<<
>>

Системные (материнские) платы

Центральным конструктивным узлом ПЭВМ, определяющим вместе с процессором ее архитектуру и базовые характеристики, является системная плата (system board), или материнская плата (motherboard), или основная (главная) плата (main board).

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.

<< | >>
Источник: В.Д.СИДОРОВ, Н.В.СТРУМП. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ. 2014

Еще по теме Системные (материнские) платы:

  1. I. 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМНЫХ ОПИСАНИЙ
  2. I. СИСТЕМНЫЕ ОПИСАНИЯ - ГЛАВНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА В ПСИХОЛОГИИ
  3. Чрезмерная материнская любовь.
  4. ОТНОШЕНИЕ МАТЕРИНСКОЕ
  5. Типы материнской заботы о ребенке
  6. 1.3.4. Отчисления из суммы заработной платы
  7. 1.3. ОПЛАТА ТРУДА, ОТЧИСЛЕНИЯ ИЗ СУММЫ ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ
  8. Психология личности целостна, системна (принцип целостности, системности).
  9. Сильное материнское чувство нарушает свободу ребёнка и мешает ему выразить себя.
  10. Статья 175. Невыплата заработной платы, стипендии, пенсии либо иных установленных законом выплат
  11. Статья 1227. Право на получение сумм заработной платы, пенсии, стипендии, алиментов, других социальных выплат, принадлежавшие наследодателю
  12. Статья 1208. Увеличение размера возмещения вреда в связи с повышением стоимости жизни и увеличением размера минимальной заработной платы
  13. ПРИНЦИП СИСТЕМНОСТИ
  14. § 2.4. Системный подход
  15. принцип системности
  16. Тема 1. Основные принципы системного анализа
  17. ГОЛОВОКРУЖЕНИЕ СИСТЕМНОЕ
  18. 2.1.4. Системный анализ