2. Основні компоненти системної плати. Типи форм-факторів системних плат. Сучасні шини для підключення плат розширення: pci, agp, pci-Express.

Материнська (головна) плата (англ. - motherboard, mainboard, MB, розм. - мамка, мати, материнка) - це основна плата, до якої приєднуються всі частини комп'ютера (процесор, відеокарта, ОЗУ і ін.), встановлюється в системному блоці. Головне завдання материнської плати – об’єднати і забезпечити спільну роботу всіх інших елементів.

На вигляд материнська плата класичного стаціонарного комп'ютера являє собою досить велику мікросхему, на якій розміщена значна кількість роз'ємів. Ремонт Iphone 4, планшетів, ноутбуків та інших популярних та поширених зараз пристройв потребує як спеціальних інструментів, так і досить суттєвого багажу вмінь та навичок. У випадку ж зі стаціонарним комп'ютером все значно простіше. Практично будь-хто може самостійно замінити пристрої, приєднані до роз'ємів материнської плати, не витрачаючи зайвих коштів на послуги майстра. Достатньо уважно вивчити інформацію, викладену тут а також нижче.

Основою будь-якої сучасної материнської плати є набір системної логіки, який частіше називають чіпсетом (від англ. chipset). Чіпсет - це сукупність мікросхем, що забезпечують узгоджену спільну роботу складових частин комп'ютера і їх взаємодію між собою. Як правило, чіпсет складається з двох основних мікросхем, які частіше називають "північним" і "південним" мостами.

Північний міст (North bridge, системний контроллер) - це частина системної логіки материнської плати, що забезпечує роботу основних вузлів комп'ютера - центрального процесора, оперативної пам'яті, відеокарти. Саме він керує роботою шини процесора, контролера оперативної пам'яті та шини PCI Express, до якої приєднується відеокарта. У деяких випадках північний міст може містити інтегрований графічний процесор.

Південний міст (Міст, ICH (I/O controller hub), периферійний контролер, контролер введення-виведення) - забезпечує підключення до системи менш швидкісних пристроїв, які не вимагають високої пропускної здатності - жорсткого диска, мережевих плат, аудіоплати і т.д., а також шин PCI, USB та ін., в які встановлюються різного роду додаткові пристрої. Клавіатура і миша також замикаються на південний міст.

Наявність північного і південного мостів - класична, загальноприйнята схема побудови чіпсета материнської плати. Але існують також схеми, що відрізняються від традиційних. Це стосується в першу чергу комп'ютерів на базі сучасних процесорів, в які вмонтовуються елементи, що більшою чи меншою мірою виконують функції північного мосту (найчастіше - контролер оперативної пам'яті). На материнських платах для таких процесорів північний міст суттєво спрощено.

Якістю і можливостями системної логіки визначаються продуктивність і стабільність роботи комп'ютера. При виборі материнської плати потрібно враховувати насамперед те, який чіпсет був узятий за основу при її виготовленні. Основними виробниками чіпсетів зараз є компанії Intel, NVidia, ATI/AMD, Via, SiS, у той час як материнські плати виробляються ASUS, Gigabyte, MSI, ASRock, Zotac та ін. Материнські плати з однаковим чіпсетом у різних виробників називаються по-різному. За ціною вони теж можуть суттєво відрізнятися. При виборі краще віддати перевагу материнській платі з більш «продвинутим» чіпсетом від менш відомого виробника, ніж навпаки.

На сьогоднішній день існує чотири переважаючих типорозміри материнських плат – AT, ATX, LPX і NLX. Крім того, є зменшені варіанти формату AT (Baby-AT), ATX (Mini-ATX, microATX) і NLX (microNLX). Більш того, недавно випущене розширення до специфікації microATX, що додає до цього списку новий форма-фактор – FlexATX. Усі ці специфікації, що визначають форму і розміри материнських плат, а також розташування компонентів на них і особливості корпусів, і описані нижче.

AT Форма-фактор АТ поділяється на двох, що відрізняються по розмірі модифікації - AT і Baby AT. Розмір повнорозмірної AT плати досягає до 12" у ширину, а це значить, що така плата навряд чи поміститься в більшість сьогоднішніх корпусів. Монтажу такої плати напевно буде заважати відсік для дисководів і твердих дисків і блок живлення. Крім того, розташування компонентів плати на великій відстані один від одного може викликати деякі проблеми при роботі на великих тактових частотах. Тому після материнських плат для процесора 386, такий розмір уже не зустрічається. У такий спосіб єдині материнські плати, виконані у формі-факторі AT, доступні в широкому продажі, це плати відповідні формати Baby AT. Розмір плати Baby AT 8.5" у ширину і 13" у довжину. У принципі, деякі виробники можуть зменшувати довжину плати для економії чи матеріалу по якихось інших причинах. Для кріплення плати в корпусі в платі зроблені три ряди отворів. Усі AT плати мають загальні риси. Майже усі мають послідовні і рівнобіжні порти, що приєднуються до материнської плати через сполучні планки. Вони також мають один роз’єм клавіатури, упаяний на плату в задній частині. Гніздо під процесор установлюється на передній стороні плати. Слоти SIMM і DIMM знаходяться в різних місцях, хоча майже завжди вони розташовані у верхній частині материнської плати. Сьогодні цей формат плавно сходить зі сцени. Частина фірм ще випускає деякі свої моделі в двох варіантах – Baby AT і ATX, але це відбувається усе рідше і рідше. Тим більше, що усе більше нових можливостей, наданих операційними системами, реалізуються тільки на ATX материнських платах. Не говорячи вже просто про зручність роботи – так, найчастіше на Baby AT платах усі коннектори зібрані в одному місці, у результаті чого або кабелі від комунікаційних портів тягнуться практично через усю материнську плату до задньої частини корпуса, або від портів IDE і FDD – до переднього. Гнізда для модулів пам'яті, що заїжджають чи ледве не під блок живлення. При обмеженості волі дій усередині дуже невеликого простору MiniTower, це, м'яко говорячи, незручно. Вдобавок, невдало вирішене питання з охолодженням – повітря не надходить прямо до самій потребуючій в охолодженні частини системи – процесору.

LPX Ще до появи ATX, першим результатом спроб знизити вартість PC став форма-фактор LPX. Призначався для використання в корпусах Slimline чи Low-profile. Задача була вирішена шляхом досить новаторської пропозиції - уведення стійки. Замість того, щоб уставляти карти розширення безпосередньо в материнську плату, у цьому варіанті вони поміщаются у вертикальну стійку, що підключається до плати, паралельно материнській платі. Це дозволило помітно зменшити висоту корпуса, оскільки звичайно саме висота карт розширення впливає на цей параметр. Розплатою за компактність стала максимальна кількість карт, що підключаються - 2-3 штуки. Ще одне нововведення, що почало широко застосовуватися саме на платах LPX - це інтегрований на материнську плату видеочип. Розмір корпуса для LPX залишає 9 х 13'', для Mini LPX - 8 x 10''. Після появи NLX, LPX почав витіснятися цим формою-фактором.

ATX Не дивно, що форма-фактор ATX у всіх його модифікаціях стає усе більш популярним. Особливо це стосується плат для процесорів на шині P6. Так, приміром, з готуючихся до випуску цього року материнських плат LuckyStar для цих процесорів 4 будуть виконані у форматі Mini-ATX, 3 – ATX, і всього лише одна – Baby AT. А якщо ще врахувати, що материнських плат для Socket7 сьогодні робиться набагато менше, хоча б через куди менше число нових чипсетов для цієї платформи, то ATX здобуває переконливу перемогу. І ніхто не може сказати, що вона необоснованна. Специфікація ATX, запропонована Intel ще в 1995 році, націлена саме на виправлення всіх тих недоліків, що виявилися згодом у форми-фактора AT. А рішення, по суті, було дуже простим – повернути Baby AT плату на 90 градусів, і внести відповідні виправлення в конструкцію. До того моменту в Intel уже був досвід роботи в цій області – форма-фактор LPX. У ATX саме втілилися кращі сторони і Baby AT і LPX: від Baby AT була узята розширюваність, а від LPX – висока інтеграція компонентів. От що вийшло в результаті:

• Інтегровані роз’єми портів уведення-висновку. На всіх сучасних платах коннектори портів уведення-висновку присутні на платі, тому цілком природним виглядає рішення розташувати на ній і їхні рознімання, що приводить до досить значного зниження кількості сполучних проводів у середині корпуса. До того ж, заодно серед традиційних рівнобіжного і послідовного портів, рознімання для клавіатури, знайшлося місце і для новачків – портів PS/2 і USB. Крім усього, у результаті трохи знизилася вартість материнської плати, за рахунок зменшення кабелів у комплекті.

• Значно збільшилася зручність доступу до модулів пам'яті. У результаті всіх змін гнізда для модулів пам'яті переїхали далі від слотов для материнських плат, від процесора і блоку живлення. У результаті нарощування пам'яті стало в будь-якому випадку хвилинною справою, тоді як на Baby AT материнських платах часом приходиться братися за викрутку.

• Зменшена відстань між платою і дисками. Роз’єми контролерів IDE і FDD перемістилися практично впритул до пристроїв, що приєднуються до них. Це дозволяє скоротити довжину використовуваних кабелів, тим самим підвищивши надійність системи.

• Рознесення процесора і слотов для плат розширення. Гніздо процесора переміщене з передньої частини плати на задню, поруч із блоком живлення. Це дозволяє встановлювати в слоти розширення полноразмерные плати - процесор їм не заважає. До того ж, зважилася проблема з охолодженням - тепер повітря, засмоктуваний блоком живлення, обдуває безпосередньо процесор.

• Поліпшено взаємодію з блоком живлення. Тепер використовується одне 20-контактне рознімання, замість двох, як на AT платах. Крім того додана можливість керування материнською платою блоком живлення – включення в потрібний чи час по настанню визначеної події, можливість включення з клавіатури, відключення операційною системою, і т.д.

• Напруга 3.3 У. Тепер напруга живлення 3.3 У, дуже широко використовуване сучасними компонентами системи, (узяти хоча б карти PCI!) надходить із блоку живлення. У AT-платах для його одержання використовувався стабілізатор, установлений на материнській платі. У ATX-платах необхідність у ньому відпадає.

Конкретний розмір материнських плат описаний у специфікації багато в чому виходячи зі зручності розроблювачів – зі стандартної пластини (24 х 18’’) виходить або дві плати ATX (12 x 9.6’’), або чотири – Mini-ATX (11.2 х 8.2’’). До речі, враховувалася і сумісність зі старими корпусами - максимальна ширина ATX плати, 12’’, практично ідентична довжині плат AT, щоб була можливість без особливих зусиль використовувати ATX плату в AT корпусі. Однак, сьогодні це більше відноситься до області чистої теорії – AT корпус ще треба умудритися знайти. Також, у міру можливості кріпильні отвори в платі ATX цілком відповідають форматам AT і Baby AT.

microATX Форма-фактор ATX розроблявся ще в пору розквіту Socket 7 систем, і багато чого в ньому сьогодні трохи не відповідає часу. Наприклад, типова комбінація слотів, з розрахунку на який складалася специфікація, виглядала як 3 ISA/3 PCI/1 суміжний. Трохи неактуально не сьогоднішній день, чи не так? ISA, відсутність AGP, AMR, і т.д. Знову ж, у будь-якому випадку, 7 слотів не використовуються в 99 відсотках випадків, особливо сьогодні, з такими чипсетами як MVP4, Si 620, і810, і іншими подібними продуктами, що готовились до випуску. Загалом, для дешевих PC ATX – порожня витрата ресурсів. Виходячи з подібних розумінь у грудні 1997 року і була представлена специфікація формату microATX, модифікація ATX плати, розрахована на 4 слота для плат розширення. По суті, зміни, у порівнянні з ATX, виявилися мінімальними. До 9.6 x 9.6’’ зменшився розмір плати, так що вона стала цілком квадратної, зменшився розмір блоку живлення. Блок рознімань уведення/виведення залишився незмінним, так що microATX плата може бути з мінімальними доробками використана в ATX 2.01 корпусі.

Крім роз’єму центрального процесора (сокета), на материнській платі розміщені інші роз’єми:

- Слоти модулів ОЗП, до яких приєднуються модулі оперативної пам'яті відповідного типу;

- PCI (Peripheral component interconnect - взаємозв'язок периферійних компонентів) - це шина з невеликою пропускною здатністю, якої, однак, досить для підключення багатьох пристроїв (TV-тюнерів, звукових карт, карт для захоплення відео, мережевих карт, Wi-Fi-модулів та ін.);

- РСІ-Express - швидка шина для відеокарти, створена з використанням програмної моделі PCI. Залежно від чіпсета, таких шин на материнській платі може бути кілька, і вони можуть мати різну пропускну здатність (x16 або менше). Конфігурація з декількома РСІ-Express дозволяє використовувати відразу кілька відеокарт, що робить відеопідсистему комп'ютера більш продуктивною.

- USB - роз'єм для підключення периферійних пристроїв. Відомий усім в першу чергу як роз'єм для підключення флешок, фотоапаратів, телефонів та ін. Він буває декількох специфікацій: USB 1.0 (пропускна здатність до 12 Мбіт/с), USB 2.0 (до 480 Мбіт/с) і найбільш новий USB 3.0 (до 4800 Мбіт/с). USB 1.0 і 2.0 зовні однакові, мають 4 контакти. USB 3.0 має вдвічі більше контактів, хоча і підтримує можливість підключення старіших пристроїв (розрахованих на USB 1.0 і 2.0).

- SATA (Serial Advanced Technology Attachment - цифрове приєднання по передової технології) - служить для підключення накопичувачів інформації (жорстких дисків, оптичних приводів). Швидкість передачі даних залежить від ревізії SATA: 1.x - до 1,5 Гбіт/с; 2.x - до 3 Гбіт/с; 3.x - до 6 Гбіт/с.

- PATA (Parallel ATA) - є попередником SATA і до його появи називався IDE (назва можна зустріти досі). PATA призначений для підключення старих носіїв інформації і оскільки останні ще продовжують служити своїм власникам, цей інтерфейс зберігається на нових материнських платах для забезпечення сумісності;

- Floppy - роз'єм для підключення приводу дискети 3,5. Як не дивно, ці носії все ще не повністю вийшли з вживання;

- Роз'єми для підключення блоку живлення. Основний роз’єм, що живить всі компоненти (ATX) має 24 контакти. Живлення центрального процесора може мати 4 або 8 контактів (залежно від потужності процесора, на який розрахована материнська плата).

Крім того, на материнській платі є різні голчасті гребінки, призначені для підключення передньої панелі корпусу (кнопки Power, Reset, індикатори процесора і жорстких дисків, навушники, мікрофон, USB), кулерів (вентиляторів) процесора, корпусу, жорстких дисків і ін.

На материнській платі є також роз'єми звукової карти, мережевого адаптера (RJ45) та ін. На моделях з інтегрованим графічним процесором є відповідні роз’єми для підключення моніторів (VGA, DVI, HDMI).

Ще однією важливою частиною материнської плати є мікросхема ПЗУ (її часто називають BIOS ROM), що замикається на південний міст чіпсета. У цій мікросхемі зберігається базова програма управління комп'ютером - так звана базова система введення-виведення, більше відома як BIOS (basic input-output system). На відміну від операційної системи та іншого програмного забезпечення, встановлених на жорсткий диск, BIOS доступний комп'ютеру без підключення вінчестера і інших елементів. Це програмне забезпечення визначає порядок взаємодії складових частин комп'ютера між собою. Залежно від чіпсета материнської плати і версії BIOS, його настройками можна визначити джерело завантаження комп'ютера, змінити частоту шини процесора, таймінги модулів оперативної пам'яті (збільшивши їх продуктивність), а також налаштування багатьох інших пристроїв, відключити окремі елементи (мережеву плату, дисковод 3,5 та ін.) і багато іншого.