Основні елементи материнської плати

 

Для створення материнських плат звичайно використовують спеціальний набір мікросхем - чипсет. Звичайно він складається із двох основних частин: південного й північного моста (North Bridge, South Bridge), але потрібно відзначити, що зараз зустрічаються варіанти, виконані на одній мікросхемі. Північний міст звичайно служить для організації зв'язку процесора з пам'яттю й AGP, а південний міст приєднується до північного моста й служить для роботи переферією (IDE, ISA, EEPROM і т.д.).

Архітектури материнських плат найбільше вірно (на сьогодні) розбито на дві групи: з використанням для зв'язку між мостами PCI шини, і із застосуванням спеціальних інтерфейсів. Від використання PCI для зв'язку між мостами поступово відмовляються й більшість нових чіпсетів не використовують для зв'язку між собою цей інтерфейс. Це викликано насамперед низькою пропускною здатністю PCI: усього 133Mb/c. Очевидно, що навіть 2 канали ATA100 не зможуть прокачати дані. Потрібно сказати, що існує багато розходжень між різними типами чіпсетів, але більшість із них не впливає на загальну структуру. Нижче приведено структурні схеми обох варіантів, які зараз використовуються.

 

 

Малюнок 33 - Структурна схема материнської плати

 

Процесор - головна деталь у системі, як видно зі схеми він підключений практично до всіх вузлів плати, крім MIO, і те на багатьох старих платах сигнал вентиля GATE A20 заводився з MIO.

ВИП1- перше вторинне джерело живлення, всі процесори починаючи з Pentium MMX мають подвійне живлення. Треба відзначити, що виставляння значення напруги живлення автоматично підтримується порівняно новими процесорами, і сигнали VID можуть установлюватися перемичками на платі, а не безпосередньо процесором. Стабілізатори практично завжди імпульсні й для їхньої реалізації використовуються спеціальні мікросхеми. Мають велику потужність, і вихідні каскади майже завжди мають додаткове охолодження.

ВИП2 - друге вторинне джерело живлення використовується для живлення всіх пристроїв які не живляться від 5В. Незважаючи на те, що в джерела живлення ATX формату є джерело на 3.3 вольта, багато ланцюгів живлення мають додаткові стабілізатори на платі.

На даній структурній схемі, вторинні джерела живлення зображені не всі й показані дуже умовно, у реальних схемах всі набагато складніші. У будь-якій сучасній платі є не менше 4 вторинних джерел живлення: один для пам'яті - 3.3В/2.5В, другий для AGP 3.3В/1.5В, третій для логіки 3.3В, четвертий для ядра процесора від 2.0В/1.45В.

Наведена схема справедлива лише для застарілих системних плат, наприклад I430TX.

CLOCK - опорний генератор, всі пристрої на материнській платі синхронізуються одним опорним генератором, система синхронізації на структурній схемі зображена досить умовно. У загальному випадку в комп'ютері існують наступні тактові частоти:

- Host Bus Clock (CLK2IN) - це опорна частота (зовнішня частота шини процесора). Саме з її можуть виходити інші частоти й саме вона задається перемичками (джамперами);

- CPU Clock (Core Speed) - це внутрішня частота процесора, на якій працює його обчислювальне ядро. Може збігатися з Host Bus Clock або виходити з її множенням на 1,5, 2, 2,5, 3, 4….. Множення повинне бути передбачене в конструкції процесора..

- ISA Bus Clock (ATCLK, BBUSCLK) - це тактова частота системної шини ISA (сигнал SYSCLK). По стандарті вона повинна бути близька до 8 Мгц, але в BIOS Setup є можливість вибрати її через коефіцієнт розподілу частоти Host Bus Clock. Іноді комп'ютер залишається працездатним і при частоті шини ISA близько 20 Мгц, але звичайно плати розширення ISA розробляються з розрахунку на 8 Мгц, і при більших частотах вони перестають працювати. Не слід розраховувати, що комп'ютер стане вдвічі швидше при подвоєнні цієї частоти. Для каналів прямого доступу до пам'яті на системній платі використовується ще один тактовий сигнал SCLK, частота якого, як правило, становить половину від ISA Bus Clock.

- PCI Bus Clock - це тактова частота системної шини PCI, що по стандарті повинна бути 25 - 33,3 Мгц. Її звичайно одержують розподілом частоти Host Bus Clock на потрібний коефіцієнт. У комп'ютерах передбачається можливість її збільшення до 75 або навіть 83 Мгц, але з міркувань надійності роботи рекомендується дотримуватися стандартних значень..

- VLB Bus Clock - це частота локальної шини VLB, обумовлена аналогічно PCI Bus Clock.

- CLOCK BUFFER - буфер опорного генератора використовується не на всіх платах. У тих платах, де чипсет управляє синхронізацією пам'яті, служить для буферизації сигналів синхронізації, наприклад, використовується в материнських платах на VT82C694X.

- MIO - Multi Input Output chip мікросхема системи введення виводу. Фактично це зовнішній пристрій, але на жаль без цього пристрою (наприклад при виході з ладу) материнська плата не зможе ввімкнеться.

Містить у собі: Floppy Drive Controller - контролер накопичувача на гнучких дисках, CMOS - енергонезалежну пам'ять, RTC - Real Time Clock годинники реального часу, контролер послідовного й паралельного інтерфейсів (COM A COM B LPT), контролер клавіатури, систему моніторингу стану системної плати. У багатьох чипсетах MIO інтегровано в південний міст частково або повністю наприклад VT82C686B.

- Пр. Ур. - перетворювач рівня, обов'язково використовується для реалізації COM. MIO має 5 вольтовий інтерфейс, а COM порт 12 вольтовий.

- BIOS - Basic Input Output System основна система уведення виводу, реалізується звичайно в виді EEPROM - попросту энерго-незалежна пам'ять, обсяг звичайно коливається від 1Мбіт до 4 Мбіт (128Кбайт до 512Кбайт). Служить для керування системою до завантаження операційної системи. Саме програму записану в BIOS, машина виконує по включенні системи. В випадку порушення цілісності програми записаної в BIOS система не ініціалізується. X-Bus - частина сигналів для BIOS, наприклад CE (Chip Enable - дозвіл чипа). Заводиться безпосередньо з південного моста.

- AGP - Accelerated Graphic Port - прискорений графічний порт, шина орієнтована на використання високо продуктивних відеоадаптерів. Висока швидкість передачі забезпечується конвеєризацією звертань до пам'яті. По специфікації в чергу може бути установлено до 256 запитів на звертання до пам'яті!!!

- RAM - Random Access Memory - пам'ять випадкового доступу, або попросту пам'ять.

- PCI - Peripheral Component Interconnector - конектор для приєднання внутрішніх переферийних пристроїв. Синхронна шина зі сполученою шиною адреси, даних і команд, що дозволяє досягати швидкості передачі даних до 133Мбайт/c або в PCI64 до 266Мбайт/c.

- ISA - Industry Standard Architecture - індустріальний стандарт архітектури, на сьогодні застаріла шина. Більшість сучасних чіпсетів не підтримують цю шину.

- USB - Universal Serial Bus - універсальна послідовна шина. Зараз стала широко поширена, має більші перспективи, зараз уже є стандарт USB2.

- IDE - Integrated Device Electronic - пристрою з інтегрованим контролером. Дана шина використовується для підключення накопичувачів на жорстких дисках CD-ROM і DVD-ROM приводах.

- - Hub Interface - неперекладна гра слів (Hub - вузол або центр чого або), коли почали з'являтися нові швидкі периферійні пристрої, PCI стала не справлятися з їх запитами - 2 ATA100 - 200Mb/c - PCI -133Mb/c. У перші дана архітектура була застосована в I82810. Взагалі поняття HI ставиться тільки до чіпсетів фірми Intel, в інших виробників аналогічні інтерфейси мають інші назви, хоча виконують ті ж функції й мають імовірно схожі протоколи (на жаль в загальнодоступних документах немає опису цих протоколів). В VIA аналогічний протокол названий V-Link інтерфейс.

- FWHI - Firm Ware Hub Interface (Вузловий інтерфейс для убудованого програмного забезпечення - BIOS), після відмови від ISA інтерфейсу встало завдання як завантажити BIOS і була легко вирішена за допомогою вище описаного інтерфейсу. Потрібно відзначити, що в чіпсетах від VIA немає такого інтерфейсу й BIOS вантажиться по LPC інтерфейсі.

- LPC - Low Pin Count Interface (Інтерфейс малої кількості контактів) дійсно інтерфейс має всього 7 контактів: 4 для даних і 3 керуючих. Використовується для приєднання MIO в Intel і для BIOS в VIA,SIS.

- AC97 - стандартний інтерфейс для роботи із зовнішнім цифро-аналоговим або аналого-цифровим перетворювачем, саме на його основі працюють убудовані звукові карти й дешеві модеми.