Развитие архитектуры материнских плат для PC (стр. 1 из 4)
Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(технический университет)
кафедра № 12
Реферат
“Развитие архитектуры материнских плат для PC”
Студент Быстров Дмитрий
Группа К9-04
Москва 1996
Содержание
1. Введение.............................................................................................. 3
2. Материнская плата.............................................................................. 4
2.1. Микропроцессоры..................................................................... 4
2.2. Шины.......................................................................................... 6
2.2.1. ISA.................................................................................... 9
2.2.2. EISA.................................................................................. 9
2.2.3. VESA.............................................................................. 10
2.2.4. PCI................................................................................... 10
2.3. Память........................................................................................ 11
3. Заключение........................................................................................ 18
4. Литература........................................................................................ 19
5. Приложение....................................................................................... 20
Введение
В конце XX века невозможно представить себе жизнь без персонального компьютера. Компьютер прочно вошел в нашу жизнь став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений. В данном реферате мы рассмотрим персональные компьютеры (Personal Computer или просто PC), а точнее историю и дальнейшие тенденции развития материнских плат для PC.
Основной частью любой компьютерной системы является материнская плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Функционально материнскую плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются шиной. В системной плате нет видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства (платы расширения) добавляются к системной плате путем присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы.
Первая материнская плата была разработана фирмой IBM, и показанная в августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения- 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.
Материнская плата
Материнская плата — это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения.
По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.
Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothrboard). Сейчас на выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе, так называемый “sleep”, при котором отключается питание от компонентов компьютера, которые в данный момент не работают). Американское агентство защиты окружающей среды (EPA) сосредоточила свое внимание на уменьшении потребления энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее (EPA) требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и допускать 100% утилизацию. Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на плату подается 5В, на системных платах монтируют преобразователи напряжение.
Микропроцессоры
Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры микропроцессора.
В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров по сравнению с 8080 был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить его производительность в 10 раз. Кроме того размер информационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.
В 1982 году Intel создала процессор 80286. Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086, 80286 имел 24-разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 М.
Intel 80386 был создан в 1985 году. С увеличением шины данных до 32 бит, число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило микpопpоцессоpу прямо обращаться к 4Гб физической памяти. Кроме того он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти. Существует модификация процессора Intel80386 — 386SX. Главное отличие его от 80386 это 16-битный вход/выход шины данных. Как следствие его внутренние регистры заполняются в два шага.
Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитектуру, внутреннюю кэш-память 8 Кб (у DX4 - 16 КВ). Модели SX не имеют встроенного сопроцессора, он был вынесен на плату. Модели DX2 реализуют механизм внутреннего удвоения частоты (например, процессор 486DX2-66 устанавливается на 33-мегагерцовую системную плату), что позволяет поднять быстродействие практически в два раза, так как эффективность кэширования внутренней кэш-памяти составляет почти 90 процентов. Процессоры семейства DX4 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены для установки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.
Созданные в середине 1989 и 1995 года процессоры Pentium и Pentium Pro значительно отличались по своей архитектуре от своих проедшественников. В основу архитектуры была положена суперскалярная архитектура, которая и дала возможность получить пятикратное получение производительности Pentium по сравнению с моделью 80486. Хотя Pentium проектировался как 32-разрядный, для связи с осталными компонентами системы использовалась внешняя 64-разрядная шина.
| Процессор | Разрядность шины данных | Рабочая 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; 166; 200 |
| Pentium Pro | 32 | 166; 180; 200 |
Шины
Шина - это канал пересылки данных, используемый совместно различными блоками системы. Информация передается по шине в виде групп битов. В состав шины для каждого бита слова может быть предусмотрена отдельная линия (параллельная шина), или все биты слова могут последовательно во времени использовать одну линию (последовательная шина). На рисунке показано типичное подключение устройств к шине данных.
Шина с тремя состояниями
Три состояние на шине - это состояния высокого уровня, низкого уровня и 3-ее состояние. 3-ее состояние позволяет устройству или процессору отключиться от шины и не влиять на уровни, устанавливаемые на шине другими устройствами или процессорами. Таким образом, только одно устройство является ведущим на шине. Управляющая логика активизирует в каждый конкретный момент только одно устройство, которое становиться ведущим. Когда устройство активизировано, оно помещает свои данные на шину, все же остальные потенциальные ведущие переводятся в пассивное состояние.
К шине может быть подключено много приемных устройств. Сочетание управляющих и адресных сигналов, определяет для кого именно предназначаются данные на шине. Управляющая логика возбуждает специальные стробирующие сигналы, чтобы указать получателю когда ему следует принимать данные. Получатели и отправители могут быть однонаправленными и двунаправленными. На рисунке показаны двунаправленные отправители/получатели, подключенные к шине.
Шинная организация получила широкое распространение, поскольку в этом случае все устройства используют единый протокол сопряжения модулей центральных процессоров и устройств ввода/вывода с помощью трех шин.
Сопряжение с центральным процессором осуществляется посредством трех шин: шины данных, шины адресов и шины управления.
Шина данных служит для пересылки данных между ЦП и памятью или ЦП и устройствами ввода/вывода. Эти данные могут представлять собой как команды ЦП, так и информацию, которую ЦП посылает в порты ввода/вывода или принимает оттуда. В МП 8088 шина данных имеет ширину 8 разрядов. В МП 8086, 80186, 80286 ширина шины данных 16 разрядов; в МП 80386,80486,Pentium и Pentium Pro - 32 разряда.