9

Материнская плата является самым уязвимым устройством компьютера и может легко пострадать от механических повреждений при сборке или сгореть от перепадов питания (не достаточных для того, чтобы вышел из строя блок питания), так как при этом основной удар материнская плата берет на себя.

Кроме того, именно тип материнской платы (МП) определяет допустимые параметры устройств, которые возможно на нее установить. Тип материнской плата определяется следующими основными характеристиками:

1. форм-фактор и габариты;

2. тип разъема (слота, сокета) для установки микропроцессора;

3. чипсет;

4. тактовая частота системной шины;

5. параметры контроллеров устройств;

6. наличие и параметры слотов;

7. наличие и параметры интегрированных устройств.

Преже чем подромно раскрыть каждый из этих параметров необходимо рассмотреть устройство материнской платы.

Общие сведения

Несмотря на большое разнообразие в дизайне и исполнении, все МП имеют схожие черты. Так, на любой из них обязательно устанавливаются следующие компоненты: процессор; память ROM, RAM и SRAM (подробно классификация памяти рассматривается в пятом занятии); схемы ввода/вывода; схемы интерфейсов и шин, кварцевый генератор, схемы управления напряжением. Кроме того, возможна установка большого количества интерфейсных контроллеров (микросхемы для согласования и обмена данными) различных стандартов, таких как IDE, Floppy, SCSI, контроллеры (адаптеры) портов.

Главным набором микросхем в современных МП является чипсет, который управляет работой всех остальных контроллеров и компонентов, согласуя их работу во времени. Именно тип чипсета определяет возможные подключаемые интерфейсы и компоненты, а также производительность. Т.о. существует большое количество типов и разновидностей контроллеров и устройств, подключаемых к ним и материнская плата, которая состоит из этих наборов интегральных схем (ИС), и чтобы понять как они работают и взаимодействуют необходимо разобраться, из чего конкретно состоит материнская плата.

Печатная плата (Printed Circuit Board - PCB) это и есть плата, на которой размещаются все компоненты. PCB обычно состоит из нескольких слоев, состоящих из плоских камедевых пластин, между которыми находятся элементы цепи - соединительные линии, которые называются "дорожки". Обычная PCB имеет четыре таких слоя, два слоя, которые находятся сверху и снизу являются сигнальными слоями.

Д ля некоторых МП нужно шесть слоев, такими МП являются МП, разработанные для двухпроцессорных систем или же когда количество контактов процессора превышает 425 контакта. Это потому, что сигнальные дорожки должны быть расположены вдали друг от друга, чтобы предотвратить перекрестные помехи и дополнительные слои решают эту проблему.

Разметка и длина дорожек очень важна для нормальной работы системы. Основная задача снизить любое искажение сигнала из-за пересечения дорожек. Чем длинней дорожка и/или выше скорость передачи сигнала, тем больше перекрестных помех, откуда следует, что нужно увеличить расстояние между дорожками. Некоторые дорожки должны быть максимальной длины для сохранения непрерывности сигнала, например, такие, которые подходят напрямую к процессору.

На материнскую плату подается напряжение от блока питания (БП)– 3.3V. Различные компоненты, установленные на МВ питаются от разного напряжения. Наиболее распространенные компоненты потребляют +5В (такие как чип BIOSа, часы реального времени, контроллер клавиатуры, DRAM чипы, логика большей части контроллеров, коннекторы) и +3.3В (L2 кэш, чипсет, SDRAM чипы, AGP). Двигатели накопителей и кулеры питаются от +12В.

БП подключается к МП ATX – одним 20-контактным разъемом с ключом, исключающим возможность неправильного подсоединения к МВ.

Регуляторы напряжения

Различные компоненты, установленные на МП потребляют различное количество напряжения. Наиболее распространенные компоненты потребляют 5В (такие как чип BIOS-а, часы реального времени, контроллер клавиатуры, DRAM чипы) и 3.3В (L2 кэш, чипсет, SDRAM чипы). Процессор может потреблять от 2В до 8В. Скачки напряжения могут легко повредить все компоненты, и чтобы этого не произошло, на плату устанавливаются регуляторы напряжения.

Модули, которые отвечают за работу регуляторов напряжения называются VRM (Voltage Regilate Module - модуль стабилизатора напряжения). На МП для процессоров Pentium, в основном требуется два регулятора напряжения - один для контроля напряжения на I/O (3.3В), а другой для самого процессора или, как еще говорят напряжение на ядре процессора.

Для того, чтобы использовать как можно больше различных типов процессоров, схема должна держать определенный диапазон напряжения. Для этого обычно на плату устанавливается набор резисторов соединенных с рядом контактов. Сейчас на большинстве МП стоит так называемый автодетект (автоопределение), это значит, что схема сама определяет и распределяет напряжение, ориентируясь по контактам на процессоре, что исключает потребность в джамперах. Но на процессорах AMD лучше выставлять напряжение вручную, теперь это легко осуществляется через BIOS.

К онденсаторы

Конденсаторы обеспечивают ровный поток напряжения в схеме. Это очень важно потому, что потребление энергии процессором может меняться мгновенно от низкого к высокому и наоборот, особенно когда выполняется режим приостановки работы (HALT) или возвращение в нормальное состояние. Регуляторы напряжения не могут реагировать мгновенно на изменения, для этого и "сглаживается" напряжение.

Генератор тактовых импульсов (Clock Generator Chip)

Каждый компонент в компьютере работает по импульсным тактам - но не каждый компонент работает на одних и тех же тактах. ISA, PCI, AGP, USB и системная шина - все работают на скоростях отличных друг от друга и поэтому требуют свой собственный тактовый сигнал. Процессору тоже нужен тактовый сигнал так же как и синхронным чипам памяти, таким как SRAM и SDRAM использующимся как главная память, тоже нужен сигнал. Так вот, генератор тактовых импульсов и генерирует все эти тактовые сигналы, необходимые для синхронной работы устройств с различной скоростью.

BIOS и RTC (часы реального времени)

Для того, чтобы компьютер запустил операционную систему, ему нужна "программа раскрутки". Эта программа загружается из специально отведенного участка памяти и дает ровно столько информации, сколько надо для того, чтобы получить доступ к компонентам необходимым для полной загрузки операционной системы. Например, программа должна загрузить информацию об устройстве для FDD и HDD, а так же для видео системы.

На компьютере эта информация храниться в чипе постоянной памяти, которая называется BIOS (Basic Input/Output System). Этот чип может иметь примерно от 512Kб до 4Мб памяти, который программируется на заводе и может быть перепрограммирован только программой, которая включает специальный режим в котором память может быть перезаписана новой загрузочной программой. Эту процедуру обычно называют "Прошивкой BIOS-а".

Когда компьютер включен, запускается специальный процесс, называемый Power-On Self-Test - POST (Само-Проверка-При-Включении), который определяет процессор, сколько установлено памяти и все ли зарегистрированные компоненты присутствуют и работают. После того, как эта операция выполнена, алгоритм загрузки на каждом загружаемом устройстве ищет специальный набор инструкций. Первый набор инструкций, который удовлетворяет критерию, загружается в память и извлекается. Если все настроено правильно, эти инструкции завершат процесс загрузки, загрузив операционную систему.

Для того, чтобы дать BIOS-у знать какой специальный компонент должен поддерживаться, существует интегральная схема CMOS (Сomplimentary Metal Oxide Semiconductor), которая содержит особые параметры пользователя, которые считываются сразу после того, как определен процессор. Эта схема обычно встраивается в чип часов реального времени (Real Time Clock - RTC), в котором содержится информация о дате и времени. До меню параметров в CMOS можно добраться через специальное меню во время процесса POST, в основном это меню появляется в при нажатии клавиши DEL в то время как производится подсчет памяти и далее изменения вводятся в ручную. Эти изменения должны быть сохранены для того, чтобы они вступили в силу.

Если приборы настроены не правильно, система может не загрузить операционную систему или компоненты будут не доступны после загрузки операционной системы. RTC и CMOS хранят информацию только тогда, когда поступает напряжение, которое подается из небольшой батареи на МП. Если эта батарея повреждается или отсоединяется, информация в CMOS теряется и должна быть введена заново во время следующей загрузке.