Список дополнительных источников
1. Системные платы фирмы ASRock
1.1. http://www.asrock.com/support/CPU.ru.asp.
1.2. http://www.asrock.com/mb/index.ru.asp?s=n.
2. Системные платы фирмы ASUSTeK (ASUS)
http://support.asus.com/cpusupport/cpusupport.aspx.
3. Системные платы фирмы Biostar
http://www.biostar.com.tw/app/en/mb/index.php
4. Системные платы фирмы EliteGroup (ECS)
http://eu.ecs.com.tw/ECSWebSite/Support/Support_CPU_List.aspx?CategoryID=1&MenuID=52&LanID=6.
5. Системные платы фирмы Gigabyte (Giga-byte)
hhttp://www.gigabyte.ru/products/mb/.
6. Системные платы фирмы Intel
http://processormatch.intel.com/CompDB/.
7. Системные платы фирмы SuperMicro
7.1. http://www.supermicro.com/products/motherboard/ (для процессоров Intel) В меню "Motherboards" слева выберите тип процессора.
7.2. http://www.supermicro.com/Aplus/motherboard/ (для процессоров AMD) В меню "A+ Motherboards" слева выберите тип процессора.
8. Системные платы фирмы Micro-Star (MSI, MicroStar)
http://www.microstar.ru/program/products/mainboard/mbd/pro_mbd_cpu_support.php?kind=1&CHIP=Socket%20A&ID=2.
9. Системные платы фирмы TYAN
http://www.tyan.com/support_download_cpu.aspx.
10. Системные платы фирмы Foxconn
http://www.foxconnchannel.com/product/Motherboards/compatibility_detail.aspx?model_id=&type_id=en-us0000001.
11. Системные платы фирмы Epox
http://www.epox.ru/data/download/cpu/epox-cpu-support.zip.
12. Системные платы фирмы Elpina
http://www.pcchips.com.tw/PCCWebSite/Support/CPU_Support.aspx?CategoryID=1&MenuID=69&LanID=0&ln=6.
Приложение
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Архитектура ВС»
по теме «Исследование характеристик устройства из состава архитектуры ПЭВМ»
Разработал Ф.И.О. студента
гр. ХХ-ВС
Проверил Ф.И.О. преподавателя
ХХХХг.
Полоцкий государственный университет
Факультет информационных технологий
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ВС и С
________________( )
(подпись)
«___» хххххххххя 20ХХ г.
З А Д А Н И Е
По курсовой работе
Студенту группы хх-ПЭЛз Хххххххххх Хххххххххххх Хххххххххххххх
1. Тема: Исследование характеристик устройства из состава архитектуры ПЭВМ.
2. Сроки сдачи студентом законченной работы - 06.01.20хх г.
3. Исходные данные: тип системной платы ПЭВМ - Intel 430VX,
заданное устройство на системной плате - Контроллер ISA-Lpt,
прикладные программы для обслуживания устройства - собственной разработки.
4. Содержание пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих рассмотрению):
Введение. Назначение заданного устройства в архитектуре ПЭВМ.
1. Обзор системной (материнсукой) платы (МП): описание центрального процессора (ЦП), схемы оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), используемой шинной архитектуры и установленных устройств ввода-вывода, анализ ресурсов, требующихся для их работы (используемые прерывания, доступное адресное пространство, порты доступа и т.д.).
2. Исследование принципиальной схемы заданного устройства и его функциональной структуры, а также сопряжения с используемой шиной для связи с ЦП.
3. Описание протоколов обмена даннымиисследуемого устройства через шину сопряжения с ЦП ПЭВМ или через систему ввода-вывода с подключаемыми внешними устройствами (ВУ).
4. Рассмотрение основных программ или функций BIOS для обеспечения интерфейса связи с заданным устройством.
Заключение. Перспективы дальнейшего использования данного устройства в составе архитектуры ПЭВМ.
5. Перечень разрабатываемого графического материала по курсовой работе:
5.1. Общая схема используемой системной (материнской) платы.
5.2. Принципиальная схема заданного устройства.
6. Дата выдачи задания на курсовую работу: 30.10.20xx г.
7. Календарный график работы над заданием на весь период выполнения курсовой работы (с указанием сроков выполнения и трудоемкости отдельных этапов):
7.1. 25.11.20xx - 25 %
7.2. 08.12.20xx - 50 %
7.3. 22.12.20xx - 75 %
7.4. 05.01.20xx - 100 %
Руководитель:доцент, к.т.н. ___________________________________ (___________)
(подпись)
Задание принял к исполнению ___________________________________(___________)
(дата и подпись студента)
СОДЕРЖАНИЕ.
Лист
| |
Введение. Контроллер шины ISA-Lpt………………………………………………..
1. Обзор системной (материнсукой) платы Intel 430VX…………………………..
2. Исследование принципиальной схемы контроллера шины ISA-Lpt……………….
2.1. Разработка блока буферизации сигналов магистрали………………………….
2.2. Разработка блока селектора адреса………………………………………………
2.3. Разработка блока асинхронного обмена по ISA…………………………………..
3. Описание протоколов обмена данными по шине ISA…………………………..
3.1. Особенности шины ISA………………………………………………………….
3.2. Сигналы шины ISA……………………………………………………………….
3.3. Адреса портов доступа шины ISA………………………………………………
3.4. Адресное пространство шины ISA………………………………………………
3.5. Поддерживаемые аппаратные прерывания шины ISA………………………..
3.6. Электрические характеристики линий шины ISA………………………………
3.7. Описание временных диаграмм входных и выходных сигналов
и протоколов обмена данными по шине ISA, используемых в
разрабатываемом интерфейсе………………………………………………………..
4. Рассмотрение основных программ или функций BIOS для обеспечения
работы контроллера параллельного обмена по шине ISA…….………………..
4.1. Разработка программ-драйверов и тестирующих программ……………………
4.2. Разработка прикладной программы использования контроллера
параллельного обмена по шине ISA…………………………………………………..
4.3. Рекомендации по наладке контроллера параллельного обмена………………
Заключение……………………………………………………………………………
Список использованной литературы………………………………………………..
Приложения:
1. Общая схема системной (материнской) платы Intel 430VX ………………….
2. Принципиальная схема контроллера ISA-Lpt…………………………………
Введение. Контроллер шины ISA-Lpt
Архитектура персонального компьютера типа IВМ РС с точки зрения разработчика устройства сопряжения (УС) или контроллера, обеспечивающего связь периферийного устройства и системы ввода-вывода ПЭВМ, ориентированного на шину ISA, может быть представлена в виде схемы (см. рис.1). Помимо центрального процессора, оперативной памяти, стандартных средств ввода/вывода, входящих в любую микропроцессорную систему, здесь следует отдельно выделить встроенные контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти (ПДП), перестановщик байтов данных, программируемый таймер и контроллер регенерации памяти.
Все эти устройства, расположенные на материнской (системной) плате компьютера или вставленные в слоты 18А (устройства ввода/вывода), участвуют в обмене по магистрали и могут быть использованы разрабатываемыми УС.
Задатчиками (хозяевами) шины могут выступать центральный процессор (самая обычная ситуация), контроллер ПДП, контроллер регенерации и некоторые внешние платы. В каждом цикле обмена задатчиком всегда является только одно устройство. Контроллер ПДП захватывает магистраль (запрещает работу центрального процессора) на время прямой передачи информации между устройством ввода/вывода и памятью (по запросу устройства ввода/вывода). Контроллер регенерации периодически становится задатчиком магистрали для проведения циклов регенерации системной динамической памяти через заданные интервалы времени.
Обмен процессора с памятью и с другими устройствами осуществляется через локальную шину ISA.
Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера.
Функции, выполняемые УС, можно разделить на две группы. К первой группе относятся интерфейсные функции, то есть те, которые обеспечивают обмен с выбранным интерфейсом компьютера (ISA, Centronics, RS-232С или какие-нибудь еще). Вторую группу образуют операционные или основные функции, ради которых, собственно, и создается УС.
Соответственно с этими двумя выделенными группами функций в структуре УС можно также выделить две части: интерфейсную и операционную. При этом подходы к проектированию устройств для этих двух частей имеют принципиальные отличия. Ведь операционные части различных УС могут быть самыми разнообразными. А вот интерфейсные части практически у всех УС одинаковы или очень похожи между собой, так как интерфейсные функции жестко определяются протоколом выбранного стандартного интерфейса. Конечно, интерфейсные части могут быть более или менее сложными в зависимости от задачи, решаемой УС, но все-таки все они состоят из одного и того же набора блоков и узлов, реализующих одинаковые функции и строящиеся, как правило, по стандартным схемам.
1. Обзор системной (материнсукой) платы Intel 430VX.
Схемотехнические решения со времен персональных компьютеров (PC) класса IBM XT развивались в двух направлениях: увеличение быстродействия и удобства ссборки компьютера. Эти критерии обязательно учитываются разработчиками компьютеров PC и узлов к ним.
Законодателем в области архитектуры персональных компьютеров по-прежнему остаются компании Intel и Microsoft, как основной производитель системного программного обеспечения.
Начиная с поколения процессоров Pentium, компания Intel взяла на себя разработку инфраструктуры всего системного блока в целом. В предшествующих поколениях PC внимание на разработку периферии Intel не концентрировала.
В данном обзоре архитектуры платы Intel 430VX пойдет речь о семействt периферии, созданной компанией Intel для поддержки поколений процессоров Pentium.
 |
Рис. 1.1. Поколения процессоров Pentium
Процессор поколения Pentium по сравнению с предыдущими поколениями отличается рядом технических новшеств:
- тактовые частоты ядра процессора, начиная с 75МГц;
- тактовые частоты шины процессора, начиная с 50МГц;
- использование интерфейсов с синхронной передачей данных и управляющих сигналов;
- использование цифровой логики с меньшими логическими уровнями, позволяющей
- стабильно функционировать системе на частотах выше 30МГц;
- использование синхронной масштабируемой шины PCI;
- технология Plug & Play, позволяющая автоматически распределять разделенные ресурсы (порты, память, прерывания) и управлять функционированием устройств.
Все эти нововведения привели к необходимости изменить устоявшиеся принципы построения архитектуры системных плат для поколений 386-х и 486-х процессоров.
В первую очередь перечисленные нововведения повлекли за собой повышение степени интеграции компонентов системной платы и встраиваемых устройств. Это привело к тому, что потребовался новый принцип разделения системной платы на модули. Он должен быть удобным и положительно сказываться на быстродействии системы в целом.
Наиболее приемлемым вариантом является разделение компьютера на функциональные уровни с разной степенью интеграции (скорость, разрядность, синхронность/асинхронность) и при этом сохранение совместимости с архитектурой предыдущих поколений (от AT до 486-х). В этом случае каждый из уровней обладает своими техническими особенностями, а между ними необходимо установить гибкую и быстродействующую связь. Задача состоит в том, чтобы совместить части, разные по своей сути: создать мост между ними.
Можно выделить три уровня архитектуры, которые необходимо объединить в пределах одной системной платы:
Быстрая. (ЦПУ-ПЗУ) Использование быстрых процессоров влечет за собой увеличение скорости оперативной памяти. Это привело к тому, что память и процессор объединены в один блок, имеющий соединение с остальными частями компьютера.
Гибкая. Системная плата должна быть масштабируемой, чтобы была возможность подключения большого количества устройств с различной скоростью обмена данными в том числе и старой конструкции для шины ISA.
Совместимая. Необходима возможность подключения устройств, работающих по асинхронным принципам ISA, IDE. ROM BIOS. COM порты, LPT порты, FDD контроллер, контроллер клавиатуры и т. д.
Решением этой задачи стал уже разработанный к моменту появления процессора Pentium стандарт шины PCI. В этот стандарт были заложены так называемые мосты, выполняющие функции соединителей цифровых схем с различными характеристиками с синхронной шиной PCI, что позволяет объединить как синхронную, так и асинхронную передачу данных. Причем, эта шина не обладает выделенным направлением и соответственно «главным» соединителем, что позволяет на ее основе собирать многопроцессорные системы.
В стандарт PCI заложена технология Plug & Play. Ее основа - это пространство конфигурации. Каждое устройство содержит массив байтов. Все массивы устройств и образуют это пространство. Количество этих массивов ограничено числом устройств, которые установлены и места, в которые устройства могут быть установлены. Назначение одних строго определено спецификацией PCI. а остальные могут использоваться для специфических настроек.
Как удобно расположить соединители на системной плате и сколько их нужно? Все быстрые синхронные низковольтные логические устройства объединили в микросхему с названием северный мост, обеспечивающую работу процессора. С одной стороны микропроцессор и 2х уровневая память, с другой стороны PCI. к которой подсоединены другие соединители.
Вес асинхронные соединители было удобно расположить в одну микросхему южного моста, хотя в первых системных платах поколения Pentium можно было встретить южный мост, состоящий из нескольких микросхем.
Таким образом набор микросхем или чип-сет состоит из северного и южного моста. Эти названия используются в большом количестве компьютерной литературы.
Рассмотрим Intel чип сеты, относящиеся к поколению Pentium: 430FX. 430VX. 430НХ, 430ТХ.
Па рисунке Приложение 1 показана общая функциональная схема материнской платы на базе чип сета 430VX. (другие чип сеты имеют незначительные отличия, которые сведены в таблицы 1 и 2).
Преобразователь напряжения питания для низковольтной цифровой логики.
Впервые он появился на системных платах для 486-х процессоров с питанием 3.3v. Это связано с тем. что цифровая логика с напряжением питания от 5v не может стабильно работать на частотах выше 30 - 40МГц.
В рассматриваемой системе установлено два преобразователя напряжения:
"Core" - преобразователь питает ядро процессора.
"I/O" - преобразователь питает систему ввода/вывода процессора и устройства подсоединенные к шине процессора: северный мост, КЭШ, память SDRAM.
Необходимость в отдельном преобразователе для ядра процессора возникла при переходе на процессоры с тактовыми частотами ядра более 133МГц. что в свою очередь требует напряжение питания меньше 3.3V.
Шина имеет значительно меньшую тактовую частоту, но большую чем 33МГц. поэтому шина питается от источника в 3.3V.
Напряжение стабилизации источника "Core" должно быть регулируемое. Это необходимо для поддержки различных типов процессоров. Напряжение питания "I/O" может быть как фиксированным, так и регулируемым.
Рис. 1.2. Импульсный преобразователь напряжения.
Импульсный блок питания (преобразователь напряжения). Принципиальная схема импульсного блока питания показана на рисунке 1.2. Он состоит из микросхемы управления SC115O (SEMTECH) и инвертора напряжения, собранного на элементах Ql, Rl, D1, Сб.
Перестройка выходного напряжения осуществляется цифровым кодом на входах VID0 - VID3. Шаг перестройки 0.1V. Такой преобразователь обладает высоким КПД. что значительно уменьшает нагрев элементов Q1 и D1. Рабочая частота 200КГц. Недостатком является возможный выход из строя конденсатора С6 из-за превышения значения импульсных токов через него. Наиболее оптимально составить С6 из 3 конденсаторов по ЮООмкф. В этом случае импульсные токи не будут нагревать эти конденсаторы.
Нагрузочная способность такого преобразователя около 13А.
В некоторых системных платах встречаются: комбинации один преобразователь собран на биполярном транзисторе, а другой на микросхеме стабилизатора. Или в одну микросхему собран импульсный преобразователь и линейный стабилизатор с мощным полевым транзистором (R.C5O36, Raytheon).
Синтезатор частот.
Микросхема синтезатора тактовых частот (см. рис.1.2.) синтезирует тактовые частоты для всех шин системной платы от одного генератора и содержит элементы фазовой задержки некоторых тактовых сигналов (clock skew).
Использование синтезатора позволяет гибко перенастраивать тактовые частоты системной платы и синхронизировать работу всех устройств.
Первичная частота задастся от кварцевого генератора с частотой 14.31818 МГц.
Вес остальные частоты получаются путем деления или умножения первичной частоты. Коэффициенты умножения перестраиваются перемычками на системной плате.
На рисунке Приложение 1 показано, что все сигналы тактовой частоты на системной плате подводятся к каждому элементу отдельно.
В таблицу 1.1. сведены основные тактовые сигналы, синтезируемые для работы системной платы. Диапазоны указаны для чип сета 430VX.
| тактовый сигнал | диапазон перестройки частоты, МГц |
| шина процессора | 50-83 |
| SDRAM | 50-83 |
| шина РCI (CPU 2 или асинхронно) | 25-41,5 (асинхронно 32) |
| шина USB | |
| шина ISA | 8, 14,318 |
| FDD контроллер |
Таблица 1.1. Основные тактовые частоты устройств на системной плате 430VХ.
Синтезатор частот необходим для обеспечения работы шин с синхронной передачей данных. Они обладают гораздо большей пропускной способностью, чем асинхронные шины. Поэтому все высокоскоростные узлы компьютера соединены синхронными шинами. К примеру, шина процессора, синхронная динамическая память (DIMM), шина PCI.
Рис. 1.3. Принцип работы синхронного обмена данными.
Па рисунке 1.3. показана принципиальная временная диаграмма синхронной передачи данных. В асинхронной передаче данных управляющие сигналы поступают в произвольные моменты времени. В случае же синхронной передачи управляющие сигналы привязаны к тактовому сигналу.
На диаграмме показана привязка к спадам тактового сигнала. Информация по шине передастся пакетами. Пакет содержит адрес получателя, команду и одну или более посылок данных. Каждое устройство, подсоединенное к шине и включенное на прием, распознает адрес пакета. Когда устройство идентифицирует передаваемый по шине пакет, оно отвечает сигналом подтверждения приема и начинает отработку протокола шины в зависимости от поступившей команды.
Одна передача данных производится за один такт.
На диаграмме заштрихованной областью показано время переключения состояний сигналов.
Запись состояния сигналов в регистры устройств происходит по фронту тактового сигнала. Если передатчик пакета или приемник по каким-то причинам не успевает передавать или принимать данные (например, время доступа к памяти больше времени между двумя соседними передачами данных) то в пакет вставляются такты задержки.
Такты задержки могут вставлять в цикл, как приемник, так и передатчик данных.
Обычно принято изображать пакет в виде шаблона «3-1-1-1». где цифры означают, за сколько тактов передается одно слово данных. Разрядность слова определяется разрядностью шины. Первое слово данных передается за 3 такта, а остальные 3 слова, передаются за один такт каждое. Количество цифр в шаблоне зависит от длины пакета. Количество данных передаваемых в одном пакете зависит от длины пакета и разрядности слова.
Зная частоту шины, ее разрядность и шаблон цикла можно определить, сколько данных, и за какое время будет по этой шине передано.
Управляющие сигналы и сигналы данных передаются с задержкой, поэтому используется задержанное тактирование. Наглядно это можно представить изменением хода времени в приемнике и передатчике. Часы приемника «отстают» от часов передатчика. Например, шина PCI имеет 4 слота. Сигналы управления и данных к разным слотам приходят в разное время. Чтобы не было ошибок в работе, тактовые сигналы задерживаются от слота к слоту. Таким образом, устраняется влияние задержки сигналов.
Для каждого типа чип сета разрабатывается своя микросхема синтезатора частот. Это связано с топологией печатной платы и количеством устройств подсоединенных к шинам с синхронной передачей данных.
Северный мост. Как видно из структурной схемы (Приложение 1) северный мост обеспечивает соединение шины процессора с шиной PCI. Так же в этом функциональном блоке находится контроллер КЭШ памяти и контроллер оперативной памяти.
Название чип сета (и типа системной платы) берется от названия северного моста, видимо потому, что все свойства компьютера определяются именно им.
Во всех рассматриваемых чип сетах функциональный блок северного моста выполнен в виде одной микросхемы в корпусе QFP для 430FX, 430VX и в корпусе BGA для 4301IX и 430ТХ.
В таблице 1.2. приведены различия между этими микросхемами.
| параметр | 430FX | 430НХ | 430VX | 430TX |
| частота шины процессора. МГц. | 50-66 | 50-66 | 50-75 | 50-83 |
| тип и размер КЭШ памяти. Кб | обычный или конвейерный, | конвейерный. 512 | конвейерный. 512 | конвейерный. 512 |
| область кэширования. Мб. | ||||
| мультиплексор данных | внешний | встроенный | внешний | встроенный |
| максимальный размер оперативной памяти. Мб. | ||||
| поддерживаемые типы динамической памяти | FastPage. EDO DRAM | FastPage. EDO DRAM, SDRAM | FastPaae. EDO DRAM, SDRAM | FastPage. EDO DRAM, SDRAM |
| число банков памяти | ||||
| цикл FastPaae | 7-3-3-3 | 6-3-3-3 | 6-3-3-3 | 6-3-3-3 |
| цикл EDO | 7-2-2-2 | 5-2-2-2 | 6-2-2-2 | 5-2-2-2 |
| цикл SDRAM | - | - | 7-1-1-1 | 6-1-1-1 |
| версия PCI | 2.0 | 2.1 | 2.1 | 2.1 |
| поддержка четности памп и | нет | есть | нет | нет |
Таблица 1.2. Различия параметров северного моста семейства Pentium.
Цифровую логику в северном мосте можно разделить на 3 функциональные части: