Классификация материнских плат по форм-фактору

МАТЕРИНСКАЯ ПЛАТА

Матери́нская пла́та (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express

При всей своей внешней простоте системная плата — весьма сложный «организм», от каждой части которого зависит быстродействие и стабиль­ность работы вашего компьютера.

Сегодня на рынке материнских плат выделяются три лидера:

· Intel— по понятным причинам ее чипсеты рассчитаны на работу толь­ко с собственными процессорами. Самый консервативный выбор — надежные и достаточно удачные наборы микросхем. Большинство чипсетов Intel для процессора Pentium 4, выпущенных в 2006 г., от­носятся к семействам: 955 («бюджетные» модели процессоров) и 975 (для высокоскоростных процессоров).

· VIA— теоретически эта компания выпускает чипсеты для обеих плат­форм, но ее коньком все-таки считаются наборы микросхем для про­цессоров AMD. В 2005 г. наибольшая популярность выпала на долю чипсета РТ890 (Pentium 4) и КТ890 (AMD 64).

· NVIDIA — один из немногих производителей, выпускающих чипсеты для обоих платформ! На рынок чипсетов NVIDIA вышла сравнитель­но недавно, и пока что ее продукция вызывает лишь положительные эмоции. Особенно подходит этот чипсет для любителей компьютер­ных игр, благодаря технологии SLI (поддержка двух видеоплат одно­временно). Платы на основе чипсетов nForce 5 — пожалуй, лучшие «материнки» ушедшего года.

Существуют стандарты материнских плат, которые различаются размером, размещением разъемов, размещением отверстий внутри платы, с помощью которых материнскую плату присоединяют к системному блоку. Современные компьютеры используют стандарты ATX( либо mini ATX), NLX. Соогласно стандарту NLX в компьютере устанавливается ризер-карта. Ризер-карта имеет стандартные разъемы PCI, AGP куда вставляются все необходимые карты расширения, а также и сама материнская плата.

В состав платы входят:

· Базовый набор микросхем — «чипсет», с помощью которого материн­ская плата и осуществляет контроль над всем происходящим внутри системного блока.

· Шина — информационная магистраль, связывающая их воедино. Именно по шине передаются сигналы между всеми видами компью­терной «начинки» и именно через посредство шины доставляется ин­формационный «корм» трудяге-процессору.

· Память.

· Набор разъемов и портов для подключения отдельных устройств(четыре порта USB, IEEE1394)

· Небольшая микросхема BIOS — координационный центр системной платы, управляющий всеми ее возможностями.

· Встроенные (или интегрированные-) дополнительные устройства.

Есть на системных платах и множество других разъемов и устройств, напри­мер, переключатели «джамперы», с помощью которых можно отрегулировать некоторые параметры работы материнской платы или «обнулить» содержи­мое микросхемы BIOS

Чипсет. Системная плата содержит много микросхем, но все же большую часть функций выполняют несколько микросхем, которые в сово­купности называются простым русским словом — «чипсет». Именно от чип­сета зависит, какой тип процессоров и памяти будет поддерживать системная плата, и какая будет скорость передачи даных.

Поскольку основная функция материнской платы — «наводить мосты» между устройствами, то неудивительно, что главные составляющие любого чипсета также называются «мостами». Каждый из двух имеющихся в любом чипсете «мостов» — это специальный чип-микросхема (сегодня оба «моста» иногда уживаются на одном чипе). У каждого из двух «мостов» существует свой четко очерченный круг задач:

· Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

· Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Общаются «мосты» с помощью высокоскоростной магистрали — «шины». И чем больше ее частота — тем быстрее работает компьютер (как видите, не все в этом мире зависит от частоты процессора). Впрочем, архитектура системных плат пусть медленно, но меняется. Во-первых, появляются но­вые локальные шины, вроде PCI-Express, а старые «уходят», вроде AGP, a до этого — ISA. Во-вторых — изменяется архитектура чипсетов. Если еще лет 5 назад чаще всего шиной PCI управлял «северный мост», который че­рез нее соединялся с «южным», то сейчас, при «хабовой» архитектуре чип­сета, этой шиной управляет «южный мост», а соединены «мосты» новой, более производительной шиной. Причем в самое последнее время — той же PCI-Express!

Как и в случае с процессорами, в каждом семействе чипсетов есть еще несколько различных модификаций. Например, существуют варианты чип­сетов, отличающиеся друг от друга наличием (или отсутствием) встроенно­го видеоконтроллера, частотой процессорной шины, поддержкой разных типов памяти, наличием тех или иных «дополнительных» технологий

Тип процессорного разъема.Каждый год на рынке сменяются несколько типов разъемов. Напри­мер, в конце 2006 года стандартом были платы с разъемом Socket AM2 (для процессоров AMD) и LGA 775 (Intel),(Xeon QuadCore поддерживает форм-фактор LGA 771). LGA 1156, LGA 1366. На них и стоит ориентироваться при покупке нового компьютера, по крайней мере, еще в течение двух-трех ме­сяцев. А вот выбирать для процессоров AMD системную плату на основе Socket 939 было бы ошибкой — в этом случае вы будете намертво привяза­ны лишь к процессорам устаревшей линейки. Socket 1207..

Тип памяти. Правильно подобранный тип оперативной памяти для быс­тродействия компьютера не менее важен, чем модель процессора, — тем более, что именно память в последнее время становится «узким местом» на информационной магистрали. Вот почему кардинальное отличие многих новых моделей чипсетов от их предшественников как раз и заключается вподдержке новых типов памяти.

Например, если системные платы для процессоров Intel давно переклю­чились на работу с памятью DDR2, DDR3, то вплоть до середины 2006 года компьютеры на основе процес­соров AMD работали с более медленной памятью DDR.

Интегрированные устройства. Как правило, большинство таких устройств представлены на системной плате в виде контроллеров и кодеков — небольших специализированных микросхем, входящих в состав чипсета (звук, графика, сеть)..

Согласно словарю, контроллером называется своеобразная «точка входа», устройство для под­ключения к системной плате внешних устройств и управления ими. Таких контроллеров на систем­ной плате — множество. Но в этом разделе мы опишем лишь два из них, отвечающих за работу с хранилищами информации — накопителями.

КОНТРОЛЛЕР RAID. Платы, снабженные этим контроллером, позволяют объединять несколько жестких дисков в единый «массив». Стандарт­ным он не является, и не стоит беспокоиться, если ваша материнская пла­та им не оснащена.Новый стандарт интерфейса жестких дисков – контроллеры SerialATA (SATA). Они оснащенные поддержкой технологии RAID, позволяют объединять несколько жестких дисков в единый «массив»

КОНТРОЛЛЕРЫ IDE. Контроллеры IDE предназначены для подключения к материнской плате внутренних устройств хранения и чтения информации — жестких дисков, дисководов DVD и CD-ROM и т. д. На большинстве системных плат, где еще сохранились контроллеры IDE, их установлено два — при этом к каж­дому из них можно подключить до двух устройств: ведущее (Master) и ве­домое (Slave).

Первым ведущим всегда становится жесткий диск — ведь именно с него производится загрузка системы. Вторым ведущим, как правило, ставится дисковод DVD. Под старый «флоппи-дисковод» емкостью 1,44 Мб отведен специальный разъем, подключить какое-либо дру­гое устройство к которому невозможно. Если вы собираете компьютер «с нуля» - откажитесь от шь в пользу нового стандарта — Serial ATA.

Звук.Встроенный звук уже несколько лет считается обязательным компонентом системной платы. Чаше всего «озвучкой» занимается небольшая микросхема-кодек, которая переводит аналоговый сигнал в цифровой и наоборот. Существуют два основных варианта встроенных кодеков: кодек старого образца под названи­ем АС 97 и новый, улучшенный кодек HDA (High Definition Audio). Суще­ствует и третий вариант: некоторые фирмы-производители предпочитают ус­танавливать на свою плату полноценную микросхему для работы со звуком, как правило, производства Creative, SIS или C-Media. Этот вариант в ряде случаев дает некоторое улучшение качества звучания, а заодно и ряд допол­нительных возможностей. К сожалению, далеко не все производители указы­вают, какой именно тип звуковой подсистемы имеется на их плате. И нам остается ориентироваться лишь по косвенным признакам — таким, как ко­личество каналов. Если ваша плата поддерживает восьмиканальный звук, есть шанс, что на ней установлен кодек нового образца.

Сеть.Она давно уже заняла в наших компьютерах место модема — боль­шинство современных «персоналок» сегодня объединены в сети. Так что контроллер для подключения локальной сети должен быть обязательно — вопрос лишь в том, какого стандарта. Чаще всего системные платы осна­щены 10/100 мегабитным контроллером — его вполне достаточно для рабо­ты в нынешних сетях. Но можно выбрать и более современный вариант — Gigabyte Ethernet, способный передавать данные со скоростью до 1 Гбит/с, то есть, в десять раз быстрее! Реально эта скорость вам понадобится только в том случае, если вы объединяете в сеть компьютеры, каждый из которых оснащен именно таким контроллером. Но его наличие свидетельствует об относительной новизне вашей платы.

Графика. Внекоторых чипсетах имеется также и встроенная видеосисте­ма(заменяющая видеоплату), мощности которой вполне достаточно для обычной, двухмерной графики. А в ряде случаев (например, у NForce 4) «встроенная» видеоплата может конкурировать и с отдельной видеоплатой низшего ценового класса. Этот вариант идеален для покупателей офисных и домашних компьютеров, для которых игровые возможности не слишком важны.

Разъемы-«слоты» стандарта PCI.Вот уже десять лет слоты PCI остаются основным стандартом для подключения внешних плат (звуковая карта, встроенный.модем, дополнительные контроллеры ит.д.). На современной материнскойплате слотов PCI. как правило четыре. На сегодняшних системных платах старые PCI-слоты сочетаются с новыми разъемами — PCI-Express, появившимся в 2004 году. Их скоростной показатель составляет около 4 Гб/с! Каждому подключенному к новой шине устройству выделяет­ся собственный канал передачи данных (его пропускная способность огра­ничена 250 Мб/с). При этом, в случае необходимости, возможно использо­вание нескольких каналов сразу, что происходит, например, при передаче данных к видеоплате.

Помимо уже перечисленных достоинств новой шины, у PCI-Express есть еще несколько козырных тузов в рукаве — в частности, возможность «го­рячей замены» любого подключенного к ней устройства. Вынуть плату из ра­ботающего компьютера и вставить новую, не выключая системный блок — еще недавно это казалось абсолютной фантастикой.

BIOS — это своего рода мост между миром «железа» и миром программ. Она представляет набор программ, используемых для управления основными устройствами компьютера. Базовая система ввода-вывода позволяет отображать на экране компьютера символы и графику, записывать и читать данные с магнитных дисков, печатать на принтере и решать много других важных задач.. Это первая из программ, с которой начинает ра­ботать ваш компьютер непосредственно после его включения.

Расшифровка этой аббревиатуры — Basic Input-Output System— Базовая система ввода-вывода. Точнее — система контроля и управления подключенными к компьютеру устройствами. BIOS — это первый и самый важный из мостиков, связующий между собой «аппаратную» и «программ­ную» часть компьютера. Случись с ним неполадка — и ваш компьютер даже не загрузится.

В BIOS заложены основные параметры, необходимые компьютеру для того, чтобы правильно распознать такие устройства, как жесткий диск, на котором хранится вся ваша информация, оперативная память — сколько ее, какого она типа.

Программа BIOS размещается в модуле памяти ROM и содержит такие составляющие:

· Программу начальной загрузки;

· Тестовую программу проверки системы самотестирования (POST – Power On Self Test);

· Программу конфигурации компьютера (SMOS Setup)

· Драйверы устройств.

После включения компьютера исполняются следующие шаги:

· Процессор ищет в BIOS программу запуска (адрес – FFFF0 ROM BIOS)и запускает ее;

· Программа запуска вызывает программу POST (Power On Self Test), которая проверяет наличие устройств, необходимых для нормального функционирования компьютера и тестирует их. В случае отсутствия устройств или их неисправности выводится звуковое сообщение (сообщения об различных неисправностях отличаются по длительности и количеству). В случае фатальной ошибки загрузка прекращается.

· Программа POST обращается к драйверу видеокарты. Если видеосистема найдена и протестирована, то в дальнейшем сообщения выводятся на экран монитора.

· Аналогично программа POST обращается к другим устройствам, тестирует их и выводит сообщения.

· Далее программа ищет в SMOS памяти устройство, с которого в дальнейшем будет происходить запуск операционной системы (обычно жесткий диск) и передает дальнейшее управление конкретной операционной системе.

Во время выполнения программа POST можно запустить программу SMOS Setup (обычно клавиша Del). Данная программа различна для разных моделей BIOS, но модели имеют много общего. В большинстве случаев нет необходимости в переконфигурации компьютера так выполняется автоматическая настройка на оптимальные значения параметров функционирования компьютера.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

· Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

· Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

· Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы).

ОСНОВНАЯ ПАМЯТЬ

Память компьютера бывает энергозависимой и энергонезависимой и делится на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя память

Внутренняя память (память, расположенная на материнской плате)включает оперативную или системную память, память ВIOS (ROM BIOS), память устройств компьютера, кэш-память, регистровую память.

Регистровая память – это процессорная память небольшого объема, предназначена для хранения информации, обрабатываемой в настоящий момент времени.

Оперативная память предназначена в основном для хранения выполняемых программ и их данных в течение всего времени, пока компьютер работает. Она подобна грифельной доске, информация на которой постоянно вытирается, заменяется новой и полностью исчезает после выключения компьютера. В 1984 году Билл Гейтс сказал, что любому пользователю будет достаточно памяти объемом 640 кБт. На сегодняшний день требуемый объем ОЗУ 2 – 4 Гбт.

К памяти устройств относится видеопамять монитора (от 256 Мбт - 1 Гбт) клавиатуры (8 кбт), буферная память (принтеров 8-128 кбт)

Кэш память представляет собой специально выделенную область быстродействующего носителя, предназначенную для хранения наиболее часто используемых данных. В дальнейшем, когда программе вновь потребуются эти данные, она сможет их прочитать из кэша за более короткое время.

Оперативная и кэш память является энергозависимой памятью и делится на динамическую и статическую.

Динамическая память (DRAM) построена на микросхемах, которые требует периодической регенерации (восстановления) информации. Элементом памяти DRAM является конденсатор, заряженному состоянию конденсатора соответствует 1, разряженному -0. Так как емкость конденсатора очень маленькая, то он требует периодического восстановления. Восстановление проходит во время операций считывания данных, а также восстановлением занимается специальная схема регенерации.