Компоновка материнской платы

Материнская плата содержит следующие основные компоненты:

· подсистема обработки данных;

· подсистема электропитания;

· вспомогательные (сервисные) блоки и узлы.

Основные компоненты подсистемы обработки данных материнской платы приведены на рис. 1.3.14.

Рис.?????. Основные компоненты подсистемы обработки данных материнской платы:

1 – гнездо процессора; 2 – фронтальная шина; 3 – северный мост; 4 – тактовый генератор; 5 – шина памяти; 6 – разъемы оперативной памяти; 7 – разъемы IDE (ATA); 8 – разъемы SATA; 9 – южный мост; 10 – разъемы IEEE 1394; 11 – разъемы USB; 12 – разъем сети Ethernet; 13 – аудиоразъемы; 14 – шина LPC; 15 – контроллер Super I/O; 16 – порт PS/2;

17 – параллельный порт; 18 – последовательные порты; 19 – разъем Floppy Disk;

20 – BIOS; 21 – шина PCI; 22 – разъемы PCI; 23 – разъемы AGP или PCI Express;

24 – внутренняя шина; 25 – Шина AGP/PCI Express; 26 – разъем VGA

Тактовой генератор создает электрические импульсы заданных частот для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах. В старых материнских платах генератор создавал на выходе тактовые импульсы на основной частоте, а также на нескольких частотах, кратных основной частоте (например, в два раза большей или в два раза меньшей, чем основная частота). В современных платах используется программируемая схема генерации, при которой основная частота используется для управления работой микросхемой генератора, а выходные частоты определяются используемой микросхемой и не зависят от основной частоты.

Набор микросхем, или чипсет (chipset), определяет функциональные возможности материнской платы: тип и количество устанавливаемых процессоров, тип и объем оперативной памяти, тактовую частоту используемых шин и некоторые другие характеристики. В современных материнских платах этот набор состоит из двух микросхем (chips), называемых северным мостом и южным мостом.

Северный мост управляет совместным функционированием процессора, внутренней (оперативной) памяти, а также устройств, подключаемых к шине AGP/PCI Express (обычно это либо видеокарта AGP, либо видеокарта PCI Express).

Северный мост подключается к процессору с помощью фронтальной шины – FSB (Front Side Bus), называемой также системной шиной, а к оперативной памяти – с помощью шины памяти.

Управление взаимодействием с процессором, памятью и устройствами AGP/PCI Express выполняется с помощью контроллеров, встроенных в микросхему северного моста. В некоторых реализациях микросхем содержится также видеоконтроллер, выполняющий функции видеокарты. В этом случае дисплей можно подключить непосредственно к материнской плате, используя рассматриваемый ниже разъем VGA.

Северный мост соединяется с южным с использованием специальной внутренней шины.

Южный мост реализует, с помощью встроенных в него контроллеров, управление устройствами с интерфейсом IDE (ATA), SATA, IEEE 1394 (Firewire) и USB. Кроме того, южный мост может содержать сетевой контроллер, выполняющий функции сетевого адаптера для подключения к сети Ethernet, а также аудиоконтроллер, выполняющий функции звуковой карты, для подключения микрофона и акустической системы. Контроллеры IEEE 1394 и USB, а также сетевой контроллер и аудиоконтроллер могут быть реализованы на материнской плате в виде отдельных микросхем.

Шина LPC (Low Pin Count – с небольшим количеством контактов) фактически заменяет в современных компьютерах шину ISA. В отличие от ISA, шина имеет меньшее число контактов, однако функционирует при более высокой частоте (33 МГц вместо 8 МГц в шине ISA). К этой шине подключается микросхема BIOS, а также микросхема Super I/O, содержащая контроллеры для управления низкоскоростными устройствами, такими, как дисковод гибких дисков (Floppy Disk), а также устройствами, подключаемыми к последовательному порту, параллельному порту и порту PS/2.

Подсистема электропитания

OSPM - Operating System-directed Power Management

Рис. 1.3.14. Основные компоненты материнской платы

Компоненты материнской платы можно разделить на четыре группы:

· набор микросхем высокой степени интеграции;

· дополнительные компоненты;

· разъемы (слоты) для подключения устройств;

· вспомогательные (сервисные) блоки и узлы.

Набор микросхем, или чипсет (chipset), определяет функциональные возможности материнской платы: тип и количество устанавливаемых процессоров, тип и объем оперативной памяти, тактовую частоту системной шины и некоторые другие характеристики.

Шина LPC (Low Pin Count – с небольшим количеством контактов) фактически заменяет в современных компьютерах шину ISA. В отличие от ISA, шина имеет меньшее число контактов, однако функционирует при более высокой частоте (33 МГц вместо 8 МГц в шине ISA). Это шина предназначена для подключения низкоскоростных устройств, таких как клавиатура, мышь или дисковод гибких дисков.

Рис.?????. Разъемы электропитания на материнской плате:

а) 20-контактный разъем для подключения к блоку питания; б) 24-контактный разъем для подключения к блоку питания; в) 4-контактный разъем напряжением 12V;

г) 4-контактный разъем для подключения вентилятора CPU; д) 3-контактный разъем для подключения вентилятора

Количество микросхем, а также набор функций, реализованных как в отдельных микросхемах набора, так и во всем наборе микросхем, существенно зависят от фирмы-производителя. Кроме того, выходят новые версии наборов микросхем с новыми возможностями и в другом конструктивном оформлении. С появлением процессоров Pentium наиболее широкое распространение получили наборы микросхем фирмы Intel, поскольку (в отличие от конкурентов) она сама разрабатывает и производит процессоры и начинает разработку соответствующих микросхем параллельно с разработкой своих процессоров.

Взаимодействие между компонентами и устройствами компьютера, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью мостов, реали­зованных на одной из микросхем соответствующего набора.

Так главный мост на рис. 1.3.2 обеспечивает интерфейс с процессором, оперативной памятью и шиной AGP (этот мост часто называют северным мостом). Главный мост связан с мостом ATA/PCI/USB (южным мостом), который, в свою очередь, обеспечивает связь с устройствами по интерфейсам PCI, ATA, Serial ATA и USB. Этот мост реализует также механизм прямого доступа в память с использованием управления шиной и интерфейс с контроллером IEEE 1394.

Контроллер IEEE 1394 управляет обменом данных между подключенными по интерфейсу IEEE 1394 устройствами и компьютером.

Микросхема контроллера Super I/O содержит контроллеры клавиатуры, гибкого диска, параллельного и последовательных портов, а также интерфейс с BIOS.

Микросхема BIOS содержит память только для чтения и память CMOS.

На некоторые материнские платы фирмы-производители устанавливают дополнительные компоненты, также реализуемые с помощью микросхем. Эти компоненты выполняют функции видеоадаптера, звуковой карты, сете­вой карты и т. д., что позволяет сэкономить место в корпусекомпьютера и увеличить количество свободных слотов, а также снизить суммарную стоимость оборудования за счет интеграции. Дополнительные компоненты не исключают возможности установки соответствующих устройств (например, звуковой карты). В этом случае компонент на материнской плате просто отключается.

На материнскую плату обычно выводятся следующие разъемы:

· гнездо для подключения процессора;

· разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти (количество и тип разъемов зави­сит от типа материнской платы);

· разъемы для подключения накопителей жестких дисков, дисководов CD и DVD по интерфейсам ATA и Serial ATA;

· разъем для подключения дисковода гибких дисков;

· разъем (слот) для подключения видеокарты по интерфейсу AGP;

· разъемы (слоты) для установки карт расширения по интерфейсу PCI и (в старых платах) по интерфейсу ISA;

· разъемы для подключения внешних устройств (рис. 1.3.15)

· разъем для подключения электропитания.

Рис. 1.3.15. Разъемы материнской платы для подключения внешних устройств

В состав материнской платы входят следующие основные сервисные компоненты:

· генератор тактовой частоты;

· аккумуляторная батарея;

· двухпозиционные переключатели.

Генератор тактовой частоты, или тактовый генератор (System Clock) синхронизирует работу различных компонентов компьютера. Минимальный проме­жуток времени, определяемый тактовым генератором, называют циклом. Частота работы тактового генератора FSC (Frequency of System Clock) измеряется в мегагерцах (миллион циклов в секунду).

Первые компьютеры имели один тактовый генератор, который с частотой 8 МГц синхронизировал работу процессора, памяти и шины ввода/вывода. С раз­витием компонент компьютера возникла необходимость в использовании нескольких тактовых генераторов. Как правило, современные компьютеры оборудованы 4-5 тактовыми генераторами, работающими синхронно на различных частотах. Когда гово­рят о тактовой частоте системы, то всегда имеют в виду тактовую частоту системной шины. Тактовые частоты всех остальных компонентов компьютера явля­ются кратными частоте системной шины.

Аккумуляторная батарея обеспечивает хранение установок CMOS Setup и работу системного таймера. Следует отметить, что из-за дефектной или разрядившейся батарейки не только нарушится правильный отсчет времени, но одновременно будет потеряна и информация памятиCMOS.

Двухпозиционные переключатели обычно располагаются на материнской плате в виде одного или нескольких блоков. Значения их состояний приводится в техническом описании каждой конкретной материнской платы. Новые материнские платы настраиваются в основном с помощью CMOS Setup и имеют один или два переключателя.