Конструктивные элементы материнской платы

по дисциплине «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем»

 

для специальности: «Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей»

Цель работы: Получить навыки по определению компонентов материнской платы, их назначения и свойств.

 

Краткая теория:

Материнская плата – это не просто конструктивный элемент; как правило, именно ее функциональность определяет «мощность» компьютера. В ее состав входят все базовые компоненты, которые обеспечивают работу остальных подсистем ПК. Самыми основными из которых являются:

I) Chip Set - набор микросхем. Это одна или несколько микросхем, специально разработанных для "обвязки" микропроцессора. Они содержат в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, таймеры, систему управления памятью и шиной - все те компоненты, которые в целом и обеспечивают согласованную работу всех аппаратных средств ПК. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств, а так же подсистемы мониторинга физических параметров. Chip Set на материнской плате – это как правило пара самых крупных микросхем (не считая процессора и сопроцессора), а в современных материнских платах на данные микросхемы помещают радиаторы и другие системы теплоотвода. Основными производителями Chip Set являются:

1) Intel

2) UMC

3) SyS

4) NForce

5) VIA

II) BIOS -Basic Input/Output System - базовая система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ («постоянное запоминающее устройство» - отсюда и название ROM BIOS). Она представляет собой набор программ проверки и обслуживания аппаратуры компьютера, и выполняет роль посредника между DOS и аппаратурой. BIOS получает управление при включении и сбросе (reset) системной платы, тестирует саму плату и основные блоки компьютера (как правило – лишь наличие) - видеоадаптер, клавиатуру, контроллеры дисков и портов ввода/вывода, настраивает Chipset платы и запускает загрузку операционной системы. При работе под DOS/Windows BIOS управляет основными устройствами, при работе под OS/2, UNIX, Window 9x/NT/2000/XP BIOS практически не используется, выполняя лишь начальную проверку оборудования и настройку чипсета. Обычно на системной плате установлено только ПЗУ с системным (Main, System) BIOS, отвечающим за саму плату и контроллеры FDD, HDD, портов и клавиатуры; в системный BIOS практически всегда входит System Setup - программа настройки аппаратных составляющих компьютера. Обычно BIOS для современных системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом фирм - Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), реже - Phoenix Technology, Microid Research; в данное время наиболее популярен Award BIOS 6.00. Некоторые производители плат (например, IBM, Intel, Acer) сами разрабатывают BIOS'ы для своей продукции. Иногда для одной и той же платы имеются версии BIOS от разных производителей - в этом случае допускается копировать прошивки или заменять микросхемы ПЗУ; в общем же случае каждая версия BIOS привязана к конкретной модели платы. Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием; сейчас в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM), которые допускают «перешивку» BIOS средствами самой платы. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, программировать собственные экранные заставки и т.п. BIOS может быть выполнен в различных форм факторах в зависимости от его поколения и производителя. В современных материнских платах это небольшая квадратная микросхема с боковыми контактами в особом сокете. Микросхема BIOS может быть заменена только на полностью аналогичной материнской плате, другие замены не допустимы.

III) Аккумулятор, поддерживающий работу BIOS. Изначально выполнялся в форме впаянной в плату не съемной батарейки. В настоящее время – это съемный элемент питания круглой формы, срок действия которого сопоставим со сроком эксплуатации материнской платы, при этом при необходимости можно всегда произвести замену данного элемента

IV) Сокет или слот для установки процессора (сопроцессора). В зависимости от типа устанавливаемого процессора использовались различные типы разъемов для установки процессоров и сопроцессоров.

1) Для старых поколений ПК (286, 386, 486) использовались сокеты для установки процессоров с боковыми контактами и с игольчатыми контактами. В зависимости от типа процессора этих контактов было разное количество и различалось их расположение по площади процессора. Такие сокеты не были рассчитаны на закрепление на них системы вентиляции, а процессор не удерживался дополнительными устройствами.

2) Для поколений ПК (Pentium, Pentium 2, Pentium 3 и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с количеством отверстий равных количеству игольчатых контактов процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки и на сам сокет крепилась система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором).

3) Для некоторых материнских плат поколений ПК (Pentium 2, Pentium 3 и аналогов AMD) использовались щелевые сокеты для установки процессора. При этом сам процессор был жестко впаян в специальную плату (картридж), которая устанавливалась в слот. Система охлаждения процессора закреплялась на картридже, а для более жесткого крепления картриджа в слоте на материнской палате располагались специальные направляющие с заглушками.

4) Для поколений ПК (Pentium IV, и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с количеством отверстий равных количеству игольчатых контактов процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки, а система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором) крепилась на специальной рамке устанавливаемой на материнской плате.

5) Для поколений ПК (Pentium D, CoreDuo, Core2Duo и аналогов AMD) использовались сокеты одинаковой конструкции с контактными иголками равных количеству контактных площадок процессора Снятий/установка процессора сопровождалась поднятием/опусканием специальной запорной планки, а система охлаждения процессора (вентилятор с радиатором) крепилась на специальной рамке устанавливаемой на материнской плате.

V) Слоты для установки оперативной памяти. Модули памяти могут быть выполнены в виде SIPP (Single In-line Pin Package), SIMM (Single In-line Memory Module), DIMM (Dual In-line Memory Module) или SO DIMM (Small Outline DIMM). Наиболее употребительны сегодня модули DIMM. SO DIMM чаще используется в ноутбуках. Выводы (контакты) модулей памяти могут быть позолочены или с оловянным покрытием в зависимости от материала, из которого выполнен слот для памяти. В зависимости от типа материнской платы и поколения Chip Seta устанавливались различные слоты для памяти, при этом разнилось их количество. В некоторых переходных моделях Chip Setов могли быть одновременно находится слоты для различных типов оперативной памяти. Чаще всего на таких платах можно было использовать только один из двух типов оперативной памяти. Количество планок и их суммарный объем зависит от разрядности процессора и типа Chip Seta. Для установки модулей SIPP использовались игольчатые разъемы, для модулей SIMM разъемы с наклонной установкой и боковыми металлическими фиксаторами – для снятия их надо было снимать все планки от края, а устанавливать в обратном направлении. Для модулей DIMM, DDR, RIMM, DDR2– для снятия и установки используются пластмассовые защелки на концах слота.

VI) Слоты для установки плат расширений в соответствии с поддерживаемыми материнской платой шинами:

1) Слоты ISA (Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название - AT-Bus). Является расширением XT-Bus, разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения. Данные слоты черного цвета слот ISA8 сплошной черный, слот ISA16 состоит из 2^х частей – 1^я аналогична ISA8, вторая часть более кроткая черная располагается сразу за 1^й

2) Слот PCI (Peripheral Component Interconnect - соединение внешних компонент) – шина периферийных устройств. Не совместима ни с какими другими, разрядность - 32/32 (расширенный вариант - 64/64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с (264 Мб/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мб/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации. Самая популярная шина в настоящее время, используется также на других, «не ПиСи», платформах. 64-разрядный разъем имеет дополнительную 64-контактную секцию с собственным ключом. Слот белого цвета.

3) Слот VESA. Использовался редко, конструктивно представлял собой слот, аналогичный ISA16, позади которого установлен слот похожий на PCI серого или коричневого цвета

4) Слот AGP (Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема коричневого цвета, в который устанавливается AGP-видеоадаптер. Для закрепления видеоадаптера на некоторых моделях использовался «ключ» позади слота.

5) Слот PCI – E (express). Используется в современны ПК как скоростная замена устаревшим интерфейсам, Имеются разновидности 1x и 8x для подключения карт расширений и видеокарт соответственно. На некоторых материнских картах имеется сразу 2 слота PSI – E для организации режима SLI.

6) Слоты CNR, CNF являются, по сути интегрированными устройствами (модемы, сетевые адаптеры и т.д.) – цифровая часть которых расположена на материнской плате, а аналоговая в карте расширения. Не получили широкого применения. Выполнены в виде небольших щелевых разъемов серых или коричневых цветов.

VII) Игольчатые контакты для подключения элементов передней панели системного блока (кнопки управления, индикаторы)

VIII) Игольчатые контакты для подключения внешних разъемов на передней панели задней части системного блока (USB, IEEE1394, COM, LPT, AudioIn/Out).

IX) Джампера. Для конфигурирования материнской платы (иногда для этих целей устанавливается SIPP переключатель).

X) Джампер для сброса BIOS

XI) Игольчатые контакты для подключения системного динамика (иногда он интегрирован в материнскую плату)

XII) Разъемы для подключения аудио кабеля от оптического накопителя к интегрированной звуковой карте (в настоящее время используются редко).

XIII) Светодиод - работает во включенном состоянии и режиме StandBy – сигнализирует нормальную работу материнской платы (чаще всего зеленого цвета).

XIV) Интегрированный цифровой индикатор кодов ошибок.

XV) Разъемы для подключение шлейфов (IDE, FDD, SATA)

XVI) Разъемы для подключения питания (основной и для ядер процессора), в переходных моделях были разъемы 2^х типов

XVII) Разъемы задней панели:

1) Com порт – черного а в последствии зеленого цвета (9/25 pin.)

2) PS/2 фиолетовый – для подключения клавиатуры

3) PS/2 зеленый – для подключения «мыши»

4) Serial (Din) – черного цвета для подключения клавиатур старого типа

5) VGA – синего цвета для подключение аналогового монитора

6) DVI – белого цвета для подключения цифрового монитора

7) LPT – розовый для подключения принтера

8) MIDI – оранжевый для подключения джойстика и MIDI устройств

9) USB – черный прямоугольный – для USB устройств

10) IEEE1394 – черный 5ти угольный для подключения устройств FireWare

11) SATA – красный прямоугольный для подключения внешних дисков SATA

12) SPDIF - желтый для подключения аудиоустройств по цифровому коаксиальному/оптоволоконному интерфейсу (оптоволокно скрыто специальной черной заглушкой).

13) Microphone – розовый – для подключения микрофона

14) Audio In – голубой для подключения внешних устройств

15) Audio Out – салатный – для подключения акустики или наушников

16) Разъемы Audio 5.1 или 7.1 – для подключения акккустики

17) Video Out – желтый – для подключения аналоговых видеоустройств

18) S-Video – черный для подключения аналоговых видеоустройств стандарта S-Video

19) LAN – для подключения компьютерной сети 10/100/1000мб./с.

20) Lan Coacsial - для подключения компьютерной сети 10 мб./с по коаксиальному кабелю.

21) Phone Line – для подключения к телефонной сети

22) Разъем SCSI – если данный интерфейс интегрирован в материнскую плату.

23) Антенна для Wi-Fi

24) Датчик для ПДУ

XVIII) Интегрированные устройства Wi-Fi

XIX) Интегрированные устройства Blue Tooth

?