4. Системна плата. Основні типи конструктива і порядок установки. Підключення компонентів до материнської плати.

Системная плата

Системная, или материнская, плата персонального компьютера (System board или Motherboard) является основой системного блока, определяющей архитектуру и производительность компьютера. На ней устанавливаются следующие обязатель­ные компоненты.

ш Процессор(ы), а для 8086-80386 и сопроцессор.

ш Память: постоянная (ROM или Flash BIOS), оперативная (DRAM), а для не самых новых процессоров и кэш (SRAM).

ш Обязательные системные средства ввода-вывода: контроллеры клавиату­ры, прерываний, DMA, таймеры, CMOS RTC, средства управления дина­миком.

Интерфейсные схемы и разъемы шин расширения.

Кварцевый генератор синхронизации.

■ Схема формирования сброса системы по сигналу PowerGood от блока пита­ ния или кнопки Reset.

и Схема управления блоком питания (для плат и блоков АТХ).

■ Регуляторы напряжения питания — VRM (Voltage Regulation Module). Как правило, это управляемые преобразователи напряжения +5 В в бо­ лее низкое, требуемое для современных низковольтных процессоров и интерфейсов.

* Средства мониторинга состояния системного блока: измерители скорости вращения вентиляторов и температуры процессора и других «горячих» компонентов; измерители питающих напряжений; сигнализаторы несанк­ ционированного доступа и т. п. Эти средства позволяют программно

(через загружаемое ПО или меню CMOS Setup) снимать показания изме­рителей и датчиков, а также при должной настройке вырабатывать преры­вание, сигнализирующее о критических событиях, и даже предпринимать экстренные меры (вплоть до выключения питания при перегреве). Сред­ства мониторинга присутствуют не на всех системных платах.

Кроме этих сугубо обязательных средств, на большинстве современных сис­темных плат устанавливают и контроллеры НГМД, интерфейсы СОМ- и LPT-портов, 2-6 портов USB, пару каналов АТА. Этот набор по нынешним меркам является обязательным для «голых» системных плат, иногда к нему добавляют и контроллеры SCSI, Fire Wire (1394). Существуют и системные платы с интег­рированными видео- и аудиоустройствами, адаптером локальной сети и прочи­ми, обеспечивающие полную функциональность компьютера без всяких карт рас­ширения. При необходимости интегрированные устройства могут быть замене­ны устройствами, установленными в слоты расширения (правда, иногда не все устройства системной платы можно полностью отключить). Размещение на сис­темной плате контроллеров, требующих интенсивного обмена данными (АТА, SCSI, графический адаптер), позволяет использовать преимущества локального подключения к шине памяти и процессора. Цель размещения других контролле­ров на системной плате — сокращение общего числа плат компьютера. Какая плата лучше — «голая» или с интегрированной периферией, — зависит от назна­чения компьютера. Интегрированные видео- и аудиоустройства, как правило, по своим параметрам являются не выдающимися, но вполне удовлетворяющими запросам многих пользователей. Компьютер на интегрированной системной плате может оказаться дешевле, чем собранный из конструктора «сделай сам». Компь­ютер на «голой» плате более гибок в плане модернизации, однако при его сборке могут возникнуть проблемы совместимости компонентов, которые на интегри­рованных платах уже решены их разработчиками и изготовителями.

Системные платы первых PC, выполненных на процессорах 8088/86, кроме процессора содержали несколько периферийных БИС (контроллеры прерыва­ний, прямого доступа к памяти, контроллер шины) и связующую логику на мик­росхемах малой и средней степени интеграции. Современные платы исполняют­ся на основе чипсетов (Chipset) — наборов из нескольких БИС, реализующих все необходимые функции связи основных компонентов — процессора, памяти и шин расширения. Чипсет определяет возможности применения различных ти­пов процессоров, основной и кэш-памяти и ряд других характеристик системы, определяющих ее возможности и перспективы модернизации. Его тип существен­но влияет и на производительность — при одинаковых установленных компо­нентах (процессор, память, графический адаптер и жесткий диск) производи­тельность компьютеров, собранных на разных системных платах — читай чипсе­тах, — может отличаться на 30 %.

Конструктивы и установка плат

Унификация и стандартизация компонентов PC распространяется на системные платы, предназначенные для установки в корпуса обычного исполнения. Неко¬торые «фирменные» платы имеют специфические габаритные и присоединитель¬ные размеры, и их можно устанавливать только в «родные» корпуса. Таким спе¬цифическим конструктивом отличаются, например, платы и корпуса компьюте¬ров IBM PS/2, Acer, Compaq, Digital, Packard Bell и ряд других. К ним, естествен¬но, некоторые последующие тезисы неприменимы. Здесь будут рассмотрены кон¬структивы системных плат, предназначенных для установки в корпуса машин класса AT. Системные платы класса XT интереса уже не представляют, а исполь¬зование корпуса XT для компьютера AT в принципе возможно, но вызывает массу неудобств и ограничений.

Традиционные платы Full AT (305x350 мм) и Baby AT (220x330 мм) для кор¬пусов Desktop, Baby AT, Mini-, Midi- и Big Tower имеют фиксированное располо¬жение слотов и разъема клавиатуры относительно задней кромки платы и уни¬фицированную систему крепежных отверстий платы, что облегчает ремонт и модернизацию системных блоков. Их примерный вид показан на рис. 4.11. Для механической совместимости относительно жестко задается только длина плат (размер по стороне задней стенки 305 и 220 мм соответственно), а ширина мо¬жет быть и меньше указанной.

Платы устанавливаются с помощью пластмассовых вставок, входящих в про¬рези шасси. Эти вставки обеспечивают вертикальную и продольную (вдоль оси слотов расширения) фиксацию платы. Они позволяют выставить плату в пра¬вильное положение относительно задней стенки корпуса, ^оторое уточняется при установке в слоты плат расширения. В требуемом положении плата фиксирует¬ся одним или несколькими винтами, завинчиваемыми в предварительно уста¬новленные в шасси резьбовые втулки. Эти же винты обеспечивают теоретически единственную точку соединения заземленного (через блок питания) корпуса ком¬пьютера с общим проводом источника питания.

Для того чтобы снять системную плату, из нее необходимо извлечь все кар¬ты расширения и отсоединить кабели подключения (по крайней мере, корот¬кие). В корпусах типа Mini Tower необходимо снять (или в некоторых корпу¬сах — выдвинуть) шасси, на котором закреплена системная плата. Отвинтив крепежные винты, плату немного сдвигают влево, после чего ее можно снять

с шасси. Установка платы производится в обратном порядке, фиксирующие вин¬ты затягиваются после установки платы в корпус и установки какой-либо пла¬ты расширения.

Ниже перечислены наиболее распространенные ошибки при установке платы.

ш Недостаточное количество точек крепления. Шасси и плата обычно име¬ют избыточное количество возможных точек установки вставок и резьбо¬вых втулок, из которых не все могут совпадать друг с другом. Используе¬мые точки крепления обязательно должны окружать зону слотов расши¬рения со всех четырех сторон (углов). В противном случае при установке плат расширения висящий край системной платы отогнется, что может привести к ненадежному контакту и даже скрытому обрыву печатных про¬водников системной платы.

ш Неправильное использование крепежных винтов. Диаметр крепежных от¬верстий на плате позволяет вставлять в них как пластмассовые вставки, так и металлические крепежные винты. Отверстия, предназначенные для винтов, обычно с обеих сторон платы имеют ободок печатной шины «зем¬ли», или, наоборот, их окружает зона, свободная от печатных проводни¬ков. Около отверстий, предназначенных для пластмассового крепежа, близ¬ко к краю могут проходить тонкие печатные проводники. Если эти отвер¬стия использовать для металлических винтов, возможно короткое замыка¬ние проводников на корпус или даже их обрыв во время затягивания вин¬тов. Если отверстие с близко расположенными проводниками все-таки при¬ходится использовать для винтов, то на них следует установить (прикле¬ить) изолирующую шайбу.

ш Использование слишком длинных винтов. При этом винт не удается затя¬нуть до фиксации платы. Это чревато ненадежностью заземления общего провода, что может приводить к случайным сбоям в работе. Если винт не удается затянуть, а винта покороче нет, можно подложить шайбу (если заземляющий ободок есть на нижней стороне платы, шайба может быть и изоляционной).

Интерфейсные разъемы подключения портов ввода-вывода, шин IDE и SCSI и прочие могут располагаться в различных местах системной платы. Из внешних разъемов, установленных на системной плате, однозначно определено только место разъема клавиатуры. Положение остальных разъемов стандартом не зада¬но. Плату, у которой на задней кромке установлены внешние интерфейсные разъе¬мы, можно без проблем установить только в «родной» корпус. В «чужих» корпу¬сах с ними могут не совпасть отверстия на задней стенке. В самом неприятном случае они могут оказаться напротив ребер жесткости корпуса — здесь уже за напильник браться не захочется.

Стандарт АТХ на конструктив системной платы и корпуса PC определяет но¬вые размеры плат и существенно упрощает соединения, задавая достаточно удоб¬ное местоположение ключевых компонентов системной платы. Представление о расположении ее компонентов дает рис. 4.12. Максимальные размеры плат АТХ составляют 305x244 мм, Mini-ATX - 284x208 мм и Micro-ATX - 244x244 мм. Здесь также задается длина (размер по задней кромке 305, 284 или 244 мм), а ширина может быть и меньшей.

Основные особенности компоновки АТХ перечислены ниже.

ш Все внешние разъемы (клавиатуры и встроенной периферии) располага¬ются в два этажа и сгруппированы у правого края платы. Для них в АТХ-корпусе предусмотрено одно большое прямоугольное окно.

ш Процессор может располагаться под блоком питания, и тогда его радиатор может обдуваться потоком воздуха внутреннего вентилятора блока пита¬ния или дополнительного вентилятора, устанавливаемого снаружи блока питания. Расстояние (по высоте) до блока питания позволяет менять про¬цессор, не снимая системной платы.

т Разъемы адаптеров НГМД и IDE располагаются у правого переднего края платы, что позволяет хорошо разместить кабели в корпусе и сократить их длину, что немаловажно для режимов РЮ Mode 4 и UltraDMA порта IDE.

ш Модули памяти устанавливаются в легкодоступном месте.

ш В дополнение к традиционному набору питающих напряжений введен ис¬точник питания 3,3/3,6 В, позволяющий упразднить один из VRM на сис¬темной плате.

и Для блока питания определен сигнал программно-управляемого отключе¬ния питания, что является эффективной защитой от преждевременного выключения питания при незакрытых приложениях. Полное отключение питания обеспечивается выключателем блока питания, который теперь снова переместился на заднюю панель корпуса.

ш Блок питания имеет «дежурный» маломощный источник +5V Standby для питания цепей управления потреблением и устройств, активных и в спя¬щем режиме (например, факс-модема, способного по звонку «разбудить» машину).

т Питание подается через один 20-штырьковый разъем. Некоторые платы «переходного периода» имеют дополнительно и пару разъемов для пита¬ния от традиционных блоков. При этом конечно теряется возможность программного отключения питания.

Из вышеперечисленного становится очевидным, что установка АТХ-плат в традиционный корпус с традиционным блоком питания (как, впрочем, и обрат¬ная комбинация) весьма проблематична.

Единое окно для всех разъемов на задней стенке имеет неприятную обрат¬ную сторону — не всегда понятно, чем закрывать его неиспользуемое простран¬ство. Металлический лист-заглушка с прорезями под имеющиеся разъемы, по¬ставляемый с системной платой АТХ, не всегда хорошо сочетается с конкрет¬ным АТХ-корпусом. Хорошо, если удается использовать сочетание «дежурных» заглушек, поставляемых с корпусом, с заглушками платы.

Для низкопрофильных корпусов (Slim Case) существует стандарт LPX (Low Profile). Платы LPX имеют всего один слот расширения, в который устанавлива¬ется специальная плата-переходник Riser Card, а в него уже устанавливаются платы адаптеров расширения. Таким образом, системная плата и платы расши¬рения оказываются расположенными в параллельных горизонтальных плоско¬стях, что позволяет снизить высоту корпуса.

Стандарт NLX для низкопрофильных корпусов своими идеями (преследуе¬мыми целями) напоминает АТХ. Стандарт задает размер платы, расположение крепежа, Riser Card и внешних разъемов, расположение и допустимые высоты компонентов. В этом конструктиве периферия (IDE, гибкие диски, компоненты лицевой панели) подключается к разъемам, установленным на Riser Card. Таким образом удается разгрузить системную плату, но, в отличие от прежних низко¬профильных конструктивов, Riser Card теперь является необходимым компонен¬том. Изменился и способ стыковки: если раньше Riser вставляли в слот систем¬ной платы, то теперь наоборот: системная плата справа имеет краевой разъем с 340 контактами (по 170 печатных контактов с каждой стороны). Этот разъем вставляется в слот Riser Card и несет сигналы всех системных шин расширения и многих периферийных интерфейсов. Так что в стандарте NLX внешние связи системной платы задаются очень жестко — это расплата за высокие технологии в малых габаритах.

Порядок подключеня устройств

Установка процессора и кулера

1 На процессоре предусмотрена метка, позволяющая правильно сориентировать его при установке: она указывает на угол, где отсутствует процессорная ножка. Сначала требуется поднять рычаг, затем, после того как процессор полностью войдет в гнездо, нужно не забыть его вернуть в исходное положение. Устанавливать процессор следует бережно, чтобы не повредить хрупкие ножки. 2 Перед установкой кулера необходимо позаботиться о наличии термоинтерфейса между процессором и радиатором. Многие кулеры поставляются с уже нанесенным теплопроводящим материалом, в таком случае надо лишь снять защитную пленку. В нашем случае наклейка на поверхности радиатора защищала только медную полированную поверхность, и потому мы воспользовались термопастой (ее следует равномерно распределить по поверхности процессора). 3 При установке радиатора необходимо убедиться, что он занял правильное положение и плотно прилегает к процессору. После этого следует зацепить его крепежные детали за отверстия в пластиковой рамке, окружающей процессорный разъем. Для фиксации кулера остается привести в действие прижимные рычаги. 4 После установки кулера его необходимо подключить к соответствующему разъему на материнской плате. Требуемые контакты могут располагаться как рядом, так и достаточно далеко от процессорного разъема, и здесь помогут надписи на самой материнской плате или инструкция по ее эксплуатации. Разумеется, процессорный кулер можно подключить и к другим разъемам, предусмотренным для питания корпусных вентиляторов.

Установка модулей памяти и плат расширения

1 Для установки модуля памяти необходимо ориентироваться по выемке, разделяющей его контакты на две группы. Она должна совпасть с соответствующей перемычкой в гнезде. Перед установкой модуля памяти защелки надо открыть. Может потребоваться некоторое усилие, чтобы планка зашла в гнездо (при этом боковые защелки вернутся в исходное положение). Два одинаковых модуля памяти следует устанавливать симметрично (здесь поможет цветовая кодировка гнезд) для обеспечения работы чипсета в двухканальном режиме.

2 Для установки видеокарты и других плат расширения прежде всего надо снять корпусные заглушки. Видеокарта должна полностью войти в слот AGP и стоять там без перекосов. Затем ее необходимо привинтить к корпусу, однако если это окажется проблематичным, достаточно просто зафиксировать, чтобы она не шаталась. В противном случае попытки закрутить винт до упора могут привести к неправильному положению видеокарты относительно AGP-разъема. 3 Установка звуковой платы и любой другой PCI-карты расширения производится таким же образом, как и в случае с видеокартой. Не следует использовать ближайший к AGP разъем. Кроме того, если возникнут проблемы с конфигурацией PCI-устройств при установке операционной системы или драйверов, один из способов их решить -- просто переставить устройство в другой PCI-слот.

Установка жесткого диска и оптического привода

1 Прежде чем установить жесткий диск, необходимо разобраться с его перемычками. Как правило, на наклейке винчестера приводится схема, объясняющая, как задать тот или иной режим работы. Оптимальным является Cable Select (CS), при котором конфигурация HDD происходит автоматически.

2 Жесткий диск устанавливается в один из трехдюймовых отсеков, где закрепляется с помощью винтов, идущих в комплекте с корпусом (если взятый наугад винт прокручивается туго, следует использовать другой, имеющий больший шаг). Желательно, чтобы сверху и снизу винчестера не стояли другие накопители (такие, как флоппи-дисковод, Zip-драйв или дополнительный HDD). 3 Оптические приводы вставляются снаружи в один из открытых пятидюймовых отсеков. Возможно, перед этим придется снять декоративную панель и выломать металлическую заглушку, соединенную с шасси корпуса. Перед установкой оптического привода, как и в случае с жестким диском, следует обратить внимание на перемычки. В некоторых случаях для установки операционной системы с CD-ROM требуется включить оптический привод в режиме Master (MA), для чего он должен быть подключен к отдельному IDE-каналу. Если в системе лишь один жесткий диск и один оптический привод, тогда имеет смысл сделать их "мастерами" первого и второго IDE-каналов материнской платы.

4 Жесткий диск подключается к первому IDE-каналу с помощью 80-жильного шлейфа, идущего в комплекте с материнской платой (он может иметь ярлык ATA/66/100/133). Другой, 40-жильный, шлейф предназначен для оптических приводов, работающих в режиме ATA/33. Жесткий диск, на который будет производиться установка операционной системы, следует подключить к оконечному разъему шлейфа, оставив средний для устройств, работающих в режиме Slave (SL). К материнской плате подсоединяется длинная часть шлейфа, правильное подключение коннекторов обеспечивается ключом (выступом/прорезью на разъемах или отсутствующим контактом/гнездом).