Глава 12 Системные платы и чипсеты

Системная (systemboard, SB), или объединительная, также часто называемая материнской (motherboard, MB), плата – это важнейшая часть компьютера, содержащая его основные электронные компоненты. С помощью системной платы (СП) осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины.

Конструктивно СП настольного компьютера представляет собой печатную плату площадью 600-1000 см², на которой размещается большое число различных микросхем, разъемов и других элементов. Существуют разновидности конструкции СП:

1. на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы – сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах, называемых одноплатными;

2. непосредственно на системной плате размещается лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и конструктивно устанавливаются на дополнительных платах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты), имеющиеся на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой.

Современные профессиональные персональные компьютеры имеют именно шинную архитектуру.

На СП непосредственно расположены:

• разъем для подключения микропроцессора;

• набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;

• микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (Basic Input-Output System – BIOS);

• микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного расположенного на MB аккумулятора), по типу используемых электронных элементов называемая CMOS;

• микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропроцессора) или кэш-памяти 3-го уровня;

• разъемы для подключения модулей оперативной памяти;

• наборы микросхем и разъемы для системных, локальных и периферийных интерфейсов;

• микросхемы мультимедийных устройств и т. д.

12.1 Разновидности системных плат

В настоящее время десятки фирм выпускают большое число различных СП, отличающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими микропроцессоров, и по тактовой частоте их работы, и по величине рабочих напряжений и т. д.

Расположенные на СП набор системных микросхем (чипсет) и микропроцессорный разъем определяют типы микропроцессоров, которые на ней могут быть установлены. Поскольку микропроцессоры фирмы Intel и процессоры некоторых других фирм, в частности фирмы AMD, используют электрически разные интерфейсы и геометрически разные разъемы, можно разделить все СП по типу процессорного разъема на две группы: «интеловские» и прочие. Поскольку МП фирмы Intel распространены гораздо шире, в дальнейшем основное внимание уделим именно им. Так, по типу поддерживаемых Intel-микропроцессоров, СП можно разделить на следующие группы:

1. СП для МП 8086, 8088;

2. СП для МП 286;

3. СП для МП 80386 и 80486;

4. СП для МП Pentium и Pentium Pro – рассчитаны на напряжения питания 3,3 В и 5 В и тактовые частоты 60,66,75 МГц. СП, ориентированные на МП Pentium Pro, отличаются лишь другим процессорным разъемом и отсутствием кэш-памяти второго уровня, которая интегрирована непосредственно на плату МП;

5. СП для МП Pentium MMX, отличающиеся от плат для МП Pentium и Pentium Pro двумя раздельными напряжениями питания 2,8 В и 3,3 В, наличием модифицированного процессорного разъема Socket 7 и специальной микросхемы BIOS, поддерживающей ММХ;

6. СП для МП Pentium II и Celeron – имеют разъем Slot 1 или Socket 370, пониженное напряжение питания 2,0 В. Системные платы этой группы (в частности, с чипсетами iBX) впервые работали с тактовыми частотами 100, 133, 150 МГц;

7. СП для МП Pentium III с новыми разъемами типа Socket 370 (для Xeon – Slot 2) используют еще более низкие напряжения – 1,65 В и работают с чипсетами iBX, iGX, iZX, i810, i815,1820, i840, VIA Apollo Pro и некоторыми другими, поддерживающими тактовые частоты от 100 до 266 МГц;

8. СП для МП Pentium 4 с разъемами Socket 423 или Socket 478, раздельными напряжениями питания пяти уровней от 1,1 В до 1,8 В, на чипсетах i850 и более новых, поддерживающие тактовые частоты до 400 МГц;

9. СП для МП Pentium 4 с ядром Prescott и разъемом Socket LGA 775, поддерживающие тактовые частоты до 1066 МГц с чипсетами серии 900;

10. СП для МП семейства Core с разъемом LGA 775 и чипсетами i945, i965 и т. д. Поддерживают низкие напряжения питания МП (0,85-1,35 В).

Важным параметром системной платы является тактовая частота, на которой она работает, вернее, частота ее системной шины (FSB). Современные СП имеют рабочие частоты 266, 400, 533,800 и 1066 МГц. Этот параметр особенно сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большинство преобразований экономической информации).

Важным компонентом, размещенным на системной плате (часто – в системном чипсете), является микросхема CMOS-памяти. Она питается от своего локального аккумулятора (батарейки) и поэтому является энергонезависимой (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети). Название CMOS произошло от названия типа используемых в ней элементов. Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в ПК. Информация в ней может изменяться по мере необходимости, то есть память отслеживает текущую конфигурацию компьютера, на что не способна микросхема BIOS. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS-памяти считывается информация об установленном МП, о типах и емкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т. д. Четкое отслеживание времени (в том числе и календаря), даже в отключенном от энергосети состоянии, также связано с тем, что информация о времени хранится в CMOS-памяти.