Příklad základní desky
pro procesor i 80 486 a kompatibilní:
1 - Cache paměť L2
2 - Sloty PCI
3 - Sloty ISA
4 - Slot ISA / VL Bus
5 - IDE hard disk konektor
6 - Pozice pro paměť SIMM
7 - BIOS
8 - Napájecí konektor
9 - Konektor klávesnice
10 - Jumpers ( přepínače)
11 - Pomocné obvody
PC bus IBM, 1982
- pro procesory I8088, I8086, I80186
- 8 bitů / 4.77 Mhz
- maximální výkon 8 MB/s
AT bus (ISA sběrnice)
1984
- 16 bitů / 8 Mhz
- zachováno 62 linek z PC
bus a k tomu přidaná část k rozšíření na 16 b
- zpětná kompatibilita z
PC bus
- 16 bitové sloty
MCA (Micro Chanel Architecture) 1987
- 32 bitů / 10 – 20 MHz
- sběrnici vyrobila IBM
pro PS/2
- chybí zpětná kompatibilita
z ISA
- možnost softwarové konfigurace
přídavných desek
- méně choulostivá na šumy
než předcházející standardy
- za používání této sběrnice
museli další výrobci platit
- velmi málo rozšířená (téměř
jen u PC od firmy IBM)
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
1988
- 32 bitů / 8 – 33 MHz
- standard původně devíti
firem (Compaq, AT&T,...)
- kompatibilita s ISA
- možnost softwarové konfigurace
přídavných desek
- méně choulostivá na šumy
než předcházející standardy
VL bus (VESA Local Bus) 1992
- 32 bitů / 40 MHz
- podporuje 2 periferie
+ 1 periferii přímo na základní desce
- sběrnice je přímo napojena
na procesor (zatěžuje procesor)
PCI ( Peripheral Component Interconect) 1992
- 32 bitů / 33 MHz (verze
1.0)
- výkon až 130 MB / s
- mezi CPU a periferiemi
tvoří další vrstvu
- je procesorově nezávislá,
možnost připojení různých typů procesorů
- nezatěžuje procesor
- možnost automatické konfigurace
periferií
- snížení el. nároků
- možnost připojení šesti
periferií
- zpětná kompatibilita
- nejvíce rozšířena sběrnice
u nových PC
- slot má na dvou stranách po 62 kontaktech
Části sběrnice: -
řídící
- adresová (např. Pentium
- šířka 32 bitů)
- datová (např. Pentium
- šířka 64 bitů)
Dva okruhy: -Lokální okruh
- spojuje CPU a paměť
-Vnější okruh - spojuje
CPU s přídavnými kartami
Dříve měly sběrnice pouze
vnější okruh (ISA).
1) vnitřní (většinou
polovodičové)
a) ROM (EPROM, EEPROM)
b) RAM ( dynamické, statické)
2) vnější
a) magnetické (diskové, páskové, bubnové, bublinkové
...)
b) magneticko optické
c) optické
d) polovodičové atd.
Vlastnosti:
1. Paměťová kapacita
- jednotka 1 bit (1 b), 1 B = 8 b, 1 KB = 210 B =
1024 B
2. Vybavovací a přístupová
doba
3. Schopnost uchovávat informace
- paměti jsou energeticky závislé (RAM) nebo nezávislé (ROM)
- adresové vstupy
- datové vstupy a výstupy
- řídící vstupy
- napájecí vstupy
Paměť typu ROM
Jedná se o permanentní paměť, která je nezávislá na zdroji energie. Paměti ROM se nedají přepisovat a jeji hodnoty nastavuje výrobce čipů. Pro menší série se vyrábějí paměti PROM (Programmable ROM), kterou lze jedenkrát naprogramovat ve speciálním zařízeni. Na obrázku je princip paměti typu PROM.
Vyrábějí se rovněž mazatelné paměti ROM a to paměti s označením EPROM (Erasable PROM), které se mažou UV zářením a programují elektrickým signálem. Část pouzdra v místech přímo nad čipem je z průhledného materiálu, aby na čip mohlo proniknout UV světelné záření. Mazání trvá několik minut až půl hodiny. Obecně lze provést několik tisíc opakovaných zápisů na čip.
U paměti EEPROM (Electrically Erasable PROM) se mazání i zápis provádí elektrickým signálem. Mazání dat probíhá řádově v ms až s, zápis v ms. Umožňují řádově statisíce opakovaných zápisů na čip.
Maximální doba uchování informací je asi 10 až 20 let.
Paměti typu RAM (RWM)
Dělíme je na :
a) Statické RAM -
každá paměťová buňka je tvořena bistabilním klopným obvodem. Použití: paměti
Cache.
b) Dynamické RAM
Dynamické paměti RAM musí
pravidelně obnovovat uložené informace, neboť kondenzátor se vybíjí po
určité době svodovým odporem. Jsou tedy pomalejší než SRAM, více náchylné
na šumy, ale cenově výhodnější. Použití: operační paměť.
Paměťový modul SIMM:
Paměti DRAM se používají rovněž na přídavných kartách počítače.
U starších systémů, například řady procesorů 486, kde datová sběrnice je 32 bitů, stačí obsadit jen jeden 72 pinový SIMM. Naopak u systému řady Pentium, která má datovou sběrnici 64 bitů, je nutné osazovat vždy minimálně po dvojicích stejných SIMMů. Výhoda paměťových modulů, které se u osobních počítačů typu PC označují DIMM je v tom, že šířka jejich datové sběrnice je 64 bitů (72 bitů včetně paritních bitů). Je tedy možné opět osadit jen jedn DIMM.
FPM RAM – Fast Page Mode RAM
Tyto starší typy paměťových modulů SIMM mají přístupové doby 60 nebo 70 ns. Kromě operační paměti se používají také v některých grafických kartách, ale i zde jsou postupně vytlačovány novějšími typy. Zrychlení práce s pamětí je založeno na jednoduché myšlence, že čte-li se z daného řádku informace, bude se další informace číst pravděpodobně na stejném řádku. Při adresování se nejprve adresuje řádek (row – RAS signál), teprve pak sloupec (column – CAS signál). Průsečíkem obou signálů získáme adresu konkrétní paměťové buňky.
EDO RAM – Extended Data Output RAM
Jedná se o vylepšenou variantu FPM RAM. Vyrábějí se ve variantách 70, 60 a 50 ns. Stejně jako předcházející typ nejsou optimalizovány pro kmitočty sběrnice větší než 66 MHz.
BEDO RAM – Burst Extended Data Output RAM
Tyto paměti čtou data dávkách (burst), mají vlastní adresový čitač a opět nejsou vhodná pro rychlosti sběrnice větší než 66 MHz.
SDRAM – Synchronus Dymaic Ram
Zatímco předcházející tři
typy se vyrábějí pro moduly SIMM, SDRAM je vyráběna nejčastěji v modulech
DIMM. Paměť je schopna pracovat se všemi výstupními a vstupní signály synchronizovaně
se systémovými hodinami. Výhodou těchto rychlých pamětí je, že nemají problémy
s kmitočtem sběrnice větším než je hodnota 66 MHz. Přístupové doby
většinou dosahují hodnot 10 nebo 12 ns (pro frekvenci sběrnice 66 MHz),
popřípadě 7 či 8 ns (100 Mhz). Pro kvalitnější paměťové čipy nebo pro čipy
s nižší frekvenci je možné u paměti pomoci BIOSu nastavit CAS Latency,
tedy počet taktů zpoždění přenášených
dat. Nastavují se hodnoty 2 nebo 3. Větší hodnota samozřejmě znamená pomalejší
práci
BIOS provádí:
- úvodní test počítače
- umožňuje nastavit základní
parametry počítače
- zavádí operační systém
- poskytuje operačnímu systému
prostředky pro realizaci víceúlohového prostředí
Pro nastavení parametrů
počítačů se používá speciální program SETUP, který se může vyvolat při
spuštění počítače. Aktuální nastavení se ukládá do speciálního paměťového
obvodu typu CMOS (Complementary Metal-Oxid Semiconductor). Tato paměť je
napájena speciální přídavnou baterií.
Základní volby v Setupu: datum, čas, parametry HDD a FDD, povolení testu připojení klávesnice ... Nastavení pro pokročilé uživatele: rychlost klávesnice, heslo Setupu, přepínání cache paměti, parametry Power Managmentu, stínování ROM pamětí, pořadí disků....
Nejčastější typy BIOSu: AMI
BIOS, AWARD BIOS, PHOENIX ... Velcí výrobci hardwaru vyrábějí své BIOSy
( IBM, Texas Instrument, Philips, ...).
Cache je pro programátora zcela transparentní (průhledná), to znamená, že ji nelze adresovat ani na úrovni strojového kódu. Rozhodnutí jaké údaje a kam se mají zapsat je pouze na hardwaru.
Délka buňky v paměti cache je závislá na šířce adresové a datové sběrnice počítače. Velikost řádku v datové cache je obvykle násobkem šířky datové sběrnice. Z důvodu místní lokalizace se přenášejí mezi operační pamětí a cache ne jednotlivá slova, ale celé bloky (i80486 má blok o délce 128 B, Pentium 256 B).
Rozeznáváme Cache:
vnitřní - cache první
úrovně ( Level 1), která je integrovaná přímo na čipu procesoru. Její velikost
je asi 8 – 64 KB. Je určena pro instrukce i data. Vnitřně jsou některé
typy rozčleněny na část instrukční a datovou. U
meších pamětí k tomuto členění nedochází a celý prostor je vyčleněn jak
pro data, tak i pro instrukce
externí - cache druhé
úrovně ( Level 2, L2). Běžné kapacity jsou 128 – 512 KB. Je určena pro
data. Osazuje se do patic na základní desce.
synchronní - cache
využívá signálu synchronizovaného s procesorem. Rychlost cache i procesoru
vyžaduje přesné sladění, ale systém je rychlejší a komunikace je jednodušší.
asynchronní - cache
není taktována a pracuje svou rychlostí, která není závislá na procesoru.
Jakmile cache vykonala příkaz nebo je schopná přijmout další, vyšle potvrzovací
signál.
write trough - při
zápisu do paměti se údaje zapíší do cache paměti a také do operační paměti.
Tím je zápis zpomalován. (i80486, M68030)
write back - nové
údaje se zapíší jen do cache paměti a teprve v příhodném čase se tyto údaje
zapíší do pomalé operační paměti. Systém zápisu je rychlejší. (M68040,
Pentium)
cache plně asociativní
- paměť má dvě oddělené části.
V jedné jsou uloženy hodnoty adres (tagy) a v druhé k nim příslušná data.
Všechny hodnoty adres se porovnají pomocí komparátoru s právě požadovanou
adresou. V případě, že porovnání je kládné, vyberou se příslušná data.
Tato cache vyžaduje speciální obvodové
řešení, což vede k velké ceně paměti. V praxi se plně asociativní cache
téměř nepoužívá.
cache množinově asociativní
- nejčastěji používaný typ paměti cache. Nevyžaduje speciální obvodové
řešení, ale lze vytvořit pomocí standardních SRAM obvodů. Pomocí adresového
dekodéru se vybere příslušná množina adres (třída) a teprve v dané množině
se pomocí komparátoru porovnávají tagy a následně vybírají data. Podle
stupně asociativity (velikosti množiny - třídy) rozeznáváme cache dvojcestně
asociativní (Pentium), čtyřcestně asociativní (i80486, Pentium Pro).
cache s přímým mapováním
- tato cache je vlastně množinově asociativní cache, u které je velikost
třídy právě jedna (Alpha 21064).
časová lokalita -
tato strategie přesouvání údajů je založena na tom, že je velmi pravděpodobné,
že adresa, která byla požadována právě teď, bude požadována velmi brzy
znovu.
místní lokalita -
strategie je založena na faktu, že potřebuj-li systém adresu A, bude velmi
pravděpodobně potřebovat i adresy A+1, A+2, ... Proto se přesouvá do cache
blok obsahující několik sousedních údajů.