Материнская плата. 7

Содержание.

1.Введение…………………………………………………………………..2

2.Виды плат…………………………………………………………………3

3.Устройство и схемы  материнской платы ……………………………..4

4.Принцип действия………………………………………………………..11

5.Список литературы………………………………………………………15

Введение.

Материнская плата - это основной компонент каждого компьютера, которая  управляет как и внутренними  устройствами, так и внешними. От ее работы зависит стабильность всего  компьютера в целом. Тип установленной  материнской платы определяет общую  производительность, а так же модернизацию ее.

Материнская плата, также  называемая главной или системной  платой, представляет собой одно из основных устройств в компьютере и обеспечивает связь между всеми  элементами. Она является самым важным элементом, обеспечивающая сопряжение и работу всех устройств компьютера, начиная от центрального процессора, кончая мышью и клавиатурой.  При  продаже плата часто называется не по ее типу, а по типу центрального процессора, например, плата для  Pentium i3. Она изготовляется из стекловолокна, причем состоит из нескольких листов, на которые наносятся контакты (так называемая печатная плата) и имеет многослойную структуру.

Виды плат.

Материнская плата крепится к стойке несколькими винтами. На ней располагаются следующие  основные элементы: процессор, оперативная  память, набор управляющих микросхем (чипсет), BIOS, кэш-память, шины, слоты расширения, батарейка и другие устройства. Кроме вышеперечисленных устройств, на плате имеются разъемы для параллельных, последовательных портов (для подключения клавиатуры и мыши), источника питания, встроенного динамика, индикаторов и кнопок, находящихся на передней панели системного блока. Тип материнской платы влияет на производительность компьютера и определяет те устройства, которые можно к ней подключить.

 Для передачи данных  между устройствами, расположенными  на материнской плате, используются  проводники, называемые шиной. Шины  используются для передачи информации  между устройствами и могут  быть нескольких видов: шина  главного процессора (на которой  работает процессор и кэш-память), системная шина. Системная шина  является основным источником  передачи информации между устройствами, находящимися на материнской  плате и вне ее, такими, как  оперативная память, процессор, клавиатура, жесткий диск, флоппи-дисковод, клавиатура, мышь и так далее. Конечно,  такое взаимодействие происходит  не напрямую, а через специальные  устройства, называемые контроллерами.  Так, например, существует контроллер  для клавиатуры, шины расширения (через которую происходит обмен  информацией между внешними устройствами  и устройствами на материнской  плате, такими как звуковая  плата, дисплей, сканер) и другие.

Устройство и схема материнской платы.

1. Форм-фактор материнской  платы — стандарт, определяющий  размеры материнской платы для  ПК, места ее крепления к корпусу;  расположение на ней интерфейсов  шин, портов ввода/вывода, сокета  центрального процессора и слотов  для оперативной памяти, а также  тип разъема для подключения  блока питания. В последних  версиях форм-фактора определяются  и требования и к системе  охлаждения компьютера. При выборе  комплектующих для ПК необходимо  помнить, что корпус компьютера  должен поддерживать форм-фактор  материнской платы.

 Форм-фактор ATX (Advanced Technology eXtended) – форм-фактор, который был предложен еще в 1995 г. компанией Intel и с тех пор по сей день сохранил огромную популярность. Системные платы форм фактора ATX имеют размеры 30,5 x 24,4 см. В настоящее время большинство системных плат, корпусов и блоки питания на базе процессоров Intel и AMD выпускаются в формате ATX.

 К особенностям спецификации  ATX относится следующее:

размещение портов ввода/вывода на системной плате;

встроенный разъем типа PS/2 для клавиатуры и мыши;

расположение разъемов IDE и FDD ближе к самим устройствам;

размещение гнезд процессора в задней части платы, рядом с  блоком питания;

использование единого 20-контактного  и 24-контактного разъемов питания.

 На данный момент  рекомендуется брать платы с  форм-фактором ATX, т.к. они заметно больше по габаритам и, соответственно имеют, больше количество слотов, удобное их расположение, а также расположение чипсета и других разъёмов.

 mATX (micro ATX) – уменьшенный стандарт ATX. Он используется в основном в офисных машинах, где не требуется много слотов для наращивания конфигурации. Стандарт mATX имеет размеры 24.4 x 24.4 см и поддерживает 4 слота расширения. Материнская плата стандарта mATX имеет основной разъем для подключения блока питания, содержащий 20 или 24 контакта. Практически все новые модели, начиная с 2003 г. имеют 24-контактный разъем.

 EATX (Extended ATX) – основное отличие от ATX это размеры (30.5 x 33.0 см). Основная сфера их применения это серверы.

 BTX (Balanced Technology Extended) – новый стандарт, разработанный с целью эффективного охлаждения внутренних компонентов системного блока. BTX имеет сравнительно небольшие размеры и подходит для построения миниатюрных компьютеров. Платы BTX имеют размеры 26.7 х 32.5 см и имеют 7 слотов расширения.

 mBTX (micro BTX) – уменьшенный вариант BTX, поддерживающий 4 слота расширения. mBTX – имеют размеры 26.7 х 26.4 см.

 mini-ITX – стандарт электрически и механически совместимые с форм-фактором ATX. Форм-фактор mini-ITX разработан компанией VIA Technologies и имеет небольшие размеры (17 х 17 см).

 SSI EEB (Server Standards Infrastructure Entry Electronics Bay) – данный форм-фактор материнской платы в основном применяется для построения серверов и имеет размеры 30.5 x 33.0 см. Основной разъем для подключения блока питания имеет 24+8 контактов.

 SSI CEB (SSI Compact Electronics Bay) – данный форм-фактор также применяется для построения серверов и имеет 24+8 контактов основной разъем. Габариты таких плат - 30.5 x 25.9 см.

 Устаревшие стандарты:  Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные стандарты: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые стандарты: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Питание материнской платы  зависит от типа разъема от блока  питания, например 24+4, то есть два разъема, один на 24 вывода, второй на 4. Могут  быть разъемы: 24+4,24+4+4, 24+8+4, 24+8+4+4 pin. На рисунке выше показан разъем, имеющий 20 гнезд для подключения материнской платы и на рисунке ниже дополнительный 4-штырьковый разъем. Таким образом на материнской плате и на том же рисунках имеется разъем типа 20+4.

2. Чипсет (набор микросхем  системной логики) – наиболее  значимый элемент системной платы,  состоящий из двух частей –  северного (Northbridge) и южного (Southbridge) мостов. Северный и Южный мосты  располагаются на двух микросхемах.  Именно они определяют особенности  материнской платы и то, какие  устройства могут быть к ней  подключены.

 Северный мост - работает  напрямую с процессором и осуществляет  поддержку оперативной памяти  и видеокарты. От него также  зависит частота системной шины, максимальный объем и тип оперативной  памяти. Также через северный  мост происходит связь вышеперечисленных  компонентов с южным мостом.

 Южный мост – это  микросхема, посредством которой  обеспечивается связь центрального  процессора с другими компонентами: жесткий диск и порты для  подключения оптических приводов, карты расширения, интерфейс SATA, USB и др. Южный мост в отличии  от северного подключается не  напрямую к процессору, поэтому  они расположены на разных  микросхемах.  Самыми популярными  производителями чипсетов на  сегодняшний день являются: Intel, AMD и NVIDIA.   Какой чипсет лучше, как выбрать? На сегодняшний день это спорный вопрос: одни считают, что за новинками гоняться не стоит, т.к. в новом продукте всегда найдутся ошибки, да и производительности будет всего лишь на процентов десять больше; другие придерживаются другого мнения – во-первых 10 процентов это тоже вполне солидная цифра (хотя она может быть и выше), во вторых новая плата может продлить жизнь компьютера.

3. Сокет – разъем на  материнской плате для подключения  центрального процессора. Чипсет  и формат разъема микропроцессора  определяют, какой тип процессоров  может быть установлен в данную  материнскую плату. Для процессоров  разных производителей требуются  разные сокеты. Для нынешних процессоров  компании Intel требуются системные  платы с сокетами "LGA775" (Land Grid Array, Socket 775), "LGA1366" (Socket 1366) или "LGA1156" (Socket 1156), для процессоров AMD –  "Socket AM2", "Socket AM2+" или "Socket AM3".

4. Тип памяти. Помимо частоты  и модели процессора на быстродействие  компьютера также еще влияет  такой фактор как тип оперативной  памяти. Этим могут и отличаться  современные чипсеты от своих  предшественников.  На сегодняшний  день используется тип памяти DDR2 и DDR3, т.к. память типа DDR уже  давно устарела.  При покупке  материной платы всегда следует  обратить внимание на то, какую  частоту поддерживает оперативная  память. Сейчас память DDR2 работает  с такими частотами, как 800, 1066 и 1200 МГц. DDR3 - 1066, 1333, 1600, 1800 и 2000 МГц. Модули ОЗУ, к примеру, 1066 Мгц могут работать на матерях  поддерживающие память на 800 Мгц,  но только частота работы ОЗУ  будет ограничена максимум 800 Мгц,  т.е. частота ОЗУ снижается  до отметки, максимально поддерживаемой  материнской платой. В целом же  система также может работать  нестабильно. Также следует отметить, что память типа DDR3 не будет работать на плате, поддерживающая только DDR2 и вполне возможно обратное.

5. BIOS (Basic Input-output System — базовая  система ввода-вывода) — микросхема, которая отвечает за выполнение  базовых функций и самопроверку  системы каждый раз во время  ее запуска. Современные материнские  платы обычно оборудуются двумя  микросхемами BIOS, вторая содержит  информацию первой основной и  служит для ее восстановления  в случае непредвиденного сбоя, например, при неудачной прошивке.

6. Интегрированные устройства. В настоящее время в состав  материнских плат стали входит  устройства, которые раньше были  в виде отдельных схем. Это  создало удобство для пользователя. Ведь, покупая одну системную  плату, пользователь приобретает  несколько интегрированных устройств. 

 Как правило, большинство  таких устройств представлено  на системной плате в виде  контроллеров и кодеков – небольших  специализированных микросхем, входящих  в состав чипсета.

7. Слоты для расширения. Сколько бы встроенных контроллеров  и микросхем не содержала в  себе материнская плата, все  равно всех проблем ей самостоятельно  не решить. Хочешь, не хочешь, а  приходится «материнке» сотрудничать  с другими, отдельно вставляющимся  платами. Они устанавливаются  в специальные гнезда, которые  называются слотами.  Слоты стандарта PCI. PCI – это стандарт не только слота, но и самой шины (канал, по которому передается информация между устройствами компьютера). Уже долгое время слоты PCI служат для подключения внешних устройств (звуковая плата, сетевая карта и др. контроллеры). Слотов PCI на современных платах три, четыре. Их найти очень легко – они самые короткие и обычно белого цвета, разделенные перемычкой на две неравные части. Сегодня слоты PCI сочетаются с новыми слотами PCI-Express.  Слоты стандарта PCI-Express (PCI-X). В 2004 году компанией Intel была разработана последовательная шина PCI-Express с пропускной способностью около 4 Гб/с. Каждому устройству, подключенному к этой шине отводится собственный канал со скоростным показателем 250Мб/с. При этом можно использовать сразу несколько каналов, например, при передаче данных к видеокарте. Также к плюсам данной шины можно отнести «горячую замену» любого подключенного к ней устройства, даже не выключая питания системного блока. PCI-Express имеет два типа слотов для подключения дополнительных плат: Короткие PCI-Express x1 (скорость передачи данных – 250 Мб/с) Длинные PCI-Express x16 (до 4 Гб/с) – для подсоединения видеокарты.

Слоты для установки оперативной  памяти – их легко различить среди  всех разъемов, они снабжены специальными замочками-защелками. Их может быть на плате от двух до четырех, что  позволяет установить от 512 Мб до 4 Гб оперативной памяти. Следует напомнить, что слоты жестко привязаны к  типу оперативной памяти, т.е. в слот, предназначенный для памяти DDR2 нельзя вставить память типа DDR3. Иногда бывает, что на одной «материнке» бывает установлено несколько слот для  разных типов памяти.

8. Контроллеры - устройства  для подключения к плате внешних  устройств и управления ими.  Таких контроллеров на плате  много, но мы рассмотрим только  некоторые из них. 

 Контроллеры IDE – предназначены  для подключения к материнской  плате устройств хранения и  чтения информации – жестких  дисков, CD/DVD-ROMов и т.д. контроллеры  IDE уже устарели и на матерях,  где встречается контроллер IDE их  установлено два и к каждому  можно подключить до двух устройств  – ведущее Master и ведомое Slave. По умолчания первым ведущим  всегда ставится жесткий диск, именно с него производится  загрузка системы. Вторым ведущим  ставится, как правило, CD/DVD-ROM. Если  вы покупаете себе компьютер или отдельно материнскую плату, то вам следует отказать от IDE в пользу нового стандарта Serial ATA (SATA).

  SerialATA – новый стандарт  интерфейса жестких дисков. К  каждому разъему SATA подключается  только одно устройство и привычная  схема Master/Slave уходит в прошлое.  Интерфейс SerialATA позволяет передавать  данные с наиболее большей  скоростью, чем традиционный ATA. Но  здесь один минус – разъемов  стало нехватать. Поэтому при  покупке системной платы обратите  внимание на количество SATA разъемов, их должно быть как можно  больше.

9. Производители системных  плат. Быстродействие и возможности  системной платы зависят не  только о чипсета, но и также  еще и от производителя. 

 У каждого производителя  имеются свои особенности: 

ASUSTeK – отличаются отличной  оснасткой и стабильностью работы;

Abit - способна к разгону; 

Gigabyte – имеют запасную  микросхему BIOS, в случае повреждения  которой можно легко восстановить; Albatron и Foxconn – сравнительно при  невысокой цене обладают максимальным  быстродействием.

Принцип действия.

Одним из основным составляющим компонентом материнской платы  будь то компьютера либо ноутбука является Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных  чипсетах Intel, также — контроллер-концентратор памяти с английского Memory Controller Hub)

MCH является системным  контроллером чипсета на материнской  плате платформы x86, к которому  в рамках организации взаимодействия  подключено следующие оборудование:

1. через Front Side Bus — микропроцессор, если в составе процессора  нет контроллера памяти, тогда  через шину контроллера памяти  подключена— оперативная память.

2. через шину графического  контроллера — видеоадаптер (в  материнских платах нижнего ценового  диапазона, видеоадаптер часто  встроенный. В таком случае северный  мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub).

Название чипа как «Северный  мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет  располагаться на вершине карты, на севере .

Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный  тип, частоту, пропускную способность):

- системной шины и,  косвенно, процессора (исходя из  этого — до какой степени  может быть разогнан компьютер);

- оперативной памяти (тип  — например SDRAM, DDR, DDR2, её максимальный  объем);

- подключенного видеоадаптера.

Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного  моста определяют выбор реализованных  на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.

В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской  платы через согласующий интерфейс  и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать  возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные  мощные микросхемы северного моста  помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.

Минуя северный мост согласно нашей схеме двигаясь на юг на материнской  плате расположен южный мост. Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH.)

Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин  для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ  через Северный мост, который, в отличие  от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.

Если взять функциональность, то южный мост включает в себя:

- контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O;

- DMA контроллер;

- контроллер прерываний;

- PATA (IDE) и SATA контроллеры;

- часы реального времени  (Real Time Clock);

- управление питанием (Power management, APM и ACPI);

- энергонезависимую память BIOS (CMOS);

- звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA).

Опционально южный мост также  может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire, аудио-кодек и др. Реже южный  мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (контроллера ввода-вывода).

Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать и  поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка  шины ISA используется достаточно редко, она все таки является неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.

Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет  «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш).

APM или ACPI функции позволяют  перевести компьютер в «спящий  режим» или выключить его.

Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать  ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).

Северный и южный мосты  материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются – чипсет.

Чипсет (англ. chipset) — набор  микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах  чипсет, размещаемый на материнской  плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты так можно  встретить и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых  телефонов.

Чаще всего чипсет современных  материнских плат компьютеров состоит  из двух основных микросхем северного  и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub, SCH):

Иногда в состав чипсета  включают микросхему Super I/O, которая  подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные  порты: RS232, LPT, PS/2.

Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для  разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI.

Создание полноценной  вычислительной системы для персонального  и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по  закону Мура.

В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в  первую очередь заинтересованны  фирмы-производители процессоров. Исходя из этого, ведущими фирмами (Intel и AMD) выпускаются  пробные наборы, специально для производителей материнских плат, так называемые англ. referance-чипсеты. После обкатки  на таких чипсетах, выпускаются новые  серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а  учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.

Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86: Intel, NVidia, ATI/AMD: (после перекупки в 2006 году ATi вошла в состав Advanced Micro Devices), Via, SiS.

Список  литературы :

1. Журнал «Хакер» 2005 год

2. http://www.smotherboards.ru/2010/08/10/

3. http://comp.potrebitel.ru/

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/

5. http://www.xakep.ru/