1

Stručni rad Svetisav Kostić

1. UVOD

Za razumijevanje rada računara, običan korisnika ne mora znati sve tehničke detalje. Dovoljno je znati odgovore na pitanja: “kako računar

radi ono što radi”, i to objasniti sa osnovnim, ne‐tehničkim rečnikom.

Korisnici zainteresovani za dublje tehničke detalje mogu lako naći dodatne informacije u priloženoj literaturi i na web straniama. Hardver računarskog sistema obuhvata dijve glavne grupe fizičkih komponenti: samog računara–CPU (centralne procesorske jedinice) kao I BIOS (engl. Basic Input-Output System), KEŠ memorije i ČIPSETA.

Osnovni ulazno-izlazni sistem (Basic Input Output System) - poznat i kao BIOS - nalazi se u malom fleš EEPROM memorijskom modulu na matičnoj ploči. On je u obliku memorije samo za čitanje, ali može da se prepiše ili programira kada se upotrijebe pravi alati i tehnike.

Za smanjenje vremena pristupa podacima I instrukcijama u operativnoj memoriji procesoru se dodaje keš-memorija (ultra brza memorija, priručna memorija) čija brzina odgovara brzini rada procesora. Keš memorija je mala ultra brza poluprovodnička memeorija sa neposrednim pristupom. U keš-memoriji se čuvaju podaci i instrukcije iz operativne memorije koje procesortrenutno koristi. Čipset (engleski: chipset) se odnosi na grupu integrisanih kola koja rade zajedno. Obično se nalaze u jednom čipu. U računarstvu čipset se odnosi na specijalni čip koji se nalazi na matočnoj ploči ili kartici računara.čip je minijaturna pločica od keramike na koju su foto postupkom nanijete električne komponente I kontakti i koja predstavlja električno kolo koje može da obavlja potrebnu funkciju u integralnom kolu.

2

Stručni rad Svetisav Kostić

2. Uvod u BIOS

BIOS (engl. Basic Input-Output System) je skup računarskih programa namenjenih osnovnoj komunikaciji sa hardverom računara. On omogućava postavljanje osnovnih radnih parametara, pronalazi i učitava operativni sistem u radnu memoriju (RAM). U svojoj osnovnoj verziji BIOS sadrži programe koji omogućuju rad tastature i monitora. Obično je napisan u asembleru i prilagođen određenom hardveru računara.

Pojam BIOS se prvi put pojavljuje u operacionom sistemu CP/M, gdje je označavao onaj dio CP/M operacionog sistema koji se učitavao tokom pokretanja računara i koji je direktno upravljao hardverom. Učitavao se inicijalnom "but" (engl. 'boot') disketom. CP/M računari imali su jednostavni sistem koji bi pokrenuo disketnu jednicu s koje bi se učitao BIOS.

Danas se pod BIOS-om podrazumijevaju i programi ugrađeni u pojedine dijelove - komponente računara (grafička kartica, matična ploča, DVD, mrežna kartica, SCSI itd.)

Osnovni ulazno-izlazni sistem (Basic Input Output System) - poznat i kao BIOS - nalazi se u malom fleš EEPROM memorijskom modulu na matičnoj ploči. On je u obliku memorije samo za čitanje, ali može da se prepiše ili programira kada se upotrijebe pravi alati i tehnike. Za vrijeme podizanja PC računara, procesor na matičnoj ploči kao svoj prvi manevar uvijek izvršava program smješten u BIOS-u. Kada PC besposliči kroz proces podizanja, sistem radi sporo, Windows "puca", ili hardver otka-zuje, možda je neispravan loše konfigurisan BIOS.

2.1. Šta je BIOS i gdje se nalazi

BIOS potiče od naziva Basic Input Output System i on je softver/program koji startuje, od trenutka kada pritisnete dugme na vašem računaru i traje sve dok operativni sistem ne

3

Stručni rad Svetisav Kostić

počne sa sopstvenim podizanjem i učitavanjem. Služi kao posrednik između hardvera i OSa, omogućava nam da koristeći tastaturu podesimo hardverske parametre, upravljapotrošnjom električne energije u računaru i ima mnoštvo drugih funkcija.BIOS seelektronskim putem upisuje u CMOS ( Complementary Metal-Oxide Semiconductor) čipugrađen na matičnu ploču računara.

2.2. Osnove BIOS-a

Kao prvi program koji procesor izvršava u vrijeme podizanja sistema, BIOS predstavlja centralnu procesorsku jedinicu glavnim komponentama na matičnoj ploči i daje instrukcije centralnom procesoru u pogledu toga koji sledeći program da izvrši, kada se završi kôd BIOS-a. Po pravilu, BIOS onda pristupa sektoru za podizanje sistema na uredjaju za podizanje, što može biti fleksibilna disketa, CD-ROM, DVD, ili čvrsti disk. Sektor za podizanje sistema sa svoje strane učitava neku vrstu programa za upravljanje podizanjem, koji pokreće glavni operativni sistem za mašinu, kao što je Windows ili Linux. Kada se završi proces pokretanja, BIOS još uvijek nije obavio sve svoje poslove. Mnoge vrste pristupa hardveru u PC računaru u stvari obuhvataju da operativni sistum pristupi BIOS-u, koji onda pristupa hardveru u ime operativnog sistema.

2.3. Verzije BIOS-a

Svaka matična ploča ima svoj sopstveni jedinstveni BIOS, koji je specijalno projektovan da rukuje hardverom koji se na njoj nalazi. Osnovu većine BIOS Programa predstavlja Phoenix Award BIOS, koji se javlja u dva različita formata. Pronaći ćete i neke računare na kojima radi American Megatrends (AMI) BIOS. Struktura BIOS-ovih menija i nomenklatura koja se koristi za opcije menija mijenjaju se od proizvodjača do proizvodjača. U stvari, BIOS meniji za dva uzastopna modela matičnih ploča mogu čak i da se razlikuju, u većoj ili manjoj mjeri. To objašnjava zašto ne možemo da obezbijdimo precizne opise BIOS opcija za svaki PC računar koji poznaje ljudska vrsta. Svejedno, trebalo bi da otkrijete da su sledeća objašnjenja, zasnovana na Phoenix Award BIOS-u u direktnoj vezi (ako ne baš i identična) sa onim što ćete pronaći na svom sopstvenom PC računaru.

4

Stručni rad Svetisav Kostić

SL.1 AMI bios čip

Sl.2 AWARD bios čip

5

Stručni rad Svetisav Kostić

Sl. 3 PHOENIX bios čip2.4. Pristupanje BIOS-u

Za vrijeme pokretanja, dok BIOS provjerava hardverske komponente vašeg sistema, prebrojavajući raspoloživu RAM memoriju i konmtrolišući čvrtse diskove (i druge pogone i uredjaje), možete da pozovete BIOS Setup program pritiskom na specijalan taster na vašoj tastaturi. Ti često znači da pritisnete taster delete [Del], ali bi mogao da bude i neki drugi taster, kao što je na primjer [F2]. Pročitajte poruku na ekranu za vrijeme podizanja sistema: većina BIOS-a prikazuje poruku na dnu ekrana koja glasi nešto kao "<F10 = Setup>". Ako ništa drugo ne uspije, možete uvijek da pogledate u priručnik za PC ili matičnu ploču, da biste identifikovali taj čarobni taster. Pritisnite ga i držite sekundu ili dvije kada PC počne da se podiže. Ako radi kao što bi trebalo, BIOS ći završiti sa prebrojavanjem raspoložive memorije, a onda će se pojaviti ekran sa glavnim BIOS menijem. Ako se ne dobije željeni rezultat, ponovo podignite PC i probajte drugi taster. Na primjer, mnogi noutbuk računari koriste [F1] ili taster escape [Esc]. Ponekad, tasteri kao što su [F2], [F10] ili sekvence tastera kao [Alt F1] mogu da obave posao.

2.5. BIOS podešavanja

Program BIOS Setup: Dodjite do neke stavke koristeći tastere kurso-ra, a onda pritisnite Enter da biste napravili izbor.

(Snimak ekrana A)

6

Stručni rad Svetisav Kostić

Da biste pristupili opciji u BIOS-u, upotrijebiti tastere kursora (strelice) da biste osvijetlili svoj izbor, kao što je prikazano na snimku ekrana A. Pomoću tastera Enter pozvaćete podmeni ili otvoriti okvir za izbor, kao što je ilustrovano na snimku ekrana B. Da biste promijenili vrijednost pridruženu podešavanju koje ste odabrali, treba da koristite tastere plus [+] ili minus [-], ili neku drugu kombinaciju, kao što je [Page Up] ili [Page down]. Iz ekrana glavnog menija, upotrijebićete tu tehniku da se krećete po različitim podmenijima, od kojih neki mogu da imaju i sopstvene podređene menije, sve dok ne dodjete tamo gdje je terbalo da odete. Otvaranje podmenija: Mnoge vrijed-nosti opcija mogu da se promijene pomoću tastera za plus [+] i minus [-], dok druge zahtijevaju kretanje unutar menija ili liste za izbor za izbor, kao što je prikazano na snim-ku ekrana B.

(Snimak ekrana B)

Sada da pogledamo razne menije u tipičnom BIOS setup programu:

• U menijima "Main" ili "Standard CMOS Setup", možete da posta-vite datum i vrijeme i da definiše-te atribute svojih čvrstih diskova.

7

Stručni rad Svetisav Kostić

• U meniju "BIOS Features Setup", radićete sa opštim podešavanjima svih vrsta.

• Meni "Integrated Peripherals" je taj u kome možete da upravljate interfejsima i pomoćnim sistemskim funkcijama.

• Meni "Power Management Setup" je mjesto na koje treba da odete da biste konfigurisali štednju električne energije, ili funkcije upravljanja napajanjem električnom energijom.

• Meni "PnP/PCI Configurations" vam dozvoljava da preuredite koji prekidi (IRQ-ovi) se odnose na specifične PCI kartice za proširenje u vašem PC računaru. Ako te funkcije ne pronađete identifikovane kao takve (ili tome slične) u meniju Main, verovatno ćete ih naći pod menijem "Advanced".

• Meni "Hardware Monitor" prikazuje vrijednosti sa sistemskih senzora, kao što su temperatura procesora ili brzine ventilatora (u obrtajima u minutu). One su uobičajene za hladnjak central-ne procesorske jedinice i sistemski ventilator, ali mogu da postoje i za izvor napajanja elek-tričnom energijom ili druge ventilatore za koje matična ploča ima senzorski hardver.

• Stavka "Load Setup Defaults" ponovno uspostavlja fabrički podrazumijevana podešavanja i briše sve promjene koje ste već napravili. To može da bude posebno korisno kada ste nešto pogrešno konfigurisali, a rezultati toga prave probleme u vašem sistemu.

2.5.1. Završavanje BIOS sesije

Da bismo završili svoj rad u programu BIOS Setup, morate da pritisdnete taster [F10], ili da izabe-rete stavku u glavnom meniju gdje piše "Save & Exit Setup". To ponekad traži da se prvo izabere opcija "Exit", a zatim podstavka "Exit & Save Changes". Onda će vam se ponuditi izbor izmedju [Y] i [N], gdje taster [Y] pamti vaše promene, a taster [N] ih odbacuje. Izaberite jedan ili drugi i izaćićete iz programa BIOS Setup.

8

Stručni rad Svetisav Kostić

2.6. Zašto treba flešovati BIOS

BIOS na računaru treba biti što noviji iz nekoliko razloga.

1. Novi BIOS je po prirodi stvari bolje struktuiran i pozdan budući da se sa svakim novim BIOS-om otklanjaju greške i problemi uočeni tokom rada na računarima različitih konfiguracija (Primjer:Novi BIOS tačno detektuje frekvenciju procesora)

2. U novom “update“-u unose se funkcije koje omogućavaju korišćenje najmodernijeg hardvera (Novi BIOS omogućuje ugradnju hard diska sa velikim kapacitetom)

3. Postižu se bolje performanse (Novi BIOS omogućava bolje iskorišćenje postojećeg procesora).

9

Stručni rad Svetisav Kostić

3. KEŠ MEMORIJA

Sistemska memorija je mjesto gdje računar drži programe i podatke koji se trenutno koriste i, zbog potreba sve moćnijeg softvera, zahtjevi koji se postavljaju pred sistemsku memoriju, povećavaju se poslednjih nekoliko godina alarmantnom brzinom. Posledica je da moderni računari imaju mnogo više memorije od prvih PC računara iz ranih 1980-ih godina, što je imalo uticaja na razvoj njihove arhitekture.Smještanje i izvlačenje podataka iz velikog memorijskog bloka zahtijeva mnogo više vremena od istih radnji sa manjim blokom. Sa velikom količinom memorije, razlika u vremenu između pristupa registru i memoriji je veoma velika, pa je to imalo za posledicu pojavljivanje dodatnih slojeva "keša" (skrivene memorije) u memorijskoj hijerarhiji.Što se tiče brzine pristupa, danas procesori prevazilaze memorijske čipove i ta razlika se stalno povećava. To znaci da procesori sve više moraju da čekaju na podatke koji idu u, ili izlaze iz glavne memorije. Jedno od rješenja je da se upotrijebi "keš" između glavne memorije i procesora, kao i pametna elektronika, da bi se osiguralo da se sledeći podatak koji je potreban procesoru već nalazi u skrivenoj memoriji.

3.1. Primarna keš memorija

Primarna, ili keš prvog nivoa, je na centralnoj procesorskoj jedinici i koristi se za privremeno smještanje instrukcija i podataka organizovanih u blokovima od po 32 bajta. Primarna keš je najbrži oblik memorije. Ona je ograničena po veličini, zato što je ugrađena na čipu sa spregom sa nultim stanjem čekanja (bez kašnjenja) prema procesorskoj izvršnoj jedinici. SRAM memorija se proizvodi na sličan nacin kao i procesori: visoko integrisani uzorci rasporeda tranzistora se foto-graviraju u silicijumu. Svaki bit SRAM memorije se sastoji od cetiri do šest tranzistora, što je razlog zašto SRAM zauzima mnogo više prostora u poređenju sa DRAM memorijom, koja koristi samo jedan tranzistor po bitu (plus kondenzator). Ovo, kao i činjenica da je SRAM memorija nekoliko puta skuplja od DRAM memorije, objašnjava zašto se ona ne koristi u većoj mjeri u PC sistemima.

Intel-ov procesor P55 MMX, uveden pocetkom 1997. godine, bio je zapažen zbog povećanja kapaciteta skrivene memorije prvog nivoa na 32 Kbajta. Procesorski čipovi AMD K6 i Cyrix M2, uvedeni kasnije te

10

Stručni rad Svetisav Kostić

godine, donijeli su dalja povecanja skrivenih memorija prvog nivoa na 64 Kbajta.

3.2. Sekundarna keš memorija

Vecina PC računara se nude sa sekundarnom skrivenom memorijom, da bi se premostio jaz između performansi procesora i memorija. Sekundarna keš (takodje poznata i kao "spoljašnja" ili keš drugog nivoa) koristi istu upravljačku logičku kao i primarna keš i zato se implementira pomoću SRAM memorije. Sekundarna keš dolazi tipično u dvije velicine, od 256 Kbajta i 512 Kbajta, i može da se pronađe ili zalemi na matičnoj ploci u podnožju CELP (Card Edge Low Profile) ili, u novije vrijeme, na modulu COAST ("cache on a stick"). Ovaj poslednji podseca na SIMM (Single Inline Memory Module - jednostruki memorijski modul u liniji), ali je nešto kraći i ulazi u COAST podnožje, koje je uobičajeno smješteno blizu procesora i liči na PCI slot za proširenje. Pentijum Pro je odstupio od ovog rasporeda, postavljajući skrivenu memoriju drugog nivoa na sam procesorski cip. Cilj skrivene memorije drugog nivoa je da obezbijedi procesoru zapamćene informacije bez ikakvog kašnjenja (stanja cekanja). U tu svrhu, procesorska sprega na magistralu ima poseban prenosni protokol koji se zove režim prenosa neprekidne grupe podataka. Ciklus ovog prenosa se sastoji od četiri prenosa podataka gdje se samo adresa od prvih 64 upućuje na adresnu magistralu. Najcešća sekundardna keš je sinhrona protočna neprekidna grupa podataka.

Za smanjenje vremena pristupa podacima I instrukcijama u operativnoj memoriji procesoru se dodaje keš-memorija (ultra brza memorija, priručna memorija) čija brzina odgovara brzini rada procesora. Keš memorija je mala ultra brza poluprovodnička memeorija sa neposrednim pristupom. U keš-memoriji se čuvaju podaci i instrukcije iz operativne memorije koje procesortrenutno koristi. Keš-memorija služi za usaglašavanje brzine procesora I operativne memorije koja je sporija od procesora za red veličine (oko 10 puta). Ona omogućava povećanje brzine obrade, jer se u njoj nalaze tekući podaci i tekuće instrukcije programa kojima procesor pristupa znatno brže, cilj efikasnog memorijskog sistema je da efektivno vrijeme pristupa procesora podacima bude vrlo blisko vremenu pristupa kešmemoriji. Keš-memorija se koristi na sledeći način (slika 4).

11

Stručni rad Svetisav Kostić

Slika 4. Keš-memorija se koristi na sledeći način

Operativna i keš-memorija su podeljene na jedinice koje se nazivaju blokovi. Blok (ponekad senaziva i linija) predstavlja skup od n sukcesivnih memorijskih lokacija koji se uvijek kao cjelina prenosi između operativne i keš-memorije. To znači da se svi podaci (ili instrukcije) u nekom bloku istovremeno nalaze ili ne nalaze u keš memoriji. Jedinica prenosa između centralnog procesora i keš-memorije je fizička riječ. Jedinica prenosa između keš-memorije I operativne memorije je blok. Veličina bloka obično iznosi između 4 i 128 bajtova. Kapacitet keš-memorije je u opsegu od 1 do 256 kB. Broj blokova operativne memorije jeznatno veći od broja blokova keš-memorije, tako da se u keš-memoriji u istom trenutku nalaze kopije samo malog broja blokova operativne memorije. Kada centralni procesor generiše adresu memorijske lokacije, formira se upravljački signal za pristup keš-memoriji. Ukoliko se podatak sa traženom adresom nalazi u kešmemoriji, on se prenosi u procesor radi obrade ili se zamenjuje novom vrijednošću iz procesora koja predstavlja rezultat obrade. Ukoliko u keš memoriji nema bloka sa traženom adresom, aktivira se procedura kojom se iz keš-memorije jedan blok šalje u operativnu memoriju, a na njegovo mjesto se iz operativne memorije poziva traženi blok koji se prenosi u keš-memoriju, a istovremeno se traženi podatak prenosi i u operativnu memoriju. Keš-memorije funkcionišu na bazi lokalnosti ponašanja kojom se karakteriše većina programa. Postoje tri principa koji uključuju lokalnost:

1. Prostorna lokalnost. – Ako je potreban pristup određenoj lokaciji u memoriji, postoji velika verovatnoća da će drugi pristupi biti toj ili susjednim lokacijam za vrijeme trajanja izvršenja programa;

2. Vremenska lokalnost. – Ako je postojala sekvenca pristupa do n lokacija, postoji velika verovatnoća da će pozivi koji slijede biti u toj sekvenci. Ova lokalnost dopunjuje se sa prostornom lokalnošću;

12

Stručni rad Svetisav Kostić

3. Uzastopnost. – Ako je bilo pristupa određenoj lokaciji c, vjerovatno je da će u sledećih nekoliko pristupa biti na lokaciji c+1. Uzastopnost je ograničen tip prostorne lokalnosti i može se razmatrati ko njen podskup.

3.3. Problemi korišćenja keš memorija

Pri korišćenju keš-memorije treba riješiti sledeća četiri osnovna problema:• smeštanje blokova – gdje će u keš memoriji biti smješten novi blok

pročitan iz operativne memorije;• inentifikacija bloka – kako će biti nađen blok koji se nalazi u keš-

memoriji;• zamjena blokova – koji blok će biti zamijenjen, ako se traženi blok

ne nalazi u keš-memoriji; strategija upisa – kako će se postupiti kod upisa novog podatka u keš-memoriju, jer se tada modifikuje blok i postaje različit od odgovarajućeg bloka u operativnoj memoriji. Najbolji način za smeštanje blokova pročitanih iz operativne memorije jeste tzv. Asocijativno preslikavanje – svaki se blok može smjestiti bilo gdje u keš-memoriju. Međutim u tom slučaju radi identifikacije blokova (drugi problem) pogodno je kao keš-memoriju koristiti asocijativnu memoriju u kojoj ključ predstavlja memorijsku adresu bloka a informacioni dio podatke iz operativne memorije.

Slika 5 . Keš-memorija sa asocijativnim preslikavanjem

13

Stručni rad Svetisav Kostić

Kod tehnike asocijativnog preslikavanja keš memorija se sastoji iz sledećih dijelova:

• memorije DATA i• memorije TAG.

U memoriju DATA se smještaju blokovi preneti iz operativne u keš memoriju. U memoriju TAG se smještaju brojevi blokova, koji se nazivaju TAG-ovi, za blokove prenijete iz operativne u keš memoriju. Za realizaciju memorija DATA i TAG koriste se RAM i asocijativna memorija, respektivno. Ukoliko u memoriju DATA može da se smjesti 2n blokova kaže se da keš memorija ima 2n ulaza. Za zamjenu blokova postoji vise strategija, ali se najčešće zamjenjuje najranije korišćeni blok ili najdužeprisutan blok. Kada se blok u kešmemoriji modifikuje upisom novog podatka iz procesora, postoje dva načina koji se koriste za ažuriranje operativne memorije:

a) neposredni upis – istovremeno se podatak upisuje u keš-memoriju i u operativnu memoriju.

b) posredni pristup – podatak se upisuje samo u blok keš-memorije, a modifikovani blok se vraća u operativnu memoriju tek kada se zamjenjuje drugim blokom.Međutim, ovdje je potrebno za svaki blok Uvesti po jedan bit koji pamti da li je blok modifikovan ili nije. Osnovni parametar po kome se mjeri efikasnost keš-memorije naziva se faktor pogotka p g h. To je vjerovatnoća da se sadržaj memorijske lokacije koju adrseira procesor, tj. traženi podatak, nalazi u keš-memoriji. Veličina 1 – h naziva se faktor promašaja. Faktor promašaja mjeri penale zbog keš promašaja, jer procesor prekida aktivnostk-Daec-d08a se ustanovi. Faktor pogotka je uvijek manji od 1, a u praksise ostvaruju vrijednosti veće od 0,9. Ostali važni parametri keš-memorije su: vrijeme pristupa, zadržavanje usled promašaja, zadržavanje usled ažuriranja operativne memorije i dr.

14

Stručni rad Svetisav Kostić

3.4. Dvonivoske i podeljene keš memorije

Slika 6. Dvonivoska keš-memorija

Kada su keš-memorije prvobitno uvedene, običan sistem je imao jednu keš-memoriju. Kasnije je korišćenje više keš-memorija postala norma. Dva aspekta ovog problema odnose se na broj nivoa keš memorije i korišćenje jedinstvene ili podeljene keš memorije. Kako se gustina logike na čipu povećava, postaje moguće imati keš-memoriju na istom čipu sa procesorom. U poređenju sa keš-memorijom kojoj se pristupa preko spoljne magistrale, keš memorija na čipu redukuje aktivnost procesora na spoljnoj magistrali i, prema tome ubrzava vrijeme izvršenja i povećava ukupne performanse sistema. Kada se zahtijevana instrukcija ili podatak nalazi u keš-memoriji, pristup magistrali je eliminisan. Uključivanje keš-memorije na čipu ostavlja otvoreno pitanje da li je keš-memorija van čipa, ili spoljna keš-memorija, potrebna. Odgovor je obično da, i najnoviji procesori uključuju keš-memoriju na čipu i spoljnu kešm emoriju. Rezultujuća organizacija je poznata kao dvonivoska keš-memorija, gdje se interna keš-memorija označava kao nivo 1 (L1) a spoljna keš memorija kao nivo 2 (L2) (slika 3). Studije su pokazale da korišćenje keš-memorije drugog nivoa poboljšava performanse. Osim toga, danas je postala opšte prihvaćena podjela keš-memorije nivoa L1 na dvije: jedne namenjena za instrukciju (I keš) i druge namenjena za podatke (D keš), posebno uz tzv. supersklarnim procesorima. Ključna prednost projektovanja podeljene keš memorije je što se eliminiše takmičenje za keš-memoriju između procesora instrukcija I izvršne jedinice. Naime, podeljene keš memorije za instrukcije i

15

Stručni rad Svetisav Kostić

podatke omogućavaju da se značajno poveća propusni opseg keš-memorije, potencijalno udvostručavajući mogućnosti pristupa.

3.5. Keš-memorija diska

Slika 7. Keš-memorija diska

Operativna memorija savremenih računara odgovara na zahtjeve u desetinama nanosekundi, a disk odgovara na zahtjeve u desetinama milisekundi, što znači da je razlika u brzini oko milion puta. Kako keš memorije značajno poboljšavaju vrijeme pristupa operativnoj memoriji, isti se koncept uspješno koristi i za diskove, značajno smanjujući saobraćaj sa diskom I prosečno vrijeme pristupa diska. Keš-memorija diska (keš-bafer diska) ima slicnu ulogu kao keš-memorija u sistemu keš-memorija – glavna memorija (slika 4). To je memorijski bafer koji pamti poslednje korišćene dijelove adresnog prostora diska, smanjujući tako zahtijevani broj pristupa iefektivno vrijeme pristupa disku, odnosno povećavajući efektivnu brzinu diska. Procesor uvijek pristupa podacima predhodno smješteni u keš-memoriju diska kad god mu zatrebaju. Keš-memorija diska je veličine od jednog do više megabajta. Jedinica prenosa između diska i keš-memorije diska obično sadrži jednu ili više staza diska. Keš-memorija diska može se pridružiti ulazno-izlaznom uređaju, kontroleru tog uređaja ili operativnoj memoriji procesora. Ispitivanja su pokazala da je efikasnost kešmemorije diska najbolja kada je ona uključena kao dio operativne memorije.

16

Stručni rad Svetisav Kostić

4. ČIP SETOVI

Čipset (engleski: chipset) se odnosi na grupu integrisanih kola koja rade zajedno. Obično se nalaze u jednom čipu. U računarstvu čipset se odnosi na specijalni čip koji se nalazi na matočnoj ploči ili kartici računara.čip je minijaturna pločica od keramike na koju su foto postupkom nanijete električne komponente I kontakti i koja predstavlja električno kolo koje može da obavlja potrebnu funkciju u integralnom kolu.U vrijeme prvih PC računara matična ploča se sastojala od više inegrisanih kola koja su obavljala osnovne operacije za rad računara (DMA kontroler, sistem tajmer, kontroler prekida,...) U prošlosti matičnu ploču su činili veliki broj kola. Kako je vrijeme prolazilo matična ploča je zahtijevala još veći broj kola, zato su njeni proizvodjači dizajnirali novi tip inegrisanih kola u jednom čipu koja su obavljali iste funkcije kao i njihovi predhodnici što je prouzrokovalo vise mesta na matičnoj ploči. Prije su svi čipovi posebno, dok su u današnje vrijeme svi smješteni u jedan čip South Bridge, sem procesora. čip setovi su integrisana kola koja služe za podršku procesora. Proizvodjači matičnih ploča (OPTi, UMC, ALi, SiS, Via Tehnologies, intel) ne utiču na razvoj I izgradnju samih čipova. Proizvodjač čipova i matične ploče nije isto, jer proizvodjač matične ploče kupuje čipove od njihovih proizvodjača, pa ih potom sastavlja, a ne pravi ih.

4.1. Kako rade čipset-ovi Dolaskom PCI magistrale i sve novijih i bržih čipova da bi se uskladio njihov rad čip setovi su podeljeni na dva integrisana kola:

1. North Bridge ± ili sistemski konroler, koji sadrži sledeće funkcije: PCI magistralu, memorijski kontroler, i keš L2 kontroler (kasnije je L2 keš ugradjen direktno u procesor).

2. South Bridge ± ili periferijski kontroler sadrži funkcije: PCI-ISA magistralu, kontroler prekida, DMA kontroler, i kontrolu svih ostalih periferija (flopi disk, serijski i paralelni port, IDEkontroler).

3. Data bufer ± koji se nalazi samo u nekim čip setovima ( Intel 430FX).

17

Stručni rad Svetisav Kostić

4.2. NORTH BRIDGE

-skraćeno NB-( sjeverni most) je čip koji se na ploči najčešće nalazi "sjeverno" tj. između CPU-a I slotova za RAM. On je zadužen za "brzu komunikaciju": sa jedne strane CPU putem FSB-a, a sadruge strane sa grafičkom karticom (PCI-express odnosno AGP kod starijih); RAM-om (otud idrugo ime Memory Controller Hub) i Southbridge-om. Neki NB imaju u sebi i integrisan grafički čip. Ploče sa integrisanom grafikom imaju priključak za monitor i mogu odmah da rade, i bez grafičke kartice. Ti grafički čipovi su obično slabijih performansi od pravih kartica. Drugi nedostatak je što pozajmljuju RAM od kompjutera, daklemorate ga imati dovoljno. Iako možda zvuči loše, ovo rješenje je jeftinije i ako se kompjuter koristi za surf, muziku filmove, kancelarijski rad predstavljaju dobar izbor. NB je jedan od dijelova kompjutera koji se znatno griju, prekriven je metalnim hladnjakom koji je po veličini odmah iza CPU hladnjaka, a neki imaju i male ventilatore (poznate po bučnosti I čestom otkazivanju). Pošto predstavlja osnovni dio čipseta, cio čipset uglavnom dobija ime po njemu. North Bridge konvertuje signale lokalne magistrale (528MB/s ± 66MHz) do PCI magistrale(132Mb/s). North bridge ima ugradni kontroler na sebi pa zato ima i uticaja na performanse PC-a. Karakteristike North Bridge-a je da može da pristupi podacima u RAM memoriji koristeći manji takt nego drugi North Bridge modeli, tj. čipset ga čini bržim, jer je brži od ostalih komponenti. Brzina matičnih ploča zavisi od toga koji čipset koriste. Možemo da koristimo posebnu memorijsku tehnologiju za RAM koja će biti definisana u NorthBridge i samo da joj pristupamo iz tog čipseta. Ne možemo namjestiti EDO memoriju u većinu matičnih ploča za 486-ice, zbog toga što čipset za Socket 3 podnožija ne zna kako da komunicirasa ovom vrstom memorije. Isto tako, North Bridge koji je ugrađen za Intel-ov čipset 430FX, nezna kako da komunicira sa SDRAM memorijom, što već nije slučaj sa čipovima Intel 430VX i430TX, na primjer. Frekvenncija matične ploče je definisana od strane North Bridge-a (za Intelove čipsetove saSocket 7 podnožijem North bridge generiše takt samo do 66Mhz, a za Via čipsetove sa istim podnožijem generiše takt 75Mhz).

4.3. SOUTH BRIDGE -SB ( južni most) je drugi bitan dio, koji se obično nalazi nešto ispod NB-a. Sa CPU-om komunicira preko NB, i zadužen je za "sporiju komunikaciju". Praktično sve što priključite na kompjuter sem grafičke i RAM-a ide preko njega. Tu spadaju:-IDE magistrala za sve PATA i SATA uredjaje- HDD, DVD...-PCI magistrala PCI(express) kartice- modemi, zvučne i neke grafičke, raid i sata kontroleri...-USB kontroler. preko USB-a danas se priključuju gotovo svi eksterni

18

Stručni rad Svetisav Kostić

uređaji-ISA magistrala je prethodnik PCI. danas se koristi za kompunikaciju sa tastaturom, mišem, BIOS-om i FDD-om-brojne druge vačne funkcije: SMbus, DMA controller, Interrupt controller, ACPI. Osnovne karakteristike South Bridga su da ostvare komunikaciju izmedju ISA i PCI magistrale. Pored toga, posjeduje kontroler prekida i DMA kontroler u samom čipu, i kontrola svih ostalih periferija. U slučaju da na matičnoj ploči sa posebnim periferijama, kao što je video ili audiokontroler, kontrola bi bila ostvarena od strane posebnog video ili audio procesora. Ovaj procesor je konektovan direktno na PCI magistralu. Danas, South Bridge radi sa mnogim poboljšanjima kao što je Ultra-ATA (UDMA, Ultra-DMA) pronalazak, koji omogućava IDE hard disku mnogo veći transfer podataka čak do 33,3 MB/s, pored uobicajnih 16,6 MB/s.Takodje posebnu pažnju posvećuje i USB magistrali koja je prikačena direktno na South Bridge. Kod starijih ploča, North bridge zamenjuje PCI magistralu i South bridge je konektovan na njega kao drugi PCI uredjaj. Danas,North bridge i South bridge su povezani na mnogo većimmedjusobnim brzinama, a PCI magistrala je generisana od strane South bridge-a. AtlonovAthlon 64 CPU ima ugradjen dio North bridge čipa. Procesor ima svoj kontroler za kontrolu memorije, tako da je memorija direktno povezana na procesor. Sam AGP tako radi kao nezavisan čip ili je isključen sa South bridge-a.Intelov plan za naredne godine, je da generiše nove brže magistrale za PCI, nazvane PCIExpress. Ove magistrale treba da rade na 2.5 GHz taktu i da imaju transfer od 240 megabajta po sekundi. Kako će raditi brže od AGP-a, samim tim će isključiti podršku Northbridge-a i samogAGP slota na matičnoj ploči, tako da će tipične matične ploče dobiti nekoliko novih extra brzihslotova za ostale uredaje. Na ovom modelu ploče, South bridge će biti kao bilo koji drugi uređaj na PCI Express magistrali, i tako omogućiti podršku svim generacijama PCI slotova, isvih postojećih kartica koji rade na njemu.South bridge će takodje sadržati kontrolnu logiku za upravljanje hard diskom, tastaturom, mišom, serijskim, paralelnim i USB portom.Izmedju čipseta i fizičkih konekcija i kablova za uredjaje, postoji i dodatni čip koji reguliše napon i samim tim dovodi do zaštite uređaja.

4.4. Početak razvoja

19

Stručni rad Svetisav Kostić

Kako su prve matične ploče za PC-e bile su konstruisane od 100 i više različitih komponenata,ali danas, zahvaljujuci velikom napretku poluprovodničke tehnologije, naći ćete sam onekoliko modula na matičnoj ploči, koji obezbeđuju veliki broj funkcija. Matične ploče za 8088/86 i 80286 procesore koriste mnoštvo konvencionalnih TTL čipova. Sve dok nisukreirane matičnenploče za 386 procesore, razni proizvođači, kao, na primjer SiS, ETEQ, ALI,VIA i Intel, nisu razvijali specijalne čipsetove. Čipset je uvijek dizajniran za određenu familiju procesora. Pošto čipsetovi različitih proizvođača imaju različitu strukturu, imaju u različite izvode, konekcije, registre i funkcije. Ovo nas tjera da se zapitamo kako proizvođači još uvijek mogu proizvoditi svoje čipsetove koji su kompatibilni sa svim softverom, sve do operativnog sistema. Na primer, kada je odgovarajući VIA cipset instaliran, Windows 98 pokrenut na Pentium III procesoru radi isto kao da je cipset Intelov. BIOS je odgovoran za ovaj zadatak i do izvesne granice formira vezu između različitih hardverskih komponenata i softwera (adresiranja, BIOS prekida i DOS prekida). Klasifikacija čipsetova se vrši prema hardveru koji podržavaju: obično je isti cčipset u stanju da radi sa procesorima jedne generacije (npr. Intel BX čipset je u stanju da radi sa Pentium II, Pentium III i Celeron procesorima), podržava jednu do dvije vrste memorije (danas najcešće u pitanju SDRAM, ali postoje čipsetovi koji podržavaju i rad sa SDRAM i RDRAMmemorijom) i sl. Očigledno je da kvalitet čipseta igra vrlo važnu ulogu, kako u pogledu performansi, tako i u pogledu stabilnosti rada racunara. Tradicionalni proizvođači čipsetova su Intel, AMD, Via, Ali, SiS i drugi. Koristeći činjenicu da najbolje poznaje sopstvene procesore, Intel je dugo bio proizvođač najkvalitetnijih čipsetova za njih. Međutim, prodorom kvalitetnih AMD procesora, prije svih Athlona, i na ovom polju Intel dobija konkurenciju. Međutim, zbog snažnog forsiranja skupe RDRAM memorije umjesto jeftinog i otprilike podjednako brzog SDRAM-a, Intel je dopustio da konkurencija postane ravnopravna sa njim i na polju čipsetova za Intel procesore.

4.5. 486 PCI ČIPSET

Uvođenje PCI (peripheral components interconnect ± sistem medusobnog povezivanja perifernih uređaja i implementacija odgovarajućih PCI slotova za kartice proširenja doveli su do korjenite promjene u arhiktekturi čipsetova. Redosled razvoja bio je od PC do ISA magistrale, zatim doEISA i VLB magistrala i konačno do PCI magistrale. Intel je primarni referentni kreator PCI, tako da je izbacio prvi čipset za PCI, koji je prvobitno bio namijenjen za 486 procesore. Jedan od prvih

20

Stručni rad Svetisav Kostić

čipsetova za 486 procesore bio je pozant kaoSaturn (tip 82420) i razvijen je od strane Intela. Sastoji se od sledećih čipova:- 82424TX: Keš/DRAM kontroler, (CDC, 82424TX) - CDC spaja magistralu procesora sa PCI magistralom, čini adresne i kontrolne signale dostupnim i sadrži kontroler keša i kontroler DRAM-a Radi direktno sa DPU-om koji je odgovoran za kontrolu podataka. Ipak, zbog velikog broja izvoda i međusobnih veza, ova dva modula nisu instalirana u jednom kućištu.- 82423TX: Data Path Unit, (DPU, 82423TX) ± Data path unit (DPU ± blokovi putanje podataka) su u suštini modeli drajvera za sabrinicu podataka, a integrisani su u sistemski kontroler u drugim čipsetovima.- 82378IB: System I/O (SIO, 82378IB) ± SIO modul (sistemski BIOS) kreira interfejs između PCI i ISA magistrale. Sadrži standardne konponente, koje su korišćene u ISA i EISA PC-ima. Ovo uključuje i tajmer, kontroler prekida i kontroler DRAM-a, tako da ISA kartice rade i u PCI racunaru. U tom cilju se na matičnoj ploči obično nalaze tri, ili četiri slota ovog tipa.U PC računaru ISA magistrala ima najniži prioritet. Takođe, možete vidjeti poziciju i funkciju različitih sistema magistrala u PC-u. SIO modul sadrži arbitra PCI magistrale, koji može upravljati sa dva dodatna mastera PCI magistrale, pored CDC-a. Prvi čip perifernih uređaja za PCI, koji je mogao da radi kao master PCI magistrale, bio je SCSI53C18 kontroler, koji je proizvela kompanija NCR (danas Symbol Logic).

4.6. INTELOV PENTIUM ČIPSET ZA SOCKET

Intel je vrlo brzo izvršio izmjene od PCI čipseta za 486 procesore do čipseta za Pentium procesore. Ipak, njegove performanse nisu ispunile sva očekivanja. Mercury čipset, koji se sastoji od jednog 82434LX, jednog 82378 i dva 82433s, bio je prvi čipset za Pentium procesore koji rade na 60, ili 66 MHz ± prva generacija Pentium procesora. Tehnološki, ovaj čipset, isto kao i 60/66 MHz procesori, nije ponudio bolje performanse od dobrog 486-DX2 sistema, koji je u svoje vrijeme (oko 1993. godine) bio najracionalniji izbor. DX2 sistem nije imao problema sa upotrebom moćnijeg procesora kao što je 486DX4, mada su neke matične ploče zahtijevale među podnožije za procesor, koje pretvara napon od 5V na 3,3V. Osim toga, Mercury čipset nije posebno razvijen za primjenu svih osobina Pentiuma. Umjesto toga, u osnovi je to samo mala modifikacija PCI čipseta.Triton čipset je bio predstavljen nešto kasnije (uzimajući u obzir činjenicu da su Pentium procesori već bili dostupni godinu ili dvije), ali to je bio prvi pravi čipset za Pentium PCI sistem. Zvanično ime za Triton je bilo 82430FX i sastojao se od četiri modila:- S82437FX: Triton system controller (TSC) ± Sadrži kontrolere keš i DRAM memorije. TSC je kontrolna jedinica za transfer podataka između procesora, keša, DRAM-a i PCI magistrale. Integrisani kontroler L2 keša podržava write-back keš do maksimalne veličine od 512Kb. Keš memorija može biti kreirana upotrebom

21

Stručni rad Svetisav Kostić

standardnog, burst, ili protocnog burst SRAM-a (statički RAM).- S82438FX: Triton data paths (TDP) ± Dva TDP-a rade zajedno sa TSC-om da bi obezbijedili do 128 Mb standardnog, ili EDO RAM-a. TDP-ovi su odgovorni za keširanje magistrale podataka (drajver i rastavna funkcija) za svu memoriju i U/I transfer.- S82371FB: PCI ISA IDE Xcelerator (PIIX) ± PIIX je PCI-ISA most i naslednik SIO modula. Ovaj modul povezuje PCI magistralu matične ploče sa ISA magistralom, koja je tu prisutna zbog tradicionalnih razloga. PIIX je odgovoran za cjelokupnumkomunikaciju ISA magistrale Itakođe sadrži DMA kontroler i kontroler prekida, tajmer/brojač, jedinice za funkcije uštrde energije i poboljšani IDE (EIDE) interfejs za povezivanje hard diskova i CD-ROM uređaja.Intel je izbacio veliki asortiman Triton čipsetova brzo jedan za drugim ± svaki od njih je bio osavremenjen i teško ih je bilo razlikovati po imenima. Imena ovih čipsetova uvijek počinju sa 82430, pa slijedi posebna skraćenica (nezvanične oznake FX = Triton 1, HX = Triton 2, VX =Triton 3, TX = Triton 4). PIIX3 u poređenju sa PIIX, nudi podršku za USB (universal serial bus), a njegov naslednik PIIX4 sadrži časovnik realnog vremena i CMOS-RAM i upravlja Ultra-DMA/33 transferom za odgovoravajuće hard diskove. Pored navedenog u PIIX4 je integrisan i I2C kontroler. Onomogućava praćenje napona, ventilatora i različitih temperatura (procesora, unutrašnjosti). Ako se pojavi greška, startuje se određeni alarm.

4.7. PENTIUM PRO I PENTIUM II ČIPSETOVI

Prvi čipset za Pentium Pro je 82440KX, koji je nezvanično poznat kao Orion. Sastoji se od ukupno osam čipova 82452KX, 82453KX I 82454KX kontrolera, PIIX (82371) PCI/ISA mosta (koji je korišćen u predhodno opisanim čipsetovima) I četiri 82451KX modula puta podataka. Performanse obezbjedjene ovim čipom su, u principu, jednako razočaravajuće za stone sisteme kao što je bio prvi čipset za Pentium procesore. Orion je bolji za višeprocesorske sisteme, kao što su oni u serverima. To je razlog što je Intel predstavio PentiumPro 8144082437FX(Natchma) čipset, brzo nakon toga. Ovaj čipset nudi performance koje se mogu upotrijebiti i u stonim računarima I sastavljen je od sledećih komponenti:- SB82441FX: PCI memorijski kontroler (PMC)- SB82442FX: Data bus accelerator (DBX) ± ubrzivač magistrale podataka- SB82371SB: PCI ISA IDE X celerator (PIIX3)Ovaj čipset nema keš kontroler, zato što je on integrisan u sam PentiumPro procesor, zajedno sa L1 i L2 kešom. Glesdano spolja, Pentium II je kao procesor PentiumPro (sa MMX dodatkom); prvi čipset za Pentium II procesore je 8244082437FX. Najprimetnija razlika je u Slot 1 podnožju za procesor, jer PentiumPro koristi Socket tipa No.8, inače nema bitne razlike u čipsetu kada koristite Pentium Pro ili Pentium II.

22

Stručni rad Svetisav Kostić

4.8. PENTIUM II, PENTIUM III I CELERON ČIPSETOVIINTEL 440 BX

Iako je na tržižte izbačen još 1998. Intel 440 BX se i danas intenzivno koristi. Pojavio se zajedno sa varijantama Pentiuma II na 350 i 400 MHz, koji su prvi Intel procesori koji su radilina spoljnoj magistrali (FSB - Front Side Bus) brzine 100 MHz. BX set se sastoji od dva čipa:82443BX (AGP host bridge kontroler) i 82371AB (PCI-ISA bridge). Radi sa Intel PII, PIII I Celeron procesorima i podržava FSB frekvencije od 66 do 100 MHz. Podržava rad sa AGP, PCIi ISA magistralama i nudi USB podršku. Koristi isključivo SDRAM memoriju. Zbog Intelove politike forsiranja RDRAM memorije dugo je bio jedini Intelov proizvod više klase koji radi sa SDRAM-om i kao takav je korišćen od strane brojnih proizvođača za razvoj stabilnih i brzih ploča.

Slika 8. Intelov čipset

4.9. ČIPSETOVI ZA AMD PROCESORE

4.9.1. AMD 750 AMD 750 čipset namijenjen je radu sa AMD Athlon procesorima. Podržava AGP 2x standard, USB, PCI i ISA magistralu. Radi sa PC-100 SDRAM - om (100 MHz), a podržava Athlonovu EV6 magistralu koja radi na 100 MHz, ali korišcenjem obje ivice takta kao aktivne, postiže efektivnih 200 MHz. Sastoji se iz dva čipa: AMD 751 i AMD 756. Za diskove nudi Ultra ATA66 podršku. Kao što se po specifikacijama vidi, AMD 750 čipset predstavlja stariju generaciju čipsetoav za AMD Athlon.

23

Stručni rad Svetisav Kostić

Slika 9. AMD 8 series

4.9.1. AMD 760

AMD 760 je čipset sledeće generacije namijenjen radu sa Athlon procesorima i procesorima koji koriste sistemsku magistralu kompatibilnu sa Athlonovom (AMD Duron). Čine ga dva čipa: AMD 761 i AMD 766. Pored standardnih ISA, PCI i USB podrški, 760 podržava AGP 4x i UltraATA 100 standarde. Ipak, vjerovatno najvažnija karakteristika ovog čipseta je podrška za DDR (Double Data Rate) SDRAM memoriju. DDR tehnologija predstavlja mogućnost da memorija radi na efektivno duplo većem taktu od sistemskog kloka, čime se otvara mogućnost za potpunije iskorišćenje Athlon-ove EV6 magistrale. Ova memorijska arhitektura je glavni konkurent RAMBUS memoriji koju Intel forsira kao rješenje za viću klasu svojih procesora.

Slika 10. AMD 9 series

5. ZAKLJUČAK

24

Stručni rad Svetisav Kostić

U prethodnom izloženom radu opisana je osnovna evoluacija BIOS memorije, od prvih matičnih ploča i njihove primjene pa sve do današnje tehnologije u ovom pravcu.

Date su i opisane verzije BIOS-a, kao i osnove BIOS memorije. Opisano je kako da pristupimo BIOS-u sa nešeg računara, određene podešavanja. Dati su razlozi zbog kojih je potrebno flešovanje BIOS-a.

U daljem radu prestavljena je KEŠ momorija računara, ulogai i funkcija u sistemu rada samog računara. Primarna keš memorija, kao i sekundarna keš momorija.

6. LITERATURA

25

Stručni rad Svetisav Kostić

1. prof. Dr Milan Milosavljević, prof. dr Mladen Veinović, prof dr. Gojko Grubor, Osnovi informatike, Univerzitet SINGIDUNUM – BEOGRAD, 2009 (56 – 69).

2. Prof. Živko Tošić, KEŠ MEMORIJA, Mašinsko-elektrotehnička škola, Priboj, 2008. (1-22).

3. Internet izvori.

4. http://hr.wikipedia.org/wiki/Hardver

5. www.tutoriali.org