PCI-Express 3.0 matična ploča - Chipset Z77

U doba prvog PC računala, promet između komponenti odvijao se je preko ISA sabirnice i svaki od utora bio je jednako značajan. Grafika nije bila neka osobita potreba te je razvoj grafičkog podsustava bio u drugom planu. No s vremenom PC postaje sve više igrača, a potom i multimedijska platforma što ima za posljedicu snažan razvoj CPU i GPU kao nositelja ovih zadaća uz uvjet osiguranja brzog i nesmetano prometa između njih i RAM-a, kao i još uvijek jedne od najsporijih komponenti u sustavu - trajne memorije. Osim toga, ogromna količina podataka sve je veća nedaća glede sigurnosti, pa podrška za RAID i kućnim računalima nije više egzotična ponuda.

Na prethodnoj stranici prikazan je sustav zasnovan na X79 chipset-u firme Intel i četvero kanalnom pristupu radnoj memoriji. Približavanje takta RAM-a (DDR) i grafičke memorije grafičke kartice (GDR) radnom taktu međumemorije CPU omogućilo je novi koncept izrade CPU, koji kako prikazuje naredna slika, ima integriran memorijski i grafički upravljački sklop. Na taj način osigurana je velika protočnost podataka. Ostvarivanje multimedijskih osobitosti omogućeno je i značajnim smanjenjem veličine elementarnog tranzistora u integriranim krugovima i time povećanjem broja logičkih operacija koje su u stanju obaviti u jedinici vremena. Grafički prikazi su sve vjerodostojniji stvarnosti jer je grafički sustav fizički logički ukomponiran za rad u zajednici s procesorskim sustavom. Naravno, integrirana grafika ne može osigurati kvalitetu slike kao vanjske grafičke jedinice, kojih se može međusobno više povezati 'CrossfireX' i 'SLI' tehnologijom, uobičajeno do tri grafičke kartice kod računala za kućnu uporabu.

Koncept zasnovan na procesoru 'Intel Core i7' izrađenog u 45 nm tehnologiji s podnožjem od 1366, u daljnjem razvoju dovodi do treće generacije CPU izrađenih u 22 nm tehnologiji po konceptu iste jezgre kao kod izvornog 'Core i7' (Nehalem) prikazanog na slici 3.5.30c, s tim da je u trećoj generaciji procesora fizički pridodan PCIe komunikacijski upravljački sklop prema grafičkom podsustavu i interni grafički podsustav logički povezan s procesorskim podsustavom, broj kanala prema RAM-u smanjen je na dva ali su velike propusne moći ne mnogo manje u odnosu na sustav prikazan u primjeru VIII. Zbog 'finije' tehnologije CPU je po dimenzijama manji i ima 1155 priključaka zbog manjeg broja memorijskih kanala. Osim toga broj čipova koji tvore CHIPSET sveden je na jednog. Navedeno ima izravni pozitivni učinak glede cjelokupne cijene računalnog sustava. Serija procesora 'Core i7' ima četiri jezgre i koristi HTT dok serija 'Core i5' ima četiri jezgre ali ne koristi HTT, dok obje serije koriste 'Turbo Boost Technology' (TBT) koja u stvari dinamički mijenja radni takt mikroprocesora prema potrebi nadzirući zagrijavanje. Integrirana grafika podržava 'DirectX 11', novu generaciju Windows grafičkog programskog sučelja. Svi mikroprocesori ove serije podržavaju virtualizacijsku 'VT-x' tehnologiju. Neke od izvedbi ove serije mikroprocesora imaju mogućnost ugađanja performansi (Performance Tuning - Overclocking), odnosno promjenu radnog takta jezgre i napona napajanja jezgre. Za seriju 'Core i3', koja ima dvije jezgre, koristi HTT ali ne koristi TBT i mogućnost podešavanja performansi, preporuča se chipset H61. Svi mikroprocesori imaju 32 kB podatkovne L1 međuspreme i 32 kB instrukcijske L1 međuspreme te 256 kB L2 međuspreme po svakoj jezgri, a objedinjuje ih zajednička L3 međusprema kojoj veličina zavisi o tipu mikroprocesora. Logička povezanost grafičkog i procesorskog podsustava najviše se ogleda u zajedničkom korištenju L3 međuspreme, koja im omogućava da svaki od podsustava procesora koristi prema potrebi podatke u njoj te ima i osobitost sabirnice.

Primjer IX

Učinkovita potpora mikroprocesoru s više jezgri iz porodice INTEL, za zahtjevnu kućnu, znanstvenu i uredsku uporabu je matična ploča sa CHIPSET-om INTEL Z77 za mikroprocesore treće generacije tipa 'Core i7', predvidivo i za 'Core i5' i 'Core i3', izrađenih u 22 nm tehnologiji sa stotinama miliona tranzistora, a koriste LGA 1155 podnožje. Sklopovi i logika negdašnjeg 'North Bridge' chip-a ukomponirani su u CPU, a ostatak je u jednom čipu:

• Procesor
  Procesor treće generacije 'Core i7' mikroprocesora za LGA 1155 podnožje (Ivy Bridge). Ima oko 1'400 miliona tranzistora (Tri-gate, odnosno 3D tehnologija), 4 fizičke te prema tome osam logičkih jezgri, 32 kB L1 i 256 kB L2 međumemorije po jezgri, te 8 MB L3 zajedničke međumemorije i takt jezgre do 3.40 GHz (u turbo modu do 3.90 GHz). Podržava komunikaciju s grafičkim sustavom putem 40 (16+16+8) koridora PCI Express 3.0 sabirnice i 4 koridora DMI2 /  PCI Express 2.0 sabirnice (Direct Media Interface) za vezu prema PCH. Sadrži integrirani memorijski upravljač (IMC - Integrated Memory Controller) koji može adresirati 39 bit-a (512 GB) fizičke memorije i virtualne memorije i integrirani I/O upravljač (IIO). Procesori ove skupine imaju fizički i logički integriranu grafičku podršku, napredniju verziju u odnosu na koncept s Q57. Povezan je s PCH koji vodi brigu o periferijama. Dvo kanalni pristup DDR 3 memoriji ima priličnu propusnost i gotovo ne zaostaje za rješenjem s X79 chipset-om.
  
  
• Z77 - Platform Controller Hub (PCH)
  Brine o vanjskim uređajima računala (I / O Controller Hub) i izrađuje se sa integriranom potporom 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. PCH podrazumno podržava neke od varijanti RAID polja diskova.

Slika** 3.5.31 Blok shema Intel-Z77 chipset-a / Intel-DZ77GA matična ploča. ( + / - )

Dakle, broj čipova za potporu mikroprocesoru smanjen je za jedan omogućava i učinkovitiji dizajn računala u manjim kućištima. Stanje sustava nadzire mnoštvo senzora i vizualno se predočava pomoću LED dioda, a POST pokazivač omogućava učinkovitiju dijagnostiku sustava po postupku uključivanja računala. Animirani natpisi opisuju namjenu pojedinih komponenti, i nemaju striktni redoslijed pojavljivanja kao u primjeru VIII. Tablica koja slijedi opisuje sastav i mogućnosti prikazane matične ploče:

Memorijski upravljač podržava dva moda rada:

• Dual channel (Interleaved) mode - Više kanalni mod koji je moguć ako su parovi utora popunjeni identičnim memorijskim modulima, pri čemu moduli u utorima iste boje moraju imati isti kapacitet. Ako se koriste moduli različite brzine, sustav se ponaša prema modulu najmanje brzine.
  
  
• Single channel (Asymmetric) mode - Koristi se kada su raspoloživ samo jedan memorijski modul ili memorijski moduli različitog kapaciteta. Ako se koriste moduli različite brzine, koristiti će se vrijeme pristupa prema najsporijem modulu.

Memorijska mapa i način pristupanja memorijskim lokacijama odgovara rasporedu prikazanom u tablici na prethodnoj stranici osim u maksimalnoj raspoloživoj radnoj memoriji. Bitnih razlika u pristupu prema perifernim uređajima u odnosu na primjer na slici 3.5.27 nema, osim što je povećan broj USB priključaka, jer upravo raznovrsnost periferija s ovim sučeljem neprekidno raste. Osobitosti glede opisanih promjena ilustrira naredna slika.

Slika 3.5.32 Priključci za povezivanje uređaja.

Iz prethodne slike jasno je da 'banana' priključci audio sustava omogućavaju uporabu 6 kanala, dakle 5.1 sustav. Za uporabu 7.1 sustava u kućnom okruženju treba koristiti uređaje koji se s matičnom pločom spajaju putem S/PDIF priključka. Obazrivo prilikom nabave audio sustava. HDMI standard v1.4a ili noviji podržava S/PDIF audio komunikaciju, kao i vrlo visoke rezolucije prikaza slike (4k × 2k resolution) i vrlo veliki raspon dubine boja prikazane slike (48-bit Deep Color with support for 36-/30-/24-bit), te i o verziji ovog priključka treba voditi računa prilikom nabave grafičke kartice ili nekog drugog multimedijskog uređaja.

U primjeru za X79 chipset, evidentno je da nema PS/2 konektora za priključivanje tipkovnice i miša, jer je podrška za USB uređaje ukomponirana u BIOS. Ova matična ploča ima jedan PS/2 konektor na koji je moguće spojiti tipkovnicu ili miša. Intel je uveo zahtjev za obaveznu prisutnost naprednih kontroliranih modula za regulaciju napona. Kako se radi o malim radnim naponima, pravilno opsluživanje CPU-a postala je od ključnog značaja za neometan rad kompleksnog procesora koji već u sebi ima integrirano mnoštvo različitih uređaja. Rad digitalnog PWM (Pulse-width modulation) modula za napajanje mikroprocesora nadzire specijalni procesor kojeg proizvodi firma CHiL (CHiL Semiconductor Corporation) koji dinamički snabdijeva CPU+GPU dijelove čipa odgovarajućim naponom u skladu s operacijama koje se trenutno izvršavaju. Matične ploče u primjerima VIII i IX imaju ugrađen ovaj elektronički nadzor napajanja.

Memorijska mapa i način pristupanja memorijskim lokacijama slična je rasporedu prikazanom u tablici na jednoj od prethodnih stranica, s tim da je gornja granica 32 GB. Procesori serije za podnožja LGA 775, LGA 1156, LGA 1155, LGA 1150 i LGA 1151 zapakirani su u po dimenzijama isto kućište veličine 3.75 cm × 3.75 cm, što uz raspoložive mehaničke adaptere za podnožja hladila, omogućava uporabu iste vrste hladila za različite izvedbe podnožja mikroprocesora. Naravno, podnožja nisu električki kompatibilna.

Za entuzijaste raspoloživ je 'Performance Tuning Guide' u kojem je opisano kako instalirati i 'programsku potporu za 'overclocking' sustava te fino podešavanje i optimizaciju pojedinih komponenti. Pri tome treba biti jako oprezan i nije preporučljivo koristiti ovu osobitost ako nije osigurano učinkovito hlađenje komponenti. Hlađenje komponenti, osobito CPU, RAM i GPU, može se izvršiti na različite načine, od pasivnih radijatora te do posebnih hladnjaka s toplovodnim cijevima i vodenog hlađenja. Uvijek treba imati na umu da odstupanje od preporučenih vrijednosti koje daje proizvođač može dovesti do nestabilnosti rada računala ali i do nepopravljivih oštećenja. Treba procijeniti da li dobitak u performansama od recimo 5% doista nešto znači.

Ako korisnik nema potrebe za udvojenim grafičkim karticama, a ima i raspoloživog sklopovlja za PCI sabirnicu, dobro rješenje je matična ploča 'Intel DH77KC', prikazana na slici 3.5.31c, zasnovana na chipset-u H77 koji se preporuča i za seriju mikroprocesora 'Core i5' jer ne podržava rad više grafičkih kartica, odnosno može nadzirati samo jedan utor za PCI Express 3.0 ugradbenu grafičku karticu. Ono što krasi navedenu matičnu ploču je 'PCIe mini utor' koji omogućava ugradnju SSD diska na način da se ukomponirana SRT (Smart Response Technology) tehnologija koristi tako da SSD disk služi kao međumemorija (cache) klasičnom mehaničkom disku. Uz dva poslužiteljska diska, koji su trajniji, precizniji i sigurniji, te stoga nešto skuplji od običnih, može se dobiti prilično brzo i pouzdano računalo, sa ili bez uporabe RAID mogućnosti ukomponiranih u PCH. Animirani natpisi na slici 3.5.31c opisuju namjenu pojedinih komponenti i imaju redoslijed pojavljivanja shodan aktiviranju pojedinih uređaja po uključivanju računala.