Дипломная работа: Усовершенствование материнской платы

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку "устаревших" низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — в информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

1.2 Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу 1.1). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый "бренд", например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы).

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Elitegroup, AsRock. Ранее большой известностью пользовались платы фирм Abit и Epox.

Таблица 1.1 – Форм факторы

Форм-фактор	Физические размеры		Спецификация, год	Примечание
	дюймы	мм
XT	8,5 × 11	216 × 279	IBM, 1983	архитектура IBM PC XT
AT	12 × 11/13	305 × 279/330	IBM, 1984	архитектура IBM PC AT (Desktop/Tower)
Baby-AT	8,5 × 10/13	216 × 254/330	IBM, 1990	архитектура IBM PC XT (форм-фактор считается недействительным с 1996 года.)
ATX	12 × 9,6	305 × 244	Intel, 1995	для системных блоков типов MiniTower, FullTower
ATX Riser	Intel, 1999	для системных блоков типа Slim
eATX	12 × 13	305 × 330	eATX
Mini-ATX	11,2 × 8,2	284 × 208	для системных блоков типа Tower и компактных Desktop
microATX	9,6 × 9,6	244 × 244	Intel, 1997	имеет меньше слотов, чем ATX, также возможно использование меньшего PSU
LPX	9 × 11/13	229 × 279/330	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
Mini-LPX	8/9 × 10/11	203/229 × 254/279	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
NLX	8/9 × 10/13,6	203/229 × 254/345	Intel, 1997	предусмотрен AGP, лучшее охлаждение чем у LPX
Продолжение таблицы 1.1
FlexATX	9,6 × 7,5/9,6	244 × 190,5/244	Intel, 1999	разработан как замена для форм-фактора MicroATX
WTX	14 × 16,75	355,6 × 425,4	1999	для высокопроизв.рабочих станций и серверов среднего уровня
Mini-ITX	6,7 × 6,7	170 × 170	VIA Technologies, 2003	допускаются только 100 Вт блоки питания
Nano-ITX	120 × 120	VIA Technologies, 2004
BTX	12,8 × 10,5	325 × 267	Intel, 2004	допускается до 7 слотов и 10 отверстий для монтажа платы
MicroBTX	10,4 × 10,5	264 × 267	Intel, 2004	допускается до 4 слотов и 7 отверстий для монтажа платы
PicoBTX	8,0 × 10,5	203 × 267	Intel, 2004	допускается 1 слот и 4 отверстия для монтажа платы
ETX и PC-104	используются для встраиваемых (embedded) систем
CEB	12 × 10,5	305 × 267	2005	для высокопроизв. рабочих станций и серверов среднего уровня
Pico-ITX	3,9 × 2,7	100 х 72	VIA, 2007	используются в ультракомпактных встраиваемых системах
SSI CEB	12 × 10,1	305 x 259	Материнские платы этого стандарта обычно служат для построения серверов. Разъемы для подключения блока питания имеют 24+8 контактов.

1.2 Виды материнских плат

Количество производителей материальных плат много, а также их видов и одной страницы про материнские платы недостаточно. Самые популярные производители материнских плат: Asus, Microstar(MSI), Epox, GigaByte, Intel, Foxconn, EliteGroup и т.д.. Для каждой материнской платы есть своя характериститка и архитектура. При сборке учитываются множество показателей от комплектующих также от процессора, видеокарты, шины, блока питания и другое.

Существует несколько наиболее распространенных формфакторов, учитываемых при разработке системных плат. Формфактор представляет собой физические параметры платы и определяет тип корпуса, в котором она может быть установлена. Формфакторы системных плат могут быть стандартными (т. е. взаимозаменяемыми) или нестандартными. Нестандартные формфакторы, к сожалению, являются препятствием для модернизации компьютера, поэтому от их использования лучше отказаться.

Другие: независимые конструкции (разработки компаний Compaq, Packard Bell, Hewlett- Packard, портативные/мобильные системы и т. д.). За последние несколько лет произошел переход от системных плат оригинального формфактора Baby-AT, который использовался в первых компьютерах IBM PC и XT, к платам формфактора ATX и NLX, используемым в большинстве полноразмерных на стольных и вертикальных систем. Существует несколько вариантов формфактора ATX, в число которых входят Micro-ATX (который представляет собой уменьшенную версию формфактора ATX, используемого в системах малых размеров) и Flex-ATX (еще более уменьшенный вариант, предназначенный для домашних компьютеров низшего ценового уровня). Формфактор NLX предназначен для корпоративных настольных систем; WTX, в свою очередь, разрабатывался для рабочих станций и серверов со средним режимом работы, но широкого распространения не получил. Современные формфакторы и область их применения приведены в табл. 1.1.

Несмотря на широкое распространение плат Baby-AT, полноразмерной AT и LPX, им на смену пришли системные платы более современных формфакторов. Современные формфакторы фактически являются промышленным стандартом, гарантирующим совме стимость каждого типа плат. Это означает, что системная плата ATX может быть замене на другой платой того же типа, вместо системной платы NLX может быть использована другая плата NLX и т. д. Благодаря дополнительным функциональным возможностям современных системных плат, компьютерная индустрия смогла быстро перейти к новым Современные системные платы невозможно представить без микросхем системной логики. Набор микросхем подобен системной плате. Другими словами, две любые платы с одинаковым набором микросхем функционально идентичны. Набор микросхем систем ной логики включает в себя интерфейс шины процессора (которая называется также Front-Side Bus . FSB), контроллеры памяти, контроллеры шины, контроллеры ввода-вывода и т. п. Все схемы системной платы также содержатся в наборе микросхем. Если сравнивать процессор компьютера с двигателем автомобиля, то аналогом набора микросхем является, скорее всего, шасси. Оно представляет собой металлический каркас, служащий для установки двигателя и выполняющий роль промежуточного звена между двигателем и внешним миром. Набор микросхем это рама, подвеска, рулевой механизм, колеса и шины, коробка передач, карданный вал, дифференциал и тормоза. Шасси автомобиля представляет собой механизм, преобразующий энергию двигателя в поступательное движение транспортного средства. Набор микросхем, в свою очередь, является соединением процессора с различными компонентами компьютера. Процессор не может взаимодействовать с памятью, платами адаптера и различными устройствами без помощи наборов микросхем. Если воспользоваться медицинской терминологией и сравнить процессор с головным мозгом, то набор микросхем системной логики по праву займет место позвоночника и центральной нервной системы.

Набор микросхем управляет интерфейсом или соединениями процессора с различны ми компонентами компьютера. Поэтому он определяет в конечном счете тип и быстродействие используемого процессора, рабочую частоту шины, скорость, тип и объем памяти. В сущности, набор микросхем относится к числу наиболее важных компонентов системы, даже, наверное, более важных, чем процессор. Приходилось видеть системы с мощными процессорами, которые проигрывали в быстродействии системам, содержащим процессоры меньшей частоты, но более функциональные наборы микросхем. Во время соревнований опытный гонщик часто побеждает не за счет высокой скорости, а за счет умелого маневрирования. При компоновке системы требуется начать в первую очередь с набора микросхем системной логики, так как именно от его выбора зависит эффективность процессора, модулей памяти, устройств ввода-вывода, а также разнообразные возможности расширения. ATX

Конструкция ATX была разработана сравнительно недавно. В ней сочетаются наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. По существу, ATX , это ,лежащая на боку, плата Baby-AT с измененным разъемом и местоположением источника питания. Главное, что необходимо запомнить, конструкция ATX физически несовместима ни с Baby-AT, ни с LPX. Другими словами, для системной платы ATX нужен особый корпус и источник питания. Впервые официальная спецификация ATX была выпущена компанией Intel в июле 1995 года и представлена в качестве открытой промышленной спецификации. Системные платы ATX появились на рынке примерно в середине 1996 года и быстро заняли место ранее используемых плат Baby-AT. В феврале 1997 года появилась версия 2.01 спецификации ATX, после чего было сделано еще несколько незначительных изменений. В мае 2000 года выпускается последняя (на текущий момент) редакция спецификации ATX (содержащая рекомендацию Engineering Change Revision PI), которая получила номер 2.03. Компания Intel опубликовала подробную спецификацию ATX, тем самым открыв ее для сторонних производителей. В настоящее время ATX является наиболее распространенным формфактором системных плат, рекомендуемым для большинства новых систем. Система ATX останется расширяемой в течение еще многих лет, в чем она похожа на предшествующую ей системную плату Baby-AT.

Конструкция ATX позволила усовершенствовать стандарты Baby-AT и LPX. Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода-вывода. На тыльной стороне системной платы есть область с разъемами ввода-вывода шириной 6,25 и высотой 1,75 дюйма. Это позволяет расположить внешние разъемы непосредственно на плате и исключает необходимость использования кабелей, соединяющих внутренние разъемы и заднюю панель корпуса, как в конструкции Baby-AT.

Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания. Это упрощает замену разъемов на источнике питания типа Baby-AT. Спецификация ATX содержит одноключевой разъем источника питания, который легко вставляется и который невозможно установить неправильно. Этот разъем имеет контакты для подвода к системной плате напряжения 3,3 В, а это означает, что для системной платы ATX не нужны встроенные преобразователи напряжения, которые часто выходят из строя. В спецификацию ATX были включены два дополнительных разъема питания, по лучивших название вспомогательных силовых разъемов (3,3 и 5 В), а также разъем ATX12V, используемый в системах, потребляющих большее количество электроэнергии, чем предусмотрено оригинальной спецификацией.

1.4 Системы, расположенные на материнской плате

Процессор - основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.

Конструктивно процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться.

Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Важно также отметить, что данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Среди регистров процессора есть и такие, которые в зависимости от своего содержания способны модифицировать исполнение команд. Таким образом, управляя засылкой данных в разные регистры процессора, можно управлять обработкой данных. На этом и основано исполнение программ.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.

Адресная шина. У процессоров семейства Pentium (а именно они наиболее распространены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных проводников.