Максимальная пропускная способность часто используется в качестве критерия для сравнения возможностей шин различной архитектуры. Ее можно рассчитать, умножив рабочую частоту на количество байт, передаваемое в одном такте (ширину полосы пропускания).

Для особо быстродействующих устройств нужны другие способы подключения. Отдельные (локальные) шины, работающие с основной частотой материнской платы, появились, прежде всего, для памяти - основной и кэш (cache). Затем на локальную шину «посадили» видеоадаптер.

Эту шину VLB создала группа VESA - Video Electronic Standard Association, разработавшая стандарт - Video Electronic Standard Architecture, и поэтому у нее два обозначения - Video Local Bus и VESA Local Bus. Поскольку локальная шина подключена непосредственно к микропроцессору, имеющему 32-разрядную шину данных, то при основной частоте 33 МГц получается скорость обмена 132 Мбайта в секунду.

PCI (Peripheral Component Interconnect bus) - шина для подсоединения периферийных устройств появилась в 1992 г. и утверждена организацией Special_Interest_Group_Steering_Committee. Она стала массово применяться для Pentium-систем. Шина работает с объектами, имеющими напряжение 5 либо 3,3 вольт. Взаимодействие объектов происходит напрямую, без участия центрального процессора (CPU). PCI является 32-разрядной с возможностью расширения до 64 разрядов. Пиковая пропускная способность равна 132 Мбайт/с при 32 разрядах и 264 Мбайт/с при 64 разрядах. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е. при частоте 66 MHz на PCI будет 33 MHz, при 75 MHz - 37.5 MHz и т.д. Шина хорошо стыкуется с локальной сетью.

Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh. Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI.

В начале 1995 года утвержден стандарт PCI на частоту 66 МГц, а заодно и стандарт на ширину шины в 8 байт. PCI теперь может работать не только как локальная шина, но и как общая. Пропускная способность такой шины существенно возрастает (до теоретически максимальной 8 байт ? 66 МГц = 528 Мбайт в секунду).

Однако для современных систем трехмерной (3D) графики возможностей стандартной шины мало. Intel в 1997 году предложила установить на материнской плате специализированный графический порт - AGP - Accelerated Graphics Port. То есть AGP - специализированная надстройка над шиной PCI, позволяющая создать скоростной канал обмена данными между графическим акселератором и системной логикой PC. AGP-расширение основной PCI-архитектуры работает на удвоенной рабочей частоте шины (т.е. 133 МГц, входной частоты процессора). Для того чтобы достичь высокой скорости передачи, AGP определено как непосредственное или прямое соединение (point-to-point), а не через общую шину.

Готовясь к появлению более мощных процессоров Pentium, многие поставщики микропроцессоров и систем развивают соответствующие этим процессорам версии архитектуры шины PCI, способные удвоить пропускную способность каналов ввода-вывода для высокопроизводительных систем. Летом 1999 года консорциум SIG по PCI принял спецификацию принципиально нового варианта шины PCI - PCI-X. Основные отличия PCI-X от PCI:

1) тактовая частота шины до 133 MHz;

2) возможно использование различных слотов для разных скоростей обмена данными; стандарт предусматривает 1 слот с частотой 133 MHz, 2 слота на 100 MHz, остальные слоты могут использоваться на частоты 33 и 66 MHz;

3) уменьшено время, выделяемое на операции в PCI-X.

Для Pentium 4 была разработана системная шина (FSB) 400 МГц. В 2002 году компания Intel успешно начала перевод своих процессоров Pentium 4 на системную шину (FSB) 533 МГц взамен прежней 400 МГц. Она выпустила сразу три новых процессора для новой шины с тактовой частотой ядра 2,26, 2,40 и 2,53 ГГц. Как показали многочисленные тестирования, применение более быстрой системной шины даже совместно с прежней системной памятью DDR266 или RDRAM PC800 способно повысить быстродействие платформ на 5-10% в ряде задач (при неизменной тактовой частоте ядра), что фактически равноценно повышению тактовой частоты самих процессоров (со «старой» шиной) на одну-две ступени.

В этом случае на материнской плате должен быть установлен один из наборов микросхем (чипсет) I845E, I845G, I850 (приложение 2). Сведения по новым разработкам проще всего найти на сайтах фирм, выпускающих платы, например, на сайте фирмы Intel.

Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память. Внутренняя память компьютера (оперативная память и кэш-память) - это место хранения информации, с которой он работает. Она является временным рабочим пространством. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания, на диске же или дискете может храниться годами без потребления питания. В постоянной памяти (ROM) персонального компьютера записан набор программ базовой системы ввода-вывода (BIOS). Эта память энергонезависима и BIOS всегда готова к чтению при включении питания компьютера.

Поскольку в памяти только для чтения замена записанной информации была невозможна, то переход на новую версию BIOS требовал замены набора микросхем материнской платы (чипсет). Поэтому в современных компьютерах устанавливается перепрограммируемая память FlashBIOS. (Однако сразу же проявился недостаток такой памяти: появились вирусы, перепрограммирующие базовую систему ввода/вывода, что приводит к полной неработоспособности компьютера).

Память компьютера организована в виде множества ячеек, в которых могут храниться данные; каждая ячейка обозначается адресом. При этом адресация общая для постоянной и оперативной памяти так, что адреса, отведенные постоянной памяти, для оперативной памяти использовать нельзя. Сама адресация в угоду совместимости со старыми компьютерами усложнена - все это требует дополнительных программных средств управления памятью. Размеры этих ячеек отличаются у разных компьютеров и видов памяти.

Современные процессоры работают намного быстрее обычных устройств машинной памяти. Поэтому, чтобы их не задерживать, в компьютер включают особую буферную память (Cache Memory), по скорости сравнимую с процессором. В ней информация всегда готова к использованию (название взято от французского слова cache - скрытый, ибо буфер включают так, чтобы программы его не замечали).

Первоначально кэш-память устанавливалась вне процессора (внешний кэш), затем небольшой кэш встраивается непосредственно в процессор (внутренний кэш). Теперь в компьютерах с процессором Celeron устанавливается непосредственно в микропроцессоре 128 Кбайт кэша, в Pentium - 512К. Такие объемы обеспечивают приемлемо малое число обращений к основной памяти. Экономия на кэш-памяти может привести к существенным потерям времени в работе.

Кэш-память встраивают и в современные дисковые накопители. В дешевые - десяток килобайт (на одну дорожку записи). В дорогие - насколько мегабайт (на солидные файлы).

Основная (оперативная) память (RAM - Random Access Memory - память с произвольным доступом) компьютера отличается от прочих устройств памяти, прежде всего тем, что к любому ее месту можно обратиться одинаково быстро, даже если делать это в случайном (произвольном) порядке (random access).

Большинство старых программ, работающих под управлением DOS, укладываются в сотни килобайт - ведь DOS адресует только 640 Кбайт. Современные операционные системы многозадачные. Они позволяют нескольким программам действовать одновременно, а главное, взаимодействовать между собой. Поэтому для их работы требуется значительный объем оперативной памяти, например, для операционной системы Windows ME - 64 Мбайт, для Windows XP - 128 Мбайт. Причем эти требования минимальные. Для приемлемой скорости работы с наиболее часто используемыми комбинациями программ эти цифры надо хотя бы удвоить или лучше учетверить.

Физически оперативная память устанавливается в виде модулей SIMM (Single In-line Memory Modules) или DIMM (Double In-line Memory Modules) в специальные гнезда на материнской плате (рис. 1-3).

На системной (материнской) плате модули памяти организуются в банки памяти. В компьютерах последних лет разъемы для модулей SIMM полностью исключены, так что используются только DIMM модули объемом 64 МВ и выше. Оперативная память подвержена многим помехам. Поэтому обычно к каждому байту добавляют девятый бит - для контроля на четность. Существуют также способы автоматического восстановления информации при сбоях. Однако они требуют большей избыточности памяти и соответственно повышают ее цену. Поэтому память с расширенным корректирующим кодом (ЕСС - Extended Correction Code) используют, прежде всего, в мощных машинах, решающих серьезные задачи.

До недавнего времени развитие новых технологий изготовления компонентов памяти происходило параллельно с развитием чипсетов, производимых фирмой Intel. Но случилось так, что в 1998 году образовалось опережение в технологии изготовления чипсетов, а производители памяти отстали. В первом квартале 1998 года Intel представила чипсет i440BX с тактовой частотой системной шины 100MHz, а также семейство материнских плат на этом чипсете со 100-мегагерцовой шиной памяти. Поэтому вскоре появились 2 класса памяти, отвечающих стандарту PC100 для применения в компьютерных системах: PC100 SDRAM Unbuffered DIMM; PC100 SDRAM Registered DIMM.

DIMM-модули PC100 SDRAM Unbuffered, иначе называемые «небуферизированными», применяются в системах, не требующих объема памяти более 768МВ. DIMM-модули стандарта PC100 SDRAM Registered выпускаются только в 72-разрядном исполнении, и их емкость достигла 1024МВ. Подобные типы DIMM отличаются от PC100 SDRAM Unbuffered DIMM увеличенным размером печатной платы (PCB), а также наличием специальных микросхем (Registers) на модуле. Регистры обеспечивают страничную организацию памяти.

С 1998 года Samsung Semiconductor, Inc ведет разработку технологии DDR для SDRAM. Эта технология получила название SDRAM II. Это следующее поколение памяти с тактовой частотой шины 100MHz. Технология DDR (Double Data Rate) удвоения частоты позволит записывать и читать данные с частотой в два раза выше, чем частота шины. Данные будут выбираться по фронтам и срезам тактовых сигналов. Были выпущены DIMM-модули емкостью 512 МБ, и IBM разработала чипсет, который может использовать эти скоростные модули.

Приступая к разработке Pentium4, фирма Intel официально поддержала новый тип памяти: RAMBUS DRAM, разработанный компанией Rambus (срок договора истек в начале 2003г.). Rambus память имеет чрезвычайно высокую пропускную способность. Сама фирма Rumbus является чисто инженерной и не производит память, а только продает лицензии на ее производство.

Идея Rambus состоит в том, что чипы становятся все быстрее, а проводники между ними не могут поддерживать такие частоты, поскольку имеется три типа сигналов для передачи от контроллера до чипа памяти: адрес ячейки, куда надо обратиться, биты данных и команды, описывающие, что надо делать с информацией. Эти сигналы традиционно пересылаются отличным друг от друга образом (с разной частотой). Такое положение дел приводит к тому, что скорость передачи информации определяется самым медленным процессом, и при этом требуется тщательная отладка на уровне чипов, чтобы все работало правильно. Поэтому авторы идеи запаковали три вида сигналов одинаковым образом в одну шину. Этот методологический сдвиг требовал значительных переработок конструкций микросхем памяти и их контроллеров, но скорость работы компьютера теоретически вырастала во много раз.

Инженеры компании создали стандарт Direct Rambus с расчетом на максимальную производительность. Подсистема памяти Direct Rambus имеет максимальную пропускную способность 1,6 Гбайт/сек. Компания Rambus Inc. разработала специальную шину межкристальной коммуникации - Direct Rambus Channel, которая работает на порядок быстрее, чем шина современных подсистем памяти.

Система памяти Direct Rambus использует стандартные технологии PCB (Printed Circuit Board - печатные платы) для реализации модулей памяти RIMM (Rambus Inline Memory Module), которые имеют те же размеры, что и существующие DIMM. Компоненты Direct RDRAM используются в SMD исполнении (Surface Mounting Device - приборы для поверхностного монтажа), что дает низкую емкость выводов и неплохие тепловые характеристики. Корпус микросхемы лишь чуть больше размера RDRAM-кристалла. Один RIMM содержит до восьми чипов Direct RDRAM на каждую сторону. RIMM может иметь емкость до 128 мегабайт при использовании 64-мегабитных RDRAM-микросхем. Системная плата может содержать до трех RIMM.

Наименование накопителей на подвижном носителе «внешняя память» сохранилось от старых вычислительных машин, когда, действительно, накопители на магнитных дисках и магнитных лентах изготавливались в виде отдельных стоек (довольно больших по габаритам и весу) и располагались рядом с процессорной стойкой. В то же время данный термин имеет более глубокую основу, ведь и в персональном компьютере, хотя дисковод установлен внутри системного блока, процессор не может непосредственно использовать данные с диска, сначала они должны быть перенесены в оперативную (внутреннюю) память компьютера.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5