Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Схемотехника / Опорні конспекти / Модуль 2 / 2.9-к Мат_плата Чіпсет_Шини

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
30.05.2020
Размер:
367.52 Кб
Скачать

Тема 2.9 Материнська плата: основні елементи, чіпсет, шини. Основні стандарти шин.

Мета: Ознайомити з основними елементами материнської плати, дати поняття чіпсету та шини, сформувати уявлення про стандарти та характеристики шинного інтерфейсу.

Перелік питань для вивчення.

1.Основні елементи материнської плати.

2.Чіпсет.

3.Шини, їх архітектура та характеристики.

4.Стандарти та характеристики шинного інтерфейсу.

1. Основні елементи материнської плати.

Основним елементом системного блоку є материнська плата (Matherboard). ЇЇ ще назива-

ють системною або головною платою (Mainboard).

Материнська плата – це найважливіша частина комп’ютера, яка містить його основні електронні компоненти. Завдяки материнській платі відбувається взаємодія між більшістю пристроївкомп’ютера. Характеристикиматеринської плати впершу чергу визначають його продуктивність.

Конструктивно материнська плата представляє собою друковану плату площею 100 - 150 см2, на якій розміщена велика кількість різноманітних елементів (рис. 2.9.1).

Рис. 2.9.1 Загальний вигляд материнської плати

Материнська плата містить такі основні елементи:

1)базовий набір мікросхем - «чіпсет»;

2)інформаційна магістраль - шина;

3)роз'єми та порти для підключення пристроїв;

4)вбудовані (інтегровані) додаткові пристрої;

5)мікросхема BIOS.

2.Чіпсет.

На системній платі особливе значення мають декілька мікросхем, які в сукупності назива-

ються набором мікросхем системної логіки або одним словом «чіпсет».

Чіпсет має дуже велике значення для роботи всього комп’ютера. Саме від чіпсету залежить, який тип процесорів і пам'яті підтримуватиме системна плата, якою буде її швидкодія.

Оскільки основна функція материнської плати - «наводити інформаційні мости» між при-

строями комп’ютера, то не дивно, що головні мікросхеми чіпсета також назвали «мостами», а

архітектуру чіпсета – архітектурою «північний/південний міст», якщо порівнювати материн-

ську плату з географічною картою.

Згідно даної архітектури на материнській платі знаходяться два мости - «північний» і «пів-

денний».

Кожен міст - це спеціальна мікросхема, яка виконує свою задачу:

1)«північний» міст сполучає між собою процесор, оперативну пам'ять, відповідає за роботу з внутрішньою шиною;

2)«південний» міст керує периферійними пристроями комп’ютера та внутрішніми конт-

роллерами (звук, мережа, порти і т. д.).

Обмін даними між «мостами» відбувається за допомогою високошвидкісної магістралі - «шини». Чим вища частота шини - тим швидше працює комп'ютер.

Архітектура чіпсетів з часом змінюється.

Наприклад, сучасні чіпсети Intel використовують архітектуру концентратора (hub-архі-

тектуру), в якій колишній північний міст називається концентратором контроллера пам'яті (Memory Controller Hub - МСН), а південний - концентратором контроллера введення - виведення (I/O Controller Hub - ІСН). Концентратори з'єднуються між собою сучасною шиною, швидкодія якої вдвічі вища, ніж швидкодія шини в стандартній архітектурі «північний»/«південний» міст.

Також необхідно зазначити, що в сучасних процесорах Intel північний міст розташований

безпосередньо в процесорі.

Більше того, з часом змінюються навіть традиційні задачі, які виконують «мости».

Варто пам’ятати, що, вибираючи системну плату, ми вибираємо в першу чергу не продукцію якої-небудь компанії, а саме чіпсет.

Сьогодні на ринку виробників чіпсетів можна виділити чотири основні компанії, які пропонують чіпсети для процесорів Intel та AMD:

1)Intel – чіпсети цієї компанії розраховані на роботу тільки з власними процесорами. Чіпсети Intel – надійні та достатньо вдалі набори мікросхем;

2)NVIDIA – компанія, яка відома своїми чіпсетами для відеокарт, також випускає чіпсети для платформ Intel та AMD. Оригінальні технології, особливо графічні, дозволяють NVIDIA бути дуже серйозним гравцем на ринку виробників чіпсетів;

3)VIA - ця компанія має дуже цікаві ідеї та випускає чіпсети для обох платформ;

4)AMD – дана компанія до середини 2006 року випускала обмежену кількість чіпсетів для власних процесорів. В 2006 році компанія AMD придбала знаменитого канадського виробника чіпсетів для відеокарт - компанію ATI з оригінальними технологіями. В даний час компанія AMD пропонує чіпсети як для власних процесорів, так і для платформи Intel.

Вкожному сімействі чіпсетів існує декілька різних модифікацій, які відрізняються одна від одної додатковими характеристиками.

Необхідно пам’ятати, що після придбання нової системної плати потрібно в операційній системі встановити пакет драйверів, необхідних для підтримки нормальної роботи даного чіпсета.

3. Шини, їх архітектура та характеристики.

Шина (bus) - це сукупність ліній зв’язку на материнській платі, по яких одночасно передається інформація між компонентами та пристроями комп'ютера.

Шина, яка сполучає тільки два пристрої, називається портом.

Шина має роз’єми для піключення внутрішніх і зовнішніх пристроїв. Роз’єми для піклю-

чення зовнішніх пристроїв також називаються портами.

Шина має власну архітектуру, яка містить наступні компоненти (табл. 2.9.1):

Компонент шини

Призначення

1.

Контроллер шини

Керування передачею даних

2.

Шина даних

Передача даних

3.

Шина адрес

Передача адрес пристроїв, які задіяні в передачі даних

4.

Шина керування

Передача сигналів, необхідних для підтвердження передачі даних

Таблиця 2.9.1 Компоненти шини.

На материнській платі вбудовані такі шини (табл.2.9.2):

 

Шина

Призначення

1.

Системна шина- шинапроцесораабо

Обмін даними з процесором

передняшина(Front-Side Bus - FSB)

2.

Шина кеш-пам'яті

Обмін даними між процесором і кеш-пам'яттю

3.

Шина пам'яті

 

 

Обмін даними міжпроцесором і оперативною пам’яттю

 

 

 

Локальна

Обмін даними між швидкодіючими пристроями (ві-

4.

Шини введення-

деокарта, мережева карта та ін.) та системною шиною

виведення

 

Стандартна

Підключення повільніших пристроїв («миша», кла-

 

 

 

віатура, модем та ін.)

 

 

 

 

 

Таблиця 2.9.2 Шини, вбудовані на материнській платі

Шини утворюють ієрархію, верхнім рівнем якої є системна шина.

Розглянемо основні характеристики шини (табл. 2.9.3):

Характеристика

Одиниця

Пояснення

виміру

 

 

 

1.

Розрядність (ширина)

Біт

Кількість ліній зв'язку в шині, тобто число біт інфор-

мації, які можуть бути одночасно передані по шині

 

 

 

2.

Тактова частота

МГц

Частота, з якою передаються послідовні біти інфор-

мації по лінії зв’язку

 

 

 

3.

Пропускна здатність

Мбайт/с

Максимально можлива швидкістьпередачіінформації

Гбайт/с

4.

Стандарт шинного

 

Вид електронних мікросхем, способи та правила пере-

інтерфейсу

 

дачі інформації

Таблиця 2.9.3 Основні характеристики шини

Чим вищі розрядність і тактова частота шини, тим більше інформації можна передавати по ній за одиницю часу, тим вища продуктивність комп’ютера. В сучасних комп’ютерах викорис-

товують 32-розрядні та 64-розрядні шини.

Пропускна здатність шини залежить від її розрядності і тактової частоти. Максимальна пропускна здатність шин сучасних комп’ютерів становить 32 Гбайт/с.

4. Стандарти та характеристики шинного інтерфейсу.

Різні типи шин розрізняються між собою апаратною реалізацією, способами та правилами передачі інформації. Зазначені характеристики визначають стандарт шинного інтерфейсу.

В міру збільшення розрядності і тактової частоти змінювалися також і стандарти шинного інтерфейсу.

Розглянемо основні стандарти шин:

Шина ISA.

Ця шина використовувалася в старих комп'ютерах.

Шину ISA (Industry Standard Architecture - промисловий стандарт архітектури) розробила фірма IBM в 1984 pоці.

Шина ISA - це 16-розрядна шина з тактовою частотою 8,33 МГц та пропускною здатністю до 16,6 Мбайт/с.

Шини РСІ та РСІ-Х.

Шину РСІ (Peripheral Component Interface - інтерфейс периферійних компонентів) розроби-

ла фірма Intel в 1992 році.

Перша шина РСІ була 32-розрядною, мала тактову частоту 33 МГц та пропускну здатність

133Мбайт/с.

В1993 році була розробленанаступнаспецифікація шиниРСІ - РСІ 2.0, а в1995 році - РСІ 2.1.

Специфікація РСІ 2.2, розроблена в 1999 році, була 64-розрядною, мала тактову частоту 66 МГц та пропускну здатність 533 Мбайт/с.

Однак шини РСІ не забезпечували передавання великих обсягів даних, тому в 1999 році була розроблена шина РСІ-Х (X - extended - розширений).

Остання специфікація РСІ-Х 2.0 (2002 рік) має тактову частоту 266 МГц або 533 МГц та пропускну здатність до 4266 Мбайт/с. Цей стандарт сумісний зі стандартом РСІ.

Основні принципи роботи шини PCI:

1)пакетний режим пердачі даних (burst mode). Дані передаються не по одному, а від-

разу цілим набором;

2)застосування мостів (bridges) між шиною PCI та іншими шинами. При цьому передачею даних керує не процесор, а міст між ним і шиною РСІ;

3)режим керування шиною Bus Mastering. Зовнішній пристрій під час обміну даними може керувати шиною без участі процесора. В цей час процесор звільняється для виконання інших задач;

4)непряме підключення до процесора. Шина РСІ підключається до процесора через «пів-

нічний міст». Це дозволяє налаштувати міст і шину РСІ для різних типів процесорів.

Схему взаємодії між пристроями за допомогою шини PCI i мостів показано на рис. 2.9.2.

Рис. 2.9.2 Взаємодія між пристроями, підключеними до материнської плати за допомогою шини РСІ

Якщо раніше шиною PCI керував «північний міст», який через неї з'єднувався з «південним», то тепер, при використанні hub-архітектури чіпсета, шиною PCI керує «південний міст», а самі «мости» з'єднуються між собою новою високопродуктивною шиною PCI-Express.

Шина PCI-Express.

Назвемо основні причини створення шини PCI-Express:

1)недостатня пропускна здатність шини PCI;

2)проблеми паралельного підключення пристроїв.

Шина PCI є паралельною шиною, тобто кожен підключений до неї пристрій має рівні права

на доступ до пам’яті та ресурсів процесора. Це може призвести до конфліктних ситуацій.

Послідовна шина від цих проблем позбавлена. При роботі з нею пристрої підключаються в

ланцюжок один за одним.

Зважаючи на це, компанія Intel в 2004 році створила нову послідовну швидку шину, яку на-

звала PCI-Express. Її пропускна здатність становила близько 4 Гб/с. Кожному пристрою, який підключається до шини PCI-Express, виділяється власний канал передачі даних з пропускною здатніс-

тю до 250 Мб/с.

При цьому можливе використання декількох каналів відразу, наприклад, для передачі да-

них до відеокарти.

Ще одна перевага шини PCI-Express - можливість «гарячої заміни» будь-якого пристрою, який підключений до неї. Вийняти плату з працюючого комп’ютера та поставити нову, не вимика-

ючи електроживлення - ще недавно таке здавалося абсолютною фантастикою.

На даний час в сучасних материнських платах використовуються наступні специфікації

шини PCI-Express: PCI-Express 1.0, PCI-Express 2.0 та PCI-Express 3.0.

Частота шини специфікації PCI-Express 3.0 досягає 8 ГГц, а пропускна здатність - 32 Гб/с.

Шини PCI-Express y майбутньому повинні замінити шини PCI, PCI-X та інші. Однак шина PCI-Express сумісна з багатьма стандартами та може використовуватися з ними спільно.

Шина AGP.

Причина створення шини AGP - недостатня пропускна здатність шини PCI під час роботи відеокарти з великими об’ємами даних.

Шина AGP (Accelerated Graphics Port - прискорений графічний порт) була розроблена ком-

панією Intel y 1997 році на основі стандарту РСІ. Шина являла собою канал передавання даних між відеокартою та оперативною пам’яттю.

Шина AGР була 32-розрядною, а її пропускна здатність дорівнювала 266 Мбайт/с.

Невдовзі була розроблена шина AGP 2х з пропускною здатністю 532 Мбайт/с.

В 1998 році корпорація Intel розробила шину AGP 4х (специфікація AGP 2.0) з пропускною здатністю 1064 Мбайт/с.

Результатом подальшого розвитку стандарту AGP була шина AGP 8х (специфікація AGP 3.0) з пропускною здатністю до 2 Гбайт/с.

Одна з основних особливостей стандарту AGP - здатність розділяти оперативну пам’ять між центральним процесором і відеокартою, тобто опрацювання відеоданих може виконувати як центральний процесор, так і процесор відеокарти.

Шину AGP в сучасних материнських платах замінила шина PCI-Express.

Шина USB.

Шина USB (Universal Serial Bus – послідовна універсальна шина) була розроблена в 1995 pоці провідними компаніями в галузі комп’ютерів і телекомунікацій. Вона була призначена для підключення низькошвидкісних зовнішніх пристроїв (клавіатура, «миша»).

Шина USB забезпечувала пропускну здатність 1,5 Мбіт/с при довжині кабелю до 3 м. Цю специфікацію назвали USB 1.0.

Пізніше була розроблена специфікація USB 1.1 з пропускною здатністю до 12 Мбіт/с і довжиною кабелю до 5 м.

В специфікації USB 2.0 (High Speed USB, високошвидкісна USB) пропускна здатність може становити:

1,5 Мбіт/с (low speed - низька швидкість);

12 Мбіт/с (full speed - повна швидкість);

480 Мбіт/с (high speed - висока швидкість).

Специфікація USB 2.0 підтримує зворотну сумісність зі специфікацією USB 1.1.

Останньою розробкою шини USB є специфікація USB 3.0. Вона має, порівняно з USB 2.0 в 10 разів підвищену пропускну здатність (500 Мбайт/с) та менше енергоспоживання.

Висока пропускна здатність дозволяє підключати до шини USB принтери, сканери, зов-

нішні пристрої пам'яті, а також обмінюватися інформацією між комп’ютерами.

Шина USB дозволяє «гаряче» підключення пристроїв. Вона також може подавати електро-

живлення на підключені до неї пристрої.

Максимальна можлива кількість підключених до шини USB пристроїв – 127. Насправді ж ця кількість значно менша, так як вона обмежена пропускною здатністю шини.

Всі операції з обміну даних по шині USB виконуються під керуванням комп'ютера.

Шина IEEE 1394 (FireWire).

FireWire - послідовна високошвидкісна шина, призначена для обміну цифровою інформа-

цією між комп'ютером та іншими електронними пристроями.

Шина FireWire була розроблена в 1995 році компаніями Sony та Apple та стандартизована

Інститутом інженерів з електротехніки й електроніки США (IEEE) під кодом IEEE 1394.

Спочатку шина IEEE 1394 мала пропускну здатність 100, 200 та 400 Мбіт/с.

Вподальшому різні компанії розробили різноманітні специфікації IEEE 1394 з різними апаратними рішеннями.

Внаш час шина IEEE 1394 має пропускну здатність до 3,2 Гбіт/с (320 Мбайт/с), має живлення прямо на шині та дозволяє «гаряче» підключення пристроів.

На відміну від USB, пристрої, які підключені до шини FireWire, рівноправні, тобто можуть обмінюватися інформацією без участі комп’ютера.

Крім комп’ютерів, шину IEEE 1394 використовують також у цифрових телевізорах, музичних центрах та інших мультимедійних пристроях.

Контрольні запитання.

1.Чому материнська плата є найважливішою частиною комп’ютера?

2.Назвіть основні елементи материнської плати.

3.Що розуміють під терміном «чіпсет»?

4.Як називають головні мікросхеми чіпсета? Чому?

5.Яку задачу виконує «північний» міст?

6.Яку задачу виконує «південний» міст?

7.Дайте поняття hub-архітектури чіпсета.

8.Де розташований північний міст сучаснихпроцесорахIntel?

9.Дайте коротку характеристику чіпсетів відомих виробників.

10.Дайте означення шини та порта.

11.Які компоненти містить шина?

12.Яке призначення контроллера шини та шини даних?

13.Яке призначення шини адрес та шини керування?

14.Які шини вбудовані на материнській платі?

15.Як по-іншому називають системну шину? Яке її призначення?

16.Яке призначення шини кеш-пам'яті та шини пам'яті?

17.Яке призначення локальної та стандартної шин введення-виведення?

18.Назвіть основні характеристики шини.

19.Дайте означення розрядності шини.

20.Дайте означення тактової частоти шини.

21.Дайте означення пропускної здатності шини.

22.Що розуміють під стандартом шинного інтерфейсу?

23.Які стандарти шинного інтерфейсу ви знаєте?

24.Назвіть призначення, розрядність та пропускну здатність шини PCI.

25.Яка причина створення та призначення шини AGP?

26.Назвіть причини створення шини PCI Express.

27.Яка відмінність шини PCI Express від шини PCI щодо способу підключення пристроїв.

28.Дайте означення шини USB.

29.Яким було початкове призначення шини USB. Назвіть специфікації шини USB.

30.В яких режимах може працювати шина USB специфікації 2.0?

31.Назвіть характеристики специфікації USB 3.0.

32.Дайте означення шини FireWire.

33.Яка відмінність між шинами FireWire та USB щодо керування пристроями?

Література.

1.Основи комп'ютерної техніки: Компоненти, системи, мережі: Навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл./ С.О. Кравчук, В.О. Шонін. - К.: ІВЦ "Видавництво «Політехніка»: Видавництво

«Каравела», 2005. - 344 с.

2.Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2007. - М.: ОЛМА Медиа Групп, 2007. - 896 с.: ил. – (Новейшая энциклопедия).

3.Мюллер Скотт. Модернизация и ремонт ПК, 17-е издание.: Пер. с англ. - М.: ООО “И.Д.

Вильямс”, 2007. — 1360 с. (+147 c. на СD) : ил. - Парал. тит. англ.

4.Железо ПК 2010 / В.Г. Соломенчук, П.В. Соломенчук. - СПб: БХВ-Петербург, 2010.- 448 с: ил.