была до конца осознана. Даже несколько имеющихся программ, которые могли пользоваться достоинства ми EMS, были более полезны чем драйвер VDISK, который был единственной совместимой с DOS программой, позволяющей использовать дополнительную память.

Заключение

Уже на протяжении 25 лет, со дня создания первого в мире микропроцессора 4004 фирмой Intel, существуют компьютеры. Они прочно внедрились в нашу жизнь. Но за эти 25 лет архитектура материнских плат для РС не претерпела особых изменений, точнее ее состав (микропроцессор; шины адреса, данных и управления; разъемы для плат расширения, внешней памяти, внешнего кэша; контролеров ввода/вывода и некоторых других вспомогательных с микросхем). На сегодняшний день в материнскую плату встраивают контролер HDD и внешними устройствами (COM и LPT: порты). Архитектура же материнской платы совершенствовалась вместе с микропроцессорами. Появлялись новые шины, увеличивалась разрядность, быстродействие шин, их пропускная способность.

Многие фирмы производители на свой страх и риск создают новые шины (в том числе и слоты расширения). Так достаточно известная фирма AsusTeK создала свой собственный слот MediaBus. На сегодняшний момент MediaBus больше никто не поддерживает, да и сама фирма AsusTeK создала только плату видеоадаптера, соединенную с звуковой картой. Правда MediaBus представляет собой просто расширенную PCI дополнительным разьемом. В приложении приведено таблиц с собственными тестами нескольких материнских плат для PC, выпускаемыми фирмой AsusTeK.

Говорить о материнской плате в отдельности от всех остальных частей компьютера не возможно — это комплекс, работающий как один организм. Тенденции развития материнских плат в основном диктуются развитием микропроцессоров. Микропроцессроры сделали огромный прыжок вперед (4004 — Pentium Pro). Но CISC архитектура построения процессоров практически иссякла. Фирма Intel и HP уже работают над созданием нового процессора поддерживающего (совместимого) как с процессоры для PC так и процессоры, построенными на RISC архитектуре. Вслед за процессорами, материнские платы будут тоже менять свою конфигурацию и архитектуру и направление этого развития лежит в сторону RISC-архитектуры.

Литература

1.   Борзенко А. IBM PC: устройство, ремонт, модернизация. — М.: Компьютер Пресс,1995

2.   Озерцовский С. Микропроцессоры Intel: от 4004 до Pentium Pro. Computer Week. #41. 1996.

3.   Аврин С. Компьютерные артерии. Hard ‘n’ Soft. #6. 1994

4.   Bus Architectures. Introduction. IBM PC Institute.

5.   Фролов А.В.,Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ.1992.

6.   Motherboard CH-498B. User’s Manual.

7.   Motherboard P/I-P55T2P4. User’s Manual.

8.   Performance Measurement. P/I-P6NP5, P/I-P55TVP4. AsusTeK Inc.

1	2	3

Copyright © Radioland. Все права защищены.
Дата публикации: 2004-09-01 (0 Прочтено)