1.3. Материнская плата

Системная плата представляет собой один из важных компонентов ПК, поскольку объединяет все остальные части компьютера в единую систему. На материнскую плату устанавливаются главные компоненты вычислительной системы:

• Центральный процессор и система его охлаждения;

• Оперативная память;

• Чипсет (набор микросхем), BIOS(базовая система ввода-вывода Base Input-Output System)

• Различные адаптеры (видео плата; звуковая плата и т.д.)

• Подключаются накопители данных.

Состав материнской платы (Рис.1):

1. Процессорное гнездо;

2. микросхемы системной логики (чипсет);

3. Разъёмы для оперативной памяти;

4. Интерфейс шины AGP;

5. Интерфейсы шины PCI;

6. Интерфейсы подключения жестких дисков и накопителей CDиDVDдисков;

7. Блок портов ввода/вывода;

8. Разъём подключения питания;

9. Интерфейс подключения дисковода.

Всякая современная системная плата является многослойной. Обычно, для изготовления платы используются соединенные друг с другом два или четыре слоя подложек (количество слоёв достигает 8…10) – пластин из изоляционного материала, например, стекловолокна, между которыми проложены проводники, объединяющие электронную схему, смонтированную на одной из сторон такой платы. Во внутренних слоях располагаются линии электропитания и экрана от наводок и помех.

С потребительской же точки зрения, пожалуй, она играет наиболее существенную роль — ведь именно системная плата определяет основные характеристики ПК и задает пределы возможного улучшения его конфигурации. Характеристики системной платы, в свою очередь, по большей части определяются набором микросхем системной логики (чипсетом).

Первоначально задача набора микросхем состояла в организации информационных потоков между ЦП, памятью и шинами для подключения плат расширения. Однако, вследствие высокой комплексности современных чипсетов, актуальные модели содержат контроллеры практически всех распространенных типов — дисковые, сетевые и интерфейсные. Нередко в набор микросхем встраивается и графический адаптер.

Интерфейсы и шины материнской платы

Все каналы передачи данных, применяемые в ПК, можно условно разделить на две группы — внутренние (шины) и внешние (интерфейсы). Шины применяются для соединения компонентов системной платы и подключения плат расширения, а интерфейсы — для подключения внешних относительно системной платы или ПК в целом устройств: накопителей, устройств ввода-вывода, коммуникационного оборудования и др.

Говоря о интерфейсах и шинах необходимо сказать о последовательной и параллельной передаче данных. Параллельная передача означает, что биты информации передаются одновременно, по 8 бит за один раз. Такая связь как правило однонаправлена, т.е. данные передаются в одном направлении. При последовательной передаче связь осуществляется побитно. Отдельные биты пересылаются (или принимаются) последовательно друг за другом, при этом возможен обмен данными в двух направлениях. При параллельной передаче есть ограничения расстояния передачи, чем дальше устройства тем больше вероятность ошибок, последовательная передача подобного ограничения нет.

Шина PCI, занимавшая ранее в архитектуре системной платы центральное место и обеспечивавшая не только передачу данных между платами расширения и контроллерами (в том числе графическим и дисковым), но и соединявшая их с контроллером памяти, в современных архитектурах отошла на второй план. Это произошло вследствие недостаточной производительности классической 32-разрядной 33МГц шины PCI.

Заменой стало применение так называемой хабовой архитектуры, в которой набор микросхем системной логики состоит из двух основных частей — микросхемы контроллера памяти («северный мост»), обеспечивающей взаимодействие ОЗУ и ЦП, и универсального контроллера ввода-вывода («южный мост»), обеспечивающего работу дисковых интерфейсов, последовательных и параллельных портов, а также шины PCI. Для соединения между собой «северного» и «южного мостов», а также для подключения графического адаптера были разработаны высокоскоростные шины. Пропускная способность современных шин для соединения компонентов набора микросхем достигает 1 Гбайт/с.

Что же касается графического адаптера, то для его подключения была разработана спецификация AGP (Advanced Graphic Port), первую версию которой предложила компания Intel в середине 1990х гг. прошлого века. В настоящее время актуальна третья версия стандарта, обеспечивающая пропускную способность 2,1 Гбайт/с.

Однако уже в обозримом будущем следует ожидать отказа от использования AGP, и, скорее всего, новых версий этой спецификации уже не будет: существующая с запасом удовлетворяет требованиям современных графических адаптеров, а в перспективе ее, как это ни удивительно, вновь заменит PCI. Заменят два новых стандарта, разработанных группой PСI-SIG — PCI-X и PCI Express.

Шина PCI-X, широко распространенная в серверных архитектурах, представляет собой 64-разрядную параллельную шину, обратно совместимую с PCI. Первая версия спецификации PCI-X предусматривает частоту до 133 МГц, пропускную способность — до 1,06 Гбайт/с. В настоящее время опубликована спецификация PCI-X 2.0, регламентирующая работу шины на частотах 266 и 533 МГц (2,1 и 4,2 Гбайт/с соответственно).

Заменить же интерфейс AGP и, возможно, некоторые межчиповые соединения призвана шина PCI Express. Пропускная способность PCI Express достигает 4 Гбайт/с в 16-канальной конфигурации.

Тенденция перехода на последовательные шины еще ярче просматривается в интерфейсах для внешних устройств и накопителей. Для подключения периферийного оборудования применяются интерфейсы USB 2.0 и FireWire (IEEE 1394) — пропускная способность 480 и 400 Мбит/с.

Очень перспективными представляются и последовательные дисковые интерфейсы. На смену привычному параллельному ATA133 уже идет последовательный Serial ATA, к преимуществам которого следует отнести не только более высокую скорость (150 Мбайт/с против 133 Мбайт/с у ATA133), но и более удачную механическую конструкцию.