8

ЛЕКЦИЯ 3

«Материнская плата»

Материнская плата представляет собой плату из стеклотекстолита с нанесенным на нее рисунком электрических соединений компонентов, установленных на плате. Современные платы имеют не менее 6-8 слоев, предназначенных не только для разводки сигналов, но и для обеспечения всех компонентов качественным питанием. Согласно принятым стандартам между парой слоев, служащих для разводки сигналов, должен находится сплошной слой меди, подключенный к одному из контактов питания (шина питания). Это позволяет достичь более устойчивой работы системы при максимальных нагрузках и критическом температурном режиме. Дешевые материнки таких слоев не имеют, и это сказывается на стабильности работы.

Для подключения компонентов ПК к материнке используют 2 способа: соединение пайкой и при помощи разъемов.

Пайка предназначена для тех компонентов, которые являются обязательными для работы и не предназначены для замены на аналогичные компоненты (м/с тактового генератора, портов ввода/вывода и т.д.) От качества пайки зависит не только стабильность работы всей системы, но и ее долговечность. Наличие клякс припоя приводит короткому замыканию.

Разъемами материнская плата просто усыпана. Для чего? Для того чтобы , например, чтобы добавлять по мере необходимости новые возможности. То есть можно выбрать устройство любой модели и быть уверенным, что оно подойдет.

Поверхность всех материнских плат покрыта специальным защитным лаком, который предохраняет проводники от механических повреждений. В последнее время стала популярной технология, когда обе внешние поверхности платы покрываются тонким слоем серебра. Это позволяет уменьшить электромагнитное излучение (до 50%), что является все более актуальным с постоянным повышением скорости работы всех компонентов ПК и увеличением уровня различных паразитных сигналов.

Материнская плата (системная, базовая, основная) – это главная плата ПК, обеспечивающая связь всех компонентов (управляет внутренними связями и взаимодействует с внешними устройствами). Материнская плата (конструктивно)- это плата, на которой размещены все основные элементы ПК: линии, соединения, разъемы для подключения внешних устройств.

Тип установленной материнки определяет общую производительность системы, а также возможность модернизации ПК и подключение дополнительных устройств.

На системной плате размещены:

1. Микропроцессор (устанавливается в спец. разъем-сокет и охлаждается радиатором;

2. Математический сопроцессор;

3. Генератор тактовых импульсов;

4. Микросхемы ОЗУ (оперативная память) и ПЗУ+;

5. Адаптеры клавиатуры, НГМД, НЖМД;

6. Контроллер прерываний;

7. Таймер;

8. Микросхемы кэш-памяти (2 уровня );

9. Слоты для установки модулей оперативной памяти и карт расширения

10. Разъемы для подключения FDD, HDD, блока питания и т.д.

11. Переключатели. С их помощью производится настройка электрической схемы платы. Они позволяют адаптировать т.е приспособить материнку к типам используемых микросхем.

12. Джамперы – перемычки, устанавливаемые на материнской плате или в каких либо устройствах для изменения режимов работы устройства (конфигурации). Перемычка – это небольшая пластмассовая деталь с проводником внутри, позволяющая замыкать расположенные рядом контакты электронной схемы. Производить соединения контактов перемычками вручную сложно из-за их малых размеров и трудного доступа к контактам, и поэтому настройку проводят с помощью пинцета.

Все компоненты материнской платы связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией – шиной.

Принцип работы

После включения кнопки Power, блок питания за считанные доли секунд начинает преобразовывать сетевое напряжение в низкие напряжения и включает свой вентилятор. После этого он отправляет сигнал тактовому генератору на системной плате. Генератор затем отправляет сообщение CPU и начинается тестирование системы (м/сBIOS). Затем ПК работает в соответствии с инструкциями указанными в специальной м/с ПЗУ (ROM BIOS), те. Проверяются все устройства системы (CPU, дисководы, контроллеры устройств и т.д ), и все сведения отображаются на мониторе.

Примечание: Содержимое ПЗУ может быть изменено, ее можно заменить или обновить, чтобы ПК выполнял другие инструкции.

Далее BIOS пытается загрузить операционную систему.

«Разновидности и основные характеристики материнских плат»

Размеры материнских плат, отверстия внутри платы, которые соединяют ее с дном корпуса стандартизированы. Все слышали, что системные блоки бывают разных размеров: одни представляют собой небольшой горизонтальный «чемоданчик», другие -вертикальные «башни». Эти различия в размерах тесно взаимосвязаны с размерами и функциональными возможностями материнских плат.

Существует две главные характеристики материнских плат: Форм фактор, чипсет

A)

Форм-фактор – это комбинация физических характеристик (размер, форма, расположение крепежных отверстий, тип разъема питания, тип и расположение портов), т.е – это общее расположение на ней основных м/с, слотов, ее форма и размер.

Основные размеры материнских плат различных стандартов

Обозначение	Размер, см
Baby AT (BAT) АТ LPX Mini LPX ATX Flex ATX MicroATX MiniATX NLX	21,59×25,4-33,0 30,48×27,94-33,0 22,86×27,94-33,0 20,32-24,38×25,4-27,94 30,48×24,38 22,86×19,05 24,38,×24,38 28,44×20,82 20,32-24,38×25,4-27,94

• АТ, Baby AT (BAT), LPX эти форм-факторы использовались в 1984г. и к настоящему времени уже выходят из употребления;

• ATX, ( ее производные Flex ATX, MicroATX, MiniATX). Фирма Intel в 1995г. перешла на новый формат. Почти все современные ПК изготавливаются в этом формате.

Формат АТХ предусматривает:

1. интеграцию (количество размещаемых элементов) на материнской плате станд. периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров, параллельных и последовательных портов, видео и звуковых адаптеров, модемов …

2. Изменение местоположения миркропроцессора и модулей памяти на материеской плате. Они располагаются около вентилятора блока питания ( не мешают картам расширения и их легко заменить).

3. Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, ближе к накопителям, что способствует уменьшению длины внутренних кабелей.

   • NLX В 1997г. был предложен этот стандарт. Согласно этому стандарту, в ПК устанавливается ризер-карта. Она имеет стандартные слоты PCI и ISA (в них вставляются необходимые карты расширения.

Особенности ризер-карты. Материнская плата вставляется в специальный (слот)разъем. Этот разъем содержит информационную шину и шину питания. После установки материнская плата автоматически оказывается подключенной к шине питания.

На ризер-карте располагаются различные разъемы, которые раньше располагались на материнской плате -IDE, FDD, USB.

• IDE (integrated disk electronics – встроенная электроника для диска) - интерфейс для связи внешних устройств с материнской платой.

• FDD дисковод жестких дисков;

• USB – (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина). Этот интерфейс служит для подключения различных внешних устройств. Предусматривает присоединение до 127 внешних устройств к одному USB-каналу (по принципу общей шины) и допускает «горячее (т.е без отключения питания) подключение устройств.

Преимущества стандарта NLX:

1. Возможность замены материнской платы;

2. Удобный доступ к кабелям, модулям памяти, картам расширения;

3. Существенное сокращение длины кабелей;

4. Возможность замены CPU;

5. Возможность применения 2-х процессорных систем.

Б) Чипсет Чипсет - один из самых изменчивых компонентов компьютерной системы, поскольку он должен обеспечивать поддержку новшеств на всех фронтах: и в области интерфейсов периферии и периферии и при модификации системной шины и при появлении новых типов памяти и т.д. В общем, любая серьезная инновация в сфере ПК почти неизбежно влечет разработку новых чипсетов.

Отсюда вытекают следующие последствия:

• С одной стороны переход на более современный чипсет вынуждает менять недешевую системную плату, учитывая при этом совместимость прежних компонентов (дисководы, блоки питания и т.д) с новой системной платой.

• С другой стороны новый чипсет открывает перспективу длительной эксплуатации компьютерной системы с опорой на новые возможности.

Для того чтобы процессор в персональном компьютере мог работать в полную силу, ему требуется помощь от специализированных микросхем, которые берут на себя рутинную работу с оперативной памятью и периферийными устройствами. Комплект таких вспомогательных микросхем носит название чипсет. Для каждого класса процессоров разрабатывается свой набор чипсетов, имеющий буквенно-цифровой индекс с весьма запутанным принципом классификации

Чипсет (chipset) – набор микросхем, на основе которых строится материнская плата (это связующая логика). Чипсет определяет возможности материнской платы, ее главные характеристики: типы поддерживаемых процессоров, м/с памяти, типы и скорости шин, наличие или отсутствие AGP и USB (стандарты системных шин).

Чипсет используются для:

• передачи информации из одной части материнки в другую;

• выполняют функцию определения адреса в ROM или в RAM;

• выполняют адресацию соответствующей м/с или модулей SIMM и DIMM для получения информации в нужном месте;

М/с чипсета интегрированы (впаяны) в материнскую плату и поэтому их нельзя заменить.

Традиционно сложилось так, что главные элементы чипсета называют «северным» и «южным» мостом. Хотя ныне архитектура чипсетов претерпела немало изменений и в некоторых моделях их именуют по другому (например, узлами – хабами), в общих чертах она остается «мостовой», т.е состоящая их 2 частей.