Системная (материнская) плата

Материнская плата (Motherboard, или MB) - важнейшая составная часть компьютера, которая обеспечивает связь между всеми устройствами компьютера, как внутренними, так и внешними. MB представляет собой лист стеклотекстолита с несколькими слоями печатных проводников (линий), соединяющих многоконтактные разъемы. Эту совокупность линий называют шиной (Bus). В разъёмы вставляются все устройства, размещенные на материнской плате.

Разъемы для микропроцессора на материнской плате носят названия или слот (Slot - разъем в виде щели) или сокит (Socket - разъём в виде прямоугольного гнезда). Например, разъем Slot 1, предназначенный для процессора Pentium II, представляет собой продольно расположенный разъем в виде щели с 242 контактами, а разъем Socket А для процессора Athlon представляет собой прямоугольную площадку с 462 контактами. Разъемы для винчестеров, клавиатуры и мыши называются портами.

На материнской плате обычно размещаются:

- микропроцессор;

- сверхоперативное запоминающее устройство, называемое также кэш-памятью;

- шины;

- набор управляющих микросхем, или чипсетов (chipset),

- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с системной BIOS (базовой системой ввода/вывода);

- оперативная память (ОЗУ);

У большинства персональных компьютеров системные платы содержат лишь основные функциональные узлы, а остальные элементы расположены на отдельных печатных платах, которые устанавливаются в разъемы расширения. Например, устройство формирования изображения на экране монитора — видеоадаптер пока чаще всего располагается на отдельной плате расширения — видеокарте. В слоты расширения вставляются модули оперативной памяти, также телевизионный тюнер и звуковая карта.

Одной из характеристик материнской платы является форм-фактор, который определяет ее габариты, места установки на ней различных компонентов, а также задает тип корпуса, в который материнская плата устанавливается. Сейчас наиболее распространены платы АТХ (304х244 мм), реже встречаются платы Микро АТХ (244х244 мм) и FlexАТХ (229х191 мм).

Для сверхнизких корпусов SLIM выпускаются платы с типоразмером LPX (229 330 мм) и MiniLPX (229х279 мм).

В настоящее время разработан новый стандарт - NLX. В нем системная плата разделена на 2 части. Одна часть установлена стационарно в корпусе компьютера. Она подключена непосредственно к блоку питания и содержит все необходимые слоты расширения, при этом ликвидируется хаос с кабелями.

Другая плата - процессорная включает процессор, постоянную память - BIOS и слоты для модулей оперативной памяти. Эта плата вставляется в специальный разъем, примыкающий к блоку питания. Кроме контактов питания разъем имеет информационную (системную) шину, соединяющую обе половины системной платы.

Форм-фактор NLX обеспечивает легкую установку системной платы по специальным направляющим, по которым она "въезжает" в системный блок. Этому не мешают кабели и шлейфы, так как разъемы плат расширения расположены на неподвижной части платы.

Внедрение стандарта NLX превращает компьютер в устройство, состоящее всего из двух элементов - материнской платы и корпуса со стандартными разъёмами для связи с внешними устройствами.

Микропроцессор. Микропроцессор - это интегральная микросхема, в составе которой находится центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех устройств машины и для выполнения всех арифметических и логических операций над информацией, то есть - это мозг компьютера. Не случайно тип компьютера определяется типом его процессора. Если говорят: "486 компьютер", то имеется в виду, что это компьютер с процессором типа Intell 486.

В 1982 году на базе шестнадцатиразрядного микропроцессора Intel 8086 корпорация IBM наладила производство персональных компьютеров IBM PC. В 1985 году был создан 32-разрядный процессор i386, содержавший 275 тысяч транзисторов и обеспечивавший 5 миллионов операций в секунду. В 1989 году появился процессор i486, который содержал 1,2 миллиона транзисторов и обладал быстродействием 20 миллионов операций в секунду.

В 1993 году был создан 32-разрядный процессор Pentium, который содержал уже 3,1 миллиона транзисторов и обладал быстродействием 90 миллионов операций в секунду. Процессоры Pentium III обеспечивают быстродействие 800 миллионов операций в секунду при тактовой частоте 800 МГц, а Pentium IV - до 1300 МГц.

Модели процессоров АТ 286, 386, 486, Pentium, Pentium Pro в настоящее время считаются морально устаревшими и сняты с производства.

При производстве процессоров каждая фирма стремится достичь минимальных размеров логических элементов на кристалле кремния. Это приводит к уменьшению рассеиваемой мощности и к увеличению рабочей частоты, на которой надежно функционируют элементы. Еще недавно нормальным размером элемента считался показатель 0,35 микрон, сейчас процессоры изготовляют размером 0,25 или 0,18 микрон, а фирмы Intel и AMD уже в промышленных условиях делают кристаллы микропроцессоров по 0,13-микронной технологии.

Основными электронными блоками микропроцессора являютсяустройство управления, арифметико-логическое устройство, микропроцессорная память и необходимая для его подключения интерфейсная система.

Устройство управления формирует и подает во все блоки ПК в нужные моменты времени определенные сигналы управления. Импульсы для управления в устройство поступают от генератора тактовых импульсов.

Арифметико-логическое устройств о предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

Микропроцессорная память или кэш-память служит для быстрого кратковременного хранения и выдачи информации между отдельными алгоритмами программы. Кэш-память недоступна для пользователя, отсюда и название - "кэш" (Cache- тайный запас).

Скорость работы процессора во многом зависит от инертности оперативной памяти, с которой он связан. Если данные из системной памяти поступают замедленно, то многие рабочие циклы процессора будут выполнены впустую.

Кэш-памятьявляется буфером между оперативной памятью и микропроцессором. В кэш-память загружаются с небольшим опережением данные, которые микропроцессор будет использовать в ближайшие такты своей работы. Наличие кэш-памяти повышает быстродействие процессора почти на 20 %.

Различают кэш-память 1-го и 2-го уровней. Кэш-память 1-го уровня встроена в микропроцессор. Кэш-память 2-го уровня более громоздкая - она строится из отдельных микросхем, которые устанавливают рядом с процессором.

Большинство современных процессоров развивают значительную тепловую мощность от 40 до 300 Вт, если её не отводить, то процессор перегреется и в его работе может произойти сбой. Для охлаждения процессоров используются кулеры (cooler - охладитель) - радиаторы и вентиляторы различных конструкций, которые собираются вместе с процессором, в одном конструктиве (картридже).

Основными техническими характеристиками микроопроцессора являются его разрядность, тактовая частота и производительность (быстродействие)

Разрядность процессора - важнейшая характеристика его мощности. Она указывает, сколько бит информации может обработать процессор за один тактовый импульс. Первые процессоры были 8-разрядные, затем появились 16- и 32-разрядные. Современные микропроцессоры имеют разрядность данных не менее 64 бит.

Тактовая частота. Частота генератора тактовых импульсов во многом определяет скорость работы компьютера, так как каждая операция в машине выполняется за определенное количество тактов.Тактовая частота для Pentium II составляет от 233 МГц до 450 МГц, для Pentium III - 450-1000 МГц, Pentium -IV - 1000-1300 МГци для Athlon от 500 до 1000 МГц.

Быстродействие зависит как от тактовой частоты процессора, так и от частотной характеристики системной шины, к которой он присоединен. Задержки, связанные с физическими свойствами запоминающих устройств, существенно снижают быстродействие процессоров.

Лидером в производстве микропроцессоров является фирма Intel. В старых компьютерах можно найти её процессоры 086 (8-разрядный), 286 (16-разрядный), 386 и 486 (32-разрядные), каждый из которых дал новое поколение ПК. Тактовая частота этих процессоров не превышала 66 МГц. Эти процессоры не пригодны для выполнения трехмерной графики и мультимедийных программ, поэтому не нашли применения в современных ПК.

Сейчас в компьютерах используются 64-разрядные процессоры фирмы Intel, запатентованные под названием Pentium, процессоры фирмы AMD под названием Athlon, Duron и процессоры фирмы VIA/Cyrix под названием C3A, C5X и др.

Первым процессором, пригодным по своим параметрам для комплектации мультимедийных компьютеров оказался Pentium-II, созданный фирмой Intel. Однако из-за высокой цены спрос на процессор Pentium-II был ограниченным. В 1998 году фирмой Intel была выпущена упрощенная версия процессора Pentium-II с тактовой частотой 375 МГц, которая получила название Celeron. Первые модели Celeron не имели кэш-памяти и серьезно отставали от Pentium-II в производительности. Однако вскоре появился Celeron с тактовой частотой 466 МГц, который превзошел параметры Pentium-II с частотой 450 МГц. Последние модели Celeron 533 и Celeron 533А работают на одном уровне по производительности даже с Pentium-III, уступая ему в цене в 5 раз.

C 1999 г. фирма Intel, добавив несколько десятков команд, предназначенных для повышения качества изображения в играх и для некоторого ускорения работы с Интернетом выпустила процессор Pentium-III. Производительность Pentium-III составляет около 500 МГц для 32-разрядных чисел.

К концу 2001 года фирма Intel приступила к производству нового микропроцессора Pentium-IV. Рабочая частота процессора Pentium-IV достигла частоты 1300 МГц. Этого будет достаточно, как для выполнения всего программного обеспечения, так и для высококачественного воспроизведения полнометражных DVD-фильмов.

Шины. Шина - это набор параллельных проводов (печатные линии на плате, кабель, шлейф, шнур, лента) для передачи сигналов в компьютере между различными устройствами. Шины служат для обеспечения внутримашинного интерфейса. Интерфейсом называется совокупность средств сопряжения устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. В литературных источниках вместо термина шина часто используется понятие - интерфейс. Говорят, например, не шина USB, а интерфейс USB. Конструктивно шина представляет собой два многоконтактных разъема, соединенных между собой проводами.

Шины по набору соединяемых устройств могут бытьсистемные и локальные.

Системные шины служат для передачи информации между центральным процессором и остальными компонентами компьютера в пределах материнской платы.

Локальные шины предназначены для связи процессора с контроллерами периферийных устройств (принтеров, сканеров). Локальные шины не связаны напрямую с шиной центрального процессора. Для этой цели используется специальный набор микросхем, который называется чипсет (chipset).

Чипсет обычно включает две базовые микросхемы, которые принято называть "North Bridge" (северный мост) для высокоскоростных устройств и "South Bridge" (южный мост) для остальных модулей.

Чипсет анализируют адресность и очередность каждой команды, а также обеспечивает независимость конкретного типа процессора от интерфейса новых устройств устанавливаемых в компьютер в случае его модернизации

Следует отметить, что быстродействие системной шины, из-за наличия чипсет и контроллеров, намного меньше, чем самого процессора. Если тактовые частоты современных процессоров достигают до 2500 МГц, то тактовые частоты шины процессора на системной плате имеют стандартные частоты от 50 до 133 Мгц. Шины для Pentium 4 имеют тактовую частоту 400 МГц.

К локальным шинам, расположенным на материнской плате относятся интерфейсы ISA и EISA, унаследованные от самых первых моделей IBM PC и более современные шины PCI, USB и AGP.

Для подсоединения периферийных устройств используются шины IDE, EIDE, SCSI (скази), USB. В ближайшей перспективе намечается внедрение более скоростных шин IEEE 1394 (вместо IDE, EIDE, SCSI) и IEEE 1284 - для подключения принтеров и сканеров, цифровых фотокамер и внешних запоминающих устройств. Аббревиатура IEEE означает, что интерфейс разработан Institute of Electrical and Electronical Engineers - ассоциацией инженеров по электротехнике и электронике.

Локальная шина ISA (фирма Industry Standart Architecture). Это основная 16 разрядная шина с тактовой частотой 8 МГц для материнских плат устаревших компьютеров. Пропускная способность шины ISA не превышает 5,5 Мбайт/с. Шина ISA служит для подключения к процессору низкоскоростных устройств (клавиатуры, мыши, модема, звуковой карты). В новых компьютерах этот интерфейс представлен 1-2 слотами для совместимости с устаревшими компонентами.

С появлением 32-разрядных высокоскоростных процессоров шина ISA стала существенным препятствием увеличения быстродействия ПК, поэтому спецификации PC99 не разрешает применение ISA.

Локальная шина PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних устройств). Эта быстродействующая шина называется процессорно-независимой, так как подключается к центральному процессору через одну из микросхем чипсета (северный мост). Чипсет обеспечивает её взаимодействие с любыми микропроцессорами, как со старыми: 486, Pentium, Pentium Pro, так и с новыми: Pentium 2, Celeron, Pentium 3-4 и др.

Шина PCI позволяет подключать до 10 устройств самой разной конфигурации. Разрядность шины PCI - 32 бита с возможностью расширения до 64 бит, реальная пропускная способность 132 Мбайт/с. Эти параметры позволяют подключать к микропроцессору высокоскоростные устройства (видео и звуковые платы).

Спецификация PC99 предполагает наличие в ПК только этой шины (не считая AGP). К контроллерам, установленным в разъемах шины PCI могут быть подключены все интерфейсы передачи данных (EIDE, SCSI, USB, FireWire и др.) от внешних устройств.

Локальная шина AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт). Этот интерфейс предназначен для подключения видеокарт к отдельной (не связанной с системной шиной) магистрали, имеющей выход на оперативную память. Пиковая пропускная способность шины до 1066 Мбайт/с. Этого больше, чем достаточно для передачи трехмерного изображения высочайшего качества в режиме реального времени, что недоступно для шины PCI. В настоящее время большинство 3D-ускорителей (D-dimension - измерение, ускоритель трехмерного изображения) выполняется на шине AGP.

Шина IDE (Integratide Drive Electronics - встроенная электроника накопителя) предназначена исключительно для обеспечения работы жестких дисков и других накопителей. Главные её достоинства - простота и невысокая стоимость. Недостатком является то, что шина IDE - 16-разрядная, а шина PCI, к которой она подключается 32-разрядная, поэтому шина IDE тормозит работу всей системы. В последних разработках - шина EIDE - (Enhanced IDE) достигнута скорость передачи информации 66,6 Мб/с, что позволяет подключать с её помощью винчестеры, приводы CD-ROM и другие накопители.

Шина SCSI (Small Computer System Interface - интерфейс малых компьютерных систем). В отличие от IDE этот интерфейс 32-разрядный, параллельный. К шине одновременно может быть подключено до восьми устройств. Физически интерфейс SCSI представляет собой плоский кабель с 25- или 50-контактными разъемами для подключения периферийных устройств.

Интерфейс SCSI стал одним из промышленных стандартов для подключения периферийных устройств - винчестеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и т. п.

Однако шины SCSI намного дороже шин IDE, поэтому пользуется ограниченным спросом, обычно, там, где предполагается профессиональная работа с 3D-графикой, большими массивами данных и видео.

Шина USB (Universal Serial Bus -последовательная универсальная шина). По спецификации РС97 шина USB является обязательным элементом современного ПК. Она должна постепенно заменить все ранее существовавшие интерфейсы для подключения периферийных устройств (параллельный и последовательный порты, разъемы PS/2 для мыши и клавиатуры, интерфейс SCSI).

Это новый интерфейс служит для подключения различных внешних устройств. Обмен данными по шине USB происходит в пакетном режиме при пиковой пропускной способности до 12 Мбит/с (в версии USB-2 - до 480 Мбит/с). К шине USB может быть подключено 4-5 внешних устройств, причем каждое устройство должно иметь 2-3 разъема USB для того, чтобы все устройства можно было соединить цепочкой. В качестве кабеля используется витая пара. Длина сегмента USB может достигать 12 метров.

С интерфейсом USB выпускаются модемы, клавиатуры, мыши, CD-ROM, джойстики, ленточные и дисковые накопители, сканеры и принтеры, цифровые камеры, мониторы (не для передачи сигнала, а для управления настройками монитора) и другие устройства.

В один из слотов системной шины вставляется плата портов ввода и вывода, соединяющая материнскую плату с портами - разъемами на задней стенке системного блока, которые используются для подключения низкоскоростных периферийных устройств. Порты могут быть:

· параллельные (LPT-1- LPT-4), имеющие 25 гнезд, служат для подключения принтеров и сканеров.

· последовательные (COM1-COM3), имеющие 9 или 25 штырьков, служат для подключения мыши, модемов и клавиатуры. К одному из COM-портов может быть подключен коннектор IrDA - разъем для инфракрасного приемника/передатчика. Инфракрасная связь позволяет соединять с компьютером без проводов на расстоянии до одного метра различные устройства, в том числе, клавиатуру и мышь.

· игровые на 15 гнезд - для подключения джойстиков.

Контроллеры(платы расширения) служат для согласования электрических параметров процессора с различными периферийными устройствами. С помощью контроллеров-модулей можно модернизировать компьютер, расширяя его возможности в соответствии со своими потребностями. Например, можно добавить в компьютер контроллеры: факс-модем, звуковую карту, плату приема телепередач (ТV-тюнер) и т.д.

Отдельные контроллерыинтегрированы с материнской платой и входят непосредственно в её состав (контроллеры для управления клавиатурой, дисководами, контроллер портов ввода-вывода). Другие контроллеры выполняются в виде отдельных электронных модулей, которые вставляются в разъемы (слоты) на материнской плате.

Память ПК. Память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя (системная) память реализована на микросхемах, размещенных на материнской плате. К ним относятся платы с постоянной и оперативной памятью, быстрой кэш-памятью и перепрограммируемой флэш-памятью. Кроме того, имеют свою собственную память, контроллеры всех периферийных устройств, установленные в слоты на материнской плате. Внешняя память находится на накопителях различной конструкции: дискетах, жестких дисках, компактных лазерных дисках и на магнитной ленте.

Постоянная память

Постоянная память - ПЗУ, постоянное запоминающее устройство, по-английски ROM (Read Only Memory, или память только для чтения). Данные, занесенные (зашитые) в постоянную память, не могут быть изменены, выполняемые на компьютере программы могут их только считывать. ПЗУ строится на основе модулей, устанавливаемых на материнской плате.

Постоянная память необходима для запуска компьютера, и для автоматического ввода и вывода необходимых программ с накопителей информации. Содержимое постоянной памяти называется BIOS (Basic Input-Output System, или базовая система ввода-вывода).

Дата добавления: 2015-09-02