Петровичев Е.И. Организация ЭВМ и систем
Подождите немного. Документ загружается.
поддержка двух отдельных устройств в каждом канале;
использование двух способов передачи данных: PIO (Processor Input Output) - через
центральный процессор и DMA (Direct Memory Access) - путем прямого доступа к памяти.
Первый способ, наряду с таким неоспоримым достоинством, как отсутствие необходимости
использовать специальные драйверы, имел и существенный недостаток, выражающийся в
большой загрузке процессора в моменты доступа к данным на диске, вследствие чего в настоящее
время он практически не используется. Пропускная способность шины АТА составляла менее 3
Мбайт/с, что не всегда позволяло использовать все возможности жестких дисков, но очень скоро
стал очевиден второй главный минус этого интерфейса: ограничение величиной 504 Мбайт
предельной емкости винчестеров.
Достаточно существенные недостатки интерфейса АТА привели к созданию в 1996 году нового
варианта интерфейса АТА-2, который был, как и все последующие версии стандарта АТА,
полностью обратно совместим с предшественником. Новый интерфейс получил более скоростные
режимы программного ввода/вывода (PIO Mode 3 и 4) и Multiword DMA Mode 1 и 2. Повышение
производительности достигалось в основном введением механизмов блочной передачи данных
(режим, позволяющий передавать несколько команд чтения/записи за одно прерывание) и
логической адресации блоков (LBA -Logical Block Address), что позволило расширить
максимальный объем поддерживаемых дисков до 8,4 Гбайт и увеличить скорости обмена вплоть
до 16,7 Мбайт/с.
В 1997 году появился еще один, неофициальный вариант интерфейса АТА-3, который не
добавил новых, более быстрых режимов передачи данных, но благодаря новой технологии
самоконтроля и предотвращении сбоев в дисковой подсистеме S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis
and Reporting Technology) в значительной мере позволил повысить надежность хранения данных
на жестком диске.
Лазерные носители информации CD-ROM, дисководы которых хотя и имели разъемы
идентичные разъемам винчестеров, не могли быть подключены к контролерам АТА. Для
разрешения этой проблемы на основе интерфейса АТА был создан новый стандарт ATAPI (ATA
Packet Interface). В результате появления ATAPI появилась возможность подключать дисководы
CD-ROM непосредственно к тому же шлейфу, к которому подключен и винчестер - пакетный режим
передачи данных, реализованный в протоколе ATAPI, позволяет всей цепочке устройств работать
в режиме, напоминающем SCSI. Еще одним важным достоинством использования ATAPI-
устройств является возможность назначать их в качестве загрузочных.
4.3.2. Ultra ATA/33
Рост скорости передачи интерфейса АТА начался с введения нового режима, удвоившего
пропускную способность - она возросла с 16,7 Мбайт/с до 33,3 Мбайт/с. Такой скачок скорости стал
возможен в результате использования для передачи информации обоих фронтов тактового
сигнала. Новая версия интерфейса стала известна как Ultra ATA/33 (он же Ultra DMA, АТА-33,
DMA-33); официальное название - ATA/ATAPI-4.
Ultra ATA/33 использует режим DMA Mode 3, обеспечивающий скорость передачи данных 33,3
Мбайт/с. Для обеспечения надежной передачи данных по 40-жильному кабелю используются
специальные схемы контроля целостности данных и коррекции ошибок по циклически
избыточному коду (CRC), при этом сохраняется обратная совместимость с предыдущими
стандартами - АТА и АТА-2. Полная поддержка режима Ultra ATA/33 стандартными драйверами от
Microsoft, входящими в комплект поставки операционной системы, появилась только в версии
Windows 98.
4.3.3. Ultra ATA/66
Следующим шагом в развитии семейства интерфейсов АТА стал интерфейс Ultra ATA/66
(ATA66, ATA/ATAPI-5), разработанный компанией Quantum в 1999 году и позволяющий
осуществлять передачу данных уже со скоростью 66 Мбайт/с. Такое увеличение скорости
передачи данных превысило возможности старого 40-жильного кабеля, создававшегося в свое
время еще для первых версий интерфейса АТА, и разработчики были вынуждены добавить в
шлейф еще 40 дополнительных жил, соединенных с общим проводом и исполняющих роль экрана
между основными жилами, что в значительной мере позволило снизить взаимные наводки
информационных линий.
61
4.3.4. Ultra ATA/100
В 2000 году по инициативе фирмы Quantum появился очередной стандарт Ultra ATA/100
(ATA100, ATA/ATAPI-6), обеспечивающий стабильную передачу данных по 80-жильному кабелю со
скоростью 100 Мбайт/с и призванный заменить прежний Ultra ATA/66. В новом протоколе
уменьшены времена задержки сигналов, увеличена рабочая частота. Ultra ATA/100 обладает
полной обратной совместимостью и автоматически переключается на менее скоростные режимы
(Ultra ATA/33 или Ultra ATA/66), если одно из устройств его не поддерживает. Размер блока LBA
был увеличен с 28 до 64 бит. Система команд АТА была дополнена новыми командами,
рассчитанными на передачу аудио/видео потоков. Чипсеты с поддержкой Ultra ATA/100 сегодня
являются наиболее распространенными.
4.3.5. Ultra ATA/133
В 2001 году фирма Maxtor представила спецификацию на новый интерфейс Ultra АТА/133,
позиционируемый ею как переходное решение между постепенно устаревающим Ultra ATA/100 и
перспективным, но пока еще не готовым к массовому использованию Serial ATA. Пропускная
способность при этом возросла на треть и достигла 133 Мбайт/с.
Появление Ultra АТА/133 не привело к реальному увеличению скорости работы современных
жестких дисков по сравнению с АТА/100, так как рост реальной скорости работы современных
винчестеров ограничивается уже не пропускной способностью интерфейса, а малым размером
дискового кэш и малой пропускной способностью шины PCI.
4.3.6. Serial ATA
Несмотря из то что последние версии параллельного интерфейса АТА вполне удовлетворяют
требованиям современных жестких дисков, все возможности по своему дальнейшему
совершенствованию они уже полностью исчерпали, и в скором времени параллельный интерфейс
АТА должен быть заменен на новый. В качестве его замены принят новый стандарт Serial ATA. Он
будет поддерживать все накопители, включая винчестеры, CD, DVD, флоппи-дисководы и другие
подобные устройства, при подключении их к системным платам.
Как следует из названия, в Serial ATA вместо передачи данных в параллельном режиме по
многожильному кабелю используется принцип последовательной передачи данных. Первая
версия Serial ATA имеет пропускную способность 1,5 Гбит/с, затем скорости возрастут до 3 Гбит/с
во второй спецификации и позднее до 6 Гбит/с, при этом сохранится обратная совместимость с
Serial ATA первой версии.
Интерфейс предназначен для подключения внутренних устройств, поэтому максимальная
длина кабеля относительно невелика - 1 метр, тем не менее это в 2 раза больше, чем у
параллельного АТА интерфейса (45 см). Всего кабель состоит из 7 жил: две дифференциальные
пары для передачи и для приема и три общих (заземляющих) провода. Контроллер Serial АТА
рассчитан на подключение 2 устройств по схеме point-to-point, то есть каждое из них подключается
отдельным кабелем, и обмен информацией происходит параллельно. Кроме этого, Serial ATA
позволяет осуществлять замену накопителей в "горячем" режиме. Не менее важно и снижение
питающего напряжения с 5 В до 3,3 В. Кроме того, Serial ATA будет обладать средствами
исправления ошибок (по ЕСС), что гарантирует целостность передаваемых по кабелю данных.
Изменения архитектуры Serial ATA лежат только в области физического интерфейса, а по
регистрам и программному обеспечению он будет полностью совместим с параллельным АТА,
поэтому не будет необходимости менять драйверы, да и архитектура Serial ATA будет полностью
прозрачной для BIOS и операционных систем. Для совместимости с ныне существующим
оборудованием (системные платы и жесткие диски) выпускаются специальные адаптеры-
переходники с интерфейса IDE на интерфейс Serial ATA и наоборот.
4.3.7. Конфигурирование АТА-устройств
Каждый канал АТА-интерфейса поддерживает подключение двух устройств - Master и Slave.
Причем оба эти устройства абсолютно равноправны друг перед другом и ни одно из них не имеет
никаких преимуществ. Конфигурация обычно задается перемычкой, размещенной на задней
стенке устройства. Кроме этих двух позиций там обычно присутствует и третья - Cable Select. Для
работы устройств в режиме Cable Select требуется специальный Y-образный шлейф, центральный
разъем которого подключается к системной плате, а крайние разъемы - к устройствам; одно из них
автоматически становится Master, а другое - Slave.
Не следует подключать два активно используемых устройства (например, два жестких диска) к
одному IDE-каналу, потому что каждый канал в каждый момент времени может обрабатывать
62
только один запрос к одному устройству. А это, учитывая, что и винчестеры, и CD-ROM являются
медленными электромеханическими устройствами, существенно замедляет их одновременную
работу, даже если пропускная способность интерфейса соответствует суммарной скорости
считывания данных с диска. Каждое АТА-устройство по возможности следует подключать к
отдельному каналу.
Не следует подключать к одному каналу жесткий диск и ATAPI-устройство (например, CD-ROM)
- протокол ATAPI использует систему команд, немного отличающуюся от системы команд АТА.
Хотя практически все современные чипсеты поддерживают возможность использования
различных режимов передачи данных для устройств, подключенных к одному каналу, устройства,
существенно различающиеся по скорости, лучше разнести по разным каналам, если имеется такая
возможность.
4.4. Технология RAID
Сам термин RAID - Redundant Array of Independent (или Inexpensive) Disks (избыточный массив
независимых (или недорогих) дисководов) появился в 1987 году. В основу RAID положена идея
объединения в массив несколько относительно небольших, а значит, и недорогих винчестеров, в
результате чего можно получить систему, превосходящую по объему, скорости работы и
надежности хранения информации самые скоростные и дорогие дисководы. В стандартных
компьютерах каждый диск виден пользователю как независимый, обозначенный своей, уникальной
буквой, тогда как в RAID-системах несколько физических дисков объединяются в виртуальный
массив, который пользователь видит как один независимый физический диск.
Изначально было определено пять типов дисковых массивов, обозначаемых соответственно
RAID-1, RAID-2 - RAID-5. Каждый из этих типов, за счет определенной избыточности записываемой
информации, обеспечивал повышенную отказоустойчивость по сравнению с одиночным
дисководом. Наряду с этими типами широкую популярность приобрели также дисковые массивы
типа RAID-0, не обладающие избыточностью, но позволяющие увеличить производительность
дисковой подсистемы, а также комбинированные массивы типов RAID-0+1/1+0. К числу основных
методов обработки информации, способствующих увеличению производительности дисков и
обеспечивающих защищенность информации в RAID массивах, являются:
Дублирование и зеркалирование данных (Mirroring) - один из самых простых и надежных
методов резервирования информации, при котором все операции ввода/вывода
выполняются параллельно как на основной диск, так и на его дублера, содержащего
резервную копию всей информации. Операция зеркалирования подразумевает
использование общей шины данных для каждой пары дисков, а при дублировании каждый
из них имеет свой отдельный канал. Недостаток метода - его относительная дороговизна,
ведь ровно половина всего имеющегося дискового пространства исключена из активного
использования.
Вторым методом, называемым "Striping" (полосатый), осуществляется распределение
порций данных между различными накопителями и дополнение их кодами контрольных
сумм, получаемыми путем суммирования по модулю 2 содержимого информационных
блоков массива. В этом случае обеспечивается возможность, в случае выхода из строя
какого-либо диска из состава массива, по содержимому сохранившихся блоков
информации и контрольной суммы восстановить на новом диске всю утраченную
информацию.
4.4.1. Уровни RAID-массивов
RAID-0
В массиве RAID-0 используется как минимум два жестких диска, осуществляя чтение и запись
информации одновременно с обоих дисков, благодаря чему возрастает общая
производительность дисковой подсистемы. При этом все они видны системе как один виртуальный
диск. RAID-0 не обладает ни избыточной емкостью, ни контролем четности, поэтому авария одного
дисковода может привести к выходу из строя всего массива. С другой стороны, RAID-0
обеспечивает максимальную скорость обмена и эффективность использования объема
дисководов. Поскольку для организации RAID-0 не требуются сложные математические или
логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны. Наиболее оправданная область
применения массивов RAID-0: аудио- или видеоприложения, требующие высокой скорости
непрерывного потока передачи данных, которую не может обеспечить одиночный дисковод.
Например, в дисковых системах для станций нелинейного видеомонтажа.
63
Распределение данных осуществляется следующим образом. Совокупное дисковое
пространство разбивается на блоки одинаковой длины. Обозначим эти блоки цифрами 1-4. Блок 1
располагается на первом физическом диске, блок 2 - на втором, в том же самом месте, что и 1 на
первом, блок 3 - опять на первом диске, вслед за блоком 1, четвертый - на втором вслед за блоком
2 и т. д. до тех пор, пока все они не будут расположены.
Однако в связи с таким распределением блоков следует учесть, что емкость полученного
виртуального диска будет равна сумме емкостей физических только в том случае, когда все HDD,
используемые в массиве, имеют одинаковую емкость, так как в качестве единицы форматирования
массива используется объем самого маленького диска системы.
Из приведенного алгоритма видно, что скорость работы RAID-системы нулевого уровня
увеличивается пропорционально количеству дисков в системе. Собственно, увеличение скорости
достигается за счет того, что подавляющее большинство запросов на чтение/запись обращаются
сразу к нескольким последовательным блокам, которые, как описано выше, располагаются на
разных HDD и, следовательно, могут быть считаны/записаны параллельно, а не последовательно,
как это осуществляется традиционно.
RAID-1
В массиве уровня RAID-1 также используется парное включение дисков, работающих по методу
Mirroring (зеркалирование) и составляющих один логический диск. Запись производится на оба
диска практически одновременно, что обеспечивает высокую надежность системы, потому что
такой массив обладает 100% избыточностью и авария одного диска не приводит к аварии всего
массива - контроллер просто переключает операции чтения/записи на оставшийся дисковод.
Кроме того, дисководы, входящие в пару, могут совершать одновременные операции чтения.
Таким образом, "зеркалирование" может удваивать скорость чтения при неизменной скорости
записи. RAID-1 обеспечивает наивысшую скорость работы среди всех типов избыточных массивов,
особенно в многопользовательском окружении, но за это приходится расплачиваться наихудшим
использованием располагаемого дискового пространства. Поскольку для RAID-1 не требуются
сложные математические или логические вычисления, затраты на его реализацию минимальны.
Минимальное количество дисководов в массиве RAID-1 - 2шт.
Для увеличения скорости записи и обеспечения надежности хранения данных несколько
массивов RAID-0 можно, в свою очередь, объединить в один массив уровня RAID-1. Такая
конфигурация называется "двухуровневый" RAID или RAID 0 + 1 и обеспечивает избыточность за
64
счет зеркалирования. Обладая всеми достоинствами базовых уровней, такие массивы наследуют
и все их недостатки. Минимальное количество дисководов в массиве RAID 0 + 1 - 4шт.
RAID-3
В дисковых массивах RAID-3 данные распределяются блоками небольшого размера по
нескольким физическим дисководам, а один из дисководов массива отводится для хранения
информации о четности, которая может использоваться для восстановления данных.
Распределение данных в массиве RAID-3 осуществляется следующим образом. Блок 1
физически расположен на первом диске, блок 2 - на втором в том же месте, блок 3 помещается на
третьем, блок 4 - вслед за сегментом 1 на первом диске, блок 5 - на втором следом за 2 и так
далее до тех пор, пока вся емкость виртуального HDD не будет заполнена. Первый блок
четвертого диска Р1 содержит сумму по модулю 2 (XOR) информационных блоков 1, 2 и 3,
расположенных на первых трех дисках. Следующий сегмент Р2 четвертого диска содержит XOR
блоков 4, 5, 6 и так далее. При отказе любого диска данные на нем можно восстановить по
информации, содержащейся в XOR и в соответствующих блоках оставшихся исправных дисков.
Массивы уровня RAID-3 в настоящее время применяются не очень часто, так как в них под
избыточную информацию отводится целый диск, который в режиме чтения информации
фактически простаивает. В массиве RAID-3 может быть задействовано минимум 3 дисковода - 2
информационных и 1 - с XOR-блоками.
Существуют еще и массивы RAID уровня 4, отличающиеся от RAID-3 в основном только
значительно большим размером блока записываемых данных, чаще всего - кратным размеру
сектора жесткого диска.
RAID-2
Еще меньше, чем массивы RAID-3, распространены массивы RAID-2, которые отличаются
типом избыточного кодирования информации (используется код Хемминга) и, соответственно,
большим количеством дисков для хранения этого кода (минимум два), которые нужны для
определения положения неисправного разряда. Но сейчас, когда большинство RAID-контроллеров
в состоянии самостоятельно определить место и время произошедшего сбоя, очень дорогие
системы RAID уровня 2 не имеют никаких преимуществ по сравнению с другими типами массивов
и, как следствие, никаких перспектив практического применения.
RAID-5
Массив типа RAID-5 иногда называется "массив с вращающейся четностью". В таком массиве,
как и в RAID-4, используются блоки записываемых данных большого размера. Кроме того, в
отличие от RAID-3, для хранения избыточной информации не выделяется отдельный диск, а блоки
с контрольной информацией записываются на различные диски по очереди, что позволяет, за счет
параллельной работы всех дисков массива, повысить производительность дискового массива в
режиме чтения данных. Как и в случае RAID-3, для построения массива RAID-5 необходимо
использовать минимум 3 диска.
65
Кроме вышеперечисленных уровней, практически все RAID-контроллеры могут работать в так
называемом режиме JBOD - Just a Bunch Of Drives (массив независимых дисков). В этом режиме
один или несколько дисков, подключенные к RAID контроллеру, не объединяются в RAID-массив, а
функционируют независимо друг от друга, то есть RAID-контроллер выполняет функции обычного
контроллера соответствующего дискового интерфейса.
4.4.2. О производительность RAID-массивов различных уровней
При работе с файлами большого размера достаточно высокую производительность
обеспечивают RAID-массивы уровня 3. При записи (для системы из 3-х дисков) такой файл
разбивается на отдельные блоки, половина из которых записывается на один диск, а половина - на
другой. Одновременно на третий диск записывается контрольная информация. Операция
вычисления четности - это очень быстрая операция и легко реализуется аппаратно, поэтому
дополнительными временными задержками, связанными с нею, можно пренебречь. В итоге
большой файл будет записан в два раза быстрее, чем если бы запись осуществлялась на
одиночный диск. Однако во время этой процедуры невозможно обрабатывать другие файлы,
запрос на обслуживание которых может поступить в любой момент времени. Таким образом, при
интенсивном потоке запросов время ожидания может быть весьма значительным. Это не
позволяет рекомендовать RAID уровня 3 в серверах, особенно обслуживающих базы данных. А
вот для высокопроизводительных рабочих станций для обработки видео или графики массивы
уровня RAID-3 будут в самый раз.
С большим количеством небольших файлов, размер которых меньше, чем размер логического
блока, и которые при формировании блоков не разбиваются на части, наиболее оптимально
работают массивы RAID уровня 4 или 5. Такие файлы целиком размещаются на каком-либо одном
диске, поэтому и скорость записи такая же, как и при записи на одиночный диск. Однако
контрольная информация, связанная с модифицируемым блоком, соответствует всему блоку, а не
только той части, которая модифицируется. Поэтому после записи каждого блока информации
необходимо считать модифицируемый блок и его контрольную сумму, затем вычислить новое
значение контрольной суммы и только после этого записать модифицированный блок и новое
значение контрольной суммы. Вместо операции записи в RAID-5 и 4 фактически осуществляется
операция "чтение - модификация - запись". Таким образом, в RAID уровня 4 и 5 скорость записи
практически вдвое ниже, чем при использовании одиночного диска. Это - самая большая проблема
в RAID уровня 5, однако при чтении RAID уровня 4 или 5 может одновременно обслужить
несколько запросов, благодаря чему производительность RAID уровня 5 может оставаться
высокой даже при весьма интенсивном потоке запросов на обслуживание. В RAID-5 одновременно
также может обслуживаться и несколько запросов на запись. Именно для этого контрольная
информация размещается не на одном диске, а чередуется на всех. Поэтому в целом время
ожидания обслуживания при интенсивном потоке малых запросов в RAID уровня 5 может
оказаться даже лучше, чем, например, в RAID-3, что делает применение таких массивов наиболее
целесообразным в серверах.
RAID-0+1 обеспечивает минимальное время обслуживания при гораздо более интенсивном
потоке запросов, чем все остальные уровни RAID, но вот стоимость такой системы. Для
реализации такого массива требуется не менее 4 дисков, тогда как для аналогичных по емкости
массивов RAID-3 или 5 - минимум на один меньше.
66
Наряду с аппаратной реализацией RAID-систем, существует и возможность их организации
программными методами, в частности, реализуемыми в серверных вариантах ОС семейства
Windows. В этом случае программно реализуются простые уровни RAID-0 и 1, а также и более
сложный - RAID-5. Эффективность работы RAID-систем, реализованных программно, заведомо
ниже, чем аппаратных, ведь при программной реализации RAID вся нагрузка по размещению
информации на дисководах и вычислению контрольных кодов ложится на центральный процессор,
поэтому эта разница может достигать величины 10-20 %, но, при ограниченных материальных
средствах, программные RAID системы вполне могут иметь право на существование.
Аппаратные RAID контроллеры обычно реализуют полный спектр стандартных уровней, могут
создавать нестандартные массивы, часто обозначаемые как RAID-6 или RAID-7, имеют большое
количество дополнительных возможностей, таких как, например, горячее резервирование дисков с
возможностью автоматической замены вышедшего из строя диска на резервный, автоматический
выбор уровня RAID с возможностью автоконфигурирования. Недостатком аппаратной реализации
RAID является относительно высокая стоимость RAID-контроллеров.
Ранее технология RAID ориентировалась на использование в качестве носителей информации
высокопроизводительных SCSI-дисков. Однако сейчас появились недорогие решения, основанные
на использовании устройств стандарта IDE, которые, незначительно уступая в
производительности, существенно дешевле своих SCSI-аналогов. Но у интерфейса IDE, наряду с
таким неоспоримым достоинством, как простота установки и настройки, есть один недостаток,
более значительный, чем относительно невысокое быстродействие - синхронность выполнения
операций, то есть он не может выдавать одновременные команды обращения к нескольким
устройствам сразу, не дожидаясь получения ответа на предыдущий запрос. Правда,
использующаяся в современных IDE HDD технология Ultra ATA хоть в какой-то степени
приближает возможности IDE-интерфейса к SCSI, позволяя организовать псевдоасинхронный
доступ к дискам. Но наиболее распространенные сегодня недорогие IDE-RAID-контроллеры, чаще
всего интегрированные в системные платы, обладают ограниченным набором функциональных
возможностей. Обычно они умеют реализовывать только ограниченный набор уровней RAID -
RAID-0, RAID-1 и их комбинации. Рассчитанные, в первую очередь, на домашнего пользователя,
редко имеющего в своем распоряжении больше 2 жестких дисков, такие контроллеры вполне
соответствуют предъявляемым к ним требованиям. Тем более что в подавляющем большинстве
случаев интегрированные RAID-контроллеры используются исключительно в режиме JBOD, играя
роль дополнительных IDE контроллеров для жестких дисков. RAID-контроллеры,
поддерживающие массивы более высоких уровней 3 и 5, уже попадают совсем в другую ценовую
категорию и представляют интерес для владельцев серверов, имеющих более высокие
требования к скорости работы и надёжности хранения информации. Вопрос цены оборудования в
таких случаях отходит на второй план, так как стоимость хранящейся на сервере информации на
несколько порядков превышает затраты на используемое "железо".
4.5. Переход на новое поколение chipset материнских плат
Развитие технологии центральных процессоров, появление все новых типов периферийных
устройств и связанный с этим прогресс в технологии материнских плат вызывает необходимость
перехода к новой архитектуре персонального компьютера IBM PC. Инициатором этого перехода
является разработчик системообразующей электроники IBM PC – фирма Intel. Причем этот
переход производится революционным методом. Попытки совмещения в чипсетах поддержки
новых и старых процессоров, шин и технологий ведут к усложнению материнской платы, потере ее
надежности и неоправданному удорожанию.
В предыдущих разделах пособия все материалы в основном корреспондировались с
архитектурой персонального компьютера на базе самых распространенных и в настоящее время
самых продаваемых материнских плат на базе чипсетов i845, i865, i875 (или их аналогах фирм-
производителей SiS, VIA и др.) с разъемом socket 478 для установки процессоров Pentium IV и
Celeron. Новая архитектура материнских плат использует чипсет i915 или i925 и предусматривает
установку процессоров Pentium IV на ядре Prescott в новом конструктиве; для установки
процессоров предназначен новый socket LGA775.
Чипсет Intel 925X по максимуму "разрывает отношения" с предыдущим поколением системной
поддержки для настольной платформы Intel. Кроме отказа от обратной совместимости с
графической шиной AGP во всех ее реализациях, в этом наборе логики полностью отказано в
поддержке памяти DDR-1. Интерфейс Parallel ATA, сохраненный в одноканальной версии,
оставлен практически для поддержки оптических приводов ATAPI, главная ставка теперь делается
на продвижение SATA.
67
С помощью такой архитектуры Intel пытается максимально ускорить массовый переход на
новую платформу.
Чипсет i915 является временным паллиативом переходного периода и обеспечивает поддержку
дешевой памяти DDR-1 и ряда старых технологий.
Рассмотрим особенности новой архитектуры материнской платы на чипсете i925.
Набор логики (chipset) Intel 925X:
Северный мост - контроллер-концентратор Intel 82925X MCH в 1210-контактном корпусе
FCBGA;
Южный мост - контроллер-концентратор семейства ICH6 Intel в 609-контактном корпусе
MBGA (по уровню поддержки периферии могут использоваться ICH6, ICH6R, ICH6W,
ICH6RW – максимальный вариант).
Рис. 5 Внешний вид материнской платы
68
Рис.6 Блок-схема материнской платы
Чипсет поддерживает исключительно процессоры Intel Pentium 4 в корпусе LGA775 и работает
только с памятью DDR2.
69
Краткие характеристики северного моста Intel 82925X MCH:
поддержка системной шины (FSB): только 800 МГц (поддержки 533 МГц FSB нет);
поддержка технологии Hyper-Threading;
32-битная адресация шины, доступ к 4 Гбайт адресному пространству памяти;
интерфейс взаимодействия с южным мостом Intel ICH6: point-to-point, 2 Гбит/с (1
Гбит/с в каждом направлении), базовая тактовая частота 100 МГц;
память: один или два 64-битных канала DDR2 SDRAM, до 8,5 Гбит/с в 2-канальном режиме;
поддержка ECC и Non-ECC модулей, емкость модулей - 256 Мбайт, 512 Мбайт или 1
Гбайт;
организация модулей памяти: x8, x16 модули DDR2 с четырьмя банками или восемью
банками (1 Гбайт модули), поддержка SPD (Serial Presence Detect);
интерфейс PCI Express: поддержка одного порта x16 PCI Express 1.0a;
Таким образом, MCH поддерживает исключительно DDR2 SDRAM в одно- и двухканальном
режимах, работает с шиной PCI Express и не совместим с AGP любых модификаций. Для
увеличения производительности содержит свою собственную систему маршрутизации команд и
кэш записи, а также специальную логику для управления энергопотреблением.
Интерфейс памяти чипсета поддерживает модули DDR2 только с сигнальным интерфейсом
SSTL_1.8 V, работает в двух режимах адресной организации памяти:
1. Ассиметричный режим с последовательной адресацией объединенных каналов (адресация
канала B назначается после полной адресации канала A)
2. Попеременная адресация: чередование каналов
Максимальная (теоретическая) производительность канала памяти составляет:
3,2 Гбайт/с для памяти DDR2 400 в одноканальном режиме;
6,4 Гбайт/с в для памяти DDR2 400 в двухканальном "чередующемся" режиме;
8,5 Гбайт/с для памяти DDR2 533 в двухканальном "чередующемся" режиме.
Для повышения уровня производительности чипсеты Intel используют ряд оптимизаций
контроллера памяти, которые должны дать им преимущество над чипсетами конкурентов.
Отмечается два нововведения. Во-первых, планировщик команд пытается производить пакетную
регенерацию страниц памяти в зависимости от текущего алгоритма доступа. На регенерацию
динамической памяти уходит до 15% времени работы, поэтому очень важно успевать делать ее
обновление в паузах между обращениями, тогда к моменту новых обращений память будет готова.
Планировщик в i9xx использует некий интеллектуальный анализ текущей частоты и характера
доступа, а также умеет пользоваться специфичными особенностями DDR2. Вторая новинка
состоит в продвинутой перегруппировке данных в памяти. Контроллер памяти по-разному
разбивает линейное адресное пространство на банки в зависимости от конфигурации модулей и
режима доступа, выделяя, например, большее количество открытых страниц для работы
встроенного видео при увеличении разрешения экрана и частоты его обновления.
PAT (Performance Acceleration Technology). Эта технология применяется в чипсетах для
увеличения их производительности. Данная технология способна поднять быстродействие
системы благодаря использованию «внутренних резервов». Технология направлена на
уменьшение латентности при работе процессора через чипсет с основной памятью. Для ее работы
не требуется никаких специальных модулей памяти - вся необходимая оптимизация выполнена
внутри северного моста чипсета и в BIOS. Просто при обращении процессора к памяти чипсет
пропускает некоторые операции, использующиеся в других наборах логики, а некоторые операции
выполняет несколько быстрее.
Шина Direct Media Interface (DMI) служит информационным каналом между северным и
южным мостами. Для обеспечения реально изохронного (синхронного) режима обмена данными и
поддержки QoS (Quality of Service) южный мост поддерживает два виртуальных канала DMI: VC0 и
VC1. Оба канала придерживаются жесткой схемы арбитража, где канал VC1 всегда имеет высший
70