PCI-Express 2.0 matična ploča - Chipset Intel X58

Razvoj tehnologije, osobito u smanjivanju jedinične veličine elementarnog tranzistora, omogućava izradu moćnih procesorskih (CPU) i grafičkih (GPU) integriranih krugova. Težnja za povećanjem propusne moći između pojedinih sklopova računala dovela je do daljnjeg unapređenja koncepcije prikazane u primjeru VII ovog poglavlja. Razvoj vrlo složenih igara, koje postaju grafički i procesorski sve zahtjevnije i koje u novijem dizajnu podržavaju višeprocesorske sustave jedan je od poticaja prema novom dizajnu. Navedenom treba pridružiti trend dizajna PC-a kao multimedijske platforme, što u suštini znači učinkovitu obradu video sadržaja. Uz navedeno na svoje će doći i aplikacije dizajnirane u znanstvene svrhe, kao i poslužiteljske platforme i sve rašireniji koncept primjene virtualnih računala. Bez učinkovite procesorske snage simulator mreže i mrežnih uređaja, na primjer, gotovo je neupotrebljiv. Dakle i računalna programska potpora kao profesionalna pomagala postati će mnogo učinkovitije. U narednom primjeru prikazana je matična ploča i mikroprocesor firme INTEL, tip 'Core i7' kao osnova za vrlo moćno PC računalo.

Višeprocesorski sustavi u jednom kućištu, točnije više međusobno povezanih procesorskih jezgri u funkcionalnu cjelinu razlog je daljnje nemogućnosti učinkovitog povećanja radnog takta procesora bez posljedica velikog pregrijavanja. Novi koncept dozvoljava povećanje radne frekvencije pojedinih komponenti, povećanje radne frekvencije procesora (otključan množitelj) i povećanje radnog napona elektroničkih sklopova glede bržeg 'proleta' elektrona kroz elemente integriranog kruga, te stoga povećanje performansi sustava u cjelini (postupak nazvan OVERCLOCKING) što je usko povezano s načinom HLAĐENJA komponenti. Temperatura je bila i ostala glavni ograničavajući čimbenik glede povećanja ukupnih performansi sustava. Navedeno omogućavaju promjene osnovnih postavku sustava u BIOS-u.

Primjer VIII

Učinkovita potpora mikroprocesoru s više jezgri iz porodice INTEL, za zahtjevnu kućnu i uredsku uporabu je matična ploča sa CHIPSET-om INTEL x58 za mikroprocesore tipa 'Core i7', predviđen za LGA 1366 podnožeje, izrađenog u 45 nm tehnologiji (Nehalem) s približno 730 miliona tranzistora. Set logike chipset-a uobičajeno je podijeljen je na dva dijela:

• North Bridge - IOH
  IOH čip (I / O Hub) nema integrirani grafički podsustav. Podržava komunikaciju između procesora i udvojenog grafičkog CrossFire sustava od dvije grafičke kartice ugrađene u PCI-E 2.0 x16 utore u funkciji brzog prijenosa obrađenih grafičkih podataka od strane GPU. Preciznije, podržava do 36 koridora koji se mogu konfigurirati kao 1x16, 2x16 ili 4x8 sustav. Povezan je sa 'South Bridge' hub arhitekturom koji vodi brigu o periferijama. Pristup DDR 3 memoriji omogućava tro kanalni memorijski upravljač smještenu u kućište mikroprocesora što je najvažniji pomak u odnosu na koncept prikazan u primjeru VII.
  
  
• South Bridge - ICH
  Brine o vanjskim uređajima računala (I / O Controller Hub) i izrađuje se u dvije verziji: sa (ICH10R) i bez (ICH10) integrirane potpore za RAID polje diskova. Uz navedeno podržava optičke uređaje (CD-DVD), USB (Universal Serial Bus) uređaje, više kanalnu potporu za obradu zvuka (HDA), mrežnu potporu za LAN komunikaciju i vanjske uređaje povezane SATA sučeljem (eSATA - external SATA) uz pomoć dodatnih namjenskih integriranih krugova.

Slika* 3.5.29 Blok shema Intel-X58 chipset-a / Intel-DX58SO PCI-Express 2.0 matična ploča.

Matična ploča, bolje reći sama štampana ploča (PCB - Printed Circuit Bord) izrađuje se u osam slojeva, što je čini tehnološki zahtjevnijom u odnosu na starije šestoslojne rođake te u konačnici poskupljuje. Gotovo se ne mogu ni razaznati vodovi koje slojevi sadrže. Komponente ukomponirane oko chipset-a uobičajene su za ovu porodicu matičnih ploča. Animirani natpisi nadopunjuju se redoslijedom koji bi otprilike odgovarao slijedu aktiviranja pojedinih sklopova i uređaja na matičnoj ploči po uključivanju računala. Tablica koja slijedi opisuje sastav i mogućnosti prikazane matične ploče:

Podrška za PATA potpuno je izostavljena. Nema ni PS/2, paralelnih i serijskih priključaka. Chipset ili neki dodatni integrirani krug ih ne podržava, što znači da su 'standardne' vrste komunikacije 'umirovljene', ali ima proizvođača koji izrađuju PCI ili PCI-E kartice koje sadrže upravo spomenute komponente u slučaju da postoji potreba komunikacije s nekim uređajem upravo po negdašnjim standardima. Raspored elemenata glede premještanja memorijskog upravljača u kućište mikroprocesora vidljiv je u smještaju memorijskih utora. Drugačiji položaj memorijskih utora treba omogućiti bolje hlađenje, a fizičko približavanje procesoru ima utjecaja na radnu frekvenciju i latenciju. Prikazana matična ploča koristi tri nezavisna kanala s jednim utorom, dok kanala A ima dva utora.

Memorijski upravljač podržava dva moda rada:

• Triple / Dual channel (Interleaved) mode - Više kanalni mod koji je moguć ako su tri / dva utora popunjena identičnim memorijskim modulima (utori plave boje sa slike). Drugi utor (crni) prvog kanala ne koristi se. Sustav će raditi i sa samo jednim memorijskim modulom, no to sa stanovišta više kanalnog pristupa memoriji nema smisla.
  
  
• Single channel (Asymmetric) mode - Koristi se kada su raspoloživi memorijski moduli različitog kapaciteta (crni utor i plavi utor do njega sa slike). Uobičajeno se ne koristi ako nije nužda.

Memorijska mapa prikazana je u narednoj tablici:

Prikazana memorijska mapa odgovara memorijskoj mapi koja je prikazana na slici 3.5.14, u kojoj se jasno označena granica XMS memorije od 4 GB za xxx86 porodicu mikroprocesora. Sukladno tome je razvijan i dizajn matičnih ploča koji u slučaju zahtjeva za većim memorijskim prostorom nije dostatan. Sklopovi x58 matične ploče omogućavaju izbjegavanje preklapanja memorijskih adresa prema mapi koju definira konvencionalna I / O logička adresna shema. Izrađuje se nova mapa fizičke memorije koja obuhvaća područje nakon konvencionalne granice od 4 GB, te se vrši logičko preračunavanje u svrhu dohvata lokacija nakon navedene granice, naravno uz operativni sustav koji može adresirati više od 4 GB radne memorije. Osim navedenog i grafičke kartice moraju ispravno prepoznavati navedenu memorijsku shemu kako bi se na monitoru računala mogle ispravno prikazivati starije aplikacije. U tom smislu grafička kartica mora zadovoljiti kompatibilnost s EGA, CGA i MDA standardima, što znači da će se sva DOS programska potpora uredno 'trošiti'. Mnoge 'dobre' grafičke kartice navedeno ne zadovoljavaju.

Povećanje broja fizičkih adresa 32 bit-nog operativnog sustava (PAE - Physical Address Expansion) glede dohvata memorijskih lokacija RAM-a moguće je ako se broj bit-ova koje jezgra operativnog sustava koristiti proširi s 32 na 36, te se tako omogućava dohvat do 64 GB fizičke memorije. To omogućavaju sva izdanja Windows Vista OS, Mac OS X te novije verzije Linux jezgre, uz uporabu procesora koji ovo podržavaju (Intel Pentium PRO i noviji na primjer). Windws XP podražava ovu mogućnost ali je u zapisu startne datoteke 'boot.ini' treba definirati, dok 64 bit-nim operativnim sustavima navedeno nije potrebno. Dakle, dohvat fizičke memorije iznad 4 GB moraju omogućavati mikroprocesor, matična ploča (chipset i BIOS) i operativni sustav. Ako bilo koji od navedenih sklopova računala navedeno ne podržava, dohvat fizičke memorije preko konvencionalne granice od 4 GB nije moguć. Kako navedeno podrazumijeva sposobnost programske potpore da zna koristiti ovu mogućnost kod 32 bit-ne verzije Windows XP operativnog sustava putem Microsoft AWE API-a (Address Windowing Extensions), ova osobitost za 32 bit-ne Windows XP sustave i nije baš od značaja. Naime, 32 bit-ni Windows XP operativni sustav može uporabiti oko 3.25 GB radne memorije dok se eventualni 'višak' memorije može iskoristiti za RAM-Disk ili za neku drugu specijaliziranu programsku potporu koja zna iskoristiti radnu memoriju preko navedene granice. Windows jezgra za poslužiteljske verzije OS ima drugačiju koncepciju i s opisanim nema problema.

Procesor 'INTEL - Core i7' u osnovi je četvero jezgreni CPU s podnožjem LGA 1366 (1366 priključaka u podnožju), izrađen u 45 nm tehnologiji. Sadrži po svakoj jezgri 64 KB L1 međumemorije (32 KB za instrukcije + 32 KB za podatke) i 256 KB L2 međumemorije, izvršnu logiku jezgre, logiku za predviđanje grananja i ostale dijelove jezgrine arhitekture. Kako ilustrira podslika 3.5.30c, jezgrama je na raspolaganju 8 MB L3 zajedničke međumemorije kao i tro kanalni (triple-chanell) DDR3 memorijski upravljač po Quick Path Interconnect (QPI) arhitekturi koji zamjenjuje koncept FSB-a, 64 bit-ne dvosmjerne point-to-point sabirnice kojom je procesor bio povezan sa ostatkom sustava, prvenstveno s Northbridge-om, točnije memorijskim upravljačem. Osim nove arhitekture i integriranog memorijskog upravljača, Core i7 svoju brzinu može zahvaliti upravo integriranoj L3 međumemoriji (cache) zajedničkoj svim jezgrama procesora i Hyper-Threading (HT) tehnologiji, osam simultanih niti na četvero jezgrenom čipu (SMT - Simultaneous Multi-Threading), te 'Turbo Boost' konceptu za dinamički overclocking. Navodi se 40% posto brže kodiranje video sadržaja u odnosu na 'Core 2' koncept. Preciznije, radi se o mikroprocesorskom sustavu koji može podržati 2-8 jezgri i sukladno tome 4-16 tokova za prijenos podataka pomoću SMT, dizajniranom za poslužiteljske i moćnije PC platforme, što se operativnom sustavu predstavlja kao dvostruki broj logičkih jezgri od broja fizičkih jezgri mikroprocesora. HT u osnovi omogućava izvođenje više zadataka-procesa istovremeno i time skraćivanje vremena odziva za izvršavanje neke naredbe ili zadaće.

Povećanje broja kontakata zahtijeva veću otpornost podnožja procesora na savijanje uzrokovano zbog fizičkog naprezanja podloge uslijed toplote. Zbog toga je implementirano rješenje s metalnom podlogom s donje strane matične ploče koje je s gornjim dijelom kućišta mikroprocesora povezano sa četiri vijka, koji se lijepo vide na slici matične ploče. Dakle, rješenje približno BTX konceptu.

Slika*** 3.5.30 LGA 1366 podnožje / Intel Core i7 procesor.

Kućište procesora od 1366 pin-ova zauzima više mjesta u odnosu na dosadašnji dizajn (LGA 775). Stoga je veće, odgovarajuća hladila su veća, a i pin-ovi nisu okrugli što omogućava njihovu veću gustoću i međusobno manji razmak, svega 0.4 mm (podslika prethodne slike). Broj pin-ova povećan je zbog potrebe povećanja vodova prema memorijskim utorima, a razvijena toplota tijekom rada uzrokuje savijanje podloge. TDP (Thermal Design Power) od 130 W snage nije zanemariva veličina, te razvijenu toplotu tijekom rada treba pomoću hladila učinkovito apsorbirati i 'odvući'. Stoga je i razumljiva potreba za dodatnom mehaničkom kompenzacijom u vidu metalne podloge ispod višeslojne štampane ploče. Potpuno novi dizajn nekompatibilan je s dosadašnjim rješenjima što znači da je nadogradnja starijih sustava nemoguća (kupi sve novo!!). Slabije verzije novodizajniranog mikroprocesora imaju oznaku Core i5 i Core i3, a pripadno im podnožje je LGA 1156. Predstavljaju dvokanalnu verziju višejezgrenog procesora prema konceptu Core i7 mikroprocesora, ali i koncepcijski napredniju jer sadrže upravljač prema grafičkom podsustavu računala. Prema slici 3.5.31 jasno je da Intel ima u ponudi verziju procesora Core i7 za podnožje LGA 1156.

Kako je sam Core i7 (Nehalem) prvenstveno razvijan sa namjerom uporabe u višeprocesorskom i poslužiteljskom okruženju, u QPI (Quick Path Interconnect) konceptu ima sjajnu osnovu. Ovisno o tržištu, broj jezgri i / ili procesora, mikroprocesor će se nuditi u verzijama s jednom ili više QPI sabirnica koje će povezivati procesor s ostalim procesorima u sustavu ali i procesor sa chipset-om, svaki sa propusnošću do 25 GB/s. Nove verzije operativnih sustava tipa Windows i OSX dizajniraju se da mogu navedeno iskoristiti.