Материнская плата. Системная шина
Считают, что сердцем компьютера является процессор. Материнскую плату в данном случае можно сравнить с сосудистой и костной системой, вместе взятыми.
Материнскую плату (Motherboard) называют еще системной платой.
Она представляет собой большую печатную плату, на которой расположены контроллеры (устройства для обеспечения взаимодействия компонентов ПК) и соединители (рис. 1.5). Принципиальное отличие IBM-совместимых компьютеров в шинной архитектуре: материнская плата несет на себе контроллеры, а остальные устройства системы подключаются в виде дополнительных плат, устанавливаемых в специальные разъемы (слоты).
Рис. 1.5. Материнская плата IBM-совместимого компьютера
Системная шина — главная магистраль, по которой происходят обмен информацией внутри компьютера и связь компьютера с периферийными устройствами. Основная ее функция — передача информации между процессо- ром и остальными компонентами на системной плате. Различают шины по разрядности. Так первые ПК были 8-разрядными. Процессорная шина современного компьютера 64-разрядная.
Все устройства компьютера подключаются через контроллеры или непосредственно к системной шине.
Контроллер внешнего устройства — электронная схема, которая транслирует код внешнего устройства в код процессора и обратно. Программа, которая осуществляет управление контроллером, называется драйвером внешнего устройства.
Шина персонального компьютера претерпела множество изменений в связи с постоянным повышением требований к ней. Исходным расширением шины ПК была Industry Standard Architecture (ISA) — архитектура промышленного стандарта — основная шина на компьютерах типа PC АТ (рис. 1.6). Разрядность — 16, тактовая частота — 8 МГц, предельная пропускная способность — 5,55 Мбайт/с.
Рис.
1.6. Плата стандарта ISAСозданная в 1984 году шина ISA оказалась настолько удачной, что она используется и по сей день, несмотря на ограничения. Однако через некоторое время она стала узким местом, сдерживающим развитие вычислительных систем, поскольку на определенном этапе основным фактором, влияющим на быстродействие компьютеров, стала пропускная способность шины, а не скорость центрального процессора.
Через некоторое время появилась шина VLBus (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA), которая была ориентирована на 486-е семейство процессоров. VLB — 32-разрядное дополнение к шине ISA. Конструктивно представляет собой дополнительный разъем (116-контактный, как у MCA) при разъеме ISA. Разрядность — 32/32, тактовая частота — 25—50 МГц, предельная скорость обмена — 130 Мбайт/с. Электрически шина выполнена в виде расширения локальной шины процессора — большинство входных и выходных сигналов процессора передаются непосредственно VLB-платам без промежуточной буферизации. Из-за этого возрастает нагрузка на выходные каскады процессора, ухудшается качество сигналов на локальной шине и снижается надежность обмена по ней. Поэтому VLB имеет жесткое ограничение на количество устанавливаемых устройств: при 33 МГц — три, при 40 МГц — два, и при 50 МГц — одно, причем желательно — интегрированное в системную плату.
Затем VLB быстро вытеснила процессорно-независимая Peripherals Component Interconnect busace (PCI), которая существует и процветает ныне (рис. 1.7). Она стала стандартной системной шиной для таких быстродействующих периферийных устройств, как, например, дисковые контроллеры и графические платы. Не совместима ни с какими другими шинами, разрядность — 32/32 (расширенный вариант — 64/64), тактовая частота — до 33 МГц (PCI 2.1 — до 66 МГц), пропускная способность — до 132 Мбайт/с (264 Мбайт/с для 32/32 на 66 МГц и 528 Мбайт/с для 64/64 на 66 МГц), поддержка Bus Mastering и автоконфигурации Plug-and-Play. Количество разъемов шины на одном сегменте ограничено четырьмя.
Сегментов может быть несколько, они соединяются друг с другом посредством мостов (bridge). Сегменты могут объединяться в различные топологии (дерево, звезда и т. п.). Это самая популярная шина в настоящее время, она используется также на других компьютерах. Тем не менее, внедрение ЗЭ-графики угрожает перегрузить шину PCI.
Рис. 1.7. Плата стандарта PCI
Ускоренный графический порт (АСР) — это специальное расширение шины PCI, чье назначение — обработка больших массивов данных ЗЭ-графики (см. рис. 1.32. Фактически — это прямое соединение между графической подсистемой и системной памятью. Такое решение позволяет обеспечить значительно лучшие показатели передачи данных, чем при передаче через шину PCI. Графические системы, встроенные в материнскую плату и использующие AGP, не могут быть улучшены
Шина USB достаточно молода — ей не более четырех лет. USB — это спецификация на шину, предназначенную для подсоединения к ПК внешних периферийных устройств. Она разработана с учетом наибольшего соответствия технологии Plug-and-Play, предложенной Microsoft, и позволяет отключаться либо подключаться к ней без выключения питания и перезагрузки ОС. Именно эти свойства новой шины и считались самым главным ее козырем. В версии 1.1 количество подсоединенных к ней устройств ограничивается 127, а скорость передачи составляет 1,5 или 12 Мбайт/с. Кроме того, она может обеспечить электропитание для подключенной аппаратуры током до 500 мА. Работа этой шины управляется одним прерыванием. На Рис. 1.8 представлен соединительный шнур для USB-устройства.
Рис. 1.8. Шнур USB
Каждый компьютер имеет стандартный набор портов. Это так называемые порты COM, LPT, USB, PS/2. Портом управляет контроллер. В устарешшх компьютерах это было отдельное устройство, но в современных ПК микросхема контроллера встроена в материнскую плату.
Материнские платы могут иметь АТ и АТХ форм-фактор. Материнские платы, поддерживающие стандарт АТХ, в отличие от АТ допускают расширенное управление питанием компьютера.
Еще существуют переходники, позволяющие устанавливать процессор для разъема PPGA в Slot 1 (рис 1.9).
Рис. 1.9. Переходник для установки процессора
Что же можно увидеть на современной плате для процессора Pentium III? Разъем для процессора — он выделяется светлым цветом. Разъемы для модулей оперативной памяти DIMM в количестве от 1 до 4 штук. Количество их зависит от чипсета (микросхемы) контроллера, дизайна платы и производителя. Подписанные разъемы для подключения кабелей (шлейфов) жестких дисков и дисководов. Слот AG Р — он коричневого цвета и расположен выше остальных слотов. Ниже расположены от 2 до 6 разъемов стандарта PCI. И в самом низу до 3 слотов ISA черного цвета.