Задания для лабораторной работы
Лабораторная работа № 5
«Изучение конструкции материнской платы»
Цель работы: изучить конструкцию и назначение основных узлов материнской платы ПК.
Образовательные результаты, заявленные в ФГОС:
Студент должен
уметь:
подключать дополнительное оборудование и настраивать связь между элементами компьютерной системы;
знать:
основные конструктивные элементы средств вычислительной техники.
Теоретические сведения
Системная (system board), или материнская, плата (mother board) – основной компонент персонального компьютера. На системной плате располагаются:
- процессор;
- BIOS (базовая система ввода-вывода);
- оперативная память (Random Access Memory);
- интерфейсы накопительных устройств, последовательных и параллельных портов;
- разъемы питания;
- контроллеры, предназначенные для организации обмена информацией между системной платой и периферийными устройствами (монитором, мышью, клавиатурой и дисковыми накопителями).
Чипсет (Chipset) – набор микросхем, представляющих собой одну или несколько микросхем.
Он состоит из двух основных микросхем:
- MCH – контроллер-концентратор памяти – Северный мост (Northbridge) – обеспечивает взаимодействие ЦП с памятью и видеоадаптером. В новых чипсетах часто имеется интегрированная видеоподсистема.
- ICH – контроллер-концентратор ввода-вывода – Южный мост (Southbridge) – обеспечивает взаимодействие между ЦП и жестким диском, слотами PCI, USB и пр.
|
|
|
Чипсет – система управления из специально разработанных микросхем, служащих для организации работы центрального процессора (рис.1.1). Микросхемы содержат в себе контроллеры прямого доступа к памяти, контроллеры прерываний, схемы управления памятью и шинами, контроллеры внешних устройств.
Чипсет определяет функциональные возможности системной платы: типы поддерживаемых процессоров, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, количество и типы слотов расширения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат. Функции, поддерживаемые тем или иным чипсетом, указаны в характеристиках плат, построенных на его основе.
Корпорации Intel, AMD и VIA разрабатывают несовместимые по техническим характеристикам процессоры, что привело и к спецификации чипсетов: они создаются под конкретный тип процессора.
Основные фирмы-производители чипсетов для процессоров Intel: 1) Intel; 2) VIA; 3) SiS; 4) ATI.
Производители чипсетов для процессоров AMD: 1) VIA; 2) SiS; 3) NVIDIA; 4) ATI; 5) AMD.
Каждый производитель для маркировки микросхем чипсетов разрабатывает собственную буквенно-цифровую систему. Наименования некоторых чипсетов для современных процессоров представлены в табл. 1.1.
|
|
|
Таблица 1.1
Наименования чипсетов для процессоров Intel и AMD
|
| AMD | AMD 750, AMD 760, AMD 760MP, AMD 760MPX. |
| VIA | KT133, KT133A, KLE133, KM133, KM266, KT266, KT266A, KT333, KT400, | |
| AMD (Socket A, Socket 462) | KT600, KT880. | |
| SiS | SiS 730, SiS 735, SiS 740, SiS 745, SiS 746, SiS 755; | |
| nVIDIA | nForce 220, nForce 415(D), nForce 420(D), nForce2 | |
| ATI | RADEON IGP320 Fusion | |
| AMD Athlon 64 (Socket AM2) | nVIDIA | nForce 590 SLI, nForce 570 SLI, nForce 570 Ultra, nForce 550 |
Базовые микросхемы современного чипсета получили названия South Bridge (южный мост) и North Bridge (северный мост). Названия условные и произошли от расположения микросхем на структурных схемах. Основные функции микросхемы северного моста: обмен данными между процессором и высокоскоростными устройствами (память, интегрированная графика, шины AGP, PCIExpress). Микросхема южного моста предназначена для организации работы с низкоскоростными интерфейсами и устройствами (интерфейсы IDE, Serial ATA, PCI, USB, интегрированный звук, RAIDконтроллеры и др).
Обмен информацией между северным и южным мостом осуществляется различными типами скоростных шин. В современных системных платах эти шины имеют собственные названия: для чипсетов VIA – шина V–Link, для чипсетов SiS – MuTIOL (Multi Threaded Input/Output Link). В системных платах для процессоров Pentium связь между мостами осуществлялась через шину PCI. На рис. 1.2 приведен пример структурной схемы системной платы GA-7VA на базе чипсета VIA KT400A.
|
|
|
Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема системной платы
Эффективная работа процессора связана с обменом данных между процессором, микросхемой чипсета и оперативной памятью (RAM –- Random Access Memory). Для управления определенным типом памяти необходимо, чтобы чипсет системной платы умел работать с ней. В системных платах для процессоров Pentium II использовались модули памяти DIMM (Dual In-line Memory Module) на микросхемах SDRAM (Synchronous Dinamic Random Access Memory) с тактовой частотой 66 МГц. Впоследствии были разработаны спецификации для микросхем памяти – PC100 и PC133.
Технология DDR (Double Data Rate) SDRAM позволяет передавать данные по обоим фронтам тактового импульса, что дает возможность удвоить пропускную способность памяти. Дальнейшим развитием технологии DDR является память DDR2 SDRAM, где за один тактовый импульс передается 4 порции данных. Увеличение производительности происходит за счет оптимизации процесса адресации и чтения-записи ячеек памяти при сохранении тактовой частоты работы запоминающей матрицы.
|
|
|
Рис. 1.2. Структурная схема системной платы GA-7VA на чипсете VIA KT400A
Форм-фактор. Существуют два основных стандарта системных плат: AT и АТХ. Системные платы, стандарта АТ использовались в компьютерах на процессорах до Pentium II. Такие платы имеют, как правило, единственный встроенный разъем для подключения клавиатуры.
ATX или AT eXtension (расширение AT) – системные платы размером 305×244 мм, расположенные длинной стороной вдоль задней стенки корпуса AT. Форм-фактор АТХ – стандарт современных системных плат (табл. 1.2). Основные отличия ATX от плат AT:
1) интегрированные разъемы портов ввода-вывода, включая разъемы параллельного и последовательного портов, разъема для клавиатуры, порты PS/2 и USB;
2) удобство доступа к модулям памяти за счет их удаления от процессорного сокета и блока питания в смонтированном системном блоке;
3) уменьшенное расстояние между платой и дисками за счет максимального приближения разъемов контроллеров дисковых накопителей к подсоединяемым к ним устройствам;
4) пространственное разнесение сокета под процессор и слотов расширения;
5) один разъем на 20 контактов (начиная со спецификации ATX12V 2.0, разъем на 24 контакта) для подключения питания к системной плате;
6) дополнительное питание 3,3 В, подаваемое непосредственно с блока питания;
7) дополнительный разъем питания 12 В (для спецификации ATX 1,3 В и выше).
Таблица 1.2
Размеры системных плат различных стандартов
| Форм-фактор | Макс. ширина, мм | Макс. глубина, мм |
| Baby AT | 330 | 216 |
| ATX | 305 | 244 |
| FlexATX | 229 | 191 |
| MicroATX | 244 | 244 |
| Mini-ATX | 284 | 208 |
На рис. 1.3 показан внешний вид системной платы GA-7VA с расположенными на ней основными элементами.
Для расширения функций персонального компьютера, подключения внешних устройств ввода-вывода на системной плате устанавливаются разъемы, называемые слотами расширения.
В настоящее время на системных платах для массового использования устанавливаются следующие типы слотов: PCI, PCI Express и один из вариантов разъема для аудиоустройств. Для слота PCI Express существует несколько вариантов исполнения: х16, х8 или x1.
Рис. 1.3. Расположение элементов на системной плате GA-7VA
Таблица 2
| Год выпуска | Версия PCI Express | Кодирование | Скорость передачи | Пропускная способность на x линий | ||||
| ×1 | ×2 | ×4 | ×8 | ×16 | ||||
| 2002 | 1.0 | 8b/10b | 2,5 ГТ/с | 250 Мбайт/с | 0.50 Гбайт/с | 1.0 Гбайт/с | 2.0 Гбайт/с | 4.0 Гбайт/с |
| 2007 | 2.0 | 8b/10b | 5 ГТ/с | 500 Мбайт/с | 1.0 Гбайт/с | 2.0 Гбайт/с | 4.0 Гбайт/с | 8.0 Гбайт/с |
| 2010 | 3.0 | 128b/130b | 8 ГТ/с | 984.6 Мбайт/с | 1.97 Гбайт/с | 3.94 Гбайт/с | 7.88 Гбайт/с | 15.8 Гбайт/с |
| 2017 | 4.0 | 128b/130b | 16 ГТ/с | 1969 Мбайт/с | 3.94 Гбайт/с | 7.88 Гбайт/с | 15.75 Гбайт/с | 31.5 Гбайт/с |
| 2019 | 5.0 | 128b/130b | 32 ГТ/с | 3938 Мбайт/с | 7.88 Гбайт/с | 15.75 Гбайт/с | 31.51 Гбайт/с | 63.0 Гбайт/с |
Таб. 2 Пропускная способность PCI Express, Гбайт/с
BIOS (Basic Input-Output System) – базовая система вводавывода, размещается на микросхеме ПЗУ (ROM – Read Only Memory). Встроенное программное обеспечение BIOS доступно для ПЭВМ без обращения к дисковым накопителям. BIOS содержит коды, необходимые для управления клавиатурой, видеокартой, дисками, портами и другими устройствами.
Наиболее часто в настоящее время BIOS реализуется на базе микросхем Flash ROM. Такой BIOS может быть перезаписан при помощи специальной программы.
Обеспечить целостность данных в BIOS – одна из задач производителей системных плат. Решением этой задачи являются различные технологии: Dual BIOS, восстановление Flash-памяти микросхемы BIOS при помощи CD-диска, прилагаемого к плате и др.
В 2007 Intel, AMD, Microsoft и производители PC договорились о новой спецификации Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), унифицированный интерфейс расширяемой прошивки Поддержка UEFI в ОС Windows появилась с выходом Windows Vista Service Pack 1 и Windows 7. Большая часть компьютеров, которые вы можете купить сегодня, используют UEFI вместо BIOS.
Прошивка UEFI может грузиться с дисков объёмом более 2,2 Тб – теоретический предел для них составляет 9,4 зеттабайт. UEFI может работать в 32-битном или 64-битном режимах и её адресное пространство больше, чем у BIOS – а значит, быстрее загрузка. В UEFI встроено множество других функций. Она поддерживает безопасный запуск Secure Boot, в котором можно проверить, что загрузку ОС не изменила никакая вредоносная программа. Она может поддерживать работу по сети, что позволяет проводить удалённую настройку и отладку.
Питание материнской платы во многом определяет стабильность работы всего ПЭВМ. Стандарты подключения кабелей питания к системной плате:
1) 24-контактный разъем ATX + 4-контактный разъем 12V;
2) 24-контактный разъем ATX + 8-контактный разъем EPS12V.
Элемент питания в форме монеты питает часы реального времени и память CMOS. Средний срок эксплуатации батареи в случае, если компьютер отключен от сети, составляет три года. В случаях, когда компьютер подключен к сети, напряжение, подаваемое из блока питания в режиме ожидания, продлевает срок службы батареи.
Концентратор встроенного микрокода (FWH) обеспечивает энергонезависимое хранение настроек BIOS для Intel.
Пример наименования системной платы: GigaByte GA-8I915P Socket LGA 775, i915P, DDR+DDR2, PCI-E16x, Sound, SATA, GB Lan, ATX, Retail. Производитель: GigaByte; марка: GA-8I915P; сокет под процессор: Socket LGA 775 для процессоров Pentium 4; чипсет i915P; поддержка модулей памяти: DDR и DDR2; слоты расширения PCIExpress 16x; поддержка сетевого протокола LAN скоростью до 1GB/c; встроенный звук; интерфейс SATA для подключения жестких дисков; стандарт ATX; способ поставки: Retail.
Рисунок 5.1 – Компоненты материнской платы
Таблица 5.1 – Компоненты материнской платы
| Обозначение на рисунке | Описание |
| A | Аудио разъем на передней панели |
| B | Аудио кодек |
| C | Разъем для карты расширения PCI Express x16 |
| D | Устройство Ethernet |
| E | Разъемы задней панели |
| F | Разъем питания +12 В |
| G | Разъем вентилятора задней панели |
| H | Разъем для процессора |
| I | Северный мост |
| J | Разъемы DIMM на канале A |
| K | Разъем вентилятора процессора |
| L | Разъем датчика вскрытия корпуса |
| M | Существующие контроллеры ввода/вывода |
| N | Основной разъем питания |
| O | Разъем для подключения флоппи-дисковода |
| P | Разъемы Parallel ATE IDE |
| Q | Аккумулятор |
| R | Разъем переднего вентилятора корпуса |
| S | Разъем Serial ATA |
| T | Дополнительный разъем индикатора питания передней панели |
| U | Разъем передней панели |
| V | Концентратор встроенного микрокода (FWH) |
| W | Южный мост |
| X | Динамик |
| Y | Разъем USB передней панели |
| Z | Блок конфигурационных перемычек BIOS Setup |
| AA | Разъемы для стандартной карты расширения PCI |
| BB | Разъем USB передней панели |
| СС | Разъем для карт PCI Express x1 |
| DD | Индикатор питания режима ожидания |
Задания для лабораторной работы
1. Схематично начертить изображение материнской платы ПК (в соответствии вариантом) с указанием всех основных частей. Составить таблицу с указанием основных частей материнской платы и выполняемых ими функций.
| № Вар. | Наименование материнской платы |
| 1. | ASUS TUF Z390M-PRO |
| 2. | GIGABYTE B360M |
| 3. | MSI B360 |
| 4. | ASRock H310M-ITX |
| 5. | ASUS Z11PA-D8 |
| 6. | ASRock B450M |
| 7. | SuperMicro X11SAE |
| 8. | ASRock Z390 PRO4 |
| 9. | ASUS ROG MAXIMUS XI HERO |
| 10. | GIGABYTE Z390 AORUS PRO |
| 11. | ASUS KGPE-D16 |
| 12. | TYAN S8236GM3NR |
| 13. | ASUS KFN32-D SLI/SAS |
| 14. | ASUS KFN5-D SLI |
| 15. | ASRock X470 |
| 16. | MSI X470 GAMING PRO |
| 17. | ASRock Fatal1ty B450 GAMING K4 |
| 18. | ASUS ROG STRIX B450-F |
| 19. | ASRock Fatal1ty FM2A88X+ Killer |
| 20. | MSI A320M GRENADE |
| 21. | ASRock FM2A88X+ BTC |
| 22. | GIGABYTE GA-F2A55M-HD2 |
| 23. | ASRock PV530A-ITX |
| 24. | ASRock J4105B-ITX |
| 25. | MSI J1900I |
| 26. | ASUS E35M1-M Pro |
Пример выполнения:
| Обозначение на рисунке | Описание |
| ATX 12V | Разъем питания +12 В |
| CPU FAN | Разъем вентилятора процессора |
| LGA 1155 | Разъем для процессора |
| Intel H61 | Северный мост |
| ATX | Основной разъем питания |
| BAT | Аккумулятор (источник питания) |
| SATA 2 | Разъем Serial ATA |
| и т.д. |
2. Определить основные характеристики и заполнить таблицу 1.
Таблица 1. – Характеристики системной платы ПЭВМ
| № | Наименование параметра | Значение | Единица измерения | Примечания | ||||
| 1 | Основные характеристики | |||||||
| 1.1 | Производитель |
| ||||||
| 1.2 | Модель |
| ||||||
| 1.3 | Форм-фактор (указать размеры) |
| ||||||
| 1.4 | Чипсет (укажите маркировку чипов) | Северный мост |
| |||||
| Южный мост (не указывать если одно мостовая схема чипсета) |
| |||||||
| Super I\O |
| |||||||
| ROM BIOS |
| |||||||
| Емкость ИМС ROM BIOS | Мбит | |||||||
| 2 | Характеристики процессора | |||||||
| 2.1 | Socket процессора |
| ||||||
| 2.2 | Максимальное количество процессоров на материнской плате | шт | ||||||
| 2.3 | Типы поддерживаемых процессоров (указать наименование CPU и ядро. Например i7 - Haswell) |
| ||||||
| 2.4 | Наименование системной шины |
| ||||||
| 2.5 | Частота системной шины | МГц | ||||||
| 3 | Характеристики интегрированного видео | |||||||
| 3.1 | Тип видео (укажите маркировку чипа) |
| ||||||
| 3.2 | Максимальное разрешение | 2D |
| |||||
| 3D |
| |||||||
| 3.3 | Максимально допустимый объем оперативной памяти | МБ | ||||||
| 4 | Поддержка памяти | |||||||
| 4.1 | Тип ИМС поддерживаемой памяти |
| ||||||
| 4.3 | Количество слотов памяти | шт | ||||||
| 4.4 | Поддержка многоканальной памяти | каналов | ||||||
| 5 | Дополнительные параметры | |||||||
| 5.3 | Звуковой кодек (укажите маркировку чипа) |
| ||||||
| 5.4 | Количество каналов звука | шт | ||||||
| 5.5 | Контроллер IEEE-1394 (укажите маркировку чипа) |
| ||||||
| 5.6 | Контроллер USB (укажите маркировку чипа) | 2.0 |
| |||||
| 3.0 |
| |||||||
| 5.7 | LAN контроллер (укажите маркировку чипа) |
| ||||||
| 5.8 | RAID контроллер (укажите маркировку чипа) |
| ||||||
| 6 | Интерфейсы, разъемы и выходы | Версия | Количество | Примечание | ||||
| 6.1 | PCI | шт | ||||||
| шт | ||||||||
| 6.2 | PCI Express | шт | ||||||
| шт | ||||||||
| шт | ||||||||
| шт | ||||||||
| шт | ||||||||
| 6.3 | ATA | шт | ||||||
| шт | ||||||||
| 6.4 | Serial ATA | шт | ||||||
| шт | ||||||||
| шт | ||||||||
| 6.5 | USB | шт | ||||||
| шт | ||||||||
| шт | ||||||||
| 6.6 | PS/2 | шт | ||||||
| 6.7 | S/PDIF | шт | ||||||
| 6.8 | IEEE1394 | шт | ||||||
| 6.9 | eSATA | шт | ||||||
| 6.10 | Внешние графические интерфейсы | VGA |
| |||||
| DVI |
| |||||||
| HDMI |
| |||||||
| DisplayPort |
| |||||||
| 6.11 | Другие |
|
| |||||
|
|
| |||||||
|
|
| |||||||
|
|
| |||||||
|
|
| |||||||
Контрольные вопросы
1 Что такое материнская плата?
2 Что такое чипсет?
3 Какие функции выполняет северный мост?
4 Какие функции выполняет южный мост?
5 Что такое BIOS? Какие функции он выполняет?
1.Учебно-методическая литература:
1. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. — М.: КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 384 с. — (Среднее профессиональное образование).
2. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. — М.: КУРС: ИНФРА-М, 2017. — 288 с. — (Среднее профессиональное образование)
3. Партыка Т.Л. Вычислительная техника : учеб. пособие / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2017. — 445 с. : ил. — (Среднее профессиональное образование).
4. Периферийные устройства вычислительной техники: Учебное пособие / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - 3-e изд., испр. и доп. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 432 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Профессиональное образование). (п) ISBN 978-5-91134-594-5
5. Технические средства информатизации: Учебник / Зверева В.П., Назаров А.В. - М.:КУРС, НИЦ ИНФРА-М, 2017. - 256 с.: 60x90 1/16. - (Среднее профессиональное образование) (Переплёт 7БЦ) ISBN 978-5-906818-88-1
2. Справочная литература:
1. Новожилов, О. П. Архитектура ЭВМ и систем [Текст]: учеб. пособие. - М.: Юрайт, 2012.- 527 с.
2. Колдаев, В. Д. Архитектура ЭВМ [Текст]: учеб. пособие для ссузов / В. Д. Колдаев, С. А. Лупин. - М.: Инфра-М, 2014.- 384 с.: ил.- (Профессиональное образование).
3. Гребенюк, Е. И. Технические средства информатизации [Текст]: учебник для ссузов / Е. И. Гребенюк, Н. А. Гребенюк. - 6-е изд., перераб. и доп.. - М.: Академия, 2011.- 352 с.- (Среднее профессиональное образование).
Интернет ресурсы:
1. Википедия – Свободная энциклопедия [Электронный ресурс] – режим доступа: http://ru.wikipedia.org (2001-2017)
2. Нетбуки. Планшеты. Сенсорные телефоны. Мобильные компьютеры. Гаджеты. Обзоры устройств. Технологии [Электронный ресурс] – режим доступа: http://hi-tech.mail.ru (1999-2017)
3. Оперативные новости, обзоры и тестирования компьютеров, видеокарт, процессоров, материнских плат, памяти и принтеров, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, смартфонов и планшетов, мониторов и проекторов [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.ixbt.com (1997-2017)
4. Электронно-библиотечная система. [Электронный ресурс] – режим доступа: http://znanium.com/ (2002-2017)
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1590; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!