Виды слотов на материнской плате. Наглядное устройство материнской платы компьютера
Производя ремонт компьютеров мне довольно часто приходится диагностировать неисправность материнской платы. Некоторые пользователи в таких случаях задают вполне резонный вопрос: лучше купить новую или отремонтировать старую материнскую плату? Могу сказать, что ремонт материнских платне всегда рентабелен, но в случае выхода из строя схемы питания процессора, например — вполне выполним.
Материнская плата — сложный узел компьютера считающийся неремонтопригодным. Однако, вооружившись мультиметром, диагностической POST-картой, паяльником и имея голову на плечах, выполнить несложный ремонт материнки — задача посильная любому инженеру-электронщику.
Признаки неисправности материнской платы
С чего начать ремонт материнской платы? С диагностики и визуального осмотра в первую очередь!
Самый явный признак неисправности материнской платы — когда компьютер не стартует (т.е. блок питания подает все напряжения, а инициализации железа с соответствующими надписями на экране монитора нет). Еще довольно распространенное явление — старт-стоп, когда после включения блок питания «уходит в защиту» по причине КЗ по линиям питания процессора (если же вынуть 4-х пиновый коннектор из материнской платы, блок питания запустится, но старта системы конечно же не будет).
Начинать диагностику материнской платы следует с визуального осмотра последней.
Выявление выгоревших компонентов на материнской плате позволяют облегчить ее диагностику
|
|
|
Прогар (в следствии пробоя) в микросхеме контроллера |
Случается, что при визуальном осмотре неисправной материнской платы почти сразу находится элемент содержащий следы трещин, прогара или вздутия. Диагностика материнки на этом считается законченной и дальнейший ремонт состоит в замене неисправных компонентов новыми.
Принцип диагностики материнской платы на примере Biostar A785-GE
Ниже представлена диагностика материнской платы Biostar A785-GE при помощи мультиметра. Заявленная неисправность: при наличии модуля ОЗУ в любом из слотов — отсутствие старта материнской платы, при отсутствии ОЗУ — повторяющиеся короткие сигналы POST BIOS.
Принцип диагностики материнской платы гласит: после визуального осмотра обязательная проверка питающих напряжений ремонтируемого устройства и его узлов.
То, что материнская плата пытается стартовать при отсутствующей планке оперативной памяти и даже проходит какие-то этапы самотестирования означает, что на процессор приходят все питающие напряжения, клокер работает и сигнал Reset снят, а отсутствие старта при вставленном в слот модуле ОЗУ свидетельствует о проблемах с питающими напряжениями оперативной памяти.
Давайте попробуем разобраться какие напряжения необходимы для работы оперативной памяти DDR-II
Основные напряжения питания ОЗУ на материнской плате следующие:
- VDD — Напряжение питания модулей ОЗУ (для DDR-II — 1.8В).
- VDDSPD — Напряжение питания микросхемы SPD (маленькая восьминожечная, в ней зашиты параметры модуля).
- VREF — Опорное напряжение (1/2 от питающего).
- VTT — напряжение терминации (половина питающего, т.е. 1/2 VDD). Для модулей DDR-I и DDR-II оно подводится из-вне, с резисторных сборок распаянных на материнке. Для DDR-III цепи терминации VTT распаяны уже на самой плате модуля ОЗУ.
 |
Диагностика неисправной материнской платы с помощью мультиметра показала наличие всех питающих напряжений кроме терминирующих (VTT) . Напряжение терминации призвано устранить т.н. «звон» — ненужные отражения полезного сигнала.Напряжение терминации подается на модуль ОЗУ через резисторные сборки распаянные непосредственно на материнской плате и соответственно замерять его удобно именно на этих сборках. |
 |
За напряжения терминации отвечает микросхема-регулятор (LDO) — FP6137C. Она состоит из операционного усилителя и пары n-канальных полевых транзисторов включенных по двухтактной схеме. Для правильной работы FP6137C ей требуются:
|
Согласно даташиту на микросхеме LDO FP6137C присутствовали все необходимые для ее работы напряжения, однако на выходе оставался по прежнему низкий уровень. Данная микросхема была признана неисправной и заменена аналогичной RT9199 от Richtek.
Замена неисправной микросхемы-регулятора напряжения терминации
После ее замены материнская плата Biostar A785-GE успешно стартовала.
Полное видео ремонта материнской платы Biostar A785-GE
Общий принцип схемы питания процессора на материнской плате
Перед началом ремонта питающих узлов материнской платы, неплохо было бы разобраться в общем принципе функционирования преобразователей напряжения. Современные процессоры могут потреблять пиковый ток до 100А (Откуда такой ток? Напряжение питания процессоров около 1В при мощности до 100Вт, преобразовав формулу w=u*i => i=w/u получаем 100А). Величина такой, казалось бы, огромной силы тока, обусловлена применением в микросхемах ЭВМ МДП транзисторов. Такие транзисторы, ввиду их конструкции при переключении потребляют потребляют весьма высокие токи. А учитывая их количество в процессоре помноженное на частоту переключений, образуется весьма большой общий потребляемый ток процессора. Кстати, чем меньше размер МДП транзистора, тем меньше его потребляемый ток. Вот почему производители микросхем стремятся переводить производство на более тонкие тех-процессы.
Схема питания материнской платы организована в виде Шим-контроллера, микросхем-драйверов и MOSFET (МДП/МОП транзисторов). ШИМ-контроллер, через микросхемы-драйверы управляет транзисторами (мосфетами).
Чтобы снизить нагрузку по току, цепи питания материнской платы распаралеливают делая их многофазными. Ниже приведена трехфазная схема питания процессора Intel (478 Socket) выполненная на ШИМ-контроллере ADP3180, пар мосфетов включенных полумостом и управляемых драйверами-микросхемами ADP3418. Работая поочередно, транзисторы преобразуют входное напряжение +12В от БП в пониженное импульсное подключая цепочку LC поочередно к +12В и к земле. В зависимости от тока нагрузки микросхема может изменять скважность импульсов тем самым стабилизируя Uвых. Выходное напряжение дополнительно сглаживается выпрямительными конденсаторами стоящими далее по цепи питания материнской платы.
Схема конвертера питания материнской платы.
На рисунке выше представлена схема питания материнской платы , точнее один ее канал (фаза питания).
Обычно, таких каналов питания процессора на материнской плате используется три. Причем, работают они синхронно со сдвигом относительно друг друга (т.н. смещение фаз), что обеспечивает более сглаженное выходное напряжение.
Некоторыми производителями (MSI) используется схема питания материнской платы основанная на дискретных регуляторах напряжениях DrMOS. Дискретный регулятор напряжения исполнен на одной микросхеме, в которую интегрированы основные узлы преобразователя: MOSFET-транзисторы, драйверы управления MOSFET и ШИМ-контроллер.
Схема питания материнской платы на DrMOS
Регулятор напряжения питания материнской платы на микросхеме DrMOS
Пример реализации схемы питания материнской платы на базе логики i865 . ШИМ-контроллер исполнен на микросхеме ADP3180, драйверы управления MOSFET включенных полумостом исполнены на микросхемах ADP3418. Контроль тока каналов осуществляется через резисторы R589, R591, R592 соединяющие выход каждого полумоста и вход SW ШИМ-контроллера материнской платы.
Схема питания CPU материнской платы на чипсете i865
Напряжения питания процессоров Intel согласно оф. спецификации
Как и любой микросхеме процессору необходимо напряжение питания и не одно, а целый набор. Все напряжения питания процессора формируются на материнской плате при помощи преобразователей и подаются на соответствующие ножки процессорного сокета. В процессе диагностики материнской платы необходимо убедиться в наличии основных напряжений на процессоре. Их перечень согласно спецификациям компании Intel приведен ниже.
Vcc — напряжения ядра процессора
Vcc GT — напряжение на встроенном графическом ядре
Vcc SA — напряжение питания интегрированного северного моста System Agent (System Agent, включает в себя контроллер памяти DDR3, модуль управления питанием (Power Control Unit, PCU), контроллеры PCI-Express 2.0, DMI)
Vcc PLL — напряжение на интегрированный генератор тактовой частоты
Vcc IO — аналог QPI/VTT на платформе s1366, или VTT (FSB termination voltage) на платформе s775, питающее напряжение для внешних сигнальных шин процессора (ОЗУ)
”Одним из важнейшим элементом в компьютере является материнская плата, по – другому она ещё называется системной платой.
К материнской плате подключаются все внутренние компоненты, как то процессор, оперативная память, платы расширения, контроллеры, так и периферийные устройства, например, SSD-накопители, DVD-дисководы, внешние накопители информации, адаптеры, модемы.
Чтобы соединить все эти компоненты вместе, существуют специальные гнезда, которые официально именуются слотами, сокетами и коннекторами.
УСТРОЙСТВО МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ КОМПЬЮТЕРА
1. Сокет процессора – разъем процессора, самый крупный на материнской плате, найти его не сложно. Если все же есть трудности, то его расположение указывается в схеме к руководству для материнской платы.
Слот различается в зависимости от вида процессора, для которого он предназначен, поэтому установить в гнездо можно лишь совместимую модель. Иначе штырьки, которыми процессор вставляется в слот, могут погнуться, в худшем случае – сломаться. Процессоры разных торговых марок различаются стандартом гнезда, но даже у одного и того же производителя процессоры разных выпусков могут отличаться форматом сокета.
2. Слоты оперативной памяти – основное хранилище временных данных. Представляют собой вытянутые отверстия с замками по краям, кстати, несимметричной формы. Это сделано специально, чтобы пользователь установил планку памяти без ошибок.
Слоты на материнской плате компьютера рассчитаны на конкретный вид памяти, какой именно – можно узнать в руководстве к системной плате. Планки оперативной памяти различаются объемом и типом. Сегодня наиболее популярен стандарт DDR3 SDRAM.
3. Слот для видеокарты и других плат расширения.
Современные слоты стандарта PCI Express разделяются на следующие виды:
а) высокоскоростные – для видеокарт,
б) стандартные – для всех других плат расширения.
Отличить разъем для скоростных видеокарт можно по специальной метке PCI-E x16. Бывает, что он выделен каким-либо цветом. Современный слот PCI-Express x 16 стал своего рода универсальным ввиду того, что представляет собой двунаправленную шину с пропуском 8 Гб/с, а в однонаправленном режиме соответственно 4 Гб/с.
4. Коннекторы для подключение жесткого диска и привода. DVD/BlueRay-дисководы, а также жесткие диски SSD и HDD подключаются, как правило при помощи разъема SATA. Этот формат позволяет производить, так называемое, «горячее подключение», что означает возможность подсоединения/отсоединения при включенном питании. По умолчанию этот параметр не включен, самостоятельно его активировать можно в настройках BIOS.
5. Разъемы для питание материнской платы. Подача питания на системную плату и на процессор осуществляется по разным проводкам. Выводы блока питания имеют разноцветные провода с различным номиналом напряжения (+12В, –12В, +5В, “Земля” и другие). Чтобы не перепутать куда какое напряжение подавать, они объединены в штекеры различной формы.
Слот питания материнской платы бывает разных форматов (в зависимости от форм-фактора системного болка: АТХ или miniATX), и может иметь 20 или 24 контакта. Плата форм-фактора ATX больше по размеру, а соответственно требует большего питания, т.е. ей необходим будет коннектор 24-пиновый.
Эту особенность необходимо учитывать при выборе и покупке блока питания. Разъем для питания процессора вы не перепутайте с другим, он больше никуда не подойдет. У него, такая форма, что подключить его неправильно у вас просто не получится.
6. Внутренние USB-контакты. Если вы на системной плате увидите 9-штыревой разъем, то, скорее всего, это разъем для подключения внешних USB-портов, расположенных на лицевой стороне системного блока. Можно их и не подключать, т.к. всегда есть встроенные USB-порты, расположенные на задней стороне платы, на панели разъемов.
7. Подключение кнопок. Когда пользователь перезагружает ПК или выключает его, он нажимает соответствующие кнопки управления, которые подключены к материнской плате при помощи хрупких двойных контактов. Во избежание поломки, важно не перепутать полярность и обращать внимание на надписи (описание есть в руководстве к системной плате).
СТАНДАРТНЫЕ ВНЕШНИЕ РАЗЪЕМЫ
На задней стороне платы устанавливаются порты, доступ к которым осуществляется со стороны задней стенки системного блока. Как правило, это следующий набор портов:
USB-порты (минимум 2 шт.),
LAN (порт сетевой карты),
SATA (подключение дополнительного винчестера),
разъемы для аудио выходов и аудио входов;
PS/2 (для мышки и клавиатуры);
HDMI (подключение монитора).
ЧИПСЕТ ИЛИ МОСТЫ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ
Чипсет представляет собой микросхему или набор микросхем, которые согласуют работу процессора, оперативной памяти, жесткого диска, видео адаптера и других компонентов, подключенных к материнской плате. Раньше в состав чипсета входили северный мост и южный мост. Но сегодня ввиду высокой степени интеграции эти две микросхемы объединены в одну.
Северный мост – это посредник между процессором, памятью и видеокартой, основной функцией которого является организация обмена данными между этими высокопроизводительными устройствами. Производительность компьютера в целом находится в непосредственной зависимости от слаженности работы этих компонентов вместе.
Северный мост получил свое название за то, что находился ближе всего к процессору (вверху). И до не давнего времени являлся преградой для наращивания роста производительности ПК, т.к. имел высокую задержку передачи данных между центральным процессором и другими компонентами северного моста.
Как раз в силу высокой нагрузки северный мост часто перегревался и являлся причиной зависания компьютера.
Производительность процессоров и видео карт сильно выросла, что потребовало от проектировщиков системных плат креативных решений. Именно поэтому было принято решение интегрировать северный мост в процессор.
Южный мост координирует работу BIOS и слотов USB, SATA, винчестера, клавиатуры, мыши. Он представляет собой чип со своим набором микросхем. Свое название получила, т.к. находится “ниже” центрального процессора.
Требование к производительности Южного моста значительно ниже, т.к. к нему подключаются периферийные низкоскоростные устройства. Однако в силу передачи большего объема данных данный чип часто перегревается (кстати, не имеет внешнего охлаждающего устройства) и может выйти из строя.
ПЕРИФЕРИЯ
1.Аудио звук и видео. На задней стенке процессора располагается разъем для подключения колонок либо наушников. Теперь не надо покупать дискретную карту – современная встроенная аудио карта имеет максимальный набор настроек, позволяющая пользователю качественно воспроизвести звук.
Видеокарты также перешли к интеграции. Сегодня видеоускорители интегрируются непосредственно в системную плату либо центральный процессор, что позволяет уменьшить размеры конечного устройства и снизить его энергопотребление.
2.Сетевой слот.
Отдельную сетевую карту сегодня уже никто не покупает. Почти на всех современных материнских платах интегрированы гигабитные порты. В последнее время стали появляться платы с двумя сетевыми портами. Их можно объединить, повысив тем самым скорость обмена данными.
Стали все чаще встречаться варианты встроенного беспроводного WI-FI контроллера.
3.RAID. Все чаще появляются платы со встроенными RAID-контролерами.
ШИНЫ ДАННЫХ И ИЗ РАЗНОВИДНОСТИ
Обмен данными в материнской плате осуществляется при помощи так называемых шин. В зависимости от числа дорожек и свойств самой шины, они имеют различную производительность. Разделяются они по следующим параметрам:
частота,
разрядность,
скорость передачи данных
.
По назначению можно выделить следующие шины:
1. процессорная (как правило, самая производительная, обеспечивает обмен данными ЦП с памятью и чипсетом);
2. шина памяти (сейчас в ней нет необходимости, т.к. раньше соединяла северный мост и оперативную память, сейчас обмен происходит по процессорной шине);
3. графическая (шина отвечает за обмен данными с видео картой, от ее типа зависят поддерживаемые графические адаптеры). Сегодня последним стандартом является “PCI Express 3.0”: характеризуется высокой скоростью (1 Гб/с на одну линию) и низкими задержками при передаче данных.
Материнская плата компьютера оснащена огромным, по меркам неопытных пользователей, количеством разъемов . Они расположены, как внутри системного блока, так и на задней панели компьютера. Разъемы на передней части, зачастую дублируют задние за некоторым исключением.
Стоит отметить, что порты ноутбука, практически ничем не отличаются от компьютера, их мы также рассмотрим ниже.
Большой квадрат с множеством дырок в центре материнской платы служит для подключения процессора . Сверху, после подключения ЦП устанавливается вентилятор охлаждения.
Стоит заметить, что для каждого типа такого разъема существует свой список поддерживаемых процессоров. Поэтому при покупке ЦП следует обратить внимание на сокет , иначе новое приобретение просто не влезет в этот разъем.
Разъем подключения процессора
Установка видеокарты
Ниже, под процессором можно увидеть некоторое количество слотов разной длины. Это разъемы PCI express . Раньше в этой части платы был разъем AGP , но он морально устарел и сейчас практически не используется .
PCI Express на сегодняшний день подразделяется на х1 , х4 , х16 . Видеокарту вставляют в PCI Express x16 , остальные сейчас используются достаточно редко, но, тем не менее, присутствуют на многих моделях материнских плат. В них устанавливается дополнительные карты, такие как звуковая, сетевая и т.п.
Разъемы подключения видеокарты
Оперативная память
В правой части расположено несколько длинных разъемов, в которые устанавливается оперативная п амять. Сейчас ОЗУ подразделяется на DDR1 , DDR2 , DDR3 . DDR 1 и 2 морально устарели, и на новых компьютерах не используются. Также стоит отметить, что эти разъемы не совместимы между собой. Т.е. DDR3 нельзя установить в DDR2 и наоборот.
Стоит обратить внимание на цвета слотов – так выделяют каналы. Поэтому несколько планок оперативной памяти устанавливаются не подряд, а ориентируясь по этим цветам.
Слоты оперативной памяти
Жесткий диск
Для подключения этого устройства используют интерфейс SATA . Расположены они в правой части платы. На сегодняшний день существуют три версии: SATA 1.0 , SATA 2.0 , SATA 3.0 . Они совместимы между собой и отличаются только скоростью передачи данных.
Интерфейсы SATA
Интерфейсы IDE и FDD встречаются редко. Старые модели винчестеров работали по IDE , а флоппи дисковод через FDD . В настоящее время практически не используются.
Разъемы IDE
Подключение питания
На материнской плате расположены два разъема для обязательного подключения питания. Первый из них это расположен недалеко от оперативной памяти и содержит в себе 20 или 24 контакта. Если к нему не подключить питание, то плата не будет работать.
Питание материнской платы
Кроме этого, рядом с процессором 4 или 6 контактный порт для подключения питания процессора . Без него компьютер также не будет работать.
Питание процессора
Охлаждение компонентов компьютера
Без охлаждения компьютер не сможет работать длительное время. Поэтому на плате расположено несколько специальных разъемов, куда подключаются куллеры
. Один из них рассчитан на подключение охлаждения процессора, а остальные на обычные вентиляторы.
Задняя панель системного блока
Если обратить внимание на заднюю часть материнской платы, то тут можно увидеть множество портов для периферийных устройств
PS/2
Используются для подключения мыши и клавиатуры . Морально устарели и редко используются. Многие новые платы ими не комплектуются.
Разъем PS/2
COM и LPT
LPT – это параллельный порт, а COM – последовательный. Сейчас используются очень редко, и увидеть их на новых моделях плат практически невозможно. В свое время их использовали для подключения периферийных устройств, которые сейчас используют USB .
Com порт
Порты USB
Самые популярные порты, через которые можно подключить практически все. Различаются по скорости. Сейчас используются USB 2.0 и USB 3.0 . Их можно отличить по цвету: Синий – USB 3.0, а черный – 2.0. отличаются они скоростью и совместимы между собой.
Разъемы USB
Использование сети
Недалеко от USB расположен порт Ethernet для подключения к сети. Для подключения используют кабеля обжатые коннекторами RJ-45 .
Ethernet разъем
Аудио разъемы
Все материнские платы оснащены входом для подключения колонок и микрофона . В зависимости от материнки их количество варьируется от 3 до 6. Иногда пользователю тяжело разобраться, что и куда подключать. Для этого существует стандартная цветовая схема (В настройках драйвера в некоторых случаях, порты можно переназначить):
Видео разъемы
Их может быть несколько, и расположены они могут быть, как на материнской плате , так и на видеокарте . Служат для подключения монитора или других подобных устройств.
Чаще всего встречается аналоговый выход VGA – для подключения устаревших мониторов.
VGA Разъем
Сейчас получил распространение цифровой выход DVI , но он также постепенно уступает место разъему HDMI .
DVI разъем
HDMI – используется практически на всех современных мониторах и видеокартах. Передает сигнал высокой четкости (FullHD 1920х1080), причем по одному кабелю может передавать и видео и аудио.
HDMI подключение
Стоит упомянуть DisplayPort , который постепенно набирает популярность. Он идентичен HDMI , но использовать его в производстве значительно дешевле. Кроме этого на рынке появился порт Thunderbolt , который пришел на замену DisplayPort. Выглядят он одинаково и полностью совместимы, но Thunderbolt имеет большую скорость передачи данных, что позволяет ему показывать картинку с разрешением 5К, или 4К на двух мониторах.
Разъем Thunderbolt
Другие разъемы
Изредка системные блоки оснащены картридерами , которые позволяют считывать информацию с карт памяти. Расположен он на передней панели.
Картридер
Еще один редки порт – это IEEE 1394 , который также называют FireWire . Используется для подключения цифровых устройств, таких как фото и видеокамеры. Реже через него подключают другие периферийные устройства – принтеры, сканеры, диски и т.п.
Разъемы ноутбука
В ноутбуках количество внешних портов значительно меньше, чем на компьютере. Обусловлено это их конструкцией . Отличий немного, поэтому просто перечислим порты, а их описание можно найти выше.
- VGA , DVI или HDMI для монитора
- USB для соответствующих устройств
- IEEE1394 для фото или видеокамеры. Встречается очень редко на топовых моделях.
- Картридер встречается практически на всех ноутбуках. Служит для чтения карт памяти.
- COM и LPT – встречаются очень редко. Новые модели ими практически не комплектуются.
Следующие порты встречаются только в ноутбуках:
У персонального компьютера имеется множество составляющих и компонентов. Одним из самых важных элементов, без которого просто невозможно представить себе работу данного устройства, является материнская плата. Схема материнской платы достаточно сложна. Сама по себе она включает в себя несколько составных частей. Что же в него входит?
Материнская плата: что это?
Материнской платой называют устройство, являющееся основной построения вычислительной системы в технике. Материнская плата монтируется внутри корпуса вместе с блоком питания и системой охлаждения. Для классификации данных элементов используются различные стандарты, которые определяют размеры данного устройства, метод его крепления, размещение портов ввода/вывода, разъемов для процессора и оперативной памяти, шин. В рамках данной статьи мы будем постепенно обрисовывать схему материнской платы. Начать стоит с основного.
Печатная плата
На печатной плате расположены сигнальные линии. Они нужны для того, чтобы соединять между собой все элементы. Если разместить сигнальные линии слишком быстро друг к другу, то могут возникать серьезные помехи. Чем больше длина линии, тем выше будет уровень нестабильности. По этой причине могут возникать сбои даже в работе очень серьезной вычислительной техники. Чтобы минимизировать данный эффект, сегодня делают многослойные печатные платы. Тем самым производители многократно увеличивают полезную площадь платы и расстояние между линиями. Чаще всего в современных устройствах используют шесть слоев.
Три из них являются сигнальными, один используется для заземления и два для питания. На печатных платах размещаются все элементы, которые способны превратить данное устройство в неотъемлемую часть персонального компьютера. Сюда входят порты и компоненты. По схеме подключения материнской платы можно судить о том, что можно будет присоединить в будущем. На современных устройствах имеется примерно полдесятка разъемов для различных устройств помимо тех, что мы будем рассматривать в рамках данной статьи. Сразу стоит отметить, что большинство разработчиков лояльно относятся к желанию пользователей усовершенствовать свою продукцию путем добавления новых составляющих, вроде модулей оперативной памяти.
Чипсет
Данное устройство также называют набором системной логики. Чипсетами называют микросхемы, которые предназначены для беспроблемного функционирования ОЗУ, центрального процессора, видеокарты, контроллеров периферийных устройств и других компонентов, которые подключаются к материнской плате. Именно благодаря данным элементам определяются основные параметры данного устройства. Как правило, современные наборы логики строятся на базе двух компонентов. Каждый из этих компонентов представляет собой отдельный чипсет. Соединены они при помощи высокоскоростной шины. Для схемы материнской платы существует такая тенденция, что постепенно они объединяются. В результате происходит разгрузка каналов связи с различными периферийными устройствами и дополнениями. По мере развития технологии интеграции схемы получаются более дешевыми и маленькими. Уменьшается также и уровень потребления энергии.
Северный мост
Данный компонент предназначен для контроля и направления данных, получаемых из четырех шин: системной, связанной с памятью, обменивающейся информацией с графическим адаптеров и связанной с южным мостом. Состоит данное устройство из ряда интерфейсов и контроллеров памяти. Вторую функцию можно считать устаревшей, поскольку такое устройство имеется во всех современных компьютерах. То же самое можно сказать и про интерфейс, который отвечает за графику.
Южный мост
Еще одним важным компонентом любой материнской платы является южный мост. В данной случае схема устройства будет значительно больше. В нее входят шины, которые отвечают за поддержку связи с северным мостом, шины, соединяющие мост с платами расширения, шины, отвечающие за обмен данными с другими вычислительными и периферийными устройствами, шины, занимающиеся связью с жесткими дисками, шины, обслуживающие обмен данными с медленными устройствами.
BIOS, базовая система ввода/вывода
BIOS представляет собой специальную программу, которая прошивается в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). BIOS имеется на материнской плате и других элементах ЭВМ, типа видеокарт, контроллеров и т.п. BIOS имеет особую важность, поскольку именно она проверяет при включении компьютера большинство подключенных устройств, а именно, жесткие диски, процессор, память и так далее. БИОС при этом инициализирует контроллеры, которые имеются на материнской плате. Вместе с ними запускаются и некоторые устройства, происходит процесс установления их базовых параметров. Если все будет работать нормально, БИОС автоматически передаст управление операционной системе.
Генератор тактовой частоты
Данное устройство используется для формирования периодического сигнала высокой стабильности. Данный сигнал будет синхронизировать работу элементов компьютера. Состоит он из тактового генератора и кварцевого резонатора. Последний может создавать сигналы сам по себе. Однако данные сигналы могут не получаться с той частотой, которая необходима для функционирования шин, процессора и современной памяти. По этой причине используется тактовый генератор. Скорость, с которой выполняются вычисления, во многом будет зависеть от частоты импульсов. На любую операцию приходится определенное количество тактов. Чем их больше в секунду, тем выше производительность.
Данное утверждение верно только для тех устройств, которые имеют одинаковую микроархитектуру. Можно увеличить показатель тактовой частоты, тогда возрастет и производительность электронно-вычислительной машин. Здесь есть и свои недостатки. Так, например, может уменьшиться стабильность работы компонентов компьютера. По этой причине после выполнения данной операции, необходимо всегда проверять работоспособность компьютера. Еще одним недостатком является то, что из-за тяжелых условий работы могут повредиться различные элементы. Характер повреждений может быть нарастающим.
Другие элементы материнской платы
По схеме материнской платы можно понять, что перечисленные выше компоненты, это еще далеко не все. Что же еще может присутствовать на материнской плате? Как правило, на этом устройстве имеется большое количество конденсаторов. Их задача заключается в том, чтобы обеспечивать ровный поток напряжения. Необходимы они по той причине, что уровень потребления энергии может резко измениться. Происходит это при остановке или возобновлении работы. Конденсаторы используются для того, чтобы сгладить скачки напряжения. Благодаря этому можно повысить стабильность работы техники и увеличить срок службы многих компонентов, имеющихся в ЭВМ.
Основной частью любой компьютерной системы является материнская плата с главным процессором и поддерживающими его микросхемами. Функционально материнскую плату можно описать различным образом. Иногда такая плата содержит всю схему компьютера (одноплатные). В противоположность одноплатным, в шиноориентированых компьютерах системная плата реализует схему минимальной конфигурации, остальные функции реализуются с помощью многочисленных дополнительных плат. Все компоненты соединяются шиной . В системной плате нет видеоадаптера, некоторых видов памяти и средств связи с дополнительными устройствами. Эти устройства (платы расширения) добавляются к системной плате путем присоединения к шине расширения, которая является частью системной платы.
Первая материнская плата была разработана фирмой IBM, и показана в августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения - 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.
- это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами материнской платы являются базовый процессор , оперативная память , системный BIOS, контролер клавиатуры , разъемы расширения.
внутри компьютера - главная монтажная деталь, к которой крепятся остальные компоненты.
Принормальной работе материнской платы о ней не вспоминают, пока не понадобится усовершенствовать компьютер. Обычно хотят поставить более быстрый процессор, что и ведет к замене материнской платы. Нельзя, например, заменить старый Pentium MMX на Pentium III без новой материнской платы.
По внешнему виду материнской платы можно определить, какие нужны процессор , память и дополнительные устройства, вставляемые во внешние порты и гнезда компьютера.
По размерам материнские платы в общем случае можно разделить на три группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.Часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothеrboard). Сейчас выпускаются только такие платы. Данные системные платы позволяют реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления (в том числе, так называемый “sleep”, при котором отключается питание от компонентов компьютера, которые в данный момент неработают).
Американское агентство защиты окружающей среды (EPA) сосредоточила свое внимание
на уменьшении потребления
энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее (EPA)
требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и
допускать 100% утилизацию.
Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, а на
плату подается 5В, на системных
платах монтируют преобразователи напряжение.
Частота процессора, системной шины и шин периферийных устройств
Быстродействие различных
компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров
периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования
быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты),
включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и
контроллер периферийных устройств (южный мост).
Рис.1. Логическая схема системной платы
Cеверный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной
памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение
частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота
системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать
частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота
шины - 100 МГц).
К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus - шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше - 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата , сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.
По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины , связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.
Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.
Устройства хранения информации (жесткие диски , CD-ROM , DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access - прямое подключение к памяти).
Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств. Клавиатура подключается обычно с помощью порта PS/2.