Тема 3. Материнские платы. Чипсеты.
3.1. Материнская плата – основные понятия и определения
Системная (systemboard – SB) или материнская (motherboard - MB) плата - это важнейшая часть компьютера, содержащая его основные электронные компоненты. С помощью системной платы (СП) осуществляется взаимодействие между большинством устройств машины.
Материнской плате можно дать следующее определение: «Материнская плата – центральная комплексная печатная плата, предоставляющая электронную и логическую связь между всеми устройствами, входящими в состав персонального компьютера».
Это самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и взаимодействует через прерывания с другими внешними устройствами. В этом отношении материнская плата является элементом внутри компьютера, влияющим на общую производительность компьютера. На материнской плате расположены все важнейшие микросхемы.
Супербыстрый винчестер или высокопроизводительная графическая карта нисколько не смогут увеличить производительность компьютера, если тормозится поток данных к материнской плате и от неё. Материнскую плату также называют главной платой.
Конструктивно СП представляет собой печатную плату площадью 100-150 см2, на которой размещается большое число различных микросхем, разъёмов и других элементов.
Существуют две основных разновидности конструкции системной платы:
- на плате жёстко закреплены все необходимые для работы микросхемы, - сейчас такие платы используются лишь в простейших домашних компьютерах, называемых одноплатными;
- 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 разъёмы (слоты), имеющиеся на материнской плате; компьютеры, использующие такую технологию, относятся к вычислительным системам с шинной архитектурой. Современные профессиональные персональные компьютеры имеют именно шинную архитектуру.
Материнские платы, кроме функциональности, отличаются друг от друга размерами. Эти размеры стандартизированы и называются формфакторами.
Форм- фактор материнской платы - это базовые требования по дизайну материнских плат, которые объединены в едином стандарте. В этом стандарте определяются требования к расположению слотов, к расположению разъёмов портов, отверстий для крепления материнской платы к шасси корпуса, к спецификации разъёма блока питания и т. д. В свою очередь, формфактор платы налагает определённые ограничения на дизайн корпуса системного блока и самого блока питания.
Материнская плата, как говорилось выше, - это прежде всего сложная печатная плата. На неё нанесено огромное количество проводящих дорожек, объединяющих компоненты и разъёмы, и контактных площадок для микроконтроллеров и электронных компонентов.
Причём, плата состоит из нескольких слоев, изготовленных из диэлектрика текстолита, и каждый слой содержит такие дорожки. Выводы для установки компонентов, естественно, находятся только на верхнем слое. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание и хоть немного защитить её от непредвиденных обстоятельств. На обратной стороне платы находится огромное количество окончаний контактов. Проводящие дорожки объединяют между собой несколько ключевых подсистем, блоков материнской платы.
Основными блоками материнской платы являются:
- разъём (сокет) процессора и система его питания;
- подсистема памяти и разъёмы для установки модулей с собственной системой питания;
- разъёмы для установки карт расширения;
- разъёмы для подключения накопителей.
Каждый набор таких дорожек может работать по собственному принципу (стандарту) и называется шиной. Итак, обобщим всё вышесказанное.
На системной плате непосредственно расположены:
- разъём (сокет) 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 (BIOS);
- микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного, расположенного на плате, аккумулятора), по технологии изготовления называемая CMOS;
- микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропроцессора) или 3-го уровня;
- слоты (разъёмы) для подключения модулей оперативной памяти;
- разъёмы для подключения плат расширения;
- разъёмы для подключения накопителей;
- наборы микросхем и разъёмы для системных, локальных и периферийных интерфейсов;
- микросхемы мультимедийных устройств и т. д.
Логическое устройство системной платы показано на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Логическое устройство материнской платы.
В качестве примера показано размещение основных компонентов на мультимедийной системной плате.