Практичне заняття № 2

Тема:Материнська плата. Її основні компоненти та характеристики

Мета: Знати основні компоненти материнської плати. На практиці побачити їх розташування, призначення та характеристики.

Хід роботи

• Розглянути компоненти материнської плати;

• визначити їх призначення;

• визначити характеристики компонентів материнської плати;

• порівняти характеристики та визначити їх вплив на функціональність материнської плати;

• зробити висновки.

Теоретичні відомості

На системній платі розташовані всі основні компоненти комп'ютера:  1.    Центральний процесор. 2.    Внутрішня пам’ять. 2.1.    ОЗП (оперативний запам’ятовуючий пристрій). 2.2.    ПЗП (постійний запам’ятовуючий пристрій). 2.3.    Cache-пам’ять (буферна пам’ять). 2.4.    Енергонезалежна пам’ять. 3.    Набір мікросхем системної логіки та їх компонентів. 3.1.    North Brіdge і South Brіdge. 3.2.    Мікросхема Super І/O. 3.3.    Шини. 3.4.    Слоти розширення (ISA, PCI , AGP тощо). 3.5.    Роз’єми підключення накопичувачів з інтерфейсом  ATA (вінчестера та CD-ROMa). 3.6.    Роз’єм підключення накопичувача на гнучких дисках. 3.7.    Роз’єм підключення паралельного порта (LPT). 3.8.    Роз’єми підключення послідовних портів (COM). 3.9.    Роз’єми підключення універсальних послідовних портів (USB). 4.    Акумулятор. 5.    Роз’єм підключення клавіатури (та миші).  6.    Роз’єм підключення блока живлення. 7.    Роз’єм підключення фронтальної панелі системного блока. 1. Центральний процесор (CPU - central processor unit) - "мозок" комп'ютера, він розпізнає і виконує команди і програми, що задаються комп'ютеру, зчитує і записує інформацію в пам'ять, передає команди іншим частинам комп'ютера. Від того, наскільки потужний процесор встановлений у комп'ютері, багато в чому залежить його продуктивність.  2. Внутрішня пам'ять ПК Внутрішня пам'ять ПК складається з оперативного запам¢ятовуючого при¬ст¬рою, постійного запам¢ятовуючого пристрою, кеш-пам'яті (буферної пам'яті). 2.1. Оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП) Оперативна пам’ять (ОЗП - оперативний запам’ятовуючий пристрій) (RAM - Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом)  Комп'ютер оснащений оперативною пам'яттю, яка кон¬струк¬тивно виконана на мікросхемах. Вона складається з певної кількості комірок пам'яті, кожна з який має свою власну адресу чи просто номер у двійковому коді. Оперативна пам'ять призначена в основному для зберігання програм і їхніх даних протягом усього часу, поки комп'ютер працює. ОЗП може бути об’ємом 1, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 і більш Мбайт.  У якості ОЗП використовується два основних типи: статична (SRAM - Static RAM) і динамічна (DRAM - Dynamic RAM). Конструктивно оперативна пам’ять виконуються в модулях: SIMM (Single In line Memory Module) - модуль пам'яті з одним рядом контактів.  DIMM (Dual In line Memory Module - модуль пам'яті з двома рядами контактів) - модуль пам'яті з роздільними контактами (2 x 84), за рахунок чого збільшується розрядність або число банків пам'яті в модулі.  2.2. Кеш - пам'ять (Cache) Cache (запас) означає швидкодіючу буферну пам'ять між процесором і основ¬ною пам'яттю. Кеш-пам’ять служить для часткової компенсації різниці в швидкості процесора і основної пам'яті – там розміщують дані, що найчастіше використовуються. 2.3. ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій  (RОM – Read Only Memory, пам'ять тільки для читання) BIOS - це Basic Input/Output System - основна система вводу/виводу, яка за¬писана в ПЗП (звідси назва ROM BIOS). Вона являє собою набір програм перевірки і обслуговування апаратури комп'ютера, і виконує роль посередника між OS і апаратурою. 2.4. Енергонезалежна пам’ять  (CMOS-пам’ять, Complementary Metal-Oxid-Semicondactor) Різні параметри конфігурації комп'ютера, наприклад кількість і тип дискових накопичувачів, тип відеоадаптера, наявність співпроцесора і деякі інші дані, зберігаються в так званій CMOS-пам'яті. Мікросхема CMOS-пам'яті також містить звичайний електронний годинник. Щоб при відключенні живлення комп'ютера вміст CMOS-пам'яті не стирався, і годинник продовжували відраховувати час, мікросхема CMOS-пам'яті живиться від спеціального акумулятора. 3. Набори мікросхем системної логіки 3.1. North Brіdge і South Brіdge Більшість наборів мікросхем системної логіки мають дворівневу архітектуру і складаються з двох блоків: North Brіdge і South Brіdge. Цей набір мікросхем підтримує частоту системної шини 100 МГЦ, AGP (66 МГЦ) і PCІ (33 МГЦ). Основним блоком набору мікросхем системної логіки є North Brіdge, у нього включений інтерфейс між процесором і іншою частиною системної плати. Номер на мікросхемі North Brіdge і визначає номер набору мікросхем системної логіки.  North Brіdge містить контролери кеш-пам'яті й оперативної пам'яті, інтер¬фейс між швидкодіючою шиною процесора, шиною PCІ і шиною прискореного графічного порту AGP, North Brіdge у більш сучасних наборах мікросхем системної логіки часто називається РАС (PCІ/AGP Controller).  South Brіdge - компонент у наборі мікросхем системної логіки з більш низькою швидкодією; він завжди знаходився на окремій мікросхемі. South Brіdge підключається до PCІ шини (33 МГц) і містить, інтерфейс шини ІSA (8 МГц). Крім того, звичайно вона містить дві схеми, що реалізують інтерфейс контролера твердого диска ІDE і інтерфейс USB, а також схеми, що реалізують функції пам'яті CMOS і годинника. South Brіdge містить також усі компоненти, необхідні для шини ІSA, включаючи контролер прямого доступу до пам'яті і контролер переривань. 3.2. Мікросхема Super І/O Super І/O реалізує функції пристроїв, які у ранніх моделей системних плат розміщалися на окремих платах розширення: контролер гнучких дисків; подвійні контролери послідовного порту; контролер паралельного порту.  3.3. Шини. Шина  (bus) – це загальний канал зв'язку, використовуваний у комп'ютері. Вона застосовується для організації взаємодії між двома і більш компонентами системи.  У комп’ютері можна виділити три шини: шина адреси, шина даних та шина управління. 3.4. Слоти розширення. Види шин архітектури ПК. XT-Bus - шина архітектури XT - перша в сімействі IBM PC. Відносно проста, підтримує обмін 8-розрядними даними. ISA (Industry Standard Architecture - архітектура промислового стандарту) - основна шина на комп'ютерах типу PC AT (інша назва - AT-Bus). Є розширенням XT-Bus, розрядність-16/24. Це 16-розрядна шина, що працює на частоті 8 МГЦ; уперше стала використовуватися в системах AT у 1984 році (була 8-розрядної і працювала на частоті 5 МГЦ). Була широко поширена дотепер, але з останньої специфікації РС99 виключена. Реалізується за допомогою компонента South Brіdge. Найчастіше  до цієї шини підключається мікросхема Super І/O. PCI (Peripheral Component Interconnect - сполучення зовнішніх компонентів) – роз¬виток VLB в сторону EISA/MCA. Не сумісна ані з якими іншими, розрядність - 32/32 (розширений варіант - 64/64). Ця шина працює на частоті 33 МГЦ; використовується, починаючи із систем на базі процесорів 486. Знаходиться під керуванням контролера PCІ - частини компонента North Brіdge набору мікросхем. На системній платі встановлюються роз’єми, у які можна підключати SCSІ, мережні і відеоадаптери, а також інше устаткування, що підтримує цей інтерфейс. До шини PCІ підключається компонент South Brіdge набору мікросхем, що містить реалізації інтерфейсу ІDE і USB.  PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association - асоціація вироб¬ників плат пам'яті для персональних комп'ютерів) - зовнішня шина комп'ютерів класу NoteBook. Інша назва модуля PCMCIA - PC Card. Гранично проста, розрядність - 16/26. Шина AGP. Ця 32-розрядна шина працює на частоті 66 МГЦ і призначена для підключення відеоадаптера. Вона підключається до компонента North Brіdge набору мікросхем системної логіки. 

Будова материнської плати

На системній платі містяться змонтовані:

1. Слоти DIMM для установки модулів пам’яті типу SDRAM, DDR, DDR2 (різні для кожного типу пам’яті). Найчастіше їх 3-4, хоча на компактних платах можна зустріти тільки 1 або 2 таких слоти.

2. Спеціалізований роз’єм типу AGP або PCI-Express для встановлення відеокарти. Втім, останнім часом, з переходом на відеоінтерфейс останнього типу, часто зустрічаються плати з двома, а то і з трьома відеороз’ємами. Також зустрічаються і системні плати без відеороз’ємів взагалі – їхні чипсети мають вбудоване (інтегроване) графічне ядро, і зовнішня графічна карта для них необов’язкова.

3. Слоти для підключення додаткових карт розширення стандартів PCI або PCI-Express х1.

4. Інтерфейси (IDE і/або Serial ATA) для підключення дискових накопичувачів – твердих дисків і оптичних приводів.

5. Роз’єми для підключення живлення.

6. Задню частину системної плати займає панель з роз’ємами для підключення додаткових зовнішніх пристроїв – монітора, клавіатури і миші, мережних-, аудіо- і USB-пристроїв тощо.

7. Окрім перелічених слотів і роз’ємів, на будь-якій системній платі є велика кількість допоміжних джамперів (перемичок) і роз’ємів: це можуть бути контакти для підключення системного динаміка, кнопок і індикаторів на передній панелі корпусу, роз’єми для підключення вентиляторів, контактні колодки для підключення додаткових аудіороз’ємів і роз’ємів USB і FireWire тощо.

Сучасна материнська плата персонального комп’ютера, як правило, включає чипсет, який здійснює взаємодію центрального процесора з ОЗП і основною оперативною пам’яттю, з портами вводу/виводу, із слотами розширення PCI Express, PCI, а також, зазвичай, з USB, SATA і IDE/ATA. Більшість пристроїв приєднуються до материнської плати за допомогою одного або декількох слотів розширення або сокетів, а деякі сучасні материнські плати підтримують безпровідні пристрої, що використовують протоколи IRDA, Bluetooth, або 802.11(WI-Fi).

Чипсет – це основа материнської плати, що складається із двох частин (звідси й назва - chіp - чип, set - набір) – північного мосту і південного мосту. Чипсет реалізує зв’язок між основними компонентами: процесором, пам’яттю, відео картою, пристроями зберігання інформації та іншими вузлами. Від типу чипсету залежать такі характеристики як швидкість всієї системи в цілому, число підтримуваних моделей процесорів, параметри роботи з пам’яттю та ін. Кожний чипсет, як правило, працює з конкретним поколінням процесорів. Чипсети виготовляють в основному великі виробники, наприклад Іntel та AMD (виготовляють чипсети тільки для своїх процесорів), VІА та SІS (виготовляють чипсети як для AMD так і Іntel), Nvіdіa і ATІ.

Основні функції системної плати забезпечують логічні елементи, інтегровані на двох мікросхемах, утворюючи набір мікросхем системної логіки (НМСЛ). НМСЛ для настільних комп’ютерів у більшості випадків реалізовані на двох мікросхемах. Одна з них, традиційно називається північним мостом, відповідає за підтримку системної шини, шини пам’яті і шини графічного контролера. Друга мікросхема, традиційно називається південним мостом, підтримує інтерфейси накопичувачів, пристроїв вводу/виводу і шини для підключення мультимедіа і периферії.

Крім мікросхем набору системної логіки розробники комплектують системні плати мікросхемами вузької спеціалізації для підтримки того чи іншого інтерфейсу.

Системна плата оснащена великою кількістю дискретних та аналогових елементів, що забезпечують електричне та механічне підключення компонентів (роз’єми, слоти, розетки, перемикачі), стабільне електричне живлення (стабілізатори, лінії розв’язки), зручний монтаж на шасі корпуса.

Материнські плати – диво сучасної техніки і є головним компонентом комп’ютера. Поглянувши на будь-яку материнську плату, ви зможете побачити безліч різних доріжок, транзисторів і конденсаторів, роз’ємів, і багато іншого. Все це розміщено на так званому текстоліті (матеріал, з якого роблять материнські плати).

Системна (материнська) 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.

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 та ін., 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.