Vademecum nabywcy PC

Zakup odpowiedniej płyty systemowej do komputera PC łączy się z wyborem typu procesora, ilości i organizacji pamięci RAM, użytych układów scalonych (w tym także kości z BIOS- em), typem stosowanych slotów do rozbudowy konfiguracji. Płyta systemowa decyduje też o możliwości dokonania upgrade'u sprzętowego.

Zakup odpowiedniej płyty systemowej do komputera PC łączy się z wyborem typu procesora, ilości i organizacji pamięci RAM, użytych układów scalonych (w tym także kości z BIOS- em), typem stosowanych slotów do rozbudowy konfiguracji. Płyta systemowa decyduje też o możliwości dokonania upgrade'u sprzętowego.

Na rynku istnieją setki różnych typów i modeli komputerów PC. Producenci tego sprzętu zaopatrują się u kilkudziesięciu zaledwie wytwórców płyt systemowych. Produkują je m.in. AIR (Advanced Integration Research), AMI (American Megatrends Inc.), ATI Technologies, Dash Computer, Micronics Computer, Mylex Corp., Technology Power Enterprise. Płyty te składają się z wielu warstw obwodów drukowanych sklejanych jeden na drugim. Niektóre z tych warstw pełnią rolę płyt ekranujących od zakłóceń elektromagnetycznych pochodzących z zewnątrz lub emitowanych od innych warstw. Dlatego też czym więcej warstw, tym bardziej odporna na zakłócenia jest cała płyta.

Z punktu widzenia użytkownika podstawowymi kryteriami jakości płyty systemowej są: odporność na zakłócenia i łatwość dostępu do tych elementów, które podlegają wymianie w czasie upgrade'u sprzętowego (podstawki pod mikroprocesor, koprocesor, gniazda na dodatkowe moduły pamięci itp.).

Czym większa częstotliwość zegara taktującego procesor, tym lepsze powinno być odprowadzenie energii cieplnej wydzielanej w każdym przewodzie. Ze względu na zagęszczenie warstw przewodzących, odprowadzanie ciepła w płytach wielowarstwowych staje się krytycznym czynnikiem przy wysokich częstotliwościach zegara. Stoi to w sprzeczności z kryterium odporności na zakłócenia. Dlatego płyty odporne na zakłócenia i nadające się do pracy przy wysokich częstotliwościach są bardzo kosztowne. Kompromisowym rozwiązaniem jest stosowanie procesorów Intel 486DX2. Pracują one z wewnętrznie podwojoną częstotliwością zegara, dzięki czemu nie potrzebują kosztownej płyty systemowej przeznaczonej do wysokich częstotliwości.

Wybór procesora

Ze względu na wymagania stawiane przez produkowane obecnie aplikacje, systemy operacyjne i środowiska, procesor 286 nie jest już układem zalecanym do stosowania. Wybór procesora należy ograniczyć do układów 386 i 486.

W odróżnieniu od poprzednich procesor 386 posiada 32-bitową magistralę, możliwość bezpośredniego adresowania do 4 GB pamięci oraz jest wyposażony w jednostkę wewnętrznego zarządzania pamięcią - tzw. Memory Management Unit. Dzięki niej procesor potrafi dowolnie kształtować mapę pamięci komputera, tzn. zmieniać przypisania adresów logicznych na istniejące adresy fizyczne. Dodatkowo posiada specjalny tryb pracy, pozwalający wykonywać jednocześnie wiele sesji DOS (tryb wirtualny).

Procesor 486 jest ulepszoną wersją 386 - posiada umieszczony dodatkowo w jednym kawałku krzemu zespół FPU (Floating Point Unit) zwany popularnie koprocesorem matematycznym i 8 kB pamięć pomocniczą zwaną cache. Poza tym inżynierowie Intela zmienili obwody logiczne tak, że 486 potrafi wykonać więcej niż 386 rozkazów w kilku cyklach zegara.

Obecnie istnieje więc 5 typów procesorów, a mianowicie 386DX i 386SX, oraz 486DX, 486SX i 486DX2.

* Procesor 386DX wykonuje instrukcje i przesyła dane po 32- bitowej magistrali. Najczęściej spotykane częstotliwości współpracującego zegara to 25 i 33 MHz.

* Procesor 386SX jest tanim układem scalonym, który charakteryzuje się tym, że wewnątrz posiada 32-bitową szynę danych, a komunikuje się z otoczeniem za pomocą magistrali 16-bitowej. Użycie takiej szyny obniża koszt współpracującej płyty systemowej.

* Procesor 486DX jest o ok. 80% szybszy od 386. Wewnętrzny koprocesor poprawia znacząco jakość pracy z takim oprogramowaniem jak: analiza statystyczna, CAD, . Komputer 486 dla takiego oprogramowania jest dwa razy szybszy niż 386DX współpracujący z zewnętrznym koprocesorem 387DX FPU.

* Procesor 486SX to układ 486DX pozbawiony obwodów FPU (bez koprocesora). Komputer z procesorem 486SX jest więc szybszy od odpowiednika 386 o tej samej częstotliwości zegara. Co więcej, komputer 486SX 25 MHz jest o ok. 40% szybszy od typu 386DX 33 MHz. Ze względu na bliskie "pokrewieństwo" z 486DX, w komputerze z procesorem 486SX można łatwo dokonać upgrade'u sprzętowego.

* Procesor 486DX2 to układ 486DX pracujący z wewnętrznie podwojoną częstotliwością zegara. Na przykład komputer typu 486DX2 50 MHz używa zegara umieszczonego na płycie systemowej o częstotliwości 25 MHz. Wszystkie operacje wewnątrz procesora są taktowane częstotliwością 50 MHz. Dzięki tej technice można korzystać z tanich, niskoczęstotliwościowych płyt systemowych, zaś wszystkie obliczenia zachodzą z dużą, odpowiadającą wysokiej częstotliwości szybkością.

Pamięć RAM

Zwiększanie się szybkości procesorów, pociąga za sobą kłopoty z synchronizacją przesyłania danych między procesorem a pamięcią RAM. Kiedy procesor chce odebrać dane z pamięci, a pamięć nie dostarcza ich natychmiast, procesor musi tymczasowo wstrzymać pracę na jeden lub więcej cykli zegara. Każdy z takich cykli nazwany jest czasem postoju (wait-state). Suma czasów postoju powoduje znaczne spowolnienie działania systemu, czasami nawet o 50%.

Do usprawnienia dostępu do pamięci operacyjnej w celu unikania "wait-states" używa się kilku technik. Stosuje się specjalne układy zapewniające szybki dostęp do pamięci w pewnym obszarze zwanym stroną (page-mode memory chips) lub dzieli się pamięć na obszary zwane bankami i czekając na dane z jednego obszaru, współpracuje się w tym czasie z drugim obszarem (memory interleaving). Obecnie jednak najczęściej wykorzystuje się w tym celu przechowywanie danych w pamięci podręcznej (memory caching).

W tym celu pomiędzy procesorem a główną, powolną pamięcią RAM umieszcza się układ składający się z 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 ten sam kawałek krzemu co CPU) szybkiej pamięci cache, procesor nie "zauważa" powolnej, zewnętrznej pamięci RAM. Pamięć cache komunikuje się z innymi układami 128-bitową magistralą danych i posiada pojemność zaledwie 8 kB. Mimo to zajmuje prawie trzecią część powierzchni płytki krzemowej z mikroprocesorem 486. Często stosowane są także zewnętrzne pamięci typu cache, połączone z procesorem 32-bitową szyną. Według niektórych źródeł, taki dodatkowy, o dowolnej wielkości cache (zwykle 32 do 256 kB), jest zbędny do oprogramowania dla DOS, lecz zalecany dla software'u pracującego pod Unixem czy NetWare.

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

Większość wpółczesnych PC jest zbudowana z dwóch albo trzech zintegrowanych układów scalonych ASIC (Application-Specific Integrated Circuits). Na dzisiejszych płytach systemowych prawie nie widać dyskretnych (oddzielnych) podzespołów elektronicznych. Zwiększa to radykalnie niezawodność urządzeń (łączenia elementów są jedną z najczęstszych przyczyn usterek) oraz ułatwia montaż, a co za tym idzie obniża cenę płyt systemowych.

BIOS (Basic Input/Output System) to zestaw instrukcji zapisanych na stałe w kości pamięci ROM. 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 posiadają własny BIOS, jednak większość innych producentów PC używa BIOS-u firm Award, AMI lub Phoenix. Używany przez nas BIOS może być kompatybilny dla większości programów, jeżeli jednak chcemy zakupić sprzęt komputerowy przeznaczony do bardziej unikalnych zastosowań, szczególnie do pracy z mniej używanymi pakietami sieciowymi, możemy mieć z nim kłopoty.

Gniazda rozszerzające konfigurację i do upgrade'u

Możliwość zmian konfiguracji komputerów PC przy użyciu oddzielnych kart wkładanych w sloty na płycie systemowej była jedną z przyczyn ich ogromnej popularności. Ostatnio doszły możliwości dokonania sprzętowego upgrade'u poprzez np. zainstalowanie silniejszych procesorów. Płyta systemowa charakteryzuje się czterema wartościami, które mówią o możliwości zmiany konfiguracji i dokonania upgrade'u sprzętowego. Są to:

* liczba i rodzaj gniazd (slotów) rozszerzających konfigurację, * liczba oprawek pod układy pamięciowe, * typ układów pamięciowych SIMM (Single in-line Memory Modules) akceptowanych przez system, * obecność oprawki do upgrade'u mikroprocesora.

Współpracujące z komputerem urządzenia peryferyjne, jak monitor, stacje dysków, czy mikrofon, wymagają dołączenia do komputera dodatkowych kart z układami elektronicznymi. Karty te zwane sterownikami (drivers) lub (adapters) wkładane są przy użyciu wtyków wielozłączowych w odpowiednie gniazda (sloty) umieszczone na płycie głównej. Zależnie od typu magistrali, w jaką wyposażona jest płyta systemowa - 16-bitowa szyna typu AT zwana ISA (Industry Standard Architecture) lub 32-bitowa EISA (Extended ISA) lub MCA (Micro Channel Architecture) - stosujemy odpowiadającą jej kartę sterownika. MCA to produkt IBM stosowany w produktach tej firmy. Szyna MCA nie akceptuje kart o standardzie ISA.

Zależnie od zastosowań, należy wybrać płytę systemową z odpowiednią magistralą. Użytkownicy korzystający ze standardowych aplikacji na komputerach typu desktop zadowolą się w zupełności standardem ISA. Jeżeli jednak chcemy zakupić szybki file-serwer, który pracuje pod kontrolą 32- bitowego NOS (Network Operating System) jakim jest np. NetWare 3.11, powinniśmy kupić urządzenie z 32-bitową szyną EISA lub MCA.

Ostatnio coraz częściej stosuje się tzw. szyny lokalne (local bus). Ze względu na łączenie technik wideo z komputerami, dość krytyczna stała się szybkość połączenia płyta systemowa - monitor. Sprzedaje się np. komputery z dwoma rodzajami slotów - "klasyczne" sloty ISA dla dotychczas używanych kart i sloty typu "local bus" dla urządzeń peryferyjnych o wysokich parametrach użytkowych jak: karty akceleratorów graficznych czy karty wideo. Nie istnieją dotychczas ogólnie uznane standardy określające uniwersalność szyn lokalnych. Próby określenia takich ustaleń podejmują VESA (Video Electronics Standard Association), OPTi i Intel.

Dzisiejsze komputery posiadają coraz więcej pamięci operacyjnej RAM. W dodatku, gdy chcemy pracować w trybie wielozadaniowym pod kontrolą takich 32-bitowych systemów jak OS/2 2.0 czy już wkrótce Windows NT, ilość tej pamięci może być za mała. Pamięć RAM 8 MB to dla komputerów 486 wielkość już standardowa. Komputery pełniące rolę file-serwerów powinny mieć 32 MB do 64 MB pamięci RAM. Aby zwiększyć ilość RAM w komputerze powinniśmy mieć łatwy dostęp do oprawek na dodatkowe kości pamięci. Każdy nowoczesny system komputerowy używa sposobu zwiększania pamięci RAM określanego nazwą SIMM (Single In-line Memory Modules). Do oprawek typu DIP (Dual In-line Package), SIP (Single In-line Package) lub ZIP (Zigzag In-line Package), różniących się oszczędnością miejsca na płyce systemowej, wkładamy kości pamięci RAM o różnych pojemnościach. Najczęściej spotykane wielkości układów RAM to: 256 kB, 1 MB i 4 MB (aż do 16 MB). Koszt 1 MB pamięci RAM wynosi ok. 50 USD. Ze względu na kłopoty z miejscem na płycie systemowej, często stosuje się karty rozszerzenia pamięci RAM. Stosowanie tych kart w niczym nie ustępuje lokowaniu modułów pamięci bezpośrednio na płycie systemowej. Oczywiście, nie powinno się przekraczać maksymalnej wielkości RAM, określonej przez producenta płyty systemowej.

Posiadacze komputerów z procesorem 486 są w tej uprzywilejowanej sytuacji, że mogą łatwo wymienić procesor wolniejszy na szybszy. Szansę taką daje stosowanie układów Intela typu OverDrive, podwajających wewnętrznie częstotliwość zegara z płyty systemowej. W tym celu na płycie systemowej powinna się znajdować specjalna oprawka z 169 otworkami pod nóżki układu OverDrive. Inna metoda to wymiana starego procesora poprzez wyjęcie go z oryginalnej oprawki (ma ona 168 otworków) i zastąpienie go nowym układem 486DX2. Sama wymiana procesora to jeszcze nie wszystko, ale o tym mówiliśmy przy okazji omawiania układów typu cache. Konstruuje się już komputery przygotowane do upgrade'u od 486SX do procesora Pentium. Są to konstrukcje drogie, chociażby ze względu na wysokiej jakości płyty systemowe.