Устройство и основные разъемы материнской платы

       Системная (материнская) плата (англ. - motherboard, mainboard, MB, разг. - мамка, мать, материнка) - это основная плата, к которой подсоединяются все части компьютера (процессор, видеокарта, ОЗУ и др.), устанавливается в системном блоке. Главная задача материнской платы - соединить и обеспечить совместную работу всех элементов компьютера.

       Основой любой современной материнской платы является набор системной логики, который чаще называют чипсетом (от англ. chipset). Чипсет - это совокупность микросхем, обеспечивающих согласованную совместную работу составных частей компьютера и их взаимодействие между собой. Чипсет, как правило, состоит из двух основных микросхем, чаще всего называемых "северным" и "южным" мостами.

Северный и южный мосты компьютера

Северный и южный мосты компьютера (а правильнее будет сказать, материнской платы) - это два основных функциональных контроллера, которые отвечают за работу всех компонентов системной платы и называются чипсетом (от англ. chipset).

Рис. Схематическое расположение компонентов на системной (материнской) плате

Северный мост

Северный мост (Northbridge) – представляет собой контроллер, координирующий работу наиболее активных и энергоемких компонентов, таких как - процессор (CPU), оперативная память (RAM) и встроенная графика (видеоадаптер).

Северный мост отвечает за частоту системной шины, тип оперативной памяти и ее максимально возможный объем. Одной из основных функций северного моста является обеспечение взаимодействия системной платы и процессора, а также определение скорости работы. Функциональная особенность северного моста являет собой еще и управление шиной видеоадаптера и ее быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышеперечисленных устройств с южным мостом.

Северный мост получил свое название благодаря "географическому" расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный около процессора, но в верхней части системной платы. Как правило, северный мост использует дополнительное охлаждение. Обычно это пассивный радиатор, реже - радиатор с активным охлаждением в виде небольшого кулера. Связано это с тем, что температура северного моста примерно на 30 градусов Цельсия всегда выше температуры "южного собрата".

Рис. Северный мост на плате

         Завышенная температура вполне обоснована. Во-первых, северный мост находится в непосредственной близости от центрального процессора, во-вторых, он находится выше видеокарты, жестких дисков и южного моста. Это означает, что часть тепла от вышеупомянутых устройств доходит до северного моста. Ну и в-третьих, самое главное - северный мост отвечает за обработку команд самых сильных компонентов системы - процессор, память и графику. Поэтому будем считать, что увеличенный номинал температуры является нормой для северного моста любой материнской платы.

ВНИМАНИЕ: В некоторых системных платах нового типа северный контроллер может отсутствовать. Его функцию на себя берет центральный процессор, что позволяет экономить место на плате и упрощать ее проектирование.

Южный мост

         Южный мост (Southbridge) - это функциональный контроллер, известен как контроллер ввода-вывода или ICH (In/Out Controller Hub). Отвечает за так называемые "медленные" операции, к которым относится отработка взаимодействия между интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio и северным мостом системы, который, в свою очередь, напрямую связан с процессором и другими важными компонентами, такими как оперативная память или видеоподсистема. Также южный мост отвечает за обработку данных на шинах PCI, PCIe и ISA (в старых моделях системных плат).

Рис. Южный мост на плате

      Список обслуживаемых систем материнской платы южным мостом довольно велик. Помимо вышеприведенных IDE, SATA, USB, LAN и прочего, южный мост отвечает еще и за SM шину (используется для управления вентиляторами на плате), DMA-контроллер (контроллер прямого доступа к памяти), IRQ-контроллер (контроллер прерываний), системные часы, BIOS, системы энергообеспечения.

       Как правило, выход из строя южного моста ставит точку в жизни системной платы. Именно южный мост является порой первым щитом, принявшим "удар на себя". Причин "гибели" южного моста на порядок больше, чем северного, ведь он работает напрямую с "внешними" устройствами. Так, частой причиной выхода из строя ЮМ является банальный перегрев, вызванный коротким замыканием, например, USB-разъема. Либо неисправности питания жесткого диска. Т.к. в большинстве случаев южный мост не оборудован системой дополнительного охлаждения, он перегревается и сгорает. Реже причиной поломки южного моста является заводской брак. Деформация (излишние изгибы) системной платы также приводит к повышению нагрева южного моста с последующим выходом его из строя.

      В последнее время для решения проблемы южных мостов некоторые производители системных плат стали оборудовать эти чипы дополнительным пассивным охлаждением и датчиком температуры, который в случае чего оповестит пользователя о проблеме. Отметим, однако, что в нормальных условиях причин для повышенного нагрева южного моста нет и быть не может, но помните, что южный мост отвечает за множество устройств, которые могли бы способствовать его перегреву и сгоранию.

Стоит тщательно следить за своим прибором: частенько чистить компьютер от пыли и отслеживать его температуру (сделать это можно при помощи специальных программ). Следует задуматься, если температура мостов достигает 50-60 градусов по Цельсию. Если ваш прибор – ноутбук, то ни в коем случае не стоит работать с ним на мягкой поверхности, включая тело человека.

 

 

Центральный процессор

Процессор - это очень сложная микросхема обрабатывающая машинный код, отвечающая за выполнение различных операций и управление компьютерной периферии.

Для краткого обозначения центрально процессора принята аббревиатура — ЦП, а также очень распространено CPU - Central Processing Unit, что переводится как центральное обрабатывающее устройство.

Сам процессор состоит из десятка миллионов транзисторов, а может уже и больше, при помощи которых собраны отдельный логические схемы, находящиеся в специальном кремниевом корпусе. Именно из-за кристалла кремния очень часто его называют «Камень».

В основе внутренних схем процессора лежит арифметико-логическое устройство, внутренняя память (регистры), и кеш-память (сверх память), которые в свою очередь образуют ядро процессора, а также схемы для управления всеми операциями и схемы управления с внешними устройствами – шинами.

Входная информация представленная данными и командами в процессор попадает через внешние шины. Обработка данных происходит в соответствие с командами в арифметико-логическом устройстве, а результат выводится при помощи устройств вывода. Чем больше разрядность всех схем процессора, тем большее количество информации возможно ему обработать за единицу времени. Делая вывод можно понять, что от разрядности центрального процессора на прямую зависит производительности компьютерной системы в целом.

Важную роль играет кроме разрядности процессора так называемая тактовая частота, на которую сам процессор и рассчитан. Единицей измерения тактовой частоты является мегагерц (МГц). Один мегагерц – это миллион тактов в секунду. Соответственно 1000 мегагерц или 1 гигагерц - это миллиард тактов в секунду. Случайный из фрагментов информации участвующий в вычислительной операции, центральный процессор выполняет за один такт, из этого следует, что чем тактовая частота выше, тем процессор быстрее сможет, обрабатывает поступающие в него данные.

В принципе, работа компьютера возможна и на низких частотах, но дело в том, что процессор тратит на обработку гораздо больше времени, а вот при более высокой тактовой его частоте процессор работает быстрее.

Сегодняшние компьютеры являются многозадачными, то есть, не обделены способностью выполнять несколько операций одновременно. Хотя до недавнего времени работа одной запущенной программы блокировала работу других, то есть была вытесняющей. При помощи быстрого переключения между задачами, рядовому пользователя очень часто казалось, что якобы его компьютер работает параллельно с несколькими программами. На самом деле в недалёком прошлом параллельное использование операций или более распространённый термин – многозадачность, обеспечивали только много процессорные системы, но они предназначались для корпоративной вычислительной техники и соответственно не мало стояли. Только с появлением двухъядерных процессоров можно было понять, что такое истинная многозадачность. Несколько ядер центрального процессора могут совершенно разные задачи выполнять независимо друг от друга. Если компьютер выполняет только одну задачу, то и её выполнение ускоряется за счёт распараллеливания типовых операций.

       Процессор должен крепиться к материнской плате, устанавливаться в неё и с ней взаимодействовать. Это место крепления называется гнездо и подойдёт только для определённого типа или семейства процессоров, которое у разных производителей тоже различны. Бывает всего два типа разъема (гнезда), в которое устанавливается центральный процессор (с множеством модификаций у каждого):

- Socket - плоский разъем для установки микросхемы с выводами, перпендикулярными корпусу (см. рис).

- Slot - щелевой разъем для установки платы с контактами по краю (см. рис).

Рис. Системная плата с Socket-ом                   Рис. Системная плата со Slot-ом

Поскольку процессор сильно греется, то на него устанавливается система охлаждения. Кулер устанавливается поверх самого процессора. Для того, чтобы металлическая подошва кулера лучше контактировала с кристаллом и между ними не было воздуха, применяется термопаста. Сам кулер с помощью винтов или специальных зажимов фиксируется на чипе для плотного контакта.