Системна плата

Системна (матеріанська) плата - друкована плата, де здійснюється монтаж більшості компонентів комп'ютерної системи. Назва походить від англійської motherboard, іноді використовується скорочення MB або слово mainboard – головна плата.

Компоненти системної плати

Сучасні персональні комп'ютери мають шинну архітектуру. Безпосередньо на системній платі розміщується лише мінімальний набір мікросхем, проте інші об'єднуються з допомогою системної шини. Для цього використовуються спеціальні плати розширення та роз'єми (слоти). Таким чином, на системній платі зазвичай розташовані:

Контролери жорстких дисків

PATA

Для підключення жорстких дисків з інтерфейсом PATA зазвичай використовується 40-провідний кабель (названий також шлейфом). Кожен шлейф зазвичай має два або три роз'єми, один з яких підключається до роз'єму контролера на материнській платі (у старіших комп'ютерах цей контролер розміщувався на окремій платі розширення), а один або два інші підключаються до дисків. Одночасно шлейф P-ATA передає 16 біт даних. Іноді зустрічаються шлейфи IDE, що дозволяють підключення трьох дисків до одного IDE каналу, але в цьому випадку один із дисків працює в режимі read-only.

SATA

SATA (Serial ATA) – послідовний інтерфейс обміну даними з накопичувачами інформації (як правило, з жорсткими дисками). SATA є розвитком інтерфейсу ATA (IDE), який після появи SATA був перейменований на PATA (Parallel ATA).

SATA/150. Спочатку стандарт SATA передбачав роботу шини на частоті 1,5 ГГц, що забезпечує пропускну здатність приблизно 1,2 Гбіт/с (150 Мб/с). (20% втрата продуктивності пояснюється використанням системи кодування 8B/10B, при якій на кожні8 біт корисної інформації припадає 2 службові біти). Пропускна здатність SATA/150 трохи вище пропускної спроможності шини Ultra ATA (UDMA/133). Головною перевагою SATA перед PATA є використання послідовної шини замість паралельної.

SATA/300, що працює на частоті 3 ГГц і забезпечує пропускну здатність до 2,4 Гбіт/с (300 Мб/с) вперше був реалізований у контролері чіпсету nForce 4 фірми Nvidia. Дуже часто стандарт SATA/300 називають SATA II. Теоретично SATA/150 та SATA/300 пристрої повинні бути сумісні (як SATA/300 контролер та SATA/150 пристрій, так і SATA/150 контролер та SATA/300 пристрій), однак для деяких пристроїв та контролерів потрібне ручне виставлення режиму роботи (наприклад , на НЖМД фірми Seagate, які підтримують SATA/300 для примусового включення режиму SATA/150 передбачений спеціальний джампер). Стандарт SATA передбачає можливість збільшення швидкості роботи до 600 Мб/с (6 ГГц).

Різновиди системних плат

Є багато видів системних плат. Зазвичай тип системної плати визначається базовим мікропроцесором, типорозміром (форм-фактором), чіпсетом, набором слотів для оперативної пам'яті та карт розширення, програмою BIOS та ін. Розглянемо ці особливості.

Базовий мікропроцесор, процесорні роз'єми та частота

Форм-фактор материнської плати - стандарт, що визначає розміри материнської плати для персонального комп'ютера, місця її кріплення до корпусу; розташування на ній інтерфейсів шин, портів вводу/виводу, сокету центрального процесора (якщо він є) та слотів для оперативної пам'яті, а також тип роз'єму для підключення блоку живлення. Форм-фактор (як і будь-які інші стандарти) має рекомендаційний характер, проте переважнебільшість виробників вважають за краще його дотримуватись, оскільки ціною відповідності існуючим стандартам є сумісність материнської плати та стандартизованого обладнання (периферії, карт розширення) інших виробників.

Застарілими вважаються: Baby-AT; Mini-ATX; повнорозмірна плата AT; LPX. Сучасними вважаються: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX. Впроваджуваними вважаються: Mini-ITX та Nano-ITX; BTX, MicroBTX і PicoBTX Існують материнські плати, що не відповідають жодним з існуючих форм-факторів (див. таблицю). Зазвичай це обумовлено або тим, що комп'ютер вузькоспеціалізований, або бажанням виробника материнської плати самостійно виробляти і периферійні пристрої до неї, або неможливістю використання стандартних компонентів (так званий «бренд», наприклад Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq частіше інших ігнорували стандарти, крім того, у нинішньому вигляді розподілений ринок виробництва сформувався лише до 1987 р., коли багато виробників уже створили власні платформи).

Чіпсет — набір мікросхем (може бути і в одній мікросхемі), що є інтерфейсом між складовими частинами комп'ютера, такими як ЦП, ОЗУ, ПЗУ, Порти вводу/виводу.

Набір інтергальних схем, як правило, складається з трьох основних: північний міст (забезпечує взаємодію між ЦП і пам'яттю, шиною AGP і т.д.), південний міст (забезпечує взаємодію між ЦП і контролером жорсткого диска, шини PCI, USB і т.д.) , Super I \ O (відповідає за порти Com, lpt, ps / 2).

Мікросхема південного моста (South Bridge) за допомогою вбудованих засобів та зовнішніх елементів забезпечує контроль за роботою великої кількості порівняно повільних периферійних пристроїв.

У сучаснихОбчислювальні пристрої, оперативна пам'ять являє собою запам'ятовуючий пристрій з довільним доступом (RAM) і може виготовлятися як окремий блок, або може входити в конструкцію однокристальної ЕОМ.

Види ОЗУ:

SIMM (англ. Single In-line Memory Module) - модулі пам'яті, що широко застосовувалися в комп'ютерних системах у 1990-і роки. Мали кілька модифікацій, серед яких найбільшого поширення набули три. З появою Pentium, через низьку швидкодію динамічної пам'яті SIMM-модулів, їх специфікація зазнала змін, в результаті чого нові модулі (їх називали EDO) стали несумісні зі старими (FPM), володіючи трохи більшою швидкодією. Плати Pentium, як правило, підтримували обидва типи пам'яті, тоді як більшість 486 машин підтримували лише старий (FPM) тип. Відрізнити на вигляд їх було неможливо і лише «метод наукового тику» допомагав визначити їх тип. Встановлення "неправильного" типу пам'яті не призводило до несправностей - система просто не бачила пам'яті. Так як на платах Pentium з 64-розрядною шиною даних вже 72-контактні модулі потрібно було ставити парами, поступово і їх попарно об'єднали, результатом чого стало появою перших модулів DIMM.

DDR SDRAM (від англ. "Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory" - подвоєна швидкість передачі даних синхронної пам'яті з довільним доступом) - це тип оперативної пам'яті, що використовується в комп'ютерах. При використанні DDR SDRAM досягається більша смуга пропускання, ніж у звичайній SDRAM, за рахунок передачі даних по обох напрямках сигналу. За рахунок цього практично майже подвоюється швидкість передачі, не збільшуючи при цьому частоти шини пам'яті. Таким чином, під час роботи DDR на частоті 100 МГцми отримаємо ефективну частоту 200МГц (порівняно з аналогом SDR SDRAM). У специфікації JEDEC є зауваження, що використовувати термін МГц в DDR некоректно, правильно вказувати швидкість мільйонах передач в секунду через один виведення даних.

DDR2 SDRAM (від англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory - подвоєна швидкість передачі даних синхронної пам'яті з довільним доступом) - це тип оперативної пам'яті, що використовується в комп'ютерах. Як і DDR SDRAM DDR2 SDRAM використовує передачу даних по обох фронтах тактового сигналу, за рахунок чого при такій частоті шини пам'яті як і в звичайній SDRAM можна фактично подвоїти швидкість передачі даних (наприклад при роботі DDR і DDR2 на частоті 100 МГц ефективна частота виходить 200МГц). Основна відмінність DDR2 від DDR - здатність працювати на набагато більшій тактовій частоті завдяки удосконаленням в конструкції. Але змінена схема роботи буфера передвиборки даних, що дозволяє досягти високих тактових частот, водночас збільшує затримки (latency) під час роботи з пам'яттю.

Слоти карт розширення:

ISA (від англ. Industry Standart Architecture, ISA bus) - 8 або 16-розрядна системна шина IBM PC-сумісних комп'ютерів. Для підключення плат розширення стандарту ISA. Конструктивно виконується у вигляді 62-х або 98-контактного роз'єму на материнській платі. З появою материнських плат формату ATX шина ISA перестала широко використовуватися в комп'ютерах. Але поки що її ще можна зустріти у старих AT-комп'ютерах, а також у промислових комп'ютерах. Для вбудованих систем існує варіант компонування шини ISA, що відрізняється застосовуваними роз'ємами - шина PC/104.

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дослівно: взаємозв'язокпериферійних компонентів) - на сьогоднішній день de facto стандартна системна шина для підключення периферійних пристроїв до материнської плати комп'ютера. Стандарт на шину PCI визначає:

PCI Express або PCIe або PCI-E, (також відома як 3GIO for 3rd Generation I/O; не плутати з PCI-X або PXI) — комп'ютерна шина, що використовує програмну модель шини PCI та високопродуктивний фізичний протокол, заснований на послідовній передачі даних.

BIOS (англ. Basic Input-Output System - базова система введення-виведення, БСВВ) - програма, що знаходиться в ПЗУ (постійному пристрої) персонального комп'ютера і виконується при включенні живлення. Основна функція BIOS - підготувати машину до того, щоб основне програмне забезпечення (у більшості випадків це операційна система), записане на різних носіях (жорсткий диск, дискета або компакт-диск, доступне через мережу), могло завантажитися та отримати контроль над комп'ютером. Позначення подібного базового програмного забезпечення терміном BIOS притаманне для персональних комп'ютерів на базі процесорів з архітектурою x86. Для комп'ютерів на базі процесорів інших типів для позначення ПЗ, що виконує подібні функції, використовуються інші терміни: наприклад, базове ПЗ машин з процесором архітектури SPARC називається PROM. BIOS виконує самотестування (POST) пристроїв, потім шукає завантажувач операційної системи (Boot Loader) на доступних дисках. Якщо завантажувача не знайдено, BIOS видає повідомлення про помилку. Багато старих персональних комп'ютерів, які мали повноцінної операційної системи, або її завантаження була необхідною користувачеві, викликали вбудований інтерпретатор мови Бейсик. Також BIOS містить мінімальний набір сервісних функцій, наприклад,для виведення повідомлень на екран або прийому символів з клавіатури, що і зумовлює розшифровку назви: Basic Input-Output System — Базова система введення-виводу. У сучасних персональних комп'ютерах, BIOS також надає інтерфейс для низькорівневого конфігурування компонентів системи, а також дозволяє робити завантаження операційної системи через інтерфейси, спочатку для цього не призначені, у тому числі USB та IEEE 1394. Також можливе завантаження по мережі (застосовується на тонких клієнтах '). У деяких BIOS'ах релізується додаткова функціональність (наприклад, відтворення DVD-дисків), підтримка вбудованого робочого середовища (наприклад, інтерпретатор мови Basic).