Компютърна система с процесор Intel Pentium ІІ компютърните системи с процесор Intel Pentium ІІ използват архитектура „северен-южен мост”



Дата25.07.2016
Размер144.1 Kb.
3.8 Блокова схема на дънна платка с процесор Intel Pentium II, Slot 1, Chipset от серията 440 хх, архитектура на Chipset. AGP порт, основни характеристики, режим 1х. ROM-BIOS,структура. Софтуерни прекъсвания при стартиране на системата.

Компютърна система с процесор Intel Pentium ІІ

Компютърните системи с процесор Intel Pentium ІІ използват архитектура „северен-южен мост”, в която участва новата локална шина PCI. При тази архитектура системата от шини, свързващи различните компоненти, се разделя на три слоя. В най-горния слой се намира най-бързата шина – процесорната (FSB – предна шина), в средния слой – PCI и в най-долния – бавната ISA шина. Трите главни шини са свързани посредством контролери, наречени още мостове. Тези контролери, както и голяма част от контролерите, които управляват хардуерните компоненти, са групирани в т.нар. схемен набор (чипсет), който най-често се състои от два големи чипа, които се наричат северен мост и южен мост.

От системите с процесори Pentium и нагоре доминираща роля в пазара на чипсета има Intel. Заедно с разработването на процесори, те разработват и съответните чипсети за тях, което им позволява бързо внедряване и владеене на пазара. Чипсетите на Интел за процесори Pentium ІІ са от серията 440 хх.

На фиг. 1 е показана блок-схемата на компютърна система с процесор Pentium ІІ 450 MHz.



фиг. 1 Блок-схема на компютърна система с процесор Pentium ІІ


Тактовата честота на процесорната шина е увеличена от 66MHz (използвана в Socket 7 системите и първите системи за Pentium II) на 100MHz, позволявайки пропускателна способност от 800МВ/сек.

В сравнение с компютърните системи с Pentium Pro и Pentium MMX се забелязва различие в разположението на L2 кеша. Докато при Pentium MMX L2 кеш паметта е монтирана на дънната платка и работи на честотата на системната шина, а при Pentium Pro е вградена в процесора и работи на процесорната честота, то при Pentium ІІ вторичната кеш памет е монтирана на платката на SEC модула и работи на 1/2 от честотата на процесора.

В първите системи с Pentium II и чипсет 440 FX (Natoma) се използва памет EDO, но следващите системи най-често използват PC 100 SDRAM DIMM модули, които имат пропускателна способност 800МВ/сек. – точно колкото е и пропускателната способност на процесорната шина. По този начин се постига най-добра производителност.

Новост при Pentium II системите с чипсети от 440 LX и по-нови e поддръжката на AGP (Accelerated Graphics Port), което осигурява значително подобряване на производителността на видеосистемата. Базовата AGP шина е 32-битова и работи на 66 MHz (два пъти повече от тази на PCI), осигурявайки пропускателна способност 4Вх 66.67 = 266 MB/s, но повечето от тези системи включват AGP 2х, която работи два пъти по-бързо от стандартната AGP шина (като прехвърля два пъти данни на 1 такт), позволявайки пропускателна способност от 533 МВ/сек.

Има известна промяна и в южния мост на по-новите системи, като в него се вграждат функциите на часовник / CMOS-RAM, дотогава интегрирани в супер I/O чипа.

Чипсети за компютърни системи с процесор Intel Pentium ІІ

Intel 440FX

Първият популярен масов чипсет за Pentium II дънни платки e 440FX, c кодово име Natoma. Това е същият чипсет, който се използва за системи с Pentium Pro, като разликата е, че при Pentium Pro се използва със Socket 8, а при Pentium ІІ – със Slot 1. Този чипсет е проектиран от Intel като по-евтина и по-мощна версия, заместник на чипсета 440КХ за работни станции.

Чипсетът 440FX предлага следните допълнителни възможности:


  • поддръжка на по-бързата EDO памет - до 1GB;

  • кеширане на целия 1GB основна памет (всъщност това е функция на процесора, тъй като L2 кешът и таговете се намират в него);

  • Пълна поддръжка на ЕСС/проверка по четност

  • поддръжка на стандарта PCI 2.1 (с едновременни операции). PCI архитектурата с едновременни операции увеличава производителността на системата, позволявайки паралелни действия по процесорната шина, PCI и ISA шината. Тя осигурява повишена пропускателна способност за по-добра поддръжка на 2D/3D графика, видео и аудио, както и обработка на всички приложения с интензивна дискова дейност.

  • Поддръжка на USB

  • Поддръжка на IDE контролер с управление на шината (Bus Master IDE)

Intel 440LX

През есента на 1997 г. се появяват първите дънни платки за Pentium II с наследника на 82440FX - 82440LX. 440LX е първият, който наистина използва пълните преимущества на процесора Pentium II. Сравнен с 440FX, чипсетът 440LX предлага няколко подобрения:



  • за първи път поддръжка за новата AGP (Accelerated Graphic Port) шина за видеокарти, чиято цел е ускоряването на ЗD-графиката;

  • поддръжка на 66MHz SDRAM памет;

  • поддръжка на IDE интерфейса Ultra-DMA;

  • поддръжка на USB.

Intel 440 EX

Чипсетът 440ЕХ е проектиран като евтина и с по-слаба производителност алтернатива на чипсета 440LX. Той е представен през април 1998 година и е проектиран главно за системи от нисък клас, използващи процесора Celeron, макар че поддържа и Pentium II. Подобно на 440LX поддържа AGP, но няма съответен слот, а графиката се реализира с вградена графична карта с чип AGP на ATI.

На 440ЕХ му липсват някои характеристики, които притежава по-мощния 440LX като поддръжка на два процесора и поддръжка на памет с ЕСС или проверка по четност. Максималната системна тактова честота е 66 MHz. Поддържат се максимално 3 слота PCI вместо 5. Има само две места за модули DIMM.

Intel 440BX

Чипсетьт Intel 440BX e представен през април 1998 година и e първият, който управлява процесорната шина (често наричана front-side шина, или FSB) на 100MHz. Той поддържа Pentium II, който работи с тактова честота 400 MHz (или по-висока), докато предшественикът му LX може да използва максимално процесор 333 MHz-Pentium II. Северният мост носи наименованието 82443ВХ, а за PCI ISA Bridge тук се използва PIIX4 (РІІХ4Е).

Ето и главните характеристики на чипсета Intel 440BX:


  • Поддържа 100MHz SDRAM (PC100); по-новата РС133 памет също може да се инсталира, но просто ще работи на 100MHz;

  • Поддържа както 100MHz, така и 66MHz системна шина и памет;

  • Поддържа до 1GB памет в максимум четири банки (четири DIMM модула);

  • Поддържа ЕСС памет;

  • Поддържа ACPI 1.0.

Intel 440BX е изключително популярен чипсет през 1998 и 1999 година. Той предлага превъзходна производителност и висока надеждност чрез използването на ЕСС, SDRAM и DIMM модули.

Intel 440ZX и Intel 440ZX-66

Чипсетът 440ZX е проектиран като евтина версия на 440ВХ, която да се използва в системи от нисък клас (например такива, базирани на форм-фактора micro-ATX), при които поддръжката на повече памет, производителността и функциите за интегритет (ЕСС памет), налични в 440ВХ не са необходими. Той предоставя 66MHz или 100MHz системна шина за евтини Celeron-и (с или без L2 кеш) и Pentium II/III системи от нисък клас.

Основните разлики спрямо 440ВХ са:


  • Липсва поддръжка на ЕСС или проверка по четност за паметта;

  • Поддържат се само две банки памет (два DIMM слота);

  • Максимална памет само 256MB.



Intel 440GX

Intel 440GX е първият чипсет, оптимизиран за масови работни станции от среден клас, както и за евтини сървъри. По същество той е версия на 440ВХ с добавена поддръжка на процесорния слот Slot 2 (наричан също SC330) за процесорите Pentium П/Ш Хеоn. 440GX може да се използва в конструкции със Slot 1. Той поддържа до 2GB памет, което е два пъти повече спрямо 440ВХ. С изключение на тези неща 440GX на практика е абсолютно същият като 440ВХ.



Intel 450NX

Чипсетът Intel 450NX е проектиран за многопроцесорни системи и стандартни файлови сървъри, базирани на Pentium П/Ш Хеоn процесори. 450NX поддържа до четири Pentium П/Ш Хеоn процесори за Slot 2със системна шина 100MHz. Чрез разширителната шина (Expander Bus) могат да бъдат свързани два специално предназначени разширителни моста на PCI шината (РХВ мостове). Всеки РХВ чип осигурява две независими 32-битови PCI шини на 33 MHz, с опцията те да бъдат обединени в една 64-битова шина на 33 MHz.. С други думи, осигуряват се до четири 32-битови PCI шини или две 64-битови PCI шини. Чипсетьт Intel 450NX не поддържа AGP.


фиг. 2 Класификация на чипсетите на Intel за процесор Pentium ІІ




Графичен порт AGP. Режими на работа

Причини за създаване на AGP

Когато започват да преобладават графичните потребителски интерфейси (като Windows) и особено с развитието на тримерната компютърна графика, възниква и се изостря проблемът със скоростта на обработката на видеоданните.

Входно/изходните шини ISA, MCA и EISA са относително бавни и не могат да осигурят необходимата скорост за редица периферни устройства като видеокартите и твърдите дискове. Поради това възниква концепцията за локалната шина, която се основава на идеята някои от външните устройства (най-често видеокартите) да осъществяват достъп до частта от шината, която е локална за процесора - самата процесорна шина.

Първоначално се създава локалната шина VL-Bus (VESA local bus), която по същество не е нищо друго освен чистата процесорна шина на 486. При нея към изводите на 486 процесора се свързва слот за разширителни карти. Въпреки простата конструкция и ниската си цена тази шина има кратък живот поради проблеми със съвместимостта с процесорите с различни тактови честоти и проблеми със синхронизацията, причинени от натрупване на вредните капацитети от различни карти.

Шината VLB (VESA) скоро е изместена от новата локална шина PCI. Вместо да се свързва директно с процесорната шина, PCI добавя междинен слой между процесорната шина и стандартната входно/изходна шина, като се свързва с тях чрез управляващи чипове, наричани мостове. PCI увеличава значително пропускателната способност и е достатъчна за повечето периферни устройства, с изключение на едно – видеокартите. По това време видеокартата се свързва към шината PCI, която има ограничен трансфер от 133 MB/s. Същата шина е връзка между северния и южния мост и снабдява твърдия диск и другите входно-изходни устройства. Поради това тя се превръща в тясното място на системата.

В средата на 90-те години 3D1 игрите (като Quake и др.) изискват от системата все по-висока производителност, която не може да се осигури от PCI шината. Поради това Интел създават AGP (Accelerated Graphics Port - ускорен графичен порт), който е изцяло предназначен за графични карти.

С AGP Intel решават два основни проблема за внедряването на 3D графиката:


  • обема на паметта за съхраняване на текстурните карти и z-буфера;

  • скоростта на обмен между графичната подсистема и системната памет.

Всяка триизмерна графика, която се показва на компютъра се построява чрез текстурни карти (texture map). Основното значение на думата „текстура” е строеж, структура на материала, от който е направено някакво тяло, например минерал, растение, кост, хартия, плат и др. В компютърната графика под текстура се разбира двумерно, плоско изображение на външният вид на повърхността, което отразява особеностите на материала, от който е направено тялото. При изобразяване на тримерно тяло компютърът взема това двумерно изображение и го обвива около определена триизмерна форма, зададена чрез своите параметри от графичната карта. Това е подобно на изработването на географския глобус, при който с хартия, на която е изобразена картата на Земята, се обвива кълбо. По този начин, чрез текстурните карти се добавя реализъм към компютърните графики. Колкото повече текстурни карти са достъпни за тримерните приложения, толкова по-добре изглежда крайният резултат. Информацията за представяне на дълбочината на изображението (третото измерение) се съхранява в т.нар. z-буфер. Този буфер използва при нормални обстоятелства същата памет, както и текстурите.

С други думи количеството на паметта, в която се съхраняват текстурните карти и z-буфера, оказва пряко влияние върху качеството на тримерното изображение. За увеличаване на тази памет се използват два подхода:



  • увеличаване на собствената памет на графичната карта, което от своя страна оскъпява значително картата и системата като цяло и не е мащабируемо (графичната памет не може да се променя);

  • използване на системната памет за съхраняване на текстурите и z-буфера.

Вторият подход предлага голям обем памет на ниска цена, но в PCI системите производителността на графичната подсистема и системната памет се ограничават от физическите характеристики на шината PCI. Освен това пропускателната способност на PCI е недостатъчна за обработка на графиката в реално време (което е важно за движението на тримерните персонажи в 3D игрите).

Поради тези причини Intel разработват ускорения графичен порт AGP.



Същност на AGP

AGP шината е създадена от Intel като нова шина, проектирана специално за висококачествена 3D графика в реално време и поддръжка на видео. AGP е базирана на PCI, но съдържа няколко допълнения и подобрения, и е физически, електрически и логически независима от PCI. За разлика от PCI, която е истинска шина с няколко конектора (слота), AGP по-скоро е пряка, високопроизводителна връзка от точка до точка, предназначена специално за свързване на графична карта (видеокарта) в дадена система. Чрез AGP може да се включи само един тип устройство – графична карта и то само една, тъй като може да съществува само един AGP порт.

Конекторът на AGP е подобен на PCI, но притежава допълнителни сигнали и механично и електрически е несъвместим с PCI. За да се различава от PCI, е в кафяв цвят, докато PCI слотовете са бели. Разположен е близо до северния мост, процесора и RAM.

В действителност, AGP съединява графичната подсистема с блока за управление на системната памет, делейки този достъп до паметта с централния процесор на компютъра. AGP е интегриран като мостово устройство (bridge) в северния мост на чипсета и е независим от процесора на РС, което позволява за първи път паралелна работа на процесора и графичния чип, работещ като главно устройство на шината. Както и при другите шини, при AGP има главно устройство (Master) и устройства-цели (Target). Главното устройство е графичния контролер върху картата AGP, а устройството-цел – логиката AGP, която е интегрирана в чипсета.

Портът AGP, както и PCI е паралелен, 32-битов, но работи с тактова честота 66 MHz и позволява в зависимост от версията си прехвърляне на съответно 1, 2, 4 или 8 пакета данни за един такт. С тези си характеристики той осигурява от 2 до 16 пъти по-висока пропускателна способност от шината PCI.

Освен повишената пропускателна способност AGP увеличава скоростта на рендиране2 на графиката чрез подобряване ефективността на използване на системните ресурси по следните начини:



  • Специално предназначен порт. Няма други устройства, свързани към AGP, освен графичната карта, поради което тя може винаги да работи с максималния капацитет на връзката.

  • Pipeline (конвейерно) адресиране. PCI прави заявка за само една информация и не прави друга, докато информацията, която е изискана, не бъде прехвърлена. За разлика от това, AGP може да получава множество пакети от данни с една заявка, т.е. в рамките на един достъп до паметта. При AGP се използва сигнала PIPE#, за да се направят множество заявки. По този начин се преодолява спада на пропускливост поради непрекъснато обръщане към паметта и се увеличава производителността. Този трансфер не е съгласуван с процесорния кеш, така че четенията и записите не биват забавяни при кешовите проверки. Това намалява натовареността на шината и ускорява трансфера към графичния процесор. Например, графичната карта може да получи чрез AGP заявка за цялата информация, необходима за рендиране на определено изображение и да я изпрати наведнъж. С PCI графичната карта ще получи информация за височината на изображението и ще чака… след това дължината на изображението и ще чака…. след това широчината на изображението и ще чака, ще комбинира данните и след това ще ги изпрати.

  • Адресиране по странична шина (SBASide-Band Addressing). В този режим се разрешава използването на 8 допълнителни адресни линии освен основните 32 линии. При шината PCI няма разделение между адресните линии и линиите за данни, т.е. тя е мултиплексирана. По 32-разрядната шина отначало минава адресната информация, а след това – данните. В най-производителния „пакетен” режим шината позволява след 32-битовия адрес да се изпратят 4 двойни думи данни, за което са необходими общо 5 шинни такта. При AGP (който е базиран на PCI) възможностите на шината са разширени. Мултиплексирането не е премахнато, но е добавена допълнителна 8-битова адресна шина, която получава името странична (Side-Band Addressing – SBA). Адресната информация по тази странична шина може да се предава паралелно с данните по основната шина, така че не е необходимо да се прочете съдържанието на пакета, за да се получи адресната информация. Това позволява на графичният контролер да използва SBA шината, за да прави заявки, без да прекъсва трансфера на данни. Повишаването на производителността е до 15%. Този режим може да се включва/изключва от BIOS чрез опцията AGP Sideband Addressing.

Освен че предлага значително по-висока скорост, AGP ускорява процеса на рендиране на графиката и чрез по-ефективно използване на системната памет. Дава се възможност на видеокартите да осъществяват високоскоростна връзка със системната RAM памет, така че оперативната памет на дънната платка да се използва за съхраняване на текстурните карти. Това свойство на AGP се нарича DIME (Direct Memory Execute – директно изпълнение на паметта) и е една от най-важните му характеристики.

AGP е в състояние да чете текстурите директно от системната памет, като ги съхранява само веднъж (фиг.3). Това се извършва чрез използване на GART (Graphics Address Remapping Table - таблица за преразпределяне на адресите за графика). GART преадресира частта от системната памет, която AGP заимства за съхраняване на текстурните карти. Новият адрес, осигурен от GART, кара процесора да смята, че текстурата е съхранена в буфера за кадри (frame buffer) на графичната карта. GART може реално да поставя части от текстурата из цялата системна памет, но когато процесорът се обръща към текстурата, той счита че текстурата е на адреса, посочен от GART. Така на графичната карта се позволява да има директен достъп до текстурите. Максималното количество системна памет, достъпно за AGP, се дефинира като AGP апертура (aperture – пролука, процеп). Поради по-ефективното използване на паметта се увеличава не само производителността на 3D графиката, но и на двумерната графика.

Освен по-ефективния процес на съхраняване на текстурите, чрез директния достъп до системната памет се решават още два проблема:


  • като се използва повече и по-бърза системна памет, се намалява броя на текстурите, които трябва да се съхраняват в паметта на графичната карта, т.е. достатъчни са карти с по-малко собствена памет;

  • размерът на текстурните карти, които компютърът е в състояние да обработи, не се ограничава от наличната памет на графичната карта.

фиг. 3 Компютърна система, използваща AGP


Използването на DIME позволява на една видеокарта да осъществява директен достъп до системната памет, като се дава възможност паметта на видеокартата да бъде разширена чрез стандартната памет от дънната платка. Това позволява както вграждането на евтини видео решения директно на дънната платка, без да е необходимо да се включва допълнителна видеопамет, така и възможност AGP картата да споделя системната памет. При високопроизводителните карти, от друга страна, се наблюдава тенденцията да включват в себе си все повече и повече собствена видеопамет, което е особено важно при изпълняването на сложни 3D видеоприложения.

Инициализацията на AGP графичната карта се извършва изцяло през PCI, преди AGP да влезе в действие. Основните AGP функции се активират не чрез BIOS, а чрез операционната система (Direct Draw).



Спецификации и режими на работа на AGP

Протоколът AGP има 4 режима на предаване, които се означават с 1х, 2х, 4х и 8х.

Спецификацията AGP 1.0 е публикувана от Intel през юли 1996 година. Тя дефинира 66 MHz тактова честота с 1х или 2х предаване на сигнали и използва 3,3V. Режимът 1х съответства функционално на обмена при PCI и при него на всеки такт се извършва по един трансфер. Скоростта на предаване е 66 MHz x 4 байта x 1 трансфер = 266МВ/s, което е два пъти повече от пропускателната способност на PCI. При предаване в режим 2х чрез тригер се използват двата фронта на тактовия импулс, при което на всеки такт се осъществяват по две прехвърляния, като резултатът е 533МВ/s. Въпреки че най-ранните AGP карти поддържат само режима AGP 1х, повечето производители бързо преминават към режима 2х.

Предимства на AGP пред PCI

Предимството на AGP е по-високата производителност, дължаща се на:



  • по-високата тактова честота – 66 MHz срещу 33 MHz за стандартната PCI;

  • способността да пренася съответно 2, 4, 8 пакета данни за един такт.

  • независимост - не споделя ресурсите си с други устройства, както при PCI. Освен това, тъй като AGP е независима от PCI, използването на AGP видеокарта освобождава PC1 шината за по-традиционен вход и изход, като например IDE/ATA или SCSI контролери, звукови карти и т.н.;

  • при метода за достъп до паметта pipelining, AGP прави множество заявки за информация в рамките на един достъп до паметта.

  • възможност за използване на sideband адресиране (адресиране по странична шина), което означава че адресната шина и шината за данни са разделени, така че не е необходимо да се прочита съдържанието на пакета, за да се получи адресната информация. Това е направено чрез добавяне на 8 допълнителни линии, предназначени за адресирането.

  • подобрено взаимодействие със системната оперативна памет (RAM) - AGP контролерът се намира в северния мост, което позволява високоскоростна комуникация между картата и системната памет. Това позволява и буферирането на изображението (frame buffer) да се извършва в RAM паметта, а не във видео паметта.

  • Използването на DIME (директно изпълнение на паметта) позволява на една видеокарта да осъществява директен достъп до системната памет, като се дава възможност паметта на видеокартата да бъде разширена чрез стандартната памет от дънната платка За разлика от графичните карти PCI, AGP е в състояние да чете текстурите директно от системната памет, като ги съхранява само веднъж

В заключение, характеристиките на AGP позволяват на видеокартата да се справи с изискванията на високоскоростното рендиране и възпроизвеждане на 3D графика в реално време, както и с възпроизвеждането на видео с кинематографично качество на РС-то.



Недостатъци на AGP

AGP портът има следните важни недостатъци:



  • предназначен е само за видеокарти;

  • може да поддържа само една видеокарта в системата.

Краят на AGP

Въпреки че портът AGP 8x (2133MBps) е 16 пъти по-бърз от 32-битовата 33MHz PCI шина (133MBps), AGP 8x е два пъти по-бавен от PCI-Express x16 (4000MB/s). Започвайки от средата на 2004 г., производителите на дънни платки и компютърни системи започват да заместват във високопроизводителните компютърни системи с процесори Pentium 4 и Athlon 64 порта AGP 8x с разширителни слотове PCI-Express x16. От 2006 г. повечето дънни платки във всички ценови диапазони са снабдени със слотове PCI-Express x16 вместо AGP. Някои дънни платки, създадени в периода на преход към PCI-Express притежават и двата вида слотове: AGP и PCI-Express x16.



В съвременните дънни платки вече почти не се използва AGP.


1 3D- three dimensional – триизмерен

2 Рендиране – процес на визуализация на тримерното тяло, при който чрез изчисления се получава двумерно изображение с цветове и светлосенки, създаващо илюзията за тримерност. При визуализацията се отчитат формата и разположението на тялото, ъгълът под който се гледа, светлинните източници, наложените текстурни карти и др.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница