Asmeninių kompiuterių sistemų klasifikacija pagal procesoriaus magistralės plotį  (4)

Dokumente pateikiama asmeninių kompiuterių (AK) sistemų klasifikacija pagal procesoriaus magistralės plotį. Nurodomi principiniai skirtumai tarp naujų ir senesnių tipų asmeninių kompiuterių sistemų.

         AK gali būti klasifikuojami į įvairias kategorijas. Kategorijos gali būti sudaromos pagal tai, kokio tipo programinę įranga AK gali vykdyti, pagal motininės plokštės pagrindinės magistralės parametrus, arba pagal procesoriaus magistralės tipą ir plotį. Kadangi šiame dokumente mes daugiau kalbėsime apie kompiuterių techninę įrangą, pabandykime sudaryti klasifikaciją būtent pagal pastarąją kategoriją.

Kai procesorius nuskaito duomenis, duomenys perduodami į procesorių per jo išorinę duomenų magistralės jungtį. Procesoriaus duomenų magistralė yra tiesiogiai prijungta prie procesoriaus magistralės, esančios motininėje plokštėje (angl. host bus). Procesoriaus duomenų magistralė bei pagrindinė motininės plokštės magistralė kartais yra vadinama vietine magistrale (angl. local bus), kadangi ji patalpinta šalia procesoriaus ir tiesiogiai su juo sujungta. Bet kokie kiti įrenginiai, kurie prijungiami prie pagrindinės magistralės, iš esmės yra lygiai taip pat sujungti su procesoriumi. Jei procesoriaus magistralė yra 32 bitų pločio, tai motininėje plokštėje taip pat turi būti 32 bitų pagrindinė magistralė. Tai reiškia, kad sistema kad perduoti 32 bitus duomenų į arba iš procesoriaus vieno ciklo metu.

Skirtingi procesoriai turi skirtingo pločio duomenų magistrales, o juos palaikančios motininės plokštės turi būti suprojektuotos taip, kad jose būtų numatyta atitinkamo pločio pagrindinė magistralė. 2.2 lentelėje išvardintos pagrindinės Intel ir su Intel suderinamos (angl. Intel-compatible) procesorių šeimos, jų duomenų magistralės pločiai ir vidinių registrų dydžiai.  

         Dažni nesusipratimai kyla diskutuojant apie procesorių bitų skaičius. Nors visi Pentium ir naujesni procesoriai turi 64 bitų pločio magistralę, iki Itanium visi procesoriai turėjo tik 32 bitų pločio vidinius registrus, ir jie galėdavo apdoroti 32 bitų komandas ir instrukcijas. Intel Itanium, AMD Athlon 64, ir Pentium 4 su EM64T technologija yra pirmieji procesoriai, turintys 64 bitų vidinius registrus. Taigi, iš programinės įrangos pusės visos mikroschemos nuo 386 iki Athlon/Duron ir Celeron/Pentium 4 turi 32 bitų registrus ir vykdo 32 bitų instrukcijas. Iš elektroninės arba fizinės perspektyvos, 32 bitų programas vykdyti gali 16 bitų (386SX), 32 bitų (386DX ir 486), ir 64 bitų (Pentium ir vėlesni) pločio duomenų magistralę turintys procesoriai. Duomenų magistralės plotis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis motininės plokštės ir atminties sistemos projektavimą, kadangi jis lemia, kiek bitų įeina į ir išeina iš mikroschemos vieno ciklo metu.

Itanium procesorius turi Intel architektūros 64 bitų (IA-64) instrukcijų rinkinį, tačiau jis tuo pačiu gali apdoroti 32 bitų instrukcijas, kaip ir visi procesoriai nuo 386 iki Pentium 4. Athlon 64 turi x86-compatible 64 bitų architektūrą, tačiau jis suprojektuotas taip, kad naudotų 32 bitų instrukcijas, parašytas normaliems Intel arba x86 šeimos procesoriams, taip pat efektyviai, kaip ir tipinis 32 bitų Athlon XP ar analogiškas procesorius.

Iš 2.2 lentelės galima matyti, kad visos Pentium ir naujesnės sistemos turi 64 bitų procesoriaus magistralę. Pentium procesoriai, nepriklausomai nuo to, ar jie yra originalūs Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, ar netgi Pentium II/III ar 4, jie visi turi 64 bitų duomenų magistrales, kaip ir analogiški AMD procesoriai (K6 šeima, Athlon, Duron, Athlon XP, ir Athlon 64).

2.2 lentelėje sistemos suskaidytos į tokias aparatūrinės įrangos kategorijas:

·         8-bit

·         16-bit

·         32-bit

·         64-bit

Įdomu yra tai, kad nežiūrint į magistralės plotį, sistemos nuo 16 iki 64 bitų yra ypač panašios savo architektūra ir struktūra. Tačiau senesnės 8 bitų sistemos skiriasi daug daugiau. Pagal tai galima išskirti du bazinius sistemų tipus, arba aparatūros klases:

·         8 bitų (PC/XT klasės) sistemos

·         16/32/64 bitų (AT klasės) sistemos

Šiuose kodiniuose pavadinimuose AK reiškia asmeninį kompiuterį (dažnai vadinamą personaliniu kompiuteriu – PK), XT reiškia praplėstą AK (angl. extended PC); AT reiškia pažangios technologijos AK (angl. Advanced technology PC). Terminai AK, XT ir AT yra paimti iš pačių pirmųjų šio tipo IBM sistemų pavadinimų. XT buvo AK sistema, kurioje be lanksčiųjų diskelių įrenginio buvo komplektuojamas dar ir kietasis diskas, ir tuo ji skyrėsi nuo bazinės AK sistemos. Šiose sistemose buvo 8 bitų 8088 procesorius ir 8 bitų Industry Standard Architecture (ISA) magistralė, skirta sistemos išplėtimams. Šiuo atveju žodis magistralė suteikiamas išplėtimo jungtims, prie kurių gali būti prijungiamos papildomas funkcijas atliekančių elektroninių įtaisų plokštės. 8 bitų pavadinimas žymį faktą, jog PC/XT klasės sistemų ISA magistralė gali siųsti ir priimti tik 8 bitus duomenų vieno ciklo metu. Duomenys 8 bitų magistralėje siunčiami vienu metu, naudojant 8 lygiagrečias duomenų perdavimo linijas.

Sakoma, kad 16 bitų ir naujesnės sistemos yra AT klasės; tai rodo, kad jos atitinka tam tikrus standartus ir projektuojamos pagal tuos pačius bazinius projektavimo principus, kurie pirmiausia buvo panaudoti originalioje IBM AT sistemoje. AT yra žymėjimas, kurį IBM panaudojo pirmosioms sistemoms su pažangesniu 16 bitų (o vėliau ir 32 bei 64 bitų) procesoriais ir išplėtimo jungtimis. AT klasės sistemos turi turėti procesorių, kuris būtų suderinamas su Intel 286 arba aukštesnės klasės procesoriais (įskaitant 386, 486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium 4, ir Pentium M procesorius), ir jie turi turėti 16 bitų arba platesnę sisteminę magistralę. Sistemos magistralės architektūra yra kertinis AT sistemos projektavimo elementas, nuo kurio priklauso bazinė atminties architektūra, pertraukčių sistema (angl. interrupt request – IRQ), tiesioginis atminties panaudojimo rėžimas (angl. direct memory access – DMA), ir I/O prievadų adresavimo sistema. Visos AT klasės sistemos yra panašios tuo, kaip šie resursai paskirstomi ir kaip jie funkcionuoja.

Pirmosios AT klasės sistemos turėjo 16 bitų ISA magistralės versiją, kuri yra pradinės 8 bitų ISA magistralės patobulinimas, skirtas PC/XT klasės sistemoms.  Vėliau buvo sukurtos dar kelių tipų išplėtimo jungtys AT klasės sistemoms, į kurių tarpą patenka:

·         16 bitų ISA/AT magistralė

·         16 bitų PC Card (PCMCIA) magistralė

·         16/32 bitų Extended ISA (EISA) magistralė

·         16/32 bitų PS/2 Micro Channel Architecture (MCA) magistralė

·         32 bitų VESA Local (VL) magistralė

·         32/64 bitų Peripheral Component Interconnect (PCI) magistralė

·         32 bitų CardBus (PCMCIA) magistralė

·         PCI Express magistralė

·         ExpressCard magistralė

·         32 bitų Accelerated Graphics Port (AGP) magistralė.

Sistema, turinti bet kurią iš šių tipų jungčių, pagal anksčiau pateiktą apibrėžimą laikoma AT klasės sistema, nepriklausomai nuo to, koks procesorius yra naudojamas – Intel ar analogiškas Intel. AT tipo sistemos su 386 arba aukštesnės klasės procesoriais turi specialias funkcines galimybes, kurių neturėjo pirmosios kartos 286 AT. Šios galimybės skiriasi dėl šiek tiek kitokio atminties adresavimo, atminties valdymo bei galimo 32 arba 64 bitų duomenų mainų realizavimo. Dauguma sistemų su 386DX ar aukštesnės klasės procesoriais taip pat turi 32 bitų magistralės architektūrą ir gali pilnai išnaudoti procesoriaus 32 bitų duomenų perdavimo galimybes.

Kurį laiką AK sistemose buvo paliekama 16 bitų ISA jungtis, siekiant suderinamumo su senesnėmis sistemomis ir paprastesnes funkcijas atliekančiais adapteriais. Tačiau dabar praktiškai visose motininėse plokštėse ISA jungtys buvo pakeistos PCI jungtimis, taip pat AGP jungtimi, skirta didelio našumo grafinės informacijos apdorojimo plokštėms.  Tačiau, lygiai taip pat kaip ir ISA atveju, ateityje PCI ir AGP jungtys bus pakeistos PCI Express standarto jungtimis.

Ketvirtame skyriuje „Motininės plokštės ir magistralės“ bus pateikiama išsamesnė informacija apie šias ir kitas AK sistemos magistrales, kartu su technine informacija  - kontaktų aprašymais, našumo specifikacijomis bei magistralės veikimo ir teorinių veikimo pagrindų aprašymais.

2.3 lentelėje parodyta skirtumų tarp senesnių 8 bitų (PC/XT) sistemų ir modernių AT sistemų (IBM ir IBM-compatible architektūros) suvestinė. Pagal šiuos parametrus sistemas galima atskirti viena nuo kitos.

Komentarai (4)