учебник информатика
.pdf
2.2 Чипсет
Рисунок 2.8. Блок-схема чипсета Intel® Z77 Express для процессора Intel® Core™ 3-го поколения
Рисунок 2.9. Внешний вид чипсета Intel® Z77 Express
61
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
2.3 Материнская плата
Материнская плата – печатная плата, на которой осуществляется монтаж микросхем и других компонентов компьютерной системы.
Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard – главная плата, в русских источниках используется также название системная плата.
На материнской плате располагаются микросхемы чипсета, разъемы для подключения центрального процессора, оперативной памяти, дисковых устройств, графической платы, звуковой платы и дополнительных внешних устройств.
Существуют различные спецификации (форм-факторы), описывающие конструктивные особенности материнских плат.
Форм-фактор – стандарт (спецификация), определяющий размеры материнской платы, расположение крепежных отверстий, сокета центрального процессора, слотов оперативной памяти, интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъемов для подключения питания.
Наиболее известен форм-фактор ATX (Advanced Technology eXtended), с достаточно большим размером, что позволяет производителям размещать на материнской плате наибольшее количество устройств. Самые распространенные спецификации форм-факторов показаны в таблице 2.5. Полные спецификации приведены на сайте http://www.formfactors.org/formfactor.asp.
Таблица 2.5. Некоторые форм-факторы материнских плат
|
Форм- |
|
Размеры, |
|
Примечание |
|
фактор |
|
мм |
|
|
|
|
|
|
||
ATX |
305 × 244 |
|
для корпусов типов MiniTower, FullTower |
||
MicroATX |
244 × 244 |
|
меньше слотов, чем у ATX |
||
MiniATX |
284 × 208 |
|
для системных блоков типа Tower и Desktop |
||
Mini-ITX |
171,45× |
|
новый форм-фактора Intel и VIA (2007 г.) |
||
171,45 |
|
||||
|
|
|
|
||
BTX |
325 × 267 |
|
до 7 слотов и 10 отверстий для монтажа платы |
||
MicroBTX |
264 × 267 |
|
до 4 слотов и 7 отверстий для монтажа платы |
||
PicoBTX |
203 × 267 |
|
1 слот и 4 отверстия для монтажа платы |
||
WTX |
355,6 × |
|
для высокопроизводительных рабочих станций и |
||
425,4 |
|
серверов среднего уровня |
|||
|
|
|
|||
62
2.3 Материнская плата
Известны и другие форм-факторы, редко используемые в настоящее время (LPX, MiniLPX, NLX и пр.). От форм-фактора зависит тип системного блока ПК.
Пример расположения портов ввода/вывода на задней панели материнской платы, приведенный в спецификации ATX, показан на рисунке
2.10.
Рисунок 2.10. Пример портов внешних устройств на задней панели
Наиболее важными микросхемами материнской платы являются северный (при его наличии) и южный мост чипсета. Именно чипсет определяет, в значительной степени, особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.
В настоящее время фирма Intel ввела классификацию своих материнских плат по их назначению (см. таблицу 2.6), полный список приве-
ден по адресу http://www.intel.com/cd/products/services/emea/rus/ motherboards/desktop/323255.htm
Таблица 2.6. Серии материнских плат фирмы Intel для настольных ПК
Характеристика |
|
Серия |
|
|
|
Extreme |
Media |
|
Executive |
Classic |
|
|
|
||||
Назначение |
Extreme- |
Медиа- |
|
Для |
Классика |
процессоры |
центры |
|
бизнеса |
||
|
|
|
|||
Плата, пример |
DZ77RE75K |
DH77KC |
|
DQ77CP |
DH61ZE |
|
|
|
|
|
|
Чипсет |
Intel® Z77 |
Intel® H77 |
|
Intel® Q77 |
Intel® H61 |
Разъем процессора |
LGA1156 |
LGA1156 |
|
LGA1155 |
LGA1155 |
|
|
|
|
|
|
В соответствии с описанием фирмы-производителя материнская плата Intel® Desktop Board DQ77CP имеет следующие основные характеристики:
63
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
Форм-фактор |
MicroATX |
Процессор |
Intel Core 2-го и 3-го поколения |
|
|
Память |
Четыре 240-контактных разъемов DIMM для двухканаль- |
|
ных модулей DDR3 1600, 1333 или 1066 МГц |
|
Поддержка до 32 ГБ системной памяти |
Чипсет |
Intel® Q77 Express |
Аудио |
Подсистема Intel® High Definition Audio в следующей |
|
конфигурации: 8-канальная (6.2) аудиоподсистема с под- |
|
держкой аудиокодека Realtek ALC892 |
Видео |
Встроенная графическая подсистема процессоров |
Сеть |
Гигабитная (10/100/1000 Мбит/сек) сетевая подсистема на |
|
базе e Intel® 82579LM Gigabit Ethernet Controller |
Периферийн |
4 порта USB 3.0 |
ый интерфейс |
8 портов USB 2.0 |
|
Один последовательный порт |
|
Пять портов Serial ATA |
|
Порты PS/2 для клавиатуры и мыши |
|
Один последовательный порт наушников |
|
Один разъем параллельного порта на заднюю панель |
|
|
Возможности |
Один разъем для дополнительной платы PCI Express x16 |
расширения |
Один разъем PCI Express 2.0 x1 |
|
Два разъема PCI Conventional |
|
|
Внешний вид материнской платы Intel DQ77CP показан на рисунке 2.11, ее схема на рисунке 2.12.
64
2.3 Материнская плата
Рисунок 2.11. Материнская плата Intel DQ77CP
Рисунок 2.12. Схема материнской платы Intel DQ77CP
65
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
Обозначения на схеме:
A |
Conventional PCI add-in card connector |
S |
Battery |
B |
Conventional PCI add-in card connector |
T |
Piezoelectric speaker |
C PCI Express x1 add-in card connector |
U eSATA 3.0 Gb/s connector (red) |
||
D PCI Express x16 add-in card connector |
V Alternate front panel power/sleep LED |
||
|
|
header |
|
E Back panel connectors |
W Front panel header |
||
F 12 V processor core voltage connector |
X Standby power LED |
||
(2 x 2 pin) |
|
|
|
G LGA1155 processor socket |
Y BIOS Setup configuration jumper block |
||
H Rear chassis fan header |
Z SATA 3.0 Gb/s connectors (black) |
||
I Processor fan header |
AA SATA 6.0 Gb/s connectors (blue) |
||
J DIMM 3 (Channel A DIMM 0) |
BB Front panel USB 3.0 connector (blue) |
||
K DIMM 1 (Channel A DIMM 1) |
CC Intel® Management Engine “M” state LED |
||
L DIMM 4 (Channel B DIMM 0) |
DD Intel Q77 Express Chipset |
||
M DIMM 2 (Channel B DIMM 1) |
EE Front panel USB 2.0 connector |
||
N |
Front chassis fan header |
FF Front panel USB 2.0 connector |
|
O |
Chassis intrusion header |
GG Serial port connector |
|
P Low Pin Count (LPC) Debug header |
HH S/PDIF out header |
||
Q |
Main power connector (2 x 12) |
II Front panel audio header |
|
R Intel® Management Engine BIOS Ex- |
JJ Internal mono speaker header |
||
tension (Intel® MEBX) Reset header |
|
|
|
На материнской плате присутствует еще одна маленькая, но очень важная микросхема материнской платы – BIOS (Basic Input-Output System
– базовая система ввода-вывода), а также устройства для ее питания – микросхема BP_BIOS и аккумуляторная батарейка (BATTERY). Назначение этой микросхемы с постоянным питанием и наличием собственной энергонезависимой памяти (перепрограммируемая Flash EEPROM):
конфигурирование компьютера (программа BIOS Setup) и сохранение параметров конфигурации;
выполнение программы часов и календаря компьютера;
при включении компьютера:
o выполнение программы самотестирования;
o поиск главной загрузочной записи (МBR) на дисках;
oдалее MBR выполняет сканирование дисков для поиска загрузочного раздела, и, если он найден, запускает в работу операционную систему.
Впрограмме BIOS Setup (которая запускается нажатием клавиши Delete или другой в момент включения компьютера) есть возможность настроить порядок устройств для поиска загрузчика операционной системы – если необходимо, ее можно загрузить с CD, DVD диска или даже че-
66
2.3 Материнская плата
рез USB-порт. Эта возможность необходима для установки новой операционной системы на компьютер (или ее переустановки).
Назначение слотов (разъемов) на материнской плате – подключение различных плат сопряжения с внешними устройствами и реализация дополнительных возможностей:
–PCI Express x16 – только для соответствующих видеоплат;
–PCI Express x1 – новые звуковые, сетевые платы;
–PCI – старые звуковые, сетевые платы, внутренние модемы, FM-,
TV-тюнеры.
PCI (Peripheral Component Interconnect bus) – шина для подсоедине-
ния периферийных устройств. Впервые массово применяться начала для
Pentium-систем.
Шина PCI Express x16 пришла на смену шине AGP, ранее использовавшейся для подключения видеокарт.
Внутренние порты, расположенные на материнской плате, служат для подключения устройств:
–Serial ATA – дисковые устройства (HD, DVD) соответствующего типа;
–ATA IDE – дисковые устройства (HD, CD, DVD) соответствующе-
го типа.
ATA (Advanced Technology Attachment) – спецификация интерфейса для подключения дисковых устройств. IDE (Integrated Drive Electronics) – диск со встроенным контроллером управления для подключения c помощью параллельного интерфейса спецификации ATA.
Serial ATA – новый последовательный интерфейс подключения дисков. На рисунке 2.13 показаны кабели подключения для дисков параллельного и последовательного интерфейсов.
Внешний порт – разъем на задней или передней панели системного блока, используется для подключения различных устройств:
–USB 2.0, 3.0 – принтеры, сканеры, внешние модемы, TV-тюнеры, клавиатура, мышь, внешние дисковые накопители, Flash Drive
и многое другое;
– IEEE-1394 – цифровые видеокамеры, дисковые устройства;
– PS/2 – клавиатура и мышь;
67
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
–при наличии интегрированной видиоподсистемы разъем DVI – цифровой выход на монитор или VGA – аналоговый (см. рисунок 2.8);
–при наличии интегрированной аудиоподсистемы разъемы для подключения колонок и микрофона.
Кроме того, могут присутствовать устаревшие на сегодняшний день порты:
–COM – мышь, модем и пр.;
–LPT – принтер, сканер.
Новые интерфейсы подключения внешних устройств – USB, SATA,
IEEE-1394 (FireWire), DVI – последовательные шины (Serial Bus) с не-
большим количеством проводов (4 – 7) в кабеле.
Параллельные шины ATA IDE, LPT имеют значительно большее количество проводников в кабеле (IDE 40 или 80 проводов, LPT – 18) и, соответственно, контактов на разъемах.
Скорость работы современных последовательных шин выше, чем параллельных.
Наиболее часто используется в настоящее время порт USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина), которая имеет 2 типа: USB и USB 2.0.
Особенности этой шины:
–высокая скорость работы – до 480 Мб/с для USB 2.0;
–длина кабеля подключения – до 5 м;
–количество подключаемых устройств (включая размножители) – до
127;
–возможно подключение устройств с различными скоростями обмена;
–возможность подключать и отключать устройства при работающем компьютере;
–возможность подавать питание напряжением 5 V на маломощные периферийных устройства (ток до 500 mA);
–кабель подключения имеет различные разъемы для подключения к
компьютеру (тип «А») и к внешнему устройству (тип «B»).
Шина USB предоставляет в полной мере возможность использования технологии Plug&Play для периферийных устройств, т. е. при подключении нового устройства к работающему компьютеру (наиболее часто в настоящее время – флэш-накопителей, внешних жестких дисков, «мышь» на ноутбуках и т. п.) происходит его автоматическое распознавание и установка соответствующих драйверов, необходимых для работы с этим устройством. Для использования большого количества USB портов при-
68
2.4 Оперативная память
меняются USB-концентраторы (хабы), как внешние, так и встроенные в монитор, клавиатуру и пр.
В прайс-листах фирм по продаже компьютеров обычно приводится краткое обозначение материнской платы примерно следующего вида:
MB VPro Q77, LGA1155, 4*GDDR3(1600), PCI-E, mATX, GLan, 2*SATA/2*6G, 5.1CH, 2*USB 3.0, D-Sub/DVI, eSATA,
что означает:
материнская плата VPro Q77, разъем процессора LGA1155, чипсет Intel Q77, память DDR3 с частотой 1600 МГц, шина и слоты PCI Express, дисковый интерфейс 2 шт. SATA2 6 ГБ/с, звуковой адаптер 5.1, интегрированные сетевой адаптер Gb Ethernet (GLan ), видеоадаптер с выходами D-Sub и DVI, форм-фактор mini-ATX, внешний порт eSATA.
Стоимость обычных материнских плат на чипсетах 7 поколения от
2000 до 8000 руб.
Корпус системного блока ПК подбирается в зависимости от формфактора материнской платы и типа процессора. Бывает двух видов – TOWER (вертикальный) и DESKTOP (горизонтальный), второй тип часто имеют ПК ведущих фирм-производителей (IBM, Dell, HewlettPackard/Compaq, Acer и др.). Обычно в комплекте с корпусом идет блок питания, мощность которого тоже может быть выбрана в соответствии с типом процессора, видеокарты и количеством периферийных устройств и лежит в настоящее время обычно в диапазоне 350 – 450 Ватт. Стоимость обычных корпусов 1500 – 3000 руб., однако существуют и корпуса стоимостью более 10000 руб. (например, для домашних медиацентров).
Выпускаются также ПК-моноблоки (фирмы HP, Apple и др.) – в этом случае все устройства, размещаемые обычно в системном блоке, располагаются в одном корпусе с жидкокристаллическим монитором (может быть сенсорным). Толщина такого моноблока лишь немного больше толщины обычного монитора.
2.4 Оперативная память
Оперативная память – один из основных компонентов компьютера, предназначенный для хранения информации (программ и обрабатываемых программами данных) во время исполнения программ на компьютере.
Кроме основной оперативной памяти (RAM – Random Access Memory, память с произвольным доступом) современные персональные
69
Глава 2. Аппаратное обеспечение персональных компьютеров
компьютеры имеют память видеокарты (с которой работает процессор видеокарты), а также сверхоперативную память центрального процессора (кэш первого, второго и иногда третьего уровня).
Для долговременного хранения информации используются дисковые и пр. устройства, которые иногда называют внешней памятью (описаны далее в разделе 2.5).
Оперативная память, так же, как и процессоры, имеют длительную историю своего развития – от первых микросхем памяти, запаянных на материнской плате первых персональных компьютеров до современных сменных модулей емкостью в несколько ГБайт.
Чипсет, используемый на компьютере, определяет тип оперативной памяти, который можно использовать. Ранее при описании чипсета Intel® G45 Express (раздел 2.2) было указано, что он может работать с двухканальной памятью типа DDR3 (скорость 8,5 Гбит/с) или DDR2 (6,4 Гбит/с). Полное наименование такой памяти – DDR3 SDRAM.
Современная оперативная память – динамическая (DRAM), содержимое ее остается неизменным в течение очень короткого промежутка времени, поэтому память должна периодически обновляться (регенерироваться). Запоминающим элементом динамической памяти является конденсатор, который может находиться в заряженном или разряженном состоянии. Если конденсатор заряжен, то в ячейку памяти записана логическая 1, если разряжен – логический 0. В идеальном конденсаторе заряд может сохраняться неограниченное время, в реальном конденсаторе существует ток утечки, поэтому информация, записанная в динамическую память, со временем будет утрачена в результате разрядки конденсаторов.
Единственным способом регенерации хранимой в памяти информации является выполнение операций чтения и повторной записи данных, выполняемых через определенные промежутки времени (например, каждые 2 мс) всех ячеек памяти. В эти моменты процессор находится в состоянии ожидания. Регенерация памяти происходит также при выполнении каждой операции чтения данных.
Ячейки памяти организованы в матрицу, состоящую из строк и столбцов. Полный адрес ячейки данных включает два компонента – адрес строки и адрес столбца. При чтении информации из памяти вначале считывается информация всех ячеек памяти для строки с заданным адресом и помещается в буфер ввода/вывода. Далее в соответствии с адресом столбца данные выбираются из буфера ввода/вывода и поступают на выход динамической памяти.
70