Мікропроцесори

Докладніше: Мікропроцесор

Архітектура системної плати безпосередньо залежить від зовнішньої архітектури мікропроцесора. У 1976 році фірма Intel почала посилено працювати над мікропроцесором 8086. Розмір його регістрів в порівнянні з 8080 був збільшений в два рази, що дало можливість збільшити його продуктивність в 10 разів. Крім того розмір інформаційних шин був збільшений до 16 розрядів, що дало можливість збільшити швидкість передачі інформації на мікропроцесор і з нього в два рази. Розмір його адресної шини також був істотно збільшений — до 20 біт. Це дозволило 8086 прямо контролювати 1М оперативної пам'яті.

У 1982 році Intel створила процесор 80286. Замість 20-розрядної адресної шини 8088/8086, 80286 мав 24-розрядну шину. Ці додаткові 4 розряди давали можливість збільшити максимум пам'яті, що адресувалася, до 16 Мб.

Intel 80386 був створений в 1985 році. Із збільшенням шини даних до 32 біт, число адресних ліній також було збільшене до 32. Саме по собі це розширення дозволило мікропроцесору прямо звертатися до 4Гб фізичної пам'яті. Крім того він міг працювати з 16 трильйонами байт віртуальної пам'яті. Існує модифікація процесора Intel 80386 — 386SX. Головна відмінність його від 80386 це 16-бітовий вхід/вихід шини даних. Як наслідок його внутрішні регістри заповнюються в два кроки. Всі процесори сімейства 486 мають 32-розрядну архітектуру, внутрішню кеш-пам'ять 8 Кб (у DX4 — 16 КВ). Моделі SX не мали вбудованого співпроцесора, він був винесений на плату. Моделі DX2 реалізують механізм внутрішнього подвоєння частоти (наприклад, процесор 486DX2-66 встановлюється на 33-мегагерцовую системну плату), що дозволяє підняти швидкодію практично в два рази, оскільки ефективність кешування внутрішньої кеш-пам'яті становить майже 90 відсотків. Процесори сімейства DX4 486DX4-75 і 486DX4-100 призначені для установки на 25-ти і 33-мегагерцові плати.

Створеніі в середині 1989 і 1995 року процесори Pentium і Pentium Pro значно відрізнялися за своєю архітектурою від своїх попередників. В основу архітектури була покладена суперскалярна архітектура, яка і дала можливість отримати п'ятикратну продуктивність Pentium в порівнянні з моделлю 80486. Хоча Pentium проектувався як 32-розрядний, для зв'язку з рештою компонентів системи використовувалася зовнішня 64-розрядна шина.

Процесор	Розрядність шини даних	Робоча частота, Мгц
i4004		0.75
i8008		0.8
i8080
i8086		5; 8; 10
i8088		5; 8
i80286		8; 10; 12; 16
i80386 DX		20; 25; 33; 40
i80386 SX		20; 25; 33
i80486 DX		25; 33; 50; 66;75;100;120
i80486 SX		16; 20; 25; 33
Pentium		60; 66; 75; 90; 100; 120; 133;
Pentium Pro		166; 180; 200

Шини

Докладніше: Комп'ютерна шина

Комп'ютерна шина — це канал пересилки даних, що спільно використовується різними блоками системи. Інформація передається по шині у вигляді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина).

Першою системною шиною, розробленою для комп'ютерів PC/XT, в основі яких лежали мікропроцесори, була шина PC/XT-bus. Вона була 8-и розрядною, а її контролер забезпечував роботу на частоті мікропроцесора (4,77 мгц). З появою машин типу PC/AT, що використовували 16-и розрядні мікропроцесори 80286, а пізніше і 80386 (версія SX), була створена шина PC/AT-bus. У зв'язку із зростанням тактової частоти мікропроцесорів до 12-16 Мгц контролер виконував її ділення навпіл для забезпечення прийнятної тактової частоти роботи шини.

ISA

Докладніше: ISA

На базі цих двох шин був розроблений міжнародний стандарт ISA (англ. Industry Standard Architecture), що тривалий час широко використовувався в комп'ютерах. Типова тактова частота — 8 МГц. Ділення частоти залишається функцією контролерів системних шин, але оскільки відбулося подальше збільшення тактової частоти мікропроцесорів до 25, 33 і 50 МГц, коефіцієнт ділення був збільшений. Окрім збільшення розрядності збільшилася кількість переривань (IRQ) і каналів прямого доступу до пам'яті (DMA) (у ISA 15 і 7 відповідно), а також функціональних і діагностичних можливостей. У той час зберігалася спадкоємність системних шин, зокрема на рівні контактів рознімів. Завдяки цьому в нових системах можна використовувати розроблені раніше контролери і карти. Теоретична пропускна спроможність шини — 16 Мбайт/с, практично вона нижча, оскільки обмін даними по шині проводиться за три такти роботи процесора. Для слотів розширення на системній платі комп'ютерів з шиною ISA-16 встановлюється стандартна пара рознімов (або один здвоєний рознім) з числом контактів 62+36, а на шині ISA-8 встановлюється розніми з 64-контактами.

EISA

Докладніше: EISA

З появою 32-розрядних мікропроцесорів 80386 (версія DX) фірмами Compaq, NEC і низкою інших була створена 32-розрядна шина EISA (англ. Extended ISA), повністю сумісна з ISA. Спадкоємність EISA з ISA забезпечується використанням «двоповерхового» розніму. Перший «поверх» — стандартна шина ISA, що дозволяє використовувати ISA контролери і карти, розроблені як для ISA-16, так навіть і для ISA-8. Шина EISA дозволяє автоматично проводити конфігурацію і арбітраж запитів на обслуговування (bus mastering), що вигідно її відрізняє від шини ISA.

Але через дорожнечу реалізації такі системні плати не набули популярності.

VLB (VESA local bus)

Докладніше: VLB

Локальною шиною (англ. local bus) зазвичай називається шина, що електрично виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора, тобто це шина процесора. Вона зазвичай об'єднує процесор, пам'ять, схеми буферизації для системної шини і її контролер, а також деякі інші допоміжні схеми. Роботи зі створення локальної шини велися різними фірмами паралельно, але врешті-решт була створена асоціація стандартів відеоустаткування — англ. Video Equipment Standard Association (VESA). Перша специфікація на стандарт локальної шини з'явилася в 1992 році. Багато було запозичено з архітектури локальної шини 80486. Були розроблені тільки новий протокол обробки сигналів і топологія рознімів.

Перевагою VLB є висока швидкість обміну інформації (шина могла працювати в системі з процесором 80486DX-50). Але виникає залежність від частоти роботи процесора (конструювання плат з широким частотним діапазоном). Електричне навантаження не дозволяє підключати більше трьох плат (на практиці часто два). Крім того, VLB не розрахована на використання з процесорами, що прийшли на заміну 486-у або що паралельно існували з ними: Alpha, PowerPC тощо. Тому в середині 1993 року з асоціації VESA вийшли ряд виробників на чолі з Intel. Ці фірми створили спеціальну групу для розробки нового альтернативного стандарту, названого Peripheral Component Interconnect (PCI).

PCI

Докладніше: PCI

Розробка шини і виробництво відповідних компонентів зайняли більше часу, ніж для VLB, і перші системи з шиною PCI з'явилися тільки рік потому. Строго кажучи шина PCI не є локальною, а відноситься до класу mezzanine bus, оскільки має між собою і локальною шиною процесора спеціальний вузол — узгоджуючий міст. При цьому стандарт PCI передбачає використання контроллера, який піклується про розділення управляючих сигналів шини і процесора, і здійснює арбітраж по шині PCI, а також акселератор. Це робить шину процесорно незалежною.

Стандарт PCI передбачає кілька способів підвищення пропускної спроможності. Один з них — блокова передача послідовних даних (наприклад графіка, дискові файли), що не вимагає часу на установку адреси кожного елементу. Більш того, акселератор може накопичувати інформацію в буферах, що забезпечує одночасний з читанням даних з пам'яті блоковий обмін з периферійним пристроєм. Другий спосіб прискорення передачі — мультиплексування — передбачає передачу послідовних даних по адресних лініях, що подвоює пропускну спроможність шини. Шина PCI використовує установку переривань за рівнем, що робить її надійнішою і привабливішою (на відміну від VLB). Ще одна відмінність — PCI працює на 33 Мгц, незалежно від частоти процесора. Теоретично пропускна спроможність шини 132 Мбайт/с. Реальна ж пропускна спроможність дещо більша половини від теоретичної. Стандарт PCI передбачає і 64-розрядну версію. Для 32-розрядної шини PCI використовується 124-контактний рознім, причому в ньому передбачені ключі і контакти, призначені для оцінки необхідного для роботи плати розширення напруги живлення (5В або 3,3В).

AGP

Докладніше: AGP

Дата добавления: 2015-07-15