Цифровой запоминающий осциллограф ЦЗО_01 на базе ПЭВМ типа IBM PC

Сразу оговорим условие, что при выборе системной платы, будем рассматривать только два типоразмера: Baby-AT и ATX.

Первый тип появился в 1982 г. И хотя в настоящее время корпорация Intel сняла с производства эти платы, они широко представлены на нашем рынке, поскольку могут быть установлены практически в любой корпус.

Системные платы АТХ были представлены корпорацией Intel весной 1996 г. спецификация АТХ для системных плат предусматривает:

При их изготовлении широко используется интеграция на материнской плате стандартных периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров , параллельных и последовательных портов, а также ( по мере необходимости ) видео и звуковых адаптеров, модемов и интерфейсов локальных сетей.

Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода/вывода размером 15,9*4,4 см, находящейся на тыльной стороне платы.

Наличие одноключевого разъема источника питания.

Изменеие местоположения CPU и модулей памяти на материнской плате. Теперь они не мешают картам расширения, их легко заменить; CPU и модули памяти располагаются около вентилятора блока питания.

Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, интегрированных в материнской плате, ближе к накопителям. Это означает, что длину внутренних кабелей данных можно уменьшить.

Итак, для сравнения возьмем две системные платы: первая выпущена TOMATOBOARD 5SVA на чипсете VIA Appollo VPX. Она имеет следующие характеристики:

Установку процессоров Intel Pentium до 233 МГц, включая ММХ.

Chipset VIA VPX, состоящий из 82C585 VPX PCI/memory controller, 82C587 data bus accelerator, 82C586A PCA ISA IDE accelerator.

Кэш - 256/512 Кбайт

Flash BIOS производитель AWARD

Четыре 72-pin SIMM. Максимальный объем памяти 128 МВ

Один разъем DIMM для SDRAM. Увеличение до 256 МВ

Три слота 16-бит ISA и три 32-бит PCI

Два интегрированных UltraDMA-33 EIDE, имеют два разъема для подключения IDE устройств ( Hard Disk, CD-ROM …)

Встроенный Prime 3C I/O чипсет обслуживает один контроллер дисковода, два последовательных и один параллельный порт.

Форм-фактор - АТ

Вторая системная плата- от фирмы Tekram, ранее более известной у нас своими контроллерами, имеет форм-фактор АТХ. Это системная плата P5T30-A4. Она имеет:

BIOS-AWARD

Кэш-512 Кбайт

Конструктив - Socket 7

Плата выполнена на чипсете Intel 430TX. Имеет 4 PCI и 3 ISA слота. Под оперативную память предусмотрено два разъема DIMM и 4 SIMM. Максимальный объем устанавливаемой памяти - 256 Мбайт. Порты - 2 последовательных и 1 параллельный, 2 порта USB. Поддерживаемые частоты - 50,55,60,66,75 МГц. Диапазон установки множителей - 1,5-3,5 (шаг 0,5). Диапазон регулируемых установок напряжения на ядре процессора 2,0-3,2 В (шаг -0,1). Отметим, что фирма Intel выпустила чипсет - Triton 430TX в начале 1997 г., специально для CPU Pentium MMX.

При сравнении этих системных плат, оценке их качественных показателей, хочется отметить, что они одного ценового уровня( около 80 долларов). Имеют один конструктив Socket/Super 7, что определялось типом процессора. Однако, говоря о главных отличительных чертах, следует сказать, что при использовании процессора Pentium с технологией MMX, предпочтение следует отдать чипсету Intel 430TX, так как это существенно увеличит производительность РС. Между тем, при использовании процессора фирмы АМD или Cyrix, предпочтение отдают чипсету VIA, да и тактовую частоту выше 66 МГц поддерживают официально только они (хотя чипсет Intel и способен работать с частотами 75 и 83 МГц для процессоров Cyrix, однако официально его частота ограничена 66 МГц). Кроме того, плата на чипсете 430 ТХ сохранит преимущество в скорости только в том случае, если объем установленной на плате памяти не будет превышать 64 Мбайт. Дело в том, что больший объем ОЗУ чипсетом i430ТХ не кэшируется и возникает резкое снижение производительности, а для микросхем VIA эта проблема отсутствует.[5]

Все это необходимо учитывать при выборе системной платы.

5.2. Выбор микропроцессора

На настоящий момент на нашем рынке широко представлены детища таких известных фирм, как Intel, AMD (Advanced Micro Devices), Cyrix. Здоровая конкуренция (а может быть и нездоровая) между ними, привела к бешенной гонке за “майкой лидера”. Если эта тенденция развития процессоров сохранится, то проблема создания искусственного интелекта будет решена в ближайшее время. Итак - чтоже выбрать?

Вернемся к требованиям программного комплекса. Как было сказано выше, процессора с тактовой частотой 133 МГц вполне достаточно, чтобы обеспечить устойчивую работу ПК. Из числа продаваемых у нас и удовлетворяющих этому условию, выберем Pentium 133 фирмы Intel и K5-PR133 AMD.

Первый, является CPU Pentium второго поколения и использует для работы умножение тактовой частоты 66*2. Высокая производительность этого процессора достигается усовершенствованием старых и применением новых технологий:

По сравнению с CPU 80486 в CPU Pentium получила дальнейшее развитие конвейеризация вычислений. Во-первых, увеличено до пяти количество ступеней конвейера; во-вторых, этот процессор имеет уже два конвейера, поэтому он называется суперскалярным. Таким образом могут обрабатываться параллельно две команды.

Новым средством CPU Pentium является предсказание переходов. Для этого имеется специальный буфер адреса перехода (Branch Target Buffer,BTB), который хранит данные о последних 256 переходах.

В CPU интегрировано 16 Кб кэш-памяти, разделенных на 8 Кб кэш-памяти команд и 8 Кб кэш-памяти данных. Благодаря подобному разделению исключается наложение команд и данных.

Процессор Pentium оборудован сопроцессором, дающим 3-, 4-кратный выигрыш по скорости выполнеия операций по сравнению с сопроцессором CPU 486.

Адресная шина Pentium 32-битная, в то время как шина данных является 64-битной.

Второй процессор выпущен фирмой AMD в 1996 г. При его изготовлении, была применена более усовершенствованная технология. Конструктивно этот CPU выполнен в 256-штырьковом корпусе типа SPGA и устанавливается в гнездо Super 7. Однако перед установкой подобного процессора необходимо посмотреть документацию на системную плату и убедится, что она поддерживает AMD K5.

Основные отличия AMD K5 и Pentium приведены в таблице 5.2.1.

Таблица 5.2.1.

Основные характеристики процессоров AMD K5 и Pentium

Элементы архитектуры CPU	AMD K5	Pentium
Суперскалярная архитектура (количество ступеней)	5	5
Количество конвейеров	4	2
Кэш-память первого уровня (команды+данные),Кб	16+8	8+8
Исполнение по предложению	+	-
Динамическое предсказание переходов	+	-
80-разрядный FPU	+	+

Если же рассматривать процессоры, изготовленные по технологии ММХ, то нужно отметить следующее. Технология ММХ ориентирована на решение задач мультимедиа, требующих интенсивных вычислений над целыми числами. Подобные задачи решают игровые, коммуникационные, обучающие и др. программы, которые используют графику, звуки, трехмерное изображение и т.п. Не будем углубляться в сущность технологии. Отметим лишь то, что она использует методику, которая называется одиночной командой со множественными данными (Single Instruction Multiple Data, SIMD) и ориентированна на алгоритмы и типы данных, которые характерны для программного обеспечения мультимедиа. Наряду с поддержкой новых команд, в CPU Pentium MMX внесено много схемотехнических и архитектурных изменений, повышающих его производительность:

• Вдвое увеличен размер кэш-памяти первого уровня - 16 Кб для данных и 16 Кб для команд
• Увеличена на один шаг длина конвейера, которая стала составлять 6 ступеней
• Блок предсказаний переходов заимствован у CPU Pentium Pro
• Вдвое увеличено количество буферов записи данных (4 вместо 2)
• Имеется возможность исполнения двух команд ММХ одновременно
• Улучшен механизм параллельной работы конвейеров
• Процессор имеет встроенный тест (Self Test)

Если говорить о конкурирующих компаниях, то они также выпустили ММХ-версии своих процессоров. Это Cyrix 6*86 MX и AMD K6. Архитектура CPU 6*68 MX основана на тактовой частоте процессора 6*68, однако имеет ряд значительных улучшений. Процессор 6*68 МХ оборудовн кэш-памятью первого уровня емкостью 64 Кб. Он выполнен по суперскалярной схеме. Поскольку цены на этот тип процессора примерно одинаковы (по прайсу фирмы “компьютерный мир” около 70 долларов), то решающим фактором будет тип чипсета. Для Pentiuma 166MMX оптимально использование i430TX, а для AMD K6 - VPX.

5.3. Выбор оперативной памяти

Элементы памяти составляют основу внутреннего функционирования любой вычислительной системы, так как с их помощью данные хранятся и могут быть вновь прочитаны при дальнейшей обработке. Чтобы CPU мог выполнять программы, они должны быть загружены в оперативную рабочую память ( под рабочей памятью мы понимаем память, доступную для программ пользователя). CPU имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти (Random Access Memory, RAM - память с произвольным доступом), с другой же - “периферийной”, или внешней , памятью ( гибкими и жесткими дисками ) процессор работает через буфер, являющийся разновидностью оперативной памяти, недоступной пользователю. Только после того, как программное обеспечение будет считано в RAM с внешнего носителя данных, возможна дальнейшая работа системы в целом.

Оперативная память, или как еще называют ее техническую реализацию - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM), представляет собой самую быструю запоминающую среду компьютера. Принципиально имеет значение то, что информация может быть как записана в нее, так и считана.

Оперативная память имеет свои достоинства и недостатки:

Благодаря малому времени доступа к памяти скорость обработки данных существенно возрастает. Если бы информация считывалась ( соответственно записывалась ) только с внешних носителей, то пользователь проводил бы в ожидании завершения выполнения той или иной операции много времени.

Недостатком оперативной памяти является то, что она является временной памятью. При отключении питаня оперативная память полностью “очищается”, и все данные, не записанные на внешний носитель, будут навсегда потеряны.

Оперативная память принадлежит к категории динамической памяти, т.е. ее содержимое во время эксплуатации должно “освежаться” через определенные интервалы времени. Не будем углубляться в принципы работы оперативной памяти. Отметим лишь, что время доступа к блоку RAM определяется в первую очередь временем чтения ( разряда конденсатора ) и регенерации (заряд конденсатора). Оно измеряется в наносекундах. Его величина будет сказываться на быстродействии системы. В связи с этим в РС на базе CPU 80486 или Pentium должны устанавливаться элементы памяти со временем доступа 70 нс и менее.

Исходя из того, что в системных платах описаных выше применяются модули SIMM и DIMM, ограничимся их сравнением. В современных материнских платах с процессором 80486 и Pentium используются SIMM - модули, так как по своей организации и конструкции они являются наиболее эффективным средством обеспечения RAM для программных продуктов, требующих для своей работы все большие и большие объемы памяти. Кроме того, они достаточно надежны и занимают мало места. Когда речь идет о SIMM - модуле, имеют ввиду плату, которая по своим размерам примерно соответствует SIP -модулю. Но в отличие от SIP - модуля выводы для SIMM-модуля заменены так называемыми контактами типа PAD (вилка). Эти контакты выполнены печатным способом и находятся на одном краю платы. Благодаря такой конструкции SIMM-модулей существенно повышается надежность электрического контакта в разъеме и механическая прочность модуля в целом, тем более что все контакты изготовлены из высококачественного материала и позолочены. SIMM-модули являются стандартом в современных вычислительных системах. Они оборудованы микросхемами памяти общей емкостью 8, 16, 32Мб и более. В ЗС с CPU 80386 и ранних моделях с CPU 80486 использовались 30-контактные SIMM-модули памяти ( DRAM ) и число слотов на материнской плате колебалось от 4 до 8. В настоящее время найти в продаже подобные модули весьма не просто. В более поздних моделях РС с CPU 80486 и Pentium стали использоваться 72-контактные SIMM-модули памяти (FPM DRAM). 30- и 72- контактные SIMM имеют ширину шины 8 и 32 бит соответственно.

При изготовлении SIMM-модулей применяются следующие технологии:

FPM DRAM (Fast Page Mode)- реализуют страничный режим. Это очень старая схема оптимизации работы памяти и наиболее медленная из реально применяемых. Но и самая дешевая.

EDO RAM (Extended Data Output) - разновидность асинхронной DRAM с расширенным вводом данных. Память типа EDO рекламировалась как значительно более быстрая по сравнению с FPM, однако реально это преимущество не так очевидно из-за применения на материнской плате быстродействующего кэша второго уровня.

DIMM (Dual In-Line Memory Module) - наиболее современная разновидность форм-фактора модулей памяти. Отличается от SIMM тем, что контакты с двух сторон модуля независимы (dual), что позволяет увеличить соотношение ширины шины к геометрическим размерам модуля. Наиболее распространены 168-контактные DIMM (ширина шины 64 бит). При изготовлении этих мдулей применяют технологию SDRAM.

SDRAM (Sychronous DRAM) - это более новая технология микросхем динамической памяти. Основное отличие данного типа памяти заключается в том , что все операции в микросхемах памяти синхронизированы с тактовой частотой CPU, т.е. память и CPU работают синхронно. SDRAM позволяет сократить время, затрачиваемое на выполнение команд и передачу данных, за счет исключения циклов ожидания. Применение SDRAM дает выигрыш в производительности по сравнению с EDO со временем доступа 60ns, однако вовсе не шестикратный, как можно подумать, глядя на маркировку. В частности, при частоте системной шины 66 МГц на чипсете 430ТХ (VX не оптимально использует SDRAM) память EDO 60ns позволяет организовать последовательный доступ по схеме 5-2-2-2, а SDRAM с маркировкой 10ns - по схеме 5-1-1-1, что дает выигрыш порядка 30%. (в действительности выигрыш заметно меньше, поскольку доступ к памяти далеко не всегда последовательный, и намного большее значение имеет кэш) Однако при увеличении частоты системной шины вплоть до 100МГц SDRAM 10ns будет по прежнему в состоянии поддерживать схему 5-1-1-1, а EDO 60ns будет либо неработоспособно вообще, либо будет работать по значительно худшей схеме. Характеристики перечисленных типов памяти приведены в таблице 5.3.1.

Таблица 5.3.1.

Основные параметры рассмотренных типов памяти

Параметры	Типы памяти
	FPM	EDO	SDRAM
Время доступа (ns)	50,60,70	50,60,70	50,60,70
Время цикла (ns)	30,35,40	20,25,30	10,12,15
Мах. Скорость (МГц)	33,28,25	50,40,33	100,80,66

Проанализировав эту информацию, не трудно сделать правильный выбор необходимых нам модулей памяти. Установим на плату с чипсетом 430ТХ модуль DIMM 16Mb SDRAM, а для чипсета VPX - SIMM 16Mb EDO. Стоимость их одинакова.