В 2001г. появился Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478). Этот процессор выполнен по 0.18 мкм процессу. Устанавливается в новый разъём Socket 478, поскольку предыдущий форм-фактор Socket 423 был «переходным» и Intel в дальнейшем не собирается его поддерживать. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1,3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 478. Последние модификации процессора выпускаются по 0,13 мкм технологии с частотой системной шины 533 МГц.
Для того чтобы микропроцессор мог работать, необходимы некоторые вспомогательные компоненты. Когда данные передаются внутри компьютерной системы, они проходят по общему каналу, к которому имеют доступ все компоненты системы. Этот путь получил название шины данных. Необходимо отметить, что понятие «шина данных» имеет общее значение, конкретно же и микропроцессор имеет свою шину данных и оперативная память. Когда нет специального уточнения, то речь идет, как правило, об общей шине, или иначе шине ввода-вывода.
Эта шина формируется на сложной многослойной печатной плате - основной, или иначе, материнской (motherboard рис. 1-2).
Системная шина представляет собой совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление). Основной функцией системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине так же осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами.
Концепция шины представляет собой один из наиболее совершенных методов унификации при разработке компьютеров. Вместо того чтобы пытаться соединять все элементы компьютерной системы между собой специальными соединениями, разработчики компьютеров ограничили пересылку данных одной общей шиной.
Эта идея чрезвычайно упростила конструкцию компьютеров и существенно увеличила ее гибкость. Чтобы добавить новый компонент, не требуется выполнять множество различных соединений, достаточно присоединить его к шине через специальный разъем (Slot). Чтобы упорядочить передачу информации по шине используется контроллер шины.
На основной плате когда-то были только шина, процессор и оперативная память. Все остальные устройства размещались на сменных платах, включаемых в разъемы (слоты) шины. Сейчас на motherboard находится добрая половина компьютера - и контроллер дисков, и видеоадаптер и порты. А вот процессор и память помещены на сменные платы (модули) - ибо более мощные процессоры и более емкие микросхемы памяти появляются по несколько раз в год и их можно заменить. Для современных компьютеров наметилась тенденция размещения дополнительного оборудования на motherboard (видеоадаптер, звуковая аппаратура, модем – интеграция технических средств).
Архитектура системной шины (приложение 1) той или иной модели системной платы зависит от производителя и определяется типом платформы ПК (типом центрального процессора), применяемым набором микросхем chipset и количеством и разрядностью периферийных устройств, подключаемых к данной системной плате.
Максимальная пропускная способность часто используется в качестве критерия для сравнения возможностей шин различной архитектуры. Ее можно рассчитать, умножив рабочую частоту на количество байт, передаваемое в одном такте (ширину полосы пропускания).
Для особо быстродействующих устройств нужны другие способы подключения. Отдельные (локальные) шины, работающие с основной частотой материнской платы, появились, прежде всего, для памяти - основной и кэш (cache). Затем на локальную шину «посадили» видеоадаптер.
Эту шину VLB создала группа VESA - Video Electronic Standard Association, разработавшая стандарт - Video Electronic Standard Architecture, и поэтому у нее два обозначения - Video Local Bus и VESA Local Bus. Поскольку локальная шина подключена непосредственно к микропроцессору, имеющему 32-разрядную шину данных, то при основной частоте 33 МГц получается скорость обмена 132 Мбайта в секунду.
PCI (PeripheralComponentInterconnectbus) - шина для подсоединения периферийных устройствпоявилась в 1992 г. и утверждена организацией Special_Interest_Group_Steering_Committee. Она стала массово применяться для Pentium-систем. Шина работает с объектами, имеющими напряжение 5 либо 3,3 вольт. Взаимодействие объектов происходит напрямую, без участия центрального процессора (CPU). PCI является 32-разрядной с возможностью расширения до 64 разрядов. Пиковая пропускная способность равна 132 Мбайт/с при 32 разрядах и 264 Мбайт/с при 64 разрядах. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е. при частоте 66 MHz на PCI будет 33 MHz, при 75 MHz - 37.5 MHz и т.д. Шина хорошо стыкуется с локальной сетью.
Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh. Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI.
В начале 1995 года утвержден стандарт PCI на частоту 66 МГц, а заодно и стандарт на ширину шины в 8 байт. PCI теперь может работать не только как локальная шина, но и как общая. Пропускная способность такой шины существенно возрастает (до теоретически максимальной 8 байт × 66 МГц = 528 Мбайт в секунду).
Однако для современных систем трехмерной (3D) графики возможностей стандартной шины мало. Intel в 1997 году предложила установить на материнской плате специализированный графический порт - AGP - Accelerated Graphics Port. То есть AGP - специализированная надстройка над шиной PCI, позволяющая создать скоростной канал обмена данными между графическим акселератором и системной логикой PC. AGP-расширение основной PCI-архитектуры работает на удвоенной рабочей частоте шины (т.е. 133 МГц, входной частоты процессора). Для того чтобы достичь высокой скорости передачи, AGP определено как непосредственное или прямое соединение (point-to-point), а не через общую шину.
Готовясь к появлению более мощных процессоров Pentium, многие поставщики микропроцессоров и систем развивают соответствующие этим процессорам версии архитектуры шины PCI, способные удвоить пропускную способность каналов ввода-вывода для высокопроизводительных систем. Летом 1999 года консорциум SIG по PCI принял спецификацию принципиально нового варианта шины PCI - PCI-X. Основные отличия PCI-X от PCI:
1) тактовая частота шины до 133 MHz;
2) возможно использование различных слотов для разных скоростей обмена данными; стандарт предусматривает 1 слот с частотой 133 MHz, 2 слота на 100 MHz, остальные слоты могут использоваться на частоты 33 и 66 MHz;
3) уменьшено время, выделяемое на операции в PCI-X.
Для Pentium 4 была разработана системная шина (FSB) 400 МГц. В 2002 году компания Intel успешно начала перевод своих процессоров Pentium 4 на системную шину (FSB) 533 МГц взамен прежней 400 МГц. Она выпустила сразу три новых процессора для новой шины с тактовой частотой ядра 2,26, 2,40 и 2,53 ГГц. Как показали многочисленные тестирования, применение более быстрой системной шины даже совместно с прежней системной памятью DDR266 или RDRAM PC800 способно повысить быстродействие платформ на 5-10% в ряде задач (при неизменной тактовой частоте ядра), что фактически равноценно повышению тактовой частоты самих процессоров (со «старой» шиной) на одну-две ступени.
В этом случае на материнской плате должен быть установлен один из наборов микросхем (чипсет) I845E, I845G, I850 (приложение 2). Сведения по новым разработкам проще всего найти на сайтах фирм, выпускающих платы, например, на сайте фирмы Intel.
Одним из основных элементов компьютера, позволяющим ему нормально функционировать, является память. Внутренняя память компьютера (оперативная память и кэш-память) - это место хранения информации, с которой он работает. Она является временным рабочим пространством. Информация во внутренней памяти не сохраняется при выключении питания, на диске же или дискете может храниться годами без потребления питания. В постоянной памяти (ROM) персонального компьютера записан набор программ базовой системы ввода-вывода (BIOS). Эта память энергонезависима и BIOS всегда готова к чтению при включении питания компьютера.
Поскольку в памяти только для чтения замена записанной информации была невозможна, то переход на новую версию BIOS требовал замены набора микросхем материнской платы (чипсет). Поэтому в современных компьютерах устанавливается перепрограммируемая память FlashBIOS. (Однако сразу же проявился недостаток такой памяти: появились вирусы, перепрограммирующие базовую систему ввода/вывода, что приводит к полной неработоспособности компьютера).
Память компьютера организована в виде множества ячеек, в которых могут храниться данные; каждая ячейка обозначается адресом. При этом адресация общая для постоянной и оперативной памяти так, что адреса, отведенные постоянной памяти, для оперативной памяти использовать нельзя. Сама адресация в угоду совместимости со старыми компьютерами усложнена - все это требует дополнительных программных средств управления памятью. Размеры этих ячеек отличаются у разных компьютеров и видов памяти.
Современные процессоры работают намного быстрее обычных устройств машинной памяти. Поэтому, чтобы их не задерживать, в компьютер включают особую буферную память (Cache Memory), по скорости сравнимую с процессором. В ней информация всегда готова к использованию (название взято от французского слова cache – скрытый, ибо буфер включают так, чтобы программы его не замечали).
Первоначально кэш-память устанавливалась вне процессора (внешний кэш), затем небольшой кэш встраивается непосредственно в процессор (внутренний кэш). Теперь в компьютерах с процессором Celeron устанавливается непосредственно в микропроцессоре 128 Кбайт кэша, в Pentium - 512К. Такие объемы обеспечивают приемлемо малое число обращений к основной памяти. Экономия на кэш-памяти может привести к существенным потерям времени в работе.