Характеристики материнских плат

Материнская плата – системная печатная плата с центральным процессором и поддерживающими его микросхемами. Материнская (системная) плата является основой компьютера и представля­ет собой плоский лист фольгированного стеклотекстолита, на котором находятся основные электронные элементы: микропро­цессор, оперативная память, кварцевый генератор, BIOS, вспо­могательные микросхемы и т.д. Необходимые электрические соединения этих элементов выполняются предваритель­ным травлением медной фольги, нанесенной на подложку из стеклотекстолита. Листы стеклотекстолита с нанесен­ным на каждом из них “рисунком” медной фольги в технологи­ческом цикле соединяются вместе, в результате чего плата имеет многослойную структуру. Именно в этом случае говорят о мно­гослойных печатных платах. Необходимые соединения между слоями выполняются в виде специальных металлизиро­ванных отверстий. Все системные платы IBM PC-совместимых компьютеров, как правило, покрыты защитным лаком зеленого цвета.

Существуют IBM PC-совместимые компьютеры, у которых на одной системной печатной плате сосредоточены все элементы, необходимые для его работы. Это так называемые платы All-In-Оnе. Однако у большей части персональных компьютеров сис­темные платы содержат лишь основные узлы, а элементы связи, например, с монитором и другими периферийными устройства­ми, отсутствуют. В таком случае отсутствующие элементы распо­лагаются на отдельных печатных платах, которые вставляются в специальные разъемы расширения, называемые слотами, предусмотренные для этого на системной плате. Дополнительные платы называют дочерни­ми, а системную плату – материнской. Функциональные устрой­ства, расположенные на дочерних платах, часто именуют кон­троллерами или адаптерами, а сами дочерние платы – картами расширения.

Контроллер – микросхема, управляющая устройством. Контроллеры, управляющие работой внешних устройств компьютера, находятся на отдельных платах и вставляются в унифицированные разъемы на материнской плате.

Разъемы расширения, в которые вставляются до­черние платы, связаны друг с другом на материнской плате ря­дом параллельных проводников, по которым осуществляется пе­редача данных и адресов, а также управляющих сигналов. Элек­трические, временные и логические характеристики этих сигна­лов всегда отвечают определенному набору правил – протоколу, который общепризнан в международном масштабе и является, таким образом, стандартом на системную шину. Стандарт обыч­но определяет и тип используемых соединителей (тип контактов, их количество и т.п.).

Для обеспечения надежного соединения разъемы расширения на системной плате имеют позолоченные контакты. Печатные разъемы на дочерних платах также золотятся.

Обязательными атрибутами материнской платы (рис. 3.1) являются ба­зовый микропроцессор, оперативная память, системный BIOS, контроллер клавиатуры, кварцевый генератор, набор вспомо­гательных микросхем (контроллеров), аккумулятор, разъемы рас­ширения и питания, а также разъем для подключения клавиату­ры. В зависимости от типа микропроцессора на ней также могут находиться специальные гнезда для установки микросхем мате­матического сопроцессора, а также кэш-памяти.

Рис. 3.1. Основные компоненты материнской платы

Кэш(cache memory) – сверхоперативная память, необходимая для того, чтобы центральный процессор не снижал производительность из-за низкого быстродействия основной памяти, расположена между процессором и основной памятью.

Кэш-память выполняет функцию буфера между процессором и оперативной памятью. При наличии кэш-памяти данные находятся в специально предназначенной для процессора исключительно быстрой памя­ти, и при их запросе циклы ожидания отсутствуют. Благодаря этому необходимость доступа к основ­ной памяти сводится к минимуму, и компьютер в целом работает быстрей. В современных компьютерах кэш обычно строится по двухуровневой схеме. Первич­ный кэш встроен во все процессоры класса 486 и выше; это внутренний кэш. Объем его 8–32 Кбайт. Вторичный кэш для процессо­ров 486 и Pentium является внешним (устанавливается на системной плате). На современных системных платах кэш-память реализуется или на отдельных микросхемах в DIL-корпусах (Dual-In-Line – двухрядное расположение выводов), или в COAST-модулях (Cache On A STick – кэш на одной панельке), вставляемых в со­ответствующие гнезда. Кэш-память реализуется на быстродействующих микросхемах статических ОЗУ (SRAM).

Ни один из элементов системной платы (даже микропроцессор) полностью не определяет возможности компь­ютера, а работоспособность системы зависит практически от любого из них.

Одной из основных характеристик материнской платы явля­ется ее геометрический размер в плане, от которого, как пра­вило, зависят число разъемов расширения и соответственно ко­личество дополнительно подключаемых устройств. В настоя­щее время прослеживается устойчивая тенденция к переходу на платы меньшего размера. Известны три базовых размера системных плат: Full-size AT, Baby-AT и LPX (Low Profile X). Первый типоразмер называется так потому, что полностью со­ответствует геометрии первых плат для компьютеров IBM PC/ AT – 12 на 13,8 дюйма. В на­стоящее время полноразмерные системные платы используют­ся, как правило, только в серверах. Для настольных компьюте­ров речь обычно идет либо о платах половинного (Half) разме­ра, либо еще меньших – так называемых Baby-AT. Размеры Baby-AT практически полностью соответствуют геометрии оригинальной материнской платы для IBM PC/XT – 8,57 на 13,04 дюйма. С точки зрения конструктива подобные изделия даже от различных производителей выполнены при­мерно одинаково, так как расположение разъема для подклю­чения клавиатуры, слотов расширения и крепежных отверстий подходит даже для плат, немного не совпадающих по разме­рам. Разновидностью Baby-AT может считаться плата miniAT, размеры которой составляют 8,57 на 9,85 дюйма. Такие платы обычно легко устанавливаются во все стандартные корпуса, за исключением низкопрофильных (slimline). Для корпусов типа slimline используются только платы с габаритными размерами LPX или miniLPX. Впервые такие платы были предложены фирмой Western Digital. Их габаритные размеры могут состав­лять 9 на 13 и 8,2 на 10,4 дюйма соответственно. Все подобные системные платы имеют встроенные графический контроллер и адаптеры для накопителей, то есть являются платами All-In-Опе.

Фирма Intel недавно предложила собст­венную спецификацию на системные платы типа АТХ и miniATX с габаритными размерами 12 на 9,6 и 11,2 на 8,2 дюйма соответ­ственно. В частности, данная спецификация рекомендует некое стандартное размещение основных компонентов на самой плате. При установке подобной платы в соответствующий корпус это позволит избежать таких проблем, как недоступность разъема про­цессора и модулей памяти, невозможность установки полнораз­мерных плат расширения и т.п.

В среднем материнские платы име­ют 1–8 разъемов расширения, четкого стандарта здесь нет и многое зависит от фирмы-производителя платы.

Поскольку современные микропроцессоры используют напря­жение питания 3,3–4 В, на системных платах монтируют специ­альные преобразователи (VRM, Voltage Regulator Module), ряд из которых позволяет регулировать уровень напряжения. Установ­кой соответствующих перемычек можно изменять напряжение, например, от 3,3 до 3,6 В. От блока питания на системную плату поступает напряжение 5 В.