10. Напряжение питания процессоров. Система охлаждения процессоров и других элементов системной платы. Блок питания компьютеров.

Сначала было 5 V (для всей материнской платы)

3 V (для всей материнской платы)

2,4 V для процессора, а вся периферия 3,3 V

Если все элементы материнской платы работают на одном уровне напряжения, то это называется унифицированный уровень напряжения. Если процессор работает на более низком уровне напряжения, а контроллеры на более высоком, то плата называется с расширением уровня напряжения.

Тенденция снижения напряжения питания процессора обусловлено следующим: чем меньше напряжение питания, тем меньше потребляемая мощность . Следовательно меньше теплоотдача и проще система охлаждения. То есть можно взять большую тактовую частоту.

Таким образом на современных платах выделяют 3 категории электрических схем по уровню напряжения питания:

1) процессор

2) все контроллеры ввода/вывода 3,3 V

3) двигатели (кулеры и приводы винчестера ) 12 V

Чем больше частота на которой работают компоненты материнской платы (процессоры, хаб, мост и т.д.) то требуется предусмотреть систему охлаждения этих элементов и система охлаждения бывает 3ех типов:

1) пассивная

2) активная

3) активно-пассивная (комбинированная)

Для современных серверных плат и плат с несколькими процессорами существует коробочная версия системы охлаждения, которая монтируется производителем.

На блоке питания компьютера также разрабатывается форм-фактор. Для каждого типа материнской платы есть форм-фактор, которой определен размер блока питания, мощность и дополнительные хар-ки.

Блок-питания - устройство преобразующее переменное напряжение в постоянное, обеспечивающий защиту от скачков напряжения сети питания.

Преобразует 220 V 50 Гц ---- в +/- 5 V, +/- 3,3 V, 12 V

Отрицательное напряжение в современных материнских платах не используется, оно было необходимо для старых контроллеров магнитных дисков подключенных к шине ISA. Блок питания выполняет дополнительную функцию контроля за уровнем напряжения как при включении питания и ее работы.

При включении питания от 0,1 – 0,5 с блок питания выполняет самотестирование. За это время напряжение питания должно выйти на заданный уровень. Этот сигнал (Power-good) подается на часовой тактовый генератор и он запускает процессор. Если нет этого сигнала поступает сигнал сброса на центральный процессор. Этот сигнал подается на 8ую ножку 20 контактного разъема (P8-1)

Этим разрядом можно вручную управлять при сбросе центрального процессора.

У новых ATX блоков питания, которые поддерживают 3,3 V есть дополнительные сигналы:

Power_On может использоваться для программного включения

11. Архитектура системной платы. Тип гнезд процессорных разъемов. Назначение и разновидность наборов микросхем системной логики. Иерархия шин системной платы. Системные платы

Процессоры можно устанавливать в гнезда процессорных разъемов типа Socket или Slot.

Процессоры, разрабатываемые фирмой Intel (начиная с 486-го), пользователь может устанавливать и заменять самостоятельно. Были разработаны стандарты для гнезд типа Socket, в которые можно установить различные модели конкретного процессора. Каждый тип гнезда Socket или Slot имеет свой номер. Любая системная плата содержит гнездо типа Socket или типа Slot; по номеру можно точно определить, какие типы процессоров могут быть установлены в данное гнездо. Например, в Socket 2 можно установить процессоры i486, Pentium; в Socket 423 – Pentium 4, и т.д.

Гнезда для процессоров до i486-го не были пронумерованы; их взаимозаменяемость ограничена.

Изначально процессоры всех типов устанавливались в гнезда или впаивались непосредственно в системную плату. С появлением процессора Pentium II компании Intel и AMD перешли к другой конструкции (Slot). Это было вызвано тем, что в процессоры была включена кэш-память второго уровня, которая представляла собой отдельную микросхему. Таким образом процессор содержал в себе уже несколько различных микросхем, устанавливаемых на дочерней плате, которая была подключена в разъем системной платы. Это привело к дополнительным расходам, в результате чего себестоимость такого процессора оказалась значительно выше по сравнению с предшествующими версиями процессоров Socket. Поэтому от конструкции Slot отказались.

С появлением второго поколения процессоров Celeron, Pentium III, Duron и Athlon кэш второго уровня начали интегрировать непосредственно в кристалл процессора. Это позволило вернуться к однокристальной конструкции процессора, а следовательно отказаться от его установки на отдельной плате, в результате чего производители вернулись к гнездам конструкции Socket. В настоящее время конструкция процессоров Socket используется практически во всех современных моделях.

Набор микросхем системной логики (или чипсет) является соединеним процессора с различными компонентами комьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптеров и различными устройствами без помощи наборов микросхем. Набор микросхем системной логики включает в себя интерфейс шины процессора (которая называется также Front-Side Bus или FSB), контроллеры памяти, контролеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. Системы с мощными процессорами могут проигрывать в быстродействии системам, содержащим процессоры меньшей частоты, но боле функциональные наборы микросхем.

Как же появился набор микросхем системной логики?

На первые системные платы IBM PC пришлось установить много микросхем. Кроме процессора, на системную плату было установлено множество других компонентов: генератор тактовой частоты, контроллер шины, системный таймер, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти, память CMOS, часы и контроллер клавиатуры. Наконец, чтобы обеспечить работу установленных компонентов, понадобился еще ряд микросхем, а также процессор, математический сопроцессор (модуль для выполнения операций над числами с плавающей запятой) и память. Всего на плате размещалось до сотни логических микросхем, и поэтому места для размещения микросхем, выполняющих дополнительные функции, на ней не оставалось.

В 1986 году компания Chips and Technologies разработала первый набор микросхем системной логики, который состоял из четырех микросхем, выполняющих функции основных контроллеров системы.

Начиная с 1989 года (с момента появления шины EISA), и до настоящего времени лидером в разработке и производстве микросхем системной логики является компания Intel.

По номеру на большей микросхеме системной платы можно идентифицировать набор микросхем системной логики. Вот, например, шаблон нумерации наборов микросхем системной логики фирмы Intel (номер набора – поколение процессора):

420xx - P4 (486)

430xx - P5 (Pentium)

440xx - P6 (Pentium Pro/Pentium II/Pentium III)

8хх - P6 (Pentium II/Pentium III) с архитектурой Hub

450xx - P6 Server (Pentium Pro/Pentium II/III Xeon)

В системах на базе процессоров Pentium II/III широко используется набор микросхем системной логики 440BX, который состоит из двух компонентов: 82443BX North Bridge и 82371EX South Bridge. Набор микросхем 850 поддерживает Pentium 4 и состоит из двух основных частей; 82850 Memory Controller Hub (MCH) и 82801BA I/O Controller Hub (IOH2).

При создании набора микросхем Intel использует два различных типа архитектуры: мостовую (North/South Bridge) и более современную hub-архитектуру, которая используется во всех последних наборах микросхем сстемной логики серии 800.