Системные (материнские) платы
Системная плата представляет собой печатную плату, на кото- рой смонтированы все электронные составные части компьютера: процессор; ОЗУ; BIOS; набор системных и вспомогательных микро- схем, контроллеров ввода-вывода; память CMOS с автономным пи- танием.
Системная плата содержит ряд коммутационных элементов: слоты расширения; разъемы для подключения интерфейсных кабе- лей клавиатуры, мыши, жестких дисков, оптических дисководов, последовательного и параллельного портов, шины USB; преобразо- ватель напряжения для питания ядра процессора и ряд других ком- понентов, необходимых для работы ПЭВМ.
В основном современные платы состоят из шести печатных сло- ев, включающих в себя три или четыре слоя сигнальных дорожек, пластину заземления (О В), соединенную с корпусом ПЭВМ и экра- нирующую перекрестные помехи от высокочастотных цепей, и один или два слоя проводников питания.
В верхнем слое размеща- ются контактные площадки для распайки компонентов. В платах предусматриваются отверстия для винтового крепления к боковой стенке системного блока. От климатических воздействий плата за- щищена водостойким диэлектрическим лаком.Одной из характеристик материнской платы являются ее типо- размер — формфактор, определяющий расположение процессора и разъемов расширения, габаритные размеры и точки крепления платы, а также тип разъема питания платы и питающие напряже- ния. Кроме того, формфактор платы предопределяет используемый тип корпуса и блока питания.
В настольных ПЭВМ используются два несовместимых между собой формфактора плат: АТ и АТХ.
Для обеспечения совместимо- сти материнская плата должна иметь такой же формфактор, как у системного блока и корпусного блока питания.В настоящее время АТ-платы практически не производятся.
ATX-платы имеют более совершенную конструкцию, позволяя устанавливать до шести слотов расширения с платами полной дли- ны, обеспечивая удобный доступ к компонентам и хорошее их охлаждение. В настоящее время все системные платы выпускаются только в формате АТХ (рис. 4.2).
Внедрение формфактора АТХ позволило установить на систем- ную плату разъемы портов ввода-вывода, что привело к существен- ному снижению количества соединительных проводов внутри кор- пуса ПЭВМ. Кроме того, упростился доступ к модулям ОЗУ при их замене или наращивании объема. Кроме того, разъемы контролле- ров накопителей переместились практически вплотную к дисково- дам, что позволило сократить длину используемых кабелей и тем самым повысить надежность и помехозащищенность интерфейс- ных связей.
Все внешние разъемы (порты) располагаются на двух уровнях и распаяны на крае печатной платы (рис. 4.3). Для них на тыльной стенке корпуса системного блока предусмотрено специальное от- верстие.
Выпускаемые в настоящее время материнские платы рассчита- ны на один из процессорных разъемов: Socket-423, Socket-478, Socket-462, Socket-370, Socket-754, Socket-775 или Socket-939 с ры- чажным устройством для облегчения установки процессоров (рис. 4.4).
Современные платы рассчитаны в основном на применение па- мяти DDR SDRAM, поэтому используют для установки модулей ОЗУ несколько гнездовых разъемов типа DIMM на 184 контакта, кото- рые имеют по краям специальные фиксирующие пластмассовые защелки.
ОЗУ можно организовать модулями памяти различного объе- ма — до 4 Гбайт. Регулятор питания модулей позволяет изменять на- пряжение в пределах 1,8...2,7 В.
В большинстве системных плат используют двухуровневую структуру, образованную двумя микросхемами системной логи- ки — северного и южного мостов, через которые осуществляется управление работой контроллеров и других компонентов ПЭВМ.
Рис. 4.2. Схема размещения конструктивных элементов на системной плате формата АТХ:7 — разъем питания VRM; 2 — узел VRM питания ядра процессора; 3 — северный мост (хаб); 4 — сокет (гнездо) процессора; 5 — процессорная шина; 6 — шина ОЗУ; 7 — модули ОЗУ; 8 — регулятор питания ОЗУ; 9 — светодиод контроля питания ви- деокарты; 70— вспомогательное питание платы; 11 — основное питание стандарта АТХ; 12 — разъем подключения ведущего НМЖД; 13 — разъем подключения ведомого НМЖД; 74 — шина взаимодействия мостов; 75 — разъем НМГД; 16 — сброс CMOS; 77 — южный мост (хаб); 18 — коммутатор частот процессора и шин; 19 — разъем управления ПЭВМ; 20 — контроллер накопителей; 21 — контроллер ввода-вывода (Super I/O); 22 — BIOS; 23 — автономное питание CMOS; 24 — PCI- шина; 25 — слоты расширения; 26 — индикатор подачи напряжения на системную |
плату; 27 — разъем цифрового звука; 28 — разъем модема; 29 — контроллер аудио; 30— разъем аналогового выхода оптического дисковода; 31 — слот видеокарты; 32 — разъемы аудио; 33 — параллельный порт; 34 — СОМ-порты; 35 — ШВ-порты; 36 — разъемы подключения клавиатуры и мыши
Рис. 4.3. Вариант размещения разъемов на системной плате: 7 — разъемы для подключения клавиатуры и мыши; 2 — разъемы иБВ; 3 — парал- лельный порт; 4 — СОМ-порты; 5 — выход модема; 6 — аналоговые аудиоразъемы |
Основным узлом системной логики является быстродействую- щая микросхема северного моста, которая обеспечивает единствен- ный интерфейс между процессором и остальной частью системной платы, работающий на полной тактовой частоте шины процессора. Северный мост имеет значительное энергопотребление и поэтому требует пассивного охлаждения (установки радиатора).
Микросхема южного моста имеет меньшее быстродействие, обычно реализует интерфейсы двухканального контроллера жест- ких дисков и иЭВ-портов, содержит память СМОБ и схему часов, а
12 3 4
Рис. 4.4. Установка процессора на системную плату;7 — рычажное устройство; 2 — СБИС процессора; 3 — сокет (гнездо) для установки процессора; 4 — установленный процессор |
также компоненты, необходимые для функционирования шины PCI, например контроллер прямого доступа к памяти.
Микросхема ввода-вывода Super I/O в большинстве системных плат обычно реализует функции контроллеров, которые раньше размещались на отдельных платах расширения ISA, и обеспечивает подключение:
■ дисковода гибких дисков;
■ двух быстродействующих последовательных СОМ-портов;
■ многорежимного параллельного порта;
■ клавиатуры и мыши.
С развитием технологий производители объединяют все больше функций в основном наборе микросхем системной логики, поэтому необходимость в микросхеме Super I/O постепенно исчезает. Схе- мы Super I/O и южного моста объединяются, благодаря чему умень- шается количество компонентов на системной плате и освобожда- ется свободная площадь на плате.
В платах АТХ используется 20-контактный разъем питания с ключом, исключающим неправильное подсоединение, через кото- рый подаются напряжения ±12, ±5 и +3,3 В, а также сигналы прог- раммного включения и выключения питания ПЭВМ. Двигатели дисковых накопителей и кулеры процессоров питаются от напря- жения 12 В.
Для процессоров с двойным напряжением питания — основ- ным и ядра — требуется дополнительный вторичный источник напряжения VRM (Voltage Regulator Module — модуль регулиро- вания напряжения), в котором применяются два метода преобра- зования: линейный и импульсный. Линейный источник напряже- ния использовался в старых платах, имел малый коэффициент полезного действия (КПД), так как понижал входное напряжение за счет его падения на регулирующем элементе (мощном транзи- сторе) и рассеивания в виде теплоты. С уменьшением выходного напряжения росла тепловая мощность, рассеиваемая такими пре- образователями, поэтому они имели массивные радиаторы и зна- чительно ухудшали температурный режим компонент материн- ской платы.
В современных материнских платах стали использовать им- пульсные источники с катушками индуктивности и высоким КПД. Применяются и комбинированные варианты питания с двухсту- пенчатой схемой: сначала импульсный преобразователь понижает напряжение с 12 В, поступающее через разъем ATX12V, до 3,3 В, а затем линейный преобразователь регулирует это значение номина- ла 1,4... 2,0 В, который зависит от типа процессора. Чтобы использо- вать на системной плате процессоры с разными номиналами пита- ния ядра, с помощью переключателя, устанавливаемого на плате, можно вручную формировать напряжения с шагом 0,1В или через BIOS.
В современных материнских платах используется автоматиче- ское определение номинала питания, когда схема VRM сама опре- деляет требуемое напряжение по контактам процессора. Для кон- троля напряжения на платах устанавливают светодиоды.
К дополнительным компонентам относятся датчики, выдающие информацию о температуре процессора, материнской платы, ско- рости вращения вентилятора и др. Большинство современных ма- теринских плат аппаратно и программно поддерживают несколько экономичных режимов с пониженным энергопотреблением (на- пример, ждущий режим).
Обязательным устройством материнской платы является так- товый генератор, который выдает сетку рабочих частот для син- хронизации всех электронных устройств ПЭВМ. Для селективной установки номиналов частот, требуемых процессору, ОЗУ, видео- карте и слотам PCI, используется специальный ползунковый ком- мутатор, который меняет коэффициент их изменения.
В компьютерах применяется деление опорной частоты (частота шины FSB) генератора для синхронизации других шин и внутрен- нее умножение этой частоты в процессоре. Для каждой шины так- товый генератор может поддерживать как один, так и несколько коэффициентов деления, который меняется через 33 МГц относи- тельно опорной частоты. Для обеспечения работы различных типов процессоров используются множители частоты для шины FSB.
После контроля допусков номиналов напряжений и при нали- чии сигнала исправного состояния от блока питания ПЭВМ такто- вый генератор формирует сигнал начальной установки для перево- да процессора в рабочий режим.
Для уменьшения длины шлейфов разъемы контролеров накопи- телей располагаются на плате ближе к отсекам для крепления дис- ководов.
На материнской плате обычно размещают дополнительные кон- троллеры (модемный, сетевой, SCSI, звука и т.д.). Встроенные зву- копреобразующие средства обычно позволяют обеспечить шести- канальную акустику. В этом случае на плате имеются разъемы (ли- нейный вход-выход, микрофон), а также MIDI-порт.
Слот AGP используется только для установки видеокарт. Иногда материнские платы поставляются с разъемом AGP Pro для видео- карт с повышенными энергопотреблением и тепловыделением.
Другие дополнительные функциональные узлы ПЭВМ выполня- ются на отдельных печатных платах, которые устанавливаются в разъемы расширения PCI (рис. 4.5).
Стандарт PCI предлагает три вида плат для ПЭВМ разных типов и с различным напряжением питания. Платы с напряжением 5 В предназначены в основном для стационарных компьютеров, а с на- пряжением 3,3 В — для портативных компьютеров.
Технология Plug and Play значительно упростила процесс уста- новки и конфигурирования новых устройств. Пользователю необ- ходимо лишь вставить плату в свободный разъем PCI, а система BIOS автоматически выделит необходимые ресурсы. Во время определения конфигурации ПЭВМ BIOS проверяет наличие устройств на РСІ-шине, назначает для них адреса и разрешает их инициализацию.
Для хранения оперативных настроек на системную плату уста- навливается ЗУ CMOS с автономным источником питания, поэтому ее содержимое не стирается после выключения ПЭВМ. Из-за очень малого потребления энергии время надежного хранения информа- ции в памяти составляет свыше 15 лет и зависит от емкости гальва- нического источника напряжением 3 В, который питает и схему ча- сов. Если на плате установлен аккумулятор, то он будет постоянно подзаряжаться при включенном компьютере.
Внося изменения в CMOS с помощью меню BIOS, пользователь
может вручную настроить работу материнской платы, установить
Рис. 4.5. Установка платы в слоты РС1:
параметры гибких и жестких дисков, интервалы времени, по исте- чении которого компьютер переходит в режим ожидания, параме- тры питания и многое другое.
В экстремальных случаях (забыт пароль) сброс информации в СМОБ осуществляется с помощью перемычки, отключающей пита- ние от микросхемы.
Для подключения индикаторов, кнопок и динамика, располо- женных на корпусе системного блока, на материнской плате име- ются миниатюрные разъемы-вилки. Подобные же разъемы служат как контакты для перемычек при задании аппаратной конфигура- ции системы и для соединения платы с аудиовыходом оптических дисководов.
4.2.3.
Еще по теме Системные (материнские) платы:
- I. 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМНЫХ ОПИСАНИЙ
- I. СИСТЕМНЫЕ ОПИСАНИЯ - ГЛАВНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ПСИХОЛОГИИ
- Чрезмерная материнская любовь.
- ОТНОШЕНИЕ МАТЕРИНСКОЕ
- Типы материнской заботы о ребенке
- 1.3.4. Отчисления из суммы заработной платы
- 1.3. ОПЛАТА ТРУДА, ОТЧИСЛЕНИЯ ИЗ СУММЫ ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ
- Психология личности целостна, системна (принцип целостности, системности).
- Сильное материнское чувство нарушает свободу ребёнка и мешает ему выразить себя.
- Статья 175. Невыплата заработной платы, стипендии, пенсии либо иных установленных законом выплат
- Статья 1227. Право на получение сумм заработной платы, пенсии, стипендии, алиментов, других социальных выплат, принадлежавшие наследодателю
- Статья 1208. Увеличение размера возмещения вреда в связи с повышением стоимости жизни и увеличением размера минимальной заработной платы
- ПРИНЦИП СИСТЕМНОСТИ
- § 2.4. Системный подход
- принцип системности
- Тема 1. Основные принципы системного анализа
- ГОЛОВОКРУЖЕНИЕ СИСТЕМНОЕ
- 2.1.4. Системный анализ