1.3. Шинні інтерфейси материнської плати

1.4. Функції мікропроцесорного комплекта (чіпсета)

1.5. Відеокарта (відеоадаптер)

1.6. Звукова карта

1.1. Мікросхема ПЗП і система BIOS

В момент включення комп’ютера в його оперативній пам’яті немає нічого – ні даних, ні програм, оскільки оперативна пам’ять не може нічого зберігати без підзарядки комірок більш сотих долей секунди, але процесору потрібні команди, в тому числі і в перший момент після включення. Тому одразу після включення на адресній шині процесора виставляється стартовий адрес. Це відбувається апаратно, без участі програм (завжди однаково). Процесор обертається по виставленій адресі за своєю першою командою і далі починає працювати по програмах.

1.2. Енергонезалежна пам’ять cmos

На материнській платі є мікросхема “енергонезалежна пам’ять’, по технології виготовлення, яка називається CMOS. Від оперативної пам’яті вона відрізняється тим, що її зміст не зтирається під час включення комп’ютера, а від ПЗП вона відрізняється тим, що дані до неї можна заносить і виправляти самостійно, в залежності з тим, яке обладнання входить до складу системи. Ця мікросхема постійно живиться від невеликої батарейки, розміщеної на материнській платі. Заряда цієї батарейки вистачає на те, щоб мікросхема не губила даних навіть якщо комп’ютер не будуть вмикати декілька раз.

В мікросхемі CMOS зберігаються дані про гнучкі та жорсткі диски, про процесор, про деякі інші пристрої материнської плати.

Таким чином, програми, записані в BIOS, зчитують дані про склад обладнання комп’ютера з мікросхеми CMOS, після чого вони можуть виконать звернення до жорсткого диску, а в разі необхідності до гнучкого і передати керування тим програмам, які там записані.

1.3. Шинні інтерфейси материнської плати

Адресна шина. У процесорів Intel Pentium (а саме вони найбільш поширені в персональних комп’ютерах) адресна шина 32-розрядна, тобто складається з 32 паралельних ліній. В залежності від того, є напруга на якість з ліній чи ні, говорять, що на цій лінії виставлена одиниця обо нуль. Комбінація з 32 нулів і одиниць створює 32- розрядну адресу , яка вказує на одну з ячеєк оперативнрї пам’яті. До неї і підключає процесор для копіювання данних з комірки в один з свїх регістрів.

Шина даних. По цій шині виконується копіювання даних з оперативної пам’яті в регістри процесора і назад. В комп’ютерах, зібраних на базі процесорів Intel Pentium шина даних 64-розрядна, тобто складається з 64 ліній, по яким за один раз на обробку поступають одразу 8 байтів .

Шина команд. Для того, щоб процесор міг оброблювати дані, йому потрібні команди. Він повинен знати, що слідує зробити з тими байтами, які зберігаються в його регістрах. Ці команди поступають в регістр також з оперативноє пам’яті, але не з тих областей, де зберігаються масиви даних, звідти, де зберігаються програми. Команди також представлені у виді байтів. Самі прості команди вкладаються в один байт, але є і такі, для яких потрібно два, три і більше байтів. В більшості сучасних процесорів шина команд 64-розрядна.

Зв'язок між усіма власними і що підключаються пристроями материнської плати виконують її шини і логічні пристрої, розміщені в мікросхемах мікропроцессорного комплекту (чипсета). Від архітектури цих елементів багато в чому залежить продуктивність комп'ютера.

ISA. Історичним досягненням комп'ютерів платформи IBM PC стало впровадження майже двадцять років тому архітектури, що одержала статус промислового стандарту ISA (Industry Standard Architecture). Вона не тільки дозволила зв'язати всі пристрої системного блока між собою, але і забезпечила просте підключення нових пристроїв через стандартні рознімання (слоти). Пропускна спроможність шини, виконаної по такій архітектурі, складає до 5,5 Мбайт/с, але, незважаючи на низьку пропускну спроможність, ця шина продовжує використовуватися в комп'ютерах для підключення порівняно “повільних” зовнішніх пристроїв, наприклад звукових карт і модемів.

EISA. Розширенням стандарту ISA став стандарт EISA (Extended ISA), що відрізняється збільшеним розніманням і збільшеною продуктивністю (до 32 Мбайт/с). Як і ISA, у даний час даний стандарт вважається застарілим. Після 2000 року випуск материнських плат із розніманнями ISA/EISA і пристроїв, що підключаються до них, припиняється.

VLB. Назва інтерфейсу переводиться як локальна шина стандарту VESA (VESA Local Bus). Поняття “локальної шини” уперше з'явилося наприкінці 80-х років. Воно зв'язано тим, що при впровадженні процесорів третього і четвертого поколінь (Intel 80386 і Intel 80486) частоти основної шини (у якості основний використовувалася шина ISA/EISA) стала недостатньо для обміну між процесором і оперативною пам'яттю. Локальна шина, що має підвищену частоту, зв'язала між собою процесор і пам'ять в обхід основної шини. Згодом у цю шину “врізали” інтерфейс для підключення відеоадаптера, що теж вимагає підвищеної пропускної спроможності, - так з'явився стандарт VLB, що дозволив підняти тактову частоту локальної шини до 50 МГц і забезпечив пікову пропускну спроможність до 130 Мбайт/с.

Основною нестачею інтерфейсу VLB стало те, що гранична частота локальної шини і, відповідно, її пропускна спроможність залежать від числа пристроїв, підключених до шини. Так, наприклад, при частоті 50 Мгц до шини може бути підключений тільки один пристрій (відеокарта). Для порівняння скажемо, що при частоті 40 Мгц можливо підключення двох, а при частоті 33 Мгц - трьох пристроїв.

PCI. Інтерфейс PCI (Peripheral Component Interconnect - стандарт підключення зовнішніх компонентів) був введений у персональних комп'ютерах, виконаних на базі процесорів Intel Pentium. По своїй суті це теж інтерфейс локальної шини, що зв'язує процесор з оперативною пам'яттю, у якій врізані рознімання для підключення зовнішніх пристроїв. Для зв'язку з основною шиною комп'ютера (ISA/ EISA) використовуються спеціальні інтерфейсні перетворювачі - мости PCI (PCI Bridge). У сучасних комп'ютерах функції моста PCI виконують мікросхеми мікропроцессорного комплекту (чипсета).

Даний інтерфейс підтримує частоту шини 33 МГц і забезпечує пропускну спроможність 132 Мбайт/с. Останні версії інтерфейсу підтримують частоту до 66 МГц і забезпечують продуктивність 264 Мбайт/із для 32-розрядних даних і 528 Мбайт/із для 64-розрядних даних.

Важливим нововведенням, реалізованим цим стандартом, стала підтримка так називаного режиму plug-and-play, що згодом оформився в промисловий стандарт на пристрої , що самовстановлюються. Його суть перебуває в тому, що після фізичного підключення зовнішнього пристрою до рознімання шини РСІ відбувається обмін даними між пристроєм і материнською платою, у результаті якого пристрій автоматично одержує номер використовуваного переривання, адреса порту підключення і номер каналу прямого доступу до пам'яті.

Конфлікти між пристроями за володіння тими самими ресурсами (номерами переривань, адресами портів і каналами прямого доступу до пам'яті) викликають масу проблем у користувачів при установці пристроїв, що підключаються до шини ISA. З появою інтерфейсу РС1 з оформленням стандарту plug-and-play з'явилася можливість виконувати установку нових пристроїв за допомогою автоматичних програмних засобів - ці функції багато в чому були покладені на операційну систему.

FSB. Шина PCI, що з'явилася в комп'ютерах на базі процесорів Intel Pentium як локальна шина, призначена для зв'язку процесора з оперативною пам'яттю, недовго залишалася в цій якості. Сьогодні вона використовується тільки як шина для підключення зовнішніх пристроїв, а для зв'язку процесора і пам'яті, починаючи з процесора Intel Pentium Pro використовується спеціальна шина, що одержала назву Front Side Bus (FSB). Ця шина працює на дуже високій частоті 100-125 МГц. В даний час упроваджуються материнські плати з частотою шини FSB 133 МГц і ведуться розробки плат із частотою до 200 МГц. Частота шини FSB є одним з основних споживчих параметрів - саме він і вказується в специфікації материнської плати. Пропускна спроможність шини FSB при частоті 100 МГц складає порядку 800 Мбайт/с.

AGP. Відеоадаптер - пристрій, що вимагає особливо високої швидкості передачі даних. Як при впровадженні локальної шини VLB, так і при впровадженні локальної шини PCI відеоадаптер завжди був першим пристроєм, “ щоврізається” у нову шину. Сьогодні параметри шини PCI уже не відповідають вимогам відеоадаптеров, тому для них розроблена окрема шина, що одержала назву AGP (Advanced Graphic Port - удосконалений графічний порт). Частота цієї шини відповідає частоті шини PCI (33 МГц або 66 МГц), але вона має багато більш високу пропускну спроможність - до 1066 Мбайт/із (у режимі чотириразового множення).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт міжнародної асоціації виробників плат пам'яті для персональних комп'ютерів). Цей стандарт визначає інтерфейс підключення плоских карт пам'яті невеликих розмірів і використовується в портативних персональних комп'ютерах.

USB (Universal Serial Bus - універсальна послідовна магістраль). Це одне з останніх нововведень в архітектурах материнських плат. Цей стандарт визначає спосіб взаємодії комп'ютера з периферійним устаткуванням. Він дозволяє підключати до 256 різних пристроїв, що мають послідовний інтерфейс. Пристрої можуть включатися ланцюжками (кожний наступний пристрій підключається до попередньому). Продуктивність шини USB відносно невелика і складає до 1,5 Мбіт/с, але для таких пристроїв, як клавіатура, миша, модем, джойстик і т.п., цього досить. Зручність шини перебуває в тому, що вона практично виключає конфлікти між різним устаткуванням, дозволяє підключати і відключати пристрою в “гарячому режимі” (не виключаючи комп'ютер) і дозволяє об'єднувати декілька комп'ютерів у найпростішу локальну мережу без застосування спеціального устаткування і програмного забезпечення.