Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата

Материнская плата – центральная комплексная печатная плата, предоставляющая электронную и логическую связь между всеми устройствами, входящими в состав персонального компьютера.

Рассмотрим только стандартные материнские платы для настольных компьютеров. Дело в том, что производители ноутбуков сами разрабатывают платы для своих устройств, стараясь спроектировать их как можно более компактными, удобными и надёжными. То же и в случае с серверами, только там зачастую на первом месте не размер, а большое число разъёмов.

Материнские платы, кроме функциональности, отличаются друг от друга размерами. Эти размеры стандартизированы и называются форм-факторами

Материнская плата – это прежде всего сложная печатная плата. На неё нанесено огромное количество проводящих дорожек, объединяющих Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата компоненты и разъёмы, и контактных площадок для микроконтроллеров и электронных компонентов. Причём плата состоит из нескольких слоев, изготовленных из диэлектрика текстолита, и каждый слой содержит такие дорожки. Выводы для установки компонентов, находятся только на верхнем слое. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание и хоть немного защитить её от непредвиденных обстоятельств. Тем не менее - это не означает, что плату можно класть на металлическую или иную проводящую поверхность: на обратной стороне находится огромное количество окончаний контактов, которые могут быть замкнуты, что приведёт к повреждению платы.

Проводящие дорожки объединяют между собой несколько ключевых подсистем, блоков материнской платы. Этими блоками Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата являются: разъём (сокет) процессора и система его питания, подсистема памяти и разъёмы для установки модулей с собственной системой питания, разъёмы для установки карт расширения [функциональности], разъёмы для подключения накопителей. Каждый набор таких дорожек может работать по собственному принципу (стандарту) и называется шиной.

Основой любой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором логики или чипсетом. Разработкой таких наборов занимаются несколько крупнейших мировых компаний: Intel, NVIDIA, AMD, VIA, SIS. То, какой чипсет положен в основу материнской платы, определяет, какой процессор, какую оперативную память и в каком объёме можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро всё это будет работать Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата.

На плате находится разъём для подключения питания, на сегодняшний день стандарт предусматривает установку минимум двух разъемов – 24-контактного ATX и 4-контактного ATX12V для дополнительной линии 12В. Иногда производители материнских плат устанавливают 8-контактный EPS12V вместо ATX12V, через него можно подвести две линии 12В. Питание, подаваемое блоком питания, проходит преобразование, стабилизацию и фильтрацию с помощью силовых транзисторов («мосфетов»), дросселей и конденсаторов, составляющих VRM (Voltage Regulation Module, модуль регулирования напряжения). Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти – чаще всего другим. Дополнительно для стабилизации питания, подаваемого через разъёмы PCI Express, иногда устанавливаются стандартные разъёмы Molex.



На задней стороне материнской платы Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры и мыши, USB-устройств и многого другого.

Важнейшим разъемом на плате является сокет процессора. Он представляет собой специальное устройство, состоящее из большого количества контактов, расположенных в определённом порядке, определяющем правильное расположение процессора.

Ниже процессорного сокета чаще всего расположен один или два специализированных разъёма для установки видеокарты. В той же области платы находятся слоты PCI для подключения карт расширения, они стандартизированы и позволяют подключить практически все возможные контроллеры.

Правее, с краю платы, обычно расположены разъёмы для подключения накопителей – жёстких дисков и оптических приводов. Сегодня активно занимает лидирующую позицию Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата интерфейс Serial ATA, постепенно вытесняя старый IDE даже с рынка оптических приводов. Соответственно, всё чаще производители устанавливают либо всего один разъём IDE, либо вообще отказываются от него. Также там обычно находится разъём Floppy (дисковода 3,5”-носителей), но в последнее время всё идет к тому, что от него откажутся. Все эти накопители подключаются к материнской плате с помощью специальных кабелей, называемых шлейфами.

В правом нижнем углу располагаются контакты для подключения кнопок и индикаторов на передней панели корпуса: кнопки включения и перезагрузки, индикаторы питания и активности жёсткого диска, системный динамик.

Любая материнская плата оборудована разъёмами для подключения вентиляторов. Количество их может быть разным Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата, от двух-трёх до шести-восьми. Некоторые из этих разъёмов позволяют управление скоростями вращения вентиляторов.

На платах чаще всего также устанавливаются контактные колодки для подключения дополнительных разъёмов USB и FireWire.

На плате располагается батарейка, которая обеспечивает питание микросхемы памяти, в которой содержится прошивка BIOS, и поддерживает работу системных часов. BIOS хранится в чипе памяти, который чаще всего устанавливается в специальную «кроватку», но может быть и впаян на плату.

В итоге с помощью всех этих встроенных в чипсет технологий, разъёмов, дополнительных контроллеров материнская плата фактически объединяет абсолютно все устройства, входящие в состав компьютера в целостную систему. Напрямую в неё Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата подключаются процессор, оперативная память, видеокарта, накопители и карты расширения, а через них – что угодно, начиная от монитора и заканчивая сканером или спутниковой антенной.

Шина

Компьютерная шина (магистраль передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера) – совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление), которые имеют определённые электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины отличаются разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя, интерфейсная).

Любой процессор архитектуры x86CPU обязательно оснащён процессорной шиной. Эта шина служит каналом связи между процессором и всеми остальными устройствами в компьютере: памятью, видеокартой, жёстким диском и так далее Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата. Так, классическая схема организации внешнего интерфейса процессора (используемая, к примеру, компанией Intel в своих процессорах архитектуры х86) предполагает, что параллельная мультиплексированная процессорная шина, которую принято называть FSB (Front Side Bus), соединяет процессор (иногда два процессора или даже больше) и контроллер, обеспечивающий доступ к оперативной памяти и внешним устройствам. Этот контроллер обычно называют северным мостом, он входит в состав набора системной логики (чипсета).

Используемая Intel в настоящее время эволюция FSB – QPB, или Quad-Pumped Bus, способна передавать четыре блока данных за такт и два адреса за такт. То есть за каждый такт синхронизации шины по ней может Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата быть передана команда либо четыре порции данных (напомним, что шина FSB–QPB имеет ширину 64 бит, то есть за такт может быть передано до 4х64=256 бит, или 32 байт данных). Итого, скажем, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи адреса для выборки данных будет эквивалентна 400 МГц (2х200 МГц), а самих данных – 800 МГц (4х200 МГц)3

В архитектуре же AMD64 (и её микроархитектуре K8), используемой компанией AMD в своих процессорах линеек Athlon 64/Sempron/Opteron, применён революционно новый подход к организации интерфейса центрального процессора – здесь имеет место наличие в самом процессоре нескольких отдельных шин. Одна (или две – в случае двухканального контроллера памяти) шина служит Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата для непосредственной связи процессора с памятью, а вместо процессорной шины FSB и для сообщения с другими процессорами используются высокоскоростные шины HyperTransport. Преимуществом данной схемы является уменьшение задержек (латентности) при обращении процессора к оперативной памяти, ведь из пути следования данных по маршруту «процессор – ОЗУ» (и обратно) исключаются такие весьма загруженные элементы, как интерфейсная шина и контроллер северного моста.

Рисунок 1 - Различия реализации классической архитектуры и АМD-K8

PCI

PCI – шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера – находится внутри практически каждого компьютера и, несмотря на моральное устаревание и уже недостаточную пропускную способность, продолжает оставаться основной шиной для подключения к системе внешних Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата устройств. Тем не менее, она сдаёт позиции новой последовательной шине PCI-Express.

- Основные тактико-технические характеристики PCI 2.0:

- частота шины – 33,33 МГц, передача синхронная

- разрядность шины – 32 бит

- пиковая пропускная способность – 133 Мбит/с

- адресное пространство памяти – 32 бит (4 Гбайт)

- адресное пространство портов ввода-вывода – 32 бит (4 Гбайт)

- количество подключаемых устройств – до четырёх (для увеличения их количества используется мост PCI-to-PCI)

- напряжение 3,3 или 5В

Ещё большее распространение получил стандарт 2.2. Отличия PCI 2.2 от 2.0:

- возможность одновременной работы нескольких устройств bus-master (так называемый конкурентный режим

- появление универсальных карт расширения, способных работать как в слотах 5 В, так и в 3,3 В

- появились расширения PCI66 и PCI64 (ширина шины может быть увеличена до 64 бит, а также Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата допускается разгон тактовой частоты до 66 МГц – вдвое по сравнению с PCI 2.0


documentaxmfmyz.html
documentaxmfujh.html
documentaxmgbtp.html
documentaxmgjdx.html
documentaxmgqof.html
Документ Теоретическое обоснование. Материнская плата – центральная комплексная печатная плата