Призначення та відмінності материнських плат

Материнська плата(motherboard англ.) або як її ще називають - системна плата, служить забезпечення взаємодії між усіма компонентами персонального комп'ютера. Простіше кажучи, вона поєднує між собою і керує всіма елементами твого комп'ютера.

Системні плати розрізняються за своїм призначенням, своєю функціональністю та за розмірами (формфактором). За призначенням материнкибувають: для настільних ПК, для ноутбуків та для серверів (ми зупинимося тільки на настільних комп'ютерах). Під функціональністю, мається на увазі те, який тип процесора і оперативної пам'ятіможна на неї поставити, а це в свою чергу впливає і на всю іншу конфігурацію та продуктивність системного блоку. Розмір материнської плати, має вирішальне значення при виборі корпусу системного блоку. Формфактори материнських плат мають певні світові стандарти, ось деякі з них:

WTX – 355,6х425,4 мм, для серверів та робочих станцій.

ATX – 305х244 мм для звичайних корпусів.

Mini-ATX - 284х208 мм, для малих корпусів.

microATX - 244х244 мм, для малих корпусів.

Mini-ITX - 170х170 мм, для надмалих корпусів.

Якщо ти колись, захочеш самостійно зібрати собі комп'ютер частинами, то пам'ятай, що починати слід саме з вибору материнської плати.

Виробники материнських плат

З найбільш відомих виробників материнських плат на російському ринку слід зазначити такі компанії як Asus (Тайвань), Gigabyte (Тайвань), Intel (США), MSI (Тайвань), ASRock (Тайвань).

Пристрій материнської плати

А тепер давай з тобою подивимося, як схематично влаштована системна плата. Для можливості підключення до себе інших пристроїв всі материнки мають однакові стандарти розташованих на них слотів і роз'ємів, а взаємодія цих слотів і роз'ємів забезпечується чіпсетом.

Чіпсет - Це набір взаємопов'язаних мікросхем (системної логіки), ці мікросхеми прийнято називати Північним та Південним мостами.

Північний міст відповідає за взаємодію центрального процесора(ЦПУ) та оперативної пам'яті.

Південний міст забезпечує спільну роботу центрального процесора та пристроїв, підключених до PCI, IDE, SATA, USB та інших типів слотів та роз'ємів, про які ми поговоримо нижче.

Всі ці взаємодії в системній платі здійснюються за допомогою спеціальних магістралей, які називаються шинами.

Шини – це спеціальні пристрої зв'язку між компонентами материнської плати, тобто. за ними передаються різні сигнали та команди. Різні шини мають різну швидкість передачі сигналів (пропускний здатністю).

Наприклад, фронтальна шина (FSB), що зв'язує північний міст з ЦПУ, має високу швидкість роботи, а шина LPC, що зв'язує Південний міст з BIOS і мультиконтролером (англ. Super I/O – регулює роботу портів PS/2, AGP, LPT тощо). , має низьку пропускну здатність.

Що знаходиться на материнській платі

І так з пристроєм розібралися, тепер розберемося з основними роз'ємами та слотами, що знаходяться на материнській платі, дізнаємось, як вони називаються і що до них слід підключати. А для наочного прикладу візьмемо материнську плату Gigabyte GA-770T-D3L.

Північний Міст ( контролер-концентратор пам'яті)

Сокет - це основний роз'єм материнської плати, призначений для встановлення центрального процесора. Кожен сокет підтримує лише певний тип процесорів, тому виробники системних плат завжди вказують які процесори можна встановити ту чи іншу модель плати.

Слоти оперативної пам'яті служать для встановлення плат (модулів) ОЗУ, таких слотів на материнській платі зазвичай від двох до чотирьох. Вони розташовуються праворуч від сокету, і як і з процесором кожна материнська плата підтримує лише одне із типів оперативної пам'яті: DDR, DDR2, DDR3, DDR4. Чим більше число DDR, тим потужніший і сучасніший тип ОЗУ. Який саме тип пам'яті підтримує конкретна системна плата можна дізнатися з інструкції до неї або з напису на платі поряд зі слотами, а якщо простіше – сучасніше материнка, тим паче потужна оперативність їй потрібна.

Слот PCIEX16 призначений для встановлення відеокарти, на дорогих та потужних материнських платах таких слотів може бути декілька. При встановленні відеокарти в цей слот варто звернути увагу на його пропускну здатність (вказана на платі), вона буває трьох типів: PCI Express 1.0, PCI Express 2.0 і PCI Express 3.0, відповідно, чим вище число, тим більша пропускна здатність.

Слоти PCIEX1 призначені для встановлення різних пристроїв: WiFi карти, WiMax карти, GPS приймачі, висновки для індикаторних світлодіодів, USB 2.0 та ін.

Мережевий контролер це чіп (у нашому випадку Realtek RTL8111D/E) на материнській платі, який виконує роль інтегрованої мережевої карти та необхідний для підключення до Інтернету.

Південний міст ( периферійний контролер)

BIOS - це чіп, а також мікропрограма, що вшивається в нього, яка включається перед запуском операційної системи, основне призначення BIOS - це перевірка працездатності комп'ютера (цей процес називається POST) до завантаження ОС. Крім цього, BIOS дозволяє налаштовувати різні параметри материнської плати.

Джампер очищення вмісту CMOS-пам'яті, необхідний для повернення BIOS до заводських налаштувань (обнулення), це може бути необхідним при ремонті комп'ютера. Для обнулення необхідно зняти пластикову заглушку з контактів джампера і замкнути їх викруткою (зрозуміло, що ці дії слід робити на знеструмленому комп'ютері).

Батарейка на материнській платі потрібна для збереження основних налаштувань BIOS у тих випадках, коли ти вимикаєш комп'ютер із електромережі.

Слоти PCI служать для підключення периферійних пристроїв до системної плати, це може бути звукова карта, TV-тюнер, мережна карта та ін.

Роз'єм IDE – це застарілий інтерфейс для підключення оптичних приводів та жорстких дисків. Роз'єм IDE має більші розміри та меншу швидкість обміну інформацією, ніж сучасні роз'єми SATA.

Роз'єм FDD служить для підключення Floppy дисководу, призначеного читання гнучких дисків.

Роз'єм SATA - це як говорилося вище сучасніший аналог IDE, SATA використовуються в основному для підключення жорсткого диска і оптичного приводу.

Роз'єм USB призначений для підключення USB входів з передньої панелі системного блоку, до кожного роз'єму можна підключити по два входи.

Звукові роз'єми (є не на всіх материнка) служать для підключення до материнської плати різних пристроїв з додатковими аудіовиходами. CD IN – для підключення додаткових аудіо приводів із оптичного приводу. Роз'єми SPDIF IN та SPDIF OUT необхідні при підключенні пристроїв (наприклад, звукової або відеокарти), які підтримують цифровий аудіовиход, через додаткові S/PDIF або HDMI кабелі.

Роз'єми живлення материнської плати та процесора

Роз'єм живлення ATX необхідний для підключення відповідного кабелю з блоку живлення, через нього запитується сама системна плата, плати розширення, що підключаються до неї, а також системи охолодження (кулер процесора та ін), різні світлові індикатори та ін.

Роз'єм ATX 12V призначений для подачі живлення на центральний процесор.

Живлення системи охолодження

Входи, кнопки, індикатори із передньої панелі системного блоку

До роз'ємів з групи F PANEL підключаються дроти від кнопок увімкнення та перезавантаження комп'ютера, індикатора роботи жорсткого диска, а також системний динамік.

До роз'єму F AUDIO слід підключати передні аудіо входи від навушників та мікрофона. Тому якщо на передній панелі корпусу ці входи є, але вони не працюють, слід перевірити чи підключені дроти від них до цього роз'єму, так як при магазинному складанні комп'ютера це часто забувають зробити.

Класифікація материнських плат за форм-фактором

Форм-фактор материнської плати - стандарт, визначальний розміри материнської плати комп'ютера, місця її кріплення до шасі; розташування на ній інтерфейсів шин, портів введення-виведення, роз'єму процесора, слотів для оперативної пам'яті, а також тип роз'єму для підключення блоку живлення.

Форм-фактор (як і будь-які інші стандарти) має рекомендаційний характер. Специфікація форм-фактора визначає обов'язкові та опціональні компоненти. Однак переважна більшість виробників вважають за краще дотримуватися специфікації, оскільки ціною відповідності існуючим стандартам є сумісність материнської плати та стандартизованого обладнання (периферії, карт розширення) інших виробників (що має ключове значення для зниження вартості володіння, англ. TCO).

3. Чіпсет.

Чіпсет або набір системної логіки – це основний набір мікросхем материнської плати, що забезпечує спільне функціонування центрального процесора, ОЗП, відеокарти, контролерів периферійних пристроїв та інших компонентів, що підключаються до материнської плати. Саме він визначає основні параметри материнської плати: тип підтримуваного процесора, об'єм, канальність і тип ОЗУ, частоту та тип системної шини та шини пам'яті, набори контролерів периферійних пристроїв тощо.

Як правило, сучасні набори системної логіки будуються на базі двох компонентів, що є окремими чіпсетами, пов'язані один з одним високошвидкісною шиною.

Однак останнім часом з'явилася тенденція об'єднання північного та південного мосту в єдиний компонент, так як контролер пам'яті все частіше вбудовують безпосередньо в процесор, тим самим розвантажуючи північний міст, і з'являються все швидші та швидші канали зв'язку з периферійними пристроями та платами розширення. А також розвивається технологія виробництва інтегральних схем, що дозволяє робити їх більш мініатюрними, дешевшими та споживаючими менше енергії.

Об'єднання північного та південного мосту в один чіпсет дозволяє підняти продуктивність системи, за рахунок зменшення часу взаємодії з периферійними пристроями та внутрішніми компонентами, що раніше підключаються до південного мосту, але значно ускладнює конструкцію чіпсету, робить його більш складним для модернізації та дещо збільшує вартість материнської плати.

Але поки більшість материнських плат роблять з урахуванням чіпсету розділеного на два компонента. Називаються ці компоненти Північний та Південний міст.

Назви Північний та Південний – історичні. Вони означають розташування компонентів чіпсету щодо шини PCI: Північний знаходиться вище, а Південний – нижче. Чому міст? Цю назву дали чіпсетам по виконуваних ними функцій: вони служать для зв'язку різних шин та інтерфейсів.

Причини поділу чіпсету на дві частини такі:

1. Відмінності швидкісних режимів роботи.

Північний міст працює з найшвидшими компонентами, що вимагають великої пропускної спроможності шини. До таких компонентів належить відеокарта і пам'ять. Однак сьогодні більшість процесорів мають вбудований контролер пам'яті, а багато і вбудовану графічну систему, хоча і сильно поступається дискретним відеокарт, але все ж таки часто застосовується в бюджетних персональних комп'ютерах, ноутбуках і нетбуках. Тому з кожним роком навантаження на північний міст знижуються, що зменшує необхідність поділу чіпсету на дві частини.

2. Частіше оновлення стандартів периферії, ніж основних елементів ЕОМ.

Стандарти шин зв'язку з пам'яттю, відеокартою та процесором змінюються набагато рідше, ніж стандарти зв'язку з платами розширення та периферійними пристроями. Що дозволяє у разі зміни інтерфейсу зв'язку з периферійними пристроями або розробки нового каналу зв'язку не змінювати весь чіпсет, а замінити лише південний міст. До того ж, північний міст працює з більш швидкими пристроями і влаштований складніше, ніж південний міст, тому що від його роботи багато в чому залежить загальна продуктивність системи. Тому його зміна – дорога та складна робота. Але незважаючи на це, спостерігається тенденція об'єднання північного та південного мосту в одну інтегральну схему.

Перед складання нового стаціонарного комп'ютера важливо заздалегідь відповісти на цілу серію питань: яка потрібна система – повноформатна, компактна або сервісна, яке завдання виконуватиме вже готовий ПК, яким стане процесор і чи підійде обраний сокет до материнської плати, який бюджет і чи потрібна збірка прямо в магазині. І якщо перелічені параметри ще реально змінити в процесі, то вже з материнськими платами жарти погані. Без правильної основи вибір подальших компонентів марний і лише відводить погляд від найголовнішого. Тому важливо розібратися в тому, які бувають платформи для складання, і на яких реально заощадити.

Форм-фактор – поширений серед IT-обладнання універсальний стандарт, що визначає загальні розміри та параметри техніки, що випускається (форма, кількість та орієнтація додаткових елементів, наявність периферії). У масштабах форм-фактор визначає встановлені вимоги до положення та наявності роз'ємів та інтерфейсів, положення БП та кількість доступних розширень для використання оперативної пам'яті, процесорів відповідного сокету та відеокарт. У результаті, кожен описаний параметр всіма способами впливає і на зовнішні обриси системного блоку, що підбирається (а ще й на розміри), і на внутрішні компоненти майбутнього ПК. Тому важливо продумати кожен без винятку елемент ще до покупки.

Форм-фактори системних плат для офісних та

• Форм-фактор АТХ. Домінуючий і поширений стандарт, запропонований Intel ще на початку 1995 року. Габаритні розміри – 305 на 244 мм (у дюймах – 12 х 9,6). З плюсів – функціональна різноманітність доступних слотів, портів та інтерфейсів, низька ціна навіть на ATX від іменитих брендів. З мінусів – жорстка прихильність до корпусів такого самого стандарту. Хоча недолік і тут не надто серйозний – через подібне обмеження потенційним покупцям навпаки не доведеться довго ламати голову перед покупкою, а заразом не виникне проблем із охолодженням, адже в широкому корпусі ATX просторо і з поставленим завданням – зниженням температури процесора (жорстких дисків та корпусів) – впораються навіть боксівські кулери.

• Формат FlexATX - зменшена з точки зору габаритів і специфікації (229 x 191 мм і 9 x 7,5 в дюймах) версія ATX, що з'явилася на ринках з єдиною метою - формально здешевити персональні комп'ютери, що збираються на базі постійно оновлюються материнських плат. Формально з поставленим завданням «новинка» впоралася – через розміри, що зменшилися, і частково зниклих портів, і слотів на «виході» виходили цікаві, але потужні офісні ПК. З плюсів - повна сумісність з обладнанням (корпусами та блоками живлення) ATX і, якщо вже з'явилася можливість перенести материнську плату у просторий простір, то проблем точно не виникне.

• MicroATX (mATX) – розроблений у 1997 році форм-фактор материнської плати із заздалегідь визначеними розмірами (244 x 244 мм або 9,6 x 9,6 дюймів) та єдиною відмінністю від «повноформатного» побратима – кількістю PCI-слотів та інтегрованої периферії. Як правило, MicroATX придатний для офісної роботи і навряд чи впорається з ігровими чи складними графічними завданнями. З плюсів – вже знайома сумісність із корпусами та блоками живлення ATX.

Формати системних плат для серверних систем

• DTX та Mini-DTX. Економічні вигідні форм-фактори материнських плат, що відрізняються малими габаритами (у DTX – 243,84 x 203,20, у mini-DTX – 170,18 x 203,2) та незвичайним підходом до «друку». Як відзначають виробники при використанні типорозміру, як у DTX та Mini-DTX виходить безвідходне виробництво, адже на аркуш текстоліту влазить рівно чотири плати. Цікава ідея вже дісталася прилавків, але через малу кількість слотів і сильних обмежень на підключення низькопрофільних карт, так і не набула необхідної популярності і залишилася практично невідомою і рідко використовується в широких колах.

• Формат Mini-ITX. Материнська плата, форм-фактор якої розроблений VIA Technologies за лекалами ATX, але із зменшеними параметрами (170 x 170 мм). Головне призначення подібних платформ для складання ПК - серверні мультимедійні та розважальні домашні та офісні системи, де не застосовуються дорогі компоненти (відеокарти та процесори), а з охолодженням впораються навіть крихітні кулери (в основному охолодження і зовсім не пасивне, та й повноформатні). малогабаритні корпуси, розроблені під Mini-ITX). З плюсів - широке поширення форм-фактора, через що точно не виникне проблем з вибором (легко підібрати і цінову категорію, і відповідні габарити).

Формати материнських плат для компактних ПК

• Форм-фактор Extended ATX eATX. При розробці ідеальних платформ для серверних комп'ютерів, виробники намагалися вигадати спосіб розміщення в одному, нехай і великому корпусі відразу кілька відеокарт, процесорів і серії планок оперативної пам'яті. Довгі експерименти з формами та розмірами, в результаті, і призвели до появи Extended ATX (eATX), який, хай і не набув остаточної популярності у світі, але поставив новий стандарт для інших. Розміри eATX – 305 x 305 мм, а отже, ні проблем з продуктивністю не виникне, ні з використанням цілої стопки жорстких дисків та твердотільних накопичувачів, потужних відеокарт та процесорів. Ну, і подумати про охолодження також доведеться!

• Форм-фактор SSI CEB. Високопродуктивні системи, сервери, робочі повноформатні станції – вперше SSI CEB (Compact Electronics Bay) з'явився в 2005 році завдяки зусиллям Intel, Dell та IBM і відразу перетворився на культ: тут і підтримка кількох процесорів, і зменшена вартість матеріалів при розробці та друку, та гнучкість підсумкового виробництва, де легко додавати нові компоненти та змінювати вже наявні. Крім того, SSI CEB сумісний з ATX та грамотно продуманий з точки зору температурного управління та електромагнітної інтерференції.

Технології в IT-індустрії вже кілька десятків років неухильно розвиваються стрімкими темпами. Таке бурхливе зростання призводить до швидкої зміни стандартів, швидкої зміни поколінь архітектур та величезної кількості продуктів на ринку. Кожен з них має набір унікальних параметрів, розібратися в яких іноді важко навіть технічним фахівцям - що вже казати про звичайних користувачів! Взяти, наприклад, жорсткий диск (hard disk drive, HDD) - пристрій, що використовується в комп'ютерах для зберігання інформації. Цей клас компонентів має цілу низку характеристик: вид інтерфейсу, ємність, обсяг кеша (буфера) тощо. Сьогодні ми зупинимося на одному з них і розповімо про форм-фактор HDD: що це таке, як цей параметр впливає на роботу накопичувача, і як правильно його вибрати. Який підійде для ноутбуків, неттопів, який для десктопів. І, головне, про всі ці комп'ютерні терміни ми розповімо російською!

Під форм-фактором розуміють технічний стандарт, який визначає габарити компонента, а також описує інші геометричні розміри і параметри, наприклад, діаметр отворів для кріплення, розташування посадкових місць і так далі. Подібна уніфікація дозволяє досягти взаємозамінності компонентів персонального комп'ютера. Це означає, що за умови сумісності стандартів різні вузли можуть бути переставлені з однієї обчислювальної машини на іншу.

Форм-фактори жорстких дисків для стаціонарних ПК

Сучасні жорсткі диски («вінчестери») для стаціонарних комп'ютерів випускаються у двох форм-факторах: 2,5” та 3,5”, де цифри вказують ширину пристрою в дюймах (подвійний штрих поруч із числом є прийнятим позначенням даної одиниці виміру). Історично тридюймові моделі з'явилися раніше, тому досі найпопулярніші для стаціонарних ПК. Їхній поширеності також сприяє ряд технічних переваг: більша, ніж у 2,5”, швидкість обертання шпинделя (що підвищує швидкість доступу до даних) та можливість вміщення більшої кількості інформації.

Переваги 3,5”

1. Висока продуктивність завдяки збільшеній швидкості обертання шпинделя;
2. Можливість зберігання великого обсягу інформації;
3. Ціна: як правило, за аналогічних показників, тридюймові моделі коштують дешевше;
4. Не потрібний перехідник при встановленні в стаціонарний ПК.
З мінусів можна відзначити високий (порівняно з 2,5”) рівень шуму, сильне нагрівання, великі габарити.

Переваги 2,5”

1. Універсальність та малі габарити: такий «вінчестер» можна інсталювати як у стаціонарний системний блок (так званий десктоп), так і в компактні та переносні ПК: лептопи (ноутбуки), моноблоки (комп'ютери, в яких системний блок та дисплей поєднані в одному корпусі), неттопи (компактні настільні ПК);
2. Знижене електроспоживання - адже диски спочатку проектувалися для лептопів - пристроїв, у яких споживання електроенергії украй критично;
3. Низький рівень шуму, що досягається зниженою швидкістю обертання шпинделя.
Варто сказати, що для встановлення такого жорсткого диска в звичайний системний блок вам знадобиться покупка додаткового перехідника, а також спеціальних санок, якщо в корпусі комп'ютера відсутній відсік 2,5”. Тому універсальність, нехай вона і є, досягається за допомогою додаткових технічних засобів.

Таким чином, вибір розміру «вінчестера» для стаціонарного ПК, залежить від того, які з характеристик мають для вас більший пріоритет: продуктивність та об'єм – 3,5”, невеликі габарити та універсальність – 2,5”.

Розміри HDD для ноутбуків

У більшості сучасних ноутбуках застосовуються жорсткі диски формату 2,5” – що суттєво полегшує пошук та вибір цього компонента. Але варто відзначити, що HDD для лептопів можуть мати висоту в 9,5 мм і 7 ​​мм - тонші моделі застосовуються в ультра-буках. Тому обов'язково визначте висоту посадкового місця перед апгрейдом - інакше компонент може фізично не поміститися в корпус. У нетбуках також можуть використовуватися диски 1,8”, хоча виробники активно відмовляються від цього формату.

Розміри зовнішніх накопичувачів

Зовнішні накопичувачі є звичайним стаціонарним «вінчестером», забезпеченим USB-контролером і поміщеним у спеціальний бокс (корпус). Відповідно, і форм-фактори зберігаються типові: 1,8”, 2,5” та 3,5”. Переважна більшість зовнішніх «вінчестерів» випускається у форматі 2,5”, оскільки забезпечує оптимальне відношення між продуктивністю і компактністю, що є важливим параметром для будь-якої переносної електроніки.

Зовнішні HDD, виконані у форм-факторі 3.5”, потребують додаткового джерела живлення. Такі жорсткі диски не призначені для перенесення. Вони спроектовані як стаціонарний пристрій для зберігання інформації, що застосовується в тому випадку, коли установка HDD всередину комп'ютера ускладнена або неможлива: наприклад, при використанні моноблоків або ноутбуків.

Розміри SSD

В даний час активно набирає популярності перспективний вид пристроїв, що запам'ятовують, названий твердотілим накопичувачем (англ. solid-state drive, SSD). Цей клас має важливі відмінності від класичних жорстких дисків: у конструкції SSD відсутні механічні компоненти. Таке внутрішнє виконання дає кілька переваг: багаторазове підвищення швидкості читання-запису, відсутність шуму під час роботи. Виконання твердотільних накопичувачів, завдяки відмові від механічних частин, що рухаються, набагато різноманітніше: так, існують SSD, виконані у вигляді плати розширення для шини PCIe. Однак більшість виробників випускає твердотільні накопичувачі у стандартних форм-факторах HDD, а саме – у 1,8-, 2,5-, а також 3,5-дюймових форматах. Це зроблено для максимальної сумісності з існуючими корпусами ноутбуків та системних блоків: адже SSD закріплюються у тих самих відсіках, що й HDD.

Найбільш поширений розмір сучасних SSD – 2,5”. Цей формат - з точки зору виробників - найбільш вигідний економічно, оскільки сумісний і з ноутбуками, і моноблоками, і з класичними системними блоками. Однак варто мати на увазі, що для встановлення SSD у типовий настільний комп'ютер вам знадобиться спеціальний перехідник (салазки) на 3,5”, оскільки відсік формату 2,5” відсутній у багатьох корпусах.

На ринку також представлені зовнішні SSD із розмірами 1,8” або 2,5”. З практичної точки зору, у портативних твердотільних накопичувачах цей параметр ні на що не впливає, крім зручності експлуатації: пристрій менших розмірів, зрозуміло, простіше переносити.

Отже, сучасні пристрої накопичення інформації випускаються у трьох основних видах форм-факторів: 1,8”, 2,5” та 3,5”. Кожен із них застосовується у своїй ніші:
- 1,8” - зовнішні переносні SSD;
- 2,5” - портативні пристрої, накопичувачі для ноутбуків та настільних ПК з невеликими габаритами;
- 3,5” - стаціонарні вінчестери, призначені для установки в системний блок десктопів.

Можна сказати так про форм-фактор HDD: що це параметр, який слід вибирати в першу чергу, виходячи з типу вашого персонального комп'ютера (нетбук, ноутбук, моноблок, неттоп, стаціонарний системний блок) та конструкції його корпусу.

лекція №2. Системна плата ПК. Мікропроцесор.

Системна плата ПК

Основою системного блоку ПК є системна плата, що визначає всю конфігурацію комп'ютера. Всі пристрої, що входять до складу ПК, підключаються до цієї плати за допомогою роз'ємів, що розташовані на ній. З'єднання всіх пристроїв в єдину систему здійснюється за допомогою системної шини (магістралі), що є лініями передачі даних, адреси, управління.

Рис. 2.1. Структурна схема типової системної плати процесорі фірми Intel.

На системній платі (часто її називають материнською платою - motherboard), розміщуються:

1. Набори великих однокристальних електронних мікросхем – чіпів

(центральний процесор, чіпсет, інтегровані контролери пристроїв та їх

інтерфейси).

2. Мікросхеми пам'яті та роз'єми їх плат.

3. Мікросхеми електронної логіки.

4. Рознімання системної шини (стандартів ISA, EISA, VESA, PCI, AGP, PCI-Express та

5. Прості радіоелементи (транзистори, конденсатори, опори та ін.).

6. Слоти для підключення плат розширень (відеокарт або відеоадаптерів,

звукових карток, мережевих карток, інтерфейсів периферійних пристроїв IDE, EIDE,

7. Роз'єми портів введення/виводу (COM, LPT, USB, PS/2 та ін.).

Ядро ПК утворюють мікропроцесор (центральний процесор ПК) і основна пам'ять ПК, що складається з оперативного пристрою (ОЗУ) і постійного запам'ятовуючого пристрою (ПЗУ). ОЗУ та ПЗУ часто називають внутрішньою пам'яттю ПК. Всі інші пристрої зберігання інформації називають зовнішньою пам'яттю, або накопичувачами, навіть якщо ці накопичувачі (НГМД, НМЗ тощо) конструктивно входять до складу ПК та його системного блоку.

Системна плата – основа системного блоку. Конструктивно вона є багатошаровою друкованою платою. Містить гніздо (Socket) для встановлення процесора, слоти (довгі щілинні роз'єми) для встановлення пам'яті, відеоадаптера, плат розширення, роз'єми для підключення зовнішніх пристроїв. Для підключення зовнішніх пристроїв зазвичай використовуються шини USB, PCI, PCI-Express (старіші стандарти шин - ISA, EISA, AGP).

Socket 478 – конструктивне виконання процесорів Intel. Має вигляд квадратної мікросхеми з 478 висновками, що стирчать донизу; - Гніздо на системній платі для встановлення такого процесора. Має нульове зусилля установки (Zero Inserting Force – ZIF), важіль для фіксації/звільнення процесора та вуха для кріплення радіатора охолодження.

LGA – Land Grid Array – новий тип корпусу процесорів Intel, що характеризується відсутністю висновків як таких. Замість них корпус має 775 плоских майданчиків, які при встановленні в гніздо входять в контакт з пружними голками в роз'ємі.

AGP - Accelerated Graphics Port - спеціалізований порт та роз'єм на системній платі для встановлення відеокарт. Є потворним розвитком стандарту PCI.

PCI - Peripheral Components Interconnect - стандарт шини для підключення пристроїв розширення до системної плати та вбудованих пристроїв на системній платі. Має ширину шини 32 чи 64 (для серверів) біт, частоту 33.33 (66.66) МГц. У системних платах персональних комп'ютерів використовується версія 32 біта 33.33 МГц.

В даний час виробники на чолі з Інтел розгорнули кампанію з витіснення AGP та PCI новою послідовною шиною PCI Express.

IDE – інтерфейс жорстких дисків та накопичувачів на оптичних дисках. Фізично виглядає як дворядна гребінка на системній платі та на вінчестерах або накопичувачах. Гребінки з'єднуються між собою стрічковим шлейфом із 40 або 80 (залежно від швидкості) жилами.

PCIexpress – новий стандарт шини для підключення пристроїв розширення до системної плати. Відрізняється послідовним способом обміну та масштабованістю для збільшення пропускної спроможності. Залежно від числа послідовних каналів, що працюють паралельно, стандарт передбачає різну довжину роз'єму зі зворотною сумісністю пристроїв з меншим числом каналів і роз'ємів з великим. Виробники вже використовують цю шину на нових системних платах і мають намір замінити їй шини PCI і AGP.

USB – порт для підключення зовнішніх пристроїв. Виробники на хвилі загального переходу на послідовні шини і економію стратегічно цінного мідного дроту прагнуть замінити інтерфейсом USB всі паралельні інтерфейси LPT, що раніше використовувалися і використовуються, і послідовні COM і PS/2.

IEEE1394 - це також послідовний інтерфейс для зовнішніх пристроїв, але більш швидкісний, ніж USB. Якщо через USB можуть працювати клавіатури, миші, принтери, сканери, модеми, зовнішні дисководи та інше повільне обладнання, пропускної спроможності IEEE1394 вистачає для перекачування відео, і використовується цей інтерфейс для підключення цифрових відеокамер, швидкісних зовнішніх DVD-приводів, сканерів.

Платформа - це сукупність базових характеристик системної плати - який процесор вона розрахована, який тип пам'яті, відео, пристроїв вводу-вывода вона підтримує. Наприклад, можна говорити про "інтелівську платформу" або "АМДешну платформу" - так як процесори цих двох виробників мають різні конструктивні та логічні особливості, відразу стає зрозуміло, що в першому випадку мається на увазі система на базі процесора Інтел, у другому - АМД.

Усередині цієї глобальної класифікації також можна виділити свої "платформи". Наприклад, Інтел доклала героїчних зусиль щодо зміни платформи. Сформована платформа на базі процесора в конструктиві Socket 478, пам'яті DDR, відео AGP, інтерфейсу пристроїв розширення PCI і накопичувачів IDE, портів LPT і COM, на думку Інтел, повинна була бути замінена на платформу з процесором в корпусі LGA 775, пам'яттю DDR2, відео та пристроїв розширення PCI Express, накопичувачів SATA, а порти мають бути виключно USB та IEEE1394.

Основні компоненти, встановлені на материнській платі:

· Набір системної логіки (англ. chipset) - набір мікросхем, що забезпечують підключення ЦПУ до ОЗП та контролерів периферійних пристроїв. Як правило, сучасні набори системної логіки будуються на базі двох НВІС: «північного» та «південного мостів».

· Північний міст(англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системний контролер- Забезпечує підключення ЦПУ до вузлів, що використовують високопродуктивні шини: ОЗУ, графічний контролер.

Для підключення ЦПУ до системного контролера можуть використовуватись такі FSB-шини, як Hyper-Transport та SCI.

Зазвичай до системного контролера підключається ОЗП. У разі він містить у собі контролер пам'яті. Таким чином, від типу застосованого системного контролера зазвичай залежить максимальний обсяг ОЗП, а також пропускна спроможність шини пам'яті персонального комп'ютера. Але в даний час є тенденція вбудовування контролера ОЗП безпосередньо в ЦПУ (наприклад, контролер пам'яті вбудований в процесор AMD K8), що спрощує функції системного контролера.

Як шина для підключення графічного контролера на сучасних материнських платах використовується PCI Express. Раніше використовувалися загальні шини (ISA, VLB, PCI) та шина AGP.

· Південний міст(англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферійний контролер- містить контролери периферійних пристроїв (жорсткого диска, Ethernet, аудіо), контролери шин для підключення периферійних пристроїв (шини PCI, PCI-Express та USB), а також контролери шин, до яких підключаються пристрої, що не потребують високої пропускної здатності (LPC) для підключення завантажувального ПЗП, також шина LPC використовується для підключення мультиконтролера (англ. Super I/O) - мікросхеми, що забезпечує підтримку «застарілих» низькопродуктивних інтерфейсів передачі даних: послідовного та паралельного інтерфейсів, контролера клавіатури та миші).

Як правило, північний та південний мости реалізуються у вигляді окремих НВІС, проте існують і одночіпові рішення. Саме набір системної логіки визначає всі ключові особливості материнської плати та те, які пристрої можуть підключатися до неї.

· ОЗУ (деяка частина оперативної пам'яті може розташовуватися прямо на платі)

· Завантажувальне ПЗУ - зберігає ПЗ, яке виконується відразу після включення живлення. Як правило, завантажувальне ПЗУ містить BIOS, проте може містити ПЗ, що працюють в рамках EFI.

Класифікація материнських плат за форм-фактором

Форм-факторматеринської плати - стандарт, визначальний розміри материнської плати персонального комп'ютера, місця її кріплення до корпусу; розташування на ній інтерфейсів шин, портів вводу/виводу, сокету центрального процесора (якщо він є) та слотів для оперативної пам'яті, а також тип роз'єму для підключення блоку живлення.

Форм-фактор(як і будь-які інші стандарти) має рекомендаційний характер. Специфікація форм-фактора визначає обов'язкові та опціональні компоненти. Однак переважна більшість виробників вважають за краще дотримуватися специфікації, оскільки ціною відповідності існуючим стандартам є сумісність материнської плати та стандартизованого обладнання (периферії, карт розширення) інших виробників.

· Застарілі: Baby-AT; Mini-ATX; повнорозмірна плата AT; LPX.

· Сучасні: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

· Впроваджувані: Mini-ITX та Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX та PicoBTX

Існують материнські плати, що не відповідають жодним із існуючих форм-факторів (див. таблицю). Зазвичай це обумовлено або тим, що комп'ютер вузькоспеціалізований, або бажанням виробника материнської плати самостійно виробляти і периферійні пристрої до неї, або неможливістю використання стандартних компонентів (так званий «бренд», наприклад Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq частіше інших ігнорували стандарти, крім того, у нинішньому вигляді розподілений ринок виробництва сформувався лише до 1987 року, коли багато виробників уже створили власні платформи).

Системна шина

Системна шина - основна інтерфейсна система комп'ютера, що забезпечує поєднання та зв'язок всіх його пристроїв між собою.

Системна шина включає:

Шину даних, що містить дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів числового коду (машинного слова) операнда;

Шину адреси, що містить дроти та схеми сполучення для паралельної передачі всіх розрядів коду адреси осередку основної пам'яті або порту введення-виведення зовнішнього пристрою;

Шину команд, що містить дроти та схеми сполучення для передачі інструкцій (керуючих сигналів, імпульсів) у всі блоки машини;

Шину живлення, що містить дроти та схеми сполучення для підключення блоків ПК до системи енергоживлення.

Усі блоки, а точніше їх порти вводу-виводу, через відповідні уніфіковані роз'єми (стики) підключаються до шини одноманітно: безпосередньо чи через контролери (адаптери). Управління системною шиною здійснюється мікропроцесором або безпосередньо, або, що частіше, через додаткову мікросхему контролер шини, що формує основні сигнали управління.

Шина - сукупність провідників та протоколів передачі сигналів управління та даних щодо них для організації передачі інформації між пристроями. На зорі появи мікропроцесорних систем були винайдені паралельні шини, що дозволяють підключати на ті самі лінії даних, адрес і управління кілька пристроїв. Наприклад, процесор 8080 мав 8-розрядну шину даних та 16-розрядну шину адреси. Якщо не підключати всі пристрої паралельно до однієї шині, тоді всю цю купу дротів потрібно буде тягнути до кожного пристрою окремо, і мікропроцесорна система та плата під неї неймовірно ускладниться. Паралельне підключення пристроїв дозволяє заощаджувати лінії шин даних та адреси, але вимагає від пристроїв, щоб вони могли, крім переведення ліній шин у високий та низький логічні стани, ще й відключатися від шини, щоб уникнути конфліктів. Вибір активного пристрою здійснюється шляхом декодування стану ліній шини адреси, а напрямок передачі по паралельній шині визначається сигналами читання та запису. Назва «паралельна» залежить від того, що розряди даних, адреси чи команди пересилаються одночасно – кожен розряд своєї лінії передачі.

Зазвичай провідним пристроєм (активним) на шині виступає процесор, але активними можуть бути інші пристрої - наприклад, контролер прямого доступу до пам'яті (DMA - Direct Memory Access) може брати на себе управління шиною, і тоді процесор відключається від неї, даючи можливість передати дані безпосередньо в/з пам'яті, що виходить швидше і без переривання програми, що виконується. У специфікації шини PCI, наприклад, передбачено режим Bus Mastering, що дозволяє отримувати управління шиною як процесору чи контролеру DMA, а й іншим пристроям на шині, якщо вони досить інтелектуальні, щоб це робити.

Останнім часом спостерігається прагнення розробників апаратури перейти від паралельних шин до послідовних. Пояснюється це складнощами синхронізації обміну по паралельних шинах на високих частотах - якщо фізичні провідники, що реалізують шину, матимуть відмінність по довжині, на високих частотах це призведе до розходження фронтів сигналів на різних провідниках, збільшення часу, необхідного для встановлення перехідних процесів перед подачею сигналів запису або читання і, тим самим, обмеження максимальної швидкості передачі та швидкодії пристроїв. Крім того, збільшення розрядності процесорів вимагає збільшення розрядності шин і кількості висновків процесора, що робить систему громіздкою і ненадійною. Послідовні шини реалізуються більш простими фізичними засобами, але вимагають більш складних пристроїв для передачі та прийому, оскільки потрібно перетворення інформації з паралельної форми в послідовну та назад, а при передачі формування надлишкових кодів для надійної передачі та корекції помилок, якщо вони виникають. Послідовні шини більш прості механічно, більш стійкі до перешкод і мають більш широкі перспективи для переходу на вищі швидкості обміну.

До шини підключаються адаптери або контролери, що слугують для узгодження роботи пристрою з іншими блоками ПК.

Адаптер – блок для з'єднання пристроїв, які використовують різні інтерфейси.

Контролер – те, як і адаптер, лише з деякими самостійними функціями, здатний виконувати власні програми управління.

Мікропроцесор

Мікропроцесор (МП) – центральний блок ПК, призначений для управління роботою всіх блоків машини та для виконання арифметичних та логічних операцій над інформацією.

Мікропроцесор - процесор (пристрій, що відповідає за виконання арифметичних, логічних операцій та операцій управління, записаних у машинному коді), реалізований у вигляді однієї мікросхеми або комплекту з кількох спеціалізованих мікросхем.

Історія мікропоцесорів

Наприкінці 1970 р. компанія Intel розпочала випуск першого у світі мікропроцесора моделі 4004. Він був чотирирозрядним, тобто за одну операцію (такт) обробляв одне 4-розрядне число. У 1972 р. Intel розробила 8-розрядний мікропроцесор моделі 8008, а 1978 р. - перший 16-раз рядний процесор 8086. Він став базою для персональних комп'ютерів IBM PC XT, які стали стандартом де-факто для всієї комп'ютерної індустрії. Потім з'явилися процесори 80286, 80386 (перший 32-розрядний процесор), 80486. З появою в 1995 р. процесорів Pentium почався новий етап розвитку персональних комп'ютерів, коли вони стали не тільки робочим інструментом, а й домашнім, побутовим пристроєм повсякденного використання.

У 1995 р. персональний комп'ютер, оснащений процесором Pentium 100 і 16 Мбайт оперативної пам'яті, став продаватися за ціною нижче 3000 $. Мабуть, цей рубіж став психологічним бар'єром, оскільки продажі зростали з космічною швидкістю аж до насичення ринку, коли у розвинутих країнах 80-85% сімей стали власниками ПК. Спочатку головними покупцями виступали студенти та аспіранти, потім до них підключилися школярі та їхні батьки. Останнім часом у світі продається близько 200 мільйонів ПК на рік, а середня ціна настільної персоналки вбирається у 1000$.

З 1995 р. і до сьогодні різні фірми випустили понад 120 моделей процесорів для персональних комп'ютерів. Деякі їх стали знаковими явищами у комп'ютерної промисловості. Основними виробниками процесорів для ПК в даний період стали компанії Intel і AMD. Корпорація Intel з 1995 р. і по сьогодні використовувала сім моделей платформ з різними інтерфейсами процесорів: від Socket 5 до Socket 775. Компанія AMD використовувала трохи менше - п'ять платформ (від Socket 7 до Socket 939). Таким чином, у середньому актуальність платформи зберігалася протягом півтора-двох років.

Сучасні форм-фактори

ATX (англ. Advanced Technology extended) - цей форм-фактор персональних настільних комп'ютерів є домінуючим стандартом для комп'ютерних систем, що масово випускаються, починаючи з 2001 року. Він став першою революційною зміною конструкції материнських плат. У ньому поєднуються найкращі особливості стандартів Baby-AT та LPX та закладено багато додаткових удосконалень. Однак, необхідно запам'ятати, що конструкція АТХ фізично несумісна з Baby-AT, ні з LPX. Розміри плати 12х9.6 дюйми (або 305х244 мм). По суті, ATX - це "лежача на боці" плата Baby-AT із зміненим силовим роз'ємом та іншим розташуванням джерела живлення. Дана архітектура встановлюється у системних блоках типів MiniTower та FullTower.

Вперше офіційна специфікація АТХ була випущена компанією Intel у липні 1995 року для заміни плати AT, що використовувалася довгий час. Системні плати ATX з'явилися на ринку приблизно в середині 1996 року і швидко посіли місце раніше використовуваних плат Baby-AT. У лютому 1997 року з'явилася версія 2.01 специфікації ATX, після чого було зроблено кілька незначних змін. У травні 2000 року випускається остання (на даний момент) редакція специфікації ATX (яка містить рекомендацію Engineering Change Revision PI), яка отримала номер 2.03. Компанія Intel опублікувала докладну специфікацію ATX, цим відкривши її для сторонніх виробників і фактично створивши новий промисловий стандарт АТХ. Інші сучасні стандарти (Micro-ATX, Flex-ATX, Mini-ATX - див. рисунок 9) зазвичай зберігають основні риси АТХ, змінюючи лише розміри плати та кількість слотів розширення. В даний час ця архітектура є найбільш поширеним форм-фактором системних плат, рекомендованим для більшості нових систем.

Micro-ATX (µATX, mATX, uATX) – форм-фактор материнської плати розміром 9.6х9.6 дюйма (244х244 мм). Представлений корпорацією Intel у грудні 1997 року як варіант зменшеної плати АТХ, призначений для невеликих та недорогих систем. Використовується як процесорів архітектури х86, так процесорів х64. Зменшення форм-фактора стандартної плати АТХ призвело до зменшення розмірів корпусу, системної плати та блоків живлення, і, зрештою, до зниження вартості всієї системи. Форм-фактор розроблявся з урахуванням повної електричної та зворотної механічної сумісності з АТХ. Материнські плати mATX можуть використовуватись у корпусах АТХ, але не навпаки. При випуску материнських плат часто випускають на тому самому чіпсеті плати як формату ATX, так і mATX, при цьому відмінність зазвичай полягає в кількості PCI-слотів та інтегрованої периферії. Дуже часто зустрічається така відмінність: плати mATX випускаються з вбудованою відеокартою, ATX - без (mATX передбачається для офісної роботи і, в основному, не розрахований на ігрове застосування, що вимагає потужних відеокарт).

Ця специфікація була розроблена компанією Intel у 1999 як заміна Micro-ATX. В даний час актуальний, але не набув популярності. Flex-ATX визначає розмір материнської плати не більше 9х7.5 дюйма або 229x191 мм (ця системна плата є найменшою із сімейства АТХ), а також розміщення на ній не більше ніж 3 слоти розширення. Flex-ATX побудований на тих же базових елементах, що і ATX, і Micro-ATX, має розташування отворів для кріплення, сумісне з Micro-ATX, блок роз'ємів введення-виводу, як у ATX і Micro-ATX, але поєднує всі компоненти на меншої площі. Подібно до Mini-ITX, Flex-ATX націлений на індустріальні комп'ютери.

На відміну від досить суворих інших специфікацій, NLX забезпечує виробникам значно більшу свободу у прийнятті рішень. Розміри материнської плати NLX коливаються від 8х10 дюймів до 9х13.6 дюймів (203х254 та 229х345 мм). NLX-корпус повинен вміти керуватися як із цими двома форматами, так і з усіма проміжними. Особливість NLX-корпусу полягає у розташуванні портів USB на передній панелі. Також цю архітектуру можна відрізнити за компонуванням роз'ємів портів введення-виведення на задній панелі системного блоку: в лівій частині роз'єми розташовуються в один ряд, в правій - вже в два. Низькопрофільний форм-фактор мав замінити нестандартний LPX. Він був представлений у листопаді 1997 року та швидко завоював популярність на ринку корпоративних настільних систем. Дана конструкція подібна до першого варіанта LPX, його можна розглядати як покращену версію нестандартної LPX. Якщо на плати LPX не можна було встановити нові процесори через їх більших розмірів і підвищеного тепловиділення, то в розробці NLX ці проблеми чудово вирішені. Стандарт орієнтований використання у низькопрофільних корпусах. Для встановлення карти розширень використовується встановлюється в спеціальний роз'єм на платі "ялинка" з множинними слотами розширень. Передбачено AGP, охолодження краще, ніж у LPX. Але незважаючи на всі ці переваги, формат не набув широкого поширення.

Стандарт розроблений Intel в 1998 спеціально для потужних серверів того часу на платформі Xeon. Незважаючи на наявність на момент появи стандарту двох інших стандартів форм-факторів - АТ та АТХ, концепція яких дозволяла використовувати блоки живлення потужності, достатньої для забезпечення потреб ПК, для потужних робочих станцій та серверів цих стандартів було недостатньо. Крім цього, в їх випадку була потрібна велика необхідність у забезпеченні нормального охолодження, зручній підтримці багатопроцесорних конфігурацій, розміщенні великих обсягів оперативної пам'яті, портів контролерів, накопичувачів даних і портів введення-виведення. У зв'язку з цими проблемами була створена специфікація WTX, орієнтована на підтримку двопроцесорних материнських плат будь-яких конфігурацій та різних технологій відеокарт та пам'яті. Ця архітектура набагато більша за плати АТХ (14х16.75 дюймів або 355.6х425.4 мм), що дозволяло розмістити два і більше процесори. Версія 1.0 була представлена ​​у вересні 1998 року, а вже у лютому наступного року було розроблено другу версію (1.1). З того часу WTX не оновлювався і його підтримку було припинено, але архітектура поширена досі.

CEB системний платня материнський чіпсет

Повна назва конструкції – SSI CEB (CEB – Compact Bay Specification). Це стандарт плат для високопродуктивних робочих станцій та серверів середнього рівня. Плата є похідною від стандарту АТХ, її габарити становлять 12х10.5 дюйми (305х267 мм). Стандарт розроблений у 2005 році спільно корпораціями Intel, Dell, IBM та Silicon Graphics у рамках форуму SSI (Server System Infrastructure). Остання із трьох версій стандарту 1.1 описується у документі Compact Electronics Bay Specification.