Лабораторная работа № 6
Тема: Архитектура системных плат
ЦЕЛЬ: Изучение архитектуры системной платы. Изучить внутренние интерфейсы системной платы. Изучить интерфейсы периферийных устройств IDE и SCSI. Изучить параллельные и последовательные порты и их особенности работы.
Архитектура системных плат
Наиболее важным элементом системного блока является системная, или материнская, плата. В прайс-листах и каталогах часто приводятся ее английские названия – motherboard или mainboard (главная плата), сокращенно МВ. Системная плата имеет многослойную структуру, полученную, как правило, склеиванием по определенной технологии отдельных листов стеклотекстолита. На каждый лист в соответствии с разработанной топологией размещением элементов предварительно наносится рисунок, образованный медными водящими дорожками. Необходимые электрические соединения проводников, расположенных в разных слоях системной платы, выполняются специальными металлизированными отверстиями. Результатом описанного технологического процесса является единая электрическая схема высокой интеграции с контактными площадками для установки необходимых компонентов системной платы на внешних листах текстолита.
На материнской плате расположены разъем с установленным в нем центральным процессором, оперативная память, BIOS, системная и локальная шины, набор микросхем chipset, элементы интерфейсов – контроллеры и различные разъемы для установки других комплектующих системной платы и подключения периферийных устройств и ряд других элементов.
Упрощенная блок-схема, отражающая основные функциональные компоненты компьютерной системы и их взаимосвязи, изображена на рис. 6.1.
Рис. 6.1 Общая структура персонального компьютера с подсоединенными устройствами
Системная плата (рис. 6.2) является основой системного блока, который обеспечивает внутренние связи, взаимодействует через прерывания с внешними устройствами и содержит компоненты, определяющие архитектуру ПК. Системные платы с различными микропроцессорами отличаются друг от друга по типам применяемых элементов и модулей памяти, возможностям конфигурирования и т. д. Набор микросхем на системной плате, обеспечивающий работу ЦП по обмену данными с периферийными устройствами, называют Chipset.
Чипсет
Chipset, или «PCIset» — совокупность микросхем, размешенных на системной плате, которые организуют потоки команд и данных в ПЭВМ. Сюда входят: основная память, вторичная кэш-память и устройства, связанные с шинами ISA и PCI. Кроме того, чипсет «контролирует потоки данных НЖМД и других устройств, соединенных с каналом IDE. Иногда в состав чипсета включают и сам микропроцессор.
Чипсеты производят различные фирмы — SIS, VIA, OPTI, однако в течение многих лет наиболее популярными остаются чипсеты Intel Triton. Чипсеты Triton позволяют соединять и эффективно использовать такие устройства, как процессор Pentium, устройства, связанные с каналами EIDE, ISA, а также поддерживает технологии памяти, такие, как EDO и SDRAM.
Рис. 6.2. Системная плата (Motherboard) ATX (а) и ее основные разъемы (б): 1, 2— разъемы PS/2 (мышь и клавиатура); 3, 4 — разъемы USB; 5— принтер (LPT1); 6—9 — штырьковые (D9) разъемы последовательных портов; 8 — игровой порт (joistik); 9, 10, 11 — разъемы звуковой платы (микрофон, линейный вход, линейный выход)
Рассмотрим вкратце структуру и характеристики Triton 430ТХ, который оптимизирован для использования с процессорами Pentium MMX (рис.6.3).
Рис. 6.3. Архитектура lnton 4JU IX (INortnbndge/boutnbndge)
Основой Triton 430TX являются две микросхемы высокой интеграции, которые были введены еще в предыдущей версии чипсета (Triton 430HX), а именно:
• системный контроллер 82439ТХ (МТХС);
• контроллер периферии 82371 АВ PCI ISA IDE Xcelerator (PIIX4).
Первый интегрирует функции основной и кэш-памяти второго уровня, управляет взаимодействием ЦП, кэш-памяти, основной памяти и шиной PCI. Второй представляет собой многофункциональное устройство PCI, которое реализует функции моста между PCI и ISA, PCI и IDE, а также управляет потреблением электроэнергии (функции Enhanced power management). Поскольку системный контроллер получил название «Northbridge», периферийный — «Southbridge», данная архитектура известна как Northbridge/ Southbridge.
В дальнейшем данный тип архитектуры использовался в чипсетах Intel Triton 440LX, EX, BX, ZX, GX, 450 NX, а затем был заменен (чипсеты 820, 815, 850 и др.) на архитектуру «Accelerated hub», включающую три компонента (рис. 6.4.):
• контроллер памяти (Memory Controller Hub);
• контроллер ввода-вывода (I/O Controller Hub);
• постоянная память (ПЗУ — Firmware Hub).
Контроллер памяти обеспечивает высокоскоростное взаимодействие между ЦП, ОЗУ и AGP и позволяет управлять памятью размером до 1 Гбайт.
Рис. 6.4. Чипсет Intel 820 архитектуры Accelerated hut
При этом в системе могут использоваться как один, так и несколько процессоров. Контроллер ввода-вывода поддерживает прямую связь между внешними устройствами и ОЗУ; кроме того, он выполняет функции контроллера USB, IDE и АС'97. Система ПЗУ содержит схемы BIOS и видео BIOS, а также в нее вмонтирован датчик случайных чисел (Intel RNG). В отличие от программных датчиков псевдослучайных чисел (ПСЧ), Intel RNG генерирует числа, действительно случайные, для чего используется эффект теплового шума.