Шина процесора

Ця шина сполучає процесор з компонентом набору мікросхем North Bridge або Memory Controller Hub. Вона працює на частотах 66-200 Мгц. Використовується для передачі даних між процесором і основною системною шиною або між процесором і зовнішньої кеш пам’яттю в системах на базі процесорів п'ятого покоління. Взаємодія шин в типовому комп'ютері на базі процесора Pentium (Socket 7) показана на мал. нижче.

У системах, створених на основі процесорів Socket 7, зовнішня кеш-пам'ять другого рівня встановлена на системній плати і сполучена з шиною процесора, яка працює на частоті системної плати (звично від 66 до 100 Мгц). Таким чином, при появі процесорів Socket 7 з вищою тактовою частотою робоча частота кеш-пам'яті залишилася рівній порівняно низькій частоті системної плати. Наприклад, в найбільш швидкодійних системах Intel Socket 7 частота процесора рівна 233 Мгц, а частота шини процесора при множнику 3,5х досягають тільки 66 Мгц. Отже, кеш-пам'ять другого рівня також працює на частоті 66 Мгц. Візьмемо, наприклад, систему Socket 7, що використовує процесори AMD K6-2 550, які працюють на частоті 550 Мгц; при множнику 5,5х частота шини процесора рівна 100 Мгц. Отже, в цих системах частота кеш пам’яті другого рівня досягає тільки 100 Мгц.

Архітектура системи на базі процесора Pentium (Socket 7)

Проблема повільної кеш-пам'яті другого рівня була розв'язана в процесорах класу Р6, таких, як Pentium Pro, Pentium П, Celeron, Pentium Ш, а також AMD Athlon і Duron. У цих процесорах використовувалися роз'єми Socket 8, Slot I, Slot 2, Slot А, Socket А або Socket 370. Крім того, кеш-пам'ять другого рівня була перенесена з системної плати безпосередньо в процесор і сполучена з процесором за допомогою вбудованої шини.

Включення кеш-пам'яті другого рівня в процесор дозволило значно збільшити її швидкість. У сучасних процесорах кеш-пам'ять розташована безпосередньо в кристалі процесора, тобто працює з частотою процесора. У раніших версіях кеш-пам'ять другого рівня знаходилася в окремій мікросхемі, інтегрованій в корпус процесора, і працювала з частотою, рівної 1/2, 2/5 або 1/3 частоти процесора. Проте навіть в цьому випадку швидкість інтегрованої кеш-пам'яті була значно вище швидкості зовнішнього кеша, обмеженого частотою системної плати Socket 7.

На мал. нижче показана архітектура типової системи Slot 1 (або Slot А) з вбудованою кеш-пам'яттю другого рівня, частота якої рівна половинній частоті процесора. Підвищення частоти шини процесора з 66 до 100 Мгц привело, у свою чергу, до збільшення

Архітектура системи на базі процесора Pentium 11 (Slot 1)

пропускної здатності до 800 Мбайт/с. Зверніть увагу, що в більшість систем була включена підтримка AGP. Частота стандартного інтерфейсу AGP рівна 66 Мгц (тобто удвічі більше швидкості PCI), але більшість цих систем підтримує AGP 2х, швидкодія якого удвічі вища стандартного AGP, що приводить до підвищення пропускної здатності до 533 Мбайт/с. Крім того, в цих системах звичайно використовувалися модулі пам'яті РС100 SDRAM DIMM, швидкість передачі даних яких рівна 800 Мбайт/с.

У системах Pentium TTT і Celeron роз'єм Slot 1 поступився місцем кублу Socket 370. Це було пов'язано головним чином з тим, що сучасніші процесори містять вбудовану кеш-пам'ять другого рівня (працюючу на повній частоті ядра), а значить, зникла потреба в дорогому корпусі, що містить декілька мікросхем. Швидкість шини процесора збільшилася до 133 Мгц, що спричинило за собою підвищення пропускної здатності до 1066 Мбайт/с. У сучасних системах використовується вже AGP 4х із швидкістю передачі даних 1066 Мбайт/с. На мал. 4.38 показана архітектура типової системи Socket 370.

Архітектура системи на базі процесора Pentium Ill/Celeron (Socket 370)

Зверніть увагу на hub-архітектуру Intel, використовувану замість традиційної North/South Bridge. У цій конструкції основне з'єднання між компонентами набору мікросхем було перенесене у виділений hub-інтерфейс із швидкістю передачі даних 266 Мбайт/с (удвічі більше, ніж у шини PCI), що дозволило пристроям PCI використовувати повну, без урахування компоненту South Bridge, пропускну здатність шини PCI. Крім того, мікросхема Hash ROM BIOS, звана тепер Firmware Hub, з'єднується з системою через шину LPC. Як вже наголошувалося, в архітектурі North/South Bridge для цього використовувалася мікросхема Super I/O. У більшості систем для з'єднання мікросхеми Super I/O замість шини ISA тепер використовується шина LPC. При цьому hub-архітектура дозволяє відмовитися від використовування Super I/O. Порти, підтримувані мікросхемою Super I/O, називаються стандартними (legacy), тому конструкція без Super I/O одержала назву нестандартної (legacy-free) системи. У такій системі пристрою, використовуючі стандартні порти, повинні бути приєднані до комп'ютера за допомогою USB. У цих системах звичайно використовується два контроллери і до чотирьох загальних портів (додаткові порти можуть бути підключені до вузлів USB).

У системах, створених на базі процесорів AMD, застосована конструкція Socket А, в якій використовуються швидші в порівнянні з Socket 370 процесор і шини пам'яті, але все ще зберігається конструкція North/South Bridge. Архітектура типової системи Socket А (Athlon/Duron) показана на мал. 4.39.

Архітектура системи на базі процесорів Ath­lon/Duron (Socket A)

Зверніть увагу на швидкодійну шину процесора, частота якої досягає 266 Мгц (пропускна здатність 2133 Мбайт/с), а також на використовувані модулі пам'яті DDR SDRAM DIMM, які підтримують аналогічну пропускну здатність (тобто 2133 Мбайт/с). Також слід помітити, що велика частина компонентів South Bridge включає функції, властиві мікросхемам Super I/O. Ці мікросхеми одержали назву Super South Bridge. Система Pentium 4 (Socket 423), створена на основі hub-архітектури, показана на мал. 4.40. Основною особливістю цієї конструкції є шина процесора, частота якої рівна 400 Мгц, а пропускна здатність досягає 3200 Мбайт/с. Це сама швидкодійна шина на сьогоднішній день. Крім того, слід звернути увагу на двохканальні PC-800 RDRAM RIMM, пропускна здатність яких (3200 Мбайт/с) відповідає пропускній здатності шини процесора, що дозволяє максимально підвищити продуктивність системи. Оскільки шина процесора повинна обмінюватися інформацією з процесором з максимально високою швидкістю, в комп'ютері вона функціонує набагато швидше за будь-яку іншу шину. Сигнальні лінії (лінії електричного зв'язку), що представляють шину, призначені для передачі даних, адрес і сигналів управління між окремими компонентами комп'ютера. Наприклад, в комп'ютері з процесором Pentium шина складається з 64 ліній даних, 32 ліній адреси і відповідних ліній управління. Комп'ютери з процесорами Pentium Pro і Pentium П мають по 36 ліній адреси.

Архітектура системи на базі процесора Pentium 4 (Socket 423)

Тактова частота, використовувана для передачі даних по шині процесора, відповідає його зовнішній частоті. Це слідує враховувати, оскільки в більшості процесорів внутрішня тактова частота, що визначає швидкість роботи внутрішніх блоків, може перевищувати зовнішню. Так, наприклад, Pentium 266 має внутрішню частоту процесора 266 Мгц, тоді як зовнішня частота складає всього 66,6 Мгц. Процесор Pentium П 450 має внутрішню частоту 450 Мгц, тоді як зовнішня частота складає всього 100 Мгц. У процесорах Pentium 133, 166, 200 і 233 шина працює на тактовій частоті 66,6 Мгц. У більшості сучасних комп'ютерів співвідношення частоти процесора і частоти шини відповідає одному з коефіцієнтів: 1,5х, 2х, 2,5х, Зх і т.д.

Шина процесора, підключена до процесора, по кожній лінії даних може передавати один біт даних протягом одного або двох періодів тактової частоти. Таким чином, в комп'ютерах з процесорами Pentium, Pentium Pro і Pentium П за один такт можна передати 64 біт.

Для визначення швидкості передачі даних по шині процесора необхідно помножити розрядність шини даних (64 для Pentium, Pentium Pro або Pentium П) на тактову частоту шини (вона рівна базовій (зовнішньої) тактовій частоті процесора). Процесори Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro або Pentium П з базовою тактовою частотою 66 Мгц можуть передавати один біт по кожній лінії даних за один період тактової частоти, тому максимальна швидкість передачі даних складає 528 Мбайт/с.

Наприклад, при використовуванні процесора Pentium Ш з тактовою частою 1,13 ГГц, встановленого на системній плати, частота якої рівна 133 Мгц, максимальна миттєва швидкість передачі даних досягатиме приблизно 1066 Мбайт/с. Цей результат можна одержати, використовуючи наступну формулу:

133,33 Мгц х 8 байт (64 біт) = 1066 Мбайт/с.

Для системи Athlon (Socket А) вийде наступне:

266,66 Мгц х 8 байт (64 біт) = 2133 Мбайт/с.

І для системи Pentium 4 (Socket 423):

400 Мгц х 8 байт (64 біт) = 3200 Мбайт/с.

Швидкість передачі даних, звана також пропускною спроможністю шини (bandwidth) процесора, є максимальною швидкістю передачі даних.