 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Определение стандарта и форм-фактора системных плат. 12
БАЛТИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО ФЛОТА
Кафедра ТОР
Методические указания к лабораторной работе № 4 по дисциплине «Основы вычислительной техники»
УСТРОЙСТВО СИСТЕМНЫХ ПЛАТ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ.
Калининград 2012 Цель работы.Изучение устройства и архитектуры системных плат персональных компьютеров. Ознакомление с различными стандартами ПК и форм-факторами системных плат. Приобретение практических навыков в определении назначения компонентов системных плат ПК. Описание лабораторной установки В состав лабораторной установки входит: 1. набор системных плат разных стандартов и форм-факторов. 2. Линейка для измерения габаритов плат.
Задание на самоподготовку 1. По рекомендованной литературе изучить состав, устройство системных плат ПК и назначение компонентов. ([1] стр. 45-53, 60-78; [2] стр. 115-132, 141-147, 157-168). Ознакомиться с информацией, приведённой в Приложениях. 2. Подготовить таблицы для занесения результатов исследования (по одному экземпляру каждой таблицы). 3. Решить задачи: Задача №1. Какие устройства могут подключаться к системной плате ПК? Задача №2. Каковы основные признаки системных плат ПК стандартов AT, ATX, NLX? Задача №3.Как по маркировке определить производителя системной платы? В качестве примера используйте плату вашего домашнего ПК.
Методические указания Системная,или материнская(motherboard - MB), плата - это важнейшая часть компьютера, содержащая основные электронные компоненты машины. С помощью материнской платы осуществляется взаимодействие между большинством устройств ПК. Конструкция системных плат. Конструктивно МВ представляет собой печатную плату площадью от 250 до 1500 кв. см. На неё нанесено огромное количество проводящих дорожек, объединяющих большое число различных микросхем, разъемов и других элементов. Плата состоит из нескольких слоев, изготовленных из диэлектрика - стеклотекстолита, и каждый слой содержит дорожки. Выводы для установки компонентов находятся только на верхнем слое. Сверху плата покрыта диэлектрическим лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание, тем не менее, её нельзя класть на металлическую или иную проводящую поверхность, т.к. на обратной стороне находятся окончания контактов, которые могут быть замкнуты и плата будет повреждена. Существует две основные разновидности конструкций системных плат (СП): · системные платы для одноплатных компьютеров - на плате жестко закреплены все необходимые для работы микросхемы (сейчас такие платы используются в карманных компьютерах, ноутбуках и т.п.); · системные платы для компьютеров и вычислительных систем с шинной архитектурой - на системной плате размещено лишь минимальное количество микросхем, а все остальные компоненты объединяются при помощи системной шины и размещаются на дополнительных платах (платах расширения), устанавливаемых в специальные разъемы (слоты) на материнской плате. Современные профессиональные ПК имеют именно шинную архитектуру. Компоненты системных плат.Непосредственно на системной плате расположены, как правило, следующие компоненты: 1) разъем(ы) для подключения микропроцессора (и сопроцессора); 2) набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины; 3) микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (basic input-output system - BIOS); 4) микросхема памяти, питаемая от расположенного на МВ аккумулятора, по технологии изготовления называемая CMOS; 5) аккумуляторная батарея питания микросхемы CMOS и системного таймера; 6) системная шина, шина оперативной памяти, шины расширения или ввода/вывода; 7) микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (для плат с процессорами i486 и Pentium I); 8) слоты (разъемы) для подключения модулей оперативной памяти; 9) слоты (разъемы) для подключения плат расширения; 10) наборы микросхем и разъемы для системных, локальных и периферийных интерфейсов (FDD, IDE, COM-, LPT-, USB-порты, разъём для мыши стандарта PS/2); 11) разъём подключения и контроллер клавиатуры; 12) разъём(ы) подключения блока питания, преобразователи и регуляторы напряжения; 13) микросхемы и кварцевые резонаторы задающих генераторов частоты шины, таймера и интегрированных видео-аудиоустройств; 14) микросхемы (контроллеры) мультимедийных устройств и т. д. В качестве примера в Приложении 2 показано размещение основных компонентов на мультимедийных системных платах. Основные типы системных плат.В настоящее время десятки фирм выпускают большое число различных системных плат, отличающихся и конструктивно, и по типу поддерживаемых ими микропроцессоров, и по тактовой частоте работы, и по величине рабочих напряжений и т. д. Тип системной платы определяется, прежде всего, базовым микропроцессором. Поскольку разные микропроцессоры используют электрически разные интерфейсы и геометрически разные разъемы, то тип платы можно легко определить по процессорным разъемам, установленным на материнской плате (см. таблицу 1). Таблица 1. Разъёмы для установки микропроцессоров
Все материнские платы можно разделить на три типа по процессорному разъему: · системные платы под процессоры Intel; · системные платы под процессоры AMD, Cyrix и прочие; · системные платы для серверов и Workstation. Важным параметром системной платы является тактовая частота процессорной или системной шины (FSB). Современные СП работают с FSB 100, 133, 166, 200, 266, 333, 400, 533, 800 МГц и более. Эта частота особенно сильно влияет на производительность ПК, выполняющего задания, не содержащие большого количества математических операций, а связанные с процедурами пересылки информации (например, преобразования экономической информации). Стандарты (классы) системных плат.Обобщая наиболее существенные принципы организации работы и построения персональных ЭВМ, можно выделить следующие стандарты (классы) ПК: ХТ, АТ, ATX и NLX. Стандарт ХТ не отвечает современным требованиям и уже давно не используется. Наиболее существенные признаки системных плат для компьютеров АТ, ATX и NLX приведены в Приложении 1. Самый распространенный в настоящее время стандарт - ATX. Он отличается от АТ возможностью дистанционного включения и выключения питания компьютера с модема или по локальной сети. Системные платы АТХ имеют одноключевой внутренний разъём источника питания, а на тыльной стороне встроенную двойную панель разъёмов ввода/вывода размером 15,9 х 4,4 см. Эти платы отличаются более удобным расположением элементов, наличием разъемов универсальной шины USB. На платах АТХ устанавливаются разъемы под модули оперативной памяти DIMM или RIMM. Форм-факторы системных плат ПК.Существуют различные базовые типоразмеры (форм-факторы) плат для настольных ПК. Форм-фактор задает не только внешние размеры системных плат и расположение отверстий для крепления, но и ряд специфических характеристик, определяющих функциональные и эксплуатационные свойства СП - см. Таблицу 2. Для рабочих станций среднего уровня и серверов в конце 90-х годов разработан форм-фактор систем и WTX. В Приложении 1 на рис.П1.8 показана типичная система WTX. Области применения системных плат пяти основных форм-факторов, в настоящее время можно охарактеризовать следующим образом: · WTX - для высокопроизводительных рабочих станций и серверов; · ATX (mini-ATX) - для систем среднего уровня и высококачественных домашних компьютеров, а также серверов и рабочих станций нижнего уровня; · micro-ATX - для домашних систем среднего уровня; · flex-ATX - для систем нижнего уровня. · NLX - для корпоративных систем и компьютеров для бизнеса. Системные платы поддерживают разные виды интерфейсов системных, локальных и периферийных шин. От состава поддерживаемых шин, количества слотов для этих шин существенно зависит эффективность работы ПК в целом. Чипсеты и архитектура системных плат. От типа используемого набора системных микросхем (чипсета)зависят многие важные характеристики ПК и архитектура построения системной платы. Чипсеты определяют основные функциональные возможности СП: · типы CPU и их количество; · рабочие частоты системной шины, CPU и шины памяти; · структуру и объем кэш-памяти; · объем RAM, типы используемых модулей и микросхем памяти; · поддержку режимов энергосбережения; · возможность программной настройки параметров и т. п. Чипсет обеспечивает надлежащую работу микропроцессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами ПК. Он содержит в себе контроллеры прерываний, прямого доступа к памяти, микросхемы управления памятью и шиной. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда — контроллер клавиатуры, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств. Таблица 2. Характерные размеры материнских плат ПК.
Чипсеты разрабатываются под каждое семейство микропроцессоров. Современные платы проектируются на чипсетах пяти производителей: Intel, AMD, NVIDIA, VIA, SIS. Первые два производителя разрабатывают наборы только для собственных процессоров, а другие - практически для всех CPU архитектуры х86. СП, построенные на разных чипсетах для одних и тех же процессоров, могут иметь различную архитектуру и разные характеристики. Для процессоров, вплоть до Pentium II, использовалась мостовая архитектура чипсета. При мостовой архитектуре (рис.1) платы имеют несколько чётко выраженных уровней («этажей»), образованных системной шиной (Host Bus), шиной расширения PCI, низкоскоростной шиной ISA и т.д. Переход с одного уровня на другой осуществляется с помощью базовых микросхем, называемых северным мостом (North bridge) и южным мостом (South bridge). Северный мост (системный контроллер TSC), обеспечивает управление четырьмя компонентами: системной шиной МП, шиной вторичной кэш-памяти (SRAM, Tag), шиной оперативной памяти (DRAM, коммутаторы данных TDP) и интерфейсной шиной PCI. Эта шина в мостовой архитектуре является центральной шиной расширения СП, и все интерфейсные адаптеры, а также системные средства ввода/вывода, в конечном счете, общаются с ядром системы (процессором и памятью) через шину PCI. Кроме плат расширения, устанавливаемых в слоты шины PCI, ее абонентом является южный мост (функциональный контроллер PIIX – PCI IDE ISA Xcelerator). Южный мост имеет в своем составе контроллеры (адаптеры) дисководов, клавиатуры, мыши, интерфейсных портов, CMOS RTC; управляет интерфейсными шинами IDE/ATA, SCSI, USB, IEEE1294. Некоторые из этих контроллеров могут быть реализованы и на отдельных микросхемах. Мостовая архитектура чипсетов просуществовала от 2-го до 6-го поколения процессоров. Уход вторичного кэша с системной платы на процессор (начиная с Р6 у Intel и K7 у AMD) упростил северную часть чипсета. Однако с появлением порта AGP, задачи северного моста вновь усложнились: контроллеру памяти приходится работать с процессором, шиной PCI и с портом AGP, пропускная способность которого в режиме 2х составляет 533, а в режиме 4х – 1066 Мбайт/с. (см. Приложение 3 для i440BX). С введением для IDE-винчестеров высокоскоростных режимов UltraDMA (АТА/66 и АТА/100) связь двухканального контроллера IDE с памятью через шину PCI стала слишком сильно нагружать эту шину. Для повышения производительности ПК разработана хабовая или узловая архитектура чипсета – рис.2. В настоящее время эта архитектура является наиболее распространённой. Хабы – специализированные микросхемы, обеспечивающие передачу данных между подключенными к ним шинами. Северный хаб выполняет те же функции, что и северный мост в вышеописанной архитектуре: он связывает шины процессора, памяти и порта AGP. Однако, на «южной» стороне этого хаба находится не шина PCI, а высокопроизводительный интерфейс связи с южным хабом. Пропускная способность этого интерфейса, в зависимости от чипсета, в современных платах превышает 1 Гбайт/с. Фирма Intel для северной части использует хабы MCH (Memory Controller Hub) - контроллер памяти, системной шины и порта AGP или GMCH (Graphics Memory Controller Hub) – северный хаб со встроенным графическим контроллером. Южный хаб чипсета ICH (I/O Conroller Hub) - контроллер ввода/вывода, обеспечивает подключение шин PCI, ISA (если имеется), АТА, USB, а также остальных контроллеров ввода/вывода, памяти CMOS и флэш-памяти системной BIOS. Если в чипсет интегрирован звук, то южный хаб может иметь аудиоконтроллер. В некоторых чипсетах может существовать третий хаб - контроллер специального программного обеспечения (Firmware Hub – FWH), представляющий собой небольшую микросхему, в которую интегрировано 4 или 8 Мбайт флэш-памяти, системный BIOS и видео-BIOS (для плат с GMCH). Пример системной платы с хабовой архитектурой на чипсете i810 приведён в Приложении 4. Основные характеристики системных плат.В технической документации на системные платы обычно приводятся следующие характеристики. 1. Поддерживаемые процессоры. Тип поддерживаемых процессоров можно легко определить по процессорным разъемам, установленным на материнской плате (см. табл.1).
Рис.1. Мостовая архитектура системной платы.
Рис.2.Узловая (хабовая) архитектура системной платы. Каждый процессор характеризуется определенным набором параметров. Важнейшими являются тактовые частоты – внутренние (ядра) и внешние (системной шины), напряжение питания - одно или несколько, величины напряжений и т. д. Процессоры имеют конструктивные отличия, тесно связанные с особенностями их внутренней структуры. Для идентификации процессора достаточно знать фирму-изготовитель процессора; тип процессора, например Intel Pentium III, AMD Duron и т. д.; разъем подключения (Socket 370, LGA 775, Slot А, Socket 939 и т. д.); внешняя и внутренняя частота. 2. Чипсет.На материнских платах используются самые разные чипсеты, которые влияют как на производительность и функциональные возможности, так и на ее стоимость. Сравнительные характеристики некоторых популярных чипсетов для некоторых процессоров восьмого поколения Intel представлены в табл. 3. Таблица 3. Наборы микросхем семейства Intel 9xx для процессоров Pentium D, Pentium Extreme Edition Pentium 4.
3. Системные шины и частотные параметры.С помощью существующих перемычек на плате или средствами BIOS можно установить необходимые тактовые частоты процессора: внешнюю - для процессора и его шины (FSB), внутреннюю - для процессора и кэш-памяти L1 и L2. Например, одни платы поддерживают FSB 50, 60, 66 МГц, вторые - 66, 100 МГц, третьи - 100, 133 МГц, четвёртые поддерживают кратные им частоты: 200, 266, 400, 533 и т.д. Некоторые позволяют устанавливать не только стандартные частоты, соответствующие рекомендованным режимам, но и дополнительные частоты с шагом 1-2 МГц и выбирать, таким образом, форсированные режимы (overclocking). 4. Объем и тип внешней кэш-памяти L2. Для процессоров с разъемами Socket 1-7 (до Pentium I включительно) на системных платах размещена дополнительная кэш-память второго уровня (Cache Level 2), которая предназначена для ускорения обмена данными между процессором и оперативной памятью. От её объема зависит общая производительность ПК. Процессоры, начиная с Pentium II и их аналоги, имеют Cache L2 на плате (в корпусе) самого процессора, поэтому для них кэш-память на материнской плате отсутствует. 5. Объем, тип и количество разъемов оперативной памяти.Системная плата имеет разъемы (слоты) для установки определенных модулей оперативной памяти. В платах под процессоры Pentium II и выше для модулей ОЗУ используются 168-, 184- и 240-контактные разъемы, объединённые в группы по 2-4 слота. В эти слоты устанавливаются DIMM модули памяти типа SDRAM (168 конт.), DDR (184 конт.), DDR II (240 конт.). Важными характеристиками СП являются также рабочая частота шины памяти (200, 266, 400, 533 и т.д МГц), общая емкость поддерживаемой памяти. Современные материнские платы позволяют устанавливать модули по 1¸2 Гбайт. 6. Контроллеры и адаптеры.Современные материнские платы уже включают в себя контроллеры жестких и гибких дисков, а некоторые из плат еще и аудио- и видеоадаптеры. С одной стороны, это обеспечивает компактность ПК и полное отсутствие каких-либо конфликтов между устройствами. С другой стороны - сложнее выполнить модернизацию. 7. Количество и типы разъемов для плат расширения. Для подключения дополнительных контроллеров ввода-вывода (плат расширения) на системных платах имеются слоты шин расширения ISA, PCI, AMR, AGP, PCI-Express и т.п.Их количествоопределяет функциональные возможности ПК. Вид и положение слотов расширения см. в Приложении 5. 8. Порты ввода-вывода.Ониопределяют количество и типы подключаемых к ПК периферийных внешних устройств. В стандартах АТХ, NLX и форм-факторе LPX (АТ) разъёмы COM-, LPT-, GAME-, USB-портов, разъёмы для клавиатуры и мыши, а в случае интегрированных аудио- и видеоконтроллеров – разъёмы подключения монитора и аудиоустройств устанавливаются непосредственно на самих платах (см. Приложение 1). В стандарте АТ внешние разъёмы портов размещаются на переходных планках и с помощью кабелей-шлейфов подключаются к двухрядным штыревым разъёмам на плате. Эти разъёмы легко распознать по числу штырьков (размеру): 10 - СОМ-порты, 16 - GАМЕ-порт, 26 - LPT-порт, 4 (5) однорядный - PS/2 Mouse. Внешние разъемы с кабелями-шлейфами должны поставляться и заменяться в комплекте с системной платой, т.к. на разных платах они могут иметь разную распайку. 9. BIOS. На системной плате располагается микросхема (в новых моделях может входить в состав чипсета) постоянного запоминающего устройства - ROM, содержащая программы BIOS, POST и System Setup. BIOS необходим для запуска ПК и управления компонентами компьютера. Программа System Setup позволяет настраивать компьютерную систему с учётом особенностей конфигурации ПК. Найти микросхему можно по красочной этикетке, содержащей сведения о производителе и версии BIOS. Настройки системы, сделанные пользователем в программе System Setup, сохраняются в микросхеме CMOS-памяти (может входить в состав чипсета). Она питается от своего аккумулятора (батарейки) и поэтому сохраняет информацию при выключении ПК. 10. Форм-фактор. Форм-фактор, или типоразмер системной платы, определяет ее размеры, расположение элементов крепления (отверстий, клипс), размещение разъемов различных интерфейсов и прочие технические детали, обеспечивающие совместимость с другими элементами компьютерной системы (см. выше раздел «Форм-факторы системных плат ПК»). Джамперы и DIP-переключатели. На системных платах располагаются также джамперы и DIP-переключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: переключения используемого напряжения, частоты шины, коэффициента умножения частоты в МП и др. Джампер представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на штырьковые контакты СП; DIP-переключатели представляют собой миниатюрные выключатели в DIP-корпусе. В современных компонентах используются программно-управляемые электронные ключи. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к категории РпР-устройств (PnP - Plug and Play, «вставь и играй»). Разъёмы подключения компонентов лицевой панели к СП. Органы управления и индикации лицевой панели обычно присоединяются отдельными парами или тройками цветных проводников к штырьковым разъёмам, расположенным, чаще всего, вдоль передней кромки системной платы ближе к левому краю. У современных качественных корпусов все органы лицевой панели подключаются одним шлейфом. Штырьковые разъёмы подключения обычно имеют маркировку, нанесённую на системную плату. Некоторые схемы подключения органов управления и индикации, а также варианты их маркировки иллюстрируются рисунками в Приложении 6. Рекомендации по выбору системной платы.При выборе системной платы следует учитывать: · микропроцессор, который должен быть установлен на плате; · типоразмер системной платы (должен быть согласован с возможностями корпуса системного блока); · рабочую частоту системной шины и шины памяти; · чипсет, определяющий возможности и эффективность работ ПК; · типы шин расширения и количество слотов для них; · количество слотов для модулей памяти и максимальный объём RAM. Подготовка к работе а) Снять с себя статическое электричество. Для этого воткнуть вилку сетевого кабеля в розетку, подсоединить его к блоку питания и обеими руками коснуться неокрашенной крышки блока на 5-10 секунд. При этом потенциалы вашего тела и ПК уравняются. Отсоединить сетевой кабель от блока питания. б) Разложить системные платы разных стандартов по стопкам так, чтобы платы наибольшего размера были внизу, наименьшего - вверху. Платы LPX вместе с Riser–картами рекомендуется расположить отдельно. в) Составить перечень системных плат. В отчёте по лабораторной работе привести его в разделе “описание лабораторной установки”. г) Предъявить лабораторную установку преподавателю и, получив разрешение, приступить к выполнению лабораторного задания.
Лабораторное задание Определение стандарта и форм-фактора системных плат. Выберите из предложенного набора системных плат платы разных форм-факторов и стандартов. Снимите размеры плат, укажите, для каких корпусов они предназначены. Отметьте наиболее существенные на ваш взгляд особенности системных плат. Таблица Л1.
12 |
