Материнские платы

ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

 

Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«ПЕТРОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОКЛАД

 

 

по: _________________________________________________

(наименование дисциплины)

Тема:

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент  гр. № ____

 

_____________________________

(Ф.И.О.)

 

Проверил

Преподаватель ________________

          ( Ф. И. О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт – Петербург

20___ г.

Материнская плата - сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

Основные компоненты

Основные компоненты, устанавливаемые на материнской плате:

• Центральный процессор (ЦПУ).
• Набор системной логики (чипсет — англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».
• Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как HyperTransport и SCI.

 

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессоры в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

 

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

 

• Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

 

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

• Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.
• Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

 

Несомненно, незаслуженно малое внимание уделяется такой существенной проблем и можно сказать основополагающей составляющей основе компьютера, как материнская плата. По большей части это –следствие слабого понимания большинства потребителей того, что собой представляется эта весьма непростая деталь. Покупатель среднего класса обращает внимание на частоту процессора в первую очередь. На размер оперативной памяти и винчестера во вторую очередь. Мало кто заглядывает дальше этого, а интересующихся частотными и прочими характеристиками материнских плат совсем мало. А ведь если процессор –это мозг каждого компьютера, то и материнская плата тоже не менее важный функциональный компонент П.К.

 

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

• Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.
• Современные: ATX; microATX; FlexATX; NLX; WTX, CEB.
• Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов. Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например, Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы.

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock. В России материнские платы производит компания «Формоза» (использовались компоненты фирм Lucky Star и Albatron). На Украине — корпорация «Квазар-Микро»

 

На сегодняшний день широкому потребителю предлагается два основных типоразмера или, что-то же, форм-фактора материнских плат. Это AT и ATX. Определяя расположение компонентов и размер плат, спецификация не содержит принципиальных различий. Каждый уважающий себя производитель материнских плат сегодня просто выпускает по две модификации каждой платы - в обоих форм-факторах.

 

Из представленных прочих типоразмеров имеют некоторую распространенность платы LPX, которые обычно устанавливаются в корпуса с меньшей высотой или Slimline в основном это компьютеры brand-name. Еще один форм-фактор NLX пока существует только в виде стандарта, своего рода идеал будущего.

 

AT

 

У форм-фактора AT существуют две модификации – классический и Baby AT. Отличаясь размером все AT платы имеют общие черты. Почти все они несут на себе разъемы последовательных и параллельных портов, присоединяемых к одноименному корпусу через соединительные гребенки. Они так же имеют одно гнездо клавиатуры, впаянный на плату на одной стороне и гнездо под процессор, устанавливаемо на противоположенной стороне платы. Слоты SIMM и DIMM почти всегда находятся в верхней части материнской платы, хотя в принципе могут находиться где угодно. И конечно, отверстия для крепления платы к корпусу строго стандартизированы.

 

Полноразмерную плату AT можно встретить лишь на помойке либо у скупщиков компьютерного старья: достигая 12 дюймов в ширину такая плата рассчитана на полноразмерные корпуса Desktop, Tower и вряд ли поместьица в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы скорей всего помешает отсек для дисководов и жесткий диск, а так же блок питания. Кроме того, разряженное расположение компонентов платы может вызвать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому в компьютерах с процессором более поздним, чем 80386, материнские платы типоразмера AT уже не встречаются.

 

Появившийся в 1982 году типоразмер Baby AT на сегодня не только самый популярный среди AT плат, но и среди плат вообще. Во многом это определяется простой и налаженным производством корпусов, тех, что по привычке пластифицируют как Mini Tower основным вместилищем для Baby AT. Размер платы составляет 8.5 дюйма в ширину и 13 дюймов в длину, но в принципе некоторые производители могут уменьшить длину плата для экономии материала или по каким ни будь другим соображениям.

 

ATX

 

Предложенный фирмой Intel в 1995 году этот типоразмер постепенно занимает место под солнцем. До недавнего времени казалось даже, что вскоре он полностью вытеснит морально устаревший Baby AT (чем морально устарел Baby AT знает каждый, кто хотя бы раз менял винчестер или память), однако народный консерватизм и полной выхолащивание понятия upgrade сделали свое дело – AT живет и процветает. Большинство производителей, активно перешедшие на ATX при переходе на Pentium II дали задний ход и стали выпускать AT-аналоги.

 

Тем не менее, ATX действительно продвинута по сравнению с AT: меньше стало соединений в основном за счет интегрированных портов ввода/вывода, включая PS/2 для мыши, соединяемые узлы ближе, гнездо процессора перемещено к блоку питания, и теперь он не мешает установке полноразмерных плат в слоты расширения. В корпус ATX можно установить и Baby AT материнскую плату.

 

В одноименной спецификации конструкции ПК учтены новые требования к тепловому режиму, все порты ввода/вывода размещены на задней стенке корпуса, крепежи HHD и FDD  размещены рядом с соответствующими разъемами, введение интегрированных портов уменьшило кол-во кабелей внутри корпуса уменьшено. Вентилятор блока питания корпуса ATX засасывает воздух внутрь. Таким образом, пыль не попадает на материнскую плату, а воздух обдувает процессор.

 

NLX

 

Недремлющая корпорация Intel к началу 1997 года создала новый стандарт для производства компьютеров. Этот стандарт включающий и декларирование типоразмеров материнских плат, можно смело назвать революционным по мнениюIntel в выпускаемых компьютерах теперь не будет кабеля идущего от блока питания к материнской плате. Достичь этого планируется благодаря внедрению специальной промежуточной Riser-платы, на которой будут находится слоты расширения PCI и ISA а так же разъем для того что осталось от традиционной материнской плате, получившие название NLX Riser Connector. Таким образом, после установки материнская плата автоматически подключенной как к питанию, так и к шинам. Всего в системе предусмотрено по два разъема PCI и ISA. Кроме того, на ризер-карте располагаются разъемы контроллеров IDE и FDD так же предусмотрено место для  подключения сетевой карты, CD-Audio и универсальной шины USB. На материнской плате, которую теперь язык не поворачивается назвать maineboard, остались гнезда для CPU, слоты модулей памяти, чипсет, BIOS и кэш.

 

Что ж конструкция компьютера становится все более простой. Стандарт NLX практический превращает компьютер в устройство состоящие всего из двух элементов – материнской платы и корпуса со стандартными разъемами для связи с внешними устройствами. Но это повторяюсь пока что только планы.

 

Чипсет

 

Несмотря на великое разнообразие предлагаемых моделей, подавляющее большинство производителей разрабатывают исключительно ''обвязку'' для весьма узкого списка чипсетов. Под собственно чипсетом традиционно подразумевается набор микросхем логики аппаратной поддержки процессора, например, в составе чипсета Intel Triton входят две микросхемы: системный контролер и контроллер ввода/вывода.

 

В настоящее время большинством производителей материнских плат в качестве основного элемента используются микросхемы фирм Intel. Для процессора Pentium это 430-я серия, для Pentium II-440-я и т.д.

 

Чипсеты для Pentium

 

Как можно легко догадаться, первые (и вторые) наборы логики для Pentium

были произведены Intel.

 

Intel

 

Появившись в 1993 году, Pentium называл свою маму Mercury. Её чипсет предназначался для процессоров Pentium с напряжением питания 5B, устанавливаемых в разъем Socket 4 и имеющих тактовую частоту 60 или 66 MHz. Кстати говоря, это была единственная плата, у которой частота системной шины совпадала с частотой процессора.

Практически сразу была создана плата Neptune 82430NX для процессора P54C с напряжением питания 3,3 B и тактовой частотой 100-133 MHz, с мультипроцессорной поддержкой  для профессиональных компьютеров – серверов, графических станций.

 

Однако быстрое развитие семейства процессоров Pentium 1995 году потребовало выпуска нового набора логики для широкого рынка, - так появился один из самых удачных чипсетов в истории архитектуры х86 известный под маркой Intel 82430FX (Triton I). Это был наиболее значительный шаг Intel в создании чипсетов, и надолго время Triton I утвердился в качестве стандарта для компьютеров на основе процессора Pentium. В то время как другие производители пытались обеспечить совместимость шин VLB и PCL не получая при этом не получая при этом достаточного быстродействия, Intel полностью отказался от поддержки VLB, что во многом определило уход этого стандарта со сцены. На то время Triton I включал все новейшие достижения: поддержку память EDO, кэш-памяти второго уровня типа Pipelined Burst и синхронный SRAM, поддержку PCI версии 2.0 (30 или 33 MHz как половина частоты системной шины). Чипсет поддерживал четыре банка SIMM для оперативной памяти общим объемом до 128 Mb, хотя  кэшируемый объем составлял только 64 Mb. В то время этого объема было более чем достаточно, так как даже самые серьезные приложения требовали 8-16 Mb. В первоначальных версиях чипсета было много ошибок, но они были исправлены в последующих модификациях. Системные платы на наборе 82430FX были наиболее распространены в 1995-1996 годах, хотя и встречаются в продаже и поныне.