1. Основные компоненты материнской платы

На материнской плате размещаются следующие компоненты:

• Процессор, установленный в специальный разъем. Для охлаждения процессора на него обычно устанавливается кулер (радиатор с вентилятором);

• Микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней кэш-памяти). Во многих процес­сорах, например, Pentium III корпорации Intel, эти микросхемы устанавливаются на плате картриджа самого процессора;

• Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти. В настоящее время используются разъемы с 72 контактами для модулей SIMM и с 168 контактами - для модулей DIMM. В некоторых материнских платах применяются разъемы для модулей RIMM.Количество и тип разъемов на разных материнских платах может быть различным;

• Разъемы (слоты) для установки карт расширения. Как правило, на старых материн­ских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. Современные модели материнских плат оборудованы слотом AGP, а разъемов ISA на них уже нет;

• Микросхема перепрограммируемой памяти (EEPROM), в которой хранятся програм­мы базовой системы ввода/ввода (BIOS), начальной проверки компьютера, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки (CMOS Setup) и т.п.;

• Разъемы для подключения жестких и гибких дисков, устройств для чтения и записи дисков CD и DVD, последовательные порты СОМ для подключения таких устройств, как мышь, модем и др., параллельные порты LPT для подключения принтера, сканера ,некоторых типов накопителей со съемными дисками и др., а также порты USB;

• Системный набор микросхем (Chipset - [чипсет]) для управления обменом данными между всеми компонентами персонального компьютера. Две основные микросхемы чипсета называются «северным мостом» и «южным мостом»;

• Аккумуляторная батарея для питания микросхемы памяти CMOS, в которой хранятся текущие настройки BIOS (CMOS Setup) и системных часов.

Дополнительно на некоторых материнских платах могут быть установлены микросхемы, выполняющие функции видеоадаптера, звуковой карты, сетевой карты и т.д. Как правило, подобные материнские платы выполнены в форм-факторе LPX или mini-LPX. Интеграция перечисленных устройств на материнской плате помогает экономить место в корпусе персонального компьютера и позволяет подключать другие устройства в освободившиеся слоты расширения.

Все компоненты материнской платы связаны друг с другом посредством шин - проводников, по которым обмениваются информацией компоненты и устройства персонального ком­пьютера. Шина (Bus) отличается от простого проводника тем, что имеет три типа линий из параллельных проводов, по числу которых определяется разрядность этих линий:

• линии данных (шина данных);

• линии адреса (шина адреса);

• линии управления (шина управления).

Кроме этого, каждая шина имеет контроллер. Контроллер шины осуществляет управле­ние процессом обмена данными и служебными сигналами и обычно выполняется в виде отдельной микросхемы либо интегрируется в микросхемы чипсета.

По шине данных происходит обмен данными между центральным процессором и уста­новленными в слоты памятью и картами расширения. Особую роль при этом играет так называемый режим DMA (Direct Memory Access - Прямой доступ к памяти). Управление обменом данными в этом режиме осуществляется DMA-контроллером, минуя централь­ный процессор. DMA-контроллер обычно интегрируется в одну из микросхем чипсета.

Чем выше разрядность шины данных, тем больше данных может быть передано за опре­деленный промежуток времени и тем выше производительность персонального компью­тера. Компьютеры с процессором 80286 имели 16-разрядную системную шину данных, с процессором 80386 и 80486 - 32-разрядную, а компьютеры с процессорами семейства Pentium имеют уже 64-разрядную системную шину данных.

Максимальный объем адресуемой оперативной памяти зависит от разрядности адресной шины (числа линий) и равен 2ⁿ, где n - число линий шины адреса. Компьютеры с процессором 8088 имели 20 адресных линий в систем­ной шине данных и могли адресовать память объемом лишь 1 Мб (2²⁰ = 1048 576 байт), с процессором 80286 - 24 адресные линии, а компьютеры с процессором 80486 и выше имеют уже 32-разрядную шину адреса, с помощью которой можно адресовать 4 Гб памяти.

Для того, чтобы данные были записаны/считаны в регистры устройств, подключенных к шине, необходим ряд служебных сигналов, которые переда­ются по шине управления.

Шина управления предназначена для обмена информацией между двумя и более устройствами. Шина, связывающая только два устройства, называется портом. Обычно шина имеет места для подключения внешних устройств, которые при подключении сами становятся частью шины и могут обмениваться информацией со всеми другими подключенными к ней устройствами.

В персональном компьютере имеются следующие типы шин, различающиеся по своему функциональному назначению:

• системная шина (или шина центрального процессора). Часто системную шину назы­вают английской аббревиатурой FSB (Front Side Bus - шина переднего плана);

• шина AGP для подключения видеоадаптера;

• шина кэш-памяти, предназначенная для обмена информацией между централь- ным процессором и кэш-памятью;

• шина памяти, используемая для обмена информацией между оперативной памя- тью и центральным процессором;

• шины ввода/вывода (интерфейсные шины - PCI, IEEE 1394, USB).

Электрические цепи материнской платы, связывающие центральный процессор с опера­тивной и кэш-памятью, образуют системную шину компьютера. Обмен информацией по системной шине осуществляется под контролем одной из микросхем, входящих в Чипсет, которую называют «северным мостом». Системная шина является самой быстродейст­вующей. Для оценки быстродействия системной шины используется характеристика, называемая пропускной способностью. Пропускная способность шины измеряется в максимально возможном объеме информации, которую можно передать по шине за еди­ницу времени. (Мбайт/сек.). Пропускная способность шины определяется разрядностью ее линии данных и тактовой частотой, которая у современных материнских плат состав­ляет 100 МГц и выше.

Как уже отмечалось ранее, системная шина работает под управлением контроллера, ин­тегрированного в одну из микросхем чипсета («северный мост»). Этот кон­троллер в свою очередь образует обычно две интерфейсные шины: PCI (Peripheral Component Inter­connect - Шина соединения периферийных компонентов) и AGP (Accelerated Graphics Port - Ускоренный графический порт). Шина PCI предназна­чена для связи центрального процессора с наиболее быстродействующими устройст­вами компьютера, такими, как сетевые платы, дополнительные видеоадаптеры и т.д. Шина AGP была разработана спе­циально для ввода и вывода графической информа­ции непосредственно в оперативную память. Шина AGP обладает большей пропуск­ной способностью по сравнению с PCI.

К шине PCI подключен контроллер (вторая микросхема из чипсета - «южный мост»), который образует другие интерфейсные шины и управляет ими: ISA (на ста­рых материн­ских платах), USB (Universal Serial Bus - Универсальная последователь­ная шина) и IЕЕE 1394 (Insti­tute of Electrical and Electronic Engineers 1394 - Стандарт института инженеров по электротех­нике и электронике № 1394), которая также носит название FireWire («огненный провод»).Контроллер жесткого диска подключается к контроллеру «южного моста». Контрол­лер дисковода для чтения 3,5-дюймовых дискет подключается к шине ISA. Шина ISA является самой медленной интерфейсной шиной по сравнению с но­выми, бо­лее быстродействующими шинами USB и FireWire. В современных ма­теринских платах она отсутствует. С появлением шин USB и FireWire все больше подключаемых к компь­ютеру внешних устройств поддерживают новые стандарты интерфейсных шин.