Системная плата является основным аппаратным устройством. Функции материнской платы

Продолжением этой серии будет и данная статья. Сегодня мы ответим на часто задаваемые вопросы о материнской плате. Вы узнаете что такое материнка, для чего она нужна, из чего состоит, а также характеристики, на которые стоит обращать внимание при ее выборе. Давайте по порядку.

Что такое материнская плата компьютера

Материнская плата (мать, материка, системная плата, главная плата) – это основная плата системного блока. На ней находятся разъемы для подключения всех остальных деталей – видеокарты, оперативной памяти, процессора и др.

Откидывая компьютерную терминологию, системная плата – база всего компьютера. Как мы говорили раньше — и оперативная память, и процессор играют главную роль в работе компьютера. Тем не менее, чтобы они полностью раскрыли свой потенциал, необходимо связывающее звено, коим и является материнская плата. Давайте более подробно разберем, для чего компьютеру нужна системная плата.

Зачем компьютеру материнская плата

Без лишних слов перечислим основные функции материнской платы:

Объединяет все «внутренности» компьютера между собой (на ней установлен сокет для процессора, разъёмы под ОЗУ и графический адаптер и т.д).
Материнка превращает мышку, дисплей, системный блок, клавиатуру и другие компоненты – в единую рабочую экосистему.
Отвечает за то, чтобы ЦП контролировал работу других частей компьютера. То есть материнская плата не только превращает все компоненты ПК в одно целое, но еще и поддерживает связь между ними.
Материнская плата отвечает за передачу картинки на монитор (в случае интегрирования в нее графической карты).
Системная плата отвечает за звук компьютера, поскольку в настоящее время огромное число моделей плат имеет встроенную звуковую карту.
Обеспечение доступа в интернет — современные материнки обладают встроенным сетевым адаптером.

Из чего состоит материнская плата

Разобравшись с предыдущими вопросами, время посмотреть из чего состоит материнка. И основными ее элементами можно назвать:

Разъем для установки процессора (сокет CPU ) — простыми словами — это гнездо для установки процессора;
Слоты PCI и PCI Express — первые из-за своей низкой производительности используют для подключения ТВ-тюнеров, аудио и сетевых карт, а также других устройств, которым достаточно пропускной способности данного интерфейса. PCI Express, как правило, используется для подключения к ПК видеокарт;
Слоты под ОЗУ — сюда вы устанавливаете планки оперативной памяти;
SATA и IDE разъемы — они служат для подключения к компьютеру различных накопителей ( , SSD). Также они используются для подключения привода оптических дисков;
Чипсет — это набор микросхем, так называемые северный и южный мосты. Северный мост осуществляет контроль над взаимосвязью между системной платой с ОЗУ, графическим ускорителем, ЦП. А также регулирует быстроту их работы и подсоединяет к южному мосту, который осуществляет контроль над сбережением энергии, BIOS, часами системы, интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio;
Микросхема BIOS и батарейка питания CMOS памяти — здесь находится ПО для запуска компьютера и его тестирования. В CMOS хранятся настройки BIOS, а для того, чтобы они не сбивались когда вы выключаете компьютер (данная память энергозависима) используется специальная батарейка, которая и питает память.
Внешние разъемы — это все возможные выходы на наушники, микрофон, Ethernet, HDMI, USB и т.п;
Разъемы для подключения питания — собственно, как сама материнка, так и процессор и система охлаждения требуют питания.

В принципе это основной набор, который можно встретить, но также необходимо помнить, что у разных производителей и моделей он может отличаться, поэтому переходим к следующему пункту.

Виды материнских плат и их производители

Сегодня вы можете увидеть множество системных плат от разных производителей: ASUS, MSI, GIGABYTE, Asrock, Esonic, при этом все они делятся на множество видов. Например, под какой из типов процессоров они ориентированы – AMD, или Intel. Каждый из классов конкурирующих ЦП уникален и требует индивидуальный сокет. У AMD это: AM1, AM3+, АM4, FM2, FM2+. Системные платы, предназначенные для ЦП от Intel имеют разъемы: LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011, LGA 2011-3. Еще материнские платы делятся по типу поддерживаемой памяти – DRR3 или DDR4.

Тем не менее самое известное разделение материнок на виды идет по форм-фактору — параметр определяющий площадь платы, а также места крепления и гнезда для снабжения электропитанием. Основные представители: E-ATX, Micro-ATX, Mini-ITX, Mini-STX, Standard-ATX:

Standard-ATX — самый распространенный среди пользователей форм-фактор, отлично подходит, для игровых машин и для рабочей системы. Средние размеры — 305/244 миллиметров. Хорошо совместим с большинством типов корпусов. Достаточно объемная площадь снижает вероятность перегрева, поскольку места для остальных деталей больше и им не придется быть зажатыми в ограниченном по размеру корпусе, что положительно сказывается на потоке воздуха между ними. Позволяет установить две видеокарты;
Micro-ATX уступают в размерах оригиналу (244/244 миллиметра). У них меньше PCI гнезд. В основном пригодны только для работы, но бывают образцы, подходящие для игр, но их меньше, чем у предыдущего представителя;
Mini-ITX — одни из наиболее компактных материнок, имеющие габариты 170/170 миллиметров. Больше годятся, как рабочие и мультимедийные решения, потому что разъем для графической платы может отсутствовать, следовательно, довольствуемся интегрированным вариантом. Гнезд под модули ОЗУ — одна пара;
E-ATX — отличное решение геймерам. Присутствует возможность установки сразу нескольких графических ускорителей, а на определенные модели можно поставить даже пару ЦП. Средние размеры 305/272 миллиметров. Также данные модели могут стать хорошим вариантом для серверной машины;
Mini-STX — решение для мини-ПК, не подходят для игр, но зато вполне приемлемый вариант для учебы и работы. Гнезд, куда будет установлено графический ускоритель нет, а под ОЗУ только два гнезда. Средний размер 140/147 миллиметров.

Характеристики материнских плат

Как обычно, не забываем затронуть вопрос основных характеристик материнской платы. Итак, начнем:

Форм-фактор – как было уже сказано, этот параметр, включает в себя размер, места крепления материнки, а также разъемы для дополнительных устройств;
Тип сокета материнской платы – гнездо, куда устанавливается ЦП. Важный параметр, поскольку мы знаем, что конкретный вид процессоров требует определенный разъем;
Число слотов и поддерживаемый тип ОЗУ — первое указывает на возможности увеличения объема оперативной памяти, второе — на скорость ее работы;
Частота системной шины — напрямую влияет на производительность компьютера. Чем больше — тем выше будет производительность ПК. Естественно, это не единственный фактор, влияющий на скорость работы компьютера, однако необходимо подбирать компоненты так, чтобы частота системной шины не была меньше, чем у других элементов;
Чипсет — один из главнейших пунктов при выборе материнской платы. По-большому счету, именно от него зависит тип процессора, который можно будет использовать, памяти, поддержка различной периферии и т.д;
Количество слотов PCI и PCI Express — от этого будет зависеть количество и возможность подключения как видеокарт, так и других плат расширений используемых данный интерфейс;
Число гнезд SATA – позволит понять сколько HDD, SDD, и приводов оптических дисков возможно подключить;
Наличие и характеристики интегрированных: сетевой, графической и звуковой карт — позволит понять на что будет способен ваш ПК без покупки их дискретных аналогов;
Наличие и количество внешних разъемов — как для стационарного компьютера, так и для ноутбука важно наличие хотя бы 3 USB портов, выхода на наушники и входа для микрофона. Кроме того зачастую также необходим Ethernet порт, VGA (уже довольно старый), HDMI. Хотя здесь больше необходимо отталкиваться от собственных потребностей.

Выводы

Подводя итог, можно сказать, что на сегодняшний день материнская плата — сложное устройство, которое соединяет между собой все компоненты компьютера, управляет их работой, а также отвечает за количество дополнительно подключаемого оборудования. Эта плата определяет характеристики вашего ПК и устанавливает ограничения по его апгрейду.

Материнская или системная плата – это многослойная печатная плата, являющаяся основой ЭВМ, определяющая ее архитектуру, производительность и осуществляющая связь между всеми подключенными к ней элементами и координацию их работы.

1. Введение 2. Печатная плата 3. Чипсет 3.1. Основные функции северного моста 3.1.1. Интерфейсы связи с процессором 3.1.2. Интерфейсы связи с графическим адаптером 3.1.3. Интерфейсы связи с южным мостом 3.2. Основные функции Южного моста 3.2.1. Интерфейсы связи с платами расширения 3.2.2. Интерфейсы связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ 3.2.3. Интерфейсы шин связи южного моста с жесткими дисками 3.2.4. Интерфейсы связи с медленными компонентами материнской платы 4. BIOS (Basic Input-Output System) 5. Другие элементы материнской платы

1. Введение.

Материнская плата – это один из важнейших элементов ЭВМ, определяющий ее облик и обеспечивающий взаимодействие всех подключаемых к материнской плате устройств.

На материнской плате размещаются все основные элементы ЭВМ, такие как:

Набор системной логики или чипсет – основной компонент материнской платы, определяющий какой тип процессора, тип ОЗУ, тип системной шины можно использовать;

Слот для установки процессора. Определяет, какой именно тип процессоров можно подсоединить к материнской плате. В процессорах могут использоваться различные интерфейсы системной шины (например, FSB, DMI, QPI и т.д.), какие то процессоры могут иметь встроенную графическую систему или контроллер памяти, может отличаться количество "ножек" и так далее. Соответственно для каждого типа процессора необходимо использовать свой слот для установки. Зачастую производители процессоров и материнских плат злоупотребляют этим, гонясь за дополнительной выгодой, и создают новые процессоры не совместимые с существующими типами слотов, даже если этого можно было избежать. В результате приходится при обновлении компьютера менять не только процессор, но и материнскую плату со всеми вытекающими из этого последствиями.

- центральный процессор – основное устройство ЭВМ, выполняющее математические, логические операции и операции управления всеми остальными элементами ЭВМ;

Контроллер ОЗУ (оперативно запоминающее устройство). Раньше контроллер ОЗУ встраивали в чипсет, но сейчас большинство процессоров имеют встроенный контроллер ОЗУ, что позволяет увеличить общую производительность и разгрузить чипсет.

ОЗУ – набор микросхем для временного хранения данных. В современных материнских платах имеется возможность подключения одновременно нескольких микросхем ОЗУ, обычно четырех или более.

ППЗУ (БИОС), содержащие программное обеспечение, осуществляющее тестирование основных компонентов ЭВМ и настройку материнской платы. И память CMOS хранящая настройки работы BIOS. Часто устанавливают несколько микросхем памяти CMOS для возможности быстрого восстановления работоспособности ЭВМ в экстренном случае, например, неудачной попытки разгона;

Аккумулятор или батарейка, питающая память CMOS;

Контроллеры каналов ввода-вывода: USB, COM, LPT, ATA, SATA, SCSI, FireWire, Ethernet и др. Какие именно каналы ввода-вывода будут поддерживаться, определяется типом используемой материнской платы. В случае необходимости, дополнительные контроллеры ввода-вывода можно устанавливать в виде плат расширения;

Кварцевый генератор, вырабатывающий сигналы, по которым синхронизируется работа всех элементов ЭВМ;

Таймеры;

Контроллер прерываний. Сигналы прерываний от различных устройств поступают не напрямую в процессор, а в контроллер прерываний, который устанавливает сигнал прерывания с соответствующим приоритетом в активное состояние;

Разъемы для установки плат расширения: видеокарт, звуковой карты и т.д.;

Регуляторы напряжения, преобразующие исходное напряжение в требуемое для питания компонентов установленных на материнской плате;

Средства мониторинга, измеряющие скорость вращения вентиляторов, температуру основных элементов ЭВМ, питающее напряжение и т.д.;

Звуковая карта. Практически все материнские платы содержат встроенные звуковые карты, позволяющие получить приличное качество звука. При необходимости можно установить дополнительную дискретную звуковую карту, обеспечивающую лучшее звучание, но в большинстве случаев это не требуется;

Встроенный динамик. Главным образом используется для диагностики работоспособности системы. Так по длительности и последовательности звуковых сигналов при включении ЭВМ можно определить большинство неисправностей аппаратуры;

Шины – проводники для обмена сигналами между компонентами ЭВМ.

Раньше я вел очень активную жизнь: играл в теннис, футбол, занимался шахматами и стрельбой, участвовал в автогонках, соблазнял красивых девушек… Но все закончилось, когда сгорела материнская плата на компьютере!

Наверняка любой пользователь, даже самый безнадежный «чайник», когда-либо слышал это словосочетание – «материнская плата». И это неудивительно – ведь от качества и возможностей этого элемента компьютера во многом зависит надежность и эффективность работы ПК, а, следовательно, этот компьютерный термин пользуется большой популярностью.

Каждый компьютер – это сложное устройство, в котором расположено множество узлов и микросхем. Казалось бы, разместить их всех так, чтобы они друг другу не мешали и могли бы эффективно взаимодействовать – это непосильная задача для конструкторов. Но решение этой задачи было найдено – оказывается, достаточно разместить все самые важные микросхемы, в том числе, и процессор, на одной-единственной большой плате.

Итак, материнская плата компьютера (по-английски пишется, как motherboard, этот термин мы тоже будем употреблять в дальнейшем), также называемая системной платой – основное устройство персонального компьютера. Ее главное назначение – связывать и объединять в единое целое все узлы и компоненты компьютера. Многие узлы физически размещаются на motherboard, а другие связаны с ней при помощи кабелей.

Главные функции motherboard:

Размещение основных узлов и систем ПК
Интеграция основных узлов и систем ПК
Снабжение питанием основных узлов и систем ПК

Какие устройства размещаются на материнской плате:

Разъем для процессора
Чипсет
Слоты расширения
Разъемы памяти
Разъемы для подключения дисководов
Порты
Микросхема BIOS
Сетевая карта (опционально)
Видеокарта (опционально)
Звуковая карта (опционально)

Материнская плата крепится при помощи специальных винтов в корпусе компьютера. На практике замена системной платы означает, по сути, и обновление всего компьютера.

Следует учесть, что форм-фактор, то есть стандартизированный типоразмер motherboard привязан к форм-фактору системного блока, и материнская плата, имеющая определенный форм-фактор, вряд ли встанет в системный блок, предназначенный для другого форм-фактора.

Пожалуй, самая известная функция motherboard – это размещение слотов для плат расширения, выводы которых располагаются в тыльной части системного блока. Наверняка, далеко не все пользователи занимались заменой самой motherboard в корпусе компьютера, а также модернизацией процессора, но большинству, наверное, известен процесс замены или добавления плат расширения в слоты на материнской плате. Кстати, материнская плата называется материнской именно по отношению к дочерним платам, то есть платам, расположенным в слотах расширения.

Значительное число современных плат содержит многие встроенные элементы, которые раньше могли работать только через слоты расширения – это видеокарта, сетевая карта, звуковая карта, и.т.д. Обычно это устройства начального уровня, очень дешевые и предназначенные для нетребовательных пользователей. Однако эти устройства, как правило, очень незначительно увеличивают стоимость всей системы и заодно освобождают слоты расширения для чего-то более важного. К тому же, наличие этих устройств не мешает пользователю произвести модернизацию системы, например, заядлый геймер всегда может поставить вместо простенькой «видяхи» последнюю версию навороченного трехмерного акселератора. При этом устройство, установленное в слот расширения, всегда будет иметь приоритет перед встроенным.

Пару слов стоит сказать о технологии изготовления материнских плат. Материалом для материнских плат обычно служит стеклотекстолит, на который нанесены проводящие дорожки из металла. Таких слоев текстолита в плате может быть несколько. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, обычно зеленого цвета.

История системных плат

Идея единой платы для интеграции всех элементов завоевала себе место далеко не сразу. В первые годы существования ПК были широко распространены так называемые объединительные платы, то есть платы, на которых размещались не все функциональные блоки компьютера. Эти блоки размещались на разных платах, которые вставлялись в слоты расширения объединительной платы – это могли быть и чипсеты, контроллеры дисководов, портов и даже сам процессор. Но потом от подобной схемы пришлось отказаться (и первой пример этому подала фирма IBM) в связи с удешевлением интегрированных материнских плат современного типа, на которых размещались все компоненты, а также в связи с трудностями, которые возникали при модернизации компьютеров на объединительных платах.

В первых материнских платах современного типа, однако, процессор, как и память, были несъемными. Впоследствии появились разъемы для памяти и сокеты для процессоров. Это усовершенствование значительно упростило модернизацию компьютера.

Сначала среди системных плат был распространен форм-фактор AT, ведущий начало от материнских плат компьютеров архитектуры AT. Но платы подобного размера были очень большими, и поэтому чаще использовался форм-фактор Baby-AT.

Форм-факторы современных системных плат

На смену AT в середине 1990-х пришел форм-фактор ATX. В настоящее время форм-фактор AT и производные от него типы материнских плат практически не используются в современных ПК.

Преимущества, которые принес форм-фактор ATX по сравнению с AT:

Более удобные габариты, увеличение свободного места в корпусе.
Сократилось расстояние между платой и дисководами, что позволило уменьшить длину кабелей.
Сокет процессора расположен ближе к вентилятору системного блока, что позволяет улучшить охлаждение процессора.
Возможность управления питанием компьютера.
Питание процессора от системного блока без преобразователя напряжения.
Размещение портов на самой материнской плате.
Более удобное размещение разъемов для плат расширения.
Наличие единого контакта для кабеля питания

Форм-фактор ATX и производные от него форм-факторы mATX (micro ATX), mini-ATX и серверный форм-фактор EATX (Extended ATX) и сейчас являются наиболее распространенными в большинстве компьютеров.

Существует также более новый форм-фактор motherboard BTX, разработанный в 2003 г, однако низвергнуть ATX с пьедестала он так до сих пор и не смог.

Сравнительные габариты плат некоторых форматов (ДхШ, мм):

AT – 351 × 305
Baby AT – 330 x 216
EATX – 330 × 305
ATX – 305 × 244
miniATX – 284 × 208
mATX – 244 × 244
BTX – 325 x 267

Настройка системной платы

Как правило, для современной motherboard доступны не только такие функции, как апгрейд отдельных элементов, например, процессора, памяти и плат расширения, но и настройка основных параметров работы системной платы и процессора, таких, как частота работы системной шины и процессора, коэффициент умножения частоты, и.т.д.

Следует помнить, что настройка параметров motherboard – это очень деликатное дело и если вы не знаете всех тонкостей операции, которую вы собираетесь произвести, то имейте в виду, что неправильная настройка может обернуться неработоспособностью всей системы или ее отдельных элементов.

Настройка материнской платы обычно осуществляется через интерфейс программы BIOS Setup. Также настройка многих параметров может осуществляться и через специальные программы в Windows.

Заключение

В этой статье вы познакомились с понятием материнской (системной) платы, узнали, для каких целей она предназначена, какие компоненты на ней размещаются, как осуществляется настройка основных параметров motherboard, что такое форм-фактор системной платы, познакомились с историей развития системных плат в персональных компьютерах, а также с различными типами материнских плат.

Системная плата (System board) - второй по важности компонент в . Кроме термина «системная плата», используется название «материнская плата» (Motherboard) . Основное назначение системной платы - соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название «контроллер», но даже в этом случае его назначение- выполнение вспомогательных функций.

Конструктивно системная плата ПК выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы.Количество слоев может достигать 12, но чаще всего используют 8 (если не считать краски и лака). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги (может использоваться метод осаждения или напыления), которые соединяют контактные выводы микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой. Ниже показан разрез системной платы производства компании Gigabyte, которая предложила увеличить толщину медных слоев для питания и заземления до 70 мкм.

Как правило, толщина проводников в два раза меньше, поэтому увеличение толщины медных шин улучшает охлаждение элементов системной платы, но при этом возникает масса технологических сложностей. Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ- устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль.

Между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет (chipset)- набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое - вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях. Поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только буферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть даже в идеале и в один такт системной шины. Для современных компьютерных систем подобная задержка- это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл . При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы. Существуют и другие варианты построения системных плат, которые зависят от архитектуры процессора. Например, в последнее время становится популярным перенос интерфейса (для PCI-E) с чипсета на цепи, расположенные на кристалле процессора, что ускоряет работу графической подсистемы. В частности, допустимо все контролеры внешних устройств смонтировать на кристалле процессора, заметим, что подобная схема применяется еще со времен процессоров Intel 80186, но в настольных компьютерах не прижилась.

Форм-фактор АТХ

Как это ни странно, самое постоянное у персональных компьютеров PC - это форм-фактор (габаритные размеры и расположение элементов), который как бы роднит между собой новые и старые модели. Благодаря тому, что все разработчики системных плат и периферии придерживаются единых правил крепления плат и расположения узлов в корпусе, пользователи могут самостоятельно модернизировать свой компьютер, устанавливая нужные периферийные устройства, меняя старый процессор на новый и т. д. Существуют два основных стандарта на системные платы - AT и АТХ. Первый - форм-фактор AT- это плата для компьютера с морально устаревшим процессором. Второй - форм-фактор АТХ- это стандарт, в соответствии с которым разрабатываются новые компьютеры. Разница между двумя этими стандартами в расположении процессора и разъемов интерфейсов, что влечет необходимость использования различных корпусов. А вот все остальное - крепление системной платы к корпусу, расположение слотов и пр. - так или иначе совпадает. В качестве переходного варианта между AT и АТХ, например, выпускались системные платы, которые можно было устанавливать как в корпус с блоком питания AT, так и в корпус АТХ.

Ниже приведено расположение главных элементов персонального компьютера согласно спецификации АТХ, включая версию 2.2. В частности, одно из основных отличий данной версии спецификации АТХ заключается в том, что выведен за контур системной платы, что оказалось необходимым из-за огромных размеров охлаждающей системы современного процессора. Обратите внимание, что в предыдущих версиях спецификации допускалась установка блока питания над процессором, но это приводило к огромным проблемам с охлаждением процессора.

Несколько сложнее обстоит дело с малогабаритными и фирменными компьютерами, в которых используются системные платы, габариты которых отличаются от стандартных (используются другие форм-факторы, которые разработаны на основе форм-фактора АТХ). Для уменьшения размеров используются различные приемы, например, уменьшение числа слотов для периферийных устройств, применение различных переходников, чтобы иметь возможность расположить периферийные платы не вертикально, а горизонтально, параллельно плоскости системной платы. Для таких системных плат и корпусов всегда существует проблема модернизации, часто приводящая к тому, что проще купить новый компьютер, нежели заниматься поисками подходящих элементов к старому. Ниже приведены максимальные габариты системных плат персональных компьютеров, которые наиболее распространены в России.

Форм-фактор ВТХ

Корпорация Intel опубликовала в 2004 г. спецификацию ВТХ (Balanced Technology Extended), которая является развитием стандарта АТХ для новых высокопроизводительных процессоров. Основное назначение спецификации - это улучшение охлаждения и увеличение механической прочности системной платы; как это определяет спецификация ВТХ. Кроме того, спецификация стандартизирует способы подключения к системной плате интерфейсов ввода/выврда, конструкцию корпуса. Так как появление компьютеров, выполненных по спецификации ВТХ, подразумевает разработку и выпуск новых системных плат, то и спустя пять лет до сколь-нибудь существенного промышленного выпуска дело пока не дошло. Тут можно отметить, что переделка материнской платы ПК - это большой труд разработчиков и инженеров, плюс огромный объем по тестированию изделия, исправлению ошибок и проблем. Правда, сегодня, когда разработчики процессоров наконец-то озаботились проблемой уменьшения тепловыделения, внедрение форм-фактора ВТХ оказалось не столь актуально, как это было необходимо для последних версий процессоров Intel Pentium 4 Prescott и для ряда четырехъядерных процессоров Intel и AMD.

Сокеты

Затри десятилетия выпущено множество самых разнообразных процессоров, предназначенных для использования в персональных компьютерах PC. Некоторые типы процессоров оказывались настолько удачными, что выпускались для самых разнообразных применений, например, для установки в ноутбуки и промышленные устройства. При изменении типа процессора или его назначения кремниевый кристалл с миллионами транзисторов монтировался в новый корпус, имеющий другие габариты и способы крепления к системной плате. К сожалению, магистральный путь современной микроэлектроники идет в направлении увеличения числа контактов, которыми снабжается корпус процессора. Естественно, при изменении количества контактов изменяется и конструкция разъема для процессора, который устанавливается на системной плате. Если родоначальник нынешних процессоров имел всего 16 контактов и устанавливался в очень простой разъем - «кроватку», то модели современных процессоров преодолели рубеж в тысячу контактов. Разъем для установки современных процессоров носит название сокет (socket). Его еще называют разъемом для установки микросхем с нулевым усилием (ZIF- Zero Insertion Force), а цифры в маркировке, начиная с модели Socket 370, говорят о числе контактов. В недавнем прошлом наиболее популярным разъемом для установки процессоров был Socket 7, предназначенный для процессоров Pentium, и Socket 370, в который устанавливались процессоры Pentium III. Можно отметить, что в Socket 7 было допустимо устанавливать как процессоры корпорации Intel, так и процессоры корпорации AMD. Некоторое время выпускались процессоры, монтируемые на печатных платах, которые были предназначены для установки в специальные слоты, напоминающие слоты для модулей памяти. Для процессоров корпорации Intel такой разъем назывался Slot 1, а для AMD - Slot А. Самые ранние модели процессоров Pentium 4 были предназначены для установки в Socket 423. В дальнейшем для процессоров Pentium 4 стал использоваться Socket 478 (mPGA478),

Процессоры Intel Core 2 и последние версии Pentium 4 выпускаются с плоскими выводами («безножковые») и устанавливаются в разъем Socket LGA 775.

В новых процессорах Intel Core i7, выпущенных в конце 2008 г., используется такая же конструкция выводов процессора и сокета, только число контактов значительно увеличено, а название сокета LGA 1366. В 2009 г. был предложен сокет LGA 1156 для процессоров Intel Core i5

Процессоры Athlon устанавливают в Socket 462, он же Socket А. Для процессоров Opteron и Athlon 64 разработан Socket 940 (и его модернизация Socket 939), а первые процессоры Athlon 64 выпускались для Socket 754 (выпуск процессоров под этот сокет продолжается до сих пор). сокет 940 и АМ2, для уточнения сокета, смонтированного на системной плате, лучше смотреть на надпись на пластмассовом корпусе сокета.

Рейтинг: / 4
Подробности Просмотров: 2719

Персональный компьютер: системная плата

Компьютер - это универсальная техническая система, способная четко выполнять последовательность операций определенной программы. Персональным компьютером (ПК) может пользоваться один человек без помощи обслуживающего персонала. Взаимодействие с пользователем происходит через много сред, от алфавитно-цифрового или графического диалога с помощью дисплея, клавиатуры и мышки до устройств виртуальной реальности.

Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной:

системный блок;
монитор;
клавиатура;
мышка.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте (laptop или notebook выполнение). В этом случае, системный блок, монитор и клавиатура размещены в одном корпусе: системный блок находится под клавиатурой, а монитор встроен в крышку.

Системный блок - основная составляющая ПК, в середине которой находятся важнейшие компоненты. Устройства, находящиеся в середине системного блока называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.

По внешнему виду, системные блоки отличаются формой корпуса, который может быть горизонтального (desktop) или вертикального (tower) выполнение. Корпусы вертикального выполнения могут иметь разные размеры: полноразмерный (BigTower), среднеразмерный (MidiTower), малоразмерный (MiniTower). Корпусы горизонтального выполнения бывают двух форматов: узкий (Full-AT) и очень узкий (Baby-AT). Корпусы персональных компьютеров имеют разные конструкторские особенности и дополнительные элементы (элементы блокировки несанкционированного доступа, средства контроля внутренней температуры, шторки от пыли).

Корпусы поставляются вместе с блоком питания, мощность которого является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность 200-250 Вт.

Основные узлы системного блока:

электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).

Основной платой ПК является материнская плата (MotherBoard). На ней расположены:

процессор - основная микросхема, выполняющая математические и логические операции;
чипсет (микропроцессорный комплект) - набор микросхем, которые руководят работой внутренних устройств ПК и определяют основные функциональные возможности материнской платы;
шины - набор проводников, по которым происходит обмен сигналами между внутренними устройствами компьютера;
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - набор микросхем, предназначенных для временного сохранения данных, пока включен компьютер;
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - микросхема, предназначенная для долговременного хранения данных, даже при отключенном компьютере;
разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).

Процессор

Процессор - это главная микросхема компьютера, его "мозг". Он разрешает выполнять программный код, находящийся в памяти и руководит работой всех устройств компьютера. Скорость его работы определяет быстродействие компьютера. Конструктивно, процессор - это кристалл кремния очень маленьких размеров. Процессор имеет специальные ячейки, которые называются регистрами. Именно в регистрах помещаются команды, которые выполняются процессором, а также данные, которыми оперируют команды. Работа процессора состоит в выборе из памяти в определенной последовательности команд и данных и их выполнении. На этом и базируется выполнение программ.

В ПК обязательно должен присутствовать центральный процессор (Central Rpocessing Unit - CPU), который выполняет все основные операции. Часто ПК оснащен дополнительными сопроцесорами, ориентированными на эффективное выполнение специфических функций, такие как, математический сопроцесор для обработки числовых данных в формате с плавающей точкой, графический сопроцесор для обработки графических изображений, сопроцесор ввода/вывода для выполнения операции взаимодействия с периферийными устройствами.

Основными параметрами процессоров являются:

тактовая частота,
разрядность,
рабочее напряжение,
коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты,
размер кеш памяти.

Тактовая частота определяет количество элементарных операций (тактов), выполняемые процессором за единицу времени. Тактовая частота современных процессоров измеряется в МГц (1 Гц соответствует выполнению одной операции за одну секунду, 1 МГц=106 Гц). Чем больше тактовая частота, тем больше команд может выполнить процессор, и тем больше его производительность. Первые процессоры, которые использовались в ПК работали на частоте 4,77 МГц, сегодня рабочие частоты современных процессоров достигают отметки в 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц).

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один такт. Разрядность процессора определяется разрядностью командной шины, то есть количеством проводников в шине, по которой передаются команды. Современные процессоры семейства Intel являются 32-разрядными.

Рабочее напряжение процессора обеспечивается материнской платой, поэтому разным маркам процессоров отвечают разные материнские платы. Рабочее напряжение процессоров не превышает 3 В. Снижение рабочего напряжения разрешает уменьшить размеры процессоров, а также уменьшить тепловыделение в процессоре, что разрешает увеличить его производительность без угрозы перегрева.

Коэффициент внутреннего умножения тактовой частоты - это коэффициент, на который следует умножить тактовую частоту материнской платы, для достижения частоты процессора. Тактовые сигналы процессор получает от материнской платы, которая из чисто физических причин не может работать на таких высоких частотах, как процессор. На сегодня тактовая частота материнских плат составляет 100-133 Мгц. Для получения более высоких частот в процессоре происходит внутреннее умножение на коэффициент 4, 4.5, 5 и больше.

Кэш-память. Обмен данными внутри процессора происходит намного быстрее, чем обмен данными между процессором и оперативной памятью. Поэтому, для того чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают так называемую сверхоперативную или кэш-память. Когда процессору нужны данные, он сначала обращается к кэш-памяти, и только тогда, когда там отсутствуют нужные данные, происходит обращение к оперативной памяти. Чем больше размер кэш-памяти, тем большая вероятность, что необходимые данные находятся там. Поэтому высокопроизводительные процессоры имеют повышенные объемы кэш-памяти.

Различают кэш-память первого уровня (выполняется на одном кристалле с процессором и имеет объем порядка несколько десятков Кбайт), второго уровня (выполняется на отдельном кристалле, но в границах процессора, с объемом в сто и более Кбайт) и третьего уровня (выполняется на отдельных быстродействующих микросхемах с расположением на материнской плате и имеет объем один и больше Мбайт).

В процессе работы процессор обрабатывает данные, находящиеся в его регистрах, оперативной памяти и внешних портах процессора. Часть данных интерпретируется как собственно данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность разнообразных команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает систему команд процессора. Чем больше набор команд процессора, тем сложнее его архитектура, тем длиннее запись команд в байтах и тем дольше средняя продолжительность выполнения команд.

Процессоры Intel, используемые в IBM-совместных ПК, насчитывают более тысячи команд и относятся к процессорам с расширенной системой команд - CISC-процессоров (CISC - Complex Instruction Set Computing). В противоположность CISC-процессорам разработаны процессоры архитектуры RISC с сокращенной системой команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). При такой архитектуре количество команд намного меньше, и каждая команда выполняется быстрее. Таким образом, программы, состоящие из простых команд выполняются намного быстрее на RISC-процессорах. Обратная сторона сокращенной системы команд состоит в том, что сложные операции приходится эмулировать далеко не всегда эффективной последовательностью более простых команд. Поэтому CISC-процессоры используются в универсальных компьютерных системах, а RISC-процессоры - в специализированных. Для ПК платформы IBM PC доминирующими являются CISC-процессоры фирмы Intel, хотя в последнее время компания AMD изготовляет процессоры семейства AMD-K6, которые имеют гибридную архитектуру (внутреннее ядро этих процессоров выполненное по RISC-архитектуре, а внешняя структура - по архитектуре CISC).

В компьютерах IBM PC используют процессоры, разработанные фирмой Intel, или совместимые с ними процессоры других фирм, относящиеся к семейству x86. Родоначальником этого семейства был 16-разрядный процессор Intel 8086. В дальнейшем выпускались процессоры Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 с модификациями, разные модели Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Новейшей моделью фирмы Intel является процессор Pentium IV. Среди других фирм-производителей процессоров следует отметить AMD с моделями AMD-K6, Athlon, Duron и Cyrix.

Шины

С другими устройствами, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан группами проводников, которые называются шинами. Основных шин три:

шина данных,
адресная шина,
командная шина.

Адресная шина. Данные, которые передаются по этой шине трактуются как адреса ячеек оперативной памяти. Именно из этой шины процессор считывает адреса команд, которые необходимо выполнить, а также данные, с которыми оперируют команды. В современных процессорах адресная шина 32-разрядная, то есть она состоит из 32 параллельных проводников.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и наоборот. В ПК на базе процессоров Intel Pentium шина данных 64-разрядная. Это означает, что за один такт на обработку поступает сразу 8 байт данных.

Командная шина. По этой шине из оперативной памяти поступают команды, выполняемые процессором. Команды представлены в виде байтов. Простые команды вкладываются в один байт, но есть и такие команды, для которых нужно два, три и больше байта. Большинство современных процессоров имеют 32-разрядную командную шину, хотя существуют 64-разрядные процессоры с командной шиной.

Шины на материнской плате используются не только для связи с процессором. Все другие внутренние устройства материнской платы, а также устройства, которые подключаются к ней, взаимодействуют между собой с помощью шин. От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность ПК в целом.

Основные шинные интерфейсы материнских плат:

ISA (Industry Standard Architecture). Разрешает связать между собой все устройства системного блока, а также обеспечивает простое подключение новых устройств через стандартные слоты. Пропускная способность составляет до 5,5 Мбайт/с. В современных компьютерах может использоваться лишь для подсоединения внешних устройств, которые не требуют большей пропускной способности (звуковые карты, модемы и т.д.).

EISA (Extended ISA). Расширение стандарта ISA. Пропускная способность возросла до 32 Мбайт/с. Как и стандарт ISA, этот стандарт исчерпал свои возможности и в будущем выпуск плат, которые поддерживают эти интерфейсы прекратится.

VLB (VESA Local Bus). Интерфейс локальной шины стандарта VESA. Локальная шина соединяет процессор с оперативной памятью в обход основной шины. Она работает на большей частоте, чем основная шина, и позволяет увеличить скорость передачи данных. Позже, в локальную шину "врезали" интерфейс для подключения видеоадаптера, который требует повышенной пропускной способности, что и привело к появлению стандарта VLB. Пропускная способность - до 130 Мбайт/с, рабочая тактовая частота - 50 МГц, но она зависит от количества устройств, подсоединенных к шине, что является главным недостатком интерфейса VLB.

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт подключения внешних устройств, введенный в ПК на базе процессора Pentium. По своей сути, это интерфейс локальной шины с разъемами для подсоединения внешних компонентов. Данный интерфейс поддерживает частоту шины до 66 МГц и обеспечивает быстродействие до 264 Мбайт/с независимо от количества подсоединенных устройств. Важным нововведением этого стандарта является поддержка механизма plug-and-play, суть которого состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит автоматическая конфигурация этого устройства.

FSB (Front Side Bus). Начиная с процессора Pentium Pro для связи с оперативной памятью используется специальная шина FSB. Эта шина работает на частоте 100-133 МГц и имеет пропускную способность до 800 Мбайт/с. Частота шины FSB является основным параметром, именно она указывается в спецификации материнской платы. За шиной PCI осталась лишь функция подключения новых внешних устройств.

AGP (Advanced Graphic Port). Специальный шинный интерфейс для подключения видеоадаптеров. Разработан в связи с тем, что параметры шины PCI не отвечают требованиям видеоадаптеров по быстродействию. Частота этой шины - 33 или 66 МГц, пропускная способность до 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Стандарт универсальной последовательной шины определяет новый способ взаимодействия компьютера с периферийным оборудованием. Он разрешает подключать до 256 разных устройств с последовательным интерфейсом, причем устройства могут подсоединяться цепочкой. Производительность шины USB относительно небольшая и составляет 1,55 Мбит/с. Среди преимуществ этого стандарта следует отметить возможность подключать и отключать устройства в "горячем режиме" (то есть без перезагрузки компьютера), а также возможность объединения нескольких компьютеров в простую сеть без использования специального аппаратного и программного обеспечения.

Внутренняя память

Под внутренней памятью понимают все виды запоминающих устройств, расположенные на материнской плате. К ним относятся оперативная память, постоянная память и энергонезависимая память.

Оперативная память RAM (Random Access Memory)

Память RAM - это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные. Она используется для оперативного обмена информацией (командами и данными) между процессором, внешней памятью и периферийными системами. Из нее процессор берет программы и данные для обработки, в нее записываются полученные результаты. Название "оперативная" происходит от того, что она работает очень быстро и процессору не нужно ждать при считывании данных из памяти или записи. Однако, данные сохраняются лишь временно при включенном компьютере, иначе они исчезают.

По физическому принципу действия различают динамическую память DRAM и статическую память SRAM.

Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать электрический заряд. Недостатки памяти DRAM: медленнее происходит запись и чтение данных, требует постоянной подзарядки. Преимущества: простота реализации и низкая стоимость.

Ячейки статической памяти можно представить как электронные микроэлементы - триггеры, состоящие из транзисторов. В триггере сохраняется не заряд, а состояние (включенный/выключенный). Преимущества памяти SRAM: значительно большее быстродействие. Недостатки: технологически более сложный процесс изготовления, и соответственно, большая стоимость.

Микросхемы динамической памяти используются как основная оперативная память, а микросхемы статической - для кэш-памяти.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, выраженный числом. В современных ПК на базе процессоров Intel Pentuim используется 32-разрядная адресация. Это означает, что всего независимых адресов есть 232, то есть возможное адресное пространство составляет 4,3 Гбайт. Однако, это еще не означает, что именно столько оперативной памяти может быть в системе. Предельный размер объема памяти определяется чипсетом материнской платы и обычно составляет несколько сотен мегабайт.

Оперативная память в компьютере размещена на стандартных панельках, которые называются модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате. Конструктивно модули памяти имеют два выполнения - однорядные (SIMM - модули) и двурядные (DIMM - модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять лишь парами (количество разъемов для их установления на материнской плате всегда четное). DIMM - модули можно устанавливать по одному. Комбинировать на одной плате разные модули нельзя.

Основные характеристики модулей оперативной памяти:

объем памяти,
время доступа.

SIMM - модули имеют объем 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM - модули - 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше. Измеряется в наносекундах. SIMM - модули - 50-70 нс, DIMM - модули - 7-10 нс.

Постоянная память ROM (Read Only Memory)

В момент включения компьютера в его оперативной памяти отсутствуют любые данные, поскольку оперативная память не может сохранять данные при отключенном компьютере. Но процессору необходимы команды, в том числе и сразу после включения. Поэтому процесор обращается по специальному стартовому адресу, который ему всегда известен, за своей первой командой. Этот адрес указывает на память, которую принято называть постоянной памятью ROM или постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Микросхема ПЗУ способна продолжительное время сохранять информацию, даже при отключенном компьютере. Говорят, что программы, которые находятся в ПЗУ, "зашиты" в ней - они записываются туда на этапе изготовления микросхемы. Комплект программ, находящийся в ПЗУ образовывает базовую систему ввода/вывода BIOS (Basic Input Output System).

Основное назначение этих программ состоит в том, чтобы проверить состав и трудоспособность системы и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жесткими и гибкими дисками.

Энергонезависимая память CMOS

Работа таких стандартных устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами BIOS, но такими средствами невозможно обеспечить роботу со всеми возможными устройствами (в связи с их огромным разнообразием и наличием большого количества разных параметров). Но для своей работы программы BIOS требуют всю информацию о текущей конфигурации системы. По очевидной причине эту информацию нельзя сохранять ни в оперативной памяти, ни в постоянной. Специально для этих целей на материнской плате есть микросхема энергонезависимой памяти, которая называется CMOS. От оперативной памяти она отличается тем, что ее содержимое не исчезает при отключении компьютера, а от постоянной памяти она отличается тем, что данные можно заносить туда и изменять самостоятельно, в соответствии с тем, какое оборудование входит в состав системы.

Микросхема памяти CMOS постоянно питается от небольшой батарейки, расположенной на материнской плате. В этой памяти сохраняются данные про гибкие и жесткие диски, процессоры и т.д. Тот факт, что компьютер четко отслеживает дату и время, также связанн с тем, что эта информация постоянно хранится (и обновляется) в памяти CMOS. Таким образом, программы BIOS считывают данные о составе компьютерной системы из микросхемы CMOS, после чего они могут осуществлять обращение к жесткому диску и другим устройствам.

Контрольные вопросы

Что такое материнская плата? Какие компоненты персонального компьютера на ней находятся?

В чем состоит выполнение программ центральным процессором?

Какие основные параметры процессора? Что характеризует тактовая частота и в каких единицах она измеряется?

Что такое кэш-память? Уровни кэш-памяти?

Для чего предназначенны шины? Какие есть типы шин?

Какие шинные интерфейсы материнской платы вы знаете?

Чем отличается оперативная память от постоянной памяти?

Что такое RISC-процессоры? В чем состоит их отличие от CISC-процессоров?

В какой памяти сохраняются программы BIOS?

Какая информация сохраняется в энергонезависимой памяти?

Какие вы знаете типы оперативной памяти? Какая между ними разница?