Внедрение новых технологий и компонентов в системных платах IBM PC-совместимых компьютеров происходит довольно быстро. Основные изменения касаются используемых микропроцессоров, наборов микросхем, микросхем памяти, шинной архитектуры и т. д. Основными производителями системных плат в настоящее время являются тайваньские фирмы, среди которых можно назвать Acer, Asustek, Data Expert, Elitegroup, First International Computer (FIC), Giga-Byte, Tekram, однако самым крупным поставщиком остается корпорация Intel. Она оснащает свои системные платы не только микропроцессорами, но и наборами микросхем собственного производства. Большинство технологических и технических новшеств для системных плат было предложено именно этой корпорацией.
Микропроцессоры
Ключевым в определении современных микропроцессоров стало слово “мультимедиа”. Технология MMX (MultiMedia eXtention), впервые реализованная Intel, позволяет значительно повысить производительность компьютеров при выполнении коммуникационных и мультимедиа-программ. Это, пожалуй, самое существенное расширение архитектуры Intel со времени выпуска процессора i80386. По некоторым данным, при использовании MMX производительность увеличивается следующим образом:
- при выполнении декодирования по алгоритму MPEG I - на 40%;
- при выборке и микшировании аудиосигналов - на 25%;
- при цифровой фильтрации изображений - на 5%;
- при обработке 3D-графики - на 30%.
В настоящее время в производственную программу Intel входят два семейства микропроцессоров, поддерживающих технологию MMX, - Pentium MMX (P55C) и Pentium II (Klamath). Максимальные значения тактовой частоты входящих в них микросхем составляют соответственно 200 и 266 МГц. Начиная с IV квартала 1997 г. все новые процессоры Intel будут использовать MMX-расширение. С этого же времени микросхемы Pentium MMX с тактовой частотой 166 и 200 МГц будут позиционироваться как процессоры начального уровня.
Основные конкуренты Intel - компании AMD и Cyrix - также представили процессоры, ориентированные на технологию MMX. В июне 1997 г. Cyrix анонсировала микросхему 6х86МХ, известную под кодовым названием М2. Производительность этого процессора вдвое превышает аналогичный показатель его предшественника 6х86. В новой микросхеме в четыре раза увеличен объем кэш-памяти первого уровня (до 64 Кб) и введен ряд инноваций во внутреннюю архитектуру. Процессор 6x86MX полностью совместим по выводным контактам с Pentium, для которого обычно используется ZIF Socket 7. Что же касается производительности, то, согласно P-рейтингу (см. табл. 1), она соответствует процессорам Pentium с тактовой частотой 166 - 233 МГц. Напомним, что так называемую систему P-рейтинга (Perfomance-рейтинг) впервые стала применять компания AMD. Этот рейтинг позволяет сопоставить эффективность использования микропроцессора с аналогичным по рабочим характеристикам изделием от Intel.
Новый процессор AMD-K6 также поддерживает технологию MMX, причем (по информации компании AMD) по производительности превосходит Pentium II с той же тактовой частотой. В отличие от Pentium II, для которого используется специальное гнездо S.E.C. (Slot 1), этот процессор совместим по выводным контактам с Socket 7. В настоящее время предлагается три варианта микросхемы AMD-K6 с внутренней тактовой частотой 166, 200 и 233 МГц (частота шины 66 МГц).
В 1996 г. общее количество процессоров, установленных в ПК, составило около 69 млн., из них около 60 млн. микросхем было произведено корпорацией Intel.
Наборы микросхем
Наборы микросхем позволяют реализовать возможности, заложенные в современные микропроцессоры. Кроме того, они обеспечивают поддержку новых типов оперативной памяти, шин расширения, интерфейсов и иных спецификаций. Как и в области производства микропроцессоров, здесь лидирует корпорация Intel, которая является постоянным законодателем мод.
По имеющимся данным, в ближайшее время набор микросхем 440FX, предназначенный для высокопроизводительных систем, будет постепенно вытесняться набором 440LX (см. табл. 2), а нишу ПК среднего и начального уровня (430VX, 430HX) займет продукт 430ТХ. В 1998 г. корпорация Intel предполагает выпустить новый набор - 440ВХ, ориентированный, в частности, на 100-мегагерцевую системную шину. Набор 440LX займет в этом случае место 430ТХ для систем среднего уровня.
Хотя корпорация Intel явно лидирует в этой области, в настоящее время на рынке успешно работает еще ряд известных фирм - разработчиков наборов микросхем, таких, как фирмы SiS, ALI и VIA (см. табл. 3).
Форм-фактор
До недавнего времени системные платы для ПК соответствовали одному из двух базовых форм-факторов: Baby-AT или LPX. Недавно к ним добавился третий - ATX. Этот форм-фактор, вообще говоря, предложен корпорацией Intel в развитие Baby-AT. На первый взгляд даже может показаться, что новые платы - это те же Baby-AT, но повернутые на 90 градусов. Однако это не совсем так. Для ATX-плат требуется специальный корпус системного блока с несколько необычным блоком питания. Дело в том, что в компьютерах ATX базовый микропроцессор охлаждается только за счет вентилятора, установленного на блоке питания, что не требует, по мнению создателей стандарта, ни дополнительного вентилятора, ни активного радиатора. Вдобавок сам микропроцессор расположен вдали от гнезд для плат расширения, позволяя легко вставлять в компьютер полноразмерные дополнительные платы и не менее легко заменять сам микропроцессор. Установка модулей памяти в данном случае также не вызывает особых проблем. Удобное расположение разъемов позволяет уменьшить длину кабелей и, следовательно, использовать интерфейсы с высокой скоростью передачи данных. Это особенно важно, например, для жестких дисков с интерфейсом Enhanced IDE, работающих на высокой скорости.
Одним из явных преимуществ ATX является снижение общей стоимости системы, что достигается благодаря большей интеграции интерфейсов ввода-вывода, уменьшению количества вентиляторов и кабелей, а также используемых материалов.
На системной плате в стандарте ATX может размещаться до семи гнезд расширения в любой комбинации: ISA, PCI или разделяемых ISA/PCI. Системные платы типа ATX имеют размеры 12х9,6 дюйма (305х244 мм), а miniATX - 11,2х8,2 дюйма (284х208 мм). На разъеме питания системной платы ATX от соответствующего блока уже предусмотрены линии с напряжением 3,3 В. Кроме того, поддерживается возможность (например, для Windows 95) управлять снижением потребляемой мощности программным способом.
Форм-фактор ATX доминирует не только в производственной программе корпорации Intel. Так, более половины системных плат, предлагаемых сегодня компанией Giga-Byte, совместимы с ATX.
Еще одна перспективная спецификация на форм-фактор - NLX - позволяет использовать системную плату в корпусах различных типов: низкопрофильном (low profile), настольном (desktop), напольном (tower). Любая NLX-плата подходит для любого NLX-корпуса. Размеры NLX-плат могут варьироваться от 9х13,6 дюйма (22,86х34,54 см) до 8х10 дюймов (20,32х25,4 см). Кроме размеров плат и местоположения крепежных отверстий спецификация NLX определяет расположение райзер-платы и описывает контакты ее разъема. Как известно, на райзер-платах в корпусах LPX монтируются адаптеры расширения. Спецификацией регламентируются высота элементов, устанавливаемых на системной плате, и расположение разъемов ввода-вывода на задней панели корпуса ПК.
Спецификация NLX учитывает такие новые технологии, как AGP (Accelerated Graphics Port), DIMM-модули памяти, система охлаждения для Pentium II и т. д. Предполагается, что форм-фактор NLX по сравнению с LPX за счет высокой интеграции сэкономит около 40% свободного места для подключения перспективных компонентов.
Новые возможности
Ожидается, что повышение скорости работы жестких дисков с интерфейсом IDE будет достигнуто благодаря новому способу обмена данными - Ultra DMA/33. При прямом доступе к памяти Direct Memory Access (DMA), в отличие от программной передачи данных (Programm I/O), ресурсы основного процессора практически не используются. Это особенно важно в многозадачном режиме работы. Теоретически скорость интерфейса ATA-2 возрастает в этом случае с 16 до 33 Мб/с. Имеет значение и то, что для реализации режима Ultra DMA/33 не требуются новые контакты на IDE-разъеме, благодаря чему сохраняется совместимость со старыми устройствами. Новый режим передачи данных поддерживается, например, в наборе микросхем Intel 430TX, а также в аналогичных наборах микросхем компаний SiS, ALI, VIA.
Предложив принципиально новый способ подключения графического акселератора - напрямую к оперативной памяти ПК, - корпорация Intel произвела настоящий фурор. Ускоренный графический порт AGP был разработан совместно с лидерами в области производства графических средств - ATI Technologies, Cirrus Logic и S3. Прямое 32-разрядное сообщение между графическим процессором и основной памятью компьютера позволяет значительно повысить скорость обмена между ними. Дело в том, что современным приложениям трехмерной графики требуется 4 - 8 Мб памяти для хранения текстур. Помещать их в специальный буфер кадров, содержащий данные z-буфера, часто бывает невыгодно. Однако для многих программ требуется более быстрый доступ к текстурам по сравнению с тем, какой может обеспечить шина PCI. Новый графический порт позволяет держать информацию буфера кадров и z-буфера в специальной памяти, а большие образцы текстур - в основной памяти ПК, обеспечивая при этом очень быстрый доступ. Тактовая частота AGP (66/100 МГц) вдвое превосходит аналогичный параметр PCI (33/66 МГц). Теоретически AGP может осуществлять передачу данных в течение каждого такта, благодаря чему в пиковом режиме этот порт обеспечивает пиковую производительность - 528 Мб/с. Набор микросхем Intel 440LX предназначается для поддержки AGP в системах с Pentium II. AGP-устройство можно либо интегрировать на системной плате, либо подключать через специальный AGP-разъем.
Наряду с универсальной последовательной шиной USB (Universal Serial Bus), которая находит применение для низкоскоростных интерактивных устройств (мышь, клавиатура), в перспективных системных платах может использоваться интерфейс IEEE 1394. Впервые этот интерфейс был предложен фирмами Apple Computers и Texas Instruments, давшими ему название FireWire (“Огненная шина”). Подобно USB шина FireWire обеспечивает возможность работы устройств различных типов, но особенно привлекательной она будет для устройств с интенсивным обменом данными (накопители на жестких дисках, DVD-RAM, приборы для проведения видеоконференций, цифровые видеокамеры). FireWare обеспечивает скорость передачи данных от 50 до 1000 Мбит/с, но основное ее достоинство состоит в поддержке изохронности, т. е. передаче данных в реальном масштабе времени, что особенно важно для обеспечения надлежащей синхронизации между аудио- и видеокомпонентами сигналов. Устройства, отвечающие стандарту IEEE 1394, соединяются друг с другом кабелем, включающим две витые пары и два провода питания. К одному порту может подсоединяться до 63 периферийных устройств.
Алексей Борзенко
С Борзенко Алексеем Евгеньевичем, доцентом Рязанской радиотехнической академии, можно связаться по телефонам: (0912) 93-0281, 93-0459.
