double arrow

Разновидности системных плат

Рис. 5.4. Системная плата ТС430НХ

Системные платы



9. Разъем типа Socket 7 для микропроцессора.

10. Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня.

11. Разъем питания материнской платы (два раздельных напряжения питания 2,8 и 3,3 В).

12. Регулятор напряжения.

13. Разъемы (слоты) для микросхем оперативной памяти.

14. Разъем для подключения вентилятора микропроцессора.

15. Разъем для подключения дисководов гибких дисков.

16. Набор системных микросхем — чипсет i430HX.

17. Разъемы передней панели.

18. Разъем первичного канала дискового интерфейса IDE.

19. Разъем вторичного канала дискового интерфейса IDE.

20. Аккумулятор для системы CMOS (в том числе и для внутреннего таймера).

21. Интегральная схема контроллера шин PCI/ISA/IDE.

22. Блок конфигурационных перемычек («джамперов»).

23. Пьезоэлектрический системный динамик.

24. Интегральная схема контроллера ввода-вывода (для универсальной шины USB), поддерживающего интерфейсы гибких дисков, последовательных и параллель­ного порта, часов реального времени (таймера), контроллера клавиатуры и т. д.



Глава 5. Микропроцессоры и системные платы


25. Видеопамять — память графики типа EDO (2 Мбайта).

26. Видеокарта — графический контроллер S3 VIRGE, поддерживающий растро­вую и трехмерную графику.

27. Разъемы шины расширения ISA.

28. Разъем для внешних адаптеров работы с видео.

29. Разъемы расширения локальной шины PCI.

В настоящее время десятки фирм выпускают большое число различных систем­ных плат, отличающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими мик­ропроцессоров, и по тактовой частоте их работы, и по величине рабочих напря­жений и т. д.

Тип системной платы определяет прежде всего базовый микропроцессор. Поскольку микропроцессоры фирмы Intel и процессоры некоторых других фирм, в частности фирмы AMD, используют электрически разные интерфейсы и геометрически раз­ные разъемы, то следует разделить все материнские платы на две группы по типу процессорного разъема: «интеловские» СП и прочие. Поскольку МП фирмы Intel распространены гораздо шире, в дальнейшем основное внимание уделим именно им. Так, по типу поддерживаемых Intel-микропроцессоров, СП можно разделить на следующие группы:

□ платы, рассчитанные на МП 8086, 8088, в новых компьютерах они уже не применяются более десятка лет, но кое-где, особенно в нашей стране, их най­ти еще можно;

□ платы для МП 80286 тоже устарели, но кое-где еще используются (для МП 80386 и выше непригодны);

□ платы для микропроцессоров 80386 и 80486 — используются в соответствую­щих ПК прежних лет выпуска; следует иметь в виду, что системные платы, установленные в компьютерах с МП 80386, часто не пригодны для установки МП 80486, а в компьютерах с МП 80486 чаще всего несовместимы с МП Pentium (в случае модернизации (upgrade) при замене МП приходится ме­нять и системные платы); некоторые из плат этой группы позволяют устанав­ливать дополнительно МП Over Drive, расширяющий характеристики основ­ного микропроцессора до уровня характеристик МП Pentium. В этой группе определены многие важные параметры системных плат, характеризующие современные СП и поныне, в частности, стандартным стал тип микропроцес­сорного разъема с нулевым усилием сочленения (тип ZIF — Zero Insertion Force), что позволяет проводить замену МП в домашних условиях без приме­нения специальных инструментов;

□ платы для МП Pentium и Pentium Pro рассчитаны на напряжения питания 3,3 В и 5 В и тактовые частоты 60, 66, 75 МГц. СП, ориентированные на МП Pen­tium Pro, отличаются лишь другим процессорным разъемом и отсутствием кэш­памяти второго уровня, которая интегрирована непосредственно на плату МП;

□ платы для МП Pentium MMX, отличающиеся от плат для МП Pentium и Pen­tium Pro двумя раздельными напряжениями питания (2,8 В и 3,3 В), наличи-


Системные платы



ем модифицированного процессорного разъема Socket 7 и специальной мик­росхемы BIOS, поддерживающей ММХ;

О СП для МП Pentium II (а также и Celeron) имеют разъем Slot 1 или Socket 370, пониженное напряжение питания 2,0 В; у них отсутствует кэш-память 2-го уровня. Материнские платы этой группы (в частности с чипсетами iBX) впер­вые могут работать с тактовыми частотами 100, 133, 150 МГц;

□ СП для микропроцессоров Pentium III с новыми разъемами типа Socket 370 (для Xeon — Slot 2) используют еще более низкие напряжения — 1,65 В и рабо­тают с чипсетами iBX, iGX, iZX, i810, i815, i820, i840, VIA Apollo Pro и неко­торыми другими, поддерживающими тактовые частоты от 100 до 266 МГц;

□ СП для микропроцессоров Pentium 4 с разъемами Socket 423 или Socket 478, раздельными напряжениями питания 5 уровней от 1,1 В до 1,8 В, на чипсете i850 поддерживающие тактовые частоты до 400 МГц.

Важным параметром системной платы является тактовая частота (FSB) на кото­рой она работает: современные СП имеют рабочие частоты 100, 133, 150, 200, 266 и даже 400 МГц. Этот параметр особенно влияет на производительность ПК, вы­полняющего задания, не содержащие большого количества математических опе­раций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, большин­ство преобразований экономической информации).

Socket 7, Slot l, Socket 370, Socket 8, Slot 2, Slot A, Socket 423 — процессорные разъемы, установленные на материнской плате. Спецификация разъема опреде­ляет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, электрические параметры, определяет порядок взаимодействия с шинами данных, особенности взаимодействия с оперативной памятью и т. п.

Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат. Форм-фактор определяет не только внешние размеры системных плат, но и ряд специфических параметров, характеризующих функциональные и эксплуатационные свойства СП:

Full-size Л Г размером 12 х 13,8 дюйма (использовались в первых моделях IBM
PC, сейчас не выпускаются);

О Baby AT — имеют ширину 8,57 и длину 13,04 дюйма, и их разновидность Mini AT — 8,57 х 9,85 дюйма; они могут устанавливаться во все корпуса, кро­ме Slim line (выпускаются, но также постепенно устаревают);

О полномасштабные платы Л Г отличаются от Baby AT только размером — ши­рина их составляет 12 дюймов, что затрудняет их установку в корпус;

a LPX и Mini LPX размером 9 х 13 и 8,2 х 10,4 дюйма, соответственно — уста­навливаются в сверхнизкие корпуса SlimLine;

а АТХ — самый распространенный типоразмер системной платы, 9,6 х 12 дюй­мов, отличающийся от Baby AT более удобным расположением элементов на плате (позволяет легко без снятия платы менять ее элементы), лучшей вен­тиляцией (не требуется устанавливать отдельный вентилятор на микропро­цессор), наличием разъема новой универсальной шины USB и возможностью дистанционного выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. На плате установлены разъемы только под модули оперативной памяти DRAM. В 1997 году была представлена модификация MiniATX — СП разме­ром 9,6 х 9,6 дюймов.



Глава 5. Микропроцессоры и системные платы


Системные платы поддерживают разные виды интерфейсных системных, локальных и периферийных шин. От состава поддерживаемых шин, количества слотов для этих шин, имеющихся на СП, существенно зависит эффективность работы ПК в целом. От типа используемого на СП набора системных микросхем (чипсета) зависят многие важные характеристики ПК. Чипсеты определяют во многом тактовую час­тоту шин СП, обеспечивают надлежащую работу микропроцессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонен­тами ПК. В частности, они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого до­ступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной — все те компоненты, ко­торые в оригинальной IBM PC были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памя­тью и иногда — контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных микросхем. В последних разработках в состав микросхем набо­ров для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы:

□ типы поддерживаемых процессоров;

□ структуру и объем кэш-памяти;

□ возможные сочетания типов и объемов модулей памяти;

□ поддержку режимов энергосбережения;

□ возможность программной настройки параметров и т. п.

Современные системные наборы состоят из двух базовых микросхем с условными именами северный мост (North bridge) и южный мост (South bridge). Северный мост обеспечивает управление четырьмя компонентами: шиной оперативной па­мяти, интерфейсными шинами PCI, AGP и системной шиной МП, поэтому его иногда называют 4-портовым контроллером. Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши, управляет интерфейс­ными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE 1284; его также называют функцио­нальным контроллером.

Наиболее известные наборы микросхем для СП выпускает фирма Intel. Сейчас популярны ее чипсеты 440ВХ, 440GX, 440ZX, 810, 815, 820, 840 и последние, разработанные для МП Pentium 4. Распространены также весьма удачные мик­росхемы фирмы VIA Technologies — VIA Apollo, фирм Acer Laboratories, Silicon Integrated System и т. д.

В начале 2003 года для МП Pentium 4 выпускались следующие наиболее попу­лярные чипсеты: i850 (850E), i845 (845D, 845Е, 845РЕ, 845GE, 845GV), i875 (875Р, 865), SIS 645, VIA 266.

Типы чипсетов и их модификации различаются типами поддерживаемых микро­процессоров и памяти DRAM (SDRAM, DRDRAM, DDR SDRAM), частотой процессорной шины между мостами (133, 266, 400, 533, 800 МГц), вариантами схем мостов, версиями поддерживаемых протоколов UDMA, AGP, Ethernet, USB, наличием встроенного видеоадаптера и др.

Например, чипсетов i845 для работы с памятью DDR выпущено несколько мо­дификаций:

□ i845 поддерживает только память SDRAM — PC133;

□ i845D поддерживает DDR133 - РС2100;


Системные платы



□ i845E имеет шину 533 МГц и поддерживает DDR;

□ i845PE поддерживает DDR - РС2700;

□ i845GV поддерживает DDR и встроенную графику, имеет шину AGP;

□ i845GE поддерживает DDR и встроенную графику;

□ чипсет i875D поддерживает память DDR, i865 — упрощенный вариант i875.

Чипсет i850E поддерживает RDRAM PC1066 и частоту шины 533 МГц, обеспе­чивая самую производительную (4200 Мбайт/с) на начало 2003 года платформу на основе МП Pentium 4.

Многие новые версии чипсетов поддерживают прямой 2-канальный доступ к па­мяти, 6 портов USB 2.0 и технологию Hyper-Threading, позволяющую организо­вать многопроцессорный режим даже при наличии только одного установленно­го МП (один физический процессор представляется операционной системе как два логических, и она, не видя разницы, направляет потоки как на двухпроцес­сорную систему).

Сравнительные характеристики некоторых популярных чипсетов представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2 . Сравнительные характеристики чипсетов    
Параметр Частота шины (МГц) Поддержка SDRAM Макс, объем оперативной памяти Пиковый обмен с памятью Мбайт/с Макс, число слотов DIMM/ RIMM
Intel 440BX 66, 100,133 РС66, РС100, PC 133, 1024 Мбайт 800-1064  
Intel 815 66, 100,133 PC 100, РС133 512 Мбайт    
Intel 820 100,133 RDRAM 1024 Мбайт    
Intel 850   RDRAM 300 и 400 МГц      
Intel 845D   РС266, DDR SDRAM      
Intel 875   PC266, DDR SDRAM      
VIA 133A 66, 100,133 PC66, PC100, PC133      
VIA 266A   PC266, DDR SDRAM      

Системная плата имеет разъемы {слоты) для установки определенных модулей оперативной памяти. Для модулей ОЗУ используются 30-, 72- и 168-контактные разъемы и они сгруппированы в 2-4 слотах. Слоты с 30 и 72 контактами рассчи­таны на модули памяти типа SIMM, которые в новых машинах уже не использу­ются; 168-контактные слоты предназначены для современных модулей DIMM. С точки зрения поддерживаемой оперативной памяти, важными характеристи-



Глава 5. Микропроцессоры и системные платы


ками СП являются также число слотов памяти, рабочая тактовая частота памяти (например память РС100, РС133 и т. п.), общая емкость поддерживаемой памяти (так, чипсет i815 обеспечивает работу только 512 Мбайт памяти, в то время как 440ВХ, i820 и VIA Apollo - 1024 Мбайт).

На системных платах может размещаться дополнительная кэш-память второго уровня (Cache Level 2), которая предназначена для ускорения процесса обмена данными между процессором и оперативной памятью и служит для временного хранения часто используемых данных и команд, снимая во многих случаях необ­ходимость обращения к более медленной оперативной памяти.

Расположенная непосредственно на материнской плате кэш-память относится, как правило, ко второму уровню, так как во многих процессорах уже имеется встроенная в кристалл кэш-память первого уровня. Объем Cache Level 2 на СП варьируется от 128 до 1024 Кбайт: микросхемы кэш-памяти выполнены в корпу­сах типа DIP или SOP и устанавливаются либо в соответствующие разъемы DIP-панельки, либо распаиваются непосредственно на плате. Синхронная кэш­память может размещаться в специальных модулях COAST, очень напоминаю­щих модуль SIMM и устанавливаемых в специальный разъем.

Современные модели процессоров Pentium II, III и 4 имеют Cache Level 2 на плате самого процессора, поэтому для них кэш-память на материнской плате может отсутствовать. На системной плате (в новых моделях обычно в составе микросхем чипсета) располагается микросхема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), содержащая программы BIOS, необходимые для управления многими ком­понентами компьютера. BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособ­ности внешних компонентов, таких, например, как системные загрузочные диски (назначение BIOS более подробно рассмотрено в разделе «Операционные системы ПК» главы 10). В BIOS есть программа, которая называется System Setup — имен­но с ее помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы.

В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, программы в которых могут перезаписываться при помощи специ­альных средств, что облегчает модернизацию этих программ при появлении но­вых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти). У Flash BIOS есть один существенный недо­статок. Существует много вирусов, которые, попав в систему, просто стирают все содержимое Flash BIOS, после чего системная плата выходит из строя. Самый известный из подобных вирусов — печально известный «Чернобыль», который испортил очень большое количество компьютеров. От вирусов можно защитить­ся только одним способом — в System Setup запретить перезапись содержимого BIOS. Если эта опция активизирована, то ни один вирус ничего сделать не сумеет.

Важным компонентом, размещенным на системной плате (часто в системном чипсете), является микросхема CMOS-памяти. Она питается от своего локально­го аккумулятора (батарейки) и поэтому является энергонезависимой (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети). Название CMOS произошло от названия технологии исполнения ее элементов. Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в ПК. Информация в ней может изме­няться по мере необходимости, то есть память отслеживает текущую конфигура­цию компьютера, на что не способна микросхема BIOS. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изме-


Системные платы



няемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти. Так, из CMOS-памя­ти считывается информация об установленном МП, о типах и емкости оператив­ной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т. д. Четкое отслеживание времени (в том числе и календаря), даже в отклю­ченном от энергосети состоянии, также связано с тем, что информация о време­ни хранится в CMOS-памяти.

На системных платах располагаются также перемычки («джамперы») и DIP-пере­ключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: пе­реключатели используемого напряжения (5 В, 3,5 Вит. д.), переключатели внутренней частоты МП и другие. «Джампер» представляет собой съемную пе­ремычку, устанавливаемую на штырьковые контакты СП; DIP-переключатели — это миниатюрные выключатели в DIP-корпусе. В современных компонентах пы­таются сократить количество механических переключений, перекладывая их на автоматические программно-управляемые электронные схемы. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к категории PnP-устройств (PnP — Plug and Play, «Включай и работай»).

В заключение — несколько слов о системной плате ASUS P4T для процессора Pentium 4. Внешний вид этой платы показан на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Системная плата ASUS P4T

Вот спецификация этой платы с небольшими сокращениями.

□ Процессор:

О процессор Intel Pentium 4 (однопроцессорная конфигурация) на разъеме Socket 423 с тактовой частотой 1,4-1,5 ГГц и выше;

О системная шина с возможностью передачи данных на частоте 400 МГц.

□ Чипсет (функциональная схема чипсета показана на рис. 5.6):

О северный мост: Intel 82850 Memory Controller Hub (MCH);

О южный мост: Intel 82801 I/O Controller Hub 2 (ICH2);

О интерфейс с южным мостом — 8-разрядный, 4 х 66 МГц Hub Interface. Микросхема Intel 82802AB Firmware Hub (FWH).



Глава 5. Микропроцессоры и системные платы


Рис. 5.6. Функциональная схема чипсета i860

□ Системная память:
О 4 слота RIMM;

О поддержка двух каналов РС800/РС600 RDRAM памяти общей емкостью до 2 Гбайт;

О поддержка ЕС С (Error Checking and Correction) — режима автоматическо­го обнаружения и исправления одиночных битов в хранимых числах (при­меняется код Хэмминга — глава 20).

□ Слоты интерфейсов расширения:

О 1 AGP Pro/AGP слот для 66 МГц AGP-интерфейса с поддержкой режима

четырехкратного умножения (4х); О 5 слотов PCI.

□ Порты ввода-вывода:

О 1 порт для дисковода, 2 последовательных и 1 параллельный порты, порты для мыши и клавиатуры;

О 2 встроенных и 2 дополнительных порта USB.

□ Интегрированный IDE-контроллер:

О 2 канала IDE, поддерживающие протоколы АТАЗЗ/66/100 (до четырех ATAPI-устройств).

a BIOS:

О 4-мегабитовая Flash ROM;

О Award BIOS с поддержкой РпР и режима энергосбережения.

□ Форм-фактор:

О Standard ATX 24,4 х 30,5 см (9,6 х 12,0 дюйма). Значимость этих данных в плане пропускной способности каждой подсистемы отражена в табл. 5.3.


Внутримашинные системный и периферийный интерфейсы



Таблица 5.3. Пропускная способность интерфейсов СП Р4Т



Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: