Функції материнської плати. Системна плата: структура, функції, різновиди, розміри Функції материнської плати комп'ютера

Раніше я вів дуже активне життя: грав у теніс, футбол, займався шахами та стріляниною, брав участь у автоперегонах, спокушав гарних дівчат… Але все закінчилося, коли згоріла материнська плата на комп'ютері!

Напевно, будь-який користувач, навіть найбезнадійніший «чайник», коли-небудь чув це словосполучення – «материнська плата». І це не дивно – адже від якості та можливостей цього елемента комп'ютера багато в чому залежить надійність та ефективність роботи ПК, а отже цей комп'ютерний термін користується великою популярністю.

Кожен комп'ютер – це складний пристрій, у якому розташовано безліч вузлів та мікросхем. Здавалося б, розмістити їх так, щоб вони один одному не заважали і могли б ефективно взаємодіяти – це непосильне завдання для конструкторів. Але вирішення цього завдання було знайдено - виявляється, достатньо розмістити всі найважливіші мікросхеми, у тому числі, і процесор на одній-єдиній великій платі.

Отже, материнська плата комп'ютера (англійською пишеться, як motherboard, цей термін ми теж будемо вживати надалі), також звана системною платою - основний пристрій персонального комп'ютера. Її головне призначення – пов'язувати та об'єднувати в єдине ціле всі вузли та компоненти комп'ютера. Багато вузлів фізично розміщуються на матір'ю, а інші пов'язані з нею за допомогою кабелів.

Головні функції motherboard:

1. Розміщення основних вузлів та систем ПК
2. Інтеграція основних вузлів та систем ПК
3. Постачання харчування основних вузлів та систем ПК

Які пристрої розміщуються на материнській платі:

• Роз'єм для процесора
• Чіпсет
• Слоти розширення
• Роз'єм пам'яті
• Роз'єми для підключення дисководів
• Порти
• Мікросхема BIOS
• Мережева карта (опціонально)
• Відеокарта (опціонально)
• Звукова карта (опціонально)

Материнська плата кріпиться за допомогою спеціальних гвинтів у корпусі комп'ютера. Насправді заміна системної плати означає, власне, і оновлення всього комп'ютера.

Слід врахувати, що форм-фактор, тобто стандартизований типорозмір motherboard прив'язаний до форм-фактору системного блоку, і материнська плата, що має певний форм-фактор, навряд чи стане системний блок, призначений для іншого форм-фактора.

Мабуть, найвідоміша функція motherboard – це розміщення слотів для плат розширення, висновки яких розташовуються у тильній частині системного блоку. Напевно, далеко не всі користувачі займалися заміною самої motherboard в корпусі комп'ютера, а також модернізацією процесора, але більшості, напевно, відомий процес заміни або додавання плат розширення до слотів на материнській платі. До речі, материнська плата називається материнською саме стосовно дочірніх плат, тобто плат, розташованих у слотах розширення.

Значна кількість сучасних плат містить багато вбудованих елементів, які раніше могли працювати тільки через слоти розширення - це відеокарта, мережна карта, звукова карта, і т.д. Зазвичай це пристрої початкового рівня, дуже дешеві та призначені для невибагливих користувачів. Однак ці пристрої, як правило, дуже незначно збільшують вартість усієї системи та заодно звільняють слоти розширення для чогось важливішого. До того ж, наявність цих пристроїв не заважає користувачеві провести модернізацію системи, наприклад, затятий геймер завжди може поставити замість простенької «видяхи» останню версію навороченого тривимірного акселератора. При цьому пристрій, встановлений у слот розширення, завжди матиме пріоритет перед вбудованим.

Кілька слів варто сказати про технологію виготовлення материнських плат. Матеріалом для материнських плат зазвичай є склотекстоліт, на який нанесені провідні доріжки з металу. Таких шарів текстоліту у платі може бути кілька. Зверху плата покрита діелектричним лаком, зазвичай, зеленого кольору.

Історія системних плат

Ідея єдиної плати для інтеграції всіх елементів виборола собі місце далеко не відразу. У роки існування ПК були поширені звані об'єднувальні плати, тобто плати, у яких розміщувалися в повному обсязі функціональні блоки комп'ютера. Ці блоки розміщувалися на різних платах, які вставлялися в слоти розширення об'єднавчої плати – це могли бути чіпсети, контролери дисководів, портів і навіть сам процесор. Але потім від подібної схеми довелося відмовитись (і першою приклад цьому подала фірма IBM) у зв'язку з здешевленням інтегрованих материнських плат сучасного типу, на яких розміщувалися всі компоненти, а також у зв'язку з труднощами, що виникали під час модернізації комп'ютерів на об'єднувальних платах.

У перших материнських платах сучасного типу, проте, процесор, як і пам'ять, були незнімними. Згодом з'явилися роз'єми для пам'яті та сокети для процесорів. Це поліпшення значно спростило модернізацію комп'ютера.

Спочатку серед системних плат був поширений форм-фактор AT, що веде початок від материнських плат комп'ютерів архітектури AT. Але плати такого розміру були дуже великими, і тому частіше використовувався форм-фактор Baby-AT.

Форм-чинники сучасних системних плат

На зміну AT у середині 1990-х прийшов форм-фактор ATX. В даний час форм-фактор AT та похідні від нього типи материнських плат практично не використовуються в сучасних ПК.

Переваги, які приніс форм-фактор ATX порівняно з AT:

• Більш зручні габарити, збільшення вільного місця у корпусі.
• Скоротилася відстань між платою та дисководами, що дозволило зменшити довжину кабелів.
• Сокет процесора розташований ближче до вентилятора системного блоку, що дозволяє покращити охолодження процесора.
• Можливість керування живленням комп'ютера.
• Живлення процесора від системного блоку без перетворювача напруги.
• Розміщення портів на материнській платі.
• Більше зручне розміщення роз'ємів для плат розширення.
• Наявність єдиного контакту для кабелю живлення

Форм-фактор ATX та похідні від нього форм-фактори mATX (micro ATX), mini-ATX та серверний форм-фактор EATX (Extended ATX) і зараз є найбільш поширеними у більшості комп'ютерів.

Існує також новий форм-фактор motherboard BTX, розроблений в 2003 р, проте скинути ATX з п'єдесталу він так досі і не зміг.

Порівняльні габарити плат деяких форматів (ДхШ, мм):

• AT – 351 × 305
• Baby AT – 330 x 216
• EATX - 330 × 305
• ATX - 305 × 244
• miniATX – 284×208
• mATX – 244 × 244
• BTX – 325 x 267

Налаштування системної плати

Як правило, для сучасної матеріboard доступні не тільки такі функції, як апгрейд окремих елементів, наприклад, процесора, пам'яті та плат розширення, але й налаштування основних параметрів роботи системної плати та процесора, таких, як частота роботи системної шини та процесора, коефіцієнт множення частоти , і т.д.

Слід пам'ятати, що налаштування параметрів motherboard – це дуже делікатна справа і якщо ви не знаєте всіх тонкощів операції, яку ви збираєтеся зробити, то майте на увазі, що неправильне налаштування може призвести до непрацездатності всієї системи або її окремих елементів.

Налаштування материнської плати зазвичай здійснюється через інтерфейс програми BIOS Setup. Також налаштування багатьох параметрів може здійснюватися через спеціальні програми в Windows.

Висновок

У цій статті ви познайомилися з поняттям материнської (системної) плати, дізналися, для яких цілей вона призначена, які компоненти на ній розміщуються, як здійснюється налаштування основних параметрів motherboard, що таке форм-фактор системної плати, познайомилися з історією розвитку системних плат у персональних комп'ютери, а також з різними типами материнських плат.

Персональний комп'ютер: системна плата

Комп'ютер - універсальна технічна система, здатна чітко виконувати послідовність операцій певної програми. Персональним комп'ютером може користуватися одна людина без допомоги обслуговуючого персоналу. Взаємодія з користувачем відбувається через багато середовищ від алфавітно-цифрового або графічного діалогу за допомогою дисплея, клавіатури та мишки до пристроїв віртуальної реальності.

Конфігурацію ПК можна змінювати за необхідності. Однак, існує поняття базової конфігурації, яку можна вважати типовою:

• системний блок;
• монітор;
• клавіатура;
• миші.

Комп'ютери випускаються в портативному варіанті (laptop або notebook виконання). У цьому випадку системний блок, монітор та клавіатура розміщені в одному корпусі: системний блок знаходиться під клавіатурою, а монітор вбудований у кришку.

Системний блок - основна складова ПК, у середині якої є найважливіші компоненти. Пристрої, що знаходяться в середині системного блоку, називають внутрішніми, а пристрої, приєднані ззовні, називають зовнішніми. Зовнішні додаткові пристрої, призначені для введення та виведення інформації, називаються також периферійними.

На вигляд, системні блоки відрізняються формою корпусу, який може бути горизонтального (desktop) або вертикального (tower) виконання. Корпуси вертикального виконання можуть мати різні розміри: повнорозмірні (BigTower), середньорозмірні (MidiTower), малорозмірні (MiniTower). Корпуси горизонтального виконання бувають двох форматів: вузький (Full-AT) та дуже вузький (Baby-AT). Корпуси персональних комп'ютерів мають різні конструкторські особливості та додаткові елементи (елементи блокування несанкціонованого доступу, засоби контролю внутрішньої температури, шторки від пилу).

Корпуси поставляються разом із блоком живлення, потужність якого є одним із параметрів корпусу. Для масових моделей достатньою є потужність 200-250 Вт.

Основні вузли системного блоку:

• електричні плати, що керують роботою комп'ютера (мікропроцесор, оперативна пам'ять, контролери пристроїв тощо);
• накопичувач на жорсткому диску (вінчестер), призначений для читання чи запису інформації;
• накопичувачі (дисководи) для гнучких магнітних дисків (дискет).

Основною платою ПК є материнська плата (MotherBoard). На ній розташовані:

• процесор - основна мікросхема, яка виконує математичні та логічні операції;
• чіпсет (мікропроцесорний комплект) – набір мікросхем, які керують роботою внутрішніх пристроїв ПК та визначають основні функціональні можливості материнської плати;
• шини - набір провідників, якими відбувається обмін сигналами між внутрішніми пристроями комп'ютера;
• оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) - набір мікросхем, призначених для тимчасового збереження даних, доки включений комп'ютер;
• постійний пристрій (ПЗУ) - мікросхема, призначена для довготривалого зберігання даних, навіть при відключеному комп'ютері;
• роз'єми для підключення додаткових пристроїв (слоти).

Процесор

Процесор - це головна мікросхема комп'ютера, його "мозок". Він дозволяє виконувати програмний код, що у пам'яті і керує роботою всіх пристроїв комп'ютера. Швидкість його роботи визначає швидкодію комп'ютера. Конструктивно, процесор - це кристал кремнію дуже невеликих розмірів. Процесор має спеціальні осередки, які називаються регістрами. Саме в регістрах розміщуються команди, які виконуються процесором, а також дані, якими оперують команди. Робота процесора полягає у виборі з пам'яті у певній послідовності команд та даних та їх виконанні. На цьому базується виконання програм.

У ПК обов'язково має бути центральний процесор (Central Rpocessing Unit - CPU), який виконує всі основні операції. Часто ПК оснащений додатковими співпроцесорами, орієнтованими на ефективне виконання специфічних функцій, такі як математичний співпроцесор для обробки числових даних у форматі з точкою, що плаває, графічний співпроцесор для обробки графічних зображень, співпроцесор вводу/виводу для виконання операції взаємодії з периферійними пристроями.

Основними параметрами процесорів є:

• тактова частота,
• розрядність,
• робоча напруга,
• коефіцієнт внутрішнього множення тактової частоти,
• розмір кеш пам'яті.

Тактова частота визначає кількість елементарних операцій (тактів), що виконуються процесором за одиницю часу. Тактова частота сучасних процесорів вимірюється МГц (1 Гц відповідає виконання однієї операції за секунду, 1 МГц=106 Гц). Чим більша тактова частота, тим більше команд може виконати процесор, і тим більша його продуктивність. Перші процесори, які використовувалися в ПК працювали на частоті 4,77 МГц, сьогодні робочі частоти сучасних процесорів досягають позначки 2 ГГц (1 ГГц = 103 МГц).

Розрядність процесора показує, скільки біт даних може прийняти і обробити у своїх регістрах за один такт. Розрядність процесора визначається розрядністю командної шини, тобто кількістю провідників у шині, якою передаються команди. Сучасні процесори сімейства Intel є 32-розрядними.

Робоча напруга процесора забезпечується материнською платою, тому різним маркам процесорів відповідають різні материнські плати. Робоча напруга процесорів не перевищує 3 В. Зниження робочої напруги дозволяє зменшити розміри процесорів, а також зменшити тепловиділення в процесорі, що дозволяє збільшити його продуктивність без загрози перегріву.

Коефіцієнт внутрішнього множення тактової частоти - це коефіцієнт, який слід помножити тактову частоту материнської плати, задля досягнення частоти процесора. Тактові сигнали процесор отримує від материнської плати, яка з суто фізичних причин не може працювати на таких високих частотах, як процесор. На сьогодні тактова частота материнських плат становить 100-133 МГц. Для отримання вищих частот у процесорі відбувається внутрішнє множення коефіцієнт 4, 4.5, 5 і більше.

Кеш-пам'ять. Обмін даними всередині процесора відбувається набагато швидше, ніж обмін даними між процесором та оперативною пам'яттю. Тому, щоб зменшити кількість звернень до оперативної пам'яті, усередині процесора створюють так звану надоперативну або кеш-пам'ять. Коли процесору потрібні дані, він спочатку звертається до кеш-пам'яті, і тоді, коли там відсутні потрібні дані, відбувається звернення до оперативної пам'яті. Чим більший розмір кеш-пам'яті, тим більша ймовірність, що необхідні дані знаходяться там. Тому високопродуктивні процесори мають підвищені обсяги кеш-пам'яті.

Розрізняють кеш-пам'ять першого рівня (виконується на одному кристалі з процесором і має обсяг порядку кілька десятків Кбайт), другого рівня (виконується на окремому кристалі, але в межах процесора, з об'ємом у сто і більше Кбайт) та третього рівня (виконується на окремих швидкодіючих мікросхем з розташуванням на материнській платі і має об'єм один і більше Мбайт).

У процесі роботи процесор обробляє дані, що у його регістрах, оперативної пам'яті і зовнішніх портах процесора. Частина даних інтерпретується як дані, частина даних - як адресні дані, а частина - як команди. Сукупність різноманітних команд, які може виконати процесор над даними, утворює систему команд процесора. Чим більший набір команд процесора, тим складніше його архітектура, тим довший запис команд у байтах і тим довша середня тривалість виконання команд.

Процесори Intel, що використовуються в IBM-спільних ПК, налічують більше тисячі команд і відносяться до процесорів з розширеною системою команд – CISC-процесорів (CISC – Complex Instruction Set Computing). На противагу CISC-процесорам розроблено процесори архітектури RISC із скороченою системою команд (RISC - Reduced Instruction Set Computing). За такої архітектури кількість команд набагато менша, і кожна команда виконується швидше. Таким чином, програми, що складаються з простих команд, виконуються набагато швидше на RISC-процесорах. Зворотний бік скороченої системи команд полягає в тому, що складні операції доводиться емулювати далеко не завжди ефективною послідовністю простіших команд. Тому CISC-процесори використовуються в універсальних комп'ютерних системах, а RISC-процесори – у спеціалізованих. Для ПК платформи IBM PC домінуючими є CISC-процесори фірми Intel, хоча останнім часом компанія AMD виготовляє процесори сімейства AMD-K6, які мають гібридну архітектуру (внутрішнє ядро ​​цих процесорів виконане RISC-архітектурою, а зовнішня структура - архітектурою CISC).

У комп'ютерах IBM PC використовують процесори, розроблені фірмою Intel, або сумісні з ними процесори інших фірм, що належать до сімейства x86. Родоначальником цього сімейства був 16-розрядний процесор Intel 8086. Надалі випускалися процесори Intel 80286, Intel 80386, Intel 80486 з модифікаціями, різні моделі Intel Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III. Новітньою моделлю фірми Intel є процесор Pentium IV. Серед інших фірм-виробників процесорів слід відзначити AMD із моделями AMD-K6, Athlon, Duron та Cyrix.

Шини

З іншими пристроями, і в першу чергу з оперативною пам'яттю, процесор пов'язаний з групами провідників, які називаються шинами. Основних шин три:

• шина даних,
• адресна шина,
• Командна шина.

Адреса шини. Дані, що передаються цією шиною трактуються як адреси осередків оперативної пам'яті. Саме із цієї шини процесор зчитує адреси команд, які необхідно виконати, а також дані, з якими оперують команди. У сучасних процесорах адресна шина 32-розрядна, тобто вона складається з 32 паралельних провідників.

Шина даних. По цій шині відбувається копіювання даних з оперативної пам'яті регістри процесора і навпаки. У ПК з урахуванням процесорів Intel Pentium шина даних 64-разрядная. Це означає, що за один такт на обробку надходить одразу 8 байт даних.

Командна шина. З цієї шині з оперативної пам'яті надходять команди, що виконуються процесором. Команди представлені у вигляді байтів. Прості команди вкладаються в один байт, але є такі команди, для яких потрібно два, три і більше байти. Більшість сучасних процесорів мають 32-розрядну командну шину, хоча є 64-розрядні процесори з командною шиною.

Шини на материнській платі використовуються як для зв'язку з процесором. Всі інші внутрішні пристрої материнської плати, а також пристрої, що підключаються до неї, взаємодіють між собою за допомогою шин. Від архітектури цих елементів багато в чому залежить продуктивність ПК загалом.

Основні шинні інтерфейси материнських плат:

ISA (Industry Standard Architecture). Дозволяє зв'язати між собою всі пристрої системного блоку, а також забезпечує просте підключення нових пристроїв через стандартні слоти. Пропускна спроможність становить до 5,5 Мбайт/с. У сучасних комп'ютерах можна використовувати лише підключення зовнішніх пристроїв, які потребують більшої пропускну здатність (звукові карти, модеми тощо.).

EISA (Extended ISA). Розширення стандарту ISA. Пропускна спроможність зросла до 32 Мбайт/с. Як і стандарт ISA, цей стандарт вичерпав свої можливості і в майбутньому випуск плат, які підтримують ці інтерфейси, припиниться.

VLB (VESA Local Bus). Інтерфейс локальної шини стандарту VESA Локальна шина з'єднує процесор з оперативною пам'яттю в обхід основної шини. Вона працює на більшій частоті, ніж основна шина і дозволяє збільшити швидкість передачі даних. Пізніше в локальну шину "врізали" інтерфейс для підключення відеоадаптера, який вимагає підвищеної пропускної здатності, що призвело до появи стандарту VLB. Пропускна здатність - до 130 Мбайт/с, робоча тактова частота - 50 МГц, але залежить від кількості пристроїв, приєднаних до шини, що є основним недоліком інтерфейсу VLB.

PCI (Peripherial Component Interconnect). Стандарт підключення зовнішніх пристроїв, введений у ПК з урахуванням процесора Pentium. По суті, це інтерфейс локальної шини з роз'ємами для приєднання зовнішніх компонентів. Цей інтерфейс підтримує частоту шини до 66 МГц і забезпечує швидкодію до 264 Мбайт/с незалежно від кількості підключених пристроїв. Важливим нововведенням цього стандарту є підтримка механізму plug-and-play, суть якого полягає в тому, що після фізичного підключення зовнішнього пристрою до роз'єму PCI шини відбувається автоматична конфігурація цього пристрою.

FSB (Front Side Bus). Починаючи з процесора Pentium Pro для зв'язку з оперативною пам'яттю, використовується спеціальна шина FSB. Ця шина працює на частоті 100-133 МГц та має пропускну здатність до 800 Мбайт/с. Частота шини FSB є основним параметром, саме вона вказується у специфікації материнської плати. За шиною PCI залишилася лише функція підключення нових зовнішніх пристроїв.

AGP (Advanced Graphic Port). Спеціальний шинний інтерфейс для підключення відеоадаптерів. Розроблений у зв'язку з тим, що параметри PCI шини не відповідають вимогам відеоадаптерів по швидкодії. Частота цієї шини – 33 або 66 МГц, пропускна здатність до 1066 Мбайт/с.

USB (Universal Serial Bus). Стандарт універсальної послідовної шини визначає новий спосіб взаємодії комп'ютера із периферійним обладнанням. Він дозволяє підключати до 256 різних пристроїв із послідовним інтерфейсом, причому пристрої можуть приєднуватися ланцюжком. Продуктивність USB шини відносно невелика і становить 1,55 Мбіт/с. Серед переваг цього стандарту слід відзначити можливість підключати та відключати пристрої у "гарячому режимі" (тобто без перезавантаження комп'ютера), а також можливість об'єднання кількох комп'ютерів у просту мережу без використання спеціального апаратного та програмного забезпечення.

Внутрішня пам'ять

Під внутрішньої пам'яттю розуміють всі види пристроїв, що запам'ятовують, розташовані на материнській платі. До них відносяться оперативна пам'ять, постійна пам'ять та енергонезалежна пам'ять.

Оперативнапам'ятьRAM (Random Access Memory)

Пам'ять RAM - це масив кристалічних осередків, здатних зберігати дані. Вона використовується для оперативного обміну інформацією (командами та даними) між процесором, зовнішньою пам'яттю та периферійними системами. З неї процесор бере програми та дані для обробки, до неї записуються отримані результати. Назва "оперативна" походить від того, що вона працює дуже швидко і процесору не потрібно чекати при зчитуванні даних із пам'яті або запису. Однак, дані зберігаються лише тимчасово при увімкненому комп'ютері, інакше вони зникають.

За фізичним принципом впливу розрізняють динамічну пам'ять DRAM і статичну пам'ять SRAM.

Осередки динамічної пам'яті можна як мікроконденсаторів, здатних накопичувати електричний заряд. Недоліки пам'яті DRAM: повільніше відбувається запис та читання даних, що вимагає постійної підзарядки. Переваги: ​​простота реалізації та низька вартість.

Осередки статичної пам'яті можна як електронні мікроелементи - тригери, які з транзисторів. У тригері зберігається не заряд, а стан (увімкнений/вимкнений). Переваги пам'яті SRAM: значно більша швидкодія. Недоліки: технологічно складніший процес виготовлення, і, відповідно, велика вартість.

Мікросхеми динамічної пам'яті використовуються як основна оперативна пам'ять, а статичні мікросхеми - для кеш-пам'яті.

Кожна комірка пам'яті має свою адресу, виражену числом. У сучасних ПК на базі процесорів Intel Pentuim використовується 32-розрядна адресація. Це означає, що всього незалежних адрес є 232, тобто можливий адресний простір становить 4,3 Гбайт. Однак це ще не означає, що саме стільки оперативної пам'яті може бути в системі. Граничний розмір обсягу пам'яті визначається чіпсетом материнської плати зазвичай становить кілька сотень мегабайт.

Оперативна пам'ять розміщена на стандартних панельках, які називаються модулями. Модулі оперативної пам'яті вставляють у відповідні рознімання на материнській платі. Конструктивно модулі пам'яті мають два виконання – однорядні (SIMM – модулі) та дворядні (DIMM – модулі). На комп'ютерах з процесорами Pentium однорядні модулі можна використовувати лише парами (кількість роз'ємів їхнього встановлення на материнській платі завжди парне). DIMM – модулі можна встановлювати по одному. Комбінувати на одній платі різні модулі не можна.

Основні характеристики модулів оперативної пам'яті:

• обсяг пам'яті,
• час доступу.

SIMM – модулі мають об'єм 4, 8, 16, 32, 64 мегабайт; DIMM – модулі – 16, 32, 64, 128, 256, 512 Мбайт. Час доступу показує, скільки часу необхідно для звернення до осередків пам'яті, чим менше, тим краще. Вимірюється у наносекундах. SIMM – модулі – 50-70 нс, DIMM – модулі – 7-10 нс.

Постійнапам'ятьROM (Read Only Memory)

У момент увімкнення комп'ютера в його оперативній пам'яті відсутні будь-які дані, оскільки оперативна пам'ять не може зберігати дані при відключеному комп'ютері. Але процесору необхідні команди, зокрема й одразу після включення. Тому процесор звертається за спеціальною стартовою адресою, яку йому завжди відомий, за своєю першою командою. Ця адреса вказує на пам'ять, яку прийнято називати постійною пам'яттю ROM або постійним пристроєм, що запам'ятовує (ПЗУ). Мікросхема ПЗУ здатна тривалий час зберігати інформацію, навіть за відключеному комп'ютері. Кажуть, що програми, які перебувають у ПЗУ, "зашиті" у ній – вони записуються туди на етапі виготовлення мікросхеми. Комплект програм, що у ПЗУ утворює базову систему вводу/вывода BIOS (Basic Input Output System).

Основне призначення цих програм полягає в тому, щоб перевірити склад та працездатність системи та забезпечити взаємодію з клавіатурою, монітором, жорсткими та гнучкими дисками.

Енергонезалежна пам'ять CMOS

Робота таких стандартних пристроїв, як клавіатура може обслуговуватися програмами BIOS, але такими засобами неможливо забезпечити роботу з усіма можливими пристроями (у зв'язку з їх величезною різноманітністю і наявністю великої кількості різних параметрів). Але для роботи програми BIOS вимагають всю інформацію про поточної конфігурації системи. З очевидної причини цю інформацію не можна зберігати ні в оперативній пам'яті, ні в постійній. Спеціально для цього на материнській платі є мікросхема енергонезалежної пам'яті, яка називається CMOS. Від оперативної пам'яті вона відрізняється тим, що її вміст не зникає при відключенні комп'ютера, а від постійної пам'яті вона відрізняється тим, що дані можна заносити туди і самостійно змінювати, відповідно до того, яке обладнання входить до складу системи.

Мікросхема пам'яті CMOS постійно живиться від невеликої батареї, розташованої на материнській платі. У цій пам'яті зберігаються дані про гнучкі та жорсткі диски, процесори тощо. Той факт, що комп'ютер чітко відстежує дату та час, також пов'язаний з тим, що ця інформація постійно зберігається (і оновлюється) у пам'яті CMOS. Таким чином, програми BIOS зчитують дані про склад комп'ютерної системи із мікросхеми CMOS, після чого вони можуть здійснювати звернення до жорсткого диска та інших пристроїв.

Контрольні питання

Що таке материнська платня? Які компоненти персонального комп'ютера на ній?

У чому виконання програм центральним процесором?

Які основні параметри процесора? Що характеризує тактова частота у яких одиницях вона вимірюється?

Що таке кеш-пам'ять? Рівні кеш-пам'яті?

Навіщо призначені шини? Які типи шин?

Які шинні інтерфейси материнської плати ви знаєте?

Чим відрізняється оперативна пам'ять від постійної пам'яті?

Що таке RISC-процесори? У чому полягає їхня відмінність від CISC-процесорів?

Яка пам'ять зберігає програми BIOS?

Яка інформація зберігається в незалежній пам'яті?

Які знаєте типи оперативної пам'яті? Яка між ними різниця?

Системна (материнська) платає основою системного блоку та визначає всю архітектуру ПК. На ній встановлюються такі обов'язкові компоненти:

мікропроцесорили кілька процесорів

пам'ять: постійна (ROM), оперативна (ОЗУ, DRAM), кеш-пам'ять (SRAM)

шини розширення

кварцовий генератор тактової частоти

джерело живлення (літієва батарейка) для підтримки працездатності внутрішніх годинників

роз'єми для підключення живлення від блока живлення ПК

роз'єм клавіатури

роз'єм для кнопок керування

роз'єм для світлодіодів на лицьовій панелі корпусу

роз'єм системного динаміка

регулятор напруги живлення

роз'єми для підключення гнучких та жорстких дисків

адаптери послідовних сом-портів іlpt-портів

Характеристикамисистемної плати є:

розмір плати (форм фактор)

тип підтримуваних процесорів та відповідний тип роз'єму під процесор

Chipset - набір надвеликих мікросхем, на яких реалізовано всю архітектуру плати

Тип та число слотів шини розширення (3xISA, 4xPCI, AGP).

Тип і обсяг динамічної пам'яті, що підтримується, і наявність відповідних роз'ємів під модулі пам'яті

Об'єм та тип кеш-пам'яті.

14. Процесор, призначення, основні характеристики.

центральний процесор- електронний блок чи мікросхема - виконавець машинних інструкцій (коду програм) , більшість апаратного забезпечення комп'ютера чи програмованого логічного контролера. Іноді називають мікропроцесором чи просто процесором.

Головними характеристиками ЦПУ є: тактова частота, продуктивність, енергоспоживання, норми літографічного процесу, що використовується при виробництві (для мікропроцесорів) та архітектура.

Внутрішня пам'ять:організація та основні характеристики, апаратне виконання.

Внутрішня пам'ятькомп'ютера призначена для зберігання програм і даних, з якими процесор безпосередньо працює, поки комп'ютер увімкнено. У сучасних комп'ютерах елементи внутрішньої пам'яті виготовляються мікросхемах. Розрізняють оперативну та постійну внутрішню пам'ять. В оперативній пам'яті зберігаються ті програми та дані, з якими ви працюєте на даний момент. При вимкненні комп'ютера інформація в оперативній пам'яті не зберігається. Наприклад, ви працюєте з навчальною програмою з російської мови, записаною на лазерному диску. Процесор завантажує програму та всі необхідні дані з цього диска в оперативну пам'ять, і тільки після цього може їх обробити. Процесор зчитує команди та дані з оперативної пам'яті та записує до неї результати. Після закінчення роботи з програмою та вимкнення комп'ютера всі дані з оперативної пам'яті зникнуть. Таким чином, основна властивість оперативної пам'яті - те, що вона є енергозалежною, тому що при відключенні енергії дані в ній не зберігаються. Існують програми для керування основними пристроями комп'ютера, які не повинні губитися при вимкненні енергії. Вони зберігаються у постійній внутрішній пам'яті комп'ютера. Цю інформацію процесор може зчитувати, а змінювати неспроможна. Основна властивість постійної пам'яті те, що вона є незалежною, тому що при відключенні енергії всі дані в ній зберігаються.

Обійтися без материнської плати не вдасться. Крім того, від того, яка у вашого комп'ютера материнська плата, залежить подальша його модернізація. Якщо материнська плата дозволяє, то згодом може бути розширена оперативна пам'ять та встановлена ​​відеокарта з вищими показниками. Але будь-який апгрейд можливий, якщо є слоти і роз'єми, що не використовуються досі.

Насамперед поговоримо про таку материнську плату, яка дозволяє розширювати систему в усіх напрямках. Це повнорозмірна плата та рекомендована фірма Asus. Тут є достатня кількість слотів та елементів, завдяки яким подальший апгрейд дає райдужні перспективи. Також потрібно відзначити гарну розведення. Всі елементи добре пропаяні та виробник гарантує, що прослужить плата довго.

Як завжди, розглянемо все за пунктами

На малюнку є позначення і з ними розберемося. Це основні елементи материнської плати:

• роз'єм чи сокет для підключення процесора;
• слоти для підключення відеокарти, іноді в просунуті моделі плат одночасно можуть бути встановлені дві відеокарти;
• у ці слоти підключається оперативна пам'ять, у разі стандарт DDR2;
• чіп материнської плати та його «північний міст»;
• тепер південний міст;
• система, що охолоджує фази для живлення процесора;
• всім знайомі USB роз'єми, їх чотири, які виводяться на задню стінку системного блоку;
• звукова карта вбудована та її виходи;
• інтерфейс дисководу FDC controller;
• це виходи, їх теж чотири, до яких підключаються новий стандарт жорсткі диски;
• в ці три слоти PCI можна під час розширення підключити додаткові плати, наприклад, плати відео-захоплення, ТБ тюнер та інші;
• BIOS батарейка;
• роз'єм у 12 V чотириконтактний для процесора;
• бік живлення підключається до цього роз'єму з 24-х контактів, звідси на материнську плату подається напруга;
• тут підключаються застарілі жорсткі диски IDE для DVD, CD Rom;
• BIOS чи мікросхема.

Тепер ще докладніше

Коментарі можуть бути потрібні для таких елементів як система охолодження. Відмінно видно, що на малюнку вона знаходиться в середині і від неї йдуть мідні трубки. Мікросхема чіпсету з північного боку закривається центральним радіатором. Звичайно, він перегукується із мікросхемою з південного боку. Крім того, тут знаходиться контролер системної шини, оперативної пам'яті, вбудоване відео.

Напевно, зрозуміло, що коли йдеться про північний та південний міст, то в першу чергу мається на увазі їхнє розташування. Північний міст знаходиться вище за слоти PCI, а південний, відповідно, нижче. Радіатор частково закриває і південний міст, в якому знаходиться контролер мережевої карти, вбудованої в комп'ютер, USB шини, вбудований звук та інше.

Мікросхеми, які поєднуються для виконання будь-яких завдань і називають чіпсетами. Англійською це chipset. Північний та південний міст це дві великі мікросхеми на материнській платі комп'ютера.
Завдання «Північного мосту» поєднувати високопродуктивні пристрої та ЦПУ. Ці пристрої знаходяться на материнській платі: відеоадаптер та пам'ять.

На відміну від нього, «Південний міст» управляє жорсткими дисками, платами розширення, мережевими і звуковими картами, USB і так далі. Тобто у його веденні периферійні пристрої.

Нижче приклад, як виглядають два чіпсети «Північний» та «Південний». Північний міст завжди більший, а південний менший. Ці чіпсети від фірми VIA.

Те, що на малюнку вище, ми відзначили цифрою «6» - це радіатори. Вони на материнській платі та їх завдання охолоджувати фази, що живлять процесор. Транзистори та конденсатори знаходяться нижче цих радіаторів. Вони не дають напрузі харчування зазнавати перепадів, коли раптом навантаження зростає. Якщо на материнській платі ці пристрої є, тоді не вагайтеся, вона якісна. За неякісної материнської плати процесор може працювати нестабільно. Це вже недобре.

Фази живлення або ланцюга складаються з перетворювачів напруги, резисторів, транзисторів, дроселів, ШІМ-контролерів, конденсаторів та інше. Все це входить до елементної бази живлення процесора.

Чим займаються перетворювачі напруги?

Вони контролюють напругу і подають її такою, якою вона необхідна для нормальної роботи кожного елемента. Ми вже знаємо, що харчування приходить у 12 вольт. Однак не для всіх елементів потрібна саме така напруга. Тому його потрібно знизити, що і робить перетворювач і потім перенаправляє до мікросхеми або елемента, який його потребує.

Загалом, це важлива тема і тут потрібно зупинитися докладніше. Існує модуль регулювання напруги або Voltage Regulation Module. Скорочено його називають VRM. Він і знижує напругу. Але найчастіше цим займається інший модуль VRD або Voltage Regulator Down. Звичайному користувачеві інформації достатньо. Глибше вникати не потрібно. Просто знайте, абревіатури та розумійте для чого вони.

Перетворювач напруги зазвичай у своїй схемі має ще й польові МОП-транзистори. Польові від різних електричних полів. Цими полями вони й керуються. Що означає МОП? По-англійськи це звучить як metal-oxide-semiconductor field effect transistor, а російською метал-оксид-напівпровідник. Можна ще зустріти скорочену англійську версію MOSFET чи мосфети.

Основний контроль та управління фазами живлення зосереджено на материнській платі на PWM-контролері. Розшифровується абревіатура як Pulse Wide Modulation, перекладається "широтно-імпульсна модуляція" або ШІМ. Простіше, це ШІМ-контролери.

Як ШІМ-контролер розуміє, яку напругу необхідно подавати до центрального процесора? Йому сигналізує восьмибитний знак. У різні моменти напруга має бути різною і тому такий сигнал необхідний.

Нині всі комп'ютери багатофазні. Вони мають до 24 фаз. Але зазвичай можна побачити і чотирифазні та восьмифазні комп'ютери. А ось однофазні наразі рідкість. Але колись вони й були на службі в людини. Наразі вони визнані неефективними.

Але що таке однофазний регулятор?

Він має обмеження в максимальній напрузі, яка проходить через дроселі, мосфети, конденсатори або через основні елементи, що його формують. Напруга може бути трохи більше тридцяти ампер. Для порівняння, сучасні процесори здатні приймати електрику до 100 і вище ампер. Якщо в сучасний комп'ютер встановити одну фазу, то за таких «вимог» вона просто розплавиться. Щоб обмеження зняти і стали виробляти багатофазне живлення процесора.

Якщо регулятор багатофазний, тоді навантаження електрики можна розподілити або направити по окремих фазах, їх кількість може бути різною. Але при цьому всі разом ці фази дадуть саме потужність, яка необхідна. Припустимо, що встановлено шість фаз. Кожна фаза пропускає тридцять амперів. Це цифра обмеження, пам'ятаєте? Отже, кожна фаза подає по тридцять ампер і в сумі це буде сто вісімдесят ампер.

Є один аспект, який необхідно враховувати при покупці комп'ютера. Якщо його процесор Intel покоління Core i7, то енергію він споживає близько 130 Ватт. Таким чином, для його харчування вистачить шести фаз. Якщо вам кажуть, що фаз більше, не вірте, прибрехають. І самі елементи тепер утворюються полімерні твердотільні. Раніше елементна база складалася із електролітичних конденсаторів. Тепер полімерні конденсатори можуть працювати щонайменше п'ятдесят тисяч годин. Навіть дроселі інші, серце у них феритове. Тому й струм вони пропускають не тридцять, як колись було, а всі сорок ампер. І якщо живлення шестифазне, тоді процесор отримає 240 амперів. Енергії при цьому він споживатиме понад двісті Ватт.

Сучасні материнські плати оснащені таким пристроєм, який забезпечує динамічне перемикання між ланцюгами живлення. Все не так складно, як здається на перший погляд. Просто комп'ютер зазвичай споживає енергії не так багато, але іноді виникає необхідність і тоді вже під час роботи фази підключаються одна за одною. Якщо навантаження зменшується, фази відключаються. В принципі, як ми вже говорили, для роботи процесора достатньо однієї фази. Але це слабкого процесора. Іноді такий режим використовують у процесі тестування.

Від фаз харчування до материнської плати

Повернімося до теми розмови. Трохи нижче розташована картинка, де схематично зображені на материнській платі всі основні роз'єми та елементи:

На чолі стоїть центральний процесор. З нього все і починається. Тобто буквально на кожен вузол від центрального процесора передача даних здійснюється через центральну шину.

На наступному малюнку ця ситуація так само проілюстрована:

Що ж це за така шина, про яку ми так часто згадуємо?

Це процесорна шина плати та її назва Front Side Bus. Якщо коротко сказати, то FSB. Через цю шину, взаємодіють північний міст материнської плати та процесор. Можна порівняти з магістраллю, з якою швидкістю мчать дані з такою швидкістю і працює вся система. Робота шини, її частота, вимірюється в мегагерцах, і чим показник вищий, тим робота йде активніше.

Колись ми вже докладно описували, що таке частота та як її вимірюють. Про це окремо можна почитати у спеціальній статті.

У центрального процесора є привілей, тільки він підключається безпосередньо до цієї шини. Всі інші елементи передають та отримують дані через встановлені контролери. Усі вони вбудовані у мікросхему «північного мосту».

Іноді контролери інтегрують у ядро ​​CPU, і зараз це відбувається дедалі частіше.

Що дає перенесення контролерів? Коли контролер оперативної пам'яті перенесли з чіпсету в ядро ​​процесора, сильно зменшилися затримки передачі. У принципі, ці затримки неминучі, коли вони передаються через системну шину. Але тут вони виявились мінімальними.

Цікаво навести як приклад процесор «Intel LGA1156». Там практично немає FSB. Чому? Просто всі необхідні контролери перенесені з материнської плати до процесора.

Ідея компанії «AMD» виявилася плідною. Тепер ця технологія має ім'я і називається вона «Hyper Transport». Спочатку вона була виключно для комп'ютерів, а зараз за цим принципом оснащені мережеві маршрутизатори компанії Cisco. Як зрозуміло, пристрої ці високопродуктивні.

Поступово ядро ​​процесора все ускладнюється. Туди переносяться вже майже всі пристрої, включаючи відео. Спочатку його місце було на материнській платі у північному мості. Місце здавалося ідеальним. Але коли його було перенесено в ядро ​​процесора, виявилося, що це набагато ефективніше.

Чому цей процес став взагалі можливим?

Справа в тому, що техпроцес виробництва процесорів скорочується. Наприклад подивимося на процесори серії. Там техпроцес використовується в 22 нанометри. І завдяки цьому з'явилася можливість розміщувати транзистори в кількості 1,4 мільярда. І це все на одній і тій самій площі.

Щоб було зрозуміло, нанометром називають одну мільярдну частину метра. Відповідно, 22 нанометри це лінійний дозвіл літографічного оснащення. Воно входить до складу центрального процесора.

Як видно, еволюція йде шляхом зменшення всього транзисторів та інших елементів. І з'являється можливість розміщувати їх на одному кристалі. І кількість транзисторів невпинно зростає це закономірно. Таким чином, на їх основі можна створити будь-який елемент і вбудувати його графічне ядро ​​ЦП. Наразі розробники саме цим і займаються. Вони постійно зменшують техпроцес.

Цей процес призвів до того, що під одним дахом в центральному процесорі опинилися практично всі контролери та інтерфейси. У багатьох сучасних материнських платах південний міст виявився непотрібним. І від нього просто відмовились. Натомість у північний міст потрапили деякі з них. Класичний варіант описаної раніше материнської плати можна побачити тепер рідко.

Якщо материнська плата дешева, то можна побачити таку картину: вона вкорочена, а всі елементи не на ній розміщені. Тільки ось вони знаходяться і збоку і знизу текстолітової пластини. Зрозуміло, що ні про роз'єми, ні про виходи годі й говорити. Куди вже тут, елементи б розмістити!

Материнська плата- Це центральна частина будь-якого комп'ютера. Завдяки материнській платі здійснюється взаємозв'язок пристроїв, що входять до комп'ютера.

Як працює материнська плата

Материнська плата(системна) – це фундамент будь-якого ПК, включаючи настільні системи, ноутбуки, кишенькові та планшетні варіанти. Вони материнська плата здійснює взаємодію ОЗУ, процесора, накопичувачів, і навіть плат розширення. Найбільшою частиною комп'ютера є. Вона розташована в корпусі та при заміні вимагає повного демонтажу комп'ютера.

Функції материнської плати

Основною функцією плати є можливість приєднання до комп'ютера різноманітних периферійних пристроїв та додаткових компонентів, які можуть розширити можливості персонального комп'ютера. На всіх материнських платах розташовані деякі компоненти:

– Процесорний сокет, в який встановлюється процесор, а над ним – вентилятор.

- Системна шина. Це провідники, розташовані на внутрішній поверхні материнської плати.

– Певні слоти для встановлення пам'яті комп'ютера.

– Слоти для плат розширення. Призначені для встановлення додаткових плат, наприклад, карток пам'яті. Кожна материнська плата має певну кількість, залежно від моделі плати, роз'ємів введення та виведення.

Додаткові компоненти материнської плати

Також до складу компонентів плати можуть входити:

- Кнопка керування вторинним живленням;

- Кнопка Power;

- мікросхема серверного моста чіпсету;

– Роз'єм для приєднання накопичувального стандарту;

- Роз'єм підключення дисководу;

- Роз'єм подачі додаткового живлення;

- Теплові трубки;

- Батарейка та ін.

Заміна материнської плати

Якщо будь-який із компонентів материнської плати вийшов з ладу, її необхідно вилучати із системного блоку повністю. Від'єднати всі шлейфи та кабелі. Встановити нову плату і знову підключити всі необхідні шлейфи та дроти до неї. Досить часто трапляється, що після заміни материнської плати операційна система перестає завантажуватися. У цій ситуації обов'язкова переустановка Windows.

Іноді повністю згоряє або згоряє чіп, який відповідає за певне завдання. У разі рекомендується не лікувати окрему частину материнської плати, а замінити її на нову.

Заміна материнської платидосить складне та відповідальне завдання, яке краще довірити фахівцю. Достатньо викликати досвідченого фахівця додому, щоб він приїхав та встановив нову материнську плату на Ваш комп'ютер.