5. Особенности конструкций персональных эвм: системные платы, платы расширения.

Материнская плата (Motherboard} является основным компонентом каждого PC. Ее также называют главной (Mainboard} или системной платой. Это не только "сердце компьютера", но и самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри PC, влияющим на производительность компьютера в целом. Супербыстрый винчестер или высокопроизводительная графическая карта нисколько не смогут повысить его производительность, если тормозится поток данных к материнской плате и от нее.

Материнская плата является главной платой PC, на которой размещаются все его основные элементы, линии соединения и разъемы для подключения внешних устройств.

Существует огромное количество фирм-производителей материнских плат. Наиболее известными в настоящее время являются Intel, FICO, LackyStar, ASUStec.

Тип установленной материнской платы определяет общую производительность системы, а также возможности по модернизации PC и подключению дополнительных устройств.

• Процессор, установленный в специальный разъем. Как правило, на про­цессор устанавливается радиатор с вентилятором.

• Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней). В современных процессорах эти микросхемы устанавливаются на плату картриджа CPU.

• Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. В настоящее время используются разъемы с 72-мя контактами — для модулей SIMM и с 168-мя контактами — для модулей DIMM. Количество и тип разъемов зависит от типа материнской платы.

• Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Как правило, на материнских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. В недав­нем прошлом на них имелись еще и разъемы, предназначенные для карт стандарта VLB. Современные модели материнских плат оборудованы слотом AGP. Наличие разъемов и возможность установки в них любых карт расширения (видеоадаптера, звуковой карты, модема, карты АЦП и др.) определяют открытую архитектуру PC.

• Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся программы BIOS, тестирования PC, загрузки операционной систе­мы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS Setup) и т. п.

• Разъемы для подключения накопителей HDD, FDD, CD-ROM, последо­вательные порты для подключения периферийных устройств (мышь, мо­дем и др.), параллельные порты для подключения принтера, сканеров некоторых типов и др.

• Набор микросхем (Chipset) высокой степени интеграции для управления обменом данными между всеми компонентами PC.

• Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и электронного таймера (системных часов).

На некоторые материнские платы фирмы-производители устанавливают микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты сетевой карты и т. д. Как правило, подобные материнские платы выполнены в форм-факторе LPX (mini-LPX), MicroATX.

Все компоненты материнской платы связаны друг с другом системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной шиной или просто шиной (Bus).

Взаимодействие между компонентами и устройствами PC, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью так называемых мостов, реа­лизованных на одной из микросхем Chipset. Например, мост для соединения шины ISA и PCI (PCI/ISA Bridge System I/O) набора микросхем Triton 430НХ реализован в микросхеме 82371SB, называемой также РIIХ.

Типоразмеры материнской платы

Размеры материнской платы нормированы. Также стандартизованы и отверстия внутри платы, которые соединяют ее с дном корпуса. Поэтому говорят не о размерах, а о типоразмерах материнских плат.

Существуют следующие основные типоразмеры материнских плат: FullSize; Baby-AT; HalfSizeLPX; Mini-LPX; ATX; Mini-ATX; MMicroATX; Flex-ATX; NLX; Mini-NLX.

FullSize

Полноразмерная плата (FullSize} по своим габаритам соответствует материнской плате PC IBM AT. Расположение разъемов клавиатуры и слотов расширения такой платы строго определены, чтобы совпадать с отверстиями в корпусе. Плата помещается только в полноразмерный корпус типа Desktop и Tower. Вследствие того, что эти платы невозможно установить в широко распространенные корпуса типа стандартный Desktop и Mini-Tower, они уже практически не выпускаются.

Baby-AT

Стандарт материнских плат типоразмера Baby-AT (BabySize) появился в 1982 г. На этих платах расположение разъемов клавиатуры и слотов также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный DIN-разъем. Материнские платы размера Baby-AT могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slimline. Именно поэтому они получили наибольшее распространение.

В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы Baby-AT и перешла на выпуск материнских плат спецификации АТХ.

LPX (Mini-LPX)

Материнские платы LPX и mini-LPX обычно устанавливаются в корпусах уменьшенной высоты или в корпусах типа Slimline.

Рис .17. Расположение разъемов на материнской плате LPX(а), ATX(б), NLX(в).

Слоты расширения этих плат смонтированы на отдельной плате (Reiser card), которая вставляется в слот материнской платы перпендикулярно ей. Карты расширения устанавливаются на эту плату таким образом, чтобы их плоскость была параллельна плоскости материнской платы. Это позволяет уменьшить высоту корпуса PC. Все разъемы находятся на задней панели материнской платы LPX. Обычно это разъемы для подключения монитора, параллельный порт, два последовательных порта и разъемы типа mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2 (рис. 17). Все разъемы смонтирова­ны непосредственно на материнской плате.

На некоторых материнских платах типа LPX интегрированы микросхемы видео- и аудиоконтроллеров, сетевого или SCSI-адаптера.

В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы LPX.

ATX (Mini-ATX)

В 1995 г. корпорация Intel анонсировала новую спецификацию АТХ для форм-фактора материнской платы и корпуса PC. Стандарт АТХ сочетает в себе лучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и дополнительные усовер­шенствования. Спецификация АТХ для материнских плат предусматривает пункты, перечисленные ниже.

• Интеграцию на материнской плате стандартных периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров, параллельных и последовательных портов, а также (по мере необходимости) видео- и звуковых адаптеров, модемов и интерфейсов локальных сетей.

• Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода/вывода размером 15,9x4,4 см, находящейся на тыльной стороне материнской платы.

• Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания.

• Изменение местоположения CPU и модулей памяти на материнской плате. Теперь они не мешают картам расширения, их легко заменить; CPU и модули памяти располагаются около вентилятора блока питания.

• Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, интегрированных в материнской плате, ближе к накопителям. Это означает, что длину внутренних кабелей данных можно уменьшить.

MicroATX

В декабре 1997 г. была представлена модификация материнской платы AТХ — MicroATX. От материнской платы АТХ (mini-ATX) платы форм-фактора отличаются не только габаритами (см. таблицу), но и количеством слотов для подключения карт расширения. Материнские платы MicroATX рассчитаны на 4 слота PCI, в то время как АТХ — на 7 (3 ISA и 4 PCI, причем один из них — смежный, то есть слоты расположены настолько близко, что можно установить либо карту расширения ISA, либо PCI). Это вполне оправдано, поскольку в соответствии со спецификациями PC 98, PC 99, PC 2000 наличие в системе шины ISA не предусмотрено (для подключения уст­ройств, ранее подключаемых к шине ISA, разработаны специальные шины US В и LPC), а современные видеокарты устанавливаются в слот AGP. Кроме того, во многие современные Chipset (например, Intel 810, SiS630) интегрированы видео- и аудиоадаптеры.

Блок питания для материнских плат MicroATX имеет меньшие размеры, чем для плат АТХ.

FlexATX

Форм-фактор FlexATX является модификацией форм-фактора MicroATX. Площадь такой платы меньше на 30%, чем площадь карты MicroATX. Для установки CPU на плате имеется разъем Socket 370. Слоты расширения отсутствуют, т. е. подобные материнские платы ориентированы на Chipset с интегрированными видео- и аудиоадаптерами (типа i810, SiS630).

NLX

В начале 1997 г. корпорацией Intel был предложен стандарт NLX, регламентирующий

• новые физические и функциональные параметры блока питания;

• требования к режимам охлаждения и условиям соединения отдельных компонентов PC между собой;

• систему крепления материнской платы;

• разбиение платы на зоны, в пределах которых располагаются электронные компоненты, имеющие определенную высоту и служащие для реализации тех или иных функций.

Стандарт NLX явился дальнейшим развитием стандарта АТХ. Согласно стандарту NLX в PC устанавливается так называемая ризеркарта (Riser card), напоминающая плату адаптера, вставляемую в материнскую плату в корпусе типа Slimline. Как и плата адаптера Slimline, ризер-карта имеет стандартные слоты PCI и ISA, в которые устанавливаются все необходимые карты расширения. Основное отличие ризер-карты NLX от адаптера Slimline состоит в том, что материнская плата также устанавливается в специальный слот, называемый NLX Riser Connector. Этот разъем содержит не только информационную шину, но и шину питания. Таким образом, после установки материнская плата автоматически оказывается подключенной к шине питания.

Кроме того, на ризер-карте располагаются различные разъемы, которые ранее располагались на материнской плате — IDE, FDD, USB, блока питания и др. (рис. 4.4).

Рис. 18. Ризер-карта NLX.