Устройство и назначение материнской платы

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.

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.

2. Печатная плата.

Основу материнской платы составляет печатная плата. На печатной плате располагаются сигнальные линии, часто называемые сигнальными дорожками, соединяющими между собой все элементы материнской платы. Если сигнальные дорожки расположены слишком близко друг к другу, то передаваемые по ним сигналы будут создавать помехи друг для друга. Чем длиннее дорожка и выше скорость передачи данных по ней, тем больше она создает помех для соседних дорожек и тем больше она уязвима для таких помех.

В результате, могут возникать сбои в работе даже сверхнадежных и дорогих компонентов ЭВМ. Поэтому основная задача при производстве печатной платы так разместить сигнальные дорожки, чтобы минимизировать действие помех на передаваемые сигналы. Для этого печатную плату делают многослойной, многократно увеличивая полезную площадь печатной платы и расстояние между дорожками.

Обычно современные материнские платы имеют шесть слоев: три сигнальных слоя, слой заземления и две пластины питания.

Однако количество слоев питания и сигнальных слоев может варьироваться, в зависимости от особенностей материнских плат.

Разметка и длина дорожек крайне важна для нормальной работы всех компонентов ЭВМ, поэтому при выборе материнской платы надо особое внимание уделять качеству печатной платы и разводке дорожек. Особенно это важно, если вы собираетесь использовать компоненты ЭВМ с нестандартными настройками и параметрами работы. Например, разгонять процессор или память.

На печатной плате располагаются все компоненты материнской платы и разъемы для подключения плат расширения и периферийных устройств. Ниже на рисунке изображена структурная схема расположения компонентов на печатной плате.

Рассмотрим более подробно все компоненты материнской платы и начнем с главного компонента – чипсета.

3. Чипсет.

Чипсет или набор системной логики – это основной набор микросхем материнской платы, обеспечивающий совместное функционирование центрального процессора, ОЗУ, видеокарты, контроллеров периферийных устройств и других компонентов, подключаемых к материнской плате. Именно он определяет основные параметры материнской платы: тип поддерживаемого процессора, объем, канальность и тип ОЗУ, частоту и тип системной шины и шины памяти, наборы контроллеров периферийных устройств и так далее.

Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух компонентов, представляющих собой отдельные чипсеты, связанные друг с другом высокоскоростной шиной.

Однако последнее время появилась тенденция объединения северного и южного моста в единый компонент, так как контроллер памяти все чаще встраивают непосредственно в процессор, тем самым разгружая северный мост, и появляются все более быстрые и быстрые каналы связи с периферийными устройствами и платами расширения. А также развивается технология производства интегральных схем, позволяющая делать их более миниатюрными, дешевыми и потребляющими меньше энергии.

Объединение северного и южного моста в один чипсет позволяет поднять производительность системы, за счет уменьшения времени взаимодействия с периферийными устройствами и внутренними компонентами, ранее подключаемыми к южному мосту, но значительно усложняет конструкцию чипсета, делает его более сложным для модернизации и несколько увеличивает стоимость материнской платы.

Но пока что большинство материнских плат делают на основе чипсета разделенного на два компонента. Называются эти компоненты Северный и Южный мост.

Названия Северный и Южный - исторические. Они означают расположение компонентов чипсета относительно шины PCI: Северный находится выше, а Южный - ниже. Почему мост? Это название дали чипсетам по выполняемым ими функциям: они служат для связи различных шин и интерфейсов.

Причины разделения чипсета на две части следующие:

1.Различия скоростных режимов работы.

Северный мост работает с самыми быстрыми и требующими большой пропускной способности шины компонентами. К числу таких компонентов относится видеокарта и память. Однако сегодня большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, а многие и встроенную графическую систему, хотя и сильно уступающую дискретным видеокартам, но все же часто применяемую в бюджетных персональных компьютерах, ноутбуках и нетбуках. Поэтому, с каждым годом нагрузки на северный мост снижаются, что уменьшает необходимость разделения чипсета на две части.

2. Более частое обновление стандартов периферии, чем основных частей ЭВМ.

Стандарты шин связи с памятью, видеокартой и процессором изменяются гораздо реже, чем стандарты связи с платами расширения и периферийными устройствами. Что позволяет, в случае изменения интерфейса связи с периферийными устройствами или разработки нового канала связи, не изменять весь чипсет, а заменить только южный мост. К тому же северный мост работает с более быстрыми устройствами и устроен сложнее, чем южный мост, так как от его работы во многом зависит общая производительность системы. Поэтому его изменение - дорогая и сложная работа. Но, несмотря на это, наблюдается тенденция объединения северного и южного моста в одну интегральную схему.

3.1. Основные функции Северного моста.

Северный мост, как следует из его названия, выполняет функции контроля и направления потока данных из 4-х шин:

1. Шины связи с процессором или системной шины.
2. Шины связи с памятью.
3. Шины связи с графическим адаптером.
4. Шины связи с южным мостом.

В соответствии с выполняемыми функциями и устроен северный мост. Он состоит из интерфейса системной шины, интерфейса шины связи с южным мостом, контроллера памяти, интерфейса шины связи с графической картой.

На данный момент большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, так что функцию контроллера памяти можно считать для северного моста устаревшей. И учитывая, что существует множество типов оперативной памяти, для описания памяти и технологии ее взаимодействия с процессором, выделим отдельную статью.

В бюджетных ЭВМ иногда в северный мост встраивают графическую систему. Однако на данный момент более распространенную практику имеет установка графической системы непосредственно в процессор, так что эту функцию северного моста тоже будем считать устаревшей.

Таким образом, основная задача чипсета - грамотно и быстро распределять все запросы от процессора, видеокарты и южного моста, расставлять приоритеты и создавать, если это необходимо, очередность. Причем он должен быть настолько сбалансирован, чтобы как можно сильнее сократить простои при попытке доступа компонентов ЭВМ к тем или иным ресурсам.

Рассмотрим более подробно существующие интерфейсы связи с процессором, графическим адаптером и южным мостом.

3.1.1. Интерфейсы связи с процессором.

На данный момент существуют следующие интерфейсы связи процессора с северным мостом: FSB, DMI, HyperTransport, QPI.

FSB (Front Site Bus) - системная шина, используемая для связи центрального процессора с северным мостом в 1990-х и 2000-х годах. FSB разработана компанией Intel и впервые использовалась в компьютерах на базе процессоров Pentium.

Частота работы шины FSB является одним из важнейших параметров работы ЭВМ и во многом определяет производительность всей системы. Обычно она - в несколько раз меньше частоты работы процессора.

Частоты, на которых работают центральный процессор и системная шина, имеют общую опорную частоту и в упрощенном виде рассчитываются, как Vп = Vo*k, где Vп – частота работы процессора, Vo-опорная частота, k – множитель. Обычно в современных системах опорная частота равняется частоте шины FSB.

Большинство материнских плат позволяют вручную увеличивать частоту системной шины или множитель, изменяя настройки в BIOS. В старых материнских платах подобные настройки изменялись с помощью перестановки перемычек. Увеличение частоты системной шины или множителя увеличивает производительность ЭВМ. Однако в большинстве современных процессоров средней ценовой категории множитель заблокирован, и единственный способ поднять производительность вычислительной системы – это увеличить частоту системной шины.

Частота системной шины FSB постепенно возрастала с 50 МГц, для процессоров класса Intel Pentium и AMD K5 в начале 1990-х годов, до 400 МГц, для процессоров класса Xeon и Core 2 в конце 2000-х. При этом пропусканная способность возрастала с 400 Мбит/с до 12800 Мбит/с.

Шина FSB использовалась в процессорах типа Атом, Celeron, Pentium, Core 2, и Xeon вплоть до 2008 года. На данный момент эта шина вытеснена системными шинами DMI, QPI и Hyper Transport.

HyperTransport – универсальная высокоскоростная шина типа точка-точка с низкой латентностью, используемая для связи процессора с северным мостом. Шина HyperTransport - двунаправленная, то есть для обмена в каждую сторону выделена своя линия связи. К тому же она работает по технологии DDR (Double Data Rate), передавая данные, как по фронту, так и по спаду тактового импульса.

Технология разработана консорциумом HyperTransport Technology во главе с компанией AMD. Стоит отметить, что стандарт HyperTransport - открытый, что позволяет использовать его в своих устройствах различным компаниям.

Первая версия HyperTransport была представлена в 2001 году, и позволяла производить обмен со скоростью 800 МТр/с (800 Мега Транзакций в секунду или 838860800 обменов в секунду) с максимальной пропускной способностью - 12.8 ГБайт/с. Но уже в 2004 году была выпущена новая модификация шины HyperTransport (v.2.0), обеспечивающая 1.4 ГТр/с с максимальной пропускной способностью - 22.4 ГБайт/с, что почти в 14 раз превышало возможности шины FSB.

18 августа 2008 года была выпущена модификация 3.1, работающая со скоростью 3.2 ГТр/с, с пропускной способностью - 51.6 Гбайт/с. На данный момент это - самая быстрая версия шины HyperTransport.

Технология HyperTransport - очень гибкая, и позволяет варьировать, как частоты шины, так и ее разрядность. Это позволяет использовать ее не только для связи процессора с северным мостом и ОЗУ, но и в медленных устройствах. При этом возможность уменьшения разрядности и частоты ведет к экономии энергии.

Минимальная тактовая частота шины – 200 МГц, при этом данных будут передоваться со скоростью - 400 МТр/с, из-за технологии DDR, а минимальная разрядность - 2 бита. При минимальных параметрах максимальная пропускная способность составит 100 Мбайт/с. Все следующие поддерживаемые частоты и разрядности - кратны минимальной тактовой частоте и разрядности вплоть до скорости - 3.2 ГТр/с, и разрядности - 32 бита, для ревизии HyperTransport v 3.1.

DMI (Direct Media Interface) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессора с чипсетом и для связи южного моста чипсета с северным. Разработана компанией Intel в 2004 году.

Для связи процессора с чипсетом обычно используется 4 канала DMI, обеспечивающих максимальную пропускную способность до 10 Гбайт/с, для ревизии DMI 1.0, и 20 Гбайт/с, для ревизии DMI 2.0, представленной в 2011 году. В бюджетных мобильных системах может использоваться шина с двумя каналами DMI, что в два раза снижает пропускную способность по сравнению с 4-х канальным вариантом.

Часто в процессоры, использующие связь с чипсетом по шине DMI, встраивают, наряду с контроллером памяти, контроллер шины PCI Express, обеспечивающий взаимодействие с видеокартой. В этом случае надобность в северном мосте отпадает, и чипсет выполняет только функции взаимодействия с платами расширения и периферийными устройствами. При такой архитектуре материнской платы не требуется высокоскоростного канала для взаимодействия с процессором, и пропускной способности шины DMI хватает с избытком.

QPI (QuickPath Interconnect) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессоров между собой и с чипсетом. Представлена компанией Intel в 2008 году и используется в HiEnd процессорах типа Xeon, Itanium и Core i7.

Шина QPI - двунаправленная, то есть для обмена в каждую сторону предусмотрен свой канал, каждый из которых состоит из 20 линий связи. Следовательно, каждый канал – 20-разрядный, из которых на полезную нагрузку приходится только 16 разрядов. Работает шина QPI со скоростью - 4.8 и 6.4 ГТр/с, при этом максимальная пропускная способность составляет 19,2 и 25,6 ГБайт/с соответственно.

Мы с вами кратко рассмотрели основные интерфейсы связи процессора с чипсетом. Далее рассмотрим интерфейсы связи Северного моста с графическим адаптером.

3.1.2. Интерфейсы связи с графическим адаптером.

Вначале для связи с графическим процессором использовали общую шину ICA, VLB, а затем PCI, но очень быстро пропускной способности этих шин перестало хватать для работы с графикой, тем более после распространения трехмерной графики, требующей огромных мощностей для расчета и высокой пропускной способности шины для передачи текстур и параметров изображения.

На замену общим шинам пришла специализированная шина AGP, оптимизированная для работы с графическим контроллером.

AGP (Accelerated Graphics Port) – специализированная 32-разрядная шина для работы с графическим адаптером, разработанная в 1997 году компанией Intel.

Шина AGP работала на тактовой частоте - 66 МГц, и поддерживала два режима работы: с памятью DMA (Direct Memory Access) и памятью DME (Direct in Memory Execute).

В режиме DMA основной памятью считалась память, встроенная в видеоадаптер, а в режиме DME – память видеокарты, которые вместе с основной памятью находились в едином адресном пространстве, и видеоадаптер мог обращаться, как к встроенной памяти, так и к основной памяти компьютера.

Наличие режима DME позволяло уменьшить объем встраиваемой в видеоадаптер памяти и тем самым уменьшить его стоимость. Режим работы с памятью DME получил название AGP-текстурирование.

Однако очень скоро пропускной способности шины AGP перестало хватать для работы в режиме DME, и производители стали увеличивать объемы встраиваемой памяти. Вскоре и увеличение встраиваемой памяти перестало помогать и пропускной способности шины AGP стало категорически нехватать.

Первая версия шины AGP – AGP 1x, работала на тактовой частоте – 66 МГц, и имела максимальную скорость передачи данных – 266 Мбайт/с, что было недостаточно для полноценной работы в режиме DME и не превышало скорость предшественницы – шины PCI (PCI 2.1 – 266 Мбайт/с). Поэтому практически сразу же шина была доработана и введен режим передачи данных по фронту и спаду тактового импульса, что при той же тактовой частоте в 66 МГц позволило получить пропускную способность в 533 Мбайт/с. Этот режим назывался AGP 2x.

Первая представленная на рынке ревизия AGP 1.0 поддерживала режимы работы AGP 1x и AGP 2x.

В 1998 году была представлена новая ревизия шины – AGP 2.0, поддерживающая режим работы AGP 4x, в котором за один такт передавалось уже 4 блока данных, в результате, пропускная способность достигла 1 ГБайт/с.

При этом опорная тактовая частота шины не изменилась и осталась равной 66 МГц, а для возможности передачи четырех блоков данных за один такт был введен дополнительный сигнал, запускающийся синхронно с опорной тактовой частотой, но с частотой – 133 МГц. Данные передавались по фронту и спаду тактового импульса дополнительного сигнала.

При этом питающее напряжение было снижено с 3.3 В до 1.5 В, в результате, видеокарты, выпущенные только для ревизии AGP 1.0, были несовместимы с видеокартами AGP 2.0 и следующих ревизий шины AGP.

В 2002 году вышла ревизия 3.0 шины AGP. Опорная частота шины по прежнему осталась неизменной, однако дополнительный тактовый импульс, запускающийся синхронно с опорной частотой, составлял уже 266 МГц. При этом за 1 такт опорной частоты передавалось уже 8 блоков, а максимальная скорость составила 2.1 Гбайт/с.

Но, несмотря на все улучшения шины AGP, видеоадаптеры развивались быстрее и требовали более производительной шины. Так на смену шине AGP пришла шина PCI express.

PCI express – последовательная двунаправленная шина типа точка-точка, разработанная в 2002 некоммерческой группой PCI-SIG, в состав которой входили такие кампании, как Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems и другие.

Основная задача, стоящая перед шиной PCI express, – это замена графической шины AGP и параллельной универсальной шины PCI.

Ревизия шины PCI express 1.0 работает на тактовой частоте 2.5 ГГц, при этом пропускная суммарная способность одного канала составляет 400 Мбайт/с, так как на каждые переданные 8 бит данных приходится 2 служебных бита и шина двунаправленная, то есть обмен в обе стороны идет одновременно. В шине обычно используется несколько каналов: 1, 2, 4, 8, 16 или 32, в зависимости от требуемой пропускной способности. Таким образом, шины на базе PCI express в общем случае представляют собой набор самостоятельных последовательных каналов передачи данных.

Так при использовании шины PCI express для связи с видеокартами обычно используется 16-ти канальная шина, а для связи с платами расширения – одноканальная шина.

Теоретическая максимальная суммарная пропускная способность 32-х канальной шины составляет 12.8 Гбайт/с. При этом, в отличие от шины PCI, делившей пропускную способность между всеми подключенными устройствами, шина PCI express построена по принципу топологии типа «звезда» и каждому подключаемому устройству в единоличное владение отдается вся пропускная способность шины.

В ревизии PCI express 2.0, представленной 15 января 2007 года, пропускная способность шины была увеличена в 2 раза. Для одного канала шины суммарная пропускная способность составила 800 Мбайт/с, а для 32-х канальной шины – 25.6 Гбайт/с.

В ревизии PCI express 3.0, представленной в ноябре 2010 года, пропускную способность шины еще в 2 раза увеличили, причем максимальное количество транзакций увеличилось с 5 до 8 млрд, а максимальная пропускная способность увеличилась в 2 раза, благодаря изменению принципа кодирования информации, при котором на каждые 129 бит данных приходится всего 2 служебных бита, что в 13 раз меньше, чем в ревизиях 1.0 и 2.0. Таким образом, для одного канала шины суммарная пропускная способность стала 1.6 Гбайт/с, а для 32-х канальной шины – 51.2 Гбайт/с.

Однако PCI express 3.0 только выходит на рынок и первые материнские платы с поддержкой этой шины начали появляться в конце 2011 года, а массовый выпуск устройств с поддержкой шины PCI express 3.0 запланирован на 2012 год.

Стоит отметить, что на данный момент пропускной способности PCI express 2.0 вполне хватает для нормального функционирования видеоадаптеров и переход на PCI express 3.0 не даст существенного прироста производительности в связке процессор – видеокарта. Но, как говорится, поживем – увидим.

В ближайшем будущем планируется выпуск ревизии PCI express 4.0, в котором скорость будет увеличена еще в 2 раза.

В последнее время наметилась тенденция встраивания интерфейса PCI express непосредственно в процессор. Обычно в таких процессорах также встроен контроллер памяти. В результате, надобность в северном мосте отпадает, и чепсет строят на основе одной интегральной схемы, основная задача которой – обеспечение взаимодействия с платами расширения и периферийными устройствами.

На этом закончим обзор интерфейсов связи северного моста с видео адаптером и перейдем к обзору интерфейсов связи северного моста с южным.

3.1.3. Интерфейсы связи с южным мостом.

Довольно долгое время для связи северного моста с южным использовалась шина PCI.

PCI (Peripheral component interconnect) – шина для подключения плат расширения к материнской плате, разработанная в 1992 году компанией Intel. Также долгое время использовалась для связи северного моста с южным. Однако по мере повышения производительности плат расширения ее пропускной способности стало не хватать. Она была вытеснена более производительными шинами вначале из задач связи северного и южного моста, а в последние годы и для связи с платами расширения стали использовать более быструю шину – PCI express.

Основные технические характеристики шины PCI, следующие:

Ревизия	1.0	2.0	2.1	2.2	2.3
Дата релиза	1992 г.	1993 г.	1995 г.	1998 г.	2002 г.
Разрядность	32	32	32/64	32/64	32/64
Частота	33 МГц	33 МГц	33/66 МГц	33/66 МГц	33/66 МГц
Пропускная способность	132 МБайт/с	132 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с
Сигнальное напряжение	5 В	5 В	5/3.3 В	5/3.3 В	5/3.3 В
Горячая замена	нет	нет	нет	есть	есть

Существуют и другие ревизии шин PCI, например, для использования в ноутбуках и других портативных устройствах, или переходные варианты между основными ревизиями, но так как на данный момент интерфейс PCI практически вытеснен более скоростными шинами, то не буду подробно описывать характеристики всех ревизий.

При использовании шины для связи северного и южного моста структурная схема материнской платы будет выглядеть следующим образом:

Как видно из рисунка, северный и южный мост подключались к шине PCI наравне с платами расширения. Припускная способность шины делилась между всеми подключенными к ней устройствами, а, следовательно, заявленная пиковая пропускная способность уменьшалась не только передаваемой служебной информацией, но и конкурирующими устройствами, подключенными к шине. В результате, со временем пропускной способности шины стало нахватать, и для связи между северным и южным мостом стали использовать такие шины, как: hub link, DMI, HyperTransport, а шина PCI еще ненадолго осталась в качестве связи с платами расширения.

Первой на замену PCI пришла шина hub link.

Шина hublink – 8-битная шина типа точка-точка, разработанная компанией Intel. Шина работает на частоте – 66 МГц, и передает 4 байта за такт, что позволяет получить максимальную пропускную способность – 266 Мбайт/сек.

Ввод шины hublink изменил архитектуру материнской платы и разгрузил шину PCI. Шина PCI стала использоваться только для связи с периферийными устройствами и платами расширения, а шина hublink использовалась только для связи с северным мостом.

Пропускная способность шины hublink была сравнима с пропускной способностью шины PCI, но из-за того, что ей не приходилось делить канал с другими устройствами, а шина PCI разгружалась, то пропускной способности было вполне достаточно. Но вычислительная техника не стоит на месте, и шина hublink на данный момент практически не используется, из-за недостаточного быстродействия. Она была вытеснена такими шинами, как DMI и HyperTransport.

Краткое описание шины DMI и HyperTransport приводилось в разделе , поэтому повторяться не буду.

Были и другие интерфейсы для связи северного моста с южным, но большинство из них уже безнадежно устарели или редко используются, поэтому мы не будем на них заострять внимание. На этом закончим обзор основных функций и устройства северного моста и перейдем к южному мосту.

3.2. Основные функции Южного моста.

Южный мост отвечает за организацию взаимодействия с медленными компонентами ЭВМ: платами расширения, периферийными устройствами, устройствами ввода-вывода, каналами межмашинного обмена и так далее.

То есть, Южный мост ретранслирует данные и запросы от подключенных к нему устройств в северный мост, который передает их в процессор или ОЗУ, и принимает от северного моста команды процессора и данные из ОЗУ, и ретранслирует их в подключенные к нему устройства.

В состав южного моста входят:

Контроллер шины связи с северным мостом (PCI, hublink, DMI, HyperTransport и т.д.);

Контроллер шины связи с платами расширения (PCI, PCIe и т.д.);

Контроллер линий связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ (USB, FireWire, Ethernet и т.д.);

Контроллер шины связи с жесткими дисками (ATA, SATA, SCSI и т.д.);

Контроллер шины связи с медленными устройствами (шины ISA, LPC, SPI и т.д.).

Рассмотрим более подробно интерфейсы связи, используемые южным мостом, и встроенные в него контроллеры периферийных устройств.

Интерфейсы связи северного моста с южным мы уже рассматривали. Поэтому сразу перейдем к интерфейсам связи с платами расширения.

3.2.1. Интерфейсы связи с платами расширения.

На данный момент основными интерфейсами для обмена с платами расширения являются PCI и PCIexpress. Однако интерфейс PCI активно вытесняется, и в ближайшие несколько лет практически уйдет историю, и будет использоваться только в некоторых специализированных ЭВМ.

Описание и краткие характеристики интерфейсов PCI и PCIexpress я уже приводил в этой статье, так что повторяться не буду. Перейдем сразу к рассмотрению интерфейсов связи с периферийными устройствами, устройствами ввода-вывода и другими ЭВМ.

3.2.2. Интерфейсы связи с периферийными устройствами, устройствами ввода - вывода и другими ЭВМ.

Существует большое разнообразие интерфейсов для связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ, наиболее распространенные из них встраиваются в материнскую плату, но также можно добавлять любой из интерфейсов с помощью плат расширения, подключаемых к материнской плате через шину PCI или PCIexpress.

Приведу краткое описание и характеристики наиболее популярных интерфейсов.

USB (Universal Serial Bus) – универсальный последовательный канал передачи данных для подключения к ЭВМ среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.

Шина строго ориентирована и состоит из контроллера канала и подключаемых к нему нескольких оконечных устройств. Обычно контроллеры канала USB встроены в южный мост материнской платы. В современных материнских платах могут размещаться до 12 контроллеров канала USB с двумя портами каждый.

Соединение между собой двух контроллеров канала или двух оконечных устройств невозможно, поэтому напрямую соединить два компьютера или два периферийных устройства между собой по USB-каналу нельзя.

Однако для связи двух контроллеров канала между собой можно использовать дополнительные устройства. Например, эмулятор Ethernet адаптера. Два компьютера подключаются к нему по USB каналу, и оба видят оконечное устройство. Ethernet адаптер ретранслирует данные, получаемые от одного компьютера к другому, эмулируя сетевой протокол Ethernet. Однако при этом необходимо устанавливать специфические драйвера эмулятора Ethernet адаптера на каждый подключаемый компьютер.

Интерфейс USB имеет встроенные линии питания, благодаря чему позволяет использовать устройства без собственного источника питания или одновременно с обменом данными подзаряжать аккумуляторы оконечных устройств, например телефонов.

Однако, если между контроллером канала и оконечным устройством используется размножитель (USB-hub), то он должен обладать дополнительным внешним питанием, чтобы обеспечить все подключаемые к нему устройства питанием, требуемым по стандарту интерфейса USB. Если использовать USB-hub без дополнительного источника питания, то, при подключении нескольких устройств без собственных источников питания, они, скорее всего, работать не будут.

USB поддерживает «горячее» подключение оконечных устройств. Это возможно, из-за более длинного заземляющего контакта, чем сигнальные контакты. Поэтому, при подключении оконечного устройства, вначале замыкаются контакты заземления, и разность потенциала компьютера и оконечного устройства выравнивается. Следовательно, дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к скачку напряжения.

На данный момент существует три основные ревизии интерфейса USB (1.0, 2.0 и 3.0). Причем они совместимы снизу-вверх, то есть устройства, предназначенные для ревизии 1.0, будут работать с интерфейсом ревизии 2.0, соответственно, устройства, предназначенные для USB 2.0, будут работать с USB 3.0, однако устройства для USB 3.0, скорее всего не будут работать с интерфейсом USB 2.0.

Рассмотрим основные характеристики интерфейса, в зависимости от ревизии.

USB 1.0 – первая версия интерфейса USB, выпущенная в ноябре 1995 года. В 1998 году ревизия была доработана, устранены ошибки и недочеты. Полученная ревизия USB 1.1 первой получила массовое распространение.

Технические характеристики ревизий 1.0 и 1.1 следующие:

Скорость передачи данных – до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Максимальная длина кабеля – 5 метров, для режима Low-Speed, и 3 метра, для режима Full-Speed;

USB 2.0 – ревизия, вышедшая в апреле 2000 года. Основное отличие от предыдущей версии – повышение максимальной скорости передачи данных до 480 Мбит/с. На практике, из-за больших задержек между запросом на передачу данных и началом передачи, скорости в 480 Мбит/с достичь не удается.

Технические характеристики ревизии 2.0 следующие:

Скорость передачи данных – до 480 Мбит/с (Hi-speed), до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или до 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Синхронная передача данных (по запросу);

Полудуплексный обмен (одновременно передача возможна только в одном направлении);

Максимальная длина кабеля – 5 метров;

Максимальное количество подключённых устройств к одному контроллеру (включая размножители) – 127;

Возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью, к одному контроллеру USB;

Напряжение питания для периферийных устройств – 5 В;

Максимальная сила тока – 500 мА;

Кабель состоит из четырех линий связи (две линии – для приема и передачи данных, и две линии – для питания периферийных устройств) и заземляющей оплетки.

USB 3.0 – ревизия, вышедшая в ноябре 2008 года. В новой ревизии на порядок была увеличена скорость, до 4800 Мбит/с, и почти в два раза – сила тока, до 900 мА. При этом сильно изменился внешний вид разъемов и кабелей, но совместимость снизу-вверх осталась. Т.е. устройства, работающие с USB 2.0, смогут подключаться к разъему 3.0, и будут работать.

Технические характеристики ревизии 3.0 следующие:

Скорость передачи данных – до 4800 Мбит/с (режим SuperSpeed), до 480 Мбит/с (режим Hi-speed), до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или до 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Двухшинная архитектура (шина Low-Speed/Full-Speed/High-Speed и отдельно шина SuperSpeed);

Асинхронная передача данных;

Дуплексный обмен в режиме SuperSpeed (одновременно возможна передача и прием данных) и симплексный в остальных режимах.

Максимальная длина кабеля – 3 метра;

Максимальное количество подключённых устройств к одному контроллеру (включая размножители) – 127;

Напряжение питания для периферийных устройств – 5 В;

Максимальная сила тока – 900 мА;

Улучшенная система управления питанием, позволяющая экономить энергию при бездействии оконечных устройств;

Кабель состоит из восьми линий связи. Четыре линии связи такие же, как и в USB 2.0. Дополнительные две линии связи – для приема данных, и две – для передачи в режиме SuperSpeed, и две –заземляющие оплетки: одна – для кабелей передачи данных в режиме Low-Speed/Full-Speed/High-Speed, и одна – для кабелей, используемых в режиме SuperSpeed.

IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) – стандарт последовательной высокоскоростной шины, принятый в 1995 году. Различные компании называют шины, разработанные по этому стандарту, по-разному. У Apple – FireWire, у Sony – i.LINK, у Yamaha – mLAN, у Texas Instruments – Lynx, у Creative – SB1394, и так далее. Из-за этого часто возникает путаница, но, несмотря на разные названия, это одна и та же шина, работающая по одному стандарту.

Эта шина предназначена для подключения высокоскоростных периферийных устройств, таких как внешние жесткие диски, цифровые видеокамеры, музыкальные синтезаторы и так далее.

Основные технические характеристики шины следующие:

Максимальная скорость передачи данных изменяется от 400 Мбит/с, у ревизии IEEE 1394, до 3.2 Гбит/с, у ревизии IEEE 1394b;

Максимальная длина связи между двумя устройствами изменяется от 4.5 метров, у ревизии IEEE 1394, до 100 метров, у ревизии IEEE 1394b и старше;

Максимальное количеств устройств, последовательно подключаемых к одному контроллеру, – 64, в том числе и IEEE-концентраторы. При этом все подключаемые устройства делят между собой пропускную способность шины. К каждому IEEE-концентратору можно подключить еще 16 устройств. Вместо подключения устройства можно подключить шинную перемычку, через которую можно будет подключить еще 63 устройства. Всего можно подключить до 1023 шинных перемычек, что позволит организовать сеть из 64 449 устройств. Больше устройств подключить нельзя, так как в стандарте IEEE 1394 каждое устройство имеет 16-разрядный адрес;

Возможность объединения в сеть нескольких компьютеров;

Горячее подключение и отключение устройств;

Возможность использования устройств, питающихся от шины и не имеющих собственного источника питания. При этом максимальная сила тока – до 1.5 Ампер, а напряжение – от 8 до 40 Вольт.

Ethernet – стандарт построения компьютерных сетей на базе технологии пакетной передачи данных, разработанный в 1973 году Робертом Метклафом из корпорации Xerox PARC.

Стандарт определяет виды электрических сигналов и правила проводных соединений, описывает форматы кадров и протоколы передачи данных.

Существуют десятки разных ревизий стандарта, но наиболее распространенными на сегодняшний день является группа стандартов: Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Fast Ethernet обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с. И дальность передачи данных в одном сегменте сети без повторителей – от 100 метров (группа стандартов 100BASE-T, использующая для передачи данных витую пару) до 10 километров (группа стандартов 100BASE-FX, использующая для передачи данных одномодовое оптоволокно).

Gigabit Ethernet обеспечивает передачу данных со скоростью до 1 Гбит/с. И дальность передачи данных в одном сегменте сети без повторителей – от 100 метров (группа стандартов 1000BASE-T, использующая для передачи данных четыре витых пары) до 100 километров (группа стандартов 1000BASE-LH, использующая для передачи данных одномодовое оптоволокно).

Для передачи больших объемов информации существуют стандарты десяти, сорока и ста гигабитного Ethernet, работающего на базе оптоволоконных линий связи. Но более подробно об этих стандартах и вообще о технологии Ethernet будет описано в отдельной статье, посвященной межмашинному взаимодействию.

Wi-Fi – беспроводная линия связи, созданная в 1991 году в Нидерландской компанией NCR Corporation/AT&T. WiFi основывается на стандарте IEEE 802.11. и используется, как для связи с периферийными устройствами, так и для организации локальных сетей.

Wi-Fi позволяет соединять два компьютера или компьютер и периферийное устройство напрямую по технологии точка-точка, либо организовывать сеть с использованием точки доступа, к которой одновременно могут подключаться несколько устройств.

Максимальная скорость передачи данных зависит от используемой ревизии стандарта IEEE 802.11, но на практике будет значительно ниже заявленных параметров, из-за накладных расходов, наличия препятствий на пути распространения сигнала, расстояния между источником сигнала и приемником и других факторов. На практике средняя пропускная способность в лучшем случае будет в 2-3 раза меньше заявленной максимальной пропускной способности.

В зависимости от ревизии стандарта пропускная способность Wi-Fi следующая:

Ревизия стандарта	Тактовая частота	Заявленная максимальная мощность	Средняя скорость передачи данных на практике	Дальность связи в помещении/открытой местности
802.11a	5 ГГц	54 Мбит/с	18.4 Мбит/с	35/120 м
802.11b	2.4 ГГц	11 Мбит/с	3.2 Мбит/с	38/140 м
802.11g	2.4 ГГц	54 Мбит/с	15.2 Мбит/с	38/140 м
802.11n	2.4 или 5 ГГц	600 Мбит/с	59.2 Мбит/с	70/250 м

Существует множество других интерфейсов для связи с периферийными устройствами и организации локальных сетей. Однако они редко встраиваются в материнскую плату и обычно используются в виде плат расширения. Поэтому эти интерфейсы, наравне с описанными выше, будем рассматривать в статье посвященной межмашинному взаимодействию, а сейчас перейдем к описанию интерфейсов связи южного моста с жесткими дисками.

3.2.3. Интерфейсы шин связи южного моста с жесткими дисками.

Первоначально для связи с жесткими дисками использовался интерфейс ATA, но позже он был вытеснен более удобными и современными интерфейсами SATA и SCSI. Приведем краткий обзор этих интерфейсов.

ATA (Advanced Technology Attachment) или PATA (Parallel ATA) – параллельный интерфейс связи, разработанный в 1986 году компанией Western Digital. В то время он назывался IDE (Integrated Drive Electronics), но позже был переименован в ATA, а с появлением в 2003 году интерфейса SATA, PATA был переименован в PATA.

Использование интерфейса PATA подразумевает, что контроллер жесткого диска располагается не на материнской плате или в виде платы расширения, а встроен в сам жесткий диск. На материнской плате, а именно в южном мосте, располагается только контроллер канала PATA.

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный шлейф. С введением режима PATA/66 появилась его 80-проводная версия. Максимальная длина шлейфа – 46 см. К одному шлейфу можно подключить и два устройства, при этом одно из них обязательно должно быть ведущим, а другое – ведомым.

Существует несколько ревизий интерфейса PATA, отличающиеся скоростью передачи данных, режимами работы и другими особенностями. Ниже приведены основные ревизии интерфейса PATA.

На практике пропускная способность шины гораздо ниже заявленной теоретической пропускной способности, из-за накладных расходов на организацию протокола обмена и других задержек. К тому же, если к шине подключено два жестких диска, то пропускная способность будет делиться между ними.

В 2003 году на замену интерфейса PATA пришел интерфейс SATA.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс связи южного моста с жесткими дисками, разработанный в 2003 году.

При использовании интерфейса SATA каждый накопитель подключается своим кабелем. Причем кабель значительно уже и удобнее кабеля, используемого в интерфейсе PATA, и имеет максимальную длину до 1 метра. Отдельным кабелем на жесткий диск подается питание.

И даже, несмотря на то, что общее количество кабелей увеличивается, по сравнению с интерфейсом PATA, так как каждый накопитель подключается двумя кабелями, свободного места внутри системного блока становится значительно больше. Это приводит к улучшению КПД системы охлаждения, упрощает доступ к различным элементам компьютера, да и выглядит изнутри системный блок более презентабельно.

На данный момент существует три основных ревизии интерфейса SATA. В таблице ниже приведены основные параметры ревизий.

Особняком от этих интерфейсов стоит интерфейс SCSI.

SCSI (Small Computer System Interface) – универсальная шина для подключения высокоскоростных устройств, таких как: жесткие диски, приводы DVD и Blue-Ray, сканеры, принтеры и так далее. Шина обладает высокой пропускной способностью, но сложно устроенная и дорогостоящая. Поэтому в основном применяется в серверах и промышленных вычислительных системах.

Первая ревизия интерфейса была представлена в 1986 году. На данный момент существует около 10 ревизий шины. В таблице ниже приведены основные параметры наиболее популярных ревизий.

Ревизия интерфейса	Разрядность	Частота передачи данных	Макс. пропускная способность	Длина кабеля (м)	Макс. кол-во устройств	Год выхода
SCSI-1	8 бит	5 МГц	40 МБит/с	6	8	1986
SCSI-2	8 бит	10 МГц	80 МБит/с	3	8	1989
SCSI-3	8 бит	20 МГц	160 МБит/с	3	8	1992
Ultra-2 SCSI	8 бит	40 МГц	320 МБит/с	12	8	1997
Ultra-3 SCSI	16 бит	80 МГц	1.25 ГБит/с	12	16	1999
Ultra-320 SCSI	16 бит	160 МГц	2.5 ГБит/с	12	16	2001
Ultra-640 SCSI	16 бит	320 МГц	5 ГБит/с	12	16	2003

Увеличение пропускной способности параллельного интерфейса сопряжено с рядом трудностей и, в первую очередь, это защита от электромагнитных помех. А каждая линия связи является источником электромагнитных помех. Чем больше линий связи будет в параллельной шине, тем больше они будут создавать помех друг для друга. Чем выше частота передачи данных, тем больше электромагнитных помех, и тем сильнее они оказывают влияние на передачу данных.

Кроме этой проблемы есть менее существенные, такие как:

• сложность и высокая цена производства параллельной шины;
• проблемы в синхронной передаче данных по всем линиям шины;
• сложность устройства и высокая цена контроллеров шины;
• сложность организации полнодуплексного устройства;
• сложность обеспечения каждого устройства своей шиной и т.д.

В результате, проще отказаться от параллельного интерфейса в пользу последовательного с большей тактовой частотой. При необходимости можно использовать несколько последовательных линий связи, располагающихся дальше друг от друга и защищенных экранирующей оплеткой. Так поступили при переходе от параллельной шины PCI к последовательной PCI express, от PATA к SATA. По тому же пути развития пошла и шина SCSI. Так в 2004 году появился интерфейс SAS.

SAS (Serial Attached SCSI) – последовательная шина типа точка-точка, заменившая параллельную шину SCSI. Для обмена по шине SAS используется командная модель SCSI, но пропускная способность увеличена до 6 Гбит/с (ревизия SAS 2, вышедшая в 2010 году).

В 2012 году планируется выпуск ревизии SAS 3, обладающей пропускной способностью – 12 Гбит/с, однако устройства, поддерживающие эту ревизию, в массовом порядке начнут появляться не раньше 2014 года.

Также не стоит забывать, что шина SCSI была общая, позволяющая подключать до 16 устройств, и все устройства делили между собой пропускную способность шины. А шина SAS использует топологию точка-точка. А, следовательно, каждое устройство подключается своей линией связи и получает всю пропускную способность шины.

Контроллер SCSI и SAS встраивается в материнскую плату редко, так как они достаточно дорогостоящие. Обычно они подключаются, как платы расширения к шине PCI или PCI express.

3.2.4. Интерфейсы связи с медленными компонентами материнской платы.

Для связи с медленными компонентами материнских плат, например, с пользовательским ПЗУ или контроллерами низкоскоростных интерфейсов, используются специализированные шины, такие как: ISA, MCA, LPS и другие.

Шина ISA (Industry Standard Architecture) – 16-разрядная шина, разработанная в 1981 году. ISA работала на тактовой частоте 8 МГц, и обладала пропускной способностью до 8 Мбайт/с. Шина давно устарела и на практике не используется.

Альтернативой шине ISA была шина MCA (Micro Channel Architecture), разработанная в 1987 году компанией Intel. Эта шина была 32-х разрядная с частотой передачи данных – 10 МГц, и пропускной способностью – до 40 Мбит/с. Поддерживала технологию Plug and Play. Однако закрытость шины и жесткая лицензионная политика компании IBM сделали ее непопулярной. На данный момент шина на практике не используется.

Настоящей заменой для ISA стала шина LPC (Low Pin Count), разработанная компанией Intel в 1998 году и используемая по сей день. Работает шина на тактовой частоте – 33,3 МГц, что обеспечивает пропускную способность в 16,67 МБит/с.

Пропускная способность шины совсем небольшая, но для связи с медленными компонентами материнской платы вполне достаточная. С помощью этой шины к южному мосту подключается многофункциональный контроллер (Super I/O), в состав которого входят контроллеры медленных интерфейсов связи и периферийных устройств:

• параллельного интерфейса;
• последовательного интерфейса;
• инфракрасного порта;
• интерфейса PS/2;
• накопителя на гибком магнитном диске и других устройств.

Также Шина LPC обеспечивает доступ к BIOS’у, о котором мы поговорим в следующей части нашей статьи.

4. BIOS (Basic Input-Output System).

BIOS (Basic Input-Output System - базовая система ввода-вывода) – это программа, прошитая в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В нашем случае ПЗУ встроено в материнскую плату, однако своя версия BIOS присутствует почти во всех элементах ЭВМ (в видеокарте, в сетевой карте, дисковых контроллерах и т.д.), да и вообще почти во всем электронном оборудовании (и в принтере, и в видеокамере, и в модеме, и т.д.).

BIOS материнской платы отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату, и большинства устройств, подключенных к ней (процессора, памяти, видеокарты, жестких дисков и т.д.). Происходит проверка при включении питания компьютера в программе Power-On Self Test (POST).

Далее BIOS производит инициализацию контроллеров, встроенных в материнскую плату, и некоторых подключенных к ним устройств, и устанавливает их базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, процессора, контроллера ОЗУ, параметры работы жестких дисков, контроллеров встроенных в материнскую плату и т.д.

Если проверяемые контроллеры и аппаратура исправны и настроены, то BIOS передает управление операционной системе.

Пользователи могут управлять большинством параметров работы BIOS и даже обновлять его.

Обновление BIOS требуется очень редко, если, например, разработчиками обнаружена и устранена принципиальна ошибка в программе инициализации какого-либо из устройств, либо если требуется поддержка нового устройства (например, новой модели процессора). Но, в большинстве случаев, выход нового типа процессора или памяти требует кардинального «абгрейда» компьютера. Скажем за это производителям электроники «спасибо».

Для настройки параметров BIOS предусмотрено специально меню, войти в которое можно, нажав сочетание клавиш, указанное на экране монитора во время проведения тестов POST. Обычно для входа в меню настройки BIOS требуется нажать клавишу DEL.

В этом меню можно установить системное время, параметры работы дисководов и жестких дисков, увеличить (или уменьшить) тактовую частоту процессора, памяти и системной шины, шин связи и настроить другие параметры работы компьютера. Однако тут стоит быть крайне осторожным, так как неправильно установленные параметры могут привести к ошибкам в работе или даже вывести компьютер из строя.

Все настройки BIOS хранятся в энергозависимой памяти CMOS, работающей от батарейки или аккумулятора, установленного на материнской плате. Если батарейка или аккумулятор разрядились, то компьютер может не включиться или работать с ошибками. Например, будет установлено неверное системное время или параметры работы некоторых устройств.

5. Другие элементы материнской платы.

Кроме описанных выше элементов на материнской плате располагается генератор тактовой частоты, состоящий из кварцевого резонатора и тактового генератора. Генератор тактовой частоты состоит из двух частей, так как кварцевый резонатор, не способен генерировать импульсы с частотой, требуемой для работы современных процессоров, памяти и шин, поэтому тактовую частоту, генерируемую кварцевым резонатором, изменяют с помощью тактового генератора, умножающего или делящего исходные частоты для получения требуемой частоты.

Основная задача тактового генератора материнской платы – это формирование высокостабильного периодического сигнала для синхронизации работы элементов ЭВМ.

Частота тактовых импульсов во многом определяет скорость вычислений. Так как на любую операцию, выполняемую процессором, затрачивается определенное количество тактов, то, следовательно, чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Естественно, это верно только для процессоров с одинаковой микроархитектурой, так как в процессорах с различной микроархитектурой для выполнения одной и той же последовательности команду может требоваться разное количество тактов.

Генерируемую тактовую частоту можно увеличивать, тем самым, поднимая производительность ЭВМ. Но этот процесс сопряжен с рядом опасностей. Во-первых, при повышении тактовой частотой снижается стабильность работы компонентов ЭВМ, поэтому после любого «разгона» ЭВМ требуется проводить серьезное тестирования для проверки стабильности ее работы.

Также «разгон» может привести к повреждению элементов ЭВМ. Причем выход из строя элементов будет, скорее всего, не мгновенный. Просто может резко сократиться срок службы элементов, эксплуатируемых в условиях, отличных от рекомендуемых.

Кроме тактового генератора на материнской плате располагается множество конденсаторов, обеспечивающих ровный поток напряжения. Дело в том, что потребление энергии элементами ЭВМ, подключенными к материнской плате, может резко изменяться, особенно при приостановке работы и ее возобновлении. Конденсаторы сглаживают такие скачки напряжения, тем самым, повышая стабильность работы и срок службы всех элементов ЭВМ.

Пожалуй, это все основные компоненты современных материнских плат и на этом обзор устройства материнской платы можно закончить.

Материнские платы – чудо современной техники и являются главным компонентом компьютера. Взглянув на любую материнскую плату, вы сможете увидеть множество различных дорожек, транзисторов и конденсаторов, разъёмов, и многое другое. Всё это размещено на так называемом текстолите (материал из которого делают материнские платы). В этой статье будут описаны основные компоненты материнских плат.

Какую же роль играют материнские платы в компьютере, и зачем они нужны?

На самом деле, ни один компьютер не сможет работать без материнской (системной) платы. Именно на ней располагаются все разъёмы и слоты для подключения различных устройств компьютера. Например, на ней есть разъёмы для видеокарт, для процессора, оперативной памяти и для многих других устройств, обеспечивающих работу компьютера. Естественно любому из этих устройств нужно напряжение, ведь без электрического тока они не смогут работать. Специально для этого к материнской плате подключается блок питания. Далее уже системная плата сама распределяет питание между всеми устройствами. К системной плате также подключаются устройства, которые располагаются отдельно от неё. Например, или , расположены в передней части компьютера и с материнской платой соединены специальными многоканальными шлейфами. Дорожки, которых на системной плате можно найти огромное количество, предназначены для передачи информации между всеми подключенными устройствами.

Если вы вставите в USB разъём Flash-накопитель, на котором записан фильм, и захотите, чтобы фильм оказался на вашем компьютере, то управляя мышкой, вы сможете осуществить передачу данных с вашего накопителя на встроенный жесткий диск компьютера. За моментом передачи данных можно следить на экране монитора. После того, как фильм будет успешно передан на жесткий диск, можно смело включать его через видеопроигрыватель и наслаждаться просмотром. Всю остальную работу будут делать видео и аудиоадаптер, которые будут выводить на экран видеофильм и соответственно воспроизводить звук фильма в акустической системе. В этих процессах также будет активно участвовать и системная плата.

Из чего производят системные платы?

Материнские платы выполняются из многослойного текстолита, на котором расположены дорожки для обмена данными, различные конденсаторы и транзисторы. Дорожки располагаются на многих слоях материнской платы, а для их соединения в слоях сделаны специальные отверстия. Например, расположенный на верхнем слое аудиоадаптер, может обмениваться данными с цепью контактов других слоёв. В настоящий момент, современные платы могут содержать до 10 слоёв.

Кем производятся материнские платы?

При покупке материнской платы, можно встретить их от разных 11-ти производителей. Лидерами по производству системных плат на данный момент являются компании: Gigabyte, ASUS, MSI и Foxconn. Также можно встретить материнские платы от крупнейшей по производству процессоров компании – Intel, в то время как её главный соперник AMD, материнские платы не производит.

Можно ли вставить любую материнскую плату в любой компьютер?

Далеко не в каждый компьютер, можно вставить определённую системную плату, ведь они могут отличаться размерами. На данный момент наиболее популярны ATX (размеры материнской платы: 305х244 мм.), micro ATX (244×244мм.), mini ATX (171×171мм.). В зависимости от размера материнской платы, на ней может быть расположено большее количество слотов расширения, и улучшенная система охлаждения.

Основные компоненты материнской платы

Разъём для процессора

Любая материнская плата будет содержать несколько составляющих. Одной из таких составляющих будет являться гнездо для процессора. На мировом рынке сейчас борются «за место под солнцем» две ведущие компании по производству процессоров – это Intel и AMD. Выбирая процессор, вы должны знать, какое гнездо для него расположено на вашей системной плате. Например, для процессоров второго поколения от Intel – Sandy Bridge производятся платы с разъёмом LGA 1155, т.е. в другие разъёмы этот процессор вставить нельзя. Компания AMD предлагает процессоры с обратной совместимостью, (но не все). Например, процессор с разъёмом AM3, можно вставить в гнездо AM2, и наоборот.

Чипсеты

Чипсеты являются одним из главных компонентов системной платы. Именно они организовывают обмен данными между всеми устройствами компьютера. При этом стоит знать, что не любой чипсет может использовать встроенные в процессор компоненты. Например, в процессорах Sandy Bridge, совместимых с чипсетами P67 и Z68, встроен графический чип, но работать с графическим чипом смогут только Z68. Чипсет Р67 для вывода изображений на монитор потребует установку отдельной видеокарты.

Чипсеты включают в себя два: северный и южный мосты. Оба они находятся на системной плате, но выполняют связь разных устройств. Таким образом, северный мост отвечает за обмен данных между процессором, оперативной памятью, контролером памяти и видеокартой. В свою очередь южный мост следил за обменом данных между различными устройствами ввода/вывода и дисками. При развитии технологий, в современных системах, задачи северного моста стали потихоньку перемещаться в центральный процессор, что, по мнению разработчиков должно повлиять на увеличение быстродействия системы.

Графический адаптер

Ранее на многих материнских платах ASUS и MSI был впаян дискретный видеоадаптер, который отвечал за вывод изображения на монитор. Такую технологию можно встретить и в сегодняшние дни, но она является устарелой. Сейчас видеоадаптеры либо встроены в процессор, либо устанавливаются отдельно с помощью слотов расширения. Для нормальной работы компьютера графический адаптер будет необходим.

Слоты расширения

На любой материнской плате, не составит труда найти слоты расширения. На данный момент наиболее популярными и быстрыми считаются слоты расширения на шине PCI express. Эти разъёмы предназначены для подключения к материнской плате видеокарт, аудиокарт, сетевых карт и др.

BIOS и питающая его батарейка

Микросхема, отвечающая за работу материнской платы, и за работоспособность всех подключённых устройств, содержит в себе набор команд о проверке всех устройств и материнской платы. BIOS встроен во многие системные платы. Микросхема BIOS питается напряжением от специальной небольшой круглой батарейки, которую также легко найти на материнской плате. При выключенном компьютере, в BIOS будет храниться вся информация о системе, например дата и время. В самых последних моделях микросхема BIOS может быть заменена на . Этот чип является приемником BIOS, и выполняет те же самые функции, но главным отличаем от BIOS, будет являться наличие графического интерфейса и возможностью управления при помощи мыши, и наличие большего количества функций.

Слоты под оперативную память

На всех материнских платах располагаются разъёмы под оперативную память. Ка правило это длинные узкие слоты, располагающиеся рядом друг с другом. Их количество обычно от 2-х до 4-х, но бывает и больше.

Разъём Питания и разъём под вентилятор

Все материнские платы питаются электроэнергией от блока питания, который преобразует обычное напряжение в сети в нужное напряжение для компьютера. Он подключается через специальный разъём к материнской плате. Ещё на системной плате есть несколько разъёмов для подключения системы охлаждения, которая представляется в виде вентиляторов. Вентилятор располагаются в крышке системного блока, на процессоре и бывают на чипсетах и защищают систему от перегревов.

Разъёмы для подключения периферии

На задней части материнской платы располагается несколько разъёмов, к которым подключаются внешние устройства. Как правило, сюда можно подключить монитор, принтер или сканер, мышь и клавиатуру, аудиоакустику и многое другое.

Как системные платы делятся по ценовым категориям?

Цена материнской платы в первую очередь зависит от количества разъёмов и интерфейсов. Есть несколько категорий материнских плат, от которых зависит её стоимость: базовая, стандартная, высокопроизводительная и профессиональная. Базовые (цена до 2000 рублей) используется обычно в офисах, где достаточно малого количества разъёмов только для работы. Стандартные и высокопроизводительные (от 2000 до 4000 рублей, и более 4000 рублей) – самые популярные платы. Чаще всего используются в домашних условиях и хорошо подходят для игр. Профессиональные платы и материнские платы для энтузиастов (от 7000 рублей) насыщенны новыми модулями Bluetooth, WLAN и другими интересными техническими возможностями. Чаще всего применяются для работы с графикой и для других целей, когда нужно большее количество плат расширения.

Каким образом можно определить тип установленной системной платы?

Самым простым способом узнать, какая системная плата установлена в вашем ПК, это скачать программу CPU-Z. Данная программа не только поможет вам определить тип платы, но и выдаст полезные сведения о системе. Всегда самую подробную информацию о материнской плате, можно найти в предлагающемся к ней руководстве или на сайте производителя.

– это основа для любого компьютера. Материнские платы есть в настольных компьютерах, ноутбуках, планшетах и даже смартфонах. Но, в этой статье мы будем изучать материнские платы, предназначенные для использования в обычных настольных компьютерах. Мы рассмотрим устройство материнских плат, а также основные компоненты материнской платы.

Первое, что бросается в глаза после открытия крышки настольного компьютера, это материнская плата. Она является самой большой платой внутри компьютера, и все остальные компоненты подключаются именно к ней. Таким образом, материнская плата это основа компьютера, его фундамент, на котором и строится компьютер.

Основные компоненты материнской платы настольного компьютера

Разъем для установки процессора

Разъем для установки это прямоугольное посадочное место, на которое устанавливается процессор. В большинстве случаев разъем для установки процессора размещается в верхней части материнской платы, примерно по середине платы.

Разъемы для установки процессора отличаются в зависимости от производителя процессора (Intel или AMD), а также в зависимости от конкретной модели процессора. Универсальных материнских плат не бывает. Материнская плата всегда поддерживает процессоры только одного типа. Это нужно учитывать при выборе процессора и платы.

Информацию о поддерживаемых процессорах можно найти на официальном сайте производителя материнской платы.

Чипсет

Чипсет это основный компонент материнской платы. Как правило, чипсет находится намного ниже процессора. Это самая большая микросхема на плате и она закрыта радиатором.

Чипсет отвечает за работу всей платы, а также за взаемодействие процессора с остальными компонентами компьютера. От модели чипсета зависит, какими возможностями будет обладать материнская плата и компьютер в целом. В дешевые материнские платы встраиваются простые чипсеты, которые ограничивают функциональность компьютера. Например, все процессоры Sandy Bridge оснащаются встроенным графическим ускорителем, но использовать этот графический ускоритель могут только платы с чипсетом Z68.

При очень важно учитывать на базе какого чипсета она построена и какими возможностями обладает тот или иной чипсет.

В более старых компьютерах чипсет состоит из двух микросхем. Эти микросхемы называются северным и южными мостами. Начиная с процессоров на базе архитектур Intel Nehalem и AMD Sledgehammer, возможности северного моста встраиваются прямо в процессор. Поэтому на плате размещается только одна микросхема чипсета.

Слоты для установки оперативной памяти

Это длинные разъемы справа или по обе стороны от процессора. На плате может быть установлено 2, 4, 8 и больше слотов для оперативной памяти. Но, в большинстве случаев количество слотов небольшое.

Слоты для оперативной памяти могут быть различных типов (DDR1, DDR2, DDR3). Перед покупкой оперативной памяти не обходимо узнать тип поддерживаемой памяти, количество слотов на материнской плате, а также максимальной объем памяти, которые поддерживает плата. Эту информацию можно получить на официальном сайте производителя платы.

Слоты расширения

Слоты расширения это слоты в нижней части платы. В отличие от слотов оперативной памяти, которые размещаются вертикально, слоты расширения расположены горизонтально. Кроме этого платы, установленные в слоты расширения, крепятся к с помощью специального винта.

На данный момент используются только два типа слотов расширения. Это PCI Express и PCI. в слоты PCI Express. Остальные платы ( , ТВ-тюнеры и т.д.) могут устанавливаться как в PCI Express, так и в PCI.

SATA разъемы

– это разъемы, предназначенные для подключения

Материнская («материнка»/Motherboard), или, по-другому, системная плата - это неотъемлемая часть персонального компьютера. Своим внешним видом она напоминает обычную текстолитовую пластину, где в большом количестве расположились медные проводники, разъёмы, интерфейсы и прочие детали. Если выражаться сухим официальным языком, то системная плата - это главная сборочная единица.

В её разъёмы и интерфейсы устанавливаются все комплектующие персонального компьютера: главный процессор, платы расширения, видеокарта или карты, оперативная память, а также винчестер и другие накопители/считыватели информации.

Кроме того, системная плата - это некий проводник для внешних манипуляторов и служебной периферии. К различным разъёмам в задней части материнки подключается мышка, клавиатура, принтеры, монитор, сканеры, коммуникационное оборудование и другие устройства.

Для того чтобы всё это разнообразие работало как надо, необходим источник вторичного питания, то есть плата системного блока должна быть подключена к этому источнику посредством оригинального разъёма. Такие интерфейсы в большинстве своём оснащаются специальной «защитой от дурака», где приёмник имеет пластиковые ключи и вставить его можно исключительно одним, правильным, образом. Схожие принципы подключения имеют и другие разъёмы, то есть производитель предусмотрительно позаботился о том, чтобы дорогостоящие компоненты не вышли из строя из-за неправильного подключения. Такими особенностями отличаются многие именитые системные платы: Asrock, MSI, «Гигабайт», «Асус» и другие.

Форм-факторы материнской платы

Форм-фактор материнки определяет точки крепежа к системному блоку. Кроме того, разные типы плат имеют отличительное расположение разъёмов питания, количество интерфейсов для подключения периферии и внутренних компонентов, а также их местоположение. Всего можно начитать три основных типа материнок. Практически все бренды, которые, что называется, на слуху, полностью поддерживают эти стандарты, то есть системные платы MSI, «Асус», «Самсунг», «Гигабайт» Asrock и т. п.

Форм-факторы:

1. Мини-ITX . Наименьший размер платы с минимальным числом интерфейсов и чаще всего с уже интегрированным процессором (бюджетный вариант).
2. Микро-ATX . Характеристика системной платы определяется как средняя по функциональности. Отличается приемлемыми размерами и считается оптимальным вариантом для домашнего персонального компьютера, пусть и с небольшим набором интерфейсов для подключения сторонней периферии. Чаще всего на борту такой материнской платы устанавливается чипсет с некоторыми ограничениями, но они не критичны для полноценной работы именно домашнего ПК.
3. Standart-АТХ . Самый большой размер из группы с полнофункциональным набором чипсетов. Имеет достаточное количество интерфейсов для полноценной работы со всевозможной периферией. Отличается удобным и беспроблемным монтажом наряду с широкими возможностями подключения.

Обязательно нужно учитывать форм-фактор материнки, равно как и её размер, если вы самостоятельно комплектуете системный блок. Материнская плата типа мини-ITX может быть установлена в любой корпус, а вот остальные типы должны соответствовать размерам системного блока.

Разъёмы для процессоров («Сокет»/Socket)

Рассмотрим некоторые особенности разъёмов под процессоры. По большому счёту, системная плата - это вещь индивидуальная для каждого процессора и наоборот. Поэтому следует обязательно учитывать характеристики этого разъёма при выборе комплектующих, а именно процессора, для вашего компьютера.

Типовой ассортимент интерфейсов «Сокет» довольно велик и для каждого набора чипсетов подойдёт только свой тип. К примеру, системная плата Gigabyte GA с набором AMD имеет маркировки FX2, АМ3 и АМ3+. То есть, купив любой процессор с одной из этих «Сокет»-пометок, вы легко подключите его на эту материнскую плату. То же самое и с конкурентами из «Интел»: маркировки LGA 1150 и 1155 позволят вам выбрать нужный набор чипсетов, к примеру, под системные платы Samsung или «Асус».

БИОС (BIOS)

Далее мы рассмотрим отличительные черты каждой материнки. Неважно, какой у вас набор - первая или вторая системная плата, старая или новая и т. п. На ней в любом случае будет находиться микросхема БИОС для базовой систематизации ввода и вывода (BIOS - Basic Input-Output System).

Любая системная плата (Gigabyte, «Асус», «Самсунг», MSI и другие) несёт в себе несколько критичных подсистем, которые должны быть корректно настроены. Некоторый функционал может быть отключён, если, к примеру, вам не нужен встроенный графический ускоритель, потому как на борту установлена внешняя видеокарта.

Все настройки БИОСа сохраняются в специальном чипе-CMOS (о нём чуть ниже). Это своего рода запоминающее устройство «на века», работающее на литиевом элементе. Даже если вы на очень длительный срок выключите компьютер, данные в CMOS будут сохранены. В случае необходимости можно «грубо» сбросить все настройки, вынув батарейку из-под чипа. Этот момент нельзя назвать критичным, потому как все необходимые комплектующие для загрузки компьютера типа жёсткого диска или оперативной памяти определяются автоматически, - по крайней мере, в современных системах (после 2006 года). Настроенные ранее дата и время, естественно, сбросятся.

Микросхема CMOS

Практически любая системная плата (ASUS, «Гигабайт», MSI и другие) содержит в себе микросхему CMOS, запоминающую все изменения, внесённые в БИОС. Сам по себе чип потребляет крайне малый ток - чуть меньше микроампера, поэтому заряда батареи с лихвой хватает на год, а то и на несколько лет.

Иногда, если элемент полностью сел, компьютер может отказываться загружаться. Многие мастера-новички в этом случае сразу грешат на системную плату. Для того чтобы сразу исключить эту возможную причину (после длительного простоя компьютера), нужно вынуть аккумуляторный элемент из-под чипа CMOS и заново запустить систему. Если компьютер запустился или начал проявлять какие-то признаки жизни, то проблема была именно в севшей CMOS-батарейке.

Также нелишним будет заметить, что на элементе можно увидеть маркировку, где первые две цифры указывают диаметр батареи, а две следующие - ёмкость. Маркировкой CMOS-батареи должна оснащаться любая «уважающая себя» системная плата (Gigabyte, MSI, «Асус», «Самсунг» и т. д.). Если вы её не встретили - это повод насторожиться и усомниться в оригинальности и девственности купленного продукта. Чем больше ёмкость батареи, тем дольше будет работать элемент и тем он толще. Стандартная комплектация материнских плат чаще всего включает в себя аккумулятор типа 2032, то есть батарея с диаметром 20 мм и ёмкостью 32 мАч. Несколько реже можно встретить более скромные элементы вроде 2025.

Интерфейс IDE

Следующая не менее важная часть, которой оснащается каждая системная плата (ASUS, MSI, «Гигабайт», Asrock и другие), это интерфейсы для работы с жёсткими накопителями и считывателями данных, то есть в большинстве случаев с винчестерами, ДВД-приводами и другими носителями информации.

Домашние и офисные персональные компьютеры используют для этих случаев два основных интерфейса - это IDE и SATA. Разъём IDE (Integrated Drive Electronics) представляет собой 40-контактный приёмник и способен работать с жёстким диском или ДВД-приводом через гибкий ленточный кабель. Сегодняшние реалии заставляют потихоньку отказываться от интерфейса такого типа, но тем не менее его всё ещё можно встретить на некоторых материнских платах (чаще всего MSI и «Асус») для возможности подключения старых винчестеров и приводов.

Так же, как и в случае с разъёмом под блок питания, IDE-интерфейс имеет «защиту от дурака», то есть подключить его неправильно нельзя. Старые системные платы оснащались парой таких приёмников, то бишь первичным и вторичным (primary и secondary соответственно). Чаще всего жёсткий диск подключали к первичному контакту, а считывающие приводы - ко вторичному.

К каждому IDE-интерфейсу (каналу) можно подсоединить два внешний девайса - главный (master) и ведомый (slave). Выбор соответствующего параметра носителя выбирается с помощью специальных перемычек (джамперов) на самих устройствах. Причём если ошибочно выставить на одном канале двух «мастеров» или ведомых, то ни один из них работать не станет, поэтому всегда должен быть главный девайс и побочный.

Интерфейс SATA

Канал «САТА» - это последовательный набор интерфейсов, и в отличие от IDE, он позволяет работать на гораздо бОльших скоростях с подключаемыми устройствами. В настоящий момент он почти полностью исключил присутствие IDE-девайсов и продолжает развиваться дальше (SATA2, SATA3 и т. д.).

В зависимости от выбранного форм-фактора и производителя системной платы, на материнке может находиться разное количество разъёмов «САТА». Сегодняшняя стандартная комплектация подразумевает наличие как минимум четырех интерфейсов этого типа, в то время как более старые модели оснащались лишь двумя.

Интерфейс PS/2

Как уже говорилось выше, на системной плате находятся интерфейсы для работы с внешней периферией. Для подключения клавиатуры и манипуляторов типа «мышь» предназначены шестиконтактные приёмники PS/2 с соответствующими ключами и окрашенные в разные цвета. Этот момент также можно назвать «защитой от дурака», потому как каждый цвет соответствует типу подключаемого оборудования (мышь - зелёная, клавиатура - сиреневая), причём действует это в обе стороны, то есть, к примеру, на вашей мышке контакт должен быть зелёный.

Сразу стоит предупредить пользователей, что ни в коем случае нельзя подключать, равно как и отключать периферию от разъёма PS/2 во время работы компьютера, потому как это чревато выходом из строя не только клавиатуры или мыши, но и самой системной платы. Хорошо, если материнская плата оснащена группой предохранителей на этот случай, иначе может полететь вся система.

Такие чипы-предохранители имеют совсем небольшой номинал и легко горят при вышеописанных «переключательных» действиях. Для того чтобы проверить работоспособность предохранителя, его можно прозвонить обычным тестером. Если он вышел из строя, то его сравнительно легко (и дёшево) заменить, а впредь не рисковать, включая или отключая внешнюю периферию во время работы компьютера от порта PS/2. Также стоит отметить, что такими предохраняющими чипами оснащены далеко не все системные платы, поэтому обратить на этот момент внимание при покупке явно не лишний шаг.

Интерфейс USB

Среди прочих внешних разъёмов особое место отведено USB-интерфейсу (универсальная последовательная шина). Он состоит из четырёх линий: две отведены под питание, а другие под передачу данных. В отличие от привередливого порта PS/2, периферию, подключённую посредством USB-разъёма, можно менять, что называется, на ходу. Сам интерфейс появился достаточно давно и успел обзавестись некоторыми модификациями и улучшениями.

Возможность подключать и отключать девайсы с USB-разъёмом во время работы компьютера достигается за счёт специфичной конструкции интерфейса. Основные контакты питания находятся заметно ближе к срезу разъёма, в отличие от блока для передачи данных. То есть в момент коммутации питание начинает поступать в первую очередь, а отключается в последнюю.

Посредством USB-интерфейса можно подключить уйму периферийных устройств: принтеры, смартфоны, планшеты, сканеры, камеры и многое другое, а также привычные клавиатуру и мышь (имейте это в виду, если чипы-предохранители погорели на PS/2-портах).

Немногим ранее для подключения принтеров и сканеров использовались а ещё реже - последовательные СОМ-интерфейсы. Сегодня они практически не используются, и встретить их можно только на старых материнских картах. Но оно и к лучшему, потому как при подключении такого рода оборудования во время работы компьютера можно было спалить и принтер, и сам порт.

Интерфейсы PCI и PCI Express

Слоты PCI и PCI Express предназначены для плат расширения: сетевые адаптеры, коммуникаторы, модемы, видеокарты и т. п. Все видеокарты устанавливаются, как правило, в интерфейс типа PCI Express в силу его быстродействия. Раньше для работы с графическими ускорителями использовался разъём типа AGP, но он морально устарел, и увидеть его на современных материнских платах практически нереально.

Также стоит отметить, что со временем могут ослабевать, нарушая нормальную работу устройства. Быстрое «лечение» здесь одно - вытащить девайс из пазов, протереть контакты спиртосодержащим раствором и вставить обратно. Более кардинальный ремонт - это замена системной платы, но это необходимо в исключительных и крайне редких случаях.

Также следует знать, что претерпела несколько изменений в ходе совершенствования, и в зависимости от года выпуска материнской платы разъёмы могут отличаться и внешним видом, и разрядностью.

Модули оперативной памяти (ОЗУ)

В настоящее время можно встретить несколько видов оперативной DDR3 и DDR4. Морально устаревшие планки DDR1 практически не используются, увидеть их можно только на самых старых системных платах.

Отличается память друг от друга рабочей частотой, размерами, контактами и напряжением питания. Каждый отдельно взятый тип имеет специфический вырез (ключ) в нижней части, по которому и определяется вид оперативной памяти. Некоторые системные платы могут поддерживать сразу два вида планок, что очень удобно для последующего апгрейда.

Сами разъёмы оснащены специальными защёлками для надёжной фиксации на плате. Планки устанавливаются с определённым усилием, где после успешного монтажа будет слышан специфичный щелчок, - значит, модуль корректно сел (или вы сломали защёлку, слишком сильно надавив на неё).

Модули оперативной памяти, кроме полезных гигабайт, содержат небольшие микросхемы SPD, отвечающие за тайминг, то есть задержу данных для этого типа ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). В БИОСе можно самостоятельно задать какие-то свои тайминги или оставить это на усмотрение самой планки. При разгоне оперативной памяти или всей системы в целом (оверклокинг) устанавливают максимально укороченную задержку.

Так же, как и в случае с PCI-слотами, модули ОЗУ могут начать некорректно работать, и для этого необходимо выполнить аналогичную процедуру, описанную в разделе выше и всё должно заработать как надо.

Motherboard (Mainboard) — Материнская (системная плата) – главный элемент компьютерной системы, от ее качества и быстродействия зависит быстродействие всей системы. Это самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и взаимодействует с внешними устройствами. Это большая коллекция разъемов, предназначенных для установки тех или иных комплектующих.

Материнская плата (mother board) – основная плата персонального компьютера, представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой. Путем травления фольги получают тонкие медные проводники соединяющие электронные компоненты.

На рисунке представлена cтруктура типовой материнской платы.

Основные компоненты, установленные на материнской (системной) плате:

1. Центральный процессор — установлен в спец. разъем и охлаждается радиатором и вентилятором.

2. Набор системной логики (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».Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности системной платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

3. Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ)

4. Загрузочное ПЗУ - хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Микросхемы перепрограммируемой памяти, в которой хранятся программы BIOS, программы тестирования ПК, загрузки ОС, драйверы устройств, начальные установки.

5. Разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты) PCI / ISA / AGP/ PCI-E, разъемы для подключения накопителя на ГМД и ЖД.

Все компоненты мат.пл. связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эти линии называют информационной шиной(Bus).

Взаимодействие между компонентами и устройствами ПК, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью мостов , реализованных на одной из микросхем Chipset. (например соединение шины ISA и PCI реализовано в микросхеме 82371АВ).

Размеры платы стандартизированы, их надо согласовывать с размером и типом корпуса ПК. При ее установке следует исключить контакт с дном и боковыми металлическими панелями корпуса, во избежание короткого замыкания.

Северный и Южный мост

Для согласования тактовой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (их набор называется чипсетом), включающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопамяти (так называемый северный мост ) и контроллер периферийных устройств (южный мост )

Южный и северный мосты материнской платы

Характеристики материнской платы

Поколение процессора под который предназначена материнская плата Устанавливать процессор одного поколения в материнскую плату другого нельзя. (Pentium, PII, PIII, PIV, Athlon). От того какой максимально мощный процессор использует ваша материнская плата зависит в принципе, сколько времени она у Вас прослужит.
Диапазон поддерживаемых процессором тактовых частот в рамках одного поколения. Обычно чем дороже плата, тем больше диапазон процессорных частот она поддерживает. Если плата поддерживает частоты 1700-1800 МГч, то процессор с частотой 2,1 ГГц не вставить.
Частота системной шины напрямую связана с частотой и скоростью работы про цессора. ЦП практически умножает рабочую частоту мат.пл. в 2-3раза. На выборе сочетания одного из коэффициентов с частотой системной шины основан способ разгона процессора. Разго-нять процессор следует осторожно, ибо, в следствие перегрева, он может сгореть. Intel иногда ставит специальные противоразгонные блокировки.
Базовый набор микросхем (chipset) . От модели чипсета зависят основные характеристики мат.пл.: поддерживаемые процессоры и ОП, тип системной шины, порты внешних и внутренних устройств. На одних и тех же чипсетах строятся различными фирмами мат. платы. Существует несколько базовых чипсетов. Intel, VIA, Nvideo, Ali, Sis
Примеры INTEL 845D 845E 845G 845РЕ 850E
Фирма-производитель ABIT, ACORP, ASUSTEK, GIGABITE, INTEL, ELITEGROUP
Форм-фактор – способ расположения основных микросхем и слотов Baby AT, AT, ATX и ATX-2.1, WTX
ATX (AT extension) разработан фирмой INTEL в 1995г.– появление его обусловлено наличием в ПК большого числа всевозможных внутренних устройств, большой интеграцией микросхем на мат.пл., что повысило требования к охлаждению элементов. Необходим был более удобный дос-туп к внутренним устройствам. Отличия AT и ATХ корпусов :
a) блоки питания: конструкция, размер, разъем для подачи питания на плату, мощ-ность(300,330,350,400 VA). Расширенное управление питанием, в спящем режиме эл.потребление = 0.
б) наличие интегрированных на плату внешних портов, уменьшает число кабелей внутри сис-темного блока (корпуса), облегчается доступ к компонентам системного блока. Порты распола-гаются компактно в ряд на задней стенке системного блока.
в) слоты расширения позволяют устанавливать полноразмерные карты расширения.
г) разъемы дисководов расположены рядом с их предполагаемыми посадочными местами, что позволяет использовать более короткие кабели.
АТХ-2.1 – усовершенствованный ATX Платформа для Р4. Усовершенствования коснулись блока питания с двумя дополнительными выходами к ядру процессора. Дополнительно второй для усиления питающих линий. Тяжелый радиатор ЦП прикреплен к плате винтами, поэтому давле-ние на плату не оказывается.
Базовый набор слотов и разъемов. Количество разъемов и их тип. (тип и количество ОП, AGP, PCI, ISA)
Наличие встроенных устройств. На материнской плате присутствуют чипы видео, звуковой, сетевой карт.

Мат.платы с интегрированными звуком, видео, сетью адаптерами (интегрированные)

Казалось бы это чуть дешевле, чем покупка отдельных компонентов, но такая интеграция имеет и свои недостатки:
1) Звук и видео встроенные платы имеют обычно очень скромные возможности
2) Даже если в данный момент вам и достаточно данных возможностей, то через полгода ситуа-ция может в корне измениться. мат. карта морально стареет гораздо медленнее, чем, скажем видеокарта.
3) Комбинированные карты на практике ведут себя обычно гораздо капризнее, чем карты с от-дельными устройствами. Возможны зависания во время работы программ и при тестирова-нии оборудования. Стоит подумать, прежде чем решиться на покупку комбинированной платы.

Виды разъемов материнской платы

Разъем для установки процессора. Для различных видов процессоров он свой. Назову основные используемые.

Intel Pentium — Socket — для PIII-IV – Socket 370, P4 Socket 423\Socket 478– квадратная форма с многочисленными гнездами по периметру квадрата – сокет. Для современных процессоров (Intel Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серии 3000, Core 2 Quad — Socket T (LGA775 ). Для PII – Slot1.

Для процессоров фирмы AMD K7 –Slot A, Socket 462 – узкий щелевидный разъем – слот (Athlon, Athlon XP, Sempron, Duron). Socket AM2 и АМ3- поддержка памяти DDR2 и DDR3 соответственно.

PCI – разъем обычно самый короткий на плате, белый, разделенный перемычкой на 2 части. В него может быть установлена видеокарта, звуковая карта, сетевая плата, внутренний модем, спе-циальные карты сканеров и др.(типа PCI). Высокая производительность, автоматическая на-стройка подключаемых контроллеров, малая нагрузка на процессор и независимость от типа ЦП. Например процессор может работать с памятью, в то время по шине PCI передаются данные. Основополагающим принципом шины PCI является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь шины с другими компонентами системы. Другой особен-ностью является реализация так называемых принципов Bus Master\ Bus Slave. Карта PCI Bus Master может считывать данные из ОП, так и записывать их туда без обращения к процессору, а Bus Slave только считывать данные. В шине PCI используется способ передачи данных названный способом рукопожатия (handshake), заключается в том, что в системе определяются 2 устройства: передающее (Iniciator) и приемное (Target). Когда передающее устройство готово к передаче, оно выставляет данные на линии данных и сопровождает их соответствующим сигналом (Iniciator Ready), при этом прием-ное устройство записывает данные в свои регистры и подает сигнал Target Ready, подтверждая запись данных и готовность к приему следующих. Установка всех сигналов производится строго в соответствии с тактовыми импульсами шины.

ISA – (Industry Standart Architecture) 16 разрядная архитектура. EISA – 32х-разрядная архитекту-ра (расширенный ISA). Более медленный интерфейс, чем предыдущий PCI. Слоты длинне в 1,5 раза и черного цвета. К ним обычно подключается множество дополнительных карт. Обычно их 2-4 шт. В современных ПК(Р4 К7 этих медленных разъемов нет).

AGP (Advanced\Accelerated Graphic Port) – ускоренный графический порт. Pro (профессиональ-ная серия). Это отдельное соединение находящееся между ЦП и графическим контроллером, что дает возможность процессору быстрее посылать команды на ИС графики, а графическому кон-троллеру — обмениваться данными с основной памятью со значительно большей скоростью. По-зволяет подключить одно устройство, дополняя шину PCI. Благодаря этому становится целесо-образным хранить 3х-мерные текстурные карты в основной памяти, а не предусматривать до-полнительную память в составе графической подсистемы. По существу AGP представляет собой усовершенствованный вариант PCI, способный обеспечивать более высокие скорости передачи данных. AGP обеспечивает внутренний прямой путь между графическим адаптером (SVGA) и основной памятью ПК. Предназначен для задач с графикой: 3D-игры, вывод сцен с виртуальной реальностью, сложная обработка видеоизображений (слайдов, фотографий).

Слоты для установки ОП

В них имеются замки-защелки. Используются слоты 3х видов памяти типа Dimm – DDR, DDRII, DDRIII) . Количество слотов может быть от 2-4.

Контроллеры портов – разъемы на задней стенке ПК
а) параллельные порты (LPT1, LPT2) – 25 гнезд(дырочек чаще голубого или розового цвета) – для подключения принтеров и сканеров
б)последовательные порты (Com1 Com2) 9 или 25 штырьков. Для подключения мыши, внешнего модема. Параллельные порты выполняют операции вв/выв с большей скоростью, чем последовательные засчет использова-ния большего числа проводов в кабеле. Некоторые устройства (модемы) могут подключаться и параллельным и к последовательным портам.
в)PS2 – небольшой круглый разъем для мыши и клавиатуры. Зеленый – мышь, сереневый – клавиатура.
г)порт USB (Universal Serial Bus) USB2 – универсальная последовательная шина. Позволяет подключать к ПК мно-жество внешних устройств, соединенных в цепочку. (первое к ПК, второе к первому …). Для подключения принте-ров, сканеров, фотоаппаратов и др. Представляет из себя 2 пары скрученных проводов для передачи данных каждом направлении (дифференциальное включение) и линию питанию. Один порт может адресовать 63 устройства (USB2 -100). Таким образом к компьютеру может быть подключено только одно периферийное устройство, а все осталь-ные(клавиатура, мышь, модем) соединяются с концентратором, который встроен в монитор, клавиатуру или другой USB-устройство. USB может подключаться в топологии звезда или общая шина. Передача данных осуществляется как в синхронном так и в асинхронном режиме. Скорость передачи 12-15 Мбит/сек. У USB есть возможность со-единения с цифровой телефонной линией без дополнительных плат. Конфигурирование устройств к USB осуществ-ляется автоматически.
д)игровой порт (15 гнезд) подключается джойстик. Имеется не у всех ПК.
е)RAID-контроллер. RAID- архитектура предусматривает, что любая информация хранится по крайней мере на двух отдельных жестких дисках, если один из них выходит из строя, то пользователи по прежнему имеет доступ к храни-мым на сервере файлам, так что отказы дисков не приводят к простоям. Архитектура RAID обеспечивает не только целостность данных, но и расслоение дисковой памяти. Данные записываются на несколько накопителей методом чередования, так что в операции считывания и записи одновременно участвуют несколько дисков. В результате по-вышается производительность, ибо дисковая подсистема перестает быть ограничивающим скорость фактором.