Сердце будущих систем

Евгений Рудометов, Виктор Рудометов.
authors@rudometov.com

Статья основана на материалах книг "Устройство мультимедийного компьютера" и "Материнские платы и чипсеты"

Особенности организации архитектуры процессоров Pentium 4, их значительные потенциальные возможности, а также новые стандарты подключения процессоров, высокие frequency передачи данных и использование более быстродействующих типов памяти потребовали внесения соответствующих корректив в архитектуру материнских плат. Материнские платы вместе с процессорами Pentium 4 стали основой нового поколения современных высокопроизводительных мультимедийных компьютеров.

Рассматривая и анализируя характеристики компьютера, необходимо помнить, что важнейшей частью, пожалуй, не уступающей по своему значению центральному процессору, является материнская плата. Именно на ней расположены все основные компоненты системы и сам процессор.

Материнская плата с подключаемыми к ней платами расширения во многом определяет производительность и функциональные возможности компьютера. Высокие параметры материнских плат, а в конечном счете и всей системы компьютера, достигаются за счет их постоянного совершенствования, основанного на использовании новейших компьютерных технологий. От дизайна, качества изготовления, а также входящих в ее состав комплектующих зависят и производительность, и устойчивость работы системы. Вот почему архитектуре и анализу возможностей материнских плат уделяется самое пристальное внимание при выборе конфигурации компьютера.

Каждое поколение процессоров выдвигало свои требования к архитектуре материнских плат, основой которых являются соответствующие чипсеты — специализированные наборы системной логики, выпускаемые одновременно с процессорами.

Не явился исключением и Pentium 4, поддержку которого осуществляет в настоящее время только один чипсет i850 (i850 Chipset). Внутренняя структура и высокая рабочая частота процессора потребовали внесения соответствующих изменений в алгоритм работы основной шины — шины процессора, FSB.

Передача данных осуществляется на учетверенной тактовой частоте — 400 МГц (технология Quad-pumped). Передача и обработка адресной части выполняется с частотой 200 МГц. Такая организация значительно увеличивает пропускную способность шины процессора, однако она накладывает существенные ограничения на дизайн материнских плат. Кроме того, не облегчает задачу разработчикам таких плат и высокая частота работы модулей RIMM памяти Rambus. Тактовая частота двух каналов RIMM составляет (в зависимости от используемых модулей 300 или 400 МГц) 600 и 800 МГц. Пропускная способность данных шин памяти достигает 3,2 Гбайт/c, что соответствует пропускной способности шины процессора и позволяет быть системе в целом более сбалансированной относительно существующих информационных потоков.

Однако высокие frequency, характерные для современных комплектующих, могли стать очень сложной проблемой для проектировщиков соответствующих материнских плат. Это, в свою очередь, могло замедлить их выпуск на рынок и ограничить внедрение перспективных технологий и изделий. Осознавая в полной мере данные проблемы, специалисты фирмы Intel решили упростить задачу. Они разработали эталонный дизайн (референс-дизайн) материнской платы под процессор Pentium 4, основу которой составил чипсет i850. Этот дизайн взяли за основу все основные фирмы-производители материнских плат, в короткий период наладившие выпуск своих изделий, ориентированных на процессоры нового и перспективного поколения Pentium 4. Серия этих плат получила маркировку D850GB.

Вышеперечисленные материнские платы, основанные на референс-дизайне от Intel, обеспечивают практически равную производительность. Возможности разгона, заложенные в платы от ASUSTeK и Giga-Byte, не являются существенным преимуществом, так как не обеспечивают значительного прироста производительности. Это связано с тем, что существующие и доступные модели процессоров Pentium 4 практически не имеют резерва для увеличения тактовой frequency FSB сверх гарантированного значения. Поэтому данные функции в настоящее время имеют скорее рекламный характер и фактически не востребованы.

При анализе производительности систем, основу которых составляет Pentium 4 и плата с чипсетом i850, необходимо учитывать, что Intel ориентировала данные изделия главным образом на рынок мультимедийных приложений, доля которых неуклонно возрастает. К таким задачам относятся кодирование и декодирование аудио и видео, работа с 3D-графикой, Интернетом, обработка видеоизображений и т. д. Именно на такие задачи и рассчитана архитектура процессора Pentium 4. По показаниям предварительного тестирования системы с Pentium 4 уступают в ряде тестов, моделирующих офисные задачи, своим предшественникам Pentium III с архитектурой ядра Coppermine, данные новые системы показывают очень высокую производительность в задачах мультимедиа, с минимальным количеством ветвле- ний. Во многом результаты тестирований не стоит принимать как 100%-е отражение ситуации. Существующие сегодня операционные системы не понимают расширенного набора инструкций, применяемого в Pentium 4, и именно поэтому многие тесты показывают столь заниженные резуль- таты. Ранее аналогичная ситуация складывалась с Pentium 166 MMX, который также вышел, немного опережая время, и только спустя полгода с момента его выхода операционные системы обзавелись поддержкой расширения MMX.

Технология, безусловно, будет улучшаться, архитектура — совершенствоваться, а показатели производительности — увеличиваться. Такое в истории развития компьютерной техники уже наблюдалось неоднократно и, как правило, стимулировало развитие не только конкретных изделий, но и всей отрасли, заставляя адекватным образом реагировать не только союзников, но и конкурентов. Кстати, о поддержке архитектуры процессора Pentium 4 объявили практически все основные производители материнских плат и компьютеров.

Фирмы VIA, ALi и SiS, выпускающие чипсеты, ведут переговоры о приобретении соответствующих лицензий и готовятся к выпуску альтерна- тивных специализированных наборов для систем с Pentium 4. При этом планируемые альтернативные чипсеты указанных фирм рассчитаны на поддержку не только памяти Rambus, как i850, а модулей памяти DDR SDRAM. Однако, как выясняется в последнее время, и Intel не собирается ограничиваться только одним набором, поддерживающим процессоры Pentium 4. Как следует из ряда пресс-релизов разработчиков материнских плат, в конце 2001 года ожидается выход чипсета i845, рассчитанного на модули памяти PC133 SDRAM. Так же ожидается, что системы, основу которых составят микросхемы данного чипсета, получат широкое распространение в секторе компьютеров массового применения. Сектор производительных компьютеров будет представлен старшими моделями Pentium 4, рабочая частота которых достигнет 2 ГГц уже в конце 2001 г.

Основные параметры материнских плат D850GB

Процессоры: Intel Pentium 4 с процессорным разъемом Socket 423, тактовой частотой 100 МГц шины FSB при частоте передачи данных 400 МГц.
Чипсет: i850 Chipset — 82850 Memory Controller Hub (MCH), 82801BA I/O Controller Hub (ICH2), 82802AB 4 Мбит Firmware Hub (FWH).
Оперативная память: до 2 Гбайт в 4 модулях RIMM, 2 канала DRDRAM PC600/PC800, частота канала памяти 300/400 МГц.
BIOS: Intel/AMI BIOS (в Intel 82802AB 4 Mбит FWH), поддержка Advanced Power Management (APM), Advanced Configuration and Power Interface (ACPI), Plug and Play, SMBIOS.
Видео: поддержка 1 устройства AGP 4X (1,5 В).
Средства ввода/вывода (I/O): SMSC LPC47M102 LPC bus I/O controller, 2 порта IDE (до 4 устройств Ultra DMA/66/33), 2 разъема PS/2 для подключения клавиатуры и мыши, 1 floppy-порт, 1 параллельный порт, 1 последовательный порт, 4 порта USB и т. д.
Диагностика: четыре двухцветных светодиода (dual-color LED).
Дополнительные возможности: Hardware Monitoring, Audio (Analog Devices AD1881 analog codec для AC'97), LAN (82562EM 10/100 Mbit/sec Platform LAN Connect device),
Слоты: 1 AGP, 5 PCI (SMBus в PCI 2), 1 CNR (shared with PCI 5).
Форм фактор: ATX (305x238 мм).
Входящий в состав компьютера блок питания имеет мощность не менее 250 Вт. Кроме того, в соответствии с требованиями электропитания процессоров Pentium 4, блок питания имеет дополнительную линию и вилку разъема, с помощью которых через специальный разъем, расположенный рядом с Socket 423 на материнской плате, на процессор подается питание 12 В.

ASUS P4T

Свой вариант материнской платы ASUS P4T, созданной на основе чипсета i850 и предназначенной для процессоров Pentium 4, представила и фирма ASUSTeK. Из особенностей дизайна этой платы отметим расположение основного модуля i850 и модулей RIMM. Нетрудно заметить, что в отличие от референс-дизайна процессорный разъем Socket 423 и указанные элементы развернуты влево на 90° при сохранении их взаимного расположения. Как считают специалисты фирмы ASUSTeK, такое расположение элементов улучшает температурные режимы эксплуатации процессора, чипсета и модулей памяти за счет их дополнительного охлаждения вентилятором блока питания.
Процессоры: Intel Pentium 4, Socket 423, 100 МГц FSB при частоте передачи данных 400 МГц.
Чипсет: i850 Chipset — 82850 Memory Controller Hub (MCH), 82801BA I/O Controller Hub (ICH2), 82802AB 4 Мбит Firmware Hub (FWH).
Оперативная память: до 2 Гбайт в 4 RIMM, 2 канала DRDRAM, PC600/PC800 ECC/non-ECC DRDRAM.
BIOS: 4 Мбит Award BIOS c PnP, ACPI, SM, BIOS 2.3, Green, Boot Block, Trend ChipAway Virus (TCAV) & Boot Block BIOS.
Видео: поддержка 1 устройства AGP Pro / AGP 4X (1,5 В).
Средства ввода/вывода (I/O): 2 порта IDE (до 4 устройств Ultra DMA/100/66/33), 2 разъема PS/2 для подключения клавиатуры и мыши, 1 floppy-порт, 1 параллельный порт, 2 последовательных порта, 2 порта USB, 1 RJ45 и т. д.
Дополнительные возможности: Power Loss Restart, ASUS JumperFree, CPU Throttle, SFS (Stepless Frequency Selection), Vcore & Vio Adjustable, WfM2.0, DMI2.0, WOL, WOR, Chassis Intrusion, SMBus.
Возможность установки тактовых частот FSB: 100, 103, 105, 108, 110, 112, 115, 118, 120, 122, 125, 130, 133 МГц.
Возможность изменения напряжения питания ядра в диапазоне 1,7–1,85 В.
Слоты: 1 AGP Pro, 5 PCI.
Форм-фактор: ATX (305x244 мм).

MSI 850 Pro (MS-6339)

Следующим представителем материнских плат для Pentium 4, основой для которых послужил чипсет i850, является изделие известной фирмы MSI (Micro-Star International) — 850 Pro (MS-6339).
Процессоры: Intel Pentium 4, Socket 423, 100 МГц FSB при частоте передачи данных 400 МГц.
Чипсет: i850 Chipset — 82850 Memory Controller Hub (MCH), 82801BA I/O Controller Hub (ICH2), 82802AB 4 Мбит Firmware Hub (FWH).
Оперативная память: до 2 Гбайт в 4 модулях RIMM, 2 канала DRDRAM.
BIOS: BIOS с ACPI, PnP, APN и т. д.
Видео: поддержка 1 устройства AGP Pro.
Средства ввода/вывода (I/O): Winbond W83627HF-AW I/O controller, 2 порта IDE (до 4 устройств Ultra DMA/100/66/33), 2 разъема PS/2 для подключения клавиатуры и мыши, 1 floppy-порт, 1 параллельный порт, 2 последовательных порта, 4 порта USB и т. д.
Дополнительные возможности: Creative CT5880 PCI sound chip (Optional).
Форм-фактор: ATX (305x244 мм).
Фирма Giga-Byte не осталась в стороне. Она также разработала и выпустила материнскую плату GA-8TX на основе чипсета i850, ориентированную на процессоры Pentium 4.

GA-8TX

Процессоры: Intel Pentium 4, Socket 423, 100 МГц FSB при частоте передачи данных 400 МГц. Дополнительно поддерживаются frequency 105, 110, 113 МГц. Автоматическое определение и установка напряжений процессора.
Чипсет: i850 Chipset — 82850 Memory Controller Hub (MCH), 82801BA I/O Controller Hub (ICH2), 82802AB 4 Мбит Firmware Hub (FWH).
Оперативная память: до 2 Гбайт в 4 модулях RIMM, 2 канала DRDRAM, PC600/PC800 ECC/non-ECC DRDRAM.
BIOS: Dual BIOS; 4 Мбит flash RAM BIOS с ACPI для PC99/Win98/WinME/Win2000, Green, PnP, DMI, INT13 (>8.4GB) & Anti-Virus, SCSI, LS120, ZIP & CD-ROM и т. д.,
Видео: поддержка 1 устройства AGP Pro / AGP 2X/4X (1,5 В).
Средства ввода/вывода (I/O): 2 порта IDE (до 4 устройств Ultra DMA/100/66/33), 2 разъема PS/2 для подключения клавиатуры и мыши, 1 floppy-порт, 1 параллельный порт, 2 последовательных порта, 4 порта USB (2 на плате, 2 через кабель), 1 Joystick, 1 Line-in, 1 Line-out, 1 MIC и т. д.
Дополнительные возможности: Creative CT5880 PCI sound chip; AC97 codec Winbond W83627HF LPCIO + health monitoring, STR, WOL, WOR.
Возможность установки тактовых частот FSB: 100, 105, 110, 133 МГц.
Слоты: 1 AGP Pro, 5 PCI, 1 CNR (shared with PCI).
Форм фактор: ATX (305x244 мм).

Полная версия данной статьи опубликована в журнале "Экспресс-Электроника" (N5, 2001)

Перейти к разрелу Материнские платы и чипсеты