Системный блок материнская плата описание. Назначение материнской платы. Разновидности системных плат

Безопасность компьютера

Персональный компьютер (ПК) состоит из множества узлов, передающих друг другу информацию, обрабатывающих её и обменивающихся ею с пользователем. Каждый узел выполняет свою узкоспециализированную функцию. Большинство этих узлов расположены в одном конструктивно законченном элементе – материнской плате. Постараемся разобраться, зачем нужна материнская плата.

Эта плата, также называемая системной, «материнкой» и т.д. является основой любого ПК. Её иногда называют MB – английской аббревиатурой, произошедшей от слова «motherboard», материнская плата.

Другая расшифровка аббревиатуры MB – «mainboard», главная плата. И она действительно главная, поскольку все элементы ПК подключены к ней либо непосредственно, либо через стандартные кабели.

В большинстве системных блоков плата располагается вертикально. Её прикручивают к одной из его стенок.

Понятие материнской платы ее функции

С точки зрения обычного пользователя материнская плата представляет собой прямоугольное изделие из стеклотекстолита. На ней размещаются множество деталей и разъёмов, соединённых проводящими элементами.

Основных функций у материнской платы несколько:

передача управляющих сигналов от центрального процессора (ЦП) к различным устройствам;
обмен данными между процессором и памятью (постоянной и оперативной);
организация устройств долгосрочного хранения информации (жестких дисков и других внешних носителей) и обеспечение доступа к ним;
подключение внешних устройств (видеокарт, средств обработки звука, внешней памяти, сетевых адаптеров, принтеров и т.д.);
обеспечение ввода информации от пользователя или другого компьютера.

Важно! Отдельно следует отметить ещё одну важную функцию, не касающуюся обработки информацией напрямую, но обеспечивающую функционирование процессора и некоторых внешних устройств: обеспечение их дополнительным электропитанием.

Ответ на вопрос, что такое материнская плата компьютера, следует из описания её функций. Системная плата является тем самым связующим звеном (точнее, целым комплексом связующих звеньев), без которого работа ПК в целом будет невозможной.

Непосредственно в разъёмы на материнской плате вставляются следующие устройства:

процессор;
модули памяти;
видеокарта;
звуковая карта;
любые другие устройства со стандартными интерфейсами материнки (сетевые адаптеры, устройства обработки видео и т.д.)

Устройства хранения информации (жёсткие диски, BlueRay и прочие) подключаются к материнке не непосредственно, а при помощи стандартных кабелей. В настоящее время для таких устройств используется интерфейс SATA. Кроме того, существуют такие же разъёмы для подключения резервных хранилищ информации, располагающихся вне системного блока.

Различные периферийные устройства (клавиатура, мышь, принтер, флешки и пр.) могут быть подключены к плате при помощи интерфейса USB. Разъёмы USB могут находиться как непосредственно на плате, так и подключены к ней при помощи кабелей.

Иногда на материнках для обеспечения совместимости с некоторыми моделями клавиатур и мышей может использоваться интерфейс PS/2, разъём которого также расположен на ней.

Платы со встроенными видеоадаптерами имеют разъём видеоадаптера, предназначенный для подключения к монитору.

Все компоненты, входящие в состав материнки жестко закреплены на ней при помощи пайки, клея или какого-либо другого способа соединения, а иногда и их комбинации. Теоретически для обычного пользователя материнка является неразборной.

К её главным составляющим относят:

разъём для подключения ЦП, т.н. «сокет»;
специальные крепёжные элементы для подключения системы охлаждения ЦП;
несколько разъёмов для подключения оперативной памяти;
микросхемы постоянной памяти;
микросхемы чипсета;
формирователи стандартных интерфейсов т.н. «шин» для работы с внешними устройствами;
разъёмы для подключения внешних устройств к шинам (т.н. слоты расширения);
контроллеры и разъёмы для подключения периферийных устройств;
разъёмы для подключения основного и дополнительного электропитания;
формирователи питающих напряжений для процессора, памяти и шин;
простые звуковые адаптеры (на большинстве современных материнок);
разъёмы для подключения кнопки включения и сброса ПК и индикаторов передней панели;
другие устройства индикации и отладки (опционально);

Обычно, компоненты на плате группируются по своим функциям. Например, чипсет, модули памяти и систему электропитания располагают поближе к ЦП. Под слоты расширения отводят большую часть свободной поверхности материнки, чтобы крупногабаритные устройства (например, видеокарты) разместились там без проблем.

Разъёмы для подключения периферии располагаются по периметру материнской платы, считается, что такое расположение упрощает подключение устройств к ним.

Часть разъёмов специально располагается в отдельном месте материнской платы, на так называемой задней панели разъёмов. Под заднюю панель в любом системном блоке сделано отверстие размерами 6,25 на 1,75 дюйма с допусками 0,08 дюйма (в среднем 159 на 45 мм).

Внимание! Все стандарты на размеры материнских плат, и вообще, всех комплектующих идут в дюймах. Поэтому не стоит удивляться «некруглым» цифрам в размерах тех или иных деталей, выраженных в миллиметрах.

На задней панели обязательно есть такие разъёмы:

PS/2 для подключения мыши и клавиатуры;
4-8 разъёмов интерфейса USB;
3-6 разъёмов mini-jack для подключения звуковых устройств;
RJ45 для подключения локальной сети.

Перечисленный набор присутствует практически у всех плат, но иногда к нему добавляются дополнительные разъёмы.

Разъёмы электропитания

Подключать материнскую плату к источнику питания можно через стандартный 24-контактный разъём питания. Иногда к нему добавляется один или несколько 4, 8 или 12 контактных разъёмов дополнительного питания +12В.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Блок питания выдаёт напряжение +3.3 В, а также напряжения 5 В и 12 В обеих полярностей. Их использует большинство устройств внутри ПК. Однако ЦП требует других напряжений питания – от 1 до 2 В. Связано это с оптимизацией распределения потребляемой мощности.

Для того чтобы обеспечить питание процессора, на системной плате размещают преобразователи напряжения. Они представляют собой небольшие микросхемы, расположенные в непосредственной близости от ЦП. Помимо функций преобразования напряжения, эти микросхемы обеспечивают его стабилизацию – то есть постоянство во времени, в не зависимости от степени загруженности процессора. Каждый стабилизатор является миниатюрным импульсным источником питания, для работы которого нужны конденсаторы. Эти элементы устанавливаются рядом со стабилизаторами.

Внимание! Импульсные стабилизаторы потребляют столько же мощности, сколько и процессор. Поэтому радом с ними не должно быть никаких препятствий, мешающих циркуляции воздуха, обеспечивающего их охлаждение.

Чипсет

Главная деталь любой системной платы. Именно благодаря ему ЦП может выполнять программы и обрабатывать данные. В настоящее время со всеми устройствами, кроме оперативной памяти и основных шин, процессор «общается» только через чипсет.

До 2011 года чипсет физически разделялся на две микросхемы – северный и южный мосты. Северный мост использовался для связи с быстрыми устройствами, сопоставимых по быстродействию с процессором. Южный мост – с более медленными, быстродействие которых было в десятки, а то и в тысячи раз меньше, чем быстродействие процессора.

Но впоследствии, практически все составляющие компоненты северного моста были перенесены с материнской платы в процессор, что позволило примерно на треть увеличить общее быстродействие системы. Поэтому в настоящее время чипсет используется для обмена данными с медленными шинами и другими периферийными устройствами.

BIOS и CMOS

На каждой материнской плате располагается микросхема постоянной памяти, содержащая набор процедур, обеспечивающих запуск компьютера и подготовку его к загрузке операционной системы. Набор этих процедур называется BIOS. Это также аббревиатура от английского «basic input/output system» — базовая система ввода/вывода.

Кроме этих функций BIOS позволяет проводить более тонкую настройку параметров как материнской платы, так всего ПК. С её помощью можно ускорить/замедлить процессор, выбрать способ загрузки операционной системы, поменять системное время и так далее.

Хранение этих настроек частично возложено на устройство CMOS – небольшой объём энергонезависимой памяти, питающейся от сменной батарейки. При выключении питания ПК эти настройки сохраняются и используются при следующем включении. Срок службы батарейки составляет от 3 до 10 лет.

Внимание! По окончании ресурса батарейки система выдаст соответствующее сообщение. При его появлении батарейку рекомендуется заменить.

На всех без исключения материнках предусмотрено «обнуление» CMOS. Делается это для тех случаев, когда выбранные настройки приводят к неработоспособности компьютера. Обнуление может быть сделано при помощи специальной кнопки или джампера.

Разновидности плат

Материнские платы, подходящие для одних и тех же процессоров и имеющие одинаковые чипсеты могут быть произведены в различных конструктивных вариантах исполнения. В первую очередь это касается их размеров. Существует понятие форм-фактора или типоразмера материнской платы; разберемся, что это такое.

Геометрические размеры платы имеют стандартные значения для унификации используемых системных блоков и различных периферийных устройств. Рассмотрим их подробнее:

EATX

Размер: 12 на 13 дюймов (305 на 300 мм).

Преимущественно применяется для серверного, т.н. «стоечного» исполнения. Однако, могут применяться и для ПК, в случае, если необходимо подключить несколько крупных устройств, например, видеокарт. Обладают максимальным набором периферийных устройств, однако их стоимость может на порядок превышать стоимость обычных материнок. Число больших слотов расширения, поддерживающих шину PCIE-16 – до 4.

Standard ATX

Размер: 12 на 9,6 дюймов (305 на 244 мм).

Обычные платы, использующиеся в большинстве современных ПК. Подходят для любых корпусов типа Tower. Число слотов расширения – до 3.

microATX

Размер: 9,6 на 9,6 дюймов (244 на 244 мм).

Урезанная версия ATX. Используют один слот расширения, имеют ограничение на количество портов USB. При этом они дешевле стандартных и потребляют меньше электроэнергии.

Mini-ITX

Размер: 6,7 на 6,7 дюймов (170 на 170 мм).

Специализированные платы для небольших системных блоков, преимущественно используемых для офисных решений. Слот расширения либо отсутствует, либо имеется его урезанная версия. Процессор встроен в материнку и не подлежит замене. Обладают очень низким энергопотреблением. Блок питания ограничивается мощностью в 100 Вт. Для сравнения, питание самой «лёгкой» платы microATX требует источника питания минимум 300 Вт.

Mini-STX

Размер: 5,7 на 5,5 дюймов (147 на 140 мм).

Также специализированные платы для микрокомпьютеров. Слотов расширения нет, однако, процессор может быть заменен. Видеосистема встроенная. Применяется преимущественно для офисных и мобильных решений.

Как определить, какая материка установлена

Существует три способа определения типа системной платы, установленной в ПК:

При помощи программ диагностики. Таковыми могут быть CPU-Z, AIDA, PC Wizard и прочее.
При помощи DMI. Этот способ, скорее, применим для программистов. Частично он реализован в «Свойствах системы» ОС Windows, но тип материнской платы там отображается не всегда.
Визуальный. Разобрать системный блок и посмотреть надпись на плате. Традиционно, она находится между слотами расширения.

Первый способ самый простой и предпочтительный. Кроме того, он абсолютно безопасен и может применяться, когда вскрыть системный блок невозможно. Например, если ПК находится на гарантии.

Как выбрать хорошую материнскую плату

Выбор хорошей материнской платы должен производиться по следующим критериям:

Совместимость её с имеющимся процессором.
Возможность поддерживать всё имеющиеся в распоряжении оборудование. Это относится к типам модулей памяти, видеокарте, количеству жестких дисков и периферийных устройств.
Форм-фактор должен совпадать с имеющимся корпусом, а энергопотребление – с блоком питания.
Расположение элементов на материнке не должно создавать препятствия для её нормальной вентиляции. Подобным часто грешат производители дешевых комплектующих.
По возможности на материнке должны быть две микросхемы BIOS – основная и резервная.
Разъём питания должен быть универсальным – минимум 24+4 контакта. Обязательно наличие дополнительного питания процессора.
Место положения разъёмов для жестких дисков должно быть удобным и не мешать платам расширения.

Так же вы можете посмотреть статьи на темы и .

Каждый день миллионы человек садятся за свои рабочие места, включают ПК и приступают к выполнению своих обязанностей. Однако большинство из них понятия не имеют о том, как устроен их компьютер, как всё это работает. Если спросить о его устройстве, то большинство пользователей ответят: монитор, клавиатура, мышка и системный блок. А на вопрос о том, без чего нельзя запустить машину, отвечают: без электричества. При этом мало кто догадывается о строении и способен различить хоть какие-то платы внутри.

В этой статье будет рассмотрена одна из основополагающих частей компьютера, без которой его работа была бы невозможна в принципе. Если вы - начинающий пользователь и собираетесь собрать свой ПК, а не пользоваться готовыми предложениями рынка, вам пригодятся советы по материнским платам, которые вы получите здесь.

Опора компьютера

Материнская плата - это не что иное, как основа вашего компьютера. Основополагающее и связывающее звено всех элементов. Другое её название - системная плата. Основной ее функцией является передача сигналов управления и данных между комплектующими - процессором, чипсетом, картами расширения, внешними устройствами.

Основные характеристики материнской платы, на которые стоит обращать внимание - форм-фактор, количество разъёмов под платы расширения PCI Express, тип поддерживаемой оперативной памяти и её объём, тип разъёма процессора. И некоторые дополнительные, но не критичные детали - тип порта для мышки, версия USB-порта, наличие Wi-Fi и HDMI.

Исходя из этих характеристик, пользователь должен совершить выбор при покупке. Главное помнить, что лучшая материнская плата та, которая идеально подходит к выбранным вами остальным комплектующим.

Структура

Любая материнская плата разделяется на две основные взаимодействующие части - северный и южный мост.

Южный мост - это единая микросхема, которая связывает между собой большинство медленных взаимодействий в компьютере, а также связывает их с процессором посредством северного моста. Физически южный мост состоит из таких частей:

контроллеры PCI, LPC, Super I/O;
IDE и SATA контроллеры;
часы;
Bios;
управление питанием;
звук;
управление сетевыми картами.

В некоторых случаях может напрямую управлять мышью, клавиатурой, внешними портами, хотя зачастую они управляются через специальный контроллер ввода-вывода Super I/O.

Северный мост, иначе называемый контроллером-концентратором памяти, включает в себя:

процессор;
оперативную память, в случае если она не подключена напрямую к процессору;
видеоадаптер.

Именно северный мост в составе материнской платы выделяет наибольшее количество тепла, вследствие чего в большинстве случаев при реализации архитектуры компьютера для него требуется индивидуальная система охлаждения.

С развитием компьютерных технологий некоторые производители стали отказываться от северного моста в составе архитектуры. Например, материнские платы Intel, начиная с Intel Nehalem, убрали северный мост, перенеся часть его функций на центральный процессор, сократив, таким образом, количество активных компонентов материнской платы.

Собираем компьютер

Первое, что необходимо выяснить перед покупкой, это форм-фактор. В обязательном порядке уточняйте у продавцов размеры материнской платы. В большинстве современных персональных настольных компьютеров используется стандарт ATX. Подробнее, как подключить материнскую плату, рассмотрим ниже.

Первым делом устанавливаете плату в корпус компьютера и закрепляете с помощью винтиков.
В разъём 1 подключаете шлейф, идущий от вашего блока питания. Это основной элемент, осуществляющий питание материнской платы. Будьте внимательны, существуют разъёмы на 20 и 24 pin (количество штырьков), поэтому при покупке убедитесь, что ваш блок питания подходит к системной плате. В качестве совета стоит сказать, что в первую очередь стоит брать материнку. И уже к ней подбирать блок питания.
Во второй разъём подключаем также идущий от блока питания шнур, предназначенный для питания центрального процессора. Также нажимаем до самого упора, чтобы защелка встала на место, и питание не отключилось во время работы.
На третьем месте обозначен разъем на материнской плате, для немного устаревшего, но до сих пор встречающегося привода для чтения дискет. Этот разъём имеет незначительные отличия от разъёма 4, но если присмотреться, то сможете запросто увидеть отличия.
Для подключения жесткого диска или CD/DVD-привода используется интерфейс IDE ATA. Шлейф для этого разъёма отличается тем, что у него два выходных интерфейса, поэтому при подключении одного шлейфа вы можете подключить сразу и CD-привод, и жесткий диск. В отличие от приведённого примера, большинство материнских плат имеют по несколько таких разъёмов.
Еще один способ подключения жесткого диска и CD/DVD-привода - это SATA интерфейс. Подключается он через разъем №5. Он используется в новых устройствах, и перепутать его с другим разъёмом не представляется возможным.

Разобравшись, как подключить материнскую плату, переходим к подсоединению оставшихся устройств и интерфейсов.

Платы расширения

После подключения внешних и внутренних устройств, а также питания к материнской плате, можно приступать к подключению плат расширения - оперативной памяти, графического адаптера, сетевой карты.

При покупке вам должна была быть выдана полная спецификация и типы разъемов. Помните, что оперативную память необходимо выбирать того же стандарта, что и указан в документации. Память DDR2 невозможно подключить в разъем DDR3, поэтому при покупке убедитесь, что берёте современную материнскую плату, с новейшими интерфейсами. Найти комплектующие старых форматов проблематично, а новые не намного отличаются по ценовой категории.

Что касается графического адаптера, то здесь вы не ошибетесь. В большинстве случаев это самый большой разъем на материнской плате. В старых моделях подключение производилось простым защелкиванием видеокарты в паз. В современных мощных видеокартах присутствует своя независимая система охлаждения. Её также надо подключать непосредственно к материнской плате с помощью двухпинового шлейфа. Обычно разъём питания находится ближе к процессору, поскольку к нему же подключается и охлаждение самого процессора.

Самой важной частью, подключаемой к системной плате, станет ЦПУ. Процессоры также имеют свои уникальные разъемы. Например, материнская плата ASUS VANGUARD B85 имеет сокет LGA1150, к которому можно подключить процессоры Intel i7/i5/i3, в то время как с другими могут возникнуть проблемы.

Рассмотрим ниже понятие о том, какая же лучшая материнская плата. Несмотря на то, что компания Intel имеет огромный опыт в разработке оборудования для персональных компьютеров, сейчас она занимается разработкой именно комплектующих. Поэтому даже самые крупные компании вынуждены выпускать продукцию под материнские платы Intel.

ASUS Z97-A

На форуме 2014 года, проведённом компанией Asus, были, как обычно, представлены новинки. Среди них - эта бюджетная материнская плата, цена которой будет по карману большинству обывателей. Отказавшись от привычного дизайна, компания «Асус» выпустила материнку в бронзовых оттенках, с достаточно богатым оснащением. В состав этой недорогой платы входят:

три слота PCIe x16;
четыре слота DIMM под оперативную память, с поддержкой до 32 гигабайт;
один современный слот SATA Express;
а также, даже на такой невзрачной материнской плате, был установлен звуковой чипсет Crystal Sound 2.

Без сомнения, компания Asus повышает планки для своих материнских плат, оставаясь в той же ценовой категории, что и раньше. Это позволит им оставаться среди лидеров на рынке компьютерных комплектующих.

ASUS Z97-DELUXE

На той же выставке была представлена еще одна модель материнской платы. Можно сказать, что она достойна стать настоящим лидером среди своих сестер. Флагманская материнская плата ASUS предоставляет пользователю поистине безграничный потенциал расширения своего компьютера. Секретом такого успеха является количество интерфейсов, которых стало в два раза больше. Вот характеристики материнской платы:

два интерфейса Sata Express;
6 дополнительных портов SATS 6G;
8 портов USB 3.0;
3 слота PCI Express 3.0 x16;
звук Crystal Sound 2.

Конечно, для рядового пользователя такая материнская плата, цена на которую может зашкаливать за 10 000 рублей, не подходит, поэтому, если вы стараетесь собрать себе бюджетный компьютер своими руками, то обязательно изучите варианты. Продавцы-консультанты в магазинах предоставляют разнообразнейший выбор в доступной ценовой категории от 2 000 до 8 000 рублей.

Ноутбук

Материнская плата для ноутбука - это не просто тело, к которому подключены устройства. Это сама жизнь ноутбука. Если вы, не дай бог, прольёте на неё кофе или повредите, то в большинстве случаев готовьтесь распрощаться ещё и с половиной оборудования, установленного внутри.

Дело в том, что далеко не у всех ноутбуков на материнской плате возможно заменить компоненты. Встроенная видеокарта или оперативная память потребует дополнительных расходов в случае ремонта, поэтому всегда четко представляйте, для чего вам компьютер и нужен ли ноутбук дома.

Замена компонентов ноутбука представляется сложной даже для опытных системных администраторов, поэтому при поломке его части или, в особенности, материнской платы, в 90% случаев вам придётся обращаться в сервисный центр.

Уход за материнской платой

Многие полагают, что персональный компьютер - это своеобразный инструмент для работы, наподобие пилы или молотка. Понятное дело, что в таком случае пользователь абсолютно не прав. Компьютер, как и, в частности, материнская плата - это целая взаимодействующая система, состоящая из миллионов частей. Представьте себе, что материнская плата, лежащая на столе - это город, а миллиарды бит информации, ежедневно проходящих через неё - это жители. Понятно дело, что за своим инструментом нужно следить и ухаживать.

Когда производитель тестирует свой продукт, он не рассчитывает, что в нём поселятся насекомые или, хуже того, крысы. Наверно, польза профилактики компьютера очевидна, от того как вы относитесь к своему рабочему месту, будет зависеть то, как долго оно вам прослужит. Тем более, уход за материнской платой и внутренностями компьютера не займёт у вас много времени.

Хотя бы раз в месяц, а лучше чаще, полностью отключайте компьютер от сети и снимайте крышку с блока питания. В любом компьютерном магазине вы сможете купить баллон со сжатым воздухом, либо можете воспользоваться пылесосом, настроенным на выдув. Обязательно продуйте все радиаторы и уголки системного блока, избегая прямого контакта с платами и проводами.

Если вы давно не чистили системный блок, делайте это на улице и в марлевой повязке, чтобы не надышаться пыли. Ни в коем случае не используйте жидкости или аэрозоли. Помните, что пыль в системах охлаждения, да и на самих платах, способствует повышению температуры и может привести к их поломке. Поэтому уборка внутри компьютера - это не прихоть, а, скорее, жизненная необходимость.

Ремонт

Если вы все-таки не смогли уберечь свой компьютер от поломки и не способны определить самостоятельно, какая часть повреждена, лучше воспользуйтесь услугами сервисного центра. В большинстве случаев определить проблему самостоятельно можно, только если сломалось что-то из комплектующих. Если проблема в материнской плате, то с этим справится только электронщик.

Материнская плата - это важнейший компонент, для ремонта которого потребуются
специальные навыки и оборудование. Если же у вас сломался ноутбук, то еще и достаточно много места для его разборки.

Залог успешного ремонта это важнейшей детали - в правильной диагностике и поиске неполадок. Самой большой ошибкой рядового пользователя станет попытка самостоятельного ремонта. В таком случае человек может не только не починить плату, но и довести её до состояния, когда её придётся выкинуть на помойку.

Если же у вас появился сбой в работе ноутбука, как можно скорее доставьте его в сервисный центр. Материнская плата для ноутбука - сложный для замены элемент. Поэтому игнорирование мелких сбоев может привести к тому, что, оставшись безучастным к ошибке один раз, вам придется столкнуться с более серьёзными проблемами.

Важно осознавать, что материнская плата - это основная составляющая стоимости ноутбука. Поэтому при сбоях лучше обращаться к профессионалам сразу и не затягивать, они помогут вернуть вам ноутбук к жизни при минимальных затратах.

Заключение

Итак, материнская плата - это основа жизни вашего компьютера. Многие программисты утверждают, что у компьютеров есть своя душа и характер. Они признают только одного хозяина. Если поверить в эту теорию, то душа компьютера находится именно в материнской плате.

Выбранная с душой и вниманием материнская плата, при должном уходе, прослужит вам долго, несмотря на её стоимость или составляющие. О ней надо заботиться, ухаживать и тогда она прослужит вам очень долго. Никогда не стесняйтесь обращаться к специалистам и не проводите её ремонт самостоятельно.

Следуя советам этой статьи, вы без труда сможете собрать свой компьютер и не волноваться о том, что он вдруг откажет вам в самый неподходящий момент.

Системная плата является основной в системном блоке. Она содержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера:

центральный процессор;

постоянную (ROM ) и оперативную (RAM ) память,кэш-память ;

интерфейсные схемы шин;

гнёзда расширения;

обязательные системные средства ввода-вывода и др.

Системные платы исполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами (ChipSets). Часто на системных платах устанавливают и контроллеры дисковых накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и др. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.

IV. Интерфейсы вычислительных систем

Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter - между, и face - лицо).

Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным .

Интерфейс - это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

выдача и прием информации;

управление передачей данных;

согласование источника и приемника информации.

В связи с понятием интерфейса рассматривают также понятие шина (магистраль) - это среда передачи сигналов, к которой может параллельно подключаться несколько компонентов вычислительной системы и через которую осуществляется обмен данными. Очевидно, для аппаратных составляющих большинства интерфейсов применим термин шина , поэтому зачастую эти два обозначения выступают как синонимы, хотя интерфейс - понятие более широкое.

Каждый из функциональных элементов (память, монитор или другое устройство) связан с шиной определённого типа - адресной, управляющей или шиной данных.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

Портами также называют устройства стандартного интерфейса : последовательный, параллельный и игровой порты (или интерфейсы).

К последовательному порту обычно подсоединяют медленно действующие или достаточно удалённые устройства, такие, как мышь и модем. К параллельному порту подсоединяют более "быстрые" устройства - принтер и сканер. Через игровой порт подсоединяется джойстик. Клавиатура и монитор подключаются к своим специализированным портам, которые представляют собой просто разъёмы .

Основные электронные компоненты, определяющие архитектуру процессора, размещаются на основной плате компьютера, которая называется системной или материнской (MotherBoard). А контроллеры и адаптеры дополнительных устройств, либо сами эти устройства, выполняются в виде плат расширения (DаughterBoard - дочерняя плата) и подключаются к шине с помощью разъёмов расширения, называемых также слотами расширения (англ. slot - щель, паз).

Для интерфейсов , обеспечивающих соединение "точка-точка" (в отличие от шинных интерфейсов ), возможны следующие реализации режимов обмена: дуплексный, полудуплексный и симплексный. К дуплексным относят интерфейсы , обеспечивающие возможность одновременной передачи данных между двумя устройствами в обоих направлениях. В случае, когда канал связи между устройствами поддерживает двунаправленный обмен, но в каждый момент времени передача информации может производиться только в одном направлении, режим обмена называется полудуплексным. Важной характеристикой полудуплексного соединения является время реверсирования режима - то время, за которое производится переход от передачи сообщения к приему и наоборот. Если же интерфейс реализует передачу данных только в одном направлении и движение потока данных в противоположном направлении невозможно, такой интерфейс называют симплексным.

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов :

вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

максимальная длина линии связи;

разрядность;

топология соединения.

По функциональному назначению можно выделить системные интерфейсы (интерфейсы , связывающие отдельные части компьютера как микропроцессорной системы) и интерфейсы периферийных устройств.

Системный интерфейс выполняется обычно в виде стандартизированных системных шин. Однако в последнее время наметились тенденции внедрения концепций сетевого взаимодействия в архитектуру системных интерфейсов .

Различают два класса системных интерфейсов : с общей шиной (сигналы адреса и данных мультиплексируются) и с изолированной шиной (раздельные сигналы данных и адреса). Прародителями современных системных шин являются:

Unibus фирмы DEC (интерфейс с общей шиной ),

Multibus фирмы Intel (интерфейс с изолированной шиной ).

Системные интерфейсы для ПК на основе Intel-386 и Intel-486

Первым стандартным системным интерфейсом для ПК на основе ЦП IA-32 следует считать ISA (Industry Standard Architecture - Архитектура промышленного стандарта). ISA представляет собой шину , используемую в IBM PC-совместимых ПК для обеспечения питания и взаимодействия плат расширения с системной платой, в которую они вставляются. Полное описание шины , включая ее временные характеристики, было издано в виде стандарта IEEE P996-1987.

Первый вариант этой архитектуры для ЦП 8086/8088 с тактовой частотой 4,77 МГц представлял собой 62-контактную шину с 8 линиями данных, 20 линиями адреса, сигналами для прерываний и запросов и подтверждения DMA, а также линиями питания и сигналами синхронизации.

Появление 32-битных процессоров Intel-386 и Intel-486 показало, что быстродействие магистрали ISA является сдерживающим фактором на пути повышения производительности компьютеров. В 1989 году группой компаний (Compaq, Hewlett Packard, NEC и др.) было предложено эволюционное развитие архитектуры ISA - шина EISA (Extended ISA). С одной стороны, EISA имела все преимущества высокопроизводительной 32-битной шины, а с другой - была полностью совместима с ISA "сверху вниз" и не требовала перехода на новую элементарную базу.

Альтернативная системная архитектура MCA (Micro Channel Architecture - Микроканальная архитектура) была предложена IBM в 1987 году в серии ПК PS/2. Основным достоинством MCA по сравнению с ISA было увеличение разрядности шины данных до 32 бит.

MCA не зависит от типа процессора и является полностью асинхронной. Эта магистраль, кроме ПК IBM PS/2, применялась также в рабочих станциях IBM RS/6000 и в высокопроизводительных компьютерах серии Power Parallel SP2 (например, Deep Blue).

Для магистрали MCA предусмотрена автоматическая конфигурация системы. При этом пользователь может изменять и назначать приоритеты различных устройств. Для увеличения скорости передачи в режиме DMA используется специальный блочный режим (burst mode).

В типичной системе на основе Intel-386/486 (рис. 14.1 ) использовались раздельные шины для памяти и устройств ввода-вывода, что позволяло максимально задействовать возможности оперативной памяти и обеспечивало максимальную скорость работы с ней. Однако в таком случае устройства, подключенные через описанные системные интерфейсы , не могут достичь скорости обмена, сравнимой с процессором. В основном это требуется для видеоадаптеров и контроллеров накопителей. Для решения проблемы была предложена архитектура на основе локальных шин (рис. 14.2 ), которые непосредственно связывали процессор с контроллерами периферийных устройств.

Рис. 14.1. Типичная система с низкоскоростной шиной устройств ввода-вывода

Рис. 14.2. Система с архитектурой локальной шины (VLB)

Наиболее распространенными локальными шинами считались VLB и PC I . VLB (VESA Local Bus) представляет собой расширение шины процессора без промежуточных буферов, что резко ограничивает ее нагрузочную способность (2-3 устройства). VLB имеет 32-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса. Достоинством VLB является простота и низкая стоимость. Однако широкого применения эта разработка не нашла, т.к. была вытеснена шиной PCI .

Интерфейс PCI

Доминирующее положение на рынке ПК занимают системы на основе шины PCI (Peripheral Component Interconnect - Взаимодействие периферийных компонентов). Этот интерфейс был предложен фирмой Intel в 1992 году (стандарт PCI 2.0 - в 1993) в качестве альтернативы локальной шине VLB/VLB2. Она не является шиной процессора. Поскольку шина PCI не ориентирована на определенный процессор, ее можно использовать для других процессоров. Шина PCI была адаптирована к таким процессорам, как Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC. Именно PCI сменила NuBus на платформе Apple Macintosh.

Шины ISA , EISA или MCA могут управляться шиной PCI с помощью моста сопряжения (рис. 14.3 ), что позволяет устанавливать в ПК платы устройств ввода-вывода с различными системными интерфейсами .

Рис. 14.3. Система на основе PCI

PCI поддерживает процедуру прямого доступа к памяти ведущего устройства на шине (bus mastering DMA). Процессор может функционировать параллельно с периферийными устройствами, являющимися ведущими на шине .

Кроме того, платы PCI поддерживают:

автоматическую конфигурацию Plug&Play (не требуют назначения адресов расширений BIOS вручную);

совместное использование прерываний (когда один и тот же номер прерывания может использоваться разными устройствами);

контроль четности сигналов шины данных и адресной шины ;

конфигурационную память от 64 до 256 байт (код производителя, код устройства, код класса (функции) устройства и др.).

Персональные компьютеры могут иметь две или больше шин PCI . Каждой шиной управляет свой мост PCI , что позволяет устанавливать в компьютер больше плат PCI (вплоть до 16 - ограничение адресации).

Порт AGP

С повсеместным внедрением технологий мультимедиа пропускной способности шины PCI стало не хватать для производительной работы видеокарты. Чтобы не менять сложившийся стандарт на шину PCI , но, в то же время, ускорить ввод-вывод данных в видеокарту и увеличить производительность обработки трехмерных изображений, в 1996 году фирмой Intel был предложен выделенный интерфейс для подключения видеокарты - AGP (Accelerated Graphics Port - высокоскоростной графический порт). Впервые порт AGP был представлен в системах на основе Pentium II. В таких системах чипсет был разделен на два моста (рис. 14.3 ): "северный" (North Bridge) и "южный" (South Bridge). Северный мост связывал ЦП, память и видеокарту - три устройства в системе, между которыми курсируют наибольшие потоки данных. Таким образом, на северный мост возлагаются функции контроллера основной памяти, моста AGP и устройства сопряжения с фасадной шиной процессора FSB (Front-Side Bus). Собственно мост PCI , обслуживающий остальные устройства ввода-вывода в системе, в том числе контроллер IDE (PIIX), реализован на основе южного моста.

Одной из целей разработчиков AGP было уменьшение стоимости видеокарты, за счет уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel, большие объемы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.

Главная обработка трехмерных изображений выполняется в основной памяти компьютера как центральным процессором, так и процессором видеокарты. AGP обеспечивает два механизма доступа процессора видеокарты к памяти:

DMA (Direct Memory Access) - обычный прямой доступ к памяти. В этом режиме основной памятью считается встроенная видеопамять на карте, текстуры копируются туда из системной памяти компьютера перед использованием их процессором видеокарты;

DIME (Direct In Memory Execute) - непосредственное выполнение в памяти. В этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов GARP (Graphic Address Remapping Table) блоками по 4 Кбайт. Таким образом, процессор видеокарты способен непосредственно работать с текстурами в основной памяти без необходимости их копирования в видеопамять. Этот процесс называется AGP-текстурированием.

Чтобы извлечь выгоду из применения порта AGP , помимо требуемой аппаратной поддержки (т.е. графического адаптера AGP и системной платы), необходимую поддержку должны обеспечивать операционная система и драйвер видеоадаптера, а в прикладной программе должны быть использованы новые возможности порта AGP (например, трехмерное проецирование текстур).

PCI Express

Интерфейс PCI Express (первоначальное название - 3GIO 1) ) использует концепцию PCI , однако физическая их реализация кардинально отличается. На физическом уровне PCI Express представляет собой не шину , а некое подобие сетевого взаимодействия на основе последовательного протокола. Высокое быстродействие PCI Express позволяет отказаться от других системных интерфейсов (AGP , PCI ), что дает возможность также отказаться от деления системного чипсета на северный и южный мосты в пользу единого контроллера PCI Express .

Одна из концептуальных особенностей интерфейса PCI Express , позволяющая существенно повысить производительность системы, - использование топологии "звезда". В топологии "шина" (рис. 14.5а ) устройствам приходится разделять пропускную способность PCI между собой. При топологии "звезда" (рис. 14.5б ) каждое устройство монопольно использует канал, связывающий его с концентратором (switch) PCI Express , не деля ни с кем пропускную способность этого канала.

Рис. 14.5. Сравнение топологий PCI и PCI Express

Системная (материнская) плата является основой системного блока и определяет всю архитектуру ПК. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:

микропроцессорили несколько процессоров

память: постоянная (ROM), оперативная (ОЗУ,DRAM),кэш-память(SRAM)

шины расширения

кварцевый генератор тактовой частоты

источник питания (литиевая батарейка) для поддержания работоспособности внутренних часов

разъемы для подключения питания от блока питания ПК

разъем клавиатуры

разъем для кнопок управления

разъем для светодиодов на лицевой панели корпуса

разъем системного динамика

регулятор напряжения питания

разъемы для подключения гибких и жестких дисков

адаптеры последовательных сом-портов иlpt-портов

Характеристиками системной платы являются:

размер платы(Форм фактор)

тип поддерживаемых процессоров и соответствующий тип разъема под процессор

Chipset - набор сверхбольших микросхем, на которых реализована вся архитектура платы

Тип и число слотов шины расширения (3xISA, 4xPCI, AGP).

Тип и объем поддерживаемой динамической памяти и наличие соответствующих разъемов под модули памяти

Объем и тип кэш-памяти.

14.Процессор, назначение, основные характеристики.

Центральный процессор - электронный блок либо микросхема - исполнитель машинных инструкций (кода программ) , главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Внутренняя память: организация и основные характеристики, аппаратное исполнение.

Внутренняя память компьютера предназначена для хранения программ и данных, с которыми процессор непосредственно работает, пока включен компьютер. В современных компьютерах элементы внутренней памяти изготавливаются на микросхемах. Различают оперативную и постоянную внутреннюю память. В оперативной памяти хранятся те программы и данные, с которыми вы работаете в данный момент. При выключении компьютера информация в оперативной памяти не сохраняется.Например, вы работаете с учебной программой по русскому языку, записанной на лазерном диске. Процессор загружает программу и все необходимые данные с этого диска в оперативную память и только после этого может их обработать. Процессор считывает команды и данные из оперативной памяти и записывает в нее результаты. После окончания работы с программой и выключения компьютера все данные из оперативной памяти исчезнут. Таким образом, основное свойство оперативной памяти - то, что она является энергозависимой, т. к. при отключении энергии данные в ней не сохраняются. Существуют программы для управления основными устройствами компьютера, которые не должны теряться при отключении энергии. Они хранятся в постоянной внутренней памяти компьютера. Эту информацию процессор может считывать, а изменять не может. Основное свойство постоянной памяти то, что она является энергонезависимой, т. к. при отключении энергии все данные в ней сохраняются.

Продолжением этой серии будет и данная статья. Сегодня мы ответим на часто задаваемые вопросы о материнской плате. Вы узнаете что такое материнка, для чего она нужна, из чего состоит, а также характеристики, на которые стоит обращать внимание при ее выборе. Давайте по порядку.

Что такое материнская плата компьютера

Материнская плата (мать, материка, системная плата, главная плата) – это основная плата системного блока. На ней находятся разъемы для подключения всех остальных деталей – видеокарты, оперативной памяти, процессора и др.

Откидывая компьютерную терминологию, системная плата – база всего компьютера. Как мы говорили раньше — и оперативная память, и процессор играют главную роль в работе компьютера. Тем не менее, чтобы они полностью раскрыли свой потенциал, необходимо связывающее звено, коим и является материнская плата. Давайте более подробно разберем, для чего компьютеру нужна системная плата.

Зачем компьютеру материнская плата

Без лишних слов перечислим основные функции материнской платы:

Объединяет все «внутренности» компьютера между собой (на ней установлен сокет для процессора, разъёмы под ОЗУ и графический адаптер и т.д).
Материнка превращает мышку, дисплей, системный блок, клавиатуру и другие компоненты – в единую рабочую экосистему.
Отвечает за то, чтобы ЦП контролировал работу других частей компьютера. То есть материнская плата не только превращает все компоненты ПК в одно целое, но еще и поддерживает связь между ними.
Материнская плата отвечает за передачу картинки на монитор (в случае интегрирования в нее графической карты).
Системная плата отвечает за звук компьютера, поскольку в настоящее время огромное число моделей плат имеет встроенную звуковую карту.
Обеспечение доступа в интернет — современные материнки обладают встроенным сетевым адаптером.

Из чего состоит материнская плата

Разобравшись с предыдущими вопросами, время посмотреть из чего состоит материнка. И основными ее элементами можно назвать:

Разъем для установки процессора (сокет CPU ) — простыми словами — это гнездо для установки процессора;
Слоты PCI и PCI Express — первые из-за своей низкой производительности используют для подключения ТВ-тюнеров, аудио и сетевых карт, а также других устройств, которым достаточно пропускной способности данного интерфейса. PCI Express, как правило, используется для подключения к ПК видеокарт;
Слоты под ОЗУ — сюда вы устанавливаете планки оперативной памяти;
SATA и IDE разъемы — они служат для подключения к компьютеру различных накопителей ( , SSD). Также они используются для подключения привода оптических дисков;
Чипсет — это набор микросхем, так называемые северный и южный мосты. Северный мост осуществляет контроль над взаимосвязью между системной платой с ОЗУ, графическим ускорителем, ЦП. А также регулирует быстроту их работы и подсоединяет к южному мосту, который осуществляет контроль над сбережением энергии, BIOS, часами системы, интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio;
Микросхема BIOS и батарейка питания CMOS памяти — здесь находится ПО для запуска компьютера и его тестирования. В CMOS хранятся настройки BIOS, а для того, чтобы они не сбивались когда вы выключаете компьютер (данная память энергозависима) используется специальная батарейка, которая и питает память.
Внешние разъемы — это все возможные выходы на наушники, микрофон, Ethernet, HDMI, USB и т.п;
Разъемы для подключения питания — собственно, как сама материнка, так и процессор и система охлаждения требуют питания.

В принципе это основной набор, который можно встретить, но также необходимо помнить, что у разных производителей и моделей он может отличаться, поэтому переходим к следующему пункту.

Виды материнских плат и их производители

Сегодня вы можете увидеть множество системных плат от разных производителей: ASUS, MSI, GIGABYTE, Asrock, Esonic, при этом все они делятся на множество видов. Например, под какой из типов процессоров они ориентированы – AMD, или Intel. Каждый из классов конкурирующих ЦП уникален и требует индивидуальный сокет. У AMD это: AM1, AM3+, АM4, FM2, FM2+. Системные платы, предназначенные для ЦП от Intel имеют разъемы: LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011, LGA 2011-3. Еще материнские платы делятся по типу поддерживаемой памяти – DRR3 или DDR4.

Тем не менее самое известное разделение материнок на виды идет по форм-фактору — параметр определяющий площадь платы, а также места крепления и гнезда для снабжения электропитанием. Основные представители: E-ATX, Micro-ATX, Mini-ITX, Mini-STX, Standard-ATX:

Standard-ATX — самый распространенный среди пользователей форм-фактор, отлично подходит, для игровых машин и для рабочей системы. Средние размеры — 305/244 миллиметров. Хорошо совместим с большинством типов корпусов. Достаточно объемная площадь снижает вероятность перегрева, поскольку места для остальных деталей больше и им не придется быть зажатыми в ограниченном по размеру корпусе, что положительно сказывается на потоке воздуха между ними. Позволяет установить две видеокарты;
Micro-ATX уступают в размерах оригиналу (244/244 миллиметра). У них меньше PCI гнезд. В основном пригодны только для работы, но бывают образцы, подходящие для игр, но их меньше, чем у предыдущего представителя;
Mini-ITX — одни из наиболее компактных материнок, имеющие габариты 170/170 миллиметров. Больше годятся, как рабочие и мультимедийные решения, потому что разъем для графической платы может отсутствовать, следовательно, довольствуемся интегрированным вариантом. Гнезд под модули ОЗУ — одна пара;
E-ATX — отличное решение геймерам. Присутствует возможность установки сразу нескольких графических ускорителей, а на определенные модели можно поставить даже пару ЦП. Средние размеры 305/272 миллиметров. Также данные модели могут стать хорошим вариантом для серверной машины;
Mini-STX — решение для мини-ПК, не подходят для игр, но зато вполне приемлемый вариант для учебы и работы. Гнезд, куда будет установлено графический ускоритель нет, а под ОЗУ только два гнезда. Средний размер 140/147 миллиметров.

Характеристики материнских плат

Как обычно, не забываем затронуть вопрос основных характеристик материнской платы. Итак, начнем:

Форм-фактор – как было уже сказано, этот параметр, включает в себя размер, места крепления материнки, а также разъемы для дополнительных устройств;
Тип сокета материнской платы – гнездо, куда устанавливается ЦП. Важный параметр, поскольку мы знаем, что конкретный вид процессоров требует определенный разъем;
Число слотов и поддерживаемый тип ОЗУ — первое указывает на возможности увеличения объема оперативной памяти, второе — на скорость ее работы;
Частота системной шины — напрямую влияет на производительность компьютера. Чем больше — тем выше будет производительность ПК. Естественно, это не единственный фактор, влияющий на скорость работы компьютера, однако необходимо подбирать компоненты так, чтобы частота системной шины не была меньше, чем у других элементов;
Чипсет — один из главнейших пунктов при выборе материнской платы. По-большому счету, именно от него зависит тип процессора, который можно будет использовать, памяти, поддержка различной периферии и т.д;
Количество слотов PCI и PCI Express — от этого будет зависеть количество и возможность подключения как видеокарт, так и других плат расширений используемых данный интерфейс;
Число гнезд SATA – позволит понять сколько HDD, SDD, и приводов оптических дисков возможно подключить;
Наличие и характеристики интегрированных: сетевой, графической и звуковой карт — позволит понять на что будет способен ваш ПК без покупки их дискретных аналогов;
Наличие и количество внешних разъемов — как для стационарного компьютера, так и для ноутбука важно наличие хотя бы 3 USB портов, выхода на наушники и входа для микрофона. Кроме того зачастую также необходим Ethernet порт, VGA (уже довольно старый), HDMI. Хотя здесь больше необходимо отталкиваться от собственных потребностей.

Выводы

Подводя итог, можно сказать, что на сегодняшний день материнская плата — сложное устройство, которое соединяет между собой все компоненты компьютера, управляет их работой, а также отвечает за количество дополнительно подключаемого оборудования. Эта плата определяет характеристики вашего ПК и устанавливает ограничения по его апгрейду.