5.2. Компоненты системной платы

Современные системные платы содержат следующие компоненты:

1. Место установки процессора типа Socket (гнездо) или Slot (щель). Каждый тип гнезда имеет номер, по которому можно определить типы устанавливаемых процессоров. Например, Socket 478 для Celeron 4 / Pentium 4, Socket 754 для Athlon 64. Устанавливать процессоры (начиная с 486-го) пользователь может самостоятельно.

2. Набор микросхем (чипсетов) системной логики, получивших название Северный и Южный мост (North/South Bridge). Он включает в себя интерфейс шины процессора (которая называется также Front-Side Bus-FSB), контролеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т.п., а также все схемы системной платы. Набор микросхем управляет соединениями процессора с различными компонентами компьютера. Поэтому он определяет, в конечном счете, и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор, так как именно от его выбора зависит эффективность работы процессора, модулей памяти, устройств ввода-вывода, а также разнообразные возможности расширения.

3. Микросхема Super I/O содержит (как минимум) следующие компоненты: контроллер гибких дисков; двойные контроллеры последовательного порта(COM1, COM2); контроллер параллельного порта(LPT), а также может содержать контроллеры клавиатуры и мыши. В последние годы роль этой микросхемы снизилась, так как разработчики стремятся объединить максимальное количество функций в одной микросхеме. Поэтому функции микросхем Южный мост (South Bridge) и Super I/O реализуются на базе одного компонента (часто именуемого как микросхема Super South Bridge). Более того, в некоторых наборах микросхем SiS (Silicon Integrated Systems - кремниевые объединенные системы) в одну микросхему объединены такие компоненты как: North Bridge, South Bridge и Super I/O.

4. Базовая система ввода-вывода(ROM/Flash BIOS).

5. Гнезда модулей памяти SIMM, DIMM или RIMM. SIMM-модули (Single Inline Memory Module - модуль с однорядным положением микросхем памяти) объемом 4, 8, 16, 32 Мбайт. DIMM-модули (Dual Inline Memory Module - модуль с двухрядным положением микросхем памяти) объемом 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт и более. RIMM-модули, разработанные фирмой Rambus Inc. (Последние два предпочтительнее поскольку больше по объему и имеют меньшее время доступа.)

6. Разъемы шин ISA/PCI/AGP.

7. Преобразователь напряжения для центрального процессора.

8. Батарея.

5.3. Системная шина является основой системной платы. Она обеспечивает сопряжение и связь всех устройств компьютера между собой. Шина (bus) представляет собой общий канал связи, используемый в компьютере и позволяющий соединить два и более системных компонента.

Системная шина обеспечивает три направления передачи информации (рис.5.1):

• между микропроцессором и основной памятью;

• между микропроцессором и портами ввода – вывода внешних устройств;

• между основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств в режиме прямого доступа к памяти.

Порт – это точка (пункт) подключения к интерфейсной плате. Через порты МП обменивается информацией с другими устройствами. Каждый порт имеет адрес (номер порта), соответствующий адресу ячейки памяти, являющейся частью устройства ввода-вывода, использующего этот порт. Порт устройства содержит аппаратуру сопряжения и два регистра памяти – для обмена данными и управляющей информацией.

МП

ОП

Порты ввода-вывода

Рис.5.1.Передача информации системной шиной

Системная шина включает в себя шины данных, адреса, команд и питания.

Шина данных (ШД) содержит провода и схемы сопряжения для передачи операнда (данных участвующих в операциях). В процессорах Pentium шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым передаются данные из памяти в процессор и обратно.

Шина адреса(ША) используется для передачи адреса ячейки основной памяти или порта ввода вывода внешнего устройства. Адресная шина 32- разрядная.

Шина команд(ШК) используется для передачи команд(управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машин. У современных компьютеров шина 32-разрядная. Для процессоров Athlon 64 и Itanium 64-разрядная.

Шина питания подключает устройства компьютера к системе энергопитания.

Все устройства компьютера через унифицированные разъемы подключаются к шине непосредственно или через контроллеры ( адаптеры ).

Контроллер – это печатная плата, через которую устройство подключается к шине расширения. Один адаптер может поддерживать несколько различных устройств. В современных ПК функции адаптеров реализуются непосредственно на материнской плате.

Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующей основные сигналы управления.

Системная шина это не сквозная магистраль. Существует иерархия шин, которая выражается в том, что каждая более медленная шина соединена с более быстрой шиной. Современные компьютеры включают в себя четыре и более шин.

1. Шина процессора. Это высокоскоростная шина используется для передачи данных между процессором (кэш-памятью) или оперативной памятью и компонентом North Bridge. Работает на частоте 66, 100, 133, 200, 266, 400, 533, 800 МГц и имеет ширину 64 разряда. Шина процессора называется FSB (Front-Side Bus- шина передней стороны).

2. Шина AGP (Accelerate Graphics Port- ускоренный графический порт) предназначена для подключения видеоадаптера. Эта 32-разрядная шина работает на частоте 66 (AGP 1x - режим одно кратного умножения), 133 (AGP 2x - режим 2-х кратного умножения), 266 (AGP 4x - режим 4-х кратного умножения), 533 (AGP 8x - режим 8-ми кратного умножения) МГц. (AGP работает на основной частоте 66 МГц., называемом 1х, выполняется одиночная передача за каждый такт со скоростью 266 млн.байт/с. = 66млн.* 4 байт(32бит). В 2х-режиме производится 2 передачи данных за цикл со скоростью 533 Мбайт/с и т.д.)

3. Шина PCI (Peripheral Component Interconnect - стандарт подключения внешних компонентов). Шина 32-разрядная находится под управлением контроллера, являющегося компонентой Северный мост (North Bridge). Работает на частоте 33, 66 МГц. На ней устанавливаются четыре и более разъема, в которые можно подключить сетевые, SCSI- и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. Новшеством этого стандарта стала поддержка режима plug-and-play (“подключи и работай”), в последствии оформившегося в промышленный стандарт (самоустанавливающиеся устройства). С появлением этого стандарта функции подключения новых устройств были возложены на операционную систему, которая автоматически подключает устройства после их физического присоединения к разъему. Суть стандарта PCI состоит в том, что после физического подключения внешнего устройства к разъему шины PCI происходит обмен данными между устройством и материнской платой, в результате которого устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.

4. Шина ISA (Industry Standart Arxitecture - архитектура промышленного стандарта). Это 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц. Реализуется с помощью компонента Южный мост (South Bridge). Обеспечивала простое подключение новых устройств через стандартные разъемы. Пропускная способность такой шины составляла 5.5Мбайт/с. Эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения сравнительно «медленных» внешних устройств, например звуковых карт и модемов.

5. Шина USB(Universal Serial Bus – универсальная, последовательная магистраль) основана на простом 4-х проводном соединении. Одна из последних разработок. Позволяет подключать до 127 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Производительность шины относительно невелика и составляет до 1.5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и т.п., этого достаточно. Удобство шины состоит в том, что она позволяет подключать и отключать устройства, не выключая компьютер, и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения. Производительность версии USB 1.1 составляет 1.5Мбайт/с, а USB 2.0 – 60 Мбайт/с., т.е. в 40 раз выше.

Шина должна удовлетворять следующим требованиям.

1. Обеспечивать повышенную производительность. Быстродействие должно достигать более 100 Мбайт/с. Необходима полная поддержка, по крайней мере 32-разрядных адресов и данных.

2. Поддерживать несколько хозяев шины, т.е. предоставлять возможность независимого управления передачей данных между периферийными устройствами, что позволяет разгрузить процессор и повысить производительность сети.

3. Допускать автоматическую конфигурацию системы. Очень многие проблемы в компьютере возникают из-за некорректного распределения адресов и прерываний. Шина должна настраивать подчиненные ей структуры и механизмы (в этом случае компьютер сможет помочь пользователю осуществить дальнейшую настройку при необходимости).

4. Не зависеть от процессора, т.е. шина должна работать с несколькими поколениями процессоров.

5. Сохранять поддержку шины ISA из-за большого количества плат произведенных для этой шины. Шина не потеряла своей привлекательности для устройств, способных функционировать в пределах налагаемых ею ограничений, например для модема, интерфейса принтера и мыши. Количество плат для шины ISA, во много раз превосходили на момент создания новой шины количество всей остальных плат. К числу таких плат принадлежали как широко используемые устройства, так и специальные например, устройства считывания штрих-кода и систем сбора данных.

6. Низкие затраты на разработку.

Выводы.

1. Параметры всех компонентов компьютера должны быть строго сбалансированы, так как один медленно работающий компонент способен замедлить работу всей системы. Если же компонент обладает большим быстродействием, то он не сможет показать все, на что способен. Важнее всего сбалансировать параметры процессора и оперативной памяти. В компьютере должна быть установлена память, тип и быстродействие которой определяется процессором. Добавление компонентов, нарушающих это равновесие, не приведет к экономически оправданному повышению производительности.

5.4. CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor-комплементарный металл - оксидный полупроводник ) - это память (названная так по технологии изготовления) используется для хранения данных о гибких и жестких дисках, о процессоре и некоторых других устройствах материнской платы. При выключении компьютера микросхема CMOS питается от батарейки, заряда которой хватает несколько лет. В CMOS также хранятся показания системных часов, поэтому компьютер четко отслеживает время и календарь даже в выключенном состоянии. При каждой загрузке системы для определения ее конфигурации считываются параметры, хранящиеся в CMOS. В современных компьютерах функции CMOS выполняет набор микросхем Южный мост.

5.5. Таймер – это внутримашинные электронные часы, подключенные к аккумулятору. При отключении компьютера от сети продолжают работать.

Все рассмотренные выше устройства расположены на материнской плате.

5.6.Источник питания содержит системы автономного и сетевого питания ПК.

Процессор

Память

Шина FSB

Северный мост

(чипсет-микросхема)

Монитор

Шина AGP

Звуковая плата

Сетевая плата

Внутренний модем

SCSI-контроллер

Шина PCI

Интерфейс UDMA

Южный мост

Жесткий диск

Дисководы

CD

DVD

Сканер

Плоттер

Web-камера

Шина

USB

Порт LPT

PS/2

COM порт

Мышь

Внешний модем

Клавиатура

Принтер

Рис.4.3.Логическая схема материнской платы

Пояснения:

UDMA (Ultra Direct Memory Access)-сверх прямой доступ к памяти

SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс малых компьютерных систем. Шина обеспечивает доступ 8,16 или более устройств.

PS/2-разъем для подключения клавиатуры

COM-последовательный порт. Для передачи данных используется одна линия.

LPT-параллельный порт. Для передачи данных используется восемь линий.

IDE (Integrated Drive Electronics-интегрированный электронный драйвер)-интерфейс для подключения жесткого диска со встроенным контроллером.

ATA (AT Attachment -разновидность IDE, используется для обеспечения работы не только жестких дисков, но также дисководов CD и DVD.

DDR (Double Date Rate-двойная выборка данных в течение одного цикла) –это удваивает быстродействие памяти.

10