Состав материнской платы

СОДЕРЖАНИЕ

Состав материнской платы………………………………………………………….2

Основные компоненты, разъемы материнской платы……………………………..7

Чипсеты…………………………………………………………………………….....7

BIOS и его батарейка………………………………………..………………………11

 

Состав материнской платы

Как известно, ни один компьютер не может работать без системной, или, как ее еще называют материнской платы. Это один из главнейших элементов в компьютере. На плате располагаются все разъёмы и слоты для подключения различных устройств, таких как видеокарта, процессор, оперативная память и для других необходимых для работы компьютера устройств. Также, системная плата обеспечивает распределение питания между этими устройствами. К материнской плате также подключаются отдельно расположенные устройства, такие как жесткий диск или дисковод, которые соединены с системной платой специальными шлейфами.

Как видим, системная плата объединяет в единую систему все компоненты компьютера — без нее они бы оставались просто набором не связанных друг с другом комплектующих.

Остановимся на двух основных электрических параметрах материнской платы. Поскольку микросхемы рассчитаны на работу в строго оговоренных режимах, для обеспечения их надежности и долговечности необходимо качественное питание.

Ключевую роль здесь играет блок питания, к которому подключается плата. Однако различным компонентам необходима разная мощность.

К тому же энергопотребление отдельных комплектующих, например процессора, непостоянно. Все эти факторы вынуждают прибегать к дополнительным ухищрениям.

Для подачи необходимого напряжения на различные комплектующие во всех современных материнских платах используется стабилизатор напряжения, который устанавливается непосредственно на плате. Иногда он выполняется в виде отдельной небольшой платы и размещается в непосредственной близости от блока питания, чтобы циркулирующий воздух в первую очередь охлаждал и его.

Стабилизатор напряжения работает в автоматическом режиме. Иными словами, независимо от того, на какие контакты подается нагрузка, к какому разъему подключено то или иное устройство, напряжение на всех элементах системной платы всегда стабильно.

Для того чтобы бороться со скачками напряжения, которые могут вывести из строя многие комплектующие, на плате устанавливают конденсаторы, способные накапливать и затем плавно отдавать заряд. Именно поэтому конденсаторов так много на материнских платах, особенно вокруг центрального процессора, для которого характерны резкие скачки энергопотребления, в зависимости от нагрузки.

Конденсаторы снижают со временем надежность работы материнской платы: они стареют быстрее прочих компонентов, в частности, из-за воздействия высоких температур. В результате емкость конденсаторов падает, и они теряют способность выравнивать напряжение в схеме, что негативно сказывается на прочих компонентах, а в худшем случае выводит их из строя.

Кроме того, очень важно, чтобы мощность блока питания соответствовала потребляемой мощности системы в целом. Например, часто при сборке компьютера для экономии приобретается не очень мощный блок питания. По расчету его мощность подходит под желаемую сборку. В дальнейшем дополнительно приобретается линейка памяти, TV-тюнер, затем производится апгрейд видеокарты на более производительную. Все это увеличивает потребляемую мощность настолько, что старый блок питания не справляется с нагрузкой.

Увеличиваются пульсации, стабилизатор на материнской плате уже не спасает ситуацию, и в один момент компьютер перестает запускаться. Открыв корпус, вашему вниманию представляется печальная картина: большинство конденсаторов стоят со вздувшимися донышками, а некоторые вообще потекли.

Когда количество негодных конденсаторов один-два, то можно попытаться аккуратно их выпаять и заменить. Чаще всего это помогает, и системная плата оживает. Но когда негодных конденсаторов — десяток и больше (а именно так часто и бывает), то материнскую плату уже не спасти. Поэтому, улучшая и совершенствуя свой компьютер, не забывайте о блоке питания. И рекомендации к смене компьютера каждые три года порождены не только маркетинговыми соображениями морального старения, но и вполне объективные причинами — электролитические конденсаторы со временем высыхают и перестают выполнять свои функции.

На рис 1. редставлена упрощенная структурная схема типичной материнской платы для процессора Intel 6-го поколения. Комплект микросхем системной логики основан на двух микросхемах. Им дали названия: Северный мост (North Bridge) и Южный мост (South Bridge). Эти названия выбраны исходя из следующих соображений. Архитектуру чипсета можно представить в виде карты.

На этой карте процессор будет располагаться на вершине карты, точно на севере. Он будет соединен с чипсетом через быстрый северный мост. А Северный мост, в свою очередь, будет соединен с остальной частью чипсета через медленный Южный мост. На блок-схемах материнских плат так теперь и рисуют: верх — это север, а низ — это юг. Северный мост -один из основных элементов чипсета компьютера, отвечающий за работу процессора, памяти и видеокарты. Северный мост определяет частоту системной шины, тип оперативной памяти, ее максимальный объем и максимальную скорость обмена данными между процессором и памятью. Кроме того, от Северного моста зависит тип шины видеоадаптера (PCI-Express или AGP) и ее быстродействие.

Частота работы этой микросхемы равна тактовой частоте материнской платы. Современные микросхемы North Bridge работают на высоких тактовых частотах и поэтому дополнительно оборудованы устройствами охлаждения (радиаторы охлаждения, а иногда и вентиляторы).

Для компьютера среднего и нижнего ценового диапазона в Северный мост часто встраивают графическое ядро. Другими словами, речь идет об интегрированной видеокарте.

Рис. 1. Структурная схема типовой материнской платы Intel

Последнее поколение процессоров фирмы Intel CORE 17 использует встроенный в процессор контроллер памяти и специальную высокопроизводительную шину для связи процессора с оперативной памятью, поэтому Северный мост больше не влияет на скорость обмена данными между ОЗУ и ЦП. Следует добавить, что компания AMD уже несколько лет использует данную архитектуру.

Южный мост также известен как контроллер-концентратор ввода/вывода (Input/Output Controller Hub — ICH). Это микросхема, которая реализует относительно медленные взаимодействия на материнской плате между чипсетом материнской платы и ее компонентами. В Южный мост входит контроллер прямого доступа и контроллер прерываний, контроллеры шин IDE, USB и SATA. Эта микросхема также реализует функции памяти CMOS, часов и т.д  Следует отметить, что один и тот же тип микросхемы Южный мост может использоваться, как правило, в нескольких наборах системной логики, т.е. может работать с несколькими типами микросхем Северный мост.

Как показано на структурной схеме (см. рис . 1.1), Южный мост обычно не подключен напрямую к процессору в отличие от Северного моста, т.е. связь всех устройств, подключенных к Южному мосту, с процессором -только через Северный мост.

Функционально Южный мост включает в себя:

- шину PCI;

- шину ISA;

- DMA-контроллер;

- SMBus (SM шина) или интерфейс I2C;

- контроллер прерываний (IRQ);

- IDE (8АТА)-контроллеры;

- часы реального времени (Real Time Clock);

- управление питанием (Power management АРМ и ACPI);

- энергонезависимую память BIOS (CMOS);

- контроллер сетевой платы Ethernet;

- контроллер USB;

- звуковой контроллер АС97.

Опционально Южный мост также может включать в себя поддержку, WI-FI, Raid, Fire Wire (IEEE1394) контроллера. Реже Южный мост содержит в себе поддержку клавиатуры, мыши, последовательных портов. 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 поддержку усовершенствованных шин PCI-X и PCI-Express. Хотя шина ISA в настоящее время не используется, она осталась неотъемлемой частью современного Южного моста. Функции Южного моста постоянно расширяются и в него регулярно добавляются новые контроллеры, разрабатываемые по новым технологиям.

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

Третья основная микросхема в большинстве системных плат называется Super I/O (контроллер ввода-вывода). Эта микросхема обычно реализует функции устройств, которые раньше размещались на отдельных платах расширения. Большинство микросхем Super I/O содержат как минимум следующие компоненты:

- контроллер гибких дисков;

- контроллер параллельного порта;

- двойные контроллеры последовательного порта.

Контроллеры гибких дисков в большинстве микросхем Super I/O поддерживают два дисковода, но некоторые, более современные микросхемы, могут поддерживать только один.

Фактически все микросхемы Super I/O содержат быстродействующий параллельный порт. Параллельный порт может работать в трех режимах:

- Bi-Direction — стандартный (двунаправленный);

- EPP (Enhanced Parallel Port) — расширенный параллельный порт;

- ЕСР (Enhanced Capabilitec Port) — порт с расширенными возможностями.

Последний режим — самый мощный и наиболее быстрый.

Микросхема Super I/O может содержать также другие компоненты — контроллер клавиатуры и мыши. В последнее время роль микросхемы Super I/O уменьшилась. Это произошло из-за того, что фирма Intel реализовала функции микросхемы Super I/O непосредственно в компоненте Южный мост набора системной логики, что позволило присоединять все устройства ввода/вывода к шине PCI, а не к устаревшей шине ISA.

Рассмотрим компоновку узлов на конкретном примере.

Основные компоненты разъемы материнской платы

Разъём для процессора (рис. 3.)

Любая материнская содержит гнездо для процессора. Основные ведущие компании по производству “кристаллов” – это процессоры AMD и процессоры Intel. Покупая процессор для материнской платы, или плату «под процессор» нужно учитывать, чтобы тип гнезда для процессора на плате и процессор, совпадали.

На рис. 2 изображена типичная современная материнская плата производства известной компании Asus, хорошо зарекомендовавшей себя на российском рынке. Эта плата, выполненная на основе набора системной логики Intel Р35, рассчитана на массовый рынок и предназначена для использования с процессорами Intel Core2Duo и Core2Quad в корпусе LGA 775. Она поддерживает почти все технологии, встречающиеся в современных настольных компьютерах.

Чипсеты, это компоненты системной платы, которые организовывают обмен данными между элементами компьютера.

Чипсеты включают два моста: северный и южный. Северный мост обеспечивает процесс обмена данными между процессором, видеокартой, оперативной памятью и контролером памяти, а южный мост контролирует обмен данных между устройствами ввода-вывода и дисками. В сегодняшних системах функции северного моста стал брать на себя центральный процессор, что увеличивает быстродействие компьютера.

- чипсет — Intel Р35 GMCH (Северный мост) и ICH9R (Южный мост)

- поддержка процессоров Core2Duo, Core2Quad или Celeron D в корпусе под сокет LGA 775;

- поддержка оперативной памяти DDR2 объемом до 4 Гбайт;

- поддержка шины PCI Express х 16 и х 1, с возможностью установки двух видеокарт PCI Express х1б в режиме SLI или CrossFire (подробнее см. главу 7);

- поддержка шины PCI;

- поддержка скоростных интерфейсов USB 2.0 и IEEE 1394 (FireWire);

- контроллеры IDE и Serial ATA;

- контроллер WI-FI;

- гигабитный сетевой контроллер;

- десятиканальный (8+2) звуковой контроллер.

Рассмотрим подробно, где на плате расположены указанные компоненты.

Рис. 2. Материнская плата компании Asus

Рис. 3 Разъем для процессора LGA775

Левее процессорного разъема расположен радиатор с надписью ASUS -это радиатор охлаждения микросхемы Северный мост (рис. 4.). Напомним, что эта микросхема прежде всего отвечает за связь процессора с оперативной памятью. В данном случае радиатор оснащен дополнительными теплопроводными трубками для эффективного рассеивания тепла. Еще левее и чуть ниже расположен еще один радиатор с логотипом и надписью LifeStyle (рис. 4.)

 

Рис. 4. Микросхемы Северный мост (а) и Южный мост (б) с установленными радиаторами охлаждения.

Под этим радиатором находится микросхема Южный мост, отвечающая за системы ввода/вывода и включающая в себя контроллер USB 2.0, а также (в данном случае) RAID-контроллер.

Ниже Северного моста и гнезда процессора расположены разъемы для оперативной памяти. Модель этой платы поддерживает модули памяти DDR2, однако данный чипсет может поддерживать и модули памяти DDR3.

На рис. 5. видно, что на системной плате установлены четыре слота, и они выделены цветом в пары. Это означает, что плата рассчитана на оперативную память, работающую в двухканальном режиме, т.е. в данном случае модули памяти одинакового типа и объема должны устанавливаться попарно в слоты одного цвета.

Рис. 5. Разъемы для оперативной памяти

При этом в плату можно установить четыре модуля памяти DDR2. Одновременная работа памяти различных типов не поддерживается (как, впрочем, и в любых других подобных системных платах).

Непосредственно под слотами для оперативной памяти (см. рис. 5) размещены разъем IDE (рис. 6а) для накопителей и разъем для подключения блока питания АТХ к материнской плате (рис. 6б). Дополнительный 4-контактный разъем (рис. 6в) для 5 В и 12 В питания расположен в правом верхнем углу системной платы.

Ниже микросхемы Южного моста находятся шесть разъемов Serial ATA, к которым подключаются жесткие диски. Тут же, слева от Южного моста, расположен еще один разъем IDE для подключения винчестеров или оптических накопителей к стандартной параллельной шине АТА. По центру левого края материнской платы расположен разъем для подключения флоппи-дисковода (рис. 7).

Рис. 6. Разъемы IDE и подключения БП АТХ

 

Рис. 7. Разъемы Serial ATA (a), IDE (б) и флоппи-дисковода (в)

В левой верхней части материнской платы расположены 2 слота для плат с интерфейсом PCI-Express xl. За ними идет слот PCI-Express х16 для подключения видеокарты.