Płyta systemowa komputera PC

Na rynku oferuje się ogromną liczbę typów i modeli sprzętu komputerowego. Jak się jednak okazuje, producenci tego sprzętu zaopatrują się w płyty systemowe u kilkudziesięciu zaledwie wytwarzających je firm. Jedynie kilka firm, takich jak IBM czy Compaq, oferuje swój markowy sprzęt oparty na własnej produkcji płytach systemowych. A przecież płyta taka (zwana też płytą główną czy kartą-matką) jest bez wątpienia jednym z podstawowych elementów komputera, który decyduje o jego właściwościach i o możliwości przyszłej rozbudowy. Świadość tego faktu jest szczególnie ważna na naszym rynku, gdzie większość komputerów zaliczyć można do tzw. klasy ''składaków'' i gdzie minimalizacja ceny sprzętu odbywa się często kosztem jakości jego podzespołów.

Na rynku oferuje się ogromną liczbę typów i modeli sprzętu komputerowego. Jak się jednak okazuje, producenci tego sprzętu zaopatrują się w płyty systemowe u kilkudziesięciu zaledwie wytwarzających je firm. Jedynie kilka firm, takich jak IBM czy Compaq, oferuje swój markowy sprzęt oparty na własnej produkcji płytach systemowych. A przecież płyta taka (zwana też płytą główną czy kartą-matką) jest bez wątpienia jednym z podstawowych elementów komputera, który decyduje o jego właściwościach i o możliwości przyszłej rozbudowy. Świadość tego faktu jest szczególnie ważna na naszym rynku, gdzie większość komputerów zaliczyć można do tzw. klasy ''składaków'' i gdzie minimalizacja ceny sprzętu odbywa się często kosztem jakości jego podzespołów.

Jakość płyty systemowej

Z punktu widzenia użytkownika, kupującego "składakowy" komputer podstawowe kryterium jakości płyty systemowej to odporność na zakłócenia oraz łatwość dostępu do tych elementów, które podlegają wymianie w czasie upgrade'u sprzętowego (podstawki pod mikroprocesor czy koprocesor, gniazda na dodatkowe moduły pamięci, karty rozszerzeń itp.).

Płyty systemowe składają się z wielu warstw obwodów drukowanych sklejanych (laminowanych) jeden na drugim. Niektóre z tych warstw pełnią rolę płyt ekranujących od zakłóceń elektromagnetycznych pochodzących z zewnątrz lub emitowanych przez sąsiednie warstwy. Im więcej takich warstw, tym bardziej odporna na zakłócenia jest cała płyta.

Jednakże, im większa jest częstotliwość zegara taktującego, tym lepsze powinno być odprowadzanie energii cieplnej wydzielanej w każdej ścieżce drukowanej płyty. Ze względu na zagęszczenie ścieżek, odprowadzanie ciepła w płytach wielowarstwowych staje się czynnikiem krytycznym przy wysokich częstotliwościach zegara. Stoi to w sprzeczności z kryterium odporności na zakłócenia.

Dlatego też płyty odporne na zakłócenia i nadające się do pracy przy wysokich częstotliwościach są bardzo kosztowne.

Kompromisowym rozwiązaniem jest stosowanie procesorów (typu SX2, DX2, DX4), które pracują wewnętrznie z większą częstotliwością (odpowiednio powieloną) niż zegar taktujący system na płycie. Technologia tego typu jest coraz częściej stosowana przez takich producentów procesorów dla PC jak Intel (486, Pentium), IBM, AMD czy Cyrix.

Wybór procesora

Ze względu na wymagania stawiane przez dzisiejsze aplikacje i systemy operacyjne, procesor 286 odszedł bezpowrotnie do historii.

Przypomnijmy pokrótce właściwości podstawowych układów dostępnych na rynku.

Procesor 386 ma 32-bitową magistralę i możliwość bezpośredniego adresowania do 4 GB. Jest poza tym wyposażony w jednostkę wewnętrzną zarządzania pamięcią -- MMU (Management Memory Unit), która umożliwia na dowolne kształtowanie pamięci komputera tzn. zmian przypisania adresów logicznych na istniejące adresy fizyczne. Dodatkowo ma specjalny tryb pracy, pozwalający wykonywać jednocześnie wiele sesji DOS.

Procesor 486 jest ulepszoną wersją 386 -- ma dodatkowo umieszczony w jednej krzemowej strukturze koprocesor matematyczny (Floating Point Unit) i pomocniczą pamięć wewnętrzną (cache).

Procesory 486 są szybsze o ok. 40% od odpowiedników 386. Spowodowało to zmniejszenie oferty komputerów zaopatrzonych w układy 386.

Począwszy od ub.r., na rynku pojawia się coraz więcej urządzeń wyposażonych w 64-bitowy procesor Pentium. Dzięki swejerskalarnej architekturze, procesor ten pozwala na równoległe wykonywanie w trakcie jednego cyklu zegara taktujacego dwóch instrukcji (typu integer). W związku z tym -- porównując pracujący przy tej samej częstotliwości procesor typu 486 -- układ Pentium zapewnia dwa razy lepsze właściwości.

Obecnie oferuje się na rynku kilka typów procesorów - a mianowicie 386DX, 386SX, 386SL, 486SX, 486SL, 486DX, 486DX2 i ostatnio IntelDX4 oraz Pentium. Jeszcze w tym roku, zgodnie z planami firmy Intel, ukaże się Pentium OverDrive (tzw. P24T, coś jak PentiumSX), dostępny dla płyt systemowych klasy Pentium Ready.

Pamięci typu "cache"

Zwiększanie szybkości działania procesorów pociąga za sobą kłopoty z synchronizacją przesyłania danych a pamięcią RAM. Kiedy procesor chce odebrać dane z pamięci, a pamięć nie dostarcza ich natychmiast, procesor musi wstrzymać pracę na jeden lub więcej cykli zegara. Każdy z takich cykli nazywany jest czasem postoju (wait-states). Powoduje to znaczne opóźnienie działania systemu -- nawet o 50%.

Najczęściej używaną metodą dopasowania szybkości procesora do szybkości pamięci operacyjnej jest przechowywanie danych w pamięci podręcznej (memory caching). Pomiędzy procesorem, a główną powolną pamięcią RAM umieszcza się układ bardzo szybkiej (i dość kosztownej) pamięci typu SRAM (Static RAM). Kontroler tej pamięci ma za zadanie tak wyprzedzać żądania procesora, aby ten czerpał i przesyłał dane za pośrednictwem tego układu bez postojów. Dzięki wbudowanej w tę samą strukturę krzemową co CPU szybkiej pamięci "cache", procesor nie zauważa powolnej, zewnętrznej pamięci. Pamięć "cache" dla układów 486 łączy się z innymi układami procesora magistralą 128-bitową i ma pojemność 8 KB. Mimo to zajmuje prawie trzecią część powierzchni krzemowej płytki z procesorem 486.

Często stosowane są także zewnętrzne układy pamięci "cache" połączone z procesorem 32-bitową szyną. Stosuje się kilka typów organizacji pamięci "cache" -- od najprostszej direct-mapped cache (każdemu blokowi pamięci odpowiada część pamięci cache) do bardziej wyrafinowanej write-back cache (wspomaga operacje odczytu i zapisu danych).

Zintegrowane układy scalone i BIOS

Na dzisiejszych płytach systemowych prawie nie widać dyskretnych (oddzielnych) elementów elektronicznych. Większość dzisiejszych PC jest zbudowana z dwóch lub trzech zintegrowanych układów scalonych, co zwiększa radykalnie niezawodność urządzeń (łączenia elementów są jedną z najczęstszych przyczyn usterek). I tak np. obecnie oferowane płyty systemowe dla Pentium korzystają z dwóch typów zestawów zintegrowanych układów scalonych (tzw. ChipSet) -- są nimi Mercury firmy Intel i 82C596/597 firmy OPTi.

Każdy z nich współpracuje z innym typem nowych, 32-bitowych magistral dla urządzeń zewnętrznych, które pojawiły się obok dotychczas stosowanej szyny ISA/EISA. Są to szyny lokalne PCI (Peripherial Component Interconnect)i VL-Bus (VESA Local Bus). Mercury, podstawowy element architektury Xpress firmy Intel, współpracuje z PCI, zestaw 586/597 współpracuje z szyną ISA i pozwala na rozszerzenia dla standardu VESA. Warto dodać, że w br. mają się ukazać na rynku 64-bitowe wersje PCI i VL-Bus.

BIOS to zestaw instrukcji zapisanych na stałe w pamięci ROM (lub w nowszych rozwiązaniach w pamięci typu flash). Instrukcje te uniezależniają instalowany system operacyjny od współpracującego z nim sprzętu. BIOS określa również kompatybilność płyty systemowej -- oprogramowanie pod kontrolą systemu operacyjnego powinno pracować niezależnie od używanego sprzętu. Duże firmy, jak IBM czy Compaq mają własny BIOS, większość innych producentów korzysta z BIOS-u firm Award, AMI lub Phoenix. Im bardziej "egzotyczny" BIOS jest zainstalowany na płycie systemowej, tym bardziej ryzykowne może być uruchamianie mniej popularnych pakietów, jak np. sieciowych, komunikacyjnych itp.

Gniazda do upgrade'u

Jedną z przyczyn niesłychanej kariery komputerów PC jest możliwość zmian konfiguracji tych urządzeń przy użyciu oddzielnych kart rozszerzeń. Ostatnio doszły do tego możliwości dokonania upgrade'u sprzętowego poprzez np. zainstalowanie silniejszego procesora czy większej ilości pamięci RAM.

Wiele płyt systemowych daje także możliwości zmiany konfiguracji systemu komputerowego i dokonania upgrade'u

sprzętowego. Zależy to od takich cech,jak:

** liczba i rodzaj gniazd (slotów) rozszerzających konfigurację;

** typ modułów pamięciowych SIMM, akceptowanych przez system;

** liczba podstawek pod układy pamięciowe;

** obecność podstawki do upgrade'u procesora.

Na rynku krajowym oferowane są od pewnego czasu płyty systemowe dla Pentium. Ze względu na dużą częstotliwość zegara na płycie (60 lub 66 MHz), 64-bitową szynę danych i szybką, cache o pojemności np. 512 KB, są one znacznie droższe od płyt dla 486.

Tymczasem dla procesorów 486DX/33, 486DX2/66 czy (już anonsowanych w ofercie T.CH) IntelDX4/100, wystarcza o wiele tańsza płyta systemowa 33 MHz. Pod warunkiem, że wkrótce (podobno II kwartał br.) ukaże się wersja IntelDX4 zasilana wewnątrz napięciem 3,3 V, zaś na zewnątrz napięciem 5 V. (wn)


TOP 200