Розвиток архітектури системних плат
Функціонально системну плату можна описати різним чином. Іноді така плата містить всю схему комп'ютера (одноплатні). В протилежність одноплатним, в шиноорієнтірованих комп'ютерах системна плата реалізує схему мінімальної конфігурації, решта функцій реалізується за допомогою численних додаткових плат. Всі компоненти з'єднуються шиною. У системній платі немає відеоадаптера, деяких видів пам'яті і засобів зв'язку з додатковими пристроями. Ці пристрої (плати розширення) додаються до системної плати шляхом приєднання до шини розширення, яка є частиною системної плати.
Перша системна плата була розроблена фірмою IBM, і показана в серпні1981року (PC-1). У 1983 році з'явився комп'ютер зі збільшеною системною платою (PC-2). Максимум, що могла підтримувати PC-1 без використання плат розширення — 64К пам'яті. PC-2 мала вже 256К, але найважливіша відмінність полягала в програмуванні двох плат. Системна плата PC-1 не могла без коректування підтримувати найбільш могутні пристрої розширення, такі, яктвердий дискі покращенівідеоадаптери.
Мікропроцесори
Докладніше: Мікропроцесор
Архітектура системної плати безпосередньо залежить від зовнішньої архітектури мікропроцесора. У1976році фірмаIntelпочала 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 1982році 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 1985році. 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 |
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; |
|
Pentium Pro |
32 |
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,NECі 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.