5180

21

архитектуры, основанной на главном устройстве – материнская плата с общей системной шиной и стандартизованными внутренними и внешними разъемами для подключения разнообразных устройств. Схемотехника материнской платы была опубликована в открытой печати, чем вызвала большой интерес среди производителей электронной промышленности.

Этот подход получил название «принцип открытой архитектуры». Данный принцип предусматривал возможность комплектации ПК (сборку) из независимо изготовленных комплектующих, выпускаемых различными производителями любых стран мира.

Принцип открытой архитектуры заключается, прежде всего, в стандартизации аппаратного, а затем и программного обеспечения. Его можно выразить в следующих основных положениях:

модульность построения компьютерной системы;

наличие основного устройства ПК – материнская плата как база для сборки;

принятие стандартов на внутренние разъемы;

принятие стандартов на внешние разъемы – порты ввода-вывода;

возможность изменения конфигурации компьютерной системы по требованию пользователя;

возможность обновления (апгрейда – upgrade) c выделением отдельных факторов повышения производительности (расширение памяти, замена процессора и др.);

совместимость программного обеспечения снизу вверх;

выбор операционной системы и прикладных программ пользователем самостоятельно;

независимость производителей в выборе при комплектации ПК и другие факторы.

Все это привело к лавинообразному росту производителей персональных компьютеров, появлению все более новых и производительных комплектующих и периферийных устройств, разработке новых технологий и принципиально новых электронных устройств, подключаемых к ПК, последовательному насыщению рынка компьютеров.

Принцип открытой архитектуры может быть представлен с аппаратной точки зрения в виде следующей схемы, реализованной в материнской плате (рис. 9). Под дисковыми устройствами понимаются винчестер, флоппи дисковод,

22

CD-DVD приводы. Внутренние устройства – это модем, TV-FM тюнер, звуковая карта и другие.

Согласно представленной схеме все компоненты компьютера связаны между собой с помощью системной шины. Системная шина – основная магистраль, обеспечивающая сопряжение и связь всех устройств компьютера между собой. Системная шина включает в себя:

шину данных, предназначенную для параллельной передачи числовых кодов обрабатываемых символов. От разрядности шины данных зависит производительность компьютерной системы (16-, 32-, 64-разрядные и более);

шину адресов, передающую вычисляемые коды ячеек основной оперативной памяти, а также адреса портов ввода-вывода;

шину управления, отвечающую за передачу импульсов (управляющих сигналов) во все компоненты компьютерной системы.

Также системная шина предназначена для подключения компонентов ПК к системе энергопитания. Как видно из представленной схемы, системная шина обеспечивает три направления циркулирования информации:

1)между микропроцессором и оперативной памятью (она обозначена как процессорная шина, фактически является частью системной);

2)между микропроцессором и внутренними компонентами компьютера, подключенными через локальную шину;

3)между микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств. Таким образом, системная шина — это «паутина», соединяющая между

собой все устройства и отвечающая за передачу информации между ними. Расположена она на материнской плате и внешне не видна. Системная шина — это набор проводников (металлизированных дорожек на материнской плате), по которым передается информация в виде электрических сигналов.

24

Одной из основных характеристик системной шины является внутренняя тактовая частота, поддерживаемая материнской платой. Она играет важную роль в оценке производительности компьютерной системы в целом. Чем выше тактовая частота системной шины, тем быстрее будет осуществляться передача информации между устройствами и, как следствие, увеличится общая производительность компьютера, т. е. повысится скорость компьютера.

Из рис. 6 видно, что продолжением системной шины являются локальные шины, которые обеспечивают связь между системной шиной и слотами (внутренними разъемами), в которые устанавливаются компоненты компьютера, такие как звуковая карта, видеокарта, плата TV-FM тюнера, модем и другие.

2.2. Системный блок

Внутри системного блока размещаются основные внутренние компоненты компьютера:

—блок питания;

—материнская плата;

—процессор (на материнской плате);

—платы адаптеров (звуковая, видео- и сетевая карты и др.);

—дисковые накопители (винчестер, CD-DVD-приводы, FDD-3`5`` и др.);

—соединительные шлейфы, шнуры и кабели;

—вентиляторы системы охлаждения внутренних компонентов (например, видеокарты);

—вентилятор и радиатор системы охлаждения процессора;

—слоты расширения (например, для USB портов).

Так как многие компоненты (например, звуковая и видеокарта) могут быть интегрированы на материнской плате, то не все они могут быть представлены как отдельные комплектующие элементы. Задняя панель корпуса ПК, как правило, содержит панели плат расширений с разъемами, заглушки разъемов, вентиляционное отверстие вентилятора блока питания.

Корпуса системного блока. Типоразмер корпуса системного блока зависит в основном от двух факторов: физических размеров материнской платы (основной аргумент) и количества подключаемых дисковых устройств. Большинство пользователей мало обращают внимание на выбор корпуса, считая, что априори он определяется выбранной материнской платой и является не более чем упаковочным «ящиком». Но это неправильный подход. Прежде всего,

25

он предназначен для защиты внутренних компонентов от воздействия окружающей среды и, во-вторых, обеспечивает бесперебойную работу компьютерной системы. Корпус в значительной степени определяет не только внешний вид компьютера, но и рассчитанную мощность блока питания, которая зависит от таких компонентов, как микропроцессор и видеокарта. В последнее время появилась тенденция к украшению внешнего вида системного блока, так называемый моддинг. Моддинг предлагает использовать корпуса причудливой формы, различной расцветки, применение подсветки и тому подобные атрибуты. Более подробно о моддинге можно узнать на специализированных сайтах (например, http://www.modding.ru) или в компьютерных журналах Мир ПК, Компьютер-Пресс, в которых периодически появляются статьи на эту тему.

2.3. Типоразмеры материнских плат и системных блоков

Существует несколько спецификаций IBM PC-совместимых компьютеров: XT PC – eXtended PC (расширенный персональный компьютер), AT PC – Advanced Technology PC (усовершенствованная технология персональных компьютеров) и ATX– Advanced Technology eXtended PC (усовершенствованная, расширенная технология персональных компьютеров). Каждая технология использовала все новые материнские платы.

Форм-фактор АТ. Полноразмерная материнская плата этого формфактора была разработана для компьютеров IBM РС/ХТ, а затем IBM РС/AТ. Размеры платы были 30,5х33 см. Помещалась она в корпуса Desktop (горизонтального исполнения) или Tower (вертикального исполнения). Как следует из названия Desktop, корпуса этого типа располагаются на письменном столе горизонтально, а сверху на него обычно устанавливался монитор. Типичные размеры корпуса 45*45*20 см. В корпусе такого типа размещались горизонтально 2 устройства формата 5,25” и вертикально 2 – формата 3,5”. Недостатки Desktop выяснились позднее: занимали большое место на рабочем столе и имели затрудненный доступ к внутренним устройствам. Тем не менее в таких корпусах выпускалось большинство ПК в 1983–87 гг.

Развитие этого ряда привело к появлению уменьшенного типа – корпуса системного блока Slim (который мог применяться и в вертикальном исполнении) с урезанным количеством отсеков. Slim рекламировались как недорогие решения для офисов. В корпус Slim монтировался базовый набор устройств, и по техническим условиям (мощность блока питания, мощность вентилятора) не

26

предусматривалась модернизация ПК. Вскоре размеры материнской платы были уменьшены и появился новый форм-фактор материнских плат Baby-AT.

Baby-AT. До 1996 года материнские платы этого форм–фактора были, пожалуй, самыми распространенными. Появился этот форм-фактор в 1983 году для IBM РС/ХТ компьютеров, но применялся он и для спецификации IBM РС/AТ. Полноразмерную плату АТ всегда можно заменить платой Baby–AT, но вот наоборот вряд ли может получиться. Дело в том, что размеры Baby-AT равны 33х22,5 см и не каждый корпус, изготовленный под этот форм-фактор, может разместить материнскую плату типа АТ. Платы форм-фактора Baby-AT снабжены встроенным разъемом для подключения клавиатуры. Это может быть 5-штырьковый DIN или PS/2 (min-DIN). На данный момент времени платы этого форм-фактора практически не выпускаются. Они размещались в корпусах типа tower.

LPX (Mini-LPX). Развитие этого ряда привело к появлению уменьшенного типа – корпуса Slim (Slimline, Super Slim), который мог применяться и в вертикальном исполнении с урезанным количеством отсеков. Slim рекламировались как недорогие решения для офисов. В корпус Slim монтировался базовый набор устройств, и по техническим условиям (мощность блока питания, мощность вентилятора) не предусматривалась модернизация ПК.

В 1987 году компания Western Digital разработала системную плату с новым форм-фактором LPX. Эти платы предназначены как раз для установки в корпуса типа Slim. Они имели только один интерфейс для подключения одной платы. Эта плата называется платой адаптера или выносной платой (Reiser Card). На такой карте размещены слоты шин, куда подключаются уже платы расширения, которые оказываются расположенными параллельно системной плате. Такое расположение позволяет значительно уменьшить высоту корпуса, хотя и имеет несколько недостатков. На самой материнской плате расположены в ряд порты ввода–вывода, разъем для подключения монитора, разъемы для подключения клавиатуры и мыши, USB. Размеры системных плат LPX составляют 33х22,9 см. Позже появился форм-фактор Mini-LPX с размерами плат 26,4х20,1 см. Следует отметить, что системные платы LPX располагались не только в корпусах Slim, но и в обычных Desktop’ах.

АТХ (Mini-ATX, Micro-ATX, Flex-ATX). В середине 1995 года компанией Intel был предложен новый форм-фактор материнской платы. По требованию этого стандарта, материнские платы должны иметь порты ввода– вывода как бы в одном блоке в верхнем левом углу. Кроме этого, изменилось

27

расположение процессорного гнезда, разъемов IDE и слотов оперативной памяти. Изменился и разъем подключения блока питания предотвращающий неправильное подключение электропитания. Собирать компьютеры на базе системной платы АТХ удобно. Малое количество шлейфов способствует лучшей циркуляции воздуха в корпусе. Размеры плат форм-фактора АТХ - 30,5х24,4 см. Впоследствии появились уменьшенные версии материнских плат АТХ: miniATX – 28,4х20,8 см, micro-ATX – 24,4х24,4 см и flex-ATX – 22,9х20,3 см. Форм-

фактор АТХ сегодня является наиболее распространенным вариантом в настольных ПК. Этого формата придерживаются практически все производители материнских плат.

NLX (Mini-NLX). В начале 1997 года все той же Intel был предложен еще один форм-фактор. Платы NLX схожи с платами LPX, но они рассчитаны на системы с новыми процессорами. К тому же они оборудованы портом AGP. Вследствие новых требований к охлаждению элементы платы размещены таким образом, чтобы как можно меньше мешать циркуляции воздуха в корпусе. Крепление самой платы также изменилось. Порты ввода–вывода смещены к краю платы. Размеры системной платы NLX равны 34,5х22,9 см, а Mini-NLX – 25,4х20,3 см. Общие сведения о форм-факторах материнской платы приведены в табл. 4.

28

персональных компьютеров с 1985 года. С развитием поколений ПК, появлением все новых дисковых устройств (CD-, DVD – приводов), мощных видеокарт и других компонентов данный корпус имел несколько форматов: micro-, mini-, midi(middle)-, big-tower ATX. Основным признаком классификации являлось количество отсеков под 5,25” накопители. Micro–tower имел одно место для таких устройств, mini– tower – два, midi(middle) – три, bigtower – четыре и более. Самым распространенным среди пользователей домашних компьютеров является корпус типа midi(middle)–tower. Он обеспечивает использование большого количества накопителей и применяется практически для всех форм-факторов материнской платы. Корпуса типа bigtower в большей степени используются для небольших серверов локальных сетей, а также продвинутыми пользователями в домашних условиях. Последние из названных корпусов комплектуются более мощными блоками питания, для обеспечения питанием высокоскоростных, энергоемких устройств, таких как видеокарты, высокоскоростные винчестеры, RAID-массивы и других. Еще одной разновидностью корпуса является FileServer, предназначенный для серверов.

При выборе корпуса ПК также следует обращать внимание на материал, из которого изготовлен корпус. Это не только толщина стального листа, но и внешнее и внутреннее покрытие пластиком. От этого зависит защищенность системы и пользователя от радиопомех и низкочастотного электромагнитного излучения, а также других вредных воздействий. Поэтому следует выбирать корпус, имеющий сертифицированный стандарт.

Как отмечалось ранее, основным компонентом корпуса ПК является блок питания. Как правило, корпус продается уже с предустановленным блоком питания. Мощность блока питания должна обеспечивать энергопотребление всех подключенных к нему устройств с некоторым запасом. Мощность блоков питания для ПК определяется не в ваттах, а в вольт-амперах, т.к. мощность в ваттах составляет около 75% от мощности, измеряемой в вольт-амперах. Поэтому для ПК правильно будет подбирать блоки питания в вольт-амперах (VA). Для маломощных компьютеров стандарта mini–tower достаточно было 200–250VA.. ПК средней мощности требовали блоки питания 300–350 VA. Современные Pentium 4 предъявляют повышенные требования к мощности 400 и более вольт-ампер.

Для охлаждения корпуса ПК применяется, как правило, два вентилятора, один из которых встраивается в корпус системного блока, другой является принадлежностью блока питания. Основное назначение блока питание – это

29

преобразование переменного тока от сети 110–230 вольт в постоянный ток низкого напряжения 12 вольт и менее. Так как сегодня применяются импульсные блоки питания, то следует учитывать небольшой срок их эксплуатации (3–7 лет). Это связано с изменениями электрических параметров компонентов блока питания, зависящих от частого включения компьютера. При включении ПК создается так называемый стартовый ток большой силы, что и может привести к выводу из строя каких-либо компонентов блока питания. Поэтому, чтобы избежать преждевременного выхода из строя блока питания рекомендуется не подвергать его таким испытаниям (частым включениям– отключениям), а использовать щадящие спящие режимы (типа Sleep), что позволяет уменьшить потребление электроэнергии, а также на время отключать не только монитор, но и механические компоненты ПК, такие как винчестер. Следует отметить, что по большому счету компьютер рассчитан на круглосуточную работу.

В последнее время предлагаются корпуса с жидкостным охлаждением, а также со специальным покрытием, использованием мощных радиаторов для охлаждения, что позволяет свести на нет шум, вызываемый по большей части, вентиляторами или механическими устройствами и, таким образом, превратить компьютер в бесшумное устройство. В качестве примера одной из компаний, выпускающей бесшумные ПК, можно привести корейскую компанию ZALMAN.

Для устойчивой работы компьютерной системы необходимо стабильное электропитание. В силу различных причин энергоснабжение ПК может быть прервано, что может привести к необратимым последствиям при потере информации. В связи с этим для обеспечения надежной работы компьютера и его периферийных устройств на рынке имеется большой выбор источников бесперебойного питания (UPS), а также сетевых фильтров. Ни один сервер локальной сети не имеет право эксплуатироваться без UPS-ов. Практически все современные источники бесперебойного питания продаются в комплекте с программным обеспечением, настройка которого позволяет контролировать основные электрические параметры и своевременно отключать компьютерную систему в случае сбоев энергопитания. Как правило, с помощью программного обеспечения отображается текущее состояние UPS: процент зарядки аккумуляторных батарей, значение напряжений на входе и выходе, режим работы, ведется запись в журнале событий, предусмотрена функция удаленного администрирования и другие функции. Управление UPS осуществляется через порт USB, расположенного, как правило, на задней стороне корпуса. К

30

использованию таких устройств в домашних условиях сегодня также прибегают большинство пользователей. Более подробно о характеристиках источников бесперебойного питания можно ознакомиться в статье В. Леонова (В. Леонов. Источники бесперебойного питания типа Line Interactive //Компьютер-Пресс. 2004.№9. С.107–121; 2005.№7. CD-ROM).

III. Материнская плата

В первом IBM PC-совместимом ПК была использована плата, которая объединяла все устройства. Такая плата применяется и во всех современных компьютерах и называется она – материнская плата (mother board), системная плата (system board) или главная плата (main board). Крепится она к корпусу, и чтобы не возникло разногласий среди производителей, были разработаны формфакторы. Форм-фактор – это, по сути дела, стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода–вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Существует несколько типов форм-факторов. Первая материнская плата с разработанным форм-фактором появилась в 1981 году в компьютере спецификации IBM PC. В 1983 году в IBM разработали новую спецификацию –

XT PC.

Материнская плата является своеобразным «фундаментом» для всех комплектующих компьютера. Именно на ней устанавливаются все основные устройства: видеокарта, оперативная память, процессор, различные платы и к ней же подключаются дисковые устройства (прежде всего винчестер) посредством гибкого интерфейса – шельфа. Другими словами, это платформа, на которой строится вся остальная конфигурация компьютера.

На материнских платах, предназначенных прежде всего для офисов, встречаются интегрированные устройства, т. е. встроенные. Материнские платы подобного типа уже довольно долгое время присутствуют на компьютерном рынке. Примерами таких плат могут служить материнские платы со встроенной звуковой картой и видеокартой.

Устройства интегрируются на материнскую плату с целью удешевления общей стоимости компьютера. Действительно, стоимость чипа плюс затраты на инженерные разработки по интеграции значительно меньше, чем стоимость разработки и изготовления отдельной полноценной платы расширения. Однако интегрированные решения имеют свои недостатки. Это, во-первых, опасность