Архитектура и новые технологии Intel D915GUX

Евгений Рудометов,

Виктор Рудометов

authors@rudometov.com

Фирмой Intel разработана материнская плата Intel D915GUX с двухканальным решением подсистемы оперативной памяти с модулями DDR2. В архитектуре этой платы, созданной на основе чипсета Intel 915G c интегрированной графикой, реализован ряд перспективных фирменных технологий, среди которых Intel GMA 900,  .

Как известно, материнские платы относятся к одним из самых сложных и важных компонентов архитектуры современных компьютеров. Функциональные возможности компьютеров в значительной степени определяются возможностями именно этих компонентов. От качества их дизайна и используемых элементов зависят производительность, и что нередко много важнее — устойчивость и надежность работы всей компьютерной системы, созданной на основе этих высоко интегрированных компонентов.

В настоящее время материнские платы выпускают многие фирмы. Их число в настоящее время составляет несколько десятков. Тем не менее, эталоном качества, устойчивости, надежности и совместимости этих изделий были и остаются материнские платы фирмы Intel. И в этом нет ничего удивительного, поскольку эта фирма является разработчиком и производителем не только процессоров и чипсетов, являющихся основой архитектуры компьютеров, но и большого числа перспективных технологий и спецификаций, ставших отраслевыми стандартами. Более того, технологии и стандарты от Intel в значительной степени определяют развитие всей компьютерной отрасли. 

Многие из перспективных компьютерных технологий нашли воплощение в материнской плате Intel D915GUX.  Данная плата ориентирована на разработку мощных рабочих станций и высокопроизводительных настольных персональных компьютеров. Она позволяет реализовать все преимущества архитектуры процессоров Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading. Высокая производительность материнской платы Intel D915GUX достигается благодаря поддержке процессорной шины с частотой передачи данных 800 МГц и модулей двухканальной подсистемы памяти DDR2 533. Кроме того, данная плата новейшие интерфейсы и технологии.

Достижение высоких параметров обеспечивается благодаря использованию новейшего набора системной логики — чипсета Intel 915G, обладающего встроенными графическими средствами нового поколенияй. Этот чипсет является сложным изделием, созданным на основе использования современных компьютерных архитектур и полупроводниковых технологий. Он обеспечивает реализацию большого числа контроллеров периферийных устройств.

Чипсет Intel 915G материнской платы Intel D915GUX

Рис. 1. Структура компьютера, созданного на основе чипсета i915G

Чипсет Intel 915G (i915G) ориентирован на создание высокопроизводительных настольных персональных компьютеров. Поддерживает системы с процессорами Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading, созданными по технологии 90 нм, подключаемыми через разъем LGA775 и работающими с шиной FSB типа QPB (Quad-Pumped Bus), тактовая частота которой может составлять 133 или 200 МГц. Возможно использование моделей, рассчитанных на частоту шины 400 МГц.

Как известно шина FSB типа QPB при тактовой частоте 133 МГц осуществляет передачу данных с частотой 533 МГц, адресной части — 266 МГц, что обеспечивает пиковую пропускная способность до 4,2 Гбайт/с. При тактовой частоте 200 МГц передача данных осуществляется с частотой 800 МГц, а адресной части — 400 МГц. В этом режиме пиковая пропускная способность достигает значения 6,4 Гбайт/с. Шиной поддерживается 32-битная адресация, что обеспечивает до 4 Гбайт оперативной памяти.

Традиционно для наборов микросхем системной логики чипсет состоит из двух компонентов, называемых Memory Controller Hub (MCH) и I/O Controller Hub (ICH).

Базовый комплект чипсета i915G состоит из микросхем Intel 82915G Graphics and  Memory Controller Hub (GMCH) и Intel 82801FB (ICH6). В качестве второй микросхемы может использоваться улучшенные варианты ICH6. Это может быть микросхема Intel 82801FR (ICH6R), обладающая расширенными возможностями работы с дисковой подсистемой памяти, или микросхема Intel 82801FW (ICH6W) с интегрированным контроллером Wi-Fi, или микросхема Intel 82801FRW (ICH6RW), обладающая обеими указанными функциями.

Микросхемы MCH и ICH соединены специальной локальной шиной Direct Media Interface (DMI) со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с в каждом направлении: полный дуплекс.  

Компонента GMCH содержит в своем составе контроллеры, предоставляющие интерфейсы с высокой пропускной способностью. Эти контроллеры управляют системной шиной с передачей данных с частотой 800 МГц и двухканальной оперативной памятью. Кроме того, они организуют работу интегрированных графических средств на базе технологии Intel GMA 900, пришедшей на смену Intel Extreme Graphics 2, графического интерфейса PCI Express x16 и средств связи с микросхемой  ввода/вывода ICH.  

Встроенный в Intel 82915G контроллер процессорной шины FSB типа QPB поддерживает шину с тактовой частотой 200/133/100 МГц, что обеспечивает передачу данных на частотах 800/533/400 МГц.

Встроенный в микросхему Intel 82915G контроллер памяти предусматривает поддержку двух и одноканального режимов работы памяти DDR/DDR2 SDRAM (Double Data Rate SDRAM — SDRAM с передачей данных по передним и задним фронтам тактовых импульсов шины памяти). Возможно конфигурации с использованием как DDR SDRAM с частотой 333 и 400 МГц, так и DDR2 SDRAM с частотой 400 и 533 МГц. Но все модули должны быть одного типа, указанные в документации на материнскую плату. Максимальный объема оперативной памяти — до 4 Гбайт. Двухканальная память DDR2 с частотой 533 МГц имеет максимальную пропускную способность до 8,5 Гбайт/с.

Микросхемой MCH поддерживаются разные частотные режимы работы для шин процессора и памяти.

Управление периферийными устройствами компьютера осуществляет вторая компонента чипсета. При этом необходимо отметить, что в чипсете i915G использована микросхема ICH шестой версии. В соответствии с этим фактом она получила наименование ICH6 и представлена микросхемой Intel 82801FB. Эта микросхема входит в базовый набор чипсета i915G.

Встроенные средства микросхемы управления периферийными устройствами базового набора поддерживают: один канал IDE с поддержкой ATA 33/66/100 (до двух устройств IDE), четыре порта Serial ATA 150, восемь портов USB 2.0, до четырех PCI Express x1, до семи PCI (PCI Rev 2.3, 32 бит/33 МГц), LPC (Low Pin Count), контроллер Intel High Definition Audio с поддержкой трех кодеков, AC ’97 2.3 (до 8 каналов), интегрированный контроллер LAN (10/100 Mb/s Ethernet), SMBus, Wireless Connect Technology (только для ICH6W/ICH6RW), APIC, ACPI Rev.2.0, а также другие средства и функции.

Кроме Intel 82801ЕB, как было указано выше, возможно использование расширенной версии хаба ICH6 — ICH5R, ICH5W, ICH5RW.

Основные технические параметры материнской платы Intel D915GUX

Рис. 2. Материнская плата Intel D915GUX

 

Рис. 3. Разъемы материнской платы Intel D915GUX

Процессор

·         Поддержка процессора Intel Pentium 4 в корпусе LGA775 с системной шиной 533 и 800 МГц,

·         Поддержка процессоров Intel Celeron с шиной 533 МГц в в корпусе LGA775.

Чипсет

·         Intel 82915G (MCH),

·          Intel 82801FRW (ICH5RW),

·         4 Mbit Firmware Hub (FWH).

Оперативная память

·         Четыре разъёма (240 контактов) для оперативной памяти DIMM,

·         Поддержка одного или двух каналов оперативной памяти,

·         Модули DDR2 533 или DDR2 400,

·         максимальный объем — до 4 Гбайт.

USB 2.0

·         Восемь портов USB 2.0,

Видео

·         Графическая подсистема Intel GMA900,

·         Возможность установки видеоадаптера в слот PCI Express X16.

Аудио

·         Аудиоподсистема Intel High Definition Audio на базе кодека Realtek ALC860.

LAN

·         Гигабитная (10/100/1000 Мбит/с) сетевая подсистема на базе гигабитного сетевого контроллера Marvell Yukon 88E8050 PCI Express.

Системный BIOS

·         Intel/AMI BIOS (в 4 Мбит FWH),

·         Поддержка  Advanced Configuration and Power Interface (ACPI), Plug and Play  и SMBIOS   

Интерфейсы периферийных устройств

·         Восемь портов USB 2.0,

·         Один последовательный порт,

·         Один параллельный порт,

·         Четыре интерфейса Serial ATA IDE,

·         Один интерфейс Parallel ATA IDE с поддержкой протоколов UDMA 33 и
ATA-66/100,

·         Интерфейс флоппи-дисковода,

·         Порты PS/2* клавиатуры и мыши.

Система ввода/вывода

·         Контроллер ввода/вывода LPC.

Слоты

·         один слот PCI Express x16,

·         один слот PCI Express x1,

·         два слота PCI.

Форм-фактор

·         микро-ATX,

·         Размеры 243,84 мм х 243,84 мм.

Состав комплекта Intel D915GUX

В состав комплекта входят:

·         коробка,

·         материнская плата Intel D915GUX,

·         защитная панель ввода/вывода, соответствующая спецификации ATX,

·         краткое руководство пользователя на английском языке;

·         кабель для подключения ATA66/100/133, кабели Serial ATA и шлейф для подключения гибкого дисковода,

·         компакт-диск с программным обеспечением Intel Express Installer, на котором записаны руководство пользователя, а также антивирусный пакет Norton Internet Security, утилита Intel Active Monitor, ПО RestoreIT! Lite, ПО Diskeeper Lite, проигрыватель RealONE Player и другие программные средства.           

Особенности архитектуры Intel D915GUX

Материнская плата создана в соответствии с референс-дизайном, который по традиции разрабатывают производитель чипсета, в данном случае — это фирма Intel.

Сравнительно недавно компания Intel перешла на новый стандарт корпуса и разъема — LGA775. Это нашло свое отражение и в архитектуре материнской платы. Разъем представлен на Рис. 4.

Рис. 4. Процессорный разъем стандарта LGA 775

Высокая производительность современных процессоров сопровождается значительным теплообразованием. Это требует соответсвующих средств охлаждения. Так, например, боксовый процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 3,4 ГГц, рассчитанный на работу с шиной, частота передачи данных которой составляет 800 МГц, снабжен радиатором с радиальным расположением ребер. Учитывая высокую теплотворную способность таких изделий, в основание радиатора вмонтирована вставка из меди.

Соответствующие средства охлаждения требует и микросхема GMCH (Рис. 5), в состав которой встроены контроллеры, отвечающие за связь с процессором, подсистемами оперативной памяти и видео, а также с микросхемой ICH.

 

Рис. 5. Микросхема Memory Controller Hub (MCH) со средствами охлаждения

Необходимо отметить, что материнская плата Intel D915DUX ориентирована как основа  высокопроизводительных систем. Поэтому рекомендуется использование процессоров Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и шиной 800 МГц, обеспечивающих достижение максимального уровня производительности. Однако  возможно использование и менее производительных моделей. Это могут быть, например, процессоры, рассчитанные на шину 533 МГц и даже 400 МГц. При этом совместно с материнской платой Intel D915DUX возможно использование моделей и без поддержки технологии Hyper-Threading, хотя это и не позволит достичь предельно возможного уровня производительности.

Режим работы модулей памяти DDR2 SDRAM может быть одноканальным или двухканальным. Двухканальный режим позволяет получить полностью сбалансированную систему для случая, когда полосы пропускания процессорной шины и шины памяти совпадают и составляют равные величины — 6,4 Гбайт/с. При этом работа модулей памяти DDR SDRAM может быть либо синхронной — тактовая частота совпадает с частотой FSB, либо асинхронной — тактовая частота отличается от частоты FSB. В случае использования DDR2 533 полоса частот достигает 8,4 Гбайт/с, что с учетом встроенных в подсистему оперативной памяти буферов и внутренней оптимизации потоков обеспечивает прирост производительности.  

Учитывая же тот факт, что во многих случаях реализации систем на основе Intel D915DUX, используются графические средства в составе микросхемы GMCH чипсета i915G, целесообразно использовать исключительно двухканальную конфигурацию оперативной памяти.

Анализируя возможности интегрированных видео средств, необходимо отметить, что встроенный графический адаптер Intel GMA 900 обеспечивает: поддержку HDTV, широкоэкранных жидкокристаллических дисплеев, подключения двух дисплеев одновременно, ускорение Microsoft DirectX 9 для трехмерной графики. Кроме того интегрированные средства обеспечивают более низкое энергопотребление, лучшие температурные характеристики и лучшие акустические характеристики, чем у внешних графических адаптеров предыдущего поколения. Остается добавить, что производительность более чем в 1,5 раза превышает производительность предыдущих графических решений Intel.

Кстати, в случае недостаточности производительности интегрированной видеоподсистемы есть возможность применения внешнего видеоадаптера PCI Express х16. Графическое решение PCI Express x16 обеспечивает скорость до 4 Гбайт/с в каждом направлении, что более чем в три с половиной раза превышает быстродействие лучших внешних графических адаптеров с интерфейсом AGP8X.

За управление устройствами ввода-вывода традиционно отвечает вторая микросхема, входящая в состав используемого чипсета. В качестве данной микросхемы используется Intel 82801FRW (ICH6RW), представленная на Рис. 6.

Рис. 6. Микросхема управления периферийными устройствами (ICH6RW), входящая в состав чипсета i915G

Из особенностей архитектуры  следует отметить аудиоподсистему, реализующую технологию  Intel High Definition Audio. Это обеспечивает значительное улучшение воспроизведения многоканального звука 48 кГц по сравнению с традиционными решениями AC'97. Кроме того, осуществлена поддержка новых форматов домашних кинотеатров и поддержка одновременного воспроизведения нескольких отдельных звуковых потоков. В качестве кодека использована микросхема Realtek ALC860, представленная на Рис. 7. Реализовано шесть аудиоканалов).

В архитектуру материнской платы встроен сетевой контроллер Gigabit Ethernet, реализованный на микросхеме контроллера Marvell Yukon 88E8050 PCI Express и представленная на Рис. 7. Данные интегрированные сетевые средства позволяют легко включить компьютер через встроенный разъем RJ45 (LAN) в состав локальной сети.

Рис. 7. Микросхемы аудиокодека и LAN (выделены красным)

Еще одна новинка в архитектуре новых материнских плат — это технология Intel Matrix Storage. Эта технология, реализованная в ICH6RW и ICH6R, высокую производительность при использовании одного диска или RAID-массива.

Увеличивает производительность жестких дисков с помощью технологии RAID 0 и защищает данные с помощью технологии RAID 1, применяя их на одних и тех же дисках. Интерфейс AHCI повышает производительность благодаря интеграции очередности команд и обеспечивает поддержку горячей установки и замены жестких дисков.

Технология Intel Matrix Storage помогает защитить данные, одновременно повышая производительность по сравнению с системами с одним жестким диском. И важно, что поддерживает переход с конфигурации "RAID ready" с одним жестким диском на массив RAID 0 или RAID 1 без переустановки ОС.

Архитектура материнской платы имеет в своем составе четыре порта Serial ATA 150 (четыре устройства) и один порт Parallel ATA-100 (UltraDMA 100/66/33, два устройства IDE).

На Рис. 8 представлены разъемы дисковой подсистемы материнской платы Intel D915DUX.

Рис. 8. Разъемы дисковой подсистемы материнской платы Intel D915GUX

Рассматривая перспективные технологии, необходимо отметить, что вообще говоря, предусмотрена и поддержка беспроводных средств передачи информации — технология Intel Wireless Connect. Эту поддержку обеспечивает архитектура микросхемы ICH6RW (и ICH6W в других конфигурациях).

Технология Intel Wireless Connect упрощает развертывание беспроводных сетей благодаря наличию интегрированной точки доступа, поддерживающей технологию Intel Centrino для мобильных ПК. Также поддерживает подключение к стереосистемам и телевизорам с помощью адаптера DMA. Однако для работы технологии требуется сетевой адаптер Intel PRO/Wireless 2225BG. Может присутствовать не во всех системах. Данная технология в полной мере будет реализована несколько позже в последующих вариантах плат.

Для расширения компьютерной системы, созданной на базе материнской платы Intel В915GUX служат соответствующие слоты, представленные традиционными разъемами PCI и PCI Express x1. При этом необходимо отметить, что подсистема ввода/вывода PCI Express x1 обеспечивает скорость более чем в 500 Мбайт/с. Это более чем в 3,5 раза превышает скорость традиционной архитектуры PCI, имеющая пропускную способность  в 133 Мбайт/с.

Энергоснабжение элементов материнской платы Intel D915GUX осуществляется через систему импульсных стабилизаторов.

В многоканальном импульсном стабилизаторе напряжения питания процессора (Рис. 9), традиционно расположенном вокруг процессорного сокета, применены  фильтрующие конденсаторы емкостью 1200 и 560 мкФ.

Рис. 9. VRM материнской платы Intel D915GUX

Кроме того, на плате имеются преобразователи напряжения питания PCI Express x16 и модулей оперативной памяти.

В архитектуре материнской платы Intel D915GUX реализованы возможности аппаратного мониторинга, обеспечивающего контроль за напряжениями питания и работой охлаждающих вентиляторов.  

Устойчивость и надежность

А что же касается оценки основных эксплуатационных параметров описанной материнской платы, то следует отметить, что при выполнении многочисленных, длительных тестов плата Intel D915GUX работала устойчиво, как это обычно и характерно для изделий этого производителя.

Для получения данных о надежности платы Intel D915GUX следует обратиться либо к компьютерным  фирмам, осуществляющим реализацию этого изделия, либо непосредственно к производителю материнской палаты — фирме Intel. Тем не менее, следует отметить, что на материнскую плату Intel D915GUX установлен срок гарантии три года.

Высокопроизводительная плата Intel D915GUX может быть рекомендована широкому кругу пользователей, которых не интересует возможности экстремальных режимов разгона и которые предпочитают производительность, надежность и устойчивость работы комплектующих от известных производителей.

Материнская плата Intel D915GUX предоставлена московским представительством фирмы Intel