Шины ввода/вывода и их внешние интерфейсы.

Тема 4. Системная плата.

Теория

Системная плата или материнская плата (System board или Mother board, жаргонно – мама) является важнейшей составной часть персонального компьютера, она выполняет функции интегратора всех устройств в единый машинный комплекс путем предоставления электронной и логической связи между ними - это тот фундамент, на котором построен любой современный компьютер. Совместно с процессором и памятью, системная плата образуют платформу, которая определяет основные, функциональные возможности и производительность всего компьютера. Тип платформы определяется по типу процессорного разъёма. Дальнейшее описание материнской платы ориентировано только на стандартные материнские платы для настольных компьютеров. Основными параметрами системной платы являются:

· форм-фактор;

· интерфейс процессора;

· интерфейс и максимальный объём оперативной памяти;

· тип и возможности BIOS;

· типы поддерживаемых шинных интерфейсов;

· наличие дополнительных возможностей.

Рассмотрение этих параметров рассматривается в общем виде, без привязки к конкретной материнской плате.

Форм-фактор.

Системные платы изготавливаются в соответствии с промышленными стандартами, определяющими так называемый форм-фактор.

Форм-фактор (типоразмер) системной платы определяет:

· геометрические размеры платы;

· параметры электропитания;

· размещение различных разъёмов;

В спецификацию системной платы также входят требования к блоку питания, корпусу системного блока и требования к системе охлаждения.

Постоянное увеличение вычислительной мощности компьютерных систем, появление новых типов памяти, новых шин, интерфейсов и разъемов вызывает необходимость по пересмотру требований к конструктивному исполнения материнских плат. Так, постоянно меняются требования к расположению различных разъёмов, отверстий для крепления материнской платы к шасси корпуса, к спецификации разъема блока питания. Все эти базовые требования приводят к изменению дизайна материнских плат, что и объединяется в едином стандарте, который и определяет форм-фактор материнской платы. В свою очередь, форм-фактор материнской платы налагает определенные ограничения на дизайн корпуса системного блока и самого блока питания.

Геометрические параметры системных плат приведены в таблице 6.

Таблица 1 .

Формфактор	Размеры платы	Разработчик, год
XT	8,5х11" (216х279 мм)	IBM , 1983
AT	12х11–13" (305х279–330 мм)	IBM, 1984
Baby-AT	8,5х10–13" (216х254-330 мм)	IBM , 1990
ATX	12х9,6" (305х244 мм)	Intel , 1995
eATX	12х13" (305х330 мм)
Mini - ATX	11,2х8,2" (284х208 мм)
microATX	9,6х9,6" (244х244 мм)	Intel, 1997
FlexATX
BTX	(120х120 мм)
MicroBTX	12,8х10,5" (325х267 мм)	Intel, 2004
PicoBTX	10,4х10,5" (264х267 мм)	Intel, 2004
WTX	8,0х10,5" (203х267 мм)	Intel , 2004

В таблице 6 перечислены некоторые типоразмеры материнских плат со времени выпуска РС совместимых персональных компьютеров. К настоящему времени сохранили свои позиции все форм-факторы АТХ и WTX. Форм-факторы BTX существовал только в период с 2004 по 2006 год. Из таблицы 6 так же видно, что системные платы постепенно мигрируют к меньшим размерам.

Форм-фактор привязывает системную плату к определенному типу корпуса и существенно влияет на возможность модернизации и стоимость компьютера. Связь размера материнской платы с размерами корпуса системного блока приведена в таблице 7.

Таблица 2 .

Наименовние	Ширина (мм)	Глубина (мм)	Подходит к корпусам
Наименовние	Ширина (мм)	Глубина (мм)	Full	Mini	Micro	WTX
ATX	305	244	*
MiniATX	284	208	*	*
microATX	244	244	*	*	*
FlexATX	229	191	*	*	*
WTX						*

При этом число разъемов расширения для дополнительных плат снижается до 2-3, что объясняется все большей интеграцией различных узлов непосредственно в материнскую плату. С другой стороны для крутых рабочих станций и серверов может не хватать и полного формата АТХ, тогда возможно применение еще одного формата ВТХ.

Конструктивно системная плата представляет собой многослойную текстолитовую печатную плату с навесными компонентами. Типичная материнская плата построена на базе четырех- шестислойной текстолитовой печатной платы, в то время как некоторые видеокарты выпускаются на основе восьми- и даже десятислойных печатных плат. Использование многослойных плат позволяет при сохранении стандартных размеров развести различные электрические цепи таким образом, чтобы их взаимовлияние было минимальным. По тем слоям, которые находятся в глубине платы, разводятся цепи питания и заземления, а по прочим, включая верхний и нижний - собственно сигнальные цепи.

При 4-х слойной конструкции два внешних слоя являются сигнальными, в них находятся сигнальные линии (дорожки) соединяющие ножки микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой. Два внутренних слоя используются для дорожек заземления и разводки линий питания. Если число контактов у процессора превышает 425 контактов, то применяется плата, состоящая из шести слоёв. Распределение слоёв может быть разное – либо добавляется дополнительно еще два сигнальных слоя либо делается три сигнальных слоя, два слоя для питания и один на заземление.

Разметка (разводка) сигнальных линий и их длина являются основой качественной системной платы, в противном случае могут возникнуть проблемы с надежностью и стабильностью системы.

Большое разнообразие процессоров, ориентированных на разные сегменты рынка, а также наличие большого количества модулей системных наборов (чипсетов) от разных производителей, наличие нескольких типов памяти, постоянное расширение номенклатуры интегрированных устройств, наличие нескольких стандартов на размер системных плат – всё это приводит к чрезвычайно широкому рынку системных плат даже от одного производителя, а фирм производителей материнских плат существует более ста сорока(!!!). Такое количество производителей указывает на то, что разработка схемы материнской платы не столь сложна, а процесс её изготовления легко автоматизируется. От правильного выбора системной платы, это фактически интеллектуальный скелет будущего компьютера, зависит какую конфигурацию компьютера можно создать. Для правильного понимания роли системной платы в конфигурации компьютера рассмотрим все компоненты расположенные на ее поверхности.

Микросхемы системной логики.

Самым главным элементом материнской платы является набор системной логики (чипсет). При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое — вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях (шинах).

Все основные функции системной платы, к которым относятся организация взаимодействия процессора, памяти и периферийных устройств, определяются и реализуются с помощью специальных контроллеров, входящих в набор микросхем системной логики (чипсета). Соединение устройств между собою осуществляется с помощью линий связи, которые объединяются в шины. Таким образом, чипсет — это набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов по шинам ко всем устройствам компьютера. Почти все шины, начинаясь в чипсете, оканчиваются на специальных разъёмах расположенных на материнской плате и к ним подсоединяются родные для них устройства.

Набор системной логики состоит, как правило, из двух частей, реализованных в двух самостоятельных микросхемах. Первая микросхема называется Северным мостом (North Bridge) и содержит контроллеры памяти, шины PCI и AGP. Вторая микросхема называется Южным мостом (South Bridge), является по сути PCI устройством и содержит мост PCI-ISA, контроллеры периферийных устройств и контроллеры ввода-вывода. Название узлов произошли от местоположения микросхем на блок-схемах: верх — север, низ — юг. Самое любопытное, такие названия прижились и стали широко использоваться не только специалистами, но и пользователями. С точки зрения специализации на Северный мост ложатся функции обмена между процессором и скоростными устройствами, например памятью и шиной AGP. Основным блоком набора микросхем системной логики является микросхема под названием North Bridge, в неё включен интерфейс между процессором и остальной частью системной платы. North Bridge содержит контроллеры кэш-памяти и оперативной памяти, интерфейс между быстродействующей шиной процессора (33, 50, 66 или 100 МГц), шиной PCI (Peripheral Component Interconnect, 33 МГц) и шиной ускоренного графического порта AGP (Accelerated Graphics Port, 66 МГц). North Bridge в более современных наборах микросхем системной логики Intel часто называет PAC (PCI/AGP Controller).

North Bridge, по существу, главный компонент системной платы; это единственная схема (помимо процессора), которая обычно работает на полной тактовой частоте системной платы (на частоте шины процессора). В самых современных наборах микросхем системной логики схема North Bridge реализована на одном кристалле

Южный мост предназначен для работы с низкоскоростными интерфейсами. Под именем South Bridge существует микросхема системной логики с более низким быстродействием. South Bridge подключается к шине PCI (33 МГц) и содержит интерфейс шины ISA (8 МГц). Кроме того, обычно она содержит две схемы, реализующие интерфейс контроллера жесткого диска IDE и интерфейс USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), а также схемы, реализующие функции памяти CMOS и часов. South Bridge содержит также все компоненты, необходимые для шины ISA, включая контроллер прямого доступа к памяти и контроллер прерываний. Если в наименовании Южного моста включена буква R, то в состав моста включен котроллер поддержки массивов RAID. Южный мост может использоваться с разными типами Северного моста и, поэтому, часто весь чипсет называют по марке Северного моста.

Существует множество различных марок чипсетов. Общая тенденция развития происходит по трем направлениям:

· совершенствование основных функций связанных с возрастанием производительности процессора и периферийных устройств (контроллеры памяти, шины AGP, контроллеры IDE/PCI).

· дифференциация решений в соответствии с требованиями отдельных сегментов рынка.

· Интеграция дополнительных устройств (графические и звуковые ускорители, порты ввода-вывода, сетевые контроллеры и др.).

Для обмена информацией между Северным и Южным мостом в современных компьютерах используются различные типы скоростных шин, которые у каждого разработчика чипсетов разные, например, для чипсетов VIA — это V - Link , SiS MuTIOL ( Multi Threaded I / O Link ). Ранее связь между мостами осуществлялась через шину PCI. При изучении возможностей чипсетов пользователям следует обратить внимание, что если ранее разработка нового чипсета ознаменовалась значительным увеличением производительности компьютера и появлением новых функций, то ныне разработчики исповедуют идеологию "ползучей" модернизации, когда следующий тип чипсета мало отличается от предшественника. То есть, в новом чипсете совершенствуют какую-то одну функцию или добавляют поддержку того или иного стандарта, например, работу с той или иной памятью. Кроме того, имеет место разработка в рамках одного типа чипсета целого набора микросхем (несколько вариантов южного и северного мостов), которые производители системных плат могут произвольно комбинировать. В частности, в качестве южного моста могут применяться микросхемы, разработанные для предыдущего типа чипсета. Более полную информацию по чипсетам можно найти на сайтах производителей

Третья основная микросхема в большинстве системных плат называется Super I/O. Эта микросхема обычно реализует функции устройств, которые прежде размещались на отдельных платах расширения. В принципе этой схемы может и не быть.

Большинство микросхем Super I/O содержат (как минимум) следующие компоненты:

· контроллер гибких дисков;

· контроллер последовательного порта;

· контроллер параллельного порта.

· контроллер клавиатуры типа 8042 и мыши.

Микросхема Super I/O может содержать также другие компоненты.

В таблице приведен шаблон нумерации наборов микросхем системной логики фирмы Intel.

Таблица 3 .

Номер набора микросхем системной логики	Поколение процессора )
420хх	Р4 (486)
430хх	Р5 (Pentium)
440хх	Р 6 (Pentium Pro/Pentium II/Pentium III)
8хх	P6 (Pentium II/Pentium III) с архитектурой Hub
450хх	P6 Sen/er (Pentium Pro/Pentium II/III Xeon)

По номеру на большей микросхеме системной платы можно идентифицировать набор микросхем системной логики.

Набор микросхем для 810E представлен на рис..

рис. 1 . Набор микросхем.

Северный мост Intel для LGA 775
Все последние "массовые" и high-end чипсеты со встроенным контроллером памяти относятся к стареющей платформе Intel LGA 775. Вот несколько вариантов северных мостов Intel:

· P45 Express: самый свежий "массовый" чипсет LGA 775 для дискретных видеокарт был также первым "массовым" чипсетом Intel, поддерживающим возможность разделения 16 линий PCIe 2.0 по двум видеокартам, работающим в режиме x8. Данный чипсет официально поддерживает скорость процессорной шины 200, 266 и 333 МГц с учетверённой передачей данных (QDR), т.е. FSB-800, FSB-1066 и FSB-1333, хотя у чипсета есть все возможности для стабильной работы на FSB-1600. Официально поддерживается частота памяти DDR2-800 и DDR3-1066, хотя дополнительные множители памяти позволяют увеличить частоту памяти до выбранной частоты FSB.

· P43 Express ограничивает контроллер PCIe 2.0 одной видеокартой.

· G45 Express добавляет к списку функций P45 Express графический движок Intel GMA X4500HD.

· G43 Express убрал из набора функций G45 ускорение HD-видео.

· G41 Express вместо 16 Гбайт использует максимум 8 Гбайт памяти и вместо контроллера PCIe версии 2.0 (5,0 ГТ/с) использует версию 1.1 (2,5 ГТ/с).

· Q45 Express добавляет к списку функций G43 технологию Intel vPro для облегчения администрирования больших офисных окружений.

· Q43 Express предоставляет функции G45 для корпоративного рынка.

· X48 Express: изменённая версия X38 Express, принятая Intel для поддержки FSB-1600, с функциональной точки зрения идентична предыдущей версии. Для X48 Express существует мало материнских плат DDR2, отчасти из-за мифа о том, что данный чипсет поддерживает только DDR3, вследствие чего покупатели перестают искать модели плат DDR2. В рамках утверждения FSB-1600 к списку поддерживаемых типов памяти добавился DDR3-1600.

· X38 Express официально поддерживает FSB-800, FSB-1066 и FSB-1333, но обладает также всеми возможностями для поддержки частоты FSB-1600, которая к моменту выпуска чипсета ещё не была утверждена. Официально поддержка памяти тоже ограничена до частоты DDR3-1333, хотя пользователи при желании могу получить DDR3-1600. В общей сложности 32 линии PCIe 2.0 поддерживают до четырёх видеокарт в режимах x16 или x8, в зависимости от числа доступных слотов. Материнских плат DDR3 меньше, чем моделей DDR2, отчасти из-за распространённого мнения о том, что чипсет X38 предназначен только для DDR2.

· P35 Express поддерживает FSB-800, FSB-1066 и FSB-1333, а также память DDR2-667, DDR2-800 и DDR3-1066. Дополнительная настройка на некоторых материнских платах способна увеличить скорость памяти до частоты FSB. Поддерживается одна видеокарта со скоростью передачи данных PCIe 1.1 по 16 линиям, хотя некоторые материнские платы добавляют поддержку второй видеокарты x16 с помощью четырёх линий южного моста.

· 35 Express добавляет графический движок Intel GMA X3500 и убирает поддержку DDR3 (в отличие от P35 Express). Относительно слабый графический движок больше подходит для таких простых задач, как навигация в Интернете, просмотр DVD в стандартном разрешении и работа с офисными приложениями.

· G33 Express обладает графическим движком GMA X3100 со сниженной производительностью, который по своей мощности похож на X3500 и подходит для выполнения таких же задач.

· G31 Express поддерживает меньший объём памяти: 4 Гбайт вместо 8 Гбайт, как у G33 и G35, а также имеет немного урезанные графические функции.

Южный мост Intel для LGA 775
Совместимость южного моста с северным мостом LGA 775, как правило, ограничена поколением.
ICH10R поддерживает 12 портов USB 2.0, шесть линий PCIe 1.1, выделенную линию для гигабитного сетевого контроллера Intel MAC, встроенный HD-звук, шесть портов SATA 3,0 Гбит/с, а также режимы AHCI и RAID 0, 1, 5 и 10. Данный южный мост подходит для чипсетов Intel серии 4 (P45, G43 и т.д.), за исключением G41 и X48.
В отличие от ICH10R, южный мост ICH10 не обладает программной поддержкой режимов RAID.
ICH9R обладает функциями ICH10R, но подходит для чипсетов Intel серии 3 (X38, P35 и т.д.), а также для X48 Express, но не работает с G35 Express.
В отличие от ICH9R, южный мост ICH9 не обладает программной поддержкой режимов RAID.
ICH8R был разработан для чипсетов Intel серии 965, но был перенесён в G35 Express. По своим функциям он похож на ICH10R, но имеет на два порта USB 2.0 меньше (всего 10).
В отличие от ICH8R, южный мост ICH8 не обладает программной поддержкой режимов RAID.
ICH7 совместим с северным мостом G31 и ограничен шестью портами USB 2.0, четырьмя линиями PCIe 1.1, сетью 10/100 MAC и четырьмя портами SATA 3,0 Гбит/с. Данный южный мост поддерживает также два привода Ultra ATA 100, хотя Intel не задокументировала эту функцию.

К богатому ассортименту функций южного моста можно добавить сторонние устройства, такие как второй сетевой контроллер, контроллеры SATA/eSATA, USB 3.0 и/или IEEE 1394/FireWire. Несколько факторов привели к тому, что подобные карты перешли из массового рынка на меньшие high-end ниши. Среди них отметим улучшенные функции контроллеров SATA, недоступность интерфейса USB 3.0 в процессе развития чипсетов и снижение популярности устройств FireWire.
Дополнительные контроллеры обычно используют интерфейс PCI или PCIe x1. Причём, если на материнской плате нет места для физического слота, то используется логический "слот". На полноразмерной материнской плате ATX доступно всего семь физических слотов, а типичный чипсет может поддерживать шесть устройств PCIe x1 и пять PCI, так что ряд неиспользуемых интерфейсов может применяться для подключения встроенной на материнскую плату периферии.
Может показаться нелогичным отключать контроллеры, которые входят в стоимость материнской платы, однако это может уменьшить время загрузки. Например, дополнительные контроллеры SATA используют собственный BIOS, но пользователям с малым числом приводов вряд ли вообще потребуется дополнительный контроллер. Его отключение позволит сэкономить время, которое тратится на инициализацию BIOS контроллера и на проверку подключённых приводов. Да и вы избавитесь от сообщений "привод не найден

Чипсеты Nvidia для LGA 775
Один из крупнейших разработчиков графических технологий, компания Nvidia давно производит интегрированные чипсеты для повышения 3D-производительности по сравнению с интегрированными решениями Intel. Кроме того, Nvidia внедрилась на рынок дискретных чипсетов LGA 775, поскольку для активации поддержки SLI необходимо использование чипсета nVidia.
nForce 790i Ultra SLI поддерживает 32 линии PCIe 2.0 через северный мост, а также 28 линий PCIe 1.1 от южного моста, что позволяет использовать до трёх видеокарт в режиме x16 или до семи карт в режиме x8. Данный чипсет официально поддерживает частоту шины до FSB-1600 и скорость памяти DDR3 до 2 000 МТ/с, а также имеет два встроенных гигабитных сетевых контроллера. Контроллер SATA поддерживает до шести 3,0-Гбит/с накопителей в конфигурации RAID 0, 1, 0+1 и 5, но предоставляет только десять портов USB 2.0.
В отличие от 790i Ultra SLI, чипсет nForce 790i SLI официально поддерживает скорость памяти только DDR3-1333, хотя BIOS большинства материнских плат позволяет использовать более скоростные модули.
В отличие от nForce 680i SLI, в чипсете nForce 780i SLI добавлены функции PCIe 2.0 с помощью моста NF200. Как и его предшественник, данный чипсет поддерживает скорость шины до FSB-1333 и скорость памяти до DDR2-800, причём в BIOS легко можно выбрать более высокие значения скорости памяти. Мост NF200 поддерживает две видеокарты с 16 линиями PCIe 2.0, а оставшиеся 28 линий PCIe 1.1 чипсета обеспечивают работу дополнительной видеокарты x16, карты x8 и шести устройств x1. nForce 780i SLI поддерживает также два гигабитных сетевых порта, 10 портов USB 2.0, шесть SATA 3,0 Гбит/с и два привода Ultra ATA 133 с возможностью пользовательской конфигурации режимов RAID 0, 1, 0+1 и 5.
В отличие от nForce 650i SLI, в чипсете nForce 750i SLI добавлены функции PCIe 2.0 с помощью моста NF200, число линий которого было сокращено до шестнадцати. Помимо одной или двух видеокарт, подключенных через мост NF200, чипсет поддерживает один гигабитный сетевой порт, восемь портов USB 2.0 и четыре привода SATA 3,0 Гбит/с. Для данного чипсета подходят процессоры со скоростью до FSB-1333 и DDR2-800.
GeForce 9400 mGPU представляет собой значительно более разогнанную версию более ранней модели 9300 mGPU.
GeForce 9300 mGPU является однокомпонентным чипсетом, поддерживающим скорости до FSB-1333, DDR2-800 и DDR3-1333, 20 линий PCIe 2.0, отдельный канал для встроенного гигабитного сетевого контроллера, 12 портов USB 2.0, шесть приводов SATA 3,0 Гбит/с, а также режимы AHCI и RAID 0, 1, 0+1 и 5. Всего 16 линий контроллера PCIe 2.0 предназначены для одной видеокарты. Для повышения производительности чипсет также позволяет использовать недорогую видеокарту в паре со встроенным графическим движком.
GeForce 7150 mGPU содержит старый и маломощный графический движок, который, подобно G35, подходит для просмотра DVD и для других менее интенсивных задач. Данный чипсет поддерживает карту PCIe x16 (в режиме v1.1), 10 портов USB 2.0, один встроенный гигабитный сетевой порт, два привода Ultra ATA 133, четыре порта SATA 6,0 Гбит/с и режимы RAID 0, 1, 0+1 и 5.
GeForce 7100 mGPU работает на 5% медленнее, чем 7150. В остальном их функции идентичны.
GeForce 7050 mGPU работает на 16% медленнее, чем 7100, и в зависимости от версии может быть ограничен сетью 10/100, восьмью портами USB 2.0 и не иметь опций RAID 5 или 0+1.

Процессорные разъемы.

Выбор компьютера, конечно, начинается с определения марки процессора, который предполагается использовать, а это сразу определяет тип процессорного разъёма, т.к. он создан под форму, размеры, число контактов, разводку питания и всех сигналов для определенного процессора, а также под наличие конструктивных особенностей для крепления системы охлаждения процессора.

Процессоры первых трёх поколениё (i8086, i80286, i80386) были просто впаяны в материнскую плату и работали надежно. Для этих процессоров только иногда приходилось устанавливать математический сопроцессор в специальную колодку (кроватку). Начиная с процессора i486, сопроцессор стал неотъемлемой частью схемы процессора, и такая необходимость отпала.

Кроме того, появилась возможность замены установленного процессора на более мощный процессор. Были разработаны специальные разъемы, которые стали называть сокетами (Socket). Процессорные разъёмы имеют вид квадрата с большим числом отверстий, представляющих матрицу. Отверстия могут располагаться в линию по вертикали и по горизонтали или в шахматном порядке. Перечень всех типов процессорных разъёмов приведен в таблице 9.

Таблица 4

Тип разъёма	Количество контактов	Питание (В)	Процессоры
Socket 1	169	5	486
Socket 2	238	5	486SX,SX2,DX,DX2,DX4
Socket 3	237	5/3,3	486SX,SX2,DX,DX2,DX4
Socke 4	273	5	Pentium 60/66
Socket 5	320	3,3	Pentium 75
Socket 7	321	VRM	Pentium 75
Super Socket 7	321		AMD K6-3, III, PentiumMMX
Socket 8	387	VRM	Pentium Pro
Socket 370	370	VRM	Pentium III
Slot 1	242	VRM	Pentium II, III, Celeron
Slot 2			Xeon
Slot A	242	VRM	AMD Athion
Socket 423	423	VRM	Pentium 4
Socket 478	478	VRM	Pentium 4, Celeron
Socket 462 Socket A	462		Athion , Duron, AthionXP, AthionXP Barton,Sempron
Socket 754	754		Athion 64
Socket 775 LGA 775	775		Pentium 4 XE
Socket 939	939
Socket 940	940		Opteron Athion FX 51

Примечание: VRM – блок стабилизатора напряжения

Как видно из таблицы для установки процессора 486 предназначались сокеты типа 1, 2, 3 . Для облегчения установки процессора была введена конструкция с предварительной установкой процессора во вспомогательное гнездо с отверстиями чуть большего диаметра, чем в основном гнезде. После установки процессора во вспомогательное гнездо (площадку) оно специальным рычагом опускается на основное гнездо, при этом ножки процессора плотно входят в основные отверстия процессорного разъёма. Такая конструкция называется разъёмом типа ZIF (Zero Input Force – нулевое усилие установки).

Так как внешне сокеты похожи, хотя и различаются числом контактов и их расположением, то при подборе пары вилка (процессор имеет ножки) – розетка (разъём имеет отверстия) следует обязательно изучить документацию на системную плату (в терминологии старых электронщиков такая пара называется “папа – мама”). В документации всегда указывается, какие типы процессоров поддерживает данная системная плата. Установка неподходящего процессора может вывести процессор и системную плату из строя.

Эпоха разъёмов под процессоры Intel началась с процессорных разъёмов Socket 4, 5 и 7, но век его был не долговечен, т.к. он обеспечивал обмен данными только по единственной 64 разрядной шине.

Разъем Socket 8 (387 контактов) обеспечивал разделение системной шины и шины обмена с кэш-памятью.

Для процессоров Pentium II/III использовался разъём с продольным расположением 242 контактов и назывался Slot 1. В него вставлялся вертикально картридж с процессором и кэш-памятью. Это наиболее обширная платформа, так как она объединяет процессоры PentiumII, PentiumII и Celeron, которые исходно предназначены для разных сегментов компьютерного рынка.

Для процессоров корпорации AMD такой разъем назывался— Slot A.

Разъём Socket 370 электрически и логически полностью совпадал с разъёмом Slot 1, но был выполнен в виде плоской конструкции.

Разъёмы Socket 423 и Socket 478 – это плоские штырьковые разъёмы для процессоров Pentium 4 c ядром Northwood или Prescott.

Современные процессоры от Intel выпускаются под процессорный разъём LGA 775 либо Socket 478. Особенностью процессорного разъёма Socket 775 является конструктивная особенность – ножки теперь стали принадлежностью разъёма, а не процессора. Такое решение позволяет увеличить напряжение процессора и повысить частоту системной шины до 1066 МГц и выше. Разъёмы для современных процессоров от фирмы АМD носят названия Socket 939 и AM2.Первый является фактическим наследником разъёма Socket 754 , а второй дает возможность работать с более быстрой памятью DDR2.

Использование этих разъёмов для разных типов процессоров показано в таблице 10.

Таблица 5

Разъём	Socet 939	Socet AM2	Socet 478	LGA 775
Производитель	AMD	AMD	Intel	Intel
Совместимые процессоры	Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2.	Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2.	Pentium 4, Celeron, Pentium 4 Extrema Edtion.	Pentium 4, Pentium 4 D, Celeron D, Pentium 4 Extrema Edtion, Core 2 Duo, Core 2 Extrema, Core 2 Quad, Celeron.

Память и слоты расширения
Тип памяти и конфигурация обычно зависят от контроллера памяти, но конфигурация слотов памяти на материнской плате тоже вносит свой вклад. Например, некоторые платы microATX и ещё меньшего формата дают только два слота памяти. Конечно, если позволяет пространство, то лучше всего иметь не менее четырёх слотов DIMM на двухканальной материнской плате или шесть слотов на трёхканальной плате.
Все сегодняшние материнские платы поддерживают интерфейс PCIe 2.0 (5,0 ГТ/с), хотя некоторые старые модели ограничиваются шиной PCIe 1.1 (2,5 ГТ/с). Между материнскими платами PCIe 2.0 и 1.1 и видеокартами возникает мало проблем совместимости, хотя если приходится использовать комплектующие разных поколений, то лучше проконсультироваться со специалистами.
Хотя многие неграфические карты расширения, такие как ТВ-тюнеры и RAID-контроллеры, используют сейчас интерфейс PCIe, некоторые модели пока остались старыми. Нужно тщательно следить за тем, чтобы новая материнская плата поддерживала все нужные вам наследственные устройства, и лучше иметь в запасе как минимум ещё один слот PCIe.
Слоты PCIe x8 и x4 предназначены для карт, требующих высокую пропускную способность шины. Например, для RAID-контроллеров с восемью или большим числом накопителей, а также для мультилинковых карт гигабитного Ethernet. У большинства потребительских материнских плат отсутствует физический слот x8, хотя многие имеют четыре или восемь линий в слоте x16. Имейте в виду, что, если нужно, то во второй слот x16 можно устанавливать карты x8, x4 и x1.
Слоты PCIe с открытым задним краем позволяют устанавливать длинные карты в короткие слоты (например, карту x8 в слот x4), если ничто больше не мешает. Gigabyte GA-EX58-Extreme является отличным примером материнской платы, имеющей "открытый" слот x4, в который можно установить карту x8, но здесь есть другое препятствие: мешают крепления кулера северного моста.
Любой из этих типов слотов может оказаться одинаково полезным в новой сборке, в зависимости от ваших собственных требований к картам расширения.

Шины ввода/вывода и их внешние интерфейсы.

Шина— это канал связи, используемый в компьютере для определённых целей. Она применяется для организации взаимодействия между двумя и более компонентами системы. Если шина соединяет только два устройства (соединение “точка - точка”), то такое соединение называется портом.

Сигнальные линии (линии электрической связи), представляющие шину, предназначены для передачи данных, адресов и сигналов управления между отдельными компонентами компьютера.

В компьютере реализовано несколько типов шин, которые можно разделить на высокоскоростные и низкоскоростные.

По высокоскоростным шинам обмен должен осуществляться с процессором, памятью и видеосистемой, все остальные устройства вполне могут обойтись обменом по низкоскоростным шинам. Упрощенная блок-схема взаимодействия устройств компьютера через шины показана на
рис. 13.

рис. 2 . Блок- схема шин связи в компьютере

Список существующих шин компьютеров с их краткими характеристиками приведен в таблице .

Таблица

Тип шины	Разрядность, бит	Частота, МГц	Скорость передачи данных, Мбайт/с
8-разрядная ISA	8	4,77	2,39
16-разрядная ISA	16	8,33	8,33
PCI	32	33,33	133,33
PCI-2x	32	66,66	266,66
64-разрядная PCI	64	33,33	266,66
64-разрядная PCI-2x	64	66,66	533,33
AGP	32	66,66	266,66
AGP-2x	32	66,66	533,33
AGP-4x	32	66,66	1 066,66

Высокоскоростные шины обмена:

Шина процессора(GTL+) – используется для связи чипсета с процессором, установленным в специальный процессорный разъём.Эта высокоскоростная шина является ядром набора микросхем и системной платы. Используется для передачи данных между кэш-памятью или основной памятью и Северным мостом набора микросхем. Ширина шины – 64 разряда. В системах на базе процессоров Intel с физической частотой шины в 133. 200, 266 МГц, но процессор, при технологии тактирования по переднему и заднему фронту тактового импульса и сдвига стробов на пол такта относительно друг друга, дает значение рабочей частоты – 533, 800, 1066 МГц соответственно.

По 64 разрядной шине передаются 64 разрядные данные, 32 или 36 разрядные адреса, а так же сигналы управления. Тактовая частота, используемая для передачи данных по шине процессора, соответствует его внешней частоте.

Для определения скорости передачи данных по шине процессора необходимо умножить разрядность шины данных (64 разряда) на тактовую частоту шины (она равна базовой (внешней) тактовой частоте процессора). Процессоры Pentium, с базовой тактовой частотой 66 МГц, могут передавать один бит по каждой линии данных за один период тактовой частоты, поэтому максимальная скорость передачи данных составляет 528 Мбайт/с:

66 МГц × 64 бит = 4 224 Мбит/с;

4224 Мбит/с : 8 = 528 Мбайт/с.

Эта величина характеризует скорость передачи данных, называемую также полосой пропускания шины, и является максимальной. Как и все максимальные величины, она не соответствует средней рабочей скорости шины, которая приблизительно на 25% меньше.

При рассмотрении процессора важно понимать разницу между внутренней и внешней частотами работы процессора.

Обмен данными с материнской платой процессор производит на внешней частоте, а сам работает на внутренней частоте. Внешняя частота – это скорость шины памяти в диапазоне до 166 МГц. На самом деле частота передачи данных выше за счёт передачи по переднему и заднему фронту тактового импульса (режим двойной накачки – double pumping) и при исходной частоте 166 МГц частота передачи становиться равной 332 МГц. Возможно, повышение частоты передачи в четыре раза за счёт ещё и дополнительного сдвиг тактового импульса на пол такта и скорость передачи в этом случае будет равной 664 МГц.

Внутренняя частота процессора может быть выше внешней частоты за счет выставления множительного коэффициента.

Установка скорости внешней шины и множителя процессора может быть осуществлена с помощью перемычек на материнской плате или через меню программы Setup.

Шина памяти предназначена для передачи информации между процессором и основной памятью.

Шина памяти определяет скоростью обращения процессор к основной (системной) памяти и. ширина шины – 64 разряда. Эта шина реализована с помощью компонента North Bridge набора микросхем системной логики. В современных системах используется память типа SDRAM, которая работает на частоте 66 МГц (15 не) или 100 МГц (10 не).

Шина памяти заканчивается на материнской памяти несколькими разъемами, в которые вставляются модули памяти

Шина AGP (ускоренный графический порт) служит для повышения эффективности работы с видео и графикой, для связи чипсета с видеоадаптером через специализированный разъём AGP, более короткий, чем обычные разъёмы расширения. В очень крутых материнских платах могут быть специальные слоты AGP Pro под очень высокопроизводительный видеоадаптер..Шина 32-разрядная и работает на частоте 66 МГц (AGP 1х) или в соответствующие число раз больше при AGP 2х , AGP 4х. Поскольку ширина шины AGP равна 32 битам (4 байта), при 66 млн тактов в секунду по ней можно передавать данные со скоростью приблизительно 266 млн байт в секунду, в режиме 4х, в котором данные передаются четыре раза за цикл, скорость передачи данных равняется 1 066 Мбайт/с

В системе для одного видеоадаптера допускается только один разъем AGP, но он может иметь три модификации в зависимости от питающего напряжения – 3,3В (для х1 и х2), 1,5В (для х4)и универсальный. Имеющиеся в разъёме механические ключи позволяют предотвратить неправильное включение платы расширения. Сам разъём сдвинут от края материнской платы на большее расстояние по сравнению с разъёмами PCI. Существует ещё разъём AGP Pro, который позволяет в 4 раза повысить мощность подводимую к графической плате Карта AGP Pro может быть большой, рассчитанной на мощность в 100 Вт, и малой, рассчитанной на мощность до 50 Вт. Карта AGP может работать в разъёме AGP Pro, но не наоборот.

Низкоскоростные шины:

Шина PCI.Эта 32-разрядная шина работает на частоте 33 МГц; используется, начиная с систем на базе процессоров 486. В настоящее время есть реализация этой шины с частотой 66 МГц и разрядностью в 64 разряда, находится под управлением контроллера PCI.

На системной плате устанавливаются разъемы, обычно четыре или более, в которые можно подключать SCSI-, сетевые и видеоадаптеры, а также другое оборудование, поддерживающее этот интерфейс. Слоты могут быть трёх вариантов – с интерфейсными сигналами на 5 В, 3,3 В и универсальные. Во избежание ошибочного подключения в слотах имеются ключи.

К шине PCI подключается компонент South Bridge набора микросхем, который содержит реализации интерфейса IDE и USB.

Важным свойством платы PCI является то, что она удовлетворяет спецификации Plug and Play фирмы Intel. Это означает, что PCI не имеет перемычек и переключателей и может настраиваться с помощью специальной программы настройки.

Шина ISA – это 16-разрядная шина, работающая на частоте 8 МГц. Раньше имела широкое распространение, но по спецификации PC99 шина исключена из схемы компьютера. Несмотря на это, большинство материнских плат имеют один разъём расширения для использования, при необходимости, старых плат расширения.

Шина PCI Express.Новый слот PCI Express использует последовательное соединение, состоящее из нескольких двунаправленных линий (х1, х2, х4, х16, х32). Платы расширения нормально работают в слотах своего значения и в более высокой пропускной способности, но не наоборот. Слоты используются для установки графических плат

Hub-архитектура. В новой, 800-й, серии набора микросхем используется hub-архитектура, где компонент North Bridge называется Memory Controller Hub (MCH), а компонент South Bridge — I/O Controller Hub (ICH). Эти компоненты соединяются с помощью нового интерфейса, работающего по схеме 4×66 МГц, что практически вдвое превосходит полосу пропускания шины PCI. A самое главное, что при этом не перегружается шина PCI и, следовательно, подключенные к ней устройства работают быстрее. При такой архитектуре скорость передачи данных между компонентами набора микросхем достигает 266 Мбайт/с. В наборе микросхем серии 820 компонент MCH является частью микросхемы 82820, а компонент ICH — 80801AA.

Разгрузка шины PCI позволила подключать устройства непосредственно к компоненту I/O Controller Hub новые высокоскоростные устройства, удовлетворяющие спецификациям ATA-66, ATA-100 и USB 2.0. Hub-архитектура также позволила уменьшить число контактов интерфейса до 8 бит. На первый взгляд это кажется неразумным (интерфейс шины PCI 32-разрядный), но таким образом упрощается разводка системной платы, снижаются помехи, а кроме того, микросхемы имеют меньшее число выводов. Уменьшение разрядности интерфейса не привело к потере производительности, наоборот — скорость передачи данных выросла до 266 Мбайт/с (при частоте 66 МГц). Это объясняется тем, что за один цикл данные передаются четыре раза (для сравнения: в 32-разрядной шине PCI, работающей на частоте 33 МГц, скорость передачи данных достигает 133 Мбайт/с). Компонент MCH обеспечивает передачу данных между шиной процессора (100/133 МГц) и шиной AGP (66 МГц), а компонент ICH — между портами IDE ATA-66 и шиной PCI (33 МГц).

Встроенные функции.

Для расширения функций персонального компьютера за счет включения в его состав дополнительных устройств на системной плате устанавливаются разъемы, называемые слотами расширения. В эти разъёмы вставляются электронные платы (видео- и аудио карты, адаптеры проводных и беспроводных сетей, плат видиозахвата и т.д.). В настоящее время на системных платах устанавливаются всего три типа слотов: PCI , AGP и один из вариантов разъема для аудиоустройств. Другие типы слотов встречаются только в морально устаревших компьютерах. Для установки большинства типов периферийных устройств в современном персональном компьютере предназначены слоты PCI (они в центре). Наиболее часто на системной плате имеется 4 слота PCI , но встречаются варианты с 5-ю и 6-ю слотами PCI . В малогабаритных конструкциях количество слотов PCI может быть уменьшено до одного-двух разъёмов. Несмотря на то, что есть несколько вариантов слотов PCI , отличающихся по напряжению питания для периферийных плат, тактовой частотой и разрядностью, на практике, в большинстве случаев, используется всего один вариант, который предназначен для 5-вольтовых плат с тактовой частотой 33 МГц. Правда, начали появляться системные платы со слотами PCI с тактовой частотой 66 МГц, но в такие слоты вполне допустимо устанавливать обычные периферийные устройства. Слот AGP (слева) предназначен для установки современных видеокарт. Хотя этот слот и разрабатывался универсальным, но он так понравился разработчикам и пользователям, что используется только для одной цели — установить видеокарту, соответственно, другие устройства для данного слота вряд ли можно найти. При использовании слота AGP пользователям следует знать, что для надежного крепления платы нужно использовать специальную пластмассовую защелку, чтобы плата AGP не вылезала из слота при установке плат PCI. Согласно спецификации АС'97 на современных системных платах монтируется один слот AMR или CNR (справа), которые предназначены для установки звуковых плат или внутренних модемов. Его местоположение особо не оговаривается. В ряде случаев такой слот устанавливается вплотную к слоту PCI , что не всегда удобно для пользователя. Следует отметить, что платы стандарта АС'97 достаточно редки в России, а для AMR-модемов, которые иногда появляются в продаже, существуют проблемы совместимости с российскими АТС. Системные платы для новых процессоров выпускаются без слота ISA , а для пользователей, у которых имеются важные для них периферийные устройства, разработанные для слота ISA , некоторые фирмы выпускают системные платы с сокетом 370.

Устройства, вставляемые в разъём PCI подключается к 32 разрядной шине и конфигурируются автоматически, так как шина поддерживает технологию Plug and Play.

Для подключения жестких дисков применяется параллельный интерфейс, для чего на плате имеется два канала заканчивающимися на плате штырьковыми разъёмами. Правда число разъёмов может быть снижено до одного, так как сейчас для подключения винчестеров применяется более совершенный интерфейс SATA в количестве от 4 и более разъёмов. Такой интерфейс помимо подключения отдельных винчестеров позволяет создавать дисковые массивы типа 0, 1, 0+1, 5, но при условии, если имеется отдельный контроллер по поддержки массивов или Южный мост должен иметь такой котроллер.

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 282; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!