Контроллер шины ISA-Lpt
Архитектура персонального компьютера типа IВМ РС с точки зрения разработчика устройства сопряжения (УС) или контроллера, обеспечивающего связь периферийного устройства и системы ввода-вывода ПЭВМ, ориентированного на шину ISA, может быть представлена в виде схемы (см. рис.1). Помимо центрального процессора, оперативной памяти, стандартных средств ввода/вывода, входящих в любую микропроцессорную систему, здесь следует отдельно выделить встроенные контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти (ПДП), перестановщик байтов данных, программируемый таймер и контроллер регенерации памяти.
Все эти устройства, расположенные на материнской (системной) плате компьютера или вставленные в слоты 18А (устройства ввода/вывода), участвуют в обмене по магистрали и могут быть использованы разрабатываемыми УС.
Задатчиками (хозяевами) шины могут выступать центральный процессор (самая обычная ситуация), контроллер ПДП, контроллер регенерации и некоторые внешние платы. В каждом цикле обмена задатчиком всегда является только одно устройство. Контроллер ПДП захватывает магистраль (запрещает работу центрального процессора) на время прямой передачи информации между устройством ввода/вывода и памятью (по запросу устройства ввода/вывода). Контроллер регенерации периодически становится задатчиком магистрали для проведения циклов регенерации системной динамической памяти через заданные интервалы времени.
Обмен процессора с памятью и с другими устройствами осуществляется через локальную шину ISA.
Рис. 1. Структурная схема персонального компьютера.
Функции, выполняемые УС, можно разделить на две группы. К первой группе относятся интерфейсные функции, то есть те, которые обеспечивают обмен с выбранным интерфейсом компьютера (ISA, Centronics, RS-232С или какие-нибудь еще). Вторую группу образуют операционные или основные функции, ради которых, собственно, и создается УС.
Соответственно с этими двумя выделенными группами функций в структуре УС можно также выделить две части: интерфейсную и операционную. При этом подходы к проектированию устройств для этих двух частей имеют принципиальные отличия. Ведь операционные части различных УС могут быть самыми разнообразными. А вот интерфейсные части практически у всех УС одинаковы или очень похожи между собой, так как интерфейсные функции жестко определяются протоколом выбранного стандартного интерфейса. Конечно, интерфейсные части могут быть более или менее сложными в зависимости от задачи, решаемой УС, но все-таки все они состоят из одного и того же набора блоков и узлов, реализующих одинаковые функции и строящиеся, как правило, по стандартным схемам.
Обзор системной (материнсукой) платы Intel 430VX.
Схемотехнические решения со времен персональных компьютеров (PC) класса IBM XT развивались в двух направлениях: увеличение быстродействия и удобства ссборки компьютера. Эти критерии обязательно учитываются разработчиками компьютеров PC и узлов к ним.
Законодателем в области архитектуры персональных компьютеров по-прежнему остаются компании Intel и Microsoft, как основной производитель системного программного обеспечения.
Начиная с поколения процессоров Pentium, компания Intel взяла на себя разработку инфраструктуры всего системного блока в целом. В предшествующих поколениях PC внимание на разработку периферии Intel не концентрировала.
В данном обзоре архитектуры платы Intel 430VX пойдет речь о семействt периферии, созданной компанией Intel для поддержки поколений процессоров Pentium.
 |
Рис. 1.1. Поколения процессоров Pentium
Процессор поколения Pentium по сравнению с предыдущими поколениями отличается рядом технических новшеств:
- тактовые частоты ядра процессора, начиная с 75МГц;
- тактовые частоты шины процессора, начиная с 50МГц;
- использование интерфейсов с синхронной передачей данных и управляющих сигналов;
- использование цифровой логики с меньшими логическими уровнями, позволяющей
- стабильно функционировать системе на частотах выше 30МГц;
- использование синхронной масштабируемой шины PCI;
- технология Plug & Play, позволяющая автоматически распределять разделенные ресурсы (порты, память, прерывания) и управлять функционированием устройств.
Все эти нововведения привели к необходимости изменить устоявшиеся принципы построения архитектуры системных плат для поколений 386-х и 486-х процессоров.
В первую очередь перечисленные нововведения повлекли за собой повышение степени интеграции компонентов системной платы и встраиваемых устройств. Это привело к тому, что потребовался новый принцип разделения системной платы на модули. Он должен быть удобным и положительно сказываться на быстродействии системы в целом.
Наиболее приемлемым вариантом является разделение компьютера на функциональные уровни с разной степенью интеграции (скорость, разрядность, синхронность/асинхронность) и при этом сохранение совместимости с архитектурой предыдущих поколений (от AT до 486-х). В этом случае каждый из уровней обладает своими техническими особенностями, а между ними необходимо установить гибкую и быстродействующую связь. Задача состоит в том, чтобы совместить части, разные по своей сути: создать мост между ними.
Можно выделить три уровня архитектуры, которые необходимо объединить в пределах одной системной платы:
Быстрая. (ЦПУ-ПЗУ) Использование быстрых процессоров влечет за собой увеличение скорости оперативной памяти. Это привело к тому, что память и процессор объединены в один блок, имеющий соединение с остальными частями компьютера.
Гибкая. Системная плата должна быть масштабируемой, чтобы была возможность подключения большого количества устройств с различной скоростью обмена данными в том числе и старой конструкции для шины ISA.
Совместимая. Необходима возможность подключения устройств, работающих по асинхронным принципам ISA, IDE. ROM BIOS. COM порты, LPT порты, FDD контроллер, контроллер клавиатуры и т. д.
Решением этой задачи стал уже разработанный к моменту появления процессора Pentium стандарт шины PCI. В этот стандарт были заложены так называемые мосты, выполняющие функции соединителей цифровых схем с различными характеристиками с синхронной шиной PCI, что позволяет объединить как синхронную, так и асинхронную передачу данных. Причем, эта шина не обладает выделенным направлением и соответственно «главным» соединителем, что позволяет на ее основе собирать многопроцессорные системы.
В стандарт PCI заложена технология Plug & Play. Ее основа - это пространство конфигурации. Каждое устройство содержит массив байтов. Все массивы устройств и образуют это пространство. Количество этих массивов ограничено числом устройств, которые установлены и места, в которые устройства могут быть установлены. Назначение одних строго определено спецификацией PCI. а остальные могут использоваться для специфических настроек.
Как удобно расположить соединители на системной плате и сколько их нужно? Все быстрые синхронные низковольтные логические устройства объединили в микросхему с названием северный мост, обеспечивающую работу процессора. С одной стороны микропроцессор и 2х уровневая память, с другой стороны PCI. к которой подсоединены другие соединители.
Вес асинхронные соединители было удобно расположить в одну микросхему южного моста, хотя в первых системных платах поколения Pentium можно было встретить южный мост, состоящий из нескольких микросхем.
Таким образом набор микросхем или чип-сет состоит из северного и южного моста. Эти названия используются в большом количестве компьютерной литературы.
Рассмотрим Intel чип сеты, относящиеся к поколению Pentium: 430FX. 430VX. 430НХ, 430ТХ.
Па рисунке Приложение 1 показана общая функциональная схема материнской платы на базе чип сета 430VX. (другие чип сеты имеют незначительные отличия, которые сведены в таблицы 1 и 2).
Преобразователь напряжения питания для низковольтной цифровой логики.
Впервые он появился на системных платах для 486-х процессоров с питанием 3.3v. Это связано с тем. что цифровая логика с напряжением питания от 5v не может стабильно работать на частотах выше 30 - 40МГц.
В рассматриваемой системе установлено два преобразователя напряжения:
"Core" - преобразователь питает ядро процессора.
"I/O" - преобразователь питает систему ввода/вывода процессора и устройства подсоединенные к шине процессора: северный мост, КЭШ, память SDRAM.
Необходимость в отдельном преобразователе для ядра процессора возникла при переходе на процессоры с тактовыми частотами ядра более 133МГц. что в свою очередь требует напряжение питания меньше 3.3V.
Шина имеет значительно меньшую тактовую частоту, но большую чем 33МГц. поэтому шина питается от источника в 3.3V.
Напряжение стабилизации источника "Core" должно быть регулируемое. Это необходимо для поддержки различных типов процессоров. Напряжение питания "I/O" может быть как фиксированным, так и регулируемым.
Рис. 1.2. Импульсный преобразователь напряжения.
Импульсный блок питания (преобразователь напряжения). Принципиальная схема импульсного блока питания показана на рисунке 1.2. Он состоит из микросхемы управления SC115O (SEMTECH) и инвертора напряжения, собранного на элементах Ql, Rl, D1, Сб.
Перестройка выходного напряжения осуществляется цифровым кодом на входах VID0 - VID3. Шаг перестройки 0.1V. Такой преобразователь обладает высоким КПД. что значительно уменьшает нагрев элементов Q1 и D1. Рабочая частота 200КГц. Недостатком является возможный выход из строя конденсатора С6 из-за превышения значения импульсных токов через него. Наиболее оптимально составить С6 из 3 конденсаторов по ЮООмкф. В этом случае импульсные токи не будут нагревать эти конденсаторы.
Нагрузочная способность такого преобразователя около 13А.
В некоторых системных платах встречаются: комбинации один преобразователь собран на биполярном транзисторе, а другой на микросхеме стабилизатора. Или в одну микросхему собран импульсный преобразователь и линейный стабилизатор с мощным полевым транзистором (R.C5O36, Raytheon).
Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 1452;