5.1 Разновидности системных плат
Разновидность системной платы, прежде всего, определяет устанавливаемый микропроцессор. Поскольку процессоры разных фирм используют различные интерфейсы, то необходимо разделить материнские платы в зависимости от типов процессорных разъемов (фирмы Intel и AMD). Так как микропроцессоры фирмы Intel шире распространены в мире, то основное внимание уделим им. По типу интерфейса микропроцессоров Intel разделим системные платы на группы:
-платы для микропроцессоров 8086 и 8088, 80286, 80386 и 80486 не применяются;
-платы для Pentium и Pentium Pro используют напряжение питания 3,3 и 5 В, работают на тактовых частотах: 60, 66, 75 МГц.
-платы для Pentium MMX, отличающиеся от предыдущего типа наличием двух раздельных напряжений питания (2,8 и 3,3 В), модифицированного процессорного разъема Socket 7, микросхемы BIOS, поддерживающей ММХ;
-платы для Pentium II (и Celeron) используют разъемы Slot 1 или Socket 37, пониженное напряжение питания 2,0 В и работают с тактовой частотой 100, 133, 150 МГц;
-платы для Pentium III используют разъемы Socket 370 (Slot 2 - Xeon), более низкие напряжения - 1,65 В и работают с чипсетами, поддерживающими тактовые частоты от 100 до 266 МГц;
- платы для Pentium 4 используют разъемы Socket 423 или Socket 478, раздельное напряжение питания пяти уровней от 1,1 до 1,8 В и работают с тактовыми частотами 400 МГц и выше.
Замечание
Тактовая частота системной платы - параметр, который сильно влияет на производительность компьютера по выполнению процедур, связанных с пересылкой информации. Современные системные платы имеют рабочую частоту 100, 133, 150, 200, 266, 400, 533 МГц и выше.
В зависимости типоразмеров (форм-факторов) системных плат их можно классифицировать:
-Full-size AT размером 12*13,8 дюйма устарели;
Монтажу такой платы наверняка будет мешать отсек для дисководов и жестких дисков и блок питания. Кроме того, расположение компонентов платы на большом расстоянии друг от друга может вызывать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому после материнских плат для процессора 80386 такой размер уже не встречается. Все AT-платы имеют общие черты. Почти у всех последовательные и параллельные порты присоединяются к материнской плате через соединительные планки. Они также имеют разъем клавиатуры, впаянный на плату в задней части. Гнездо под процессор устанавливается на передней стороне. Слоты памяти могут находиться в различных местах, хотя почти всегда они расположены в верхней части материнской платы.
-Baby AT - (8,57*13,04 дюйма) и их разновидность;
Mini AT - (8,57*9,85 дюйма), устанавливаются в корпуса, за исключением Slim Line. Чаще всего на платах Baby AT все коннекторы собраны в одном месте, в результате чего либо кабели от коммуникационных портов тянутся практически через всю материнскую плату к задней части корпуса, либо от портов IDE и FDD - к передней. Гнезда для модулей памяти, заезжающие чуть ли не под блок питания. При ограниченности свободы действий внутри весьма небольшого пространства корпуса, это не совсем удобно. Вдобавок неудачно решен вопрос с охлаждением - воздух не поступает напрямую к самой нуждающейся в охлаждении части системы - процессору.
-LPX и Mini LPX размером 9*13 и 8,2*10,4 дюйма соответственно - устанавливаются в сверхнизкие корпуса Slim Line;
Еще до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX. Предназначался для использования в корпусах типа Slimline. Задача была решена путем предложения - введения стойки. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помещаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, и таким образом располагаются параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр. Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт не более 2-3 штук. Еще одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX - это интегрированный на материнскую плату видеочип.
-NLX. Со временем спецификация LPX перестала удовлетворять требованиям времени. Выходили новые процессоры, появлялись новые технологии. И она уже не была в состоянии обеспечивать приемлемые пространственные и тепловые условия для новых низкопрофильных систем. В результате, в 1997 году, как развитие идеи LPX, учитывающее появление новых технологий, появилась спецификация форм-фактора NLX. Формата, нацеленного на применение в низкопрофильных корпусах. При ее создании брались во внимание как технические факторы (например, появление AGP и модулей DIMM, интеграция аудио/видео-компонентов на материнской плате), так и необходимость обеспечить большее удобство в обслуживании. Так, для сборки/разборки многих систем на базе этого форм-фактора отвертка не требуется вообще.
Основные черты материнской платы NLX, это:
Стойка для карт расширения, находящаяся на правом краю платы. Причем материнская плата свободно отсоединяется от стойки и выдвигается из корпуса, например, для замены процессора или памяти.
Процессор, расположенный в левом переднем углу платы, прямо напротив вентилятора.
Группировка высоких компонентов, наподобие процессора и памяти, в левом конце платы, что позволяет разместить на стойке полноразмерные карт расширения.
Нахождение на заднем конце платы блоков разъемов ввода/вывода одинарной и двойной высоты для размещения максимального количества коннекторов. В отличие от довольно строгих прочих спецификаций, NLX обеспечивает производителям куда большую свободу в принятии решений. У NLX-корпуса порты USB располагаются на передней панели - очень удобно для такого типа решений.
-ATX - распространенный формат системной платы, размером 9,6*12 дюймов, отличающийся от Baby AT удобным расположением элементов на плате, лучшей вентиляцией, наличием разъема универсальной шины USB и возможностью дистанционного выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. Спецификация ATX, предложенная Intel еще в 1995 году, нацелена на исправление всех недостатков, что выявились у форм-фактора AT. А решение, было простым - повернуть Baby AT плату на 90 градусов и внести соответствующие поправки в конструкцию. В ATX как раз воплотились лучшие стороны Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX - высокая интеграция компонентов. Вот что получилось в результате:
Интегрированные разъемы портов ввода-вывода. На всех современных платах коннекторы портов ввода-вывода присутствуют на плате, поэтому вполне естественным выглядит решение расположить на ней и их разъемы, что приводит к значительному снижению количества соединительных проводов внутри корпуса. В результате также несколько снизилась стоимость материнской платы. К тому же, среди традиционных параллельного и последовательного портов нашлось место и для портов PS/2 и USB. Обычно ATX-плата имеет 2 порта PS/2 (1 для мыши, другой - для клавиатуры) и два порта USB. Так как чипсет поддерживает более двух USB-портов, то нередко плата позволяет подключать внешнюю планку с разъемами шины USB.
Значительно увеличившееся удобство доступа к модулям памяти. В результате всех изменений гнезда для модулей памяти переехали дальше от слотов для материнских плат, от процессора и блока питания.
Уменьшенное расстояние между платой и дисками. Разъемы контроллеров IDE и FDD переместились практически вплотную к подсоединяемым к ним устройствам. Это позволяет сократить длину используемых кабелей, тем самым повысив надежность системы.
Разнесение процессора и слотов для плат расширения. Гнездо процессора перемещено с передней части платы на заднюю, рядом с блоком питания. Это позволяет устанавливать в слоты расширения полноразмерные платы - процессор им не мешает. К тому же решилась проблема с охлаждением: теперь воздух, засасываемый блоком питания, обдувает еще и процессор
Улучшено взаимодействие с блоком питания. Теперь используется один 20-контактный разъем вместо двух, как на AT-платах. Кроме того, добавлена возможность управления материнской • платой блоком питания – включение в нужное время или по наступлению определенного события, возможность включения с клавиатуры, отключение операционной системой.
Напряжение 3,3 В. Теперь напряжение питания 3,3 В, широко используемое современными компонентами системы, поступает прямо из блока питания. В AT-платах для его получения использовался стабилизатор, установленный на материнской плате. В ATX-платах необходимость в нем отпадает.
-Micro-ATX размером 9,6*9,6 дюйма, поддерживает разные виды интерфейсов системных, локальных и периферийных шин. Форм-фактор ATX разрабатывался под Socket 7 и многое в нем несколько не соответствует времени. Например, типичная комбинация слотов, из расчета на которую составлялась спецификация, выглядела как ISA/3 PCI/1 смежный. Присутствие ISA, но отсутствие AGP, AMR, и т.д. В общем, для дешевых PC на основе ATX - пустая трата ресурсов. Исходя из подобных соображений в декабре 1997 года и была представлена спецификация формата Micro-ATX, модификация ATX-платы, рассчитанная на 4 слота для плат расширения.
-Flex-ATX. Это даже не отдельная спецификация, а всего лишь дополнение к спецификации Micro-ATX. И первым стала Intel, в феврале на Intel Developer Forum объявившая материнскую плату Flex-ATX, по площади на 25%-30% меньшую, чем Micro-ATX. Теоретически, с некоторыми доработками, Flex-плата может быть использована в корпусах, соответствующих спецификациям ATX или Micro-ATX. Спецификация чрезвычайна гибка, и оставляет на усмотрение производителя множество вещей, которые прежде строго описывались. Так, производитель сам будет определять размер и размещение блока питания, конструкцию карты ввода/вывода, переход на новые процессорные технологии, методы достижения низкопрофильного дизайна.
-WTX. Всем хорош ATX, но для очень мощных рабочих станции или серверов спецификация ATX не вполне подходит. На передний план выходят обеспечение нормального охлаждения, размещение больших объемов памяти,
удобная поддержка многопроцессорных конфигураций, большая мощность блока питания, размещение большего количество портов контроллеров накопителей данных и портов ввода/вывода. Так в 1998 году родилась спецификация WTX. Ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций, поддержку сегодняшних и завтрашних технологий видеокарт и памяти.
Рисунок 3 – форм-фактор WTX
Особое внимание, пожалуй, стоит уделить двум новым компонентам - Board Adapter Plate (BAP) и Flex Slot. Здесь разработчики попытались отойти от привычной модели, когда материнская плата крепится к корпусу посредством расположенных в определенных местах крепежных отверстий. Здесь она крепится к BAP, причем способ крепления оставлен на совести производителя платы, а стандартный BAP крепится к корпусу. Помимо обычных вещей, характеристик блока питания (до 850 Вт) и прочего, спецификация WTX описывает архитектуру Flex Slot - в каком-то смысле, AMR для рабочих станций. Flex Slot предназначен для улучшения удобства обслуживания, придания дополнительной гибкости разработчикам. Выглядит карта Flex Slot примерно так: На подобных картах могут размещаться любые PCI, SCSI, USB или IEEE 1394 контроллеры, звук, сетевой интерфейс, параллельные и последовательные порты, средства контроля за состоянием системы.
Рассмотрим набор системных микросхем (чипсеты), расположенные на системной плате и существенно влияющие на основные параметры компьютера: тактовую частоту шин системной платы; надежность работы микропроцессора, системной шины и интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими узлами компьютера. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной, часы реального времени с CMOS-памятью, иногда - контроллеры клавиатуры и внешних устройств.
Современные наборы имеет две базовые микросхемы с условными именами северный мост и южный мост. Первая из них, иногда еще называют 4-портовым контроллером, управляет: шиной оперативной памяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП. Вторая, ее еще называют функциональным контроллером, управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE1294 и состоит из контроллеров (адаптеров) дисководов, клавиатуры, мыши. Сейчас популярны чипсеты фирм: Intel, VIA Technologies, Aser Laboratories и др.
В состав системной платы входят слоты для установки модулей оперативной памяти (30-, 72- и 168-контактов). Слоты в 30- и 72-контакта для модулей памяти типа SIMM устарели и не используются, а в 168-контактов для DIMM актуальны и в наше время.
На системных платах располагаются также джамперы и DIP-переключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: переключатели используемого напряжения (5В; 3,5 В), переключатели внутренней частоты МП и др. Джампер - съемная перемычка, устанавливаемая на штырьковые контакты системной платы. DIP-переключатели - миниатюрные выключатели в DIP-корпусе.
В современных компьютерах пытаются сократить число переключателей путем передачи их функций по конфигурированию системы электронным схемам в режиме РnР - устройств (Plug and Play, «Вставляй и играй»).
На системной плате также размещается микросхема ПЗУ, содержащая программы BIOS, которые управляют разными узлами компьютера. В наше время используются микросхемы Flash BIOS, которую можно перезаписать с целью модернизации программ для появившихся новых устройств. Однако это и является его существенным недостатком так как позволяет попасть в систему различным вирусам, которые могут уничтожить содержимое Flash BIOS, после чего системная плата выходит из строя. От вирусов можно защититься только запретив перезапись содержимого BIOS.
Важным элементом системной платы, является микросхема CMOS-памяти, которая питается аккумулятора и является энергонезависимой. Память хранит информацию о параметрах различных устройств компьютера, причем отслеживает текущую его конфигурацию, поэтому при загрузке BIOS берет необходимую для работы информацию именно отсюда.