12.2 Чипсеты системных плат
От типа используемого на СП набора системных микросхем – чипсета зависят многие важные характеристики ПК. Чипсеты во многом определяют тактовую частоту шин СП, обеспечивают надлежащую работу микропроцессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами ПК. В частности, они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной – все те компоненты, которые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда – контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных микросхем. В последних разработках в состав наборов микросхем для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.
Наборы микросхем определяют следующие функциональные возможности платы:
типы поддерживаемых процессоров;
структуру и объем кэш-памяти;
возможные сочетания типов и объемов модулей оперативной памяти;
поддержку режимов энергосбережения;
возможность программной настройки параметров и т. п.
Системные наборы обычно состоят из двух базовых микросхем с условными именами северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge).
Северный мост обеспечивает управление четырьмя компонентами: шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его иногда называют 4-портовым контроллером Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши; управляет интерфейсными шинами; его также называют функциональным контроллером.
Наиболее известные наборы микросхем для СП выпускает компания Intel. Известны такие ее чипсеты: 440ВХ, 440GX, 440ZX, чипсеты серий 700,800,900.
14.6 Логическая структура основной памяти
Структурно основная память состоит из миллионов отдельных однобайтовых ячеек памяти. Общая емкость основной памяти современных ПК обычно лежит в пределах от 64 Мбайт до 1024 Мбайт. Емкость ОЗУ на три порядка превышает емкость ПЗУ: ПЗУ занимает 128 Кбайт, остальной объем – это ОЗУ. Каждая ячейка памяти имеет свой уникальный адрес. Для ОЗУ и ПЗУ отводится единое адресное пространство.
Адресное пространство определяет максимально возможное количество непосредственно адресуемых ячеек основной памяти.
Современные ПК (кроме простейших бытовых компьютеров) имеют основную память емкостью несколько сотен или тысяч мегабайт.
Память с адресами до 1 Мбайт является важным структурным компонентом ОП – назовем ее непосредственно адресуемой памятью (справедливо полностью только для реального режима). Для адресации 1 Мбайт = 220 = 1 048 576 ячеек непосредственно адресуемой памяти необходим 20-разрядный код, получаемый в ПК при помощи специальной структуризации адресов ячеек ОП.
Абсолютный (полный, физический) адрес (Аа6с) формируется в виде суммы нескольких составляющих, из которых чаще всего используемыми являются: адрес сегмента и адрес смещения.
Адрес сегмента (Асегм) – это начальный адрес 64-килобайтового поля, внутри которого находится адресуемая ячейка.
Адрес смещения (Асм) – это относительный 16-разрядный адрес ячейки внутри сегмента.
В современных ПК существует режим виртуальной адресации (virtual – мнимый, кажущийся, воображаемый). Виртуальная адресация применяется для увеличения адресного пространства ПК при наличии ОП большой емкости (простая виртуальная адресация) или при организации виртуальной памяти, в которую наряду с ОП включается и часть внешней (обычно дисковой) памяти.
Виртуальная память создается при недостаточном объеме оперативной памяти, не позволяющем разместить в ней сразу всю необходимую информацию для выполняемого задания.
При динамическом распределении памяти в случае недостаточной емкости ОП полезно воспользоваться виртуальной памятью. В режиме виртуальной памяти пользователь имеет дело не с физической ОП, действительно имеющейся в ПК, а с виртуальной одноуровневой памятью, емкость которой равна всему адресному пространству микропроцессора. На всех этапах подготовки программы, включая ее загрузку в оперативную память, в программе используются виртуальные адреса, и лишь при непосредственном исполнении машинной команды выполняется преобразование виртуальных адресов в реальные физические адреса ОП. При этом реально программа может размещаться частично в ОП, частично во внешней памяти на жестком диске.
Технология организации виртуальной памяти следующая. Физические оперативная и дисковая (привлеченная к задаче) память и виртуальная память разбиваются на страницы одинакового размера по 4 Кбайт. Страницам виртуальной и физической памяти присваиваются номера, которые сохраняются на весь период решения задачи. Операционная система формирует две таблицы: страниц виртуальной памяти и физического размещения страниц – и устанавливает логические связи между ними.
Виртуальная память может иметь и сегментно-страничную организацию. В этом случае виртуальная память делится сначала на сегменты, а внутри них на страницы. Принцип организации такой памяти аналогичен рассмотренному выше.
Прежде всего, основная память компьютера делится на две логические области: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайт с адресами от 0 до 220 – 1, и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов или в защищенном режиме работы микропроцессора.
Драйвер – специальная программа, управляющая работой памяти или внешними устройствами компьютера и организующая обмен информацией между МП, ОП и внешними устройствами компьютера.Стандартной памятью (СМА – Conventional Memory Area) называется непосредственно адресуемая память в диапазоне от 0 до 640 Кбайт.
Непосредственно адресуемая память в диапазоне адресов от 640 Кбайт до 1024 Кбайт называется верхней памятью (UMA – Upper Memory Area или UMB – Upper Memory Blocks). Верхняя память зарезервирована для служебной памяти (ранее называлась видеопамятью дисплея) и постоянного запоминающего устройства. В служебной памяти формируются участки-«окна», используемые при помощи драйверов в качестве оперативной памяти общего назначения.
Расширенная память – память с адресами 1024 Кбайт и выше.