Capitolul 2 CCOOMMPPOONNEENNTTEE AALLEE CCAALLCCUULLAATTOOAARREELLOORR

2.1. Configuraia i arhitectura unui sistem de calcul Un sistem electronic de calcul denumit n mod curent calculator,

reunete din punct de vedere fizic i funcional dou componente de baz: componenta hardware; componenta software. Componenta hardware reprezint ansamblul elementelor fizice, care

compun calculatorul electronic: circuite electrice, componente electronice, dispozitive mecanice i alte elemente materiale ce intr n structura fizic a calculatorului electronic.

Componenta software cuprinde totalitatea programelor, reprezentnd inteligena calculatorului, prin care se asigur funcionarea i exploatarea sistemului de calcul.

Prin intermediul acestor programe, utilizatorul are posibilitatea de a comunica cu sistemul de calcul, introducnd date, programe i comenzi, primind rezultatele prelucrrii i diverse mesaje. O parte din date, rezultate sau programe pot fi memorate pentru prelucrri ulterioare.

Componentele hardware sunt asamblate fizic pentru a ndeplini urmtoarele funcii de baz:

funcia de introducere a datelor i programelor; funcia de prelucrare; funcia de memorare; funcia de afiare a mesajelor i rezultatelor. Arhitectura unui sistem de calcul definete ansamblul integrat de

uniti funcionale, n conformitate cu un set de principii i reguli standardizate, formnd un tot unitar i avnd ca scop realizarea funciilor sistemului la un anumit standard de performan.

Componentele funcionale ce formeaz arhitectura unui sistem de calcul sunt (fig. 2.1.):

a) unitatea central (UC) care cuprinde: unitatea de comand-control (UCC); unitatea aritmetico-logic (UAL); memoria intern (MI);

b) uniti de memorie (memoria extern); c) unitile de intrare-ieire. Unitile de intrare, unitile de ieire i unitile de memorie extern se

mai numesc i uniti periferice. La calculatoarele personale, unitatea standard de intrare este tastatura,

iar unitatea standard de ieire este monitorul. Hard-discul i floppy-discul fac parte din unitile de memorie extern.

Unitatea aritmetico-logic (UAL) efectueaz operaiile aritmetico-logice, iar unitatea de comand-control dirijeaz i controleaz toate operaiile efectuate de calculator. Cele dou uniti alctuiesc mpreun unitatea central de prelucrare (UCP) denumit i procesor. Tehnologia actual de fabricaie ntr-o form miniaturizat, i-a conferit acestuia denumirea de microprocesor.

Configuraia sistemului de calcul desemneaz mulimea tuturor componentelor concret asamblate i conectate pentru a realiza un sistem de calcul, privite din punct de vedere al caracteristicilor tehnice i funcionale.

Configuraia oricrui sistem de calcul se nscrie ntre dou limite: o limit inferioar numit configuraie de baz definit de numrul minim necesar de componente pentru ca sistemul de calcul s fie operaional i o limit maxim rezultat prin adugarea de noi componente, pn la limita maxim admis de unitatea central. ntre cele dou limite se poate realiza orice alt configuraie admis, pentru a rspunde ct mai bine cerinelor utilizatorului.

Configuraia unui sistem de calcul se poate privi att din punct de vedere al structurii externe, ct i din punct de vedere al structurii interne.

Structura configuraiei externe este vizibil utilizatorului, cuprinznd toate componentele fizice distincte care sunt conectate la unitatea central prin intermediul porturilor i controllerelor, aa cum se observ n figura 2.2).

Unitatea central este plasat ntr-o carcas dreptunghiular numit CASE.

n structura configuraiei externe alturi de microprocesor i memoria intern amplasate pe o plac de circuite numit plac de baz, se regsesc i uniti de memorie extern (hard disc, floppy disc FD, unitatea de CD ROM CDR i sursa de alimentare.

Echipamentele periferice (tastatura, mouse-ul, monitorul, imprimanta) sunt cuplate la unitatea central prin intermediul unor conectori, la porturi plasate n partea din spate a carcasei.

Structura configuraiei interne este mai complex i are n vedere toate componentele ce se pot individualiza, att cele exterioare, ct i cele din interiorul carcasei calculatorului.

Structura intern este realizat prin asamblarea unui numr variabil de plci cu circuite electronice integrate (module de memorie, plci de extensie, uniti CD-ROM, controllere de hard disc i floppy disc, conectori etc.) i componente fizice compatibile ntre ele, care ndeplinesc funcii precise n cadrul sistemului. Trei dintre aceste componente interne, placa de baz, microprocesorul i memoria intern au rol hotrtor n definirea performanelor ntregului sistem de calcul; celelalte componente se conecteaz la placa de baz prin adaptoare integrate sau prin intermediul unor plci de extensie.

2.2. Placa de baz Suportul fizic pe care sunt implementate componentele arhitecturale ale

unui PC este constituit din placa de baz a sistemului (mainboard, motherboard).

Evoluia continu i extinderile arhitecturale au generat o modificare corespunztoare a tehnologiei i logicii plcilor de baz.

2.2.1. Identificarea componentelor pe o plac de baz n fig. 2.3. este redat o plac de baz cu magistral PCI/ISA ca

principal suport pentru microprocesoare Pentium i AMD. Pe o astfel de plac se gsesc, n principal, urmtoarele componente: ss soclu pentru microprocesor (CPU Central Processing Unit); ss socluri pentru memoria intern DRAM, alctuit dintr-un numr

variabil de cip-uri SIMM (Single In line Memory Module) cu 72 de pini (SIMM1, SIMM4) i DIMM (Dual In line Memory Module) cu 168 de pini (DIMM1, DIMM2), n vederea configurrii n funcie de solicitrile utilizatorului;

ss memoria cache i memoria ROM-BIOS; ss adaptoare pentru conectarea echipamentelor de memorie extern:

l interfaa IDE (Integrated Device Electronic) ce permite cuplarea a dou hard-discuri sau un hard-disc i o unitate CD-ROM;

l interfaa SCSI (Small Computer System Interface) destinat conectrii pe aceeai magistral a mai multor dispozitive de intrare-ieire diferite (hard-discuri, floppy discuri, casete magnetice etc.); SCSI nu este integrat simultan cu interfaa IDE;

ss socluri ISA (International Standard Architecture), pentru conectarea adaptoarelor pe 16 bii pstrate pentru compatibilitatea cu echipamente periferice mai vechi;

ss sloturi PCI (Peripheral Control Integrated) pentru conectarea adaptoarelor pe 32 i 64 de bii;

ss porturile seriale COMM1, COMM2 pentru uniti periferice lente care lucreaz cu transmisie serial: modem, mouse, scanner, imprimant serial, plotter etc;

ss porturile paralele LPT1, LPT2 de regul, pentru imprimante; ss portul USB (Universal Serial Bus) este de fapt o magistral de mare

vitez, care poate nlocui vechile porturi seriale COMM1, COMM2; ss interfaa AGP (Accelerate Graphic Port) destinat exclusiv plcilor

grafice pentru mbuntirea calitii procesrii graficii 3D i a efectelor video;

ss cuplor pentru placa de sunet i modem AMR (Audio Modem Riser); ss cuplor CNR (Communication Network Riser) adaug la funciile

AMR i posibiliti de cuplare n reea; ss cipsetul care asigur funcionalitatea tuturor componentelor plcii de

baz; ss ceasul intern; ss sursa de alimentare.

2.2.2. Rolul i funcionalitatea componentelor Vor fi trecute succint n revist rolul i funcionalitatea fiecrei

componente, detalii i explicaii urmnd a fi prezentate n paragrafele urmtoare ale acestui capitol.

a) Memoria intern DRAM i memoria cache. ROM-BIOS Pentru a avea acces la date i instruciuni, microprocesorul este conectat

la memoria intern DRAM (Dynamic Random Access Memory) memorie dinamic cu acces aleator al crei coninut este volatil, pierzndu-se o dat cu ntreruperea sursei de alimentare.

n scopul asigurrii unui timp de acces ct mai redus i o remprosptare a coninutului corelat cu asigurarea unei interfee cu magistrala local a microprocesorului, memoria DRAM comunic cu magistrala local a microprocesorului printr-un dispozitiv numit controler DRAM.

Actualele microprocesoare lucreaz la o frecven care nu permite memoriilor DRAM s-i sincronizeze activitatea cu acestea, motiv pentru care ntre microprocesor i DRAM se plaseaz o memorie mai mic, avnd un timp de acces mai apropiat de cel al microprocesorului, numit memorie cache. Memoria cache este o memorie SRAM (Static RAM) n care se ncarc poriuni din DRAM ce vor fi accesate foarte rapid, ceea ce creeaz iluzia c toat memoria DRAM este disponibil la aceeai vitez cu cea a memoriei cache.

Circuitul care supravegheaz transferul din memoria DRAM n memoria cache se numete controler de cache; acesta de regul, este inclus n acelai cip cu controlerul DRAM.

ROM-BIOS (Read Only Memory-Basic Input Output System) este o memorie al crei coninut nu este volatil, deci aceast memorie nu este destinat utilizatorului pentru a nscrie date sau programe, ci doar pentru a a folosi coninutul existent. n general, n memoria ROM se regsesc programele care asigur compatibilitatea comunicaiei ntre componentele hardware existente n configuraia calculatorului. Totodat, n memoria ROMBIOS se afl programul care ncarc automat sistemul de operare de pe un dispozitiv periferic (de obicei, hard-disc) n momentul pornirii calculatorului.

Actualele ROM-BIOS ncorporeaz faciliti de inscripionare (flash memory) n funcie de configuraia PC-ului, alocnd resursele potrivit standardului de conectare i utilizare Plug and Play (PnP) atunci cnd se adaug sau se deconecteaz componente n/din configuraia iniial.

b) Microprocesorul

Un factor hotrtor n viteza de prelucrare a oricrui calculator l constituie performana microprocesorului. La rndul ei, performana unui microprocesor este dat de urmtoarele caracteristici: viteza de execuie a instruciunilor programelor, memoria intern pe care o poate adresa direct i memoria cache integrat.

1. Viteza de execuie este dependent de lungimea cuvntului de memorie i viteza ceasului.

Lungimea cuvntului este determinat de capacitatea regitrilor microprocesorului, capacitate corelat cu numrul de linii al magistralei de date: 8, 16, 32, 64 bii.

Viteza ceasului se msoar prin numrul de milioane de impulsuri electrice pe care le genereaz circuitul de ceas intern al microprocesorului ntr-o secund (megahertzi-Mhz).

2. Memoria intern care o poate adresa direct este determinat de capacitatea registrului de adrese, dependent de lungimea cuvntului i corelat cu numrul de linii al magistralei de date; de exemplu, 32 linii de adres pot accesa 232 adrese de memorie (4 G de RAM), iar 36 linii de adres pot accesa 236 (64 G de RAM) adrese de memorie.

3. Memoria cache integrat pe cipul microprocesorului (cache L1) interpune un bloc de memorie rapid SRAM ntre microprocesor i DRAM n care sunt pstrate datele i instruciunile pe care microprocesorul le va solicita n momentele imediat urmtoare; efectul acestei interpuneri conduce de cele mai multe ori la eliminarea timpului de ateptare de ctre microprocesor, a ncrcrii datelor sau instruciunilor programelor din memoria intern DRAM.

c) Echipamentele periferice Echipamentele periferice se pot grupa funcional n trei categorii, dup

funcia de baz pe care o ndeplinesc: echipamente periferice de intrare (tastatur, mouse etc.) care au ca

principal funcie, introducerea datelor, comenzilor, programelor n calculator;

echipamente periferice de ieire (monitoare, imprimante etc.) avnd ca funcie de baz, extragerea (afiarea) rezultatelor intermediare sau finale ale prelucrrii;

echipamente periferice de intrare-ieire care se prezint sub forma dispozitivelor de memorie extern (hard-disc, floppy-disc, compact-disc, casete magnetice etc.) care pstreaz date i/sau programe pe o durat nederminat, n vederea reutilizrii ulterioare sau destinate arhivrii; ele se numesc i echipamente de intrare-ieire, deoarece permit att introducere (scrierea) ct i extragerea (citirea) informaiilor pe suportul de memorie extern.

Echipamentele periferice de intrare, respectiv cele de ieire, se ataeaz la PC prin intermediul porturilor i adaptoarelor, care la rndul lor se conecteaz la microprocesor prin intermediul magistralei principale aflate pe placa de baz.

Adaptoarele sunt constituite din circuite ce se ataeaz magistralei PC-ului, constituind interfa cu magistrala care conecteaz echipamentele specifice de intrare/ieire. Adaptoarele se prezint fie sub forma unor plci separate ce se introduc n conectorii de extensie ai plcii de baz, fie sunt integrate total n placa de baz a PC-ului;

Porturile sunt interfee hardware (conectori) plasate pe latura exterioar a plcii adaptorului sau direct pe placa de baz, n care se introduc mufele cablurilor de conectare a perifericelor.

d) Interfaa serial i paralel n funcie de modul de transmitere a semnalelor electrice ntre

echipamentele periferice i plcile adaptoare (numite i controllere), interfeele de comunicaie, i implicit porturile care asigur conectarea direct a echipamentelor, se clasific n dou categorii:

o interfee (porturi) seriale; o interfae (porturi) paralele. Majoritatea dispozitivelor periferice de intrare se pot conecta la

magistrala PC-ului prin porturile de comunicaie serial denumite COMM1 i COMM2. n vederea transferului de date ctre memoria intern RAM, datele sunt transmise serial prin interfa sub form de iruri secveniale de bii, avnd cte un bit de start i unul de sfrit. Standardul pentru interfaa serial este interfaa RS232C.

Controlerul de tastatur i mouse are complexitatea unui microprocesor la scar redus, avnd rolul de a transfera date ctre microprocesor prin intermediul magistralei i a nivelurilor de ntreruperi 1 (tastatur), 12 (mouse PS/2) concretizate n:

codurile de scanare asociate tastelor acionate; coordonatele cursorului activate de mouse pe suprafaa monitorului.

Imprimantele se cupleaz prin intermediul unui port paralel, port prin intermediul cruia datele sunt transferate pe linii paralele, spre deosebire de portul serial, unde datele sunt transmise bit cu bit pe o singur linie, deci mai lent.

Interfaa paralel a fost dezvoltat astfel nct s suporte transferul de date bidirecional, ceea ce a condus la conectarea unei diversiti de dispozitive.

e) Conectorii de extensie Pentru adugarea de noi echipamente, PC-ul dispune de conectori ce

permit ataarea la magistral a noi adaptoare care s fac legtura dintre noile echipamente i magistral. Materializarea adaptoarelor const ntr-o plac separat ce se introduce n conectorii de extensie.

Cea mai uzual plac ataat n conectorii de extindere o reprezint placa adaptorului video ce permite cuplarea monitorului la magistrala PC-ului.

f) Magistrala Magistrala PC-ului (sau ansamblul magistralelor constituente ale

arhitecturii de baz ale unui PC) are rolul de a realiza interconectarea microprocesorului cu memoria i cu adaptoarele care se cupleaz prin porturile sau conectorii specifici. De obicei, un PC dispune de mai multe tipuri de magistrale i cip-uri care realizeaz legtura dintre acestea.

g) Cipsetul Cipsetul plcii de baz este o component electronic deosebit care

asigur logica de funcionare a plcii de baz. Placa de baz este doar un suport fizic de interconectare electric a componentelor. Cipsetul este de fapt cel ce coordoneaz, sincronizeaz i controleaz toat circulaia de informaii pe magistralele plcii de baz. Cipsetul asigur corelaia dintre setul de instruciuni ale microprocesorului cu sarcinile pe care le poate nelege placa de baz i le poate transmite spre execuie celorlate dispozitive.

Un cipset este n general mprit n dou pri: north bridge i south bridge. North bridge-ul se ocup cu funciile principale, cum ar fi comunicarea cu memoria RAM, cache, cu conectorii PCI i AGP, n timp ce South bridge-ul conine elementele mai puin importante (controllerul de hard-disc SCSI sau IDE, controllerul serial i cel USB).

Evoluia procesoarelor i dezvoltarea cipseturilor sunt dou procese strns legate, fapt pentru care anumite cipseturi sunt proiectate pentru a profita de anumite caracteristici constitutive ale unui procesor.

Piaa este dominat de trei mari productori Intel, AMD i VIA (VIA produce cipseturi att pentru Intel ct i pentru AMD).

h) Alte elemente arhitecturale Dup cum s-a observat din prezentarea componentelor arhitecturale

anterioare, legtura dintre componente se realizeaz prin intermediul controlerelor materializate printr-un set de cip-uri comune sau specifice diverselor arhitecturi.

Dintre cipurile de baz ale majoritii arhitecturilor se pot specifica: controllerul de ntreruperi (Intel 8259 A); controllerul de timp (numrtorul) Intel 8254; controllerul DMA Intel 8237; cipuri de legtur dintre magistrala local a microprocesorului i

celelalte tipuri de magistrale ale sistemului.

2.2.3. Considerente practice O plac de baz va suporta procesoare numai de un anumit tip (de

exemplu, Pentium III, Pentium IV sau AMD Athlon). Primul motiv este c procesoarele au conectori fizic diferii unul de cellalt. Cel de-al doilea motiv pentru care difer plcile de baz este cipsetul utilizat.

Dei diferite modele de plci de baz pot avea opiuni diferite, sunt cteva componente cheie care sunt prezentate la toate modelele.

Astfel, pe orice plac de baz exist un soclu pentru procesor, module de memorie, sloturi de extindere pentru placa video sau pe cea de sunet, conectori pentru HDD i CD-ROM, porturi seriale, paralele i de tastatur.

Pe primele plci de baz procesorul se conecta pe un mic piedestal numit socket, care prezenta orificii ce corespundeau ca amplasament, cu pinii de pe procesor. Din pcate, procesoarele puteau s fie introduse incorect de neprofesioniti, ceea ce ducea invariabil la arderea cipului.

Urmtoarea generaie de plci de baz a introdus o prim mbuntire: n colul interior al socketului a aprut un pin suplimentar, eliminndu-se posibilitatea introducerii greite a procesorului n socket.

O a doua mbuntire s-a numit ZIF (Zero Insertion Force), socket care prezenta o minimanet care n poziia ridicat, permitea introducerea/ scoaterea cu uurin a procesorului, iar n poziia lsat, maneta bloca procesorul n soclu, aliniind n acelai timp pinii de pe procesor cu orificiile de pe socket. Cel mai comun socket ZIF este Socket 7, folosit de multe generaii de procesoare Pentium.

Dei soluia ZIF funciona bine, lansarea microprocesorului Intel Pentium II s-a fcut ntr-un format SECC (Single Edge Contact Cartridge) care se asemna cu un slot PCI i a fost denumit Slot 1. Un motiv pentru introducerea acestui tip de conector a fost amplasamentul memoriei cache la procesoarele Intel Pentium II, pentru care nu a fost gsit o soluie tehnologic mulumitoare n formatul vechi tip socket.

AMD a folosit Socket 7 pentru procesoarele K6, dar a ales alt format pentru Athlon. Slot A a fost similar cu Slot 1, dar procesorul se conecta diferit de Intel Pentium II, pentru a evita confuziile.

n acest timp, Intel a lansat procesorul Celeron care avea iniial forma SECC, dar s-a mutat pe socket cnd memoria cache a fost inclus pe cip. Noul format al procesorului Celeron se numea PPGA (Plastic Pin Grid Array) i numra 370 pini, fapt pentru care conectorul s-a numit Socket 370.

Cnd cache-ul Level 2 a putut fi integrat n procesoarele Pentium III, Intel s-a rentors la formatul de socket. Dei aceste noi procesoare foloseau tot Socket 370, diferenele de alimentare fceau imposibil folosirea lor n plcile de baz existente care lucrau cu Celeron. De aceea a aprut formatul FCPGA (Flip Chip Pin Grid Array) n care nucleul procesorului se afl n partea de sus a cipului, nu n cea de jos. Pachetul FCPGA a modificat i funciunile ctorva pini, fapt pentru care noile procesoare nu mai funcionau n vechile socketuri. Plcile de baz cu Socket 370 pot adapta ambele tipuri de procesoare (Pentium III i Celeron) fr nici o problem.

i AMD s-a ntors la formatul de socket pentru ultima sa generaie de procesoare Thunderbird pentru care se folosete Socket A cu 462 de pini, n timp ce pentru microprocesoarele Duron, AMD folosete tot Socket A.

Tehnologiile folosite la memoriile interne au urmat calea dezvoltrii procesoarelor, evolund n diverse forme. Pn cu relativ puin timp n urm SIMM-urile de 72 de pini au reprezentat mare parte din memoria instalat n calculatoarele Pentium i compatibile.

SIMM-urile au ns un mare dezavantaj: trebuie instalate n perechi de module identice, aa c dac se doreau de exemplu, 8 M de memorie trebuia s fie instalate dou module de cte 4 M unul lng altul; au urmat DIMM-urile care se puteau instala i cte unul.

DIMM-urile sunt deocamdat n trei variante: PC66, PC100 i PC133, numerele semnificnd viteza maxim la care li se garanteaz funcionarea.

Clasificrile pe viteze au fost fcute datorit frecvenei suportate de magistralele Pc-urilor (FSB-Front Side Bus). mpreun cu multiplicatorul intern al procesorului, FSB-ul determin frecvena de lucru a microprocesorului. O memorie PC 100 va rula la 66 MHz, dar inversul nu este ntotdeauna valabil.

Urmtoarea generaie de memorii (Rambus) poate fi ntlnit n PC-urile high-end, inclusiv la Pentium IV, dar este semnificativ mai scump dect DIMM-urile. AMD include suport n cipseturile sale pentru memorii DDR (Double Data Rate), mai rapid dect RAM-ul PC 133 i semnificativ mai ieftin dect Rambus.

Cele mai multe plci de baz au interfee EIDE (Enhanced IDE), iar unele au controllere SCSI (Small Computer System Interface). SCSI este semnificativ mai rapid, mai ales n medii multitasking i suport mai multe dispozitive, dar este n acelai timp i mai scump. Noile standarde EIDE sunt ns suficient de rapide pentru majoritatea utilizatorilor individuali.

Interfaa EIDE a evoluat de la IDE, care suporta HDD-uri i CD-ROM-uri pe un acelai standard. Aceasta a devenit UDMA (Ultra Direct Memory Access), care a evoluat din DMA i care a oferit rate de transfer mai mari.

UDMA33 era capabil de transferuri la viteza de 33,3 MBps. Fiecare canal putea suporta dou dispozitive (de exemplu, un HDD i un CD-RW), iar plcile de baz erau n general dotate cu cte dou canale.

Pentru ca o conexiune UDMA66 s funcioneze, placa de baz i toate dispozitivele conectate trebuie s suporte UDMA66. UDMA100 este ultima generaie a interfeei, care suport rate de transfer de pn la 100 MBps.

Formatul sloturilor de extindere a variat i el n timp. Dup ISA, pe cale de dispariie, PCI-ul a devenit standardul pentru plcile de extensie i ulterior a mai aprut un model de slot destinat exclusiv plcilor grafice: AGP. AGP este special proiectat pentru a oferi rate mari de transfer necesare graficii complexe, iar ultima generaie de plci video a fost lansat exclusiv n acest format.

Un alt slot nou este AMR conceput pentru a conecta placa de sunet i un modem.

Plcile de baz au diferite forme i dimensiuni. Pentru a uura proiectarea carcaselor, au fost standardizate anumite formate. Cel mai ntlnit format este acum ATX. Specificaiile ATX dicteaz att plasamentul conectorilor pe placa de baz (pentru alinierea cu carcasa), ct i alte detalii cum ar fi forma conectorului de alimentare. Exist i variaii ale acestui format de exemplu, MicroATX preia specificaiile de baz ale ATX, dar are mai puine sloturi de extensie pentru a putea s ncap n carcase mai mici. Pe lng ATX, mai exist dou alte formate standard; AT a fost standardul de facto nainte de ATX, iar NLX este folosit la PC-urile slimline.

Conectorii pentru plcile multimedia i perifericele USB sunt ataai direct pe o plac ATX, fapt care i face mai uor de instalat dect vechiul format AT (unde majoritatea conectorilor se ataau de placa de baz prin cabluri). Astfel, pe o plac de baz normal se gsesc dou porturi PS/2 (unul pentru tastatur i unul pentru mouse), dou porturi USB seriale i unul paralel. Unele plci au integrat i suportul video, eliminnd astfel necesitatea unei plci grafice separate, caz n care se mai adaug un conector pe placa de baz.

Soluiile grafice integrate elimin adugarea unei placi video separate i au un cost redus, dar penalizeaz la capitolul performana 3D; o problem similar se refer la plcile cu sunet integrat. Acestea ofer posibiliti de procesare la nivel de baz i nu au o calitate foarte bun, deci utilizatorii pretenioi trebuie s se orienteze spre altceva.

Cele mai multe plci de baz sunt compatibile cu plcile de extensie, indiferent de productor. Sunt i unii productori care din dorina de a ine sub control o pia ctigat, prefer s-i impun o anumit originalitate n fabricarea diverselor plci sau a altor componente. Utilizatorii care i-au procurat calculatorul (sau placa de baz) de la un asemenea productor, vor depinde de acesta ori de cte ori vor dori s-i dezvolte sistemul sau s-i nlocuiasc unele componente.

Orice utilizator ar trebui s tie atunci cnd cumpr un calculator, c tipul i performanele plcii de baz i asigur compatibilitatea i dezvoltarea performanelor ntregului sistem.

Pentru stabilirea criteriilor de alegere a unui calculator personal, trebuie avute n vedere urmtoarele caracteristici ale plcii de baz:

n tipul i performanele microprocesorului acceptat de placa de baz; n viteza de lucru a plcii de baz; n mrimea i tipul memoriei rapide (cache) care s funcioneze la viteza

maxim a plcii de baz; n mrimea i tipul de memorie RAM admis; n tipul de magistral utilizat; n tipul BIOS-ului utilizat i compatibilitatea cu memoria ROM; n numrul de interfee incluse (controllere, conectori de magistral,

porturi seriale i paralele i alte adaptoare standard); n sistemul de gestionare a alimentrii.

2.2.4. O nou arhitectur a plcii de baz

n ultimul timp, att compania Intel, ct i AMD au introdus pentru ultimele tipuri de microprocesoare Intel Pentium IV respectiv AMD Athlon, o nou arhitectur pentru plcile de baz arhitectura de tip Hub. Principala diferen dintre arhitectura anterioar de tip Bridge i noua arhitectur de tip Hub const n separarea magistralei PCI (care acum este extern i conectat la sloturile PCI), de magistrala intern a PC-ului. Sporul de performan obinut prin noua arhitectur s-a concretizat n dublarea vitezei pe magistrala PCI.

n figura 2.4. este redat noua arhitectur a plcii de baz (denumit Intel Net Burst micro-arhitecture) bazat pe o tehnolologie complet nou care s susin microprocesoarele Intel Pentium IV.

Semnificaia componentelor din figura 2.4.: GMCH Graphic and Memory Controller Hub ICH2 Input/Output Controller Hub 2 LCI LAN Connect Interface FWH Firmware Controller Hub AC97 Audio Codec 97

GMCH este cipsetul n care se regsete controlerul video integrat, interfaa AGP i interfaa pentru memoria SDRAM /DDR; el asigur transferul datelor ntre microprocesor, memoria DRAM, controlerul AGP i controlerul de intrare/ieire ICH2. Alturi de conectarea video convenional, este disponibil i o interfa digital pentru dispozitive flat-panel i conectarea la echipamente TV standard.

ICH2 realizeaz legtura cu interfaa ATA IDE, porturile USB, interfaa sunet-modem, PCI, LCI respectiv interfaa de intrare/ieire; ICH2 cuprinde:

n un controler pentru dou canale ATA IDE ce asigur o rat de transfer de 100 MB/s prin UDMA;

n o interfa pentru conectarea la o reea local LAN care prin tehnologia Intel Single Driver poate atinge 10/100 Mbps Ethernet;

n un codor/decodor digital/analogic AC97 care accept ase canale audio; pentru transmisii live se utilizeaz tehnologia SoundMax complet surround;

n patru porturi USB dintre care dou interne i dou externe; n cinci sloturi PCI. FWH cuprinde flash ROM-BIOS cu suport multilingvistic i bootare

rapid. Tot aici se regsete i un program de criptare avansat util ndeosebi n comerul electronic.

2.3. Memoria intern

2.3.1. Rol, caracteristici funcionale i parametri

Memoria intern este o component pasiv care pstreaz pe durata prelucrrii, att programele care se execut, ct i datele cu care opereaz programele.

Microprocesorul care este componenta activ ce realizeaz efectiv prelucrarea datelor, iniiaz un permanent schimb de informaii cu memoria intern. El preia succesiv instruciunile de program, solicit datele aferente, iar rezultatele le depune tot n memoria intern de unde sunt ulterior afiate sau stocate pe medii magnetice.

Att datele, ct i instruciunile ce compun programele, sunt alctuite din punctul de vedere al utilizatorului din litere, cifre i caractere speciale. Pentru a putea fi memorate i prelucrate de calculator, ele trebuie convertite ntr-un format intern recunoscut de componente, format numit cod binar.

Codul binar folosete numai dou simboluri pentru reprezentarea informaiilor, i anume cifrele binare 1 i 0; o cifr binar care poate avea numai valorile 1 sau 0 se numete bit (prescurtarea de la binary digit).

Pentru a codifica oricare din cifrele de la 0 la 9 cu care opereaz sistemul de numeraie zecimal ar fi de ajuns patru cifre binare. Dar pentru c trebuie codificate deopotriv i literele alfabetului i caracterele speciale, operatorii aritmetici, parantezele, virgula, punctul etc. s-a calculat c este necesar un ir de 8 cifre binare (8 bii).

Un ir de 8 bii se numete byte. Bitul se boteaz cu b iar byte-ul cu B. Nevoia de standardizare a impus pe plan mondial un sistem de codificare binar a datelor, cifre, litere, caractere speciale, pe 8 bii denumit ASCII American Standard Code for Information Interchange.

S-a recurs la reprezentarea binar a datelor datorit componentelor electronice care puteau menine numai dou stri stabile, stri care au fost asociate valorilor 1 i respectiv 0. Tehnologia de realizare a memoriilor interne pentru stocarea informaiilor binare a evoluat de la circuitele basculante bistabile, la circuite integrate realizate ntr-o tehnologie MOS (Metal Oxid Semiconductor).

Progresul tehnologic s-a reflectat prin creterea capacitii de stocare i a vitezei de lucru a circuitelor de memorie.

Cantitatea de memorie folosit se exprim prin urmtoarele uniti de msur:

1 Kilobyte = 1024 bytes (210 bytes) 1 Megabyte = 1024 KB (210 kilobytes) = 220 bytes 1 Gigabyte = 1024 MB (210 megabytes) = 230 bytes 1 Terabyte = 1024 GB (210 gigabytes) = 240 bytes 1 Pentabyte = 1024 TB (210 terabytes) = 250 bytes 1 Exabyte = 1024 PB (210 petabytes) = 260 bytes 1 Zettabyte = 1024 EB (210 exabytes) = 270 bytes 1 Yottabyte = 1024 ZB (210 zettabytes) = 280 bytes Transferul datelor n/din memorie se realizeaz la nivelul unei uniti de

adresare numit cuvnt de memorie word, cu variantele: semicuvnt halfword i dublu cuvnt double word.

Primele PC-uri au fost proiectate pentru a lucra cu cuvinte de memorie de 8 bii, apoi s-a trecut la cuvntul de 16 bii, n prezent generalizndu-se tehnologia pe 32 de bii, dar exist i calculatoare care lucreaz cu cuvinte de memorie pe 64 de bii.

Extinderile multimedia (MMX Multimedia Extensions) utilizate de microprocesoarele Intel i AMD au introdus suplimentar patru tipuri de date ce se prelucreaz pe 64 de bii:

byte mpachetat prelucrat n grupuri de cte opt; cuvnt mpachetat ce se prelucreaz n grupuri de cte patru; dublu cuvnt mpachetat a crui prelucrare se realizeaz n grupuri de

cte dou; cuvnt quadruplu. Principial, memoria intern poate fi privit ca o succesiune adiacent de

adrese de memorie, fiecare adres avnd proprietatea de a memora un byte. Fiecare adres este unic, servind la identificarea direct i rapid a oricrui byte din memorie.

Memoria sistemelor de calcul este caracterizat de urmtorii parametri: a. capacitatea reprezint numrul maxim de bytes pe care i poate

stoca memoria la un moment dat; capacitatea se exprim n multiplii de bytes: KB, MB, GB, TB;

b. timpul de acces reprezint intervalul de timp dintre solicitarea unei date/informaii din memorie i obinerea ei:

t = t2 t1 unde

t timpul de acces; t1 momentul solicitrii unei date/informaii din memorie; t2 momentul obinerii datei/informaiei solicitate. c. rata de transfer reprezint numrul de bytes ce se transfer n/din

memorie ntr-o unitate de timp; d. modularitatea reprezint posibilitatea divizrii memoriei n module

de memorie cu o anumit capacitate, cu posibilitatea extinderii n funcie de configuraie.

Transferul datelor n memorie se numete scriere, iar extragerea informaiilor din memorie se numete citire, ambele operaii efectundu-se sub supravegherea UCP. Schimbul de date/informaii cu memoria este redat n fig. 2.5.

Localizarea unei informaii n memorie se realizeaz prin specificarea adresei ntr-un registru de adrese. Dup localizarea adresei n memorie, dac se emite un semnal de scriere, datele coninute n registrul de date se transfer n memorie sau dac este o comand de citire, datele coninute la adresa specificat sunt aduse n registrul de date.

Intervalul de timp necesar unei referiri la memorie se numete ciclu de memorie (a nu se confunda cu timpul de acces) pe parcursul cruia coninutul registrului de adrese rmne nemodificat.

Dispozitivele fizice care alctuiesc memoria intern trebuie s indeplineasc anumite cerine ca:

existena a dou stri stabile pentru memorarea datelor; volum i timp de acces ct mai redus; preul pe megabyte ct mai sczut; realizare modular cu posibiliti de extindere. Dispozitivele au la baz circuite semiconductoare integrate plasate pe

o pastil (cip) de siliciu, care asigur o mare densitate pe unitatea de volum. Celulele binare sunt aranjate n grupuri de opt linii a cte opt coloane aa cum se observ n fig. 2.6. ncrcarea celulelor binare se realizeaz trimind curent electric prin liniile i coloanele de selectare; n punctele n care firele ncrcate electric se intersecteaz, celulele binare sunt poziionate pe 1, celelalte rmnnd pe 0.

RAS Row Addres Strobe CAS Column Addres Strobe Din punct de vedere al rolului pe care-l ndeplinete n funcionarea

sistemului, memoria intern se divide n urmtoarele categorii: v memoria RAM: v memoria ROM; v memoria cache;

2.3.2. Memoria RAM Memoria RAM este o memorie cu acces direct realizat din module

(cipuri) de diverse capaciti. Este o memorie volatil n care utilizatorul prin programele care le lanseaz n execuie, poate scrie i citi date. Ea este practic, memoria de lucru curent. Dac se dorete pstrarea coninutului din aceast memorie n vederea reutilizrii ulterioare, acesta va fi salvat, adic va fi memorat pe un suport de memorie extern (hard-disc, floppy disc, de exemplu) nainte de a prsi aplicaia respectiv.

Din punct de vedere al principiului de stocare a datelor memoria RAM poate fi de tip:

l DRAM (Dynamic Random Access Memory; l SRAM (Static Random Access Memory. Memoria DRAM este o memorie al crei coninut se pierde dac prin

semnalele de comand nu se specific rencrcarea celulelor cu un anumit coninut. Operaia se numete remprosptarea memoriei (refreshing memory), ea constnd n recitirea coninutului la intervale de timp prestabilite i renscrierea lui la aceleai adrese. De exemplu, un cip de 8 MB necesit remprosptarea coninutului la fiecare 32 de milisecunde.

Memoria SRAM este o memorie care pstreaz coninutul celulelor binare fr a necesita operaia de remprosptare. Pentru a face dintr-o memorie DRAM o memorie SRAM, ar fi necesar un simplu comutator pentru a bascula ntre transferul semnalelor electrice sau pstrarea lor (circuite flip-flop).

Ultimele nouti preconizate de proiectul IBM prevd utilizarea celulelor de memorie bazate pe jonciuni tunel magnetice dispuse pe un substrat de siliciu (MTJ Magnetic Tunneling Join) pentru realizarea de memorii magnetice MRAM (Magnetic RAM), a cror vitez de citire/scriere va fi de aproximativ 10 ns. Spre deosebire de DRAM i SRAM care folosesc celule electrice, MRAM utilizeaz celule magnetice ce nu-i vor pierde coninutul o dat cu ntreruperea alimentrii. Ca performane, MRAM va fi aproape la fel de rapid ca SRAM i de ase ori mai rapid dect DRAM.

O alt noutate aparine corporaiilor Toshiba i Infineon Technology care vor lansa module de memorie FeRAM iniial cu o capacitate de 32 MB/ modul, tehnologia de elaborare bazndu-se pe construirea celulelor de memorie din materiale feroelectrice. Asemntor memoriilor MRAM, memoriile FeRAM vor avea un coninut nevolatil care va combina nalta densitate a memoriilor DRAM actuale, cu performanele memoriilor SRAM.

Memoria CMOS Memoria CMOS este o mic zon din memoria RAM care are un circuit

de alimentare separat de la un acumulator cu litiu. Datorit acestuia informaia din memoria CMOS se va pstra i dup ce se oprete calculatorul. Din acest motiv memoria CMOS se comport ca o memorie permanent, nevolatil. Avantajul su esenial const n aceea c informaiile nscrise aici se pot actualiza oricnd este nevoie prin folosirea unui mic program al sistemului de operare numit SETUP.

n memoria CMOS se introduc o serie de parametri i informaii de control ca de exemplu: parole, data curent i ora, informaii despre setri ale echipamentelor din configuraie etc.

2.3.3. Memoria ROM. ROM-BIOS

Alturi de memoria de lucru RAM utilizat pentru execuia diverselor aplicaii n curs de execuie, calculatoarele personale dispun de circuite de memorie care pstreaz programe necesare pentru funcionarea sistemului, programe ce nu-i modific de regul, coninutul. Aceste programe speciale sunt pstrate ntr-o memorie nedistructibil numit memorie ROM (Read Only Memory). Informaiile din memoria ROM sunt destinate numai citirii, deci nu pot fi modificate sau terse.

Rolul acestei memorii este de a stoca programe cu grad mare de generalitate i o frecven sporit de utilizare. Plasarea acestor programe n partea de hardware a unui sistem de calcul ofer avantajul vitezei i siguranei n execuie, comparativ cu implementarea lor ca software, care ar avea doar avantajul flexibilitii.

Iniial cipurile ROM au fost realizate ca memorii capacitive (CROS Capacitive Read Only Storage) i inductive, cu transformatoare (TROS). n prezent se folosesc circuite semiconductoare integrate ce au permis o mai mare flexibilitate n fixarea coninutului, chiar eventuale tergeri i modificri ale coninutului.

Dintre variantele de memorii ROM realizate cu elemente semiconductoare integrate se menioneaz:

l PROM (Programmable ROM memorii ROM programabile) sunt memorii al cror coninut nu este fixat din construcie; coninutul poate fi nscris dup dorina utilizatorului, dar odat ce a fost nscris nu se mai poate modifica sau terge;

l EPROM (Erasable PROM) sunt memorii PROM ce pot fi terse, dar numai prin procedee speciale utiliznd un generator de radiaii ultraviolete;

l EEPROM (Electrically EPROM) sunt memorii EPROM care nu necesit surse de radiaii ultraviolete, ci doar un curent de voltaj nalt pentru tergerea coninutului; spre deosebire de EPROM, ele nu trebuie scoase din soclurile n care sunt montate pe placa de baz. Dac EPROM trebuia tears integral pentru a se renscrie, EEPROM execut operaia de tergere i rescriere a fiecrui byte n mod independent.

l Flash ROM sunt actualele EEPROM dar care folosesc voltajul normal pentru tergerea i renscrierea coninutului (5V sau 3,3V). tergerea i renscrierea datelor se poate realiza pentru unul sau mai multe blocuri de memorie, existnd posibilitatea ca pentru modificarea anumitor blocuri s fie solicitat un voltaj mai mare cum este cazul blocului de boot ce are inclus protecia anumitor blocuri mpotriva tergerilor, bloc ce poate fi modificat numai printr-un voltaj superior.

ROM BIOS

Cea mai important parte a programelor de sistem care coordoneaz activitatea PC-ului i furnizeaz servicii eseniale pentru programele de aplicaii, sunt implementate din construcie n memoria ROM, constituind sistemul de intrare/ieire de baz BIOS (Basic Input Output System).

ROM BIOS-ul conine programe de conversaie cu elementele hardware ale PC-ului.

Scopul principal l constituie ncrcarea sistemului de operare de pe dispozitivul de iniializare i autotestarea componentelor n momentul pornirii PC-ului (dispozitivul de iniializare este de obicei hard-discul, CD-ROM-ul sau portul de reea).

De cele mai multe ori, programele coninute n ROM-BIOS sunt transferate pentru execuie n DRAM care este mai rapid prin tehnica ROM-shadowing.

Cele mai noi tipuri de BIOS ncorporeaz faciliti de determinare a configuraiei interne i de alocare a resurselor prin intermediul standardului PnP (Plug and Play conectare i folosire).

Organizarea componentei ROM BIOS este redat n fig. 2.7. Programele de pornire sunt activate o dat cu punerea sub tensiune a

PC-ului; cuprind urmtoarele programe: a) POST Power On Self Test care realizeaz autotestarea PC-ului

constnd n detectarea eventualelor erori n funcionarea componentelor. b) Iniializarea prin care se creeaz vectorii de ntrerupere care vor

declana comutarea la rutina de testare a ntreruperii la apariia unei solicitri de ntrerupere; totodat, iniializarea stabilete i configuraia componentelor PC-ului.

Pentru rutinele ce nu se gsesc n setul standard, BIOS-ul este pregtit a accepta o serie de extensii; astfel, orice echipament nou i plaseaz propria sa memorie ROM BIOS ntr-o locaie unic, pentru a nu intra n conflict cu alte extensii BIOS standard.

Dac cipurile ROMBIOS sunt de tip Flash ROM, acestea pot fi inscripionate prin nlocuirea vechiului coninut; n caz contrar, se schimb cipurile de BIOS de pe placa de baz.

2.3.4. Memoria cache

Memoria cache interpune un bloc de memorie rapid SRAM ntre microprocesor i un bloc de DRAM. Un circuit special denumit controller de cache ncearc s menin n memoria cache, datele sau instruciunile pe care microprocesorul le va solicita n momentul urmtor apelnd la un algoritm statistic de anticipare. Dac informaia cerut se afl n memoria cache (cache hint), ea poate fi furnizat fr stri de ateptare; dac informaia cerut nu este n memoria cache (cache miss), ea este transferat din RAM la viteza corespunztoare RAM-ului, constituind un eec cache.

Un factor major ce determin performanele cache-ului este cantitatea de informaie coninut; cu ct cache-ul este mai mare, cu att cantitatea de date tranferat este mai mare. Practic, cache-ul este cuprins ntre 256 K i 2-4 M.

Dezavantajul unui cache mai mare l reprezint costul, cipurile SRAM mai rapide majornd costul ntregului sistem.

Configuraia logic a memoriei cache se refer la modul n care este aranjat memoria n cache i la modul n care este adresat, ceea ce reprezint de fapt modalitatea prin care microprocesorul stabilete dac informaia solicitat la un moment dat este sau nu disponibil n cache. Principalele opiuni arhitecturale sunt: maparea direct, asociativitatea complet i asociativitatea pe set.

Memoria cache mapat direct divide memoria cache n blocuri adresate prin linii, corespunztor liniilor de ncrcare folosite de microprocesoare (Intel pe 32 bii permite adresarea n multipli de 16 bytes a blocurilor de 128 bii). Memoria intern este divizat n blocuri, astfel c liniile din cache corespund locaiilor blocurilor respective din memorie. Problema maprii directe este c un program poate solicita date localizate n adrese situate n blocuri diferite de memorie, cache-ul necesitnd remprosptri continue ceea ce echivaleaz cu eecuri cache.

Modalitatea opus de abordare a arhitecturii mapate direct o reprezint memoria cache complet asociativ. n acest model, fiecare linie a cache-ului poate fi asociat cu orice bloc al memoriei interne; controller-ul de cache verific adresele fiecrei linii n memoria cache pentru a determina dac o cerere de memorie a microprocesorului este o reuit sau un eec. Cu ct sunt mai multe linii de verificat, cu att timpul este mai mare.

Un compromis ntre memoria cache mapat direct i cea complet asociativ este memoria cache asociativ pe set, care divide memoria cache n mai multe blocuri mapate direct. Cache-ul este descris prin numrul de moduri n care este divizat; astfel, un cache asociativ pe patru ci este format din patru cache-uri mapate direct. Acest aranjament rezolv problema deplasrii ntre blocuri cu aceiai indeci de linie; cu ct sunt mai multe moduri pentru un cache, cu att mai mult va cuta controller-ul cache s determine dac informaia solicitat este sau nu n cache, ceea ce mrete timpul de acces, micornd avantajul mpririi n seturi. Majoritatea productorilor de PC-uri consider cache-ul asociativ pe patru ci, compromisul optim dintre performan i complexitate.

O modalitate de a micora ateptarea este recurgerea la arhitecturi cache de transfer n mod burst care elimin necesitatea trimiterii unei adrese diferite pentru fiecare operaie de citire sau scriere a memoriei, orice operaie identificnd o secven de adrese adiacente; n acest mod, un cache poate reduce timpul de acces cu 54%, dar reducerea apare la scriere, fr nici o mbuntire la citirea unor adrese individuale de cache.

Pentru microprocesor, cache-urile pot fi externe sau interne. Un cache intern (cache L1), numit cache primar, este construit n circuitul microprocesorului, iar un cache extern (cache L2) sau cache secundar, folosete un controller extern i cipuri de memorie extern.

Cache-ul primar deine un potenial de accelerare mai mare dect cache-ul secundar, din cauza conectrii sale directe la circuitul intern al microprocesorului. La microprocesoarele Pentium, transferul datelor dintre cache-ul intern i celelalte componente ale microprocesorului se realizeaz printr-o linie de 128 de bii care necesit dou cicluri datorit magistralei de date de 64 de bii.

Cache-ul secundar este implementat pe magistrale de 128 bii avnd un mod de adresare orientat pe linie streamlined (burst mode). Cache-ul intern pstreaz ns un avantaj de performan de dou pn la cinci ori asupra acestui mod de adresare avansat.

Un cache este folosit pentru stocarea oricrui tip de informaie (instruciuni sau date) denumit cache unificat, sau este mprit funcional n cache de instruciuni i cache de date; aceast mprire poate duce la mbuntiri de performan, fiind folosit de microprocesoarele Pentium, unele microprocesoare Motorola i majoritatea micro procesoarelor RISC.

Pentru a aduga flexibilitate i expandabilitate cache-urilor secundare, n calculatoarele ce au proiectate seturile de cipuri corespunztoare, Intel a lansat propriul standard pentru cache-ul instalabil cache-on-a-stick (abreviat COAST). Modelul de baz folosete un conector CELP cu 160 pini. Specificaia COAST este flexibil i permite folosirea unor cache-uri secundare de diferite tehnologii.

2.3.5. Formate fizice de RAM Un cip de memorie apare ca un strat de siliciu de civa milimetri.

Pentru a fi uor de manevrat, cipurile de memorie sunt nchise ermetic ntr-o capsul care asigur protecia siliciului. Cipurile sunt lipite unul lng altul pe modulele de memorie, ocupnd astfel o suprafa mai compact de civa centimetri. Modulele de memorie astfel constituite, apar sub forma unor circuite integrate cu conectori externi, pentru a fi introduse n soclurile disponibile pe placa de baz.

Modulele de memorie sunt prevzute cu conectori CELP (Card Edge Low Profile), avnd 3083 pini pe fiecare parte a modulului. Cipurile disponibile pe pia sunt construite n diverse formate fizice.

Primele cipuri (SIP, DIP) erau sudate pe plac, deci fixe. Urmtoarea generaie de cipuri de RAM (SIMM, DIMM, RIMM) au fost realizate n aa fel nct s poat fi introduse/scoase din soclu i nlocuite.

Cipul de tip SIMM (Single In line Memory Module) leag contactele de pe ambele pri ale modulului i furnizeaz un singur semnal, n timp ce un cip DIMM (Dual In line Memory Module) preia semnale separat de pe fiecare parte a modulului.

Cele mai multe PC-uri verific cipurile de RAM de fiecare dat cnd se pornete sau se reseteaz calculatorul; n acest scop, la fiecare byte al memoriei se ataeaz un bit suplimentar numit bit de control al paritii, bit care permite s se determine dac un anumit byte de memorie conine numrul corect de zerouri binare (parity check). Controlerul de memorie face totalul celor nou bii memorai, verificnd dac totalul rmne impar; n caz negativ invalidnd datele memorate.

Exist ns procedee care pot efectua att detectarea, ct i corectarea unor erori. Un exemplu l constitue procedeul ECC (Error Corection Code) care necesit trei bii suplimentari pentru fiecare byte memorat; procedeul poate s localizeze bitul eronat, iar eroarea poate fi remediat (tehnologia se mai numete i EDAC Error Detection And Corection). IBM folosete ECC pe calculatoarele care se utilizeaz ca servere ntr-o reea de calculatoare.

Primele SIMM-uri cu 30 de pini permiteau o stocare de nou bii pentru fiecare byte (un bit extern pentru verificarea paritii). Pentru magistrale mari de date a fost proiectat SIMM-ul cu 72 pini care ncorporeaz patru bancuri de memorie pe acelai modul; SIMM-urile cu 72 pini au conectorii plasai pe ambele pri ale modulului de memorie.

Asemntor SIMM-urilor cu 30 pini, SIMM-urile cu 72 pini pot fi cu paritate sau fr paritate; cele cu paritate sunt numite i SIMM-uri de 36 de bii, iar cele fr paritate SIMM-uri de 32 de bii. SIMM-urile cu 72 pini sunt disponibile la capaciti de 8 MB, 16 MB i 32 MB/modul.

Odat cu apariia noilor microprocesoare PENTIUM i AMD, SIMM-urile cu 72 pini i-au pierdut mult din utilitate, deoarece pentru magistralele de date pe 64 bii, erau necesare dou SIMM-uri de 72 pini la un bank de memorie. Pentru a asigura extinderea la 64 bii, s-au dezvoltat module cu mai multe conexiuni pentru a permite o adresare mai larg, denumite DIMM-uri. Modelele rezultate au 168 de conexiuni poziionate pe cele dou pri ale cipului de memorie, cele dou linii de conectori fiind independente.

DIMM-urile actuale se regsesc uzual, sub forma modulelor de 64 MB, 128 MB i 256 MB pe modul.

SIMM-urile de 72 pini sunt convenabile pentru desktop-uri, dar sunt prea mari pentru laptop-uri; productorii de PC-uri miniaturizate au transformat SIMM-urile de 72 pini, astfel c n locul conectrii pinilor de pe cele dou pri ale modulului au introdus spaii pe fiecare parte pentru a avea dou semnale separate. Astfel, lungimea modulului s-a redus la jumtate, iar rezultatul fiind module SODIMM (Small Outline Dual In line Memory Module) numite astfel datorit dimensiunilor reduse ale modulului i celor dou linii de conectori independeni de pe fiecare parte a modulului. Un SODIMM cu 72 pini este echivalent cu un SIMM de 72 pini, cu conectori pe ambele pri ale modulului asemntor DIMM-urilor.

Pentru microprocesoarele Pentium IV, Intel a elaborat un nou tip de memorii RAM de tip magistral, numite memorii Rambus. Ele nu pot fi montate n socluri de SIMM sau DIMM, necesitnd socluri speciale numite RIMM uri (Rambus In line Memory Module).

2.3.6. Formate logice de RAM

ncrcarea cipurilor de memorie prin adresarea liniilor i coloanelor consum timpi de ordinul nanosecundelor, timpi ce provoac ntrzieri la rspunsurile furnizate microprocesoarelor; dac se adaug i timpul necesar remprosptrii, se obin limitele performanei cipului de memorie. Pentru a mri performanele memoriei, proiectanii au dezvoltat o serie de tehnologii care s depeasc aceste limite, orientndu-se asupra modului n care sunt procesate datele intern moduri ce constituie formatele logice ale memoriilor interne RAM.

Primele memorii au folosit tehnologia Static Column RAM care efectua citirea unei coloane de memorie i scrierea adresei pe linia de adres a cipului, trimind apoi semnalul CAS. Odat ce coloana a fost nregistrat, se poate trimite un nou set de adrese prin care se va indica o linie, activnd apoi semnalul RAS; n tot acest timp semnalul CAS este meninut activ, pentru a indica faptul c acea coloan a rmas constant.

Tehnologia FPM (Fast Page Mode) folosete o variant similar: controlerul de memorie trimite mai nti o adres de linie, apoi activeaz semnalul RAS; ct timp semnalul RAS este activ, se trimite o adres a semnalului CAS pentru a indica o anumit celul. Dac RAS este inut activ, controlerul poate trimite una sau mai multe adrese urmate de un impuls al semnalului CAS pentru a indica celule din cadrul aceleiai linii.

n terminologia de adresare a memoriei, linia este numit pagin, iar cipurile care utilizeaz aceast tehnologie sunt numite page-mode RAM.

PC-ul poate astfel accesa mai rapid celulele dintr-o pagin de memorie, asigurnd un timp de acces ntre 2530 ns. Pentru a accesa ns alte pagini, se vor schimba ambele adrese, ceea ce va genera ntrzieri.

O alt tehnologie utilizat este EDO (Extended Data Out) care lucreaz cel mai bine n combinaie cu o memorie cache. n esen, EDO este o variant a memoriei FPM care permite accesul repetat la biii din cadrul unei pagini de memorie, fr a genera ntrzieri. Dac DRAM se descarc dup fiecare operaie de citire i necesit timp de rencrcare nainte de a fi citit din nou, EDO pstreaz datele pn cnd primete un alt semnal, fapt realizat prin modificarea cuantei de timp alocate pentru semnalul CAS. Linia de date mai rmne activ un interval de timp dup ce linia CAS este dezactivat. Se elimin astfel timpul de ateptare necesar pentru un ciclu separat de citire/scriere, deci se pot citi/scrie date la viteza cu care cipul poate s selecteze adresele.

Pentru o rat de transfer dat, memoria EDO va fi cu 30 % mai rapid dect FPM.

Pentru a ctiga mai mult vitez cu EDO, compania Micron Tehnology a adugat cipului EDO, circuite care s-l fac compatibil cu modul de transfer burst folosit de microprocesoarele Pentium. Noul cip de memorie numit BEDO (Burst EDO DRAM) realizeaz toate operaiile de citire i scriere n serii de cte patru cicluri-numite burst-uri. Aceeai tehnologie este regsit i sub numele de generic pipeline nibble mode DRAM, pentru c transferul datelor se realizeaz n serii de cte patru cicluri pe linia de asamblare (pipeline).

Adresarea normal solicit cicluri alternante datorit multiplexrii operaiilor, iar cipurile de memorie nu pot opera simultan cu microprocesoarele. Pentru a accesa date la fiecare ciclu de ceas, s-a reproiectat interfaa de baz, astfel nct cipurile de memorie s poat opera sincron cu microprocesoarele, constituindu-se astfel memoriile SDRAM (Synchronous DRAM).

Dei schimbarea interfeei cipului poate evita blocrile sistemului, ea nu aduce nici o contribuie la creterea vitezei. Cipurile SDRAM sunt realizate cu stadii de operare multiple i independente, astfel nct cipul poate s acceseze o nou adres nainte de terminarea procesrii adresei precedente.

Cipurile SDRAM au un timp de acces de 10 ns, fiind utilizabile pentru magistrale de memorie de 100 Mhz. Cipurile actuale au anumite limite care reduc frecvena la aproape 66 Mhz; SDRAM-urile nu vor opera la frecvene mai mari de 100 Mhz, deoarece sloturile SIMM-urilor devin nesigure la frecvene mai nalte.

Timpii de acces suportai de diversele tehnologii pentru starea de ateptare zero la o frecven dat a magistralei, sunt redai n tabelul urmtor:

Memoriile DDR (Double Data Rate) sunt realizate ntr-o tehnologie SDRAM cu posibilitatea dublrii frecvenei de la 100 la 200 Mhz, n timp ce DDR 2 sunt optime pentru pentru actualele PC-uri ce lucreaz la o frecven a magistralei de 400 Mhz.

Memoriile EDRAM (Enhanced DRAM) fac DRAM-urile companiei Ramtron mai rapide, prin adugarea unor blocuri mici de memorie cache static pe fiecare cip. Cache-ul opereaz la vitez nalt (n mod obinuit 15 ns), astfel nct poate s acopere cererile de date ale microprocesorului fr a aduga stri de ateptare generate de operaia de remprosptare.

Memoria CDRAM (Cached DRAM) realizat de Mitsubishi adaug o memorie cache pe fiecare cip utiliznd un model de tip asociativ pe set; cipul iniial de 4 MB avea ncorporat o memorie cache de 2 K i folosea dou buffere de cte un cuvnt (16 bii) pentru transferul dintre cache i circuitele externe. Spre deosebire de EDRAM, CDRAM permite att cache-ului ct i DRAM-ului principal s opereze independent una de cealalt. Cache-ul este suficient de rapid pentru a transfera date n mod burst la o frecven de 100 Mhz.

Modelul RDRAM (Rambus DRAM) al firmei cu acelai nume folosete un cache RAM static de 2048 K cuplat la DRAM printr-o magistral foarte larg, ce permite transferul unei pagini de memorie n cache ntr-un singur ciclu. Cache-ul este destul de rapid, furniznd datele la un timp de acces de 10 ns. Rata de transfer poate ajunge la 800 Mb/sec dublu fa de SDRAM. Modelul Rambus cere o modificare radical a plcii de baz pe care se instaleaz, soclurile purtnd denumirea de RIMM (Rambus In line Memory Module). Deocamdat sunt utile pentru sisteme care includ integrare video.

Capacitile disponibile actual sunt de 64 MB, 128 MB i 256 MB/modul, dar exist potenial pentru crearea modulelor de 1 G i 2 G care s funcioneze pe magistrale ale sistemului de 200 Mhz.

n locul unui bloc de memorie n care fiecare celul este adresat de numrul liniei i coloanei, memoria MDRAM (Multibank DRAM) produs de MoSys Incorporated desparte informaia stocat ntr-un numr de bank-uri de memorie separate.

n modelul MDRAM iniial (4 MB), fiecare din cele 16 bank-uri de memorie pstra 256 K; bank-urile sunt legate printr-o magistral central de date care acceseaz fiecare bank individual. Modelul permite unui bank de memorie s trimit sau s primeasc un volum de date i printr-un singur ciclu de ceas, s comute la un alt bank pentru a efectua transferul urmtor. Deoarece fiecare bank de memorie dispune de o interfa de 32 bii care lucreaz ca i SDRAM, cipurile de MDRAM opereaz la viteze de transfer de pn la 1 G/s.

Problemele de acces la memorie apar cu precdere n sistemele video, la care memoria este folosit ca un buffer de cadre pentru imaginile de pe ecran nmagazinate sub form digital i alocat pentru fiecare element al imaginii. ntreg coninutul buffer-ului este citit de 4475 ori pe secund. ntre timp PC-ul poate ncerca s scrie o nou informaie n buffer pentru ca aceasta s apar pe ecran. Cu memorii DRAM obinuite, aceste operaii de citire i scriere nu pot fi executate simultan, una trebuie s o atepte pe cealalt, timpul de ateptare afectnd n mod negativ performanele video, viteza sistemului i rbdarea utilizatorului; ateptarea poate fi evitat cu un cip special de memorie care s aib dou ci pentru accesul fiecrei locaii. O astfel de memorie permite citirea i scrierea simultan; cipurile de memorie video denumite VRAM (Video RAM) permit citirea complet i scrierea aleatoare la un port, n timp ce la cellalt port se permite doar citirea secvenial care corespunde necesitilor de scanare ale unei imagini video.

Un model VRAM cu dou porturi este WRAM (Windows RAM) elaborat de compania Samsung, util la sistemele video proiectate s asiste o interfa grafic gen Windows. Cipul de baz WRAM pstreaz 8 MB aranjai n plane de 32 bii, fiecare plan fiind compus din 512 x 512 celule. Patru cipuri asigur memoria necesar pentru a afia cu o rezoluie de 1024 x 768, 1024 x 1024 n True Color pe 24 bii.

2.4. Microprocesoare

2.4.1. Rol i caracteristici Microprocesorul ndeplinete funciile unitii centrale de prelucrare

UCP (n literatura de specialitate se regsete sub denumirea de CPU Central Proccessing Unit). El este un circuit integrat programabil alctuit din milioane de tranzistori.

Microprocesorul decodific instruciunile de program, solicit operanzii, execut operaii aritmetico-logice i transmite altor componente din sistem mesaje i semnale de control, sincroniznd ntreaga funcionare a calculatorului.

Programele sunt introduse n memoria calculatorului sub form binar, reprezentnd coduri de instruciuni.

Un cod de instruciune semnific configuraia semnalelor de la pinii microprocesorului care declaneaz n interiorul acestuia, execuia unei anumite operaii. Fiecare instruciune are o semnificaie pentru microprocesor. De exemplu, instruciunea codificat 0010110 comand executarea unei operaii de scdere. Alte instruciuni cer microprocesorului s adune, s nmuleasc, s mpart, s deplaseze bii, s fac operaiuni logice comparri, repetri, modificare de bii sau doar s atepte.

Totalitatea instruciunilor pe care le nelege un microprocesor reprezint setul de instruciuni.

Programele i datele asociate lor se afl n memoria RAM, iar pentru a fi executate sunt preluate instruciune cu instruciune de microprocesor, rezultatele fiind plasate apoi tot n memoria RAM de unde pot fi afiate ulterior. Aa se explic intensul trafic de informaii adrese, date, instruciuni dintre microprocesor i memoria RAM, care se desfoar pe magistralele corespunztoare aflate pe placa de baz.

Registrul este componenta de baz a microprocesorului. El este capabil s memoreze temporar un ir de bii. Numrul i rolul acestor registre a evoluat de la 8 regitri la PC 8086, la 128 de regitri la un Pentium.

Performanele unui procesor sunt dependente direct de capacitatea registrului care poate fi 8, 16, 32, 64 sau 128 de bii. Procesoarele Intel 8086 erau procesoare pe 8 bii, Intel Pentium sunt procesoare pe 32 de bii, iar Intel Itanium este un procesor pe 64 de bii. Capacitatea registrului se coreleaz cu mrimea cuvntului de memorie.

O alt component a microprocesoarelor o reprezint unitatea aritmetico-logic ce execut prelucrrile aritmetice i operaiile logice prin intermediul a dou componente:

o unitatea de calcul n numere ntregi care este unitatea de execuie propriu-zis;

o unitatea de calcul n virgul mobil (FPU Floating Point Unit) care iniial, era o unitate independent ataat la microprocesor, numit coprocesor matematic.

Calculele n virgul mobil au reprezentat un ctig important sub aspectul vitezei i preciziei calculelor.

Creterea vitezei de prelucrare a microprocesorului se obine i prin executarea n paralel a unor instruciuni prin tehnica de superscalare posibil prin includerea mai multor uniti ALU n structura microprocesorului.

Unitatea de comand i control decodific i execut instruciuni, gestioneaz cererile de acces la memorie, controleaz i sincronizeaz funcionarea tuturor componentelor din configuraie pe principiul ntreruperilor.

Logica de definire i implementare a setului de instruciuni pe care-l recunoate i-l poate executa un calculator, mparte microprocesoarele n dou clase numite i platforme:

o microprocesoare CISC; o microprocesoare RISC. CISC (Complet Instruction Set Computing), a fost standardul iniial

folosit pentru setul de instruciuni al micropocesoarelor. RISC (Reduced Instruction Set Computing) reprezint o simplificare a

structurii instruciunilor, o reducere a numrului lor etc., n favoarea creterii vitezei de execuie, repectiv al paralelismului execuiei simultane.

Setul standard de instruciuni a fost extins succesiv cu instruciuni pentru aplicaii multimedia care realizeaz optimizarea prelucrrilor grafice 3D, a efectelor audio video i imaginilor n micare, prin extensiile de instruciuni MMX (la familia de procesoare Intel) i 3Dnow! (la familia de procesoare AMD).

Unitatea de comand i control dispune de un circuit de ceas (numit ceas intern) ce const dintr-un generator de impulsuri construit dintr-un cristal de cuar, ce emite semnale electrice cu o frecven care a evoluat de la 4,7 Mhz (la microprocesorul I8086) la peste 2 Ghz la actualele Intel Pentium IV i AMD Athlon (un megahertz echivaleaz cu 1.000.000 impulsuri de ceas generate ntr-o secund). Pe baza acestor semnale numite i impulsuri de tact, sunt sincronizate toate activitile UCP. Frecvena ceasului intern este un parametru important, dar nu reprezint viteza real la care lucreaz calculatorul.

Memoria cache inclus pe cipul microprocesorului (cache L1 cache de nivel 1) optimizeaz traficul de date dintre memoria RAM i microprocesor.

Caracteristicile unui microprocesor sunt urmtoarele: 4 viteza de lucru; 4 mrimea memoriei RAM adresate direct; 4 setul de instruciuni. Viteza de lucru depinde la rndul ei, de urmtoarele elemente: frecvena ceasului intern; frecvena de lucru a plcii de baz; dimensiunea magistralelor; capacitatea regitrilor; tehnologia de fabricaie (care a trecut succesiv de la tehnologia pe

0.28 , la tehnologia pe 0.08 cu tensiuni de 2 V, fapt ce a permis creterea numrului de tranzistori la 42 de milioane la Pentium IV).

Placa de baz i memoria RAM determin o reducere a vitezei reale de lucru a microprocesorului fa de frecvena proiectat de lucru. Sistemele actuale utilizeaz un circuit sintetizor de frecven cu care se stabilete frecvena de lucru a plcii de baz.

O dat cu apariia microprocesorului Pentium, s-a introdus conceptul de multiplicare a frecvenei. Microprocesoarele care lucreaz n acest sistem funcioneaz la o frecven de ceas de cteva ori mai mare dect frecvena plcii de baz pe care sunt montate. Factorii de multiplicare a frecvenei sunt: 1.5x, 2x, 2.5x, 3x,

De exemplu, un microprocesor cu frecvena de 200 MHz montat pe o plac de baz ce are factorul de multiplicare 4x, poate atinge frecvena de 200 x 4 = 800MHz.

Chiar dac pe microprocesor este indicat frecvena maxim la care lucreaz, el poate fi folosit la o frecven superioar printr-un procedeu de setare software numit overclocking.

Performanele de ansamblu ale unui microprocesor sunt apreciate prin intermediul unui indice sintetic denumit Icomp, introdus de IBM n 1992. Prin acest indice se evalueaz performanele unui microprocesor pe un banc de prob, un PC, care este pus s ruleze un set complex de aplicaii din urmtoarele domenii: calcule economice numerice cu volum mare de date, calcule inginereti n virgul mobil, grafic 3D, aplicaii Java. Spre exemplu indicele Icomp pentru un Pentium III la 500 Mhz a fost 1650, iar pentru un Pentium IV la 1 Ghz a fost 3280.

2.4.2. Microprocesoare Intel Pentium. Pentium IV i Itanium nfiinat n 1968, a ajuns la o cifr de afaceri de peste 14 miliarde

dolari i un profit anual de peste 7 miliarde dolari, avnd 15 fabrici, concernul Intel domin lumea microprocesoarelor.

Dup seria de microprocesoare x86 (8086, 80286, 80386, 80486) n anul 1993 Intel lanseaz familia de procesoare Pentium, care s-a succedat rapid n versiunile Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium II dup 1997, Pentium III dup 1999, iar acum Pentium IV domin piaa.

Prima generaie de microprocesoare Pentium a pstrat compatibilitatea cu microprocesoarele precedente, avnd posibilitatea de a executa dou instruciuni simultan, ceea ce i confer o tehnologie superscalar comun microprocesoarelor RISC.

Arhitectura de baz (fig. 2.8) a microprocesorului Pentium include urmtoarele componente:

1. Dou uniti de execuie pentru operaii cu numere ntregi (U i V) asimilate unor linii de asamblare (pipelines); unitile lucreaz ca un ansamblu ce execut instruciunile microprocesorului, dar numai unitatea U poate executa setul complet de instruciuni. Pentru cele dou uniti de execuie se decodific simultan dou instruciuni, iar execuia lor se realizeaz tot simultan, cu condiia ca a doua instruciune s nu depind de rezultatul primei instruciuni. Ambele uniti lucreaz pe 32 de bii.

2. Unitatea de virgul mobil FPU (Floatting Point Unit) organizat tot sub forma unei linii de asamblare (pipeline) ce conine uniti pentru execuia hardware a adunrii, nmulirii i mpririi.

3. Memoria cache de nivel 1 (cache L1-Level 1) este divizat n dou pri:

8 K pentru instruciuni (code cache); 8 K pentru date (cache data). Circuitele de interfa integrate n cip, descompun programul ce se

execut n cuvinte de date i cuvinte de cod pe care le depun n memoriile cache corespunztoare; accesul simultan la cele dou memorii cache permite introducerea datelor prin interfaa magistralei, concomitent cu citirile efectuate de unitatea de execuie.

Cele dou memorii dei sunt asociative n ambele sensuri, difer prin modul de rescriere a informaiilor ce le conin:

n memoria cache pentru date, informaiile pot fi modificate direct (rescrise) write back;

n memoria cache pentru cod, informaiile pot fi modificate numai dup un acces suplimentar la memoria DRAM write through.

Fiecare memorie cache include un mecanism TLB (Translate Lookaside Buffer) care translateaz adresa liniar n adres fizic.

Se poate instala i o memorie cache secundar cache L2 (de regul, 512 K) format din cipuri SRAM pe placa de baz, avnd un timp de acces mai mic.

Magistrala de adrese este de 32 de bii, ceea ce ofer un spaiu de 232 (4 G) memorie adresabil.

Magistrala extern de date este de 64 de bii, ceea ce permite transferul unui volum de date n/din microprocesor de dou ori mai mare dect pe magistralele de 32 de bii.

4. Bufferul de decodificare anticipat a instruciunilor (Prefetch Buffer) Codul din memoria cache este testat pentru a sesiza din timp eventualele

instruciuni de salt anterior ncrcrii acestora n unitile de execuie; decodificarea instruciunilor se realizeaz deci anticipat, ulterior ele fiind transmise unitilor de execuie atunci cnd sunt solicitate.

Transferul instruciunilor din memoria cache pentru cod ctre unitile de execuie se realizeaz printr-o magistral de 256 bii, dimensiunea mare a acesteia permind aducerea secvenelor de instruciuni cu o vitez mai mare dect capacitatea unitilor de execuie.

5. Unitatea de anticipare a salturilor BTB (Branch Target Buffer) Unitatea de anticipare a salturilor rezolv organizarea liniei de linie de

asamblare potrivit creia instruciunile sunt tratate ntr-o manier strict secvenial, astfel c atunci cnd apar instruciuni de salt, s fie ncrcat pe linia de linie de asamblare a secvenei de instruciuni corespunztoare destinaiei saltulului.

Prima generaie de microprocesoare Pentium aprut n mai 93, lucra la frecvena de 60 i 66 Mhz (P54C).

A doua generaie (martie 94) necesit schimbarea plcii de baz, avnd ca principale caracteristici:

frecvena iniial de 90, 100 Mhz; ulterior lucra la 120, 133, 150, 166 i 200 Mhz;

plcile de baz lucreaz la frecvena de 60, 66 Mhz; include APIC Advanced Programable Interrupt Controller (controler

de ntreruperi programabil avansat); existena unei interfee pentru procesor dual care suport

multiprelucrarea simetric SMP (Symmetric MultiProcessing) solicitat de sistemele de operare OS/2 i Windows NT.

Pentium Pro disponibil din 1996 la frecvene de 150,166,180 i 200 Mhz a introdus:

trei pipelines pentru instruciuni interne; cache-ul de date asociativ de 8 K are patru ci de transfer, iar cache-ul

de cod de 8 K are dou ci pentru instruciuni primare; cache-ul L2 de 256 K, 512 K este integrat; execuia dinamic a instruciunilor prin mecanismele de branch

prediction i speculative execution, permite execuia instruciunilor n orice ordine.

A treia generaie (P55C) disponibil din ianuarie 97 (socket 7 pe placa de baz) a ncorporat tehnologia multimedia MMX (MultiMedia eXecution) n generaia a doua, avnd ca nouti:

frecvena de 166, 200, 233 Mhz; cache de cod de 16 K; adugarea a 57 de instruciuni pentru funcii audio, video i grafic; Unitatea MMX include aplicaii multimedia i comunicaii care

ncorporeaz SIMD (Single Instruction Multiple Data), tehnic ce permite unei instruciuni s execute anumite funcii pe mai multe seturi de date.

Pentium II (P6) Pentium Pro Klamath lansat n mai 1997 depete performanele unui Pentium la 200 Mhz de circa 1,62 ori, lucrnd la frecvene de 233, 266 i 300 Mhz; nouti incluse:

cache L1 dispune de 16 K pentru cod i 16 K pentru date; cache L2 integrat de 512 K 1 M; arhitectura DIB (Dual Independent Bus) magistral dual

independent: una pentru cache L2 i cealalt pentru memoria intern. Pentium II (P6) Pentium Pro Deschutes lucreaz la 300, 333 Mhz,

acceptnd o arhitectur AGP (Accelerated Graphic Port) care permite conectarea unui subsistem grafic la setul de cipuri, printr-o magistral de mare vitez ce degreveaz magistrala PCI de transferul unui volum mare de date. Magistrala PCI asigur o rat de transfer de 132 M/s iar magistrala AGP la 66 Mhz pe 32 de bii are o rat de transfer de 533 M/s. Memoria video pentru AGP este alocat dinamic din memoria sistemului n funcie de necesiti, i poate fi accesat rapid de controlerul grafic.

CELERON i MENDOCINO. Sub numele de cod Covington, a fost microprocesorul Celeron, conceput pentru producia de serie care s nlocuiasc Pentium la categoria PC-urilor cu pre sub 1000 $ (Basic PC).

n principal, Celeron-ul pstreaz nucleul de la Pentium II, renunndu-se la cache-ul L2 i la carcasa de deviere a cldurii, ceea ce a permis producerea unui procesor mai simplu i mai ieftin. Mecanismul utilizat este denumit SEPP (Single Edge Processor Package); pentru aerisire se folosete un ventilator care ocup toat suprafaa cipului, fiind plasat direct pe procesor.

La fel ca i Pentium II, Celeron este conceput pentru slot 1, fiind implementat pe o plac de baz microATX (ceva mai mic dect plcile de baz ATX normale); pentru a pstra un pre redus i la placa de baz, micro ATX nu include faciliti cum sunt: suport pentru procesor dual, gestionarea a mai mult de 256 M de RAM, suport pentru memorie ECC i controlul a mai mult de trei sloturi PCI.

La scurt timp dup lansarea microprocesorului Celeron n continuarea liniei Covington, Intel a realizat microprocesorul produs sub numele de cod Mendocino care a reintegrat cache-ul L2.

XEON un alt Pentium elaborat de Intel dispune de urmtoarele caracteristici:

ca i Pentium II Xeon are memorie cache L2 de la 512 K la 2M; dou cipseturi cu suport multiprocesor, ceea ce ofer posibilitatea

utilizrii mai eficiente pentru servere i staii de lucru echipate cu pn la patru procesoare;

frecvena de tact de 400 Mhz n cazul cache-lui L2 de 512 KB i 1 MB, respectiv 450 Mhz pentru un cache L2 de 2 M;

sporirea siguranei prin adugarea unor componente i caracteristici pentru administrare i monitorizare:

n senzor termic pentru urmrirea temperaturii cipului; n verificarea i corectarea erorilor de date aprute pe parcursul

transferului pe magistrale; n suport complet pentru ca dou procesoare s realizeze aceleai

operaii cu aceleai date, urmate de verificarea rezultatelor; n magistral de gestiune a sistemului pentru urmrirea activitii

procesorului, printr-o interfa pentru dou noi componente de memorie ROM destinate partajrii informaiei cu software-ul i hardware-ul de gestiune a sistemului;

n utilizeaz o nou platform numit arhitectur de memorie server extins care dispune de dou moduri de adresare a memoriei pe 36 de bii, o extensie a adresei de pagin pe 36 bii i o extensie a dimensiunii de pagin pe 36 bii, ceea ce permite accesarea i adresarea a pn la 64 G de RAM.

KATMAI continu seria microprocesoarelor Pentium, avnd un nume de cod care reprezint numele extensiei setului de instruciuni al arhitecturii KNI (Katmai New Instruction); cele 70 de instruciuni noi susin aplicaiile multimedia, accelernd ndeosebi grafica i imaginile video. Pentru a obine mai mult performan prin intermediul acestor instruciuni (vitez, calitatea imaginii), ca i la MMX este necesar un software capabil s exploateze efectiv instruciunile respective.

Iniial a fost proiectat s lucreze la o frecven de tact de 450 i 500 Mhz, dar ulterior a atins o frecven de 800 Mhz.

O dat cu introducerea tehnologiei MMX, Intel a introdus SIMD (Single Instruction Multiple Data) cu rolul de a permite prelucrarea simultan a mai multor seturi de date printr-o singur instruciune situaie frecvent ntlnit n aplicaiile multimedia; MMX include ns doar instruciuni n virgul fix care nu accelereaz grafica 3D ce solicit prelucrri n virgul mobil. KNI extinde acest procedeu care devine SIMD-FP (Floating Point), prin includerea operaiilor n virgul mobil; n acest scop KNI dispune de un set de opt registre suplimentare independente a cte 128 de bii, fiecare registru fiind capabil s prelucreze simultan patru valori exprimate n virgul mobil simpl precizie (32 bii x 4 = 128 bii).

Dac instruciunile MMX folosesc registrele de virgul mobil ale coprocesorului, ceea ce nu permite utilizarea simultan a instruciunilor n virgul mobil, cu instruciuni MMX, Katmai lucreaz cu registre suplimentare care nu afecteaz registrele coprocesorului.

Windows 98 ofer posibilitatea exploatrii noii tehnologii furnizate de Katmai, n timp ce Windows 2000 suport fr probleme noile instruciuni.

O alt caracteristic a arhitecturii Katmai o constituie Memory Streaming prin intermediul creia programul comunic n prealabil microprocesorului, datele preconizate a se ncrca; exist mai multe opiuni ce rmn la latitudinea software-ului n a opta pentru ncrcarea datelor n toate cache-urile, doar n cache-ul L2 sau n nici un cache. Dup prelucrare, se poate alege ntre scrierea datelor n cache sau direct n memoria intern.

A doua generaie a microprocesorului Katmai s-a dezvoltat sub numele de cod Coppermine, fiind realizat ntr-o nou tehnologie de fabricaie a tranzistorilor (0,18 microni) spre deosebire de tehnologia anterioar care utiliza structura de 0,25 microni. Aceast tehnologie permite fabricarea de microprocesoare mai rapide care s poat depi frecvena de 500 Mhz, oferind totodat i spaiu suplimentar pentru componente adiionale care vor putea fi astfel integrate pe cipul microprocesorului (Intel utilizeaz aceeai strategie ca la a doua generaie de Celeron numit Mendocino).

Un alt microprocesor elaborat de Intel este Tanner, procesor care utilizeaz tehnologia Katmai pentru work stations i servere; n principal, este un Katmai dotat (ca i Xeon) cu cache L2 n variantele 512 K, 1 M i 2 M care n prima faz a lucrat la o frecven de 500 Mhz.

Mergnd pe linia Coppermine, pentru servere i work stations au aprut microprocesoarele Cascades care au inclus ca principale caracteristici: KNI, cache L2 integrat, cache L3 n carcasa microprocesorului i o frecven de peste 500 Mhz.

Pentium IV

Pentium IV cunoscut i sub numele de cod Willamette, este cel mai nou model al familiei de microprocesoare Intel pe 32 de bii, care lucreaz la frecvene mai mari i nregistreaz performane superioare fa de modelele precedente.

Principalele nouti aduse de Pentium IV sunt: 1. Tehnologie hyper-pipeline (cu banda de asamblare n 20 de etape).

Cu introducerea unei linii de asamblare n 20 de etape, Intel a reuit s fac procesorul s mearg la viteze foarte mari. n cazul unei instruciuni plasat pe o linie de asamblare n 10 etape, n timpul fiecrui impuls de ceas, o zecime este prelucrat i este nevoie de 10 cicluri de ceas pentru a termina. Deci, unei benzi de asamblare de la Pentium IV i trebuie 20 de cicluri de ceas pentru a termina o instruciune, n fiecare etap prelucrarea fiind destul de redus, ceea ce diminueaz durata dintre dou impulsuri de tact. Numrul total de cicluri necesare procesrii unei instruciuni se numete timp de laten. O linie de asamblare mai lung nseamn o laten mai mare.

2. Cache cu urmrirea ordinii de execuie a instruciunilor (Trace Cache). Trace Cache-ul este un cache de instruciuni care ncearc s nregistreze instruciunile n ordinea lor de execuie. Acest lucru simplific procesarea, asigurndu-se c instruciunile sunt n ordinea corect.

3. Motorul de execuie rapid. Operaiile cu ntregi sunt procesate de ctre unitile de execuie pentru ntregi. n mod normal, o unitate proceseaz o instruciune numai n partea cresctoare a impulsului de tact, dar Pentium IV poate procesa i n partea descresctoare a acestui impuls, reuind astfel s dubleze viteza de lucru pentru anumite operaii cu ntregi.

4. Magistrala de sistem la 400 MHz are 64 ci de adresare i face posibil o vitez de transfer de 3,2 G ntre procesor i controlerul de memorie. Pentium III putea transfera doar 1,06 G la o frecven de 133 MHz. Pentium IV lucreaz prin intermediul a dou canale de transmisie cu RDRAM, la o vitez de 3,2 G pe secund.

5. Execuia dinamic avansat. Unitatea de execuie rapid asigur un numr mai mare de instruciuni (126), dintre care unitile de execuie pot alege; acest lucru permite microprocesorului s evite ateptrile care apar atunci cnd o instruciune folosete datele furnizate de o alt instruciune. Unitatea aduce i o mai mare acuratee n predicia salturilor (branch prediction), rata de predicie greit fiind cu 33% mai mic. Acurateea este posibil datorit implementrii unui buffer de 4 K ce stocheaz mai multe detalii despre ramurile accesate anterior, dar i datorit unui nou algoritm de predicie.

6. Cache-ul de transfer este un cache de nivel 2 de 256 K ce mrete fluxul de date de la cache-ul de nivel 2 ctre microprocesor. Acest cache transfer 32 B la fiecare impuls de tact, deci poate transmite 44,8 G pe secund (la Pentium III se puteau transmite 16 G pe secund).

7. SSE2 nseamn 76 de noi instruciuni SIMD, astfel nct exist n total 144 de instruciuni pentru mrirea performanei lucrului n virgul mobil i a aplicaiilor multimedia. Setul de instruciuni este destinat att pentru ntregi pe 128 bii, ct i pentru numere n virgul mobil dubl precizie, tot pe 128 bii. Datorit noilor instruciuni programatorul are o mobilitate mai mare, deoarece acestea permit calculelor de tip SIMD s fie efectuate n virgul mobil, ct i pe ntregi mpachetai n registrele MMX.

Prezentnd o arhitectur cu totul nou, Pentium IV este destinat aplicaiilor multimedia i Internet, cum ar fi editare video, encodare i ncrcare de materiale n format video pe Internet, encodare MP3 i aplicaii de vizualizare 3D.

Pentru a rula astfel de programe, noua arhitectur a procesorului Pentium IV (NetBurst) conine o magistral de date la 400 MHz, noi tehnologii de realizare a memoriei cache i a canalului de date, alturi de un set mbuntit de instruciuni interne i un coprocesor matematic optimizat pentru aplicaii multimedia.

Modificrile de arhitectur care au dus la mbuntirea performanelor obinute n aplicaiile de tip Internet (viteza superioar, canal de comunicaie mai mare, set nou de instruciuni SSE2, dimensiune redus a memoriei cache, magistrala de date mrit) nu se dovedesc la fel de benefice n cazul aplicaiilor uzuale. Astfel de programe obinuiesc s depun mari cantiti de date n memoria cache i n plus, mrirea magistralei de memorie la 3,2 GB pe secund nu este att de semnificativ pentru aplicaiile de birou, acestea accesnd de foarte multe ori memoria cache i nu memoria principal.

Pentium IV a fost conceput pentru a suporta frecvene de ceas foarte mari. n viitor, Intel se ateapt ca noua sa arhitectur s poat parcurge drumul de la cei 1,5 GHz n prezent la nu mai puin de 5 GHz n urmtorii patru ani.

Datorit magistralei de date mai scurte, procesorul Athlon de la AMD (ca i Pentium III) prezint un grad mai sczut de erori fa de Pentium IV n cazul aplicaiilor ce necesit folosirea anumitor instruciuni din memoria cache de nivel 2 sau din memoria principal. Erorile apar mai frecvent n cazul aplicaiilor ce conin instruciuni alternative, dect n cazul aplicaiilor multimedia.

Pentium IV folosete memoria cache de nivel 2 pe 128 de octei, fa de numai 64 de octei pe baza crora este construit memoria cache a procesorului Athlon. Chiar dac memoria cache de nivel 2 a lui Pentium IV poate fi accesat de microarhitectura intern n cte 32 de octei, datele sunt citite i scrise n memoria sistemului pe 128 de octei. Pentru aplicaiile multimedia acest lucru este benefic, deoarece aplicaia poate citi sau scrie succesiv 128 bytes de date.

De cealalt parte, n cazul aplicaiilor ramificate, este foarte posibil s se utilizeze doar un numr mic de octei dintr-o linie complet a memoriei cache, pentru ca apoi s se treac la o alt locaie. Astfel, se nregistreaz o cretere a timpului de ateptare ntre accesarea diferitelor locaii de memorie pentru a transporta 128 bytes.

Itanium Itanium cunoscut sub numele de cod Merced, este primul din linia de

procesoare pe 64 de bii (IA-64 Intel Architecture) destinate pentru staii de lucru performante i servere de ntreprindere, de e-Business i servere folosite n cunoscuta reea Internet.

Caracteristicile procesorului Itanium includ execuia paralel a instruciunilor, adresabilitate mare a memoriei, detecia i corecia erorilor, performana ridicat n lucrul cu virgula mobil, uniti de execuie multiple, lime mare de band, viteza magistralei de 2,1 G, cache L3 de 2 i 4 MB i frecvene de 800 i 733 MHz.

Tehnologia pe 64 bii mrete considerabil viteza de procesare prin posibilitatea manipulrii datelor pe 64 de bii, fa de 32 de bii la sistemele Pentium i Athlon.

Arhitectura IA64 se bazeaz pe conceptual EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing) care mbin resurse masive de procesare, cu compilatoare inteligente care fac execuia paralel a instruciunilor explicit pentru procesor. EPIC permite procesoarelor Itanium s efectueze pn la 20 de operaii simultan. Compatibilitatea cu aplicaiile i sistemele de operare IA32 ajut la protejarea investiiilor i uureaz tranziia la arhitectura pe 64 bii.

Dei IA64 este similar microprocesoarelor RISC n privina competitivitii n lucrul pe virgul mobil i are aceleai limite de adresare, ea are trsturi avansate care permit rezolvarea ncetinelii memoriei i limitrilor codului. De asemenea, are mare putere de recuperare a erorilor.

La ora actual, procesoarele CISC (Intel, AMD, Cyrix) i RISC (Compaq, HP, IBM, Sun etc.) tind s devin tot mai complexe. Pentium IV, de exemplu are un pipeline cu 20 de stagii. Creterea complexitii, pe lng avantajele accelerrii unei pri a programelor, are i dezavantaje printre care limitarea la un prag de frecvene de lucru, creterea consumului, reducerea extensibilitii. Scopul EPIC este s reduc din complexitatea procesorului prin optimizarea compilatoarelor.

Al doilea obiectiv este paralelismul execuiei care se face n compilator, fapt de importan major pentru performana unei aplicaii. Unul dintre cele mai importante motive pentru care Itanium nu e acum pe pia este faptul c nc se lucreaz la optimizarea compilatoarelor.

O alt caracteristic a IA-64 este extensibilitatea. IA64 are 128 regitri generali i 128 de regitri pentru operaii n virgul mobil. Itanium are patru pipeline-uri pentru instruciuni generale i dou pentru virgul mobil, dar viitoarele procesoare vor avea pn la 8, 16, 32 pipeline-uri.

O arhitectur pe 64 de bii aduce avantaje mai ales pentru aplicaiile ce ruleaz pe servere, care pot folosi astfel mai mult dect cei patru G la care e limitat arhitectura IA32, adic 18 miliarde de G. Spaiul de adrese virtual pentru un procesor IA64 este de un milion de teraoctei. De asemenea, faptul c ntr-un ciclu de tact, pe un singur pipeline se prelucreaz de dou ori mai multe date fa de IA32 aduce un avantaj de putere considerabil care se va simi n cazul unui server dedicat calculelor laborioase.

Itanium are cache Level 1, 2 i 3. Cache-ul L1 are tot 16 K pentru instruciuni i 16 K pentru date, asociativ pe patru ci, iar limea liniei de date este de 32 de bii. Cache-ul L2 va fi de 96 K i cu linia de 64 de bii. Cache-ul L3 are valoarea maxim de 4 M i se afl pe carcasa procesorului, nu n chip. Memoria maxim suportat este de 16 G, iar frecvena magistralei FSB (Front Side Bus) este de 100 MHz i de 133 Mhz, modul de transfer fiind DDR; astfel, rata de transfer va fi n jur de 2,1 G/s.

Itanium face pereche cu cipset-ul 460 GX, care suport pn la patru procesoare i 64 G RAM.

O gam larg de sisteme de operare funcioneaz n prezent pe sisteme bazate pe procesorul Itanium, printre acestea numrndu-se Windows XP pe 64 bii, Linux IA-64, Project Monterey (AIX5L), Novell Modesto i HPUX.

Windows-ul pe 64 de bii se bazeaz pe Windows 2000; rulat pe procesoare Itanium, permite prelucrarea mai eficient a aplicaiilor ce vehiculeaz mai multe date n memorie, iar procesorul le poate accesa mai rapid. Astfel, se reduce timpul de ncrcare al datelor n memoria virtual sau timpul de cutare, citire i scriere pe suporturile de memorie, fcnd ca aplicaiile s se execute mai rapid.

Itanium va oferi suport pentru Unix care nu exista la arhitecturile pe 32 de bii actuale. Generaia Pentium IV pe 32 de bii este mai mult o platform Windows NT; dei suport SCO Unix i Solaris pe 32 de bii, niciodat nu a penetrat piaa utilizatorilor de Unix pe sistemele mari.

Intel a nceput un program de promovare a arhitecturii IA64 nc din 1998. A lansat detalii despre microarhitectura Itanium nainte de apariia pe pia a procesorului, fapt fr precedent n istoria calculatoarelor, pentru a permite programatorilor s scrie aplicaii i compilatoare pe 64 bii i pentru a ncuraja dezvoltatorii Linux s adopte Itanium. A distribuit mii de servere i workstations i a publicat informaii tehnice i unelte de dezvoltare.

Microsoft i Intel au pus la dispoziia programatorilor kituri de dezvoltare de software (SDKs) i de drivere (DDKs): astfel, a fost lansat versiunea 5.0 a compilatoarelor Intel C++ i Fortran pentru Windows, care pot crea executabile pe 64 de bii. Itanium este mult mai dependent de calitatea compilatoarelor dect cipurile Intel anterioare. De exemplu, nu optimizeaz automat instruciunile, lsnd asta pe seama compilatorului. Procesoarele x86 reordoneaz multe instruciuni automat, fcnd scrierea de compilatoare mai uoar. De asemenea, codu