Chipset
Chipset — это набор микросхем, установленных на материнской плате для обеспечения обмена данными между CPU и периферийными устройствами. Chipset определяет функциональные возможности материнской платы: тип устанавливаемых процессоров, тип и объем оперативной и кэш-памяти второго уровня, тактовую частоту системной шины, поддерживаемые шины и др.
Для материнских плат с процессором 80486 широкое распространение получил Chipset фирмы Opti. Другие известные изготовители — это фирмы SiS, UMC, FOREX, продукция которых используется, прежде всего, в недорогих материнских платах. Название этого набора микросхем обычно происходит от маркировки основной микросхемы — OPTi495SLC, Sis471, UMC491, i82C437VX и т. п.
Основными производителями Chipset для CPU класса Pentium являются фирмы Intel, VIA Technologies, ALI, SiS. Корпорация AMD также разрабатывает Chipset для своих CPU.
Все Chipset имеют свои достоинства и недостатки. Однозначно классифицировать Chipset нельзя. Хорошие Chipset, прежде всего, отличаются возможностью более гибкого конфигурирования через CMOS Setup. Это может стать для пользователей средством оптимизации работы системы.
С появлением процессоров пятого поколения наиболее широкое распространение получили Chipset корпорации Intel, которая имела (и все еще имеет) существенное преимущество перед конкурентами, поскольку сама разрабатывает и производит процессоры. Добавляя новые функциональные возможности к своим процессорам, она оперативно модифицирует для них Chipset и, таким образом, господствует на рынках процессоров и Chipset.
Основным конкурентом Intel в области производства Chipset является тайваньская корпорация VIA Technologies Inc. Другие известные производители Chipset для недорогих систем — компании ALI (подразделения корпорации Aser Labs) и SiS. Однако самый главный конкурент Intel в производстве процессоров — фирма AMD — также производит Chipset для своих CPU.
Chipset пятого поколения
Рассмотрим особенности Chipset на примере микросхем, разработанных корпорацией Intel.
Intel 430LX
Chipset 430LX (Mercury) — первый набор микросхем, разработанный корпорацией Intel для процессора Pentium в 1993 г. Он был предназначен для процессоров Pentium, работающих на тактовой частоте 60 и 66 МГц, устанавливаемых в разъем Socket 4. Chipset поддерживал шину PCI и 128 Мбайт оперативной памяти. Память EDO DRAM не поддерживалась. Chipset Mercury просуществовал на рынке недолго, с появлением CPU Pentium с тактовой частотой 90 и 133 МГц ему на смену пришел Chipset Neptune.
Intel 430NX
Chipset 430NX (Neptune) появился в 1994 г. для CPU Pentium с тактовой частотой 90 и 133 МГц. В отличие от Chipset Mercury (430LX) он поддерживает:
□ Работу двух процессоров
□ 512 Мбайт оперативной памяти
□ До 512 Кбайт асинхронной кэш-памяти второго уровня
Intel 430FX
Chipset 430FX (Triton) больше известный под именем Triton I явился базовым для последующих разработок и принес известность корпорации Intel как производителя лучших Chipset для CPU класса Pentium. Этот Chipset называли одним из самых удачных в истории архитектуры х86. Материнские платы с Chipset 82430FX были широко распространены в 1995—1996 гг.
Преимущества Chipset 430FX по сравнению с 430NX заключаются в поддержке:
□ Памяти EDO
□ Кэш-памяти типа Pipelined burst (см. главу 7)
□ Шины PCI 2.0
Недостатки 430FX по сравнению с 430NX:
□ Поддержка меньшего количества памяти (только 128 Мбайт)
□ Отсутствие поддержки двух процессоров
В феврале 1997 г. на смену Chipset 430 FX пришли сразу два набора микросхем: Chipset 430 НХ для корпоративных PC и Chipset 430VX для PC, используемых дома и в офисе.
Intel 430HX
В Chipset 430 НХ (Triton II), получившем название Triton II (рис. 8.1), был устранен ряд недостатков Chipset Triton.
Рис. 8.1. Принцип функционирования Chipset Triton 430HX
Материнские платы, построенные на базе этого Chipset, содержат всего две микросхемы - 82439НХ и 82371SB.
82439НХ
Этот элемент называется системным контроллером (ТХС). Он выполняет две основные задачи. Во-первых, обеспечивает сопряжение между системной шиной CPU Pentium и шиной PCI, а также осуществляет взаимосвязь с контроллером PCI IDE/ISA Xcelerator (PIIX3), выполненным на базе второй микросхемы Chipset 82371 SB. Во-вторых, системный контроллер управляет работой оперативной памяти PC и кэш-памяти второго уровня (внешней кэш-памяти). Благодаря усовершенствованиям, внесенным в микросхему 82439НХ, максимальный объем RAM на материнской плате может достигать 512 Мбайт.
Системный контроллер обеспечивает поддержку до четырех устройств IDE (винчестеров, CD-ROM и др.). Максимальная скорость передачи по шине PCI для операций чтения достигает 112 Мбайт/с, а для записи — 121 Мбайт/с.
82371 SB
Этот элемент называют контроллером PCI IDE/ISA Xcelerator, потому что он служит мостом {PCI-to-ISA) для данных и управляющих сигналов, пересылаемых по шинам PCI и ISA. Кроме того, эта микросхема обеспечивает работу шины Universal Serial Bus для внешней периферии и поддержку технологии Plug&Play. В этой микросхеме также интегрированы все устройства, необходимые для обеспечения функционирования систем с шиной ISA, — 7-канальный контроллер DMA, два контроллера прерываний типа 8259, таймер, часы реального времени, декодер управляющих сигналов BIOS и контроллер клавиатуры.
Intel 430VX
В отличие от Triton 430HX, набор 430VX (Triton III) состоит из следующих микросхем:
□ Системного контроллера 82437VX
□ Двух контроллеров управления потоками данных 82438VX
□ Контроллера ввода/вывода и IDE-интерфейса
"Изюминкой" системного контроллера 82437VX является поддержка архитектуры UMA, позволяющей графическому адаптеру использовать для своих нужд часть имеющейся на материнской плате оперативной памяти. Кроме того, Chipset Triton VX (в отличие от Triton HX) может работать с памятью SDRAM.
Chipset Triton HX имеет встроенную поддержку контроля четности и исправления ошибок.
Анонсировав Chipset 430TX, корпорация Intel завершила производство микросхем для процессоров пятого поколения. Разработчики фирмы Intel постарались включить в Chipset 82430TX поддержку практически всех послед.- них новинок в архитектуре PC, чтобы максимально продлить "жизнь" этого Chipset "в борьбе" с наборами микросхем фирм Via Technologies и SiS.
Chipset 430TX, так же как и Triton 430HX, состоит из двух микросхем — системного контроллера 82439ТХ и контроллера PCI IDE/ISA Xcelerator (PIIX4). Функциональное назначение этих микросхем аналогично рассмотренным выше микросхемам Triton 430HX, но они ориентированы на работу с CPU Pentium MMX.
Особенностью Chipset 430TX явилось внедрение нового стандарта управления энергопотреблением (Dynamic Power Management Architecture, DPMA). В стандарте DPMA впервые реализованы три различных метода управления энергопотреблением: автономный, по требованию пользователя и по требованию операционной системы.
Автономный метод основан на мониторинге активности на системной шине и отключении питания шины при отсутствии активности. Метод сбережения по требованию пользователя предполагает широкий спектр функций управления энергопотреблением, которые производители системных плат записывают в BIOS. На уровне операционной системы набор логики 82430ТХ реализует поддержку новой технологии ACPI (Advanced Configuration and Power Interface), разработанной Intel совместно с Microsoft и Toshiba для стандартизации процессов обмена данными между операционной системой и материнской -платой, а также для реализации функций энергосбережения и Plug&Play.
Первая операционная система, которая способна с целью энергосбережения взаимодействовать с материнской платой на базе набора логики 82430ТХ, — Windows 98. Однако для достижения этой цели необходима также система BIOS, поддерживающая ACPI (ACPI-compliant BIOS).
Основные характеристики Chipset пятого поколения приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Основные характеристики Chipset пятого поколения
Примечание
Более подробную информацию о таких характеристиках, как временная диаграмма и коэффициент кратности вы найдете в главах 3, 17, а режим Bus Mastering рассмотрен ниже в этой главе.
Следует также отметить, что в Chipset Triton 430HX и Triton 430TX значительно повышена степень интеграции микросхем. При этом на материнской плате остается место для установки дополнительных компонентов: микросхем графического контроллера, аудиоконтроллера, факс/модема и др. Корпорация Intel начала производить корпуса с матрицей круглых выводов (Ball Grid Array, BGA) для Chipset (рис. 8.2).
Внимание!
Существуют Chipset, называемые VX-Pro, НХ-Pro и TX-Pro. Эти наборы микросхем не имеют ничего общего с перечисленными выше Intel Triton. Наборы VX-Pro и НХ-Pro производятся в странах Юго-Восточной Азии. Они работают ненадежно и предназначены для дешевых материнских плат местного производства. Chipset TX-Pro представляет собой перемаркированный этими же фирмами набор микросхем Aladin IV фирмы ALI.
Рис. 8.2. Расположение контактов микросхем Chipset Triton 430HX (а) и Triton 430FX (б)
Chipset шестого поколения
С появлением процессоров шестого поколения (Pentium Pro/Pentium II/Pen-tium III) корпорация Intel продолжает занимать ведущие позиции и на рынке Chipset, т. к. (в отличие от конкурентов) начала разработку соответствующих микросхем параллельно с разработкой своих процессоров.
Наборы микросхем Intel 450GX/KX (Orion) были разработаны для первых процессоров Pentium Pro.
Chipset Intel 450GX предназначен для применения на серверах. Он поддерживал 8 Гбайт оперативной памяти и две независимые шины PCI. В настоящее время это пока единственный Chipset, поддерживающий 4 процессора.
Chipset Intel 450KX предназначался для установки на материнские платы PC, выполняющих функцию "автоматизированного рабочего места". Этот Chipset поддерживал два процессора и память объемом до 1 Гбайт.
В настоящее время вы вряд ли увидите эти Chipset, тем не менее следует сказать, что они фактически стали стандартом Chipset для серверов. Однако вскоре был разработан Chipset 440FX (Natoma).
Intel 440FX
В Chipset Natoma устранены некоторые технологические огрехи Chipset Orion, кроме того, он дешевле стоит.
Основным недостатком Chipset Natoma является то, что он не поддерживает последние технологические новшества (Память SDRAM, шину AGP и др.), поэтому фирма выпустила новые наборы микросхем — Intel 440LX и Intel 440BX.
Intel 440LX AGPset
Chipset Intel 440LX AGPset был призван стать фундаментальной аппаратной основой нового класса PC на базе Slot 1, ориентированных на обработку ЗО-графики и видеоданных.
Этот Chipset поддерживает шины AGP и USB, ускоренный доступ к модулям памяти SDRAM, позволяет оснастить современные PC средствами поддержки технологии Plug&Play и интерфейсом для контроля за энергопотреблением (ACPI).
Поддержка интерфейса ACPI позволит изготовителям PC дополнить свою продукцию сетевыми функциями удаленного управления энергопитанием, вывода PC из неактивного состояния либо поддержания его в постоянно активном (AlwaysOn) режиме.
Набор микросхем Intel 440LX AGPset дает возможность разработчикам создавать продукты, соответствующие современным требованиям для работы с мультимедиа, с недорогими PC. Набор микросхем расширяет возможности AGP за счет поддержки высокоскоростной памяти SDRAM.
Chipset состоит из двух микросхем — контроллера PCI/AGP Controller (РАС) и акселлератора PCI/ISA/IDE Accelerator (PIIX4).
Intel 440EX
Chipset 440EX (рис. 8.3) разработан корпорацией Intel специально для процессора Celeron и ориентирован на использование в недорогих материнских платах для домашних PC. Этот Chipset является упрощенной версией Chipset 440LX AGPset. В частности, Chipset 440EX не поддерживает работу нескольких процессоров и более трех слотов PCI, не обеспечивает контроль четности, ограничивает объем оперативной памяти до 256 Мбайт.
Intel 440BX AGPset
Через полгода после появления Chipset Intel 440LX AGPset корпорация Intel выпустила новый продукт — Intel 440BX AGPset. Этот Chipset предназначен для материнских плат, ориентированных на работу с CPU Pentium II с тактовой частотой 350, 400 МГц и выше. Основное его отличие от Chipset 440LX заключается в том, что тактовая частота системной шины увеличена с 66 МГц до 100 МГц и обеспечена поддержка двух процессоров (рис. 8.4).
Intel 440BX-133
Chipset Intel 440BX-133 официально не существует, однако вам может встретиться подобное название Chipset. Данный Chipset является "разогнанным" Chipset Intel 440BX. При увеличении тактовой частоты системной шины от 100 до 133 МГц вы можете использовать CPU Pentium III и модули памяти РС133 SDRAM.
Проблемы могут возникнуть при работе видеокарты. Дело в том, что увеличивая частоту системной шины, вы тем самым пропорционально увеличиваете и тактовые частоты других подсистем PC. Если коэффициент согласования FSB с тактовой частотой шины PCI составляет 1:4 и 1:3 (133 : 4 = 33, 25 МГц), то для AGP — 3:4. Таким образом, тактовая частота шины будет равняться 89 МГц (вместо 66 МГц). Это приводит к тому, что некоторые видеокарты не функционируют (например, ABIT Siluro GF256, ASUS AGP-V3800, Diamond Viper II Z200). В данном случае необходимо отключить режим AGP 2х, в результате чего снизится производительность системы.
Рис. 8.4. Принцип функционирования Chipset Triton 440BX AGPset
Большинство современных видеокарт успешно работают на повышенной тактовой частоте (например, 3dfx Voodoo3 3000, ASUS AGP-V6800, ATI Rage Fury MAXX, Creative 3DBlaster Annihilator, Gigabyte GA-GF2560, Matrox Millennium G400).
В табл. 8.2 приведены основные характеристики Chipset шестого поколения, выпущенных корпорацией Intel.
Chipset Intel 810 (Whitney) разработан для процессоров Celeron. Он рассчитан на использование в недорогих материнских платах.
Одними из главных отличий данного Chipset от Chipset предыдущих поколений являются:
□ интегрированное графическое ядро от нового видеопроцессора Intel 752 с поддержкой 3D, DVD, телевизионного выхода и плоскопанельных мониторов;
□ хабовая структура;
□ интегрирванный АС'97-кодек.
Данный Chipset не поддерживает шину ISA. Конечно, никто не запрещает производителям материнских плат дополнительно подсоединить к шине PCI контроллер ISA и установить на плате слоты для подключения карт расширения ISA (например, ASUS MEW). Это ведет к некоторому удорожанию материнской платы.
В Chipset 1810 впервые применена хабовая архитектура. Конструктивно Chipset состоит из трех микросхем (хабов), которые для взаимодействия используют не шину PCI (имеющую пропускную способность 133 Мбайт/с), а специально разработанную шину с пропускной способностью 266 Мбайт/с.
В состав Chipset входят:
□ контроллер памяти и видео (Graphic&Memory Controller Hub — GMCH);
□ контроллер ввода/вывода (I/O Conroller Hub — ICH);
□ контроллер специального программного обеспечения (Firmware Hub — FWH).
На рис. 8.5 представлена блок-схема Chipset 1810.
Как видно на рисунке, шина PCI, которая ранее соединяла системный контроллер и контроллер ввода/вывода и IDE-интерфейса, теперь используется для подключения карт расширения (как еще недавно шина ISA). Компоненты компьютерной системы могут взаимодействовать друг с другом, минуя CPU.
Рис. 8.5. Блок-схема Chipset i810
GMCH
Конструктивно контроллер памяти и видео реализован в микросхеме Intel 8210 или Intel 82810-DC100. Данный контроллер играет самую важную роль в архитектуре i810. Он поддерживает функционирование:
□ системной шины на частотах 66 и 100 МГц;
□ 64-битной синхронной шины памяти с тактовой частотой 100 МГц;
□ интегрированного графического ядра видеопроцессора;
□ интегрированного кодека для обработки звука.
Несмотря на то, что системная шина может работать с тактовой частотой 66 и 100 МГц, контроллер памяти, интегрированный в GMCH, поддерживает только модули памяти РС100 SDRAM, функционирующие на тактовой частоте 100 МГц. Даже когда тактовая частота системной шины составляет 66 МГц, частота шины памяти составляет 100 МГц.
В контроллер интегрировано графическое ядро видеопроцессора Intel 752, осуществляющее обработку 2D/3D изображений, которые передаются на выход для подключения монитора. В отличие от обычных видеокарт i752, в качестве видеопамяти используется системная память. Подобная архитектура была впервые применена в Chipset i430VX. Она была названа UMA.
В Chipset i810 архитектура UMA получила дальнейшее развитие и новое название Direct AGP. Данная архитектура позволяет графическому ядру взаимодействовать с оперативной памятью не через порт AGP, а напрямую через контроллер памяти, за счет чего примерно в 1,5 раза увеличивается скорость взаимодействия памяти и графического ядра. '
Объем системной памяти, выделяемой для обработки и формирования изображений, изменяется в процессе работы (технология Dynamic Video Memory Technology — D.V.M.T.). Так, при загрузке PC для поддержки обычного VGA выделяется 1 Мбайт оперативной памяти. Если ваш монитор работает с разрешением 1024x768, то при загрузке Windows драйвер видеоадаптера потребует еще 4 Мбайт. При использовании ЗО-графики выделяется еще 2 Мбайт памяти на буфер команд и 4 Мбайт на Z-буффер. Таким образом, объем оперативной памяти уменьшится на 11 Мбайт. Если в Chipset установлен хаб GMCH-DC100 (табл. 8.3), который поддерживает видеокэш объемом 4 Мбайт, то Z-буффер располагается в нем и "потери" составят лишь 7 Мбайт. При работе с 2О-изображениями используется для кэширования видеоданных.
Таблица 8.3. Характеристики модификаций Chipset i810
ICH
Хаб ICH конструктивно находится в микросхеме Intel 82801ХХ и выполняет функции ввода/вывода, таймера, а также контроллеров DMA и IRQ. Он включает контроллеры IDE, PCI, AC'97, LPC I/F, SMBus и USB.
Контроллеры дисководов и портов, которые раньше подключались к шине ISA, теперь подключаются через шину LPC (Low Pin Count). Шина LPC — это 4-битная шина, которая функционирует на тактовой частоте 33 МГц. Можно сказать, что это — урезанная шина ISA, работающая на более высокой частоте.
Интегрированный в ICH АС'97-кодек обеспечивает 16-битную стереофоническую обработку звука. WaveTableMidi эмулируется программно. Таким образом, воспроизведение звука сопряжено с дополнительной загрузкой CPU. Однако, учитывая, что во многих современных компьютерных играх используются аудиотреки на CD, то интегрированный АС 97-кодек вполне устроит большинство пользователей. Турманы" могут установить в слот PCI любую "солидную" звуковую карту и отключить АС 97-кодек с помощью BIOS Setup.
FWH
Хаб FWH представляет собой небольшую микросхему, в которую интегрировано 4 или 8 Мбайт флэш-памяти и аппаратный датчик случайных чисел. Во флэш-памяти хранится системный BIOS и видео-BIOS.
Особенности материнских плат с Chipset i810
Материнские платы с Chipset i810 изготавливаются в форм-факторе АТХ и Micro-ATX {см. главу 1).
Chipset i810 разработан для процессора Celeron. При этом на материнской плате может быть установлен разъем Slot 1 или Socket370.
Количество слотов PCI зависит от модификации Chipset (см. табл. 8.3). Слот AGP отсутствует. Слот ISA. как правило, также отсутствует, но некоторые производители устанавливают на материнской плате дополнительный контроллер и слот ISA. Все материнские платы имеют слот расширения AMR(рис. 8.6), который предназначен для подключения к нему аудиокодека и кодека модема (см, главы 17, 28). Преимущество для пользователей при подключении подобной карты расширения — ее невысокая стоимость, главный недостаток — потребление ресурсов CPU.
Рис. 8.6. Слот расширения AMR
На материнской плате, помимо стандартных (COM, LPT и др.) имеются разъемы Speaker, Line, In, Mic, Joystik, USB. В- соответствии со спецификацией PC99 на материнской плате для удобства пользования PC применяется единая цветовая маркировка разъемов, предназначенных для подключения внешних устройств.
Intel 81ОЕ
Chipset I810E разработан для установок на материнские платы, содержащих CPU Pentium III.
Архитектура Chipset i810 повторяет архитектуру i810. По сути i810E является "разогнанным" 1810 и от своего предшественника отличается поддержкой системной шины с тактовой частотой 133 МГц и наличием видеокэша объемом 4 Мбайт, функционирующего на тактовой частоте 133 МГц.
Шина, памяти Chipset работает на тактовой частоте 100 МГц независимо от установленной тактовой частоты системной шины (66, 100 или 133 МГц). Таким образом, данный Chipset поддерживает исключительно память РС100 SDRAM.
При работе с ЗD-графикой производительность материнских плат на основе i810E на 5—10% выше по сравнению с i810, однако существенно уступает платам с Chipset 440BX с установленным 20/30-акселератором. При работе с 20-программами (офисными приложениями, графическими редакторами) производительность материнских плат, имеющих Chipset i810, i810E и 440ВХ, примерно одинакова.
Intel 820
В ноябре 1999 г. на рынке появился Chipset i820, который по замыслу производителей должен прийти на смену Chipset i440BX. Данный Chipset обеспечивает функционирование системной шины на тактовой частоте 133 МГц и предназначен для CPU Pentium III.
Как и все Chipset семейства i8XX Chipset, i820 имеет хабовую структуру, состоящую из трех микросхем i82820 (MCH), i82801AA (ICH) и i82802 (FWH).
Данный Chipset поддерживает системную шину с тактовой частотой 133 МГц, протокол Ultra DMA/66. В него интегрирован АС'97-кодек и аппаратный датчик случайных чисел. Шина ISA не поддерживается.
Основным отличием Chipset i820 от i810E является поддержка памяти RDRAM и шины AGP4x и отсутствие:
□ поддержки тактовой частоты системной шины 66 МГц (поэтому установка CPU Celeron с внешней тактовой частотой 66 МГц на материнские платы с этим Chipset невозможна);
□ поддержки памяти типа SDRAM (разъемы для подключения модулей памяти SIMM и DIMM на материнской плате отсутствуют);
□ интегрированного графического ядра (отсутствие интегрированного графического ядра подразумевает наличие на материнской плате разъема для подключения видеокарт AGP).
Chipset 1820 стал первым Chipset корпорации Intel, который ориентирован только на память Rambus, которая является более производительной, чем SDRAM, но пока не получила широкого распространения, а стоимость RIMM-модулей памяти в несколько раз выше, чем DIMM-модулей. Под давлением производителей материнских плат корпорация Intel разработала специальный контроллер — Memory Translator Hub (MTH), предназначенный для совместимости Chipset i820 с модулями памяти РС100 SDRAM. К сожалению, дополнительное преобразование данных приводит к тому, что материнские платы с Chipset i820+MTH работают на 8—10% медленнее, чем с 440ВХ.
Intel 840
Chipset i840 разработан для многопроцессорных систем на основе CPU Pentium III и Pentium III Xeon. Как и все Chipset семейства i8xx, он создан по хабовой архитектуре.
Для увеличения объема памяти на материнской плате может быть установлен специальный контроллер — Memory Repeat Hub (MRH), который предназначен для расширения памяти RDRAM (вместо двух модулей можно установить четыре).
Для использования памяти SDRAM в состав Chipset может входить контроллер MRH-S, который преобразует интерфейс RDRAM в интерфейс SDRAM.
Современные Chipset фирм VIA Technologies, ALI, SiS и AMD
После появления в 1997 r. CPU Pentium II корпорация Intel являлась монополистом Chipset, поддерживающих системную шину Р6 (для разъема Slotl). Это заставило конкурентов (AMD, Cyrix, IDT) создавать новые CPU, ориентированные на Soket 7 (табл. 8.4), или разрабатывать собственные интерфейсы (например, Slot-A от AMD). Производители Chipset также не имели лицензии на производство Chipset для Slotl. Спустя некоторое время, "собрав сливки" и опасаясь серьезной конкуренции со стороны AMD и Cyrix, на которых переориентировались производители Chipset, корпорация Intel сняла ограничения на использование системной шины Р6, и крупнейшие производители Chipset представили на рынок свои разработки, которые оказались вполне конкурентоспособными с Chipset Intel для класса недорогих PC.
Таблица 8.4. Основные характеристики Chipset
Ниже рассмотрены Chipset, разработанные основными конкурентами Intel — VIA Tecnologies (Chipset VIA Apollo Pro, VIA Apollo Pro 133, VIA Apollo Pro 133A), ALI подразделение Acer Labs (Chipset ALI Aladdin Pro II), SIS (Chipset SiS630) и AMD (Chipset AMD-750).
Корпорация VIA Technologies Inc. Разрабатывает и производит Chipset для различных типов CPU (табл. 8.5).
Таблица 8.5. Современные Chipset корпорации VIA Technologies Inc.
VIA Apollo Pro
Chipset VIA Apollo Pro появился в 1998 г. Он ориентирован на Slot 1 и Socket 8 (для CPU Pentium Pro). Конструктивно VIA Apollo Pro состоит из двух микросхем (рис. 8.7):
□ VT82C691 —North Bridge ("северный мост");
□ VT82C596 — South Bridge ("южный мост"). North Bridge поддерживает работу:
□ системной шины с тактовой частотой 66 и 100 МГц; О шины памяти;
□ шины AGP 4х;
□ шины PCI.
В North Bridge интегрирован контроллер памяти, поддерживающий функционирование модулей памяти различных типов — FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM.
Рис. 8.7. Схема функционирования Chipset VIA Apollo Pro
South Bridge представляет по сути контроллер Bus Master IDE и мост PCI/IDE. Так, через этот мост к системе подключаются FDD, HDD, клавиатура и др.
VIAApolloPro133
Chipset VIA Apollo Pro 133 — первый Chipset, поддерживающий системную шину 133 МГц, опередив появление 1820.
Данный Chipset, как и его предшественник VIA Apollo Pro, состоит из микросхем VT82C693A (рис. 8.8) и VT82C686 (соответственно North Bridge и South Bridge).
С учетом того, что данный Chipset предназначен для функционирования на больших частотах, особое внимание при его разработке было уделено температурным характеристикам микросхем.
Рис. 8.8. Микросхема "северного моста" Chipset VIA Apollo Pro
В отличие от i820, данный Chipset использует асинхронную шину памяти, которая позволяет осуществлять функционирование шины памяти не только с тактовой частотой системной (FSB), но и на частотах на 33 МГц больше или меньше FSB. Если тактовая частота системной шины составляет 100 МГц, то тактовая частота шины памяти может быть 66, 100 и 133 МГц, а при тактовой частоте системной шины 133 МГц — 100 и 133 МГц. Это весьма удобно для пользователей. Например, если вы замените CPU Celeron на CPU Pentium III, то нет необходимости в приобретении модулей памяти PC 133 SDRAM и можно использовать модули РС133 SDRAM и CPU Pentium II.
Chipset поддерживает Ultra DMA/66. Как и в Chipset семейства i8xx в VIA Apollo Pro 133, интегрирован АС'97-кодек и, соответственно, на материнских платах с данным Chipset имеется разъем AMR.
VIA Apollo Pro 133 А
Архитектура Chipset VIA Apollo Pro 133A практически не отличается от Chipset VIA Apollo Pro 133. Конструктивно он выполнен в виде двух микросхем - VT82C694X (North Bridge) и VT82C596B (South Bridge), - которые взаимодействуют через шину PCI (рис. 8.9).
Одно из основных отличий данного Chipset от своего предшественника заключается в поддержке высокоскоростной шины AGP4x и двух процессоров.
В отличие от своего основного конкурента i820 данный Chipset не поддерживает память Rambus. Он ориентирован на использование модулей памяти FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, VC SDRAM.
VIA Apollo KX-3
Chipset VIA Apollo KX-3 разработан для CPU Athlont корпорации AMD.
Данный Chipset имеет классическую архитектуру: состоит из двух микросхем VT8371 (North Bridge) и VT82C686A (South Bridge) (рис. 8.10).
Рис. 8.10. Блок-схема Chipset VIA Apollo KX-3
В отличие от своих предшественников он поддерживает системную шину EV-6 с тактовой частотой 200 МГц.
Шина памяти функционирует на частоте 133 МГц. Она рассчитана на использование памяти РС133 SDRAM и VC (Virtual Channel) 133 SDRAM.
Chipset поддерживает Ultra DMA33/66. Как и в Chipset семейства i8xx в VIA Apollo Pro 133 интегрирован АС'97-кодек и, соответственно, на материнских платах с данным Chipset имеется разъем AMR.
Современные Chipset компании ALI разработаны по классической архитектуре и состоят из двух микросхем — North Bridge и South Bridge (табл. 8.6).
Таблица 8.6. Современные Chipset компании ALI
Как видно из таблицы. Chipset компании ALI различаются только функциональными возможностями "северного моста". На рис. 8.11 представлена блок-схема Chipset Aladdin TNT2. Основные характеристики современных Chipset компании ALI представлены в табл. 8.7. В качестве примера рассмотрим Chipset ALI Aladdin Pro.
Вскоре после появления на рынке Chipset VIA Appolo Pro компания ALI выпустила дешевый набор микросхем (альтернативу 440 ВХ) — Chipset ALI Aladdin Pro.
Данный Chipset выполнен по "классической" архитектуре и состоит из двух микросхем М1621 и М1543.
В микросхему Ml621 интегрированы контроллеры памяти, ввода/вывода, шины AGP, а также несколько буферов для ускорения обмена данными по системной шине.
В микросхему Ml543 интегрированы контроллер IDE, USB, модуль управления питанием, ACPI, PS/2 клавиатуры и мыши.
При установке на материнской плате специального APIC-контроллера этот Chipset может поддерживать несколько процессоров Pentium П.
Особенностью данного Chipset также является большой объем адресуемой памяти. По этой характеристике он превосходит все рассмотренные выше процессоры данного класса.
Chipset поддерживает шину AGP в режиме 2х и спецификацию 2.1 PCI (тактовая частота 66 МГц).
Chipset SiS630, разработанный компанией Silicon Integrated Sistems (SiS), конструктивно выполнен на базе одной микросхемы, что позволяет использовать его при изготовлении материнских плат малых размеров (Flex ATX).
Тактовая частота системной шины 66/100 МГц. Chipset поддерживает CPU Celeron/Pentium II/Pentium III.
SiS630 поддерживает 64-разрядную асинхронную шину памяти с тактовой частотой 66/100/133 МГц. Как и в последних Chipset от VIA, тактовая частота шины памяти может не совпадать с частотой системной шины и быть больше или меньше ее на 33 МГц.
В Chipset интегрировано ЗО-графическое ядро. Для передачи данных между графическим ядром и контроллером памяти используется 128-разрядная 133 МГц шина (технология Ultra AGP). Это позволяет увеличить скорость передачи данных по сравнению с 1810 в 2,7 раза (с 800 до 2128 Мбайт/с)
Chipset поддерживает АС'97-кодек. Однако следует сказать, что в отличие от Chipset семейства i8xx, основные функции преобразования звука осуществляются аппаратно, а не программно.
Также в SiS63O интегрированы два хаба USB, позволяющие установить на материнской плате до 5 разъемов USB, контроллер Fast Ethernet и контроллер Home PNA, предназначенный для организации сети по телефонному кабелю.
Возможности Chipset S1S630 (рис. 8.12) можно расширить путем установки ризер-карты в специальный слот ADIMM, расположенный на материнской плате. Внешне этот слот похож на слот AGP.
На ризер-карте может быть установлен кэш фрейм-буфера (FBC — Frame Buffer Cashe) или микросхема видеомоста S1S301 (Video Bridge).
FBC, выполненный на основе РС133 или VCM SDRAM, имеет объем до 32 Мбайт и 128-разрядную шину. Буферы обеспечивают высокую производительность графической системы.
Вместо FBC в слот ADIMM может быть установлена ризер-карта SiS301, которая обеспечивает подключение второго монитора на основе ЭЛТ, плоскопанельного монитора или телевизора (стандарта NTSC и PAL).
Для организации взаимодействия с устройствами, не предусмотренными спецификацией PC 99, Chipset использует шину LPC, которая связывает микросхему SiS630 (см. рис. 8.12) и контроллер SiS950, организующий взаимодействие дисководов, последовательного и параллельного порта, шины ISA и др.
AMD 750
Как уже отмечалось, политика корпорации Intel привела к тому, что корпорация AMD была вынуждена разработать интерфейс Slot А для подключения нового CPU — Atlhon. He останавливаясь на достигнутом, AMD разработала и Chipset для шины EV6 (разъем Slot А). Этот Chipset (рис. 8.13) состоит из двух микросхем:
□ AMD-751 — системный контроллер
□ AMD-756 — контроллер локальных шин
Особенность данного Chipset — поддержка системной шины EV6 с тактовой частотой 200 МГц, имеющей пропускную способность 1,6 Гбайт/с.
Максимальный объем памяти составляет 768 Мбайт, поддерживаются только модули PC 100 SDRAM.
Chipset поддерживает 4 порта USB, UltraDMA/66.
В заключение приведем сводную таблицу Chipset различных производителей (табл. 8.8).
ROM BIOS
Элемент ROM BIOS часто называют просто BIOS. Аппаратно он представляет собой элемент памяти емкостью 64 Кбайт, установленный 28 ножками в DIP-разъем на материнской плате. Ведущими изготовителями ROM BIOS являются фирмы AMI, Award и Phoenix. Функции, выполняемые системами BIOS, одинаковы и не зависят от фирмы-изготовителя. Типичный элемент ROM BIOS представлен на рис. 9.1. Конечно, возможны различия в способах настройки, а также в меню систем BIOS.
Рис. 9.1. Типичный элемент ROM BIOS для материнских плат 386 и 486
ROM BIOS выполняет три основные функции:
□ предоставляет операционной системе аппаратные драйверы и осуществляет сопряжение между материнской платой и остальными средствами PC; ROM BIOS должен соответствовать конкретной материнской плате;
□ содержит тестовую программу проверки системы, так называемую POST (Power On Self Test), которая при включении PC проверяет все важнейшие компоненты;
□ содержит программу CMOS Setup для установки параметров BIOS и аппаратной конфигурации PC.
Обозначение ROM расшифровывается как Read Only Memory (память только для чтения, ПЗУ), то есть информацию из этой памяти можно только считывать, но данные записывать в память нельзя.
BIOS (Basic Input Output System — Базовая система ввода/вывода) содержит набор основных функций управления стандартными внешними устройства-ми PC. Возникает вопрос: где хранятся значения, которые устанавливаются в CMOS Setup, если в ROM BIOS невозможно записать новую информацию? Изменения конфигурации (например, информация о новом винчестере) записываются в специальную область памяти (и оттуда считываются ROM BIOS), называемую CMOS RAM. Эта область памяти (емкостью 100— 129 байт) расположена в контроллере периферии 82С206. Для того чтобы записанные значения не были потеряны, контроллер обеспечивается питанием от аккумуляторной батареи. Таким образом, информация о конфигурации PC остается в памяти, даже если долго не включать компьютер.
Эта аккумуляторная батарея внешне чаще всего представляет собой цилиндрический голубой корпус на материнской плате, она обеспечивает хранение установок CMOS Setup и работу системного таймера. Если вы заметили, что системное время "убегает", замените аккумуляторную батарею или установите внешний аккумулятор. Из-за дефектной или разрядившейся батарейки не только нарушится правильный отсчет времени, но одновременно потеряется и информация CMOS RAM, которая содержит, например, параметры винчестера и установки оптимальной конфигурации Chipset.
Скажем несколько слов о POST. Этот самостоятельный тест поможет вам при идентификации ошибок, если вы установили в PC новую материнскую плату, и при этом что-то не функционирует.
Во время выполнения программы POST на экране монитора появляются два типа сообщений:
□ Информационные
□ Сообщения об ошибках (на экране монитора и звуковые)
Рис. 9.2. Сообщение Award BIOS при включении PC
С помощью информационных сообщений можно идентифицировать версию и производителя BIOS, производителя материнской платы, Chipset, установленный на материнской плате и др. Кроме того, на экране появляется информация об объеме установленной памяти (рис. 9.2), подключенных устройствах (HDD, FDD, CD-ROM и др.).
Сообщения об ошибках системы, определяемых POST, рассмотрены в главе 31. Отметим только, что POST выдает соответствующие сообщения как на экране монитора, так и подачей звуковых сигналов (рис. 9.3). По числу "писков" можно быстро идентифицировать источник ошибки. Естественно, динамик должен быть подключен к системе.
Рис. 9.3. Сообщение AMI BIOS при включении PC
С помощью идентификационной строки, расположенной в нижней части экрана монитора, можно определить производителя материнской платы. Информация о производителе материнской платы с установленным AMI BIOS содержится в третьей группе цифр (см. рис. 9.2), если AMI BIOS выпушен до 1991 году:
51-0620-001121-00111111-071595-I430TX-001_10_CHIPSET-F
и во второй группе цифр для AMI BIOS, выпущенного с 1986 по 1991 гг.:
DINT-1123-04 990-K8
В табл. 9.1 представлен идентификационный номер производителей материнских плат с установленным AMI BIOS.
Информация о производителе материнской платы с установленным Award BIOS содержится в 6 и 7 цифре третьей группы цифр (табл. 9.2).
06/ll/1998-i430TX-2A59ILlCC-00
Таблица 9.2. Код производителя материнских плат с установленным Award BIOS
В информационной строке также содержится информация о Chipset, установленном на материнской плате (см. рис. 9.2, 9.3).
Для того чтобы установить время создания BIOS, можно набрать в командной строке DOS команду DEBUG. Эта команда загружает отладчик, который, скорее всего, находится в директории C:\DOS\. В качестве приглашения к вводу команд программа DEBUG использует дефис (-). В строке приглашения введите:
-d f000:fff5 fffc
Компьютер выдаст примерно следующее:
30 38 2F-30 38 2F 39 33 08/08/93
Последние цифры указывают дату создания BIOS для вашего PC. Чтобы выйти из DEBUG в DOS, введите команду Q.
Каждая система BIOS в адресной области FE00H—FFFD9H имеет определенные подпрограммы, которые специально подобраны для используемой материнской платы. По этой причине система BIOS PC не взаимозаменяема.
В последнее время многие изготовители для хранения BIOS используют микросхемы электрически стираемой программируемой постоянной памяти {Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM), относящейся к микросхемам ПЗУ, которые можно стирать и перепрограммировать непосредственно в PC. Такой элемент BIOS называют Flash-BIOS. Теперь производитель может выпускать обновленные версии BIOS на дискете, а пользователь — загружать их в микросхему Flash-ROM материнской платы.
Центральный процессор имеет доступ к BIOS через систему программных прерываний. Каждое прерывание дает доступ к соответствующей подпрограмме BIOS. Вектора прерываний системы BIOS представлены в табл. 9.3.
Таблица 9.3. Вектора прерываний системы BIOS
Например, прерывание 12h отвечает за тестирование памяти и может использоваться для определения необходимого объема RAM.
Современные микросхемы BIOS поддерживают так называемый стандарт Plug&Play ("Подключай и работай"). В BIOS, поддерживающих этот стандарт, включено 13 дополнительных системных функций, используемых операционной системой PC.
Стандарт Plug&Play (рис. 9.4), разработанный корпорацией Intel, позволяет системам и адаптерам, поддерживающим его, автоматически настраивать друг друга.
Рис. 9.4. Реализация технологии Plug&Play
Все устройства PC (карты расширения, клавиатура, мышь и др.) используют определенное адресное пространство, требуют для себя линии прерываний (IRQ), каналы прямого доступа (DMA) и адреса ввода/вывода (I/O). По мере увеличения количества устройств заметно усложняется задача грамотного распределения ресурсов PC. Стандарт Plug&Play разработан для автоматического распознавания и согласования всех изменений в конфигурации PC, тогда пользователю не надо переустанавливать джамперы и вручную распределять ресурсы. В реализации стандарта Plug&Play принимают участие:
□ Аппаратные средства
□ BIOS
□ Операционная система
Аппаратные средства, поддерживающие стандарт Plug&Play, информируют BIOS и операционную систему о необходимых им ресурсах и, в свою очередь, самонастраиваются на основании полученной информации.
В BIOS возможности Plug&Play реализуются в процессе выполнения программы проверки системы (POST). BIOS распознает установленные аппаратные средства, подключенные к материнской плате и адаптерам PC, анализирует распределение ресурсов этих устройств, считывает информацию, содержащуюся в ROM подключенных устройств, настраивает адаптеры Plug&Play.
Операционная система, поддерживающая технологию Plug&Play (например, Windows 95/98), берет на себя управление всеми внешними устройствами, загружая соответствующие драйверы. Кроме того, операционная система сообщает о конфликтах устройств, которые не были устранены BIOS. С помощью операционной системы можно настроить параметры адаптеров вручную (с экрана монитора) или после изменения положения джамперов на картах расширения. Стандарт Plug&Play поддерживают операционные системы Windows 95/98, Windows NT и др.
CMOS Setup
К изменению CMOS Setup необходимо подходить с осторожностью, потому что некоторые изменения могут привести к фатальному исходу для PC (например, он больше не будет загружаться).
Прежде чем проводить изменения в CMOS Setup, запишите установленные или, что проще, распечатайте таблицы на принтере с помошью клавиши <PrintScrn>. Заставка CMOS Setup показана на рис. 9.5. В этом случае при необходимости можно вернуться к стандартным значениям. Впрочем, CMOS Setup при выходе из нее всегда позволяет вам отменить введенные изменения.
Рис. 9.5. Заставка CMOS Setup AMI BIOS
Хотя имеется большое число различных типов и версий BIOS, отдельные установки CMOS Setup всегда присутствуют. Если в последующем обзоре вы не найдете опций конфигурации для вашего PC, то либо ваш компьютер имеет BIOS старого типа, либо для Chipset вашей материнской платы не предусмотрены рассмотренные ниже установки. И если какие-то параметры установить с помощью CMOS Setup невозможно, то значит, это и не нужно делать.
Примечание
Вы тщетно будете разыскивать CMOS Setup в XT. Даже в ранних моделях 286 и 386 опций CMOS Setup очень мало, поскольку расширенные установки предлагалось проводить, используя специальную программу Setup, находящуюся на дискете, поставляемой с материнской платой. Однако сегодня вы с трудом найдете PC, где программа конфигурирования системы поставляется в такой форме.
CMOS является сокращенным названием полупроводника определенного типа (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
Клавиши, которые нужно нажать, чтобы войти в CMOS Setup, определяются фирмой-изготовителем BIOS. Обычно на экране монитора при загрузке системы появляется примерно такое сообщение:
Press <DEL> if you want to run Setup (для AMI BIOS) или
Press <Ctrl><AltxEsc> if you want to run Setup
(для Award BIOS)
STANDARD CMOS SETUP
standard cmos setup отвечает за установки стандартных встроенных аппаратных компонентов, определение оперативной памяти, а также установки времени и даты.
ADVANCED CMOS SETUP
advanced cmos setup позволяет конфигурировать различные установки при старте PC и, кроме того, располагать в верхней части стандартной памяти системную область ROM BIOS.
ADVANCED CHIPSET SETUP
advanced chipset setup служит для установки опций Chipset, что может ускорить или замедлить работу PC или вообще привести к нулевому результату.
AUTOCONFIGURATION WITH BIOS DEFAULT
autoconfiguration with bios default возвращает Setup стандартные значения, которые жестко прошиты в ROM BIOS. Нередко в этом случае некорректно идентифицируются винчестер и видеоадаптер. Обычно опции выставляются таким образом, что начальным устройством загрузки PC является дисковод.
AUTOCONFIGURATION WITH POWER-ON DEFAULTS
Спомощи опции AUTOCONFIGURATION WITH POWER-ON DEFAULTS восстанавливаются установки, которые имели место при последнем включении PC.
CHANGE PASSWORD
С помощью пароля вы можете защитить CMOS Setup от нежелательного доступа. Обычно пароль содержит 6 знаков. Активизировать эту опцию не обязательно. Если вы забыли свой пароль, то можно воспользоваться одним из заводских паролей. Когда на материнской плате установлен AWARD BIOS (ниже версии 4.51), можно попробовать ввести один из следующих паролей:
?, award, aPAf, AWARD_SW, HLT, Ikwpeter, J256, J262, J322, KDD, Syxz, TTPTHA, ZAAADA, ZBAAACA.
Если установлен AMI BIOS, то попробуйте ввести с клавиатуры AMI или держите нажатой клавишу <Ins> после включения PC.
Практически на всех современных материнских платах имеется специальный джампер для сброса пароля.
Если соответствующий джампер отсутствует и подобрать пароль не удается, то можно попробовать отсоединить аккумуляторную батарею. При этом следует не только отключить PC от сети, но и отсоединить кабели, подключающие блок питания к материнской плате. Дело в том, что заряд, находящийся на конденсаторах блока питания, может поддерживать питание CMOS более суток.
AUTO DETECT HARD DISK
Пункты опции auto detect hard disk служат для автоматического опознавания BIOS винчестера и установки его параметров.
В ранних версиях BIOS имеется опция hard disk utility, с помощью которой можно на низком уровне форматировать жесткий диск. Это довольно разрушительный процесс для IDE- и SCSI-карт, который рекомендуется проводить только в крайнем случае.
WRITE TO CMOS AND EXIT
Этой опцией вы подтверждаете установленные значения (также измененные), выходите из режима CMOS Setup, и PC стартует заново, пытаясь запуститься с новыми значениями.
DO NOT WRITE TO CMOS AND EXIT
Это противоположный случай. Все установки игнорируются, и PC стартует с установками, которые имели силу до внесения изменений. Если вы не уверены, что все произведенные изменения безопасны для системы, то выберите эту опцию и выйдите из CMOS Setup (впрочем, тот же эффект имеет место и при нажатии клавиши <Esc>).
На рис. 9.6 приведена начальная заставка CMOS Setup, принадлежащая Award BIOS. Даже без глубокого знания английского языка видно, что опции здесь примерно такие же, как и рассмотренные выше.
Рис. 9.6. Заставка CMOS Setup для Award BIOS
Новой является опция power management setup. С помощью содержащихся в ней установок можно заставить PC через определенный промежуток времени перейти в режим stand By Mode, то есть погасить экран монитора, деактивизировать винчестер и перейти на более низкую тактовую частоту (разработка, применяемая в компьютерах типа notebook; использование такого режима может значительно продлить срок их эксплуатации).
Подробную информацию о настройках CMOS Setup вы найдете в главе 31.
ЧАСТЬ III.
НАКОПИТЕЛИ ДАННЫХ
Глава 10. Накопители на гибких дисках
Глава 11. Винчестеры
Глава 12. Приводы CD-ROM
Глава 13. Внешние устройства хранения информации
Накопители
на гибких дисках
Очевидно, что помимо оперативной памяти необходимо оснащать компьютер еще и другими устройствами памяти, рассчитанными на долговременное хранение данных. К ним относятся накопители на гибких дисках, винчестеры, приводы CD-ROM и др. Укажем важнейшие особенности таких запоминающих устройств.
Время доступа к информации для этих запоминающих устройств составляет миллисекунды, а для элементов оперативной памяти — наносекунды. .
При правильной эксплуатации накопителей данные, которые на них размещены, будут доступны в течение длительного времени и возможен обмен данными между компьютерами.
В этой главе мы рассмотрим все важнейшие запоминающие устройства и соответствующие носители информации, которые необходимы системе для ее нормального функционирования.
Все приводы PC не могут самостоятельно управлять обменом данными. В качестве посредника между приводом и PC используется контроллер.
Дисководы (Floppy Disk Drive, FDD) являются старейшими периферийными устройствами PC (рис. 10.1). В качестве носителя информации в них применяются дискеты {Floppy) диаметрами 3,5" и 5,25". Дисководы для дискет 3,5" функционируют по тем же принципам, что и их старшие и большие по размерам "братья" — 5,25" FDD.
Рис. 10.1. Конструкция дисководов
Примечание
История создания дисководов неразрывно связана с именем Алана Шугарта, который в 1967 г. возглавил исследовательскую группу лаборатории фирмы IBM в г. Сан-Хосе (штат Калифорния). Первый гибкий магнитный диск имел диаметр 8" и размещался в защитном чехле. Емкость такого диска составляла 1 Мб. Начиная с 1971 г. к разработке и выпуску накопителей на дискетах приступили и другие фирмы, что привело к выпуску дисков различных размеров —
от 2 до 12 дюймов, однако стандартами на десятилетия стали дискеты диаметром 8", 5,25" и 3,5".
Информация на дискете запоминается путем изменения ее намагниченности. Изменение поля ориентирует магнитные частицы дискеты в направлении север-юг или юг-север. Так представляются логические состояния "1" или "О".
Конструктивно FDD состоит из большого числа механических элементов и малого числа электронных, поэтому для надежной работы дисковода в значительной степени необходима устойчивая работа механики привода. В дисководе имеются четыре основных элемента:
□ Рабочий двигатель □ Шаговые двигатели
□ Рабочие головки □ Управляющая электроника
Двигатель включается только тогда, когда в дисковод вставлена дискета и задвижка дисковода защелкнута (для 5,25" FDD). Двигатель обеспечивает постоянную скорость вращения дискеты: для 3,5" FDD — 300 об/мин, для 5,25" FDD — 360 об/мин. Для запуска двигателю необходимо в среднем 400 мс.
Дисковод оснащается двумя комбинированными головками (для чтения и записи каждая), которые располагаются над рабочей поверхностью дискеты. Так как обычно дискеты являются двусторонними, то есть имеют две рабочие поверхности, то одна головка предназначена для верхней, а другая для нижней поверхности дискеты.
Позиционирование головок выполняется при помощи двух двигателей. Они издают характерный звук ("крякают") уже при включении PC. Это шаговые двигатели перемещают головки для проверки работоспособности привода при их позиционировании.
Электронные схемы дисковода чаще всего размещаются с его нижней стороны. Они выполняют функции передачи сигналов к контроллеру, то есть отвечают за преобразование информации, которую считывают или записывают головки. Чтобы не нарушалась постоянная скорость вращения привода, он всегда должен работать только в горизонтальном или вертикальном положении. В табл. 10.1 приведены наиболее важные сведения о дисководах.
Таблица 10.1. Технические характеристики дисководов
1 HD и DD обозначают соответственно High Density и Double Density (высокая плотность и двойная плотность; более подробно об этом рассказано в последующих разделах данной главы).
2 Рабочая высота дисководов 3,5" для PC типа laptop и notebook составляет 19,5 мм.
3 Скорость вращения: rpm = rotations per minute (количество оборотов в минуту).
4 Плотность дорожек: tpi = tracks per inch (количество дорожек на дюйм).
5 Время позиционирования между дорожками для всех моделей FDD фирмы NEC составляет 3 мс.
Самым настоящим врагом для дисководов является пыль. В отличие от винчестеров, у которых рабочая поверхность диска герметично закрыта, у FDD имеется, по крайней мере, одно отверстие, через которое внутрь может проникать пыль. Это щель, куда вставляются дискеты. Толстый слой пыли мешает точному позиционированию рабочих головок (они не защищены), что может привести к классическому сообщению об ошибке:
Not ready reading drive A:
Abort, Retry, Fail?
Советы по уходу и очистке дисководов приведены в главе 35.
На всех дисководах есть два разъема для подключения к PC (рис. 10.2, 10.3). Первый из них (информационный) предназначен для подключения 34-жиль-ным плоским кабелем к контроллеру. Другой разъем (питающий) предназначен для подключения кабеля питания дисковода. Современным дисководам необходимо напряжение питания +5 В, однако по кабелю, подключаемому к блоку питания, дополнительно подается еще и напряжение +12 В (оно необходимо для питания привода винчестера). Вы не сможете' неправильно подключить питание ни к 3,5", ни к 5,25" FDD, т. к. оба штекера имеют соответствующие направляющие. В табл. 10.2 приведено назначение контактов кабеля питания.
Таблица 10.2. Назначение контактов кабеля питания дисковода
При подключении информационного кабеля возможны ошибки. Различны не только разъемы, как видно на рис. 10.2 и 10.3, но и сам кабель может быть подключен разными способами, но только один из них является правильным.
Внимание!
Корректное подключение дисководов важно не только для обеспечения их функционирования, но также для определения приоритета.
Рис. 10.2. Питающий и информационный Рис. 10.3. Питающий и информацион-разъемы 5,25" FDD ный разъемы 3,5" FDD
На рис. 10.4 изображен кабель подключения двух дисководов при конфигурации, когда дисководом А: является 3,5" FDD, а дисководом В: — 5,25" FDD.
Информация о правильном подключении для других возможных конфигураций дисководов приведена в главе 32. Однако уже сейчас обратите внимание на два основных правила при подключении кабелей:
□ Дисковод А: связывается с тем разъемом, который находится в конце кабеля (FDD1).
□ Если ключ на разъеме отсутствует, найдите контакт 1 на разъеме дисковода и подсоедините кабель таким образом, чтобы к этому контакту подключался провод, маркированный цветной окраской (это провод номер 1).
Рис. 10.4. Подключение двух FDD
На плате FDD, как правило, находятся несколько джамперов, переключением которых задается приоритет дисководов. Приоритет обозначается символами DSO, DSl, DS2, DS3 (Driver Select). Наличие четырех возможных вариантов приоритетов объясняется тем, что контроллер может управлять максимум четырьмя дисководами, хотя обычно в PC используется только два (чего вполне достаточно).
При первоначальном подключении дисководов не изменяйте состояние этих джамперов. Приоритет задается коммутацией 34-жильного информационного кабеля. И только в случае отсутствия такого кабеля или при подключении дисковода экзотического типа следует экспериментировать с джамперами Driver Select.
Другое положение джамперов задает, например, что 3,5" HD FDD установлен как 3,5" DD FDD, что достаточно необычно. Установка 3,5" FDD в PC может быть затруднена, если в корпусе не оборудовано соответствующее место. В этом случае, используя специальную переходную раму (Mounting Frame Kit), можно установить дисковод 3,5" на место, предназначенное для установки дисковода 5,25" (рис. 10.5).
Существуют так называемые комбинированные дисководы, объединяющие в одном корпусе FDD 5,25" и 3,5" и идентичные по своим размерам обычному дисководу 5,25" (рис. 10.6). Такое решение в первую очередь предлагается для корпусов PC типа Slimline (под прорезь 5,25"), тем более, что это дешевле, чем приобретать два отдельных дисковода. Недостатком является лишь то, что для большинства подобных дисководов приоритет не может быть установлен произвольным образом — обычно жестко конфигурируются FDD 5,25" как А: и FDD 3,5" как В:.
Привод для дискет емкостью 2,88 Мбайт
В процессе совершенствования запоминающих устройств и носителей информации большой емкости был разработан новый стандарт для дискет размером 3,5" емкостью 2,88 Мбайт. В настоящее время этот новый стандарт еще не получил широкого распространения. Дискеты емкостью 2,88 Мбайт называют ED-дискетами (Extra High Density). Имейте в виду, что:
□ обычные HD-дисководы не могут работать с ED-дискетами при требуемой для них точностью позиционирования головок;
□ элемент BIOS PC должен поддерживать подобный дисковод. BIOS более старых версий этого сделать не может. В разделе standard cmos Setup вы можете посмотреть пункт Floppy Drive и проверить, в состоянии ли компьютер работать с этой дискетой.
Все вышесказанное существенно ограничивает широкое распространение таких дисков в PC. Дискеты, в основном, используются для обмена данными между PC. Информация, записанная на одном компьютере, должна читаться на другом.
Slimline-дисководы 3,5"
Эти дисководы имеют уменьшенную высоту (19,5 мм) по сравнению с обычными 3,5" FDD (25,4 мм). Подобные дисководы выглядят элегантно, однако для установки их в стандартный корпус необходимы соответствующие конструктивные элементы.
Поскольку высота этих дисководов мала, их удобно устанавливать в малогабаритные корпуса, прежде всего в notebook. Однако при их подключении могут возникнуть проблемы. Зачастую стандартные питающие и информационные кабели не подходят для компактных FDD. В этом случае применяются специальные переходники. При подключении таких дисководов обязательно пользуйтесь техническим руководством по распайке кабеля и разъемов. Экспериментирование чаще всего приводит к плачевным результатам, так как подача напряжения +5 В на другой контакт вызывает выход дисковода из строя.
В качестве носителя информации для приводов FDD служит дискета (Floppy Disk, сокращенно Floppy). На заре компьютерной эры применялись дискеты формата 8". В настоящее время существуют только два формата дискет: более ранние дискеты размером 5,25" и дискеты 3,5" (рис. 10.7).
Конструкция дискет одинакова для всех форматов. Внутри футляра находится пластмассовый диск с нанесенным на него магнитным слоем. В процессе форматирования дискета разбивается на дорожки и сектора — подготавливается для записи на нее информации. На всех дискетах имеется вырез, предназначенный для защиты от случайной записи. После установки дискеты в дисковод для головок чтения/записи доступна лишь небольшая ее часть, ограниченная вырезом для чтения/записи (рис. 10.8). Размеры этого выреза варьируются в зависимости от размера дискеты. Поскольку пластмассовый диск постоянно вращается внутри футляра, то головки просматривают всю область дискеты. Головка привода при этом находится (в отличие от винчестера) в постоянном механическом контакте с поверхностью дискеты.
Рис. 10.8. Дискета 5,25"
Независимо от типа дискеты срок хранения информации, записанной на нее, зависит от бережного отношения к дискете. Следует иметь в виду следующие правила обращения с дискетами.
□ Их нельзя переламывать, гнуть или подвергать механическим нагрузкам.
□ Нельзя касаться пальцами рабочей поверхности дискеты.
□ Дискеты никогда нельзя подвергать воздействию магнитных полей. Магнитные поля приводят к нарушению намагниченной структуры на дискете. При этом неизбежна потеря хранимой информации. Длительное пребывание дискеты возле силовой сети или монитора PC также приводит к потере данных.
□ Хранить их следует в специальных упаковках. После работы (речь идет о дискетах 5,25") их следует всегда помещать в бумажные конверты.
□ Дискеты необходимо использовать только при температурах от +10° до +53°С.
□ Из дисковода дискеты можно извлекать только после того, как погаснет индикатор его работы на передней панели накопителя, чтобы не повредить рабочую поверхность дискеты или головку чтения/записи.
Такая дискета имеет круглый пластмассовый диск диаметром 13,3 см. Этот диск находится в футляре размером 13,4x14,4 см, оболочка которого с внутренней стороны покрыта фетром с целью защиты магнитного слоя от пыли и механических воздействий: даже нажима шариковой ручки достаточно, чтобы повредить поверхность дискеты, поэтому подписывайте дискеты только карандашом или фломастером.
В середине диска находится отверстие, края которого укреплены пластмассой, создавая таким образом своеобразное усилительное кольцо. Это отверстие необходимо для того чтобы центрировать диск и надежно удерживать его в механизме привода. Кроме того, на диске находится овальный вырез для чтения/записи. Через это отверстие рабочая головка касается поверхности дискеты. Если дотронуться до дискеты в этой незащищенной области, то на ней могут остаться отпечатки пальцев, что неизбежно приведет к потере данных.
Небольшое отверстие справа от усилительного кольца является индексным. Если его не видно, то просто повращайте диск вручную. В определенном положении индексное отверстие станет видно. Для привода оно служит признаком начала дорожек. Такие дискеты называются softsectored. Дискеты с жестко записанными секторами (для использования на PC под управлением DOS они не годятся) имеют большое число таких индексных отверстий, так как форматирование этих дискет выполняется аппаратно. Начало дорожек, т. е. положение индексного отверстия, определяется фотодатчиком.
Прямоугольный вырез на краю дискеты предназначен для защиты от записи. Если заклеить этот вырез небольшой наклейкой (в большинстве случаев подойдет полоска липкой ленты), то будет невозможно записывать данные на эту дискету. Аналогичный принцип применяется и в аудиокассетах. С помощью контактного датчика дисковод анализирует наличие такой защиты от записи и в соответствии с этим определяет, можно ли записывать информацию на дискету.
Внимание!
Защита от записи исключительно эффективна против вирусов, которые распространяются, как правило, на дискетах.
Перед использованием дискет всегда проверяйте их на наличие вирусов.
В настоящее время используются два типа дискет 5,25". Они различаются емкостью: дискеты DD или 2D (Double Sided-Double Density) вмещают максимум 360 Кбайт данных; на дискеты HD (High Density) можно записать вчетверо больше информации (1,2 Мбайт). В табл. 10.3 содержится краткий обзор характеристик дискет 5,25". Сложно найти различия между обоими типами дискет по их внешнему виду, хотя их производители часто делают соответствующие надписи. Однако у дискет HD иногда отсутствует усилительное кольцо.
Дискеты размером 5,25" имеют два больших недостатка:
□ их легко повредить, что приводит к потере информации;
□ они имеют небольшую емкость.
Поэтому появились дискеты размером 3,5", которые находятся в более прочном корпусе.
Конструкция трехдюймовой дискеты имеет несколько преимуществ по сравнению с пятидюймовой. Трехдюймовая дискета помещена в жесткий конверт (рис. 10.9), который хорошо защищает магнитный диск.
В отличие от пятидюймовой дискеты, в конверте которой имеется большой открытый вырез для доступа головок чтения/записи, у трехдюймовой дискеты он закрыт металлической или пластиковой задвижкой для того чтобы пыль не попадала на рабочую поверхность диска. Эта задвижка открывается автоматически только в том случае, если дискета вставлена в дисковод. Один угол дискеты срезан таким образом, что диск начинает вращаться только тогда, когда он правильно вставлен в дисковод. Это служит зашитой от некорректной установки Трехдюймовая дискета снабжена отверстием со скользящей пластиковой задвижкой. Если задвижка закрывает отверстие, то возможно чтение, запись и форматирование дискеты; если не закрывает - дискета защищена от записи. Устройство дискеты 3,5" показано на рис. 10.10.
Рис. 10.10. Устройство дискеты 3,5"
Хотя площадь рабочей поверхности трехдюймовой дискеты в два раза меньше чем пятидюймовой, на ней можно хранить больше информации -
1 44 Мбайт или 2,88 Мбайт. Это является результатом использования улучшенного магнитного покрытия и улучшения конструкции. Повышение износостойкости центрального кольца магнитного диска достигается за счет использования металлического кольца.
Почти во всех современных компьютерах применяются накопители на дискетах 3 5" емкостью 1,44 Мбайт. Емкость новейших дисков достигает
2 88 Мбайт. Однако в старых PC иногда применяются диски емкостью 720 Кбайт (стандарт DD - двойной плотности). Диски, используемые в РЬ/2, позволяют повысить плотность записи на каждой дорожке в два раза (18 секторов на дорожку), благодаря чему объем хранимой информации увеличивается до 1,44 Мбайт. Дискеты стандарта QD (Quadro Density — Учетверенная плотность) не нашли широкого применения. На диске высокой плотности имеется большое отверстие, расположенное рядом с окном защиты записи. Его наличие свидетельствует о том, что этот диск имеет высокую плотность.
Кроме того, существуют трехдюймовые дискеты со сверхвысокой плотностью записи (стандарт ED), обеспечивающие хранение информации объемом до 2,88 Мбайт (36 секторов на дорожку). Основу их магнитного слоя составляет феррит бария, а само покрытие толще, чем у дисков других стандартов. Это позволяет использовать метод вертикальной записи, при котором магнитные домены оказываются ориентированными в вертикальной, а не в горизонтальной плоскости. Они располагаются компактно, вследствие чего достигается более высокая плотность записи.
Сравнительные характеристики дискет наиболее употребляемых стандартов (а также некоторых устаревших) приведены в табл. 10.4
Таблица 10.4. Параметры гибких магнитных дисков
Дисководы служат для считывания и записи информации, содержащейся на дискетах. Они механически и электрически управляют соответствующими конструктивными элементами. Для записи и чтения информации необходимо разбиение дискеты на определенные участки, т. е. нужно создать логическую структуру. Это выполняется путем форматирования с помощью специальной команды, например, для DOS — команда FORMAT.
Таким образом, дискета разбивается на дорожки (Tracks) и сектора (Sectors). На рис. 10.11 показано это разбиение: сектора — как бы куски торта, а дорожки — сплошные концентрические кольца.
Количество байт, которое может быть записано в сектор, произвольно: для DOS — это 512 байт, другие операционные системы устанавливают свои размеры секторов.
Емкость дискеты вычисляется при помощи формулы, которая, впрочем, легко может быть преобразована и для винчестеров:
Число сторон * Дорожек на стороне * Секторов на дорожке
*Байт в секторе = Емкость всей дискеты
Для дискеты 3,5" HD формула примет вид:
2x80x18x512=1474560 байт
Однако не весь объем дисковой памяти доступен пользователю. Операционная система для манипулирования данными резервирует определенные области дисков.
При логическом разбиении дисков операционная система разделяет их на две части (рис. 10.12):
□ Системная область □ Область данных
Рис. 10.12. Структура диска
В системной области располагаются:
□ загрузочная запись диска;
□ таблица размещения файлов (две копии);
□ корневой каталог файлов.
Загрузочная запись, или блок начальной загрузки, является самой первой частью диска. Она содержит короткую программу (длиной всего несколько сот байт), которая инициирует загрузку операционной системы в память компьютера. Загрузкой (Booting) называется процедура запуска компьютера.
Нулевая дорожка первого сектора нулевой стороны диска — это так называемый загрузочный сектор (Boot-сектор). В этом месте загрузочной (системной) дискеты, содержащей компоненты операционной системы, находится программа для загрузки системы.
Следующая часть системной области диска называется таблицей размещения файлов (File Allocation Table, FAT). FAT помещается дважды (с копией) и требует также определенное количество секторов. Эта таблица необходима для того чтобы система могла узнать, какая информация располагается на дискете и в каких областях она находится. Таким образом, FAT содержит как бы опись дискеты. В FAT отражается каждое изменение данных, хранящихся на дискете. Для управления областью данных диска операционная система разделяет ее на кластеры. Размер кластера зависит от типа диска. Кластеру может соответствовать сектор или несколько секторов. В табл. 1-0.5 приведены размеры кластеров DOS гибких дисков (размер одного сектора составляет 512 байт или 0,5 Кбайт).
В зависимости от емкости диска длина элементов FAT составляет 12 или 16 бит. Чем длиннее элемент FAT, тем за большим числом кластеров может следить операционная система и, следовательно, работать с дисками большей емкости. В случае гибких дисков длина элементов FAT равна 12 битам, а для жестких дисков — 16.
Таблица размещения файлов FAT предоставляет операционной системе возможность учета распределения дискового пространства, поэтому FAT является наиболее критичной частью диска и требует максимальной защиты. Вот почему на каждом диске записываются две отдельные копии FAT, причем используется только первая копия (вторая копия применяется для восстановления поврежденных дисков).
Последней частью системной области диска является корневой каталог, или встроенное оглавление содержащихся на диске файлов. На дисках можно организовывать и подкаталоги, но они образуют необязательную часть диска и создаются по мере необходимости. Для каждого файла имеется элемент каталога, который содержит имя файла из восьми символов, трехсимвольное расширение имени файла, размер файла, а также информацию о дате и времени последнего изменения файла. Кроме того, в элементе каталога записываются номер начального кластера файла и атрибуты файла, которые применяются для регистрации характеристик файла. Например, подкаталоги имеют особую отметку атрибута; системные файлы DOS имеют два специальных атрибута, называемых системным и скрытым. Атрибут только для чтения защищает файлы от изменения и удаления, а атрибут архивный показывает, какие файлы на диске уже имеют резервные копии, а какие — нет. Для каждого типа диска размер корневого каталога фиксирован. Каждый элемент каталога имеет длину 32 байта, в одном секторе размещаются 16 элементов. Например, на гибком диске формата 3,5" емкостью 1,44 Мбайт для корневого каталога выделено 14 секторов, в которых может быть записана информация о 224 файлах (16x14 = 224). На жестких дисках для корневого каталога обычно выделяются 32 сектора.
Область данных предназначена для хранения файлов. Следует отметить, что в результате выполнения нескольких операций записи файлы данных могут быть размещены на диске в несмежных кластерах. Диск, на котором значительное число файлов размещено отдельными фрагментами по всей поверхности, называется фрагментированным. В этом случае возрастает среднее время доступа к данным. Поэтому в целях поддержания высокой производительности накопителя следует регулярно выполнять дефрагментацию диска с помощью соответствующих утилит.
Контроллеры FDD
В компьютерах XT использовались разные контроллеры для подключения накопителя на гибких дисках и винчестера. Затем, начиная с PC AT на базе процессора 80286, применялся комбинированный контроллер — Comb-Controller, который управлял как приводами FDD, так и винчестерами (рис. 10.13). Часто комбинированный контроллер называют мулътикартой. Кроме того, на плате контроллера размещались еще и разъемы параллельного и последовательного интерфейсов.
Рис. 10.13. Комбинированный контроллер для FDD, HDD, двух последовательных и одного параллельного интерфейсов
На современных материнских платах контроллер FDD уже установлен. Он интегрирован в одну из микросхем Chipset (см. главу i), а на материнской плате имеется специальный разъем для подключения кабеля (рис. 10.14).
Дисководы 3,5" и 5,25" подключаются к контроллеру 34-жильным плоским кабелем. Этот кабель можно узнать не только по его 34 проводникам, но и по наличию шести перекрученных жил, расположенных между разъемами для подключения к дисководам (рис. 10.15). По этим жилам передаются сигналы выбора накопителя и включения двигателя привода.
Рис. 10.15. 34-жильный кабель для подключения дисководов
Перекручивание жил кабеля необходимо для присвоения разных имен приводам FDD (А: или В:) в том случае, когда PC оборудован двумя такими устройствами.
Если при подключении большинства винчестеров первый (соответственно, второй) винчестер определяется с помощью джамперов непосредственно на плате привода, то при подключении FDD необходимо учитывать, что:
□ Последовательность подключения разъемов кабеля к дисководам однозначно определяет, какой из них А:, а какой — В:.
Примечание
Не переключайте на дисководе джамперы Drive Select, которые указывают последовательность подключения приводов (такие джамперы, как правило, обозначены DSO, DS1 и т. д.).
□ Помимо подключения дисководов определенной последовательности нужно сообщить системе (или, скорее, BIOS) тип каждого FDD и его обозначение. Для этого в CMOS Setup требуется установить соответствующие параметры (см. главу 31).
В следующем примере будем считать, что дисковод А: — это FDD 3,5", а дисковод В: — FDD 5,25". Правильное подключение кабеля показано на рис. 10,16.
Если вы хотите сделать дисковод А: дисководом В:, подключите их так, как показано на рис. 10.17.
Перекручивание шести жил кабеля является интересным техническим решением проблемы идентификации дисководов. Изучив табл. 10.6, можно понять, почему достаточно перекрутить с 10-ой по 16-ю жилы, чтобы идентифицировать дисковод (речь идет о четырех сигнальных линиях). Кроме того, если отсоединить линию 28, контроллер не будет проверять защиту дискеты от записи.
Первые контроллеры FDD располагались на отдельной карте и поддерживали до 4-х дисководов. Скорость передачи данных достигала 30—35 Кбайт/с. Современные контроллеры поддерживают только два FDD, зато скорость обмена данными увеличилась до 62 Кбайт/с для "стандартных" накопителей на дисках 3,5" и до 125 Кбайт/с для накопителей, поддерживающих дискеты ED емкостью 2,88 Мбайт.