Текст книги "Аппаратные средства персональных компьютеров"

В первых реализациях шины PCI использовалось четыре слота расширения, в дальнейшем, используя мосты PCI to PCI, стало возможным устанавливать на системной плате любое количество слотов PCI (чаще всего устанавливают 5 или 6 слотов).

Интересной особенностью шины PCI являются разделяемые прерывания. В отличие от шины ISA, где каждому устройству, вставляемому в слот, отводится конкретное прерывание, которое не может быть использовано каким-либо другим устройством, шина PCI позволяет использовать одинаковые номера прерываний. Но т. к. в спецификациях не указано конкретно "что и как", а только говорится о том, что обработчики прерывания должны уметь работать с разделяемыми прерываниями, то пользователи постоянно сталкиваются с проблемами регистрации устройств, устанавливаемых в слоты PCI. В частности, из-за этого создаются сложности при установке звуковых карт, возникают проблемы с совместимостью "старых" и "новых" карт, а также появляется необходимость подбирать слоты PCI для той или иной карты.

Еще одна проблема, связанная с прерываниями, заключается в том, что хотя у шины PCI имеются четыре линии прерывания, они предназначены для разделения прерываний многофункциональных устройств. Например, у платы видеозахвата есть канал звука и изображения, использующие собственные прерывания, а SCSI-устройства занимают два прерывания – для контроллера SCSI и собственно для самого устройства. На рис. 4.8 показан универсальный механизм назначения номеров прерываний, который определен в спецификации PCI 2.1.

Рис. 4.8. Механизм назначения прерываний шины PCI 2.1

32-разрядная шина AGP или, как она была названа разработчиками корпорации Intel, Accelerated Graphic Port (ускоренный графический порт), предназначена для подключения видеоадаптера (графического ускорителя, акселератора) к системной шине, минуя низкоскоростную шину PCI.

Основная идея AGP – работа на тактовой частоте системной шины и использование основной оперативной памяти для хранения текстур, что должно дать возможность применять высококачественную 3D-графику и уменьшить цену видеоадаптера за счет уменьшения требований к объему видеопамяти, устанавливаемой на плате видеоадаптера. Принцип работы шины AGP показан на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Технология AGP

При разработке нового стандарта за основу была взята шина PCI. Хотя спецификация на шину AGP появилась в 1997 г., к настоящему времени существует уже версия 3.0. В табл. 4.3 приведены варианты исполнения шины AG Р. Основные изменения коснулись скорости передачи по шине, уровней напряжения сигналов, а также протоколов обмена по интерфейсу. В первоначальном варианте тактовая частота по шине AGP составляла 66 МГц. В дальнейшем для увеличения производительности использовался принцип чтения двух слов за один такт (2Х). В спецификации 2.0 предусмотрено чтение 4 слов за один такт и повышение тактовой частоты до 100 МГц.

Таблица 4.3. Спецификации AGP

Для шины AGP применяются несколько вариантов разъемов, которые отличаются ключами. На рис. 4.10 показан разъем универсального слота AG Р. Для варианта 3,3 В на месте контактов 22–25 устанавливается пластмассовая перемычка, играющая роль ключа, а для варианта 1,5 В перемычка переносится к другому краю разъема – к контактам 42–45. Назначение контактов для различного варианта исполнения приведено в табл. 4.4.

Рис. 4.10. Слот AGP

Таблица 4.4. Назначение контактов слота AGP

В разъеме AGP контакты установлены в два ряда по высоте. На рис. 4.11 схематически показана часть краевого разъема AGP-платы видеоадаптера. Обратите внимание, что справа от контактного поля в печатной плате вырезан крючок, предназначенный для дополнительного крепления видеоадаптера на системной плате (в комплект видеоадаптера входит пластмассовый фиксатор). Данная доработка оказалась необходимой из-за того, что в процессе эксплуатации компьютера плата AGP может выходить из разъема, т. к. нежесткая конструкция компьютера и удаленность разъема AGP от точки крепления AGP-платы (задняя стенка компьютера) позволяют ей перекашиваться, когда системная плата изгибается при установке различных внешних устройств и интерфейсных разъемов.

Рис. 4.11. Краевой разъем AGP на плате видеоадаптера

В настоящее время большинство видеоадаптеров выпускаются для использования с AGP-шиной. Причем, наибольший интерес спецификация AGP вызвала не тем, что позволяет использовать основную оперативную память компьютера, т. к. теперь не редкость видеоадаптеры с 64 Мбайт видеопамяти и более, а большей нагрузочной способностью линий питания – современный видеоадаптер потребляет несколько десятков ватт мощности. Кроме того, наличие постоянного места на системной плате и удачный протокол обмена упрощает разработку видеоадаптеров.

Сокеты для процессоров

Не считая процессоров 386, которые, чаще всего, припаивались к системной плате, все остальные процессоры x86, если не учитывать краткого пришествия Pentium II, устанавливаются в панельки, предназначенные для установки микросхем. Причем, начиная с процессора 486, в качестве панелек используются сокеты с нулевым усилием или ZIF-сокеты (Zero Insertion Force Socket). Контакты в различных сокетах могут располагаться в ряд, в шахматном порядке или в виде комбинации предыдущих двух способов. В качестве ключа используется либо лишняя ножка, либо пропущенные в каком-либо углу несколько ножек.

На рис. 4.12 показан сокет mPGA478B, предназначенный для процессора Pentium 4. Рычаг сбоку сокета позволяет раздвинуть контакты, чтобы установить процессор и потом зажать усилием, необходимым для создания прочного электрического и механического соединения. На боковых поверхностях некоторых сокетов имеется несколько выступов, за которые крепится радиатор охлаждения процессора.

Рис. 4.12. Сокет mPGA478B для процессора Pentium 4

Основная причина появления таких разъемов заключается в том, что процессоры очень быстро обзавелись сотнями контактов для подключения к системной плате, а это означает, что человек, если учесть требуемое для установки процессора в обычную панельку усилие, без помощи специальных массивных приспособлений уже не в состоянии правильно и без повреждений установить процессор. Кроме того, конструкция корпусов современных процессоров настолько упрощена, что простое изгибание контактов может вызвать обламывание краев керамического корпуса.

Предупреждение

Никогда не изгибайте и не правые погнутые контакты у процессоров Celeron, Pentium III и 4, Athlon и Duron, т. к. можно обломать края керамического корпуса.

Процессоры 486 чаще всего выпускались в корпусах PGA-168 и PGA-169. Для их установки на системную плату использовались сокеты типа 1, 2, 3 и 6, отличающиеся разным числом контактов. В тех случаях, когда применялись четырехрядные сокеты, внешний ряд предназначался для процессоров Pentium OverDrive и при установке процессора 486 не использовался.

У процессоров Pentium первого поколения на корпусе было 273 контакта, и для его установки на системную плату использовался сокет типа 4. Второе поколение процессоров Pentium выпускалось в корпусах PGA-296, и для их установки использовались сокеты типа 5 и 7. Причем, наиболее популярным являлся сокет 7, под который выпускались процессоры AMD и Cyrix.

Для процессоров Pentium II использовался слот 1, напоминающий слоты для модулей памяти. На многих системных платах одновременно со слотом устанавливался и Socket 370, что позволяло использовать более широкую номенклатуру процессоров. Для того чтобы устанавливать новые процессоры на системные платы, имеющие слот, применялась переходная плата слот —сокет.

После появления Pentium III и новых процессоров Celeron на системные платы стали устанавливать Socket 370.

Предупреждение

Для установки процессора Celeron (с тактовой частотой выше 566 МГц) на системную плату, которая не рассчитана на данный тип процессора, но имеет соответствующий слот, можно использовать переходник слот —сокет с регулятором напряжения. При использовании переходника без регулятора напряжения процессор очень быстро перегревается и выходит из строя.

Первые процессоры Pentium 4 были выпущены для установки в Socket 423 с габаритными размерами почти такими же, как и у предыдущего поколения процессоров Pentium. В дальнейшем процессоры Pentium 4 стали упаковываться в корпус уменьшенных габаритов, но с увеличенным количеством ножек, который устанавливается в Socket 478.

Для процессоров Athlon и Duron корпорацией AMD был разработан Socket А (он же Socket 462), у которого расположение и назначение контактов не совпадает с внешне похожими сокетами, предназначенными для процессоров Intel.

Если вы рассматриваете системную плату, о которой ничего неизвестно, то первым делом посмотрите на сокет и узнайте его тип. Таким образом почти однозначно определяется тип процессора, для которого предназначена системная плата.

Оперативная память

Модули оперативной памяти устанавливаются в слоты, расположенные недалеко от процессора. Так как на сегодняшний день существует достаточно большое разнообразие модулей, то единственный способ правильно подобрать нужные модули для конкретной системной платы – это найти на нее документацию, которая прилагается в комплекте или доступна на сайте производителя. Надо открыть брошюру под названием «User's Mahual» (или PDF-файл на прилагаемом компакт-диске) и найти раздел «System Memory Configuration», где обязательно указано, какие модули можно устанавливать и в какой комбинации по объему памяти (также может быть указано, можно ли устанавливать модули различного типа). Установка модулей методом подбора[7]7
  При неправильной установке современных модулей памяти возможно выгорание микросхем и повреждение системной платы.


[Закрыть] малопригодна из-за огромного многообразия выпущенных системных плат, исключение составляют старые платы, выпущенные в то время, когда в продаже были лишь модули SIMM и DIMM (FPM и EDO).

Примечание

По типу чипсета можно определить, какие типы модулей поддерживаются системной платой, но конкретная группировка модулей в банках зависит только от разработчиков данной платы.

На современных системных платах обычно устанавливаются три или четыре слота для установки модулей памяти (рис. 4.13 и 4.14). Одиночный модуль SDRAM DIMM может быть вставлен в любой слот, хотя желательно устанавливать его в первый слот. Для модулей DDR DIMM обязательна последовательная установка, т. е. заполнение слотов должно идти от 1 до 3, например, как указано в табл. 4.5.

Рис. 4.13. Организация банков памяти на системной плате

Рис. 4.14. Расположение слотов для модулей DIMM

Таблица 4.5. Варианты установки модулей DDR DIMM в слоты

Старые системные платы для процессоров Pentium вначале работали с модулями памяти SIMM, а в дальнейшем с модулями DIMM. Кроме того, выпускались даже системные платы, на которых были одновременно слоты для модулей DIMM и SIMM (см. рис. 4.13).

В том случае, когда на системной плате в наличии имеются только модули SIMM, они устанавливаются попарно, т. к. разрядность этих модулей меньше разрядности шины данных, отсюда и термин "банк памяти". В большинстве случаев можно было заполнять любой банк при условии, что модули одинаковые. Установка вместе модулей FPM и EDO почти всегда была недопустима. При установке дополнительной памяти можно добавлять модули как в слоты для SIMM, так и DIMM. Но следует отметить, что произвольная комбинация по объему памяти у модулей, устанавливаемых в разные банки, не всегда была возможна, особенно у наиболее старых системных плат.

36-контактные модули SIMM, которые применялись с процессорами 386 и 486, всегда устанавливались попарно, а в ряде случаев их надо было устанавливать в количестве не менее 4 штук, заполняя все слоты (или половину, когда было 8 слотов).

Настройка системной платы

На рис. 4.15 показан внешний вид высокоинтегрированной системной платы ABIT IT7/IT7E, которая предназначена для работы с процессором Pentium 4. Плата поддерживает частоту системной шины 400/533 МГц (учетверенная тактовая частота), контроллер Ultra АТА/100/66/33 (разъемы IDE1 и IDE2), систему для расширения возможности хранения данных RAID (разъемы IDE3 – IDE6), слот AGP 4Х, встроенный звуковой процессор и сетевой адаптер. Для индикации работы BIOS (Award Plug and Play BIOS supports АРМ and ACPI) используется двухразрядное цифровое табло (POST Code Display).

Рис. 4.15. Системная плата ABIT IT7/IT7E для процессора Pentium 4

Примечание

Для крепления системы охлаждения процессора Pentium 4, устанавливаемого в Socket 478, на системной плате предназначены 4 отверстия. Обычно для установки радиатора используется пластмассовый фиксатор, показанный на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Фиксатор для крепления радиатора на процессоре Pentium 4 (Socket 478)

Если сравнить системные платы, показанные на рис. 4.3 и 4.15, то можно заметить, что на последней практически нет разъемов для джамперов, обозначаемых как JPn, с помощью которых настраивается конфигурация компьютера. Это связано с тем, что в такой плате использована программа BIOS, которая может самостоятельно определить большинство параметров всех устройств, установленных на системной плате, а те, которые требуется конфигурировать вручную, настраиваются через меню BIOS.

Вообще, если вспомнить историю развития системных плат, можно заметить, что джамперы конфигурации то появляются в большом количестве, то почти полностью исчезают. Например, на системных платах для процессоров 386 фактически присутствовал только один джампер, предназначенный для выбора режима монитора – цветной или черно-белый (иногда добавлялась еще парочка вспомогательных), что было значительно приятнее, чем конфигурирование более старых моделей, у которых требовалось "поиграть" переключателями. Появление процессоров 486 вызвало настоящий бум установки множества джамперов, почти половина из которых была предназначена для указания типа процессора, т. к. на одну и ту же системную плату можно было установить процессоры разных фирм, которые часто весьма сильно отличались друг от друга. При появлении процессоров Pentium количество джамперов сначала уменьшилось, а потом снова быстро стало увеличиваться.

Примечание

Чтение BIOS конфигурации компьютера, которое указано с помощью джамперов, происходит после включения питания. Заметим, что после нажатия кнопки Reset обычно повторной переконфигурации не происходит, поэтому перестановка джамперов при включенном питании не имеет смысла (иногда даже опасна!).

Назначение джамперов приводится в таблицах, напечатанных краской на системной плате. Когда такой информации нет, надо смотреть документацию на системную плату.

Для примера конфигурации компьютера с помощью джамперов рассмотрим способ указания типа процессора и тактовых частот для системной платы, которая предназначена для первых процессоров Celeron.

На рис. 4.17 приведена сводная таблица положения джамперов JP3—JP4 и JP13—JP16, с помощью которых указывается, какой процессор установлен на системную плату. Если нет рисунков джамперов, то указывается надпись "On" (Close), когда требуется установка джампера, или ""Off' (Open), если джампер отсутствует.

Рис. 4.17. Указание типа процессора

Теперь посмотрим, какие параметры с помощью этих джамперов изменяются. На рис. 4.18 приведена таблица, которая показывает, что джамперы JP3—JP4 устанавливают тактовую частоту системной шины процессора. Коэффициент умножения тактовой частоты для ядра процессора, который может изменяться у этой системной платы от 2 до 7,5, устанавливается джамперами JP13—JP16 (рис. 4.19).

Рис. 4.18. Установка тактовой частоты системной шины

Рис. 4.19. Установка коэффициента умножения тактовой частоты для ядра процессора

Кроме джамперов, определяющих тип процессора (частотные характеристики), на системной плате обычно расположен ряд джамперов, которые определяют специфические параметры системной платы. Например, очень популярен джампер для блокировки записи в микросхему BIOS, для которой использована флэш-память.

Около батарейки, питающей микросхему системных часов, когда компьютер выключен, расположен разъем, позволяющий подключить внешнюю батарею питания или разрядить CMOS-память, где записана конфигурация компьютера.

Для процессоров 486 на системной плате всегда устанавливали джамперы для указания напряжения, подающегося на ядро процессора, и конфигурации внешней кэш-памяти.

Как видно из рис. 4.18 и 4.19, на тактовую частоту ядра процессора влияет частота системной шины и коэффициент умножения. Соответственно, у пользователя всегда появляется искушение заставить процессор работать на тактовой частоте, превышающей ту, для которой он предназначен. А это можно сделать, повысив как частоту системной шины, так и коэффициент умножения.

Оба способа активно используются, особенно для старых типов процессоров. Иногда можно разогнать процессор чуть ли не на удвоенную частоту. Правда, производители процессоров усиленно этому сопротивляются, вводя различные ограничения на возможность превышения коэффициента умножения. На что очень "продвинутые" пользователи отвечают, например, вскрытием картриджей процессоров (Pentium II, AMD) или восстановлением перемычек на корпусе процессора (AMD К7).

По поводу возможности разгона процессоров надо сказать следующее – в этом процессе есть как положительные факторы, так и весьма отрицательные.

Сначала отметим, что производители стараются маркировать свои изделия той частотой, на которой процессоры работают без сбоев и могут функционировать достаточно длительное время (а это более 10 лет). Соответственно, ни один производитель не будет указывать меньшую частоту, т. к. это сокращает размер прибыли, получаемой от продажи процессоров.

Когда процессор разгоняет пользователь, он сознательно идет на то, что процессор будет работать в каком-либо режиме неустойчиво. Правда, увеличение тактовой частоты процессора на один пункт редко приводит к зависанию операционной системы Windows или любимой игры. А вот значительное увеличение частоты, например, установка для процессора AMD ХР+ частоты, указанной на корпусе (это расчетная частота относительно производительности аналогичного процессора Pentium 4), приводит к неустойчивой работе почти наверняка.

Кроме того, при разгоне современных процессоров следует помнить, что повышение тактовой частоты всегда вызывает увеличение температуры кристалла процессора. А это, как это ни прискорбно, может привести к выходу процессора из строя из-за плохого охлаждения. Случай достаточно частый. Также надо понимать, что увеличение температуры кристалла всегда сопровождается сокращением срока службы процессора, т. к. при повышенной температуре значительно ускоряются процессы старения кристалла.

Разгоном процессора пользуются и мошенники, которые стачивают заводскую маркировку процессора, указывая новую, что позволяет получить прибыль на их перепродаже.

Но не все так плохо, как может показаться. Например, для процессоров 486 и первых поколений Pentium разгон вполне допустим, правда, не очень большой. Скажем, процессор 486-50 отлично работает на частоте 66 МГц, а Pentium 150 на частоте 166 МГц. Так что опытный пользователь всегда может попробовать аккуратно поэкспериментировать с частотами. Но следует помнить, что при значительном увеличении частоты системной шины многие внешние устройства могут перестать работать, т. к., скажем, тактовая частота шины PCI часто устанавливается как половинная частота системной шины. Поэтому, изменяя тактовую частоту ядра процессора, надо обратить внимание на установку различных параметров в BIOS.

Органы управления и индикации

На лицевой панели персонального компьютера присутствуют несколько кнопок, с помощью которых включается и перезапускается системный блок, и индикаторы, позволяющие следить за включением питания и работой винчестера. В более старых компьютерах устанавливались кнопка и индикатор Turbo, а иногда и двух-трехразрядное цифровое табло.

Для подключения органов управления и индикации на системных платах устанавливается контактное поле самой разнообразной формы, на которое выводятся соответствующие линии. Вариант реализации контактного поля зависит от изготовителя системной платы. Для примера на рис. 4.20 показан разъем для подключения кнопок управления и индикаторов на системной плате ABIT IT7/IT7E.

Рис. 4.20. Разъем для подключения кнопок управления и индикаторов на системной плате ABIT IT7/IT7E

Кнопка Keylock – это замок на передней панели персонального компьютера PC, предназначенный для блокировки клавиатуры. Если кнопка не подключена, что часто делается, да и производители корпусов сплошь и рядом не устанавливают замок блокировки, клавиатура всегда работает.

Кнопка Reset, когда замыкаются контакты, вызывает "холодный" перезапуск компьютера (принудительно стартует программа BIOS начального тестирования).

Примечание

При "горячем" старте компьютера, когда одновременно нажимаются клавиши <Ctrl>+<Alt>+<Del>, не тестируется оборудование, в том числе и оперативная память.

У системных плат форм-фактора АТХ присутствует кнопка PWR-ON, которая управляет блоком питания. Для форм-фактора AT такой функции нет, а кнопка питания коммутирует сеть 220 В.

В старых компьютерах использовались кнопка и индикатор Turbo. Режим Turbo вызывал увеличение тактовой частоты процессора. Для процессоров 486 эта кнопка управляла каким-либо параметром, например, отключением внешнего кэша. В последнее время кнопка и индикатор Turbo не устанавливаются.

Для индикации включения питания и выхода из дежурного режима для блоков питания АТХ используется светодиод PWR-LED. Светодиод HDD-LED индицирует работу (когда к нему обращается какая-либо программа) винчестера.

Линия PW-LED предназначена для подключения цифрового светодиодного индикатора, на котором вручную набирают тактовую частоту процессора. Такой индикатор пользовался успехом, когда частота процессоров не превышала 200 МГц, т. к. можно было набрать с помощью джамперов, установленных на плате индикаторов, максимальное число 199 или слова HI или LO. Кроме того, индикатор мог управляться от линии Turbo.