МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Электронное машиностроение»
“Системные платы Pentium II”
Студент:
MT 11-12
Вервикишко Александр
Проверил:
Беликов А.И.
Москва 2000 г.
Содержание:
1. Введение
2. Основные устройства системной платы
3. Системный интерфейс PC/XT (8255)
4. Системный порт PC/AT
5. Системный таймер (8252/8254)
6. Канал управления звуком (PC Speaker)
7. Интерфейс клавиатуры
8. Контроллер клавиатуры РС/AT 8042
9. Батарейная память и часы - CMOS Memory, RTC
10. Компоненты: установка и конфигурирование
11. Оперативная память (DRAM)
12. Вторичный кэш (SRAM)
13. Процессор
14. Питание и охлаждение процессоров
15. Синхронизация
16. Шины расширения ввода/вывода
17. Чипсет
18. 100-мегагерцовые Pentium II чипсеты
19. Типоразмеры (форм-факторы) материнских плат
20. Процессор Intel Pentium II Xeon
21. Чипсет i440GX
22. Чипсет i450NX
23. BIOS
24. Питание и обнуление CMOS
25. Основные характеристики системной платы
26. Прайс-лист компьютерного центра Polaris на материнские платы
27. Литература
1. Введение.
Системная или материнская плата персонального компьютера является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:
· процессор(ы) и сопроцессор
· память: постоянная (ROM, Flash BIOS), оперативная (DRAM), кэш (SRAM).
· Обязательные системные средства ввода/вывода.
· Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения
· Кварцевый генератор синхронизации со схемой формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока питания или кнопки RESET
· Дополнительные стабилизаторы напряжения питания для низковольтных процессоров VRM (Voltage Regulation Module).
Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве системных плат устанавливают и контроллеры интерфейсов для подключения гибких и жестких дисков, графический адаптер, аудиоканал, а также адаптеры COM и LPT-портов, "мыши", и другие. Контроллеры, требующие интенсивного обмена данными используют преимущества локального подключения к шине процессора. Цель размещения других контроллеров на системной плате - сокращение общего числа плат компьютера.
Современные платы исполняются на основе чипсетов (Chipset) - наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов - процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных типов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих возможности ее модернизации. Его тип существенно влияет и на производительность - при одинаковых установленных компонентах (процессор, память, графический адаптер, жесткий диск) производительность компьютеров, собранных на разных системных платах (чипсетах) - может отличаться на 30%.
2. Основные устройства системной платы
Системная плата первой модели PC содержала несколько функциональных узлов, которые благодаря открытому описанию приобрели надежный статус неприкосновенности, гарантируемый несчетным количеством программ и программных продуктов, их использующих. К таким узлам относятся следующие:
· Схемы предоставления системных ресурсов - памяти, ввода/вывода, прерываний, прямого доступа к памяти, описанные выше.
· Микросхемы ROM BIOS с программным кодом начального тестирования, запуска и функций ввода/вывода.
· Системный таймер, реализованный на микросхеме 8253, использовавшийся как генератор запросов регенерации памяти, интервальный таймер и тональный генератор для динамика. В AT те же функции выполняла аналогичная микросхема 8254.
· Три системных порта на микросхеме 8255, используемых для интерфейса клавиатуры, чтения переключателей конфигурации, управления звуком и немаскируемыми прерываниями. В AT для интерфейса применили микроконтроллер 8042, переключатели конфигурации упразднили, а остальные функции переложили на один системный порт.
· Канал управления звуком - логическая схема, использующая тональный сигнал таймера и программно-управляемые биты системного порта. На машинах AT такой «синтезатор» мог исполнять даже записанную музыку и речь.
· Последовательный интерфейс клавиатуры, реализуемый на XT аппаратной логики, а на AT с помощью микроконтроллера 8042.
· Память конфигурации и часы-календарь - CMOS RTC - узел, появившийся с АТ.
Со временем элементная база системной платы радикально изменилась, все функции отдельных контроллеров взял на себя чипсет, но программная модель этих узлов сохранилась. Рассмотрим их подробнее.
3. Системный интерфейс PC/XT (8255)
Микросхема 8255 представляет собой программируемый параллельный трехканальный интерфейс, Имеющий три 8-битных порта А, В и С. Порты могут независимо конфигурироваться на запись или чтение в различных режимах, включая и стробирование, но в РС используется самый простой режим 0. Порты А и С работают на ввод, порт В - на вывод. При этом чтение порта В возвратит ранее записанное значение, что используется, когда программа должна модифицировать только определенные биты, не затрагивая остальных. Программирование режимов портов осуществляется через регистр режима во время POST. В дальнейшем выполнение модификации режимов, которое может привести к зависанию интерфейсов, не требуется. Обращение к портам допускается только однобайтными операциями ввода/вывода. Наиболее частое обращение к портам производится для ввода скан-кода клавиатуры, а также для управления звуковым каналом. Назначение программируемого интерфейса ввода/вывода i8255 в РС/XT следующее:
· чтение скан-кодов клавиатуры;
· управление звуком;
· разрешение и идентификация источников NMI;
· чтение байта конфигурации.
4. Системный порт PC/AT
8-битный системный порт с адресом 61h пришел в архитектуру АТ на смену порту 8255. Поскольку обслуживание клавиатуры перешло на микроконтроллер 8042, а переключатели конфигурации заменили на CMOS-память, функции системного порта PC/AT свелись к следующим:
· управление звуком, сохранившее полную совместимость с ХТ;
· разрешение и идентификация источников NMI, отличающиеся от ХТ.
В этом месте программную модель «посмели» изменить, но это изменение затрагивает небольшое количество сугубо системных программ.
5. Системный таймер (8252/8254)
Микросхемы 8253 и 8254 представляют собой трехканальные программируемые счетчики-таймеры, функционально почти совпадающие, но имеющие различающееся быстродействие (со стороны системной шины) и назначение выводов. С процессорами 80286 без тактов ожидания может работать только 8254, а на системных платах с более современными процессорами те же функции берет на себя чипсет. Внутренние счетчики микросхемы имеют разрядность 16 бит, но общение с ними возможно только 8-битными операциями. При этом можно задавать значение только младшего байта счетчика (LSB), только старшего (MSB) или обоих (LSB/MSB), причем сначала передается младший, а потом старший байт. Назначение счетчиков-таймеров i8253(XT) и i8254(AT) следующее:
· генерация прерываний от системных часов;
· генерация запросов на регенерацию памяти;
· генерация звуковых сигналов.
Входная частота всех каналов 1,19318 МГц. Программирование микросхемы осуществляется записью байт в управляющий регистр по отдельности для каждого канала.
6. Канал управления звуком (PC Speaker)
Стандартный канал управления звуком Speaker рассчитан на подключение высокоомного малогабаритного динамика. Звук формируется из тонального сигнала от второго канала таймера, работой которого можно программно управлять. Частоту сигнала (тон) можно изменять, программируя коэффициент деления счетчика, а разрешая/запрещая формирование сигнала программно-управляемым битом 0 системного порта 61h, можно подавать сигналы определенной длительности. Такой способ формирования звука мало загружает даже процессор 8086/88 и позволяет исполнять незамысловатые мелодии, причем и в фоновом режиме, посылая команды из очереди по прерываниям от системного таймера. А с учетом физиологии слуха (инерционности восприятия) быстрым переключением частот можно достигать эффекта псевдомногоголосия.
Более интересные звуки можно извлекать, используя принцип широтно-импульсной модуляции, программно осуществляемой через бит 1 порта 61h. В этом случае динамик выполняет роль фильтра нижних частот (инерционного звена) демодулятора. Процессоры, начиная с 80286, способны формировать такой поток управляющих сигналов, который позволяет воспроизводить музыкальный или речевой сигнал с качеством карманного приемника. Однако такое формирование звука процессор загружает практически полностью. Кроме того, качество воспроизведения сильно зависит от частотных свойств динамика. Предпочтительнее более крупные динамики, у которых лучше воспроизведение нижних частот - с ними можно добиться даже разборчивости речи. Драйвер для звукоизвлечения существует также и для Windows 3.x/95, но в стандартную поставку Windows не входит. Теперь для звуковоспроизведения (и звукозаписи) используется ставший почти стандартным двунаправленным аудиоканал. Роль стандартного звукового канала сводится к подачам гудков при загрузке, идентификации ошибок во время POST, когда сообщения на экран еще не вывести, а также к сопровождению сообщений о системных ошибках.
7. Интерфейс клавиатуры
Для подключения клавиатуры предназначен последовательный интерфейс, состоящий из двух обязательных сигналов KB-Data и KB-Clock. Необязательный сигнал KB-Reset сбрасывает клавиатуру низким уровнем сигнала. Интерфейс на системной плате XT реализован аппаратной логикой - регистром сдвига, параллельный выход которого подключается ко входам порта А системного интерфейса 8255. По приему байта от клавиатуры логика вырабатывает запрос аппаратного прерывания IRQ1, обработчик которого может прочитать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6 порта 61h возможна программная блокировка и сброс клавиатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществляется принудительным обнулением линии KB-Clock.