Шинные интерфейсы материнской платы — в помощь студенту

Здравствуйте дорогие посетители.

Вам известно, что такое материнская плата в компьютере? Многие только слышали такое название или знают о ней в общих чертах, несмотря на то, что это сложнейшее устройство отвечает за все процессы, которые выполняются компьютером. Предлагаю вам узнать о нем лучше. Здесь мы будем говорить в основном о платах дескстопных компьютеров.

Немаловажно, что от системной платы зависит и то, можно ли вам увеличить количество оперативной памяти, какую поставить видеокарту, позволяет ли число разъемов выполнить апгрейд и т. д.

Объяснение понятия

Материнской платой называется устройство с медными проводниками и множеством разъемов, которая находится в системном блоке и является базой для установки всех основных комплектующих. Она контролирует работу устройств, которые имеются в системном блоке или подключены к компьютеру.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Чтобы стало понятнее, представьте такую схему: вы даете команды клавиатурой и мышкой жесткому диску с данными, они обрабатываются процессором посредством оперативной памяти; чтобы вы увидели эти операции, видеокарта выводит информацию на монитор; вы сохраняете свою работу, и она снова отправляется на жесткий диск. За координацию этих действий и отвечает системная плата. Она является неким «связующим мостом» между устройствами.

Как выглядит материнская плата?

Необходимо знать внешний вид и основные элементы на плате, чтобы разобраться в ее конструкции. К ним относятся:

  1. Слот для центрального процессора (Сокет);
  2. Интерфейсы ( SATA, USB итд);
  3. Микросхема BIOS;
  4. Слоты расширения на задней панели (COM, DVI, HDMI, Ethernet  и тд);
  5. Контроллеры шин и слоты их расширения;
  6. Микросхемы чипсета (Южный и Северный мосты).

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Это несъемные части, которые присутствуют во всех материнках. Разберем подробнее.

Слот для CPU

Разъем для центрального процессора называется сокет. Ему дается условный номер, указывающий на то, какой именно ЦПУ можно установить. К примеру, Socket B2 (LGA1356) подойдет только для процов Intel Sandy Bridge, или Socket AM3+ (socket 942) предназначенные для процессоров AMD Phenom II.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Интерфейсы

  • Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студентуSATA разъёмы на материнской плате
    Чаще всего встречаются интерфейсы IDE и SATA, предназначенные для подключения жестких дисков и дисководов. Первые считаются устаревшими, но некоторые современные платы их содержат, так как не все старые компьютеры еще ушли в утиль. SATA отличается более высокой скоростью обмена данных.
  • В нынешнее время начинает развиваться интерфейс M.2, который применяется в основном для подключения SSD накопителей и WiFi. Возможно в будущем заменит SATA интерфейс, так диски формата M.2  имеют более меньший размер. По скорости передачи данных M.2 имеет гораздо больший потенциал.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студентуM.2 разъём на материнской плате

  • USB. Данный интерфейс предназначен для подключения внешних периферийных устройств. На данный момент имеет спецификацию USB 3.1 работающий на скорости до 5 Гбит/с., что практически приближается к скорости SATA.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студентуUSB 3.0 на материнской плате

  • Разъёмы на задней панели: к ним относятся такие порты как S/PDIF, COM, DVI, HDMI, Ethernet, PS/2, PARALLEL и т.д. На них останавлится подробно не будем.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студентуРазъёмы на задней стороне платы

BIOS

Говоря о том, что такое материнская плата в компьютере нельзя не упомянуть этот важный компонент. Это микросхема. Она состоит из набора программ, заложенных производителем, которые запускают по сути работу всех устройств и операционную систему. Замечали белый текст на черном экране после включения компьютера?

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Это и есть визуальная работа BIOSа, инициализирующая ваше оборудование. Без этой микросхемы ваш комп не запустится даже если всё остальное оборудование будет работоспособным. Это так сказать «ключ зажигания» :-).

Сама микросхема установленная на плате, выглядит примерно вот так:

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Разъемы оперативной памяти

Количество слотов для «оперативы» и ее объем зависит от модели платы. На сегодняшний день наиболее популярные типы памяти — DDR3 и DDR4.

Зачастую поддерживается только один из них, но некоторые современные материнки могут включать в себя как первый, так и второй, что очень удобно для дальнейшего апгрейда железа. Чем больше этих разъёмов — тем лучше.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студентуРазъемы под оперативную память на плате

Контроллеры шин и слоты их расширения

Как связывается системная плата с другими устройствами компьютера? С помощью проводников, или правильнее — шин. Они отличаются по функциональности:

  • Все, что связывают процессор с материнкой, можно объединить в одну шину FSB (Front Side Bus). Когда речь идет о частоте платы, измеряемой в МГц, имеется в виду показатель именно этого проводника.
  • Шина Plug-and-play нужна для подключения дополнительных дочерних контроллеров, к примеру SATA, или USB . Она автоматически определяет дочернее устройство и выделяет ему необходимые для корректной работы ресурсы.
  • Шины PCI и PCI Express. Первые необходимы для подключения ТВ-тюнеров, звуковой платы и пр. Но по нынешним меркам их пропускной способности недостаточно, поэтому производители теперь устанавливают PCI Express х16, поддерживающие работу современных видеокарт и т. д.

PCI Express х16 на плате (синего цвета)

Микросхемы чипсета

Чипсетом именуется набор микропроцессоров, которые обеспечивают взаимодействие центрального проца с остальными устройствами компьютера. Он делится на две микросхемы: южный мост и северный, названные согласно местоположению.

Первый отвечает за поддержку USB-накопителей, звуковых и сетевых карт, разнообразных плат расширения, жестких дисков и пр. В свою очередь, северный мост связывает ЦПУ с высокопроизводительными элементами, находящимися на материнской плате (памятью, видеокартой и т. д.).

Северный и южный мост на плате ноутбука

Конструктивные особенности

Размеры системной платы, расположение ее крепежных отверстий, интерфейсов, виды разъемов для присоединения питания и прочее определяются таким стандартом как форм-фактор. Он бывает разных форматов. Самыми популярными из них являются:

  • ATX (Advanced Technology eXtended), обладающий размерами 30,5×24,4 см, встречается чаще всего;
  • Немногим меньше MicroATX (mATX), габариты которого равняются 24,4×24,4 см. От первого он отличается более простой конструкцией и меньшим количеством разъемов;
  • Mini-ITX с параметрами 17×17 см обычно ставится к нетребовательным по производительности системам, но с лимитами по шуму и размерам.
  • Учтите, что, например, в корпус системного блока, заточенный под ATX, вставить меньший форм-фактор получится, а наоборот — уже нет.
  • Зная основную информацию относительно того, что такое материнская плата в компьютере вы можете смело приступать к выбору нового или апгрейду старого «железа».
  • Удачи!

Источник: http://profi-user.ru/chto-takoe-materinskaya-plata-v-kompyutere/

Шинные интерфейсы материнской платы

  • ВВЕДЕНИЕ. ПОНЯТИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА
  • Устройство персонального компьютера
  • Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

Устройства, находящиеся внутри системного блока, называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода, вывода и длительного хранения данных, также называют периферийными.

По внешнему виду системные блоки различаются формой корпуса. Корпуса персональных компьютеров выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении.

Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, различают по габаритам: полноразмерный (big tower), среднеразмерный (midi tower) и малоразмерный (mini tower).

Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim). Наиболее оптимальным типом корпуса является корпус типа mini tower

Кроме формы, для корпуса важен параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования к размещаемым устройствам. В настоящее время в основном используются корпуса двух форм-факторов: AT и АТХ. Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, так называемой материнской платы.

Корпуса персональных компьютеров поставляются вместе с блоком питания и, таким образом, мощность блока питания также является одним из параметров корпуса. Для массовых моделей достаточной является мощность блока питания 200-250 Вт.

Материнская плата

Материнская плата (mother board) – основная плата персонального компьютера, представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрытый медной фольгой. Путем травления фольги получают тонкие медные проводники соединяющие электронные компоненты. На материнской плате размещаются:

процессор, шины, оперативная память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ), ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), микропроцессорный комплект (чипсет), разъемы для подключения дополнительных устройств (слоты).

Менялись микропроцессоры, рождались и умирали системные и локальные шины, а вид и размеры материнской платы практически не менялись с 1984 г. Например, размер оригинальной материнской платы IBM PC/AT под названием Baby-AT был равен 217 на 331 мм, а размеры современной материнской платы P3B-F равны 192 мм на 304 мм.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

б) ASUSTeK P4G8X-Deluxe Socket478 фирмы ASUSTeK

У материнской платы Baby-AT есть один очень большой недостаток. При установке в слоты расширения печатных плат некоторые из них оказывались прямо над микропроцессором.

В дополнение к стандартным портам предусмотрены порты будущего: USB(Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина) и инфракрасный порт (IrDA).

Еще одно отличие – необходимость дополнительного напряжения 3,3 вольта (для платы Baby AT нужны были напряжения 5 и 12 вольт).

Некоторые из них имеют отличительный признак – наличие гнезда для подключения микропроцессора с нулевым усилием сопряжения – ZIF (Zero Insertion Force) типа Socket 7. В данное гнездо можно ставить как процессор Intel Pentium, так и процессоры Cyrix 6×86, AMD K5 и K6. Более современные платы имеют разъем Slot 1 или Slot 2 для подключения процессоров Pentium II и Pentium III.

Процессор

Микропроцессор, центральный процессор, CPU – основная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления. Он представляет из себя большую микросхему (например, размеры микропроцессора Pentium примерно 5*5*0,5 см), которую можно легко найти на материнской плате.

На процессоре установлен большой медный ребристый радиатор, охлаждаемый вентилятором. Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называют регистрами.

Данные, попавшие в некоторые регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах.

С остальными устройствами компьютера, и в первую очередь с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три:

Адресная шина. У процессоров Intel Pentium (они наиболее распространены в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, то есть состоит из 32 параллельных линий.

Есть напряжение на какой-то из линий или нет, говорят, что на этой линии выставлена единица или ноль. Комбинация из 32 нулей и единиц образует 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативной памяти.

К ней и подключается процессор для копирования данных из ячейки в один из своих регистров.

Шина данных. По этой шине происходит копирование данных из оперативной памяти в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, то есть состоит из 64 линий, по которым за один раз на обработку поступают сразу 8 байтов.

Шина команд. Процессор должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в его регистрах. Эти команды поступают в процессор тоже из оперативной памяти, оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов.

Самые простые команды укладываются в один байт, однако есть и такие, для которых нужно два, три и более байтов.

В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (например, в процессоре Intel Pentium), хотя существуют 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.

Читайте также:  Бозоны и фермионы - в помощь студенту

Совместимость процессоров. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, как правило, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.

Основными параметрами процессоров являются:

Рабочее напряжение процессора обеспечивает материнская плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно).

Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В.

Причем ядро процессора питается пониженным напряжением 2,2 В.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в своих регистрах за один раз (за один такт). Первые процессоры х86 были 16-разрядными.

Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядную архитектуру.

Современные процессоры семейства Intel Pentium остаются 32-разрядными, хотя и работают с 64-разрядной шиной данных (разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины).

В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах.

В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный комплект (чипсет), расположенный на материнской плате.

Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его производительность. Сегодня предел материнской платы (большой набор проводников и микросхем) составляет 100-133 МГц.

Для того чтобы уменьшить количество обмена данными создают буферную область – кэш-память — это «сверхоперативная память». Когда процессору нужны данные, он сначала обращается в кэш-память, и только если там нужных данных нет, происходит его обращение в оперативную память.

Шинные интерфейсы материнской платы

Связь между всеми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, размещенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета). От архитектуры этих элементов во многом зависит производительность компьютера.

ISA (Industry Standard Architecture).

Она позволила связать все устройства системного блока между собой, и обеспечила простое подключение новых устройств через стандартные разъемы (слоты).

Пропускная способность шины, выполненной по такой архитектуре, составляет до 5,5 Мбайт/с, эта шина продолжает использоваться в компьютерах для подключения «медленных» внешних устройств.

EISA (Extended ISA), стал расширением стандарт ISA, отличающийся увеличенным разъемом и увеличенной производительностью (до 32 Мбайт/с). В настоящее время данный стандарт считается устаревшим и не выпускается с 2000 года.

VLB. Название интерфейса переводится как локальная шина стандарта VESA (VESA Local Bus). Понятие «локальной шины» появилось в конце 80-х годов.

При внедрении процессоров третьего и четвертого поколений (Intel 80386 и Intel 80486) частоты основной шины (использовалась шина ISA/EISA) стало недостаточно для обмена между процессором и оперативной памятью.

Основным недостатком интерфейса VLB стало то, что предельная частота локальной шины и, соответственно, ее пропускная способность зависят от числа устройств, подключенных к шине. При частоте 50 Мгц к шине может быть подключено только одно устройство (видеокарта), а при частоте 40 Мгц возможно подключение двух, а при частоте 33 МГц – трех устройств.

PCI (Peripheral Component Interconnect – стандарт подключения, внешних компонентов) был введен на базе процессоров Intel Pentium. Это интерфейс локальной шины, связывающей процессор с оперативной памятью, в которую врезаны разъемы для подключения внешних устройств.

Для связи используются специальные интерфейсные преобразователи – мосты PCI (PCI Bridge). Данный интерфейс поддерживает частоту шины 33 МГц и обеспечивает пропускную способность 132 Мбайт/с.

Последние версии интерфейса до 66 МГц и обеспечивают производительность 264 Мбайт/с для 32-разрядных данных и 528 Мбайт/с для 64-разрядных данных.

Важным нововведением, стала поддержка так называемого режима plug-and-play, сформившегося в промышленный стандарт на самоустанавливающиеся устройства.

После физического подключения внешнего устройства к разъему шины РС7 происходит обмен данными между устройством и материнской платой, и устройство автоматически получает номер используемого прерывания, адрес порта подключения и номер канала прямого доступа к памяти.

FSB. Шина PCI, появившаяся на базе процессоров Intel Pentium как локальная шина, предназначенная для связи процессора с оперативной памятью. Она используется не только как шина для подключения внешних устройств, а для связи процессора и памяти, начиная с процессора Intel Pentium Pro используется специальная шина, получившая название Front Side Bus (FSB).

Эта шина работает на очень высокой частоте 100-125 МГц. В настоящее время внедряются материнские платы с частотой шины FSB 133 МГц и ведутся разработки плат с частотой до 200 МГц. Частота шины FSB является одним из основных потребительских параметров – именно он и указывается в спецификации материнской платы.

Пропускная способность шины FSB при частоте 100 МГц составляет порядка 800 Мбайт/с.

AGP. Видеоадаптер – устройство, требующее особенно высокой скорости передачи данных. Как при внедрении локальной шины VLB, так и при внедрении локальной шины PCI видеоадаптер всегда был первым устройством, «врезаемым» в новую шину.

Сегодня шина PCI заменена на AGP (Advanced Graphic Port – усовершенствованный графический порт).

Частота этой шины соответствует частоте шины PCI (33 МГц или 66 МГц), но она имеет много более высокую пропускную способность – до 1066 Мбайт/с (в режиме четырехкратного умножения).

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association – стандарт международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров). Этот стандарт определяет интерфейс подключения плоских карт памяти небольших размеров и используется в портативных персональных компьютерах.

USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная магистраль).

Она практически исключает конфликты между различным оборудованием, позволяет подключать и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и позволяет объединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без применения специального оборудования и программного обеспечения.

Он позволяет подключать до 256 различных устройств, имеющих последовательный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками. Производительность шины USB относительно невелика и составляет до 1,5 Мбит/с, но для таких устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик этого достаточно.

В настоящее время большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе двух микросхем, получивших название «северный мост» — это управление взаимосвязью четырех устройств: процессора, оперативной памяти, порта AGP и шины PCI. Поэтому его также называют четырехпортовым контроллером и «южный мост» — это контроллер жестких и гибких дисков, функции моста ISA – PCI, контроллера клавиатуры, мыши, шины USB.

Оперативная память

Оперативная память (RAM – Random Access Memory) – это массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).

Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде запись данных происходит сравнительно медленно.

Второй важный недостаток связан с тем, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве весьма быстро. Если оперативную память постоянно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды.

Для этого в компьютере происходит постоянная регенерация (несколько десятков раз в секунду) ячеек оперативной памяти.

Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы – триггеры, состоящие из нескольких транзисторов. В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), поэтому этот тип памяти обеспечивает более высокое быстродействие, хотя технологически он сложнее и, соответственно, дороже.

Микросхемы динамической памяти используют в качестве основной оперативной памяти компьютера. Микросхемы статической памяти используют в качестве вспомогательной памяти (так называемой кэш-памяти), предназначенной для оптимизации работы процессора.

Каждая ячейка памяти имеет свой адрес, который выражается числом. В настоящее время в процессорах Intel Pentium и некоторых других принята 32-разрядная адресация, а это означает, что всего независимых адресов может быть 232.

Таким образом, в современных компьютерах возможна непосредственная адресация к полю памяти размером 232 = 4 294 967 296 байт (4,3 Гбайт). Однако это не означает, что именно столько оперативной памяти должно быть в компьютере.

Предельный размер поля оперативной памяти, установленной в компьютере, определяется микропроцессорным комплектом (чипсетом) материнской платы и обычно составляет несколько сот Мбайт.

Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сохранить 8 бит, то есть один байт данных. Таким образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.

Сегодня типичным считается размер оперативной памяти 32-64 Мбайт, но очень скоро эта величина будет превышена в 2-4 раза даже для моделей массового потребления.

Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).

На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному.

Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

  а) SIMM-модули

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

б) DIMM-модули

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s21269t11.html

Лабораторная работа на тему "Внутренние интерфейсы системной платы"

  • Лабораторная работа №4.
  • Тема: внутренние интерфейсы системной платы.
  • Цель работы: исследовать внутренние интерфейсы системной платы.
  • Задачи:
  1. Ознакомиться с понятием интерфейса и внутримашинного интерфейса;

  2. Изучить основные характеристики шин;

  3. Выполнить задания по теме;

  4. Оформить отчет по лабораторной работе и представить преподавателю.

Краткая теория по теме:

Интерфейс (interface) – совокупность средств сопряжения и связи, обеспечивающая эффективное взаимодействие систем или их частей. В интерфейсе обычно предусмотрены вопросы сопряжения на механическом (число проводов, элементы связи, типы соединений, разъемы, номера контактов и т. п.

) и логическом (понятные сигналы, их длительности, полярности, частоты и амплитуда, протоколы взаимодействия) уровнях. В современных интерфейсах для формирования стандарта подключения устройств к системе широко используются наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы.

Это существенно усложняет и удорожает не только сам интерфейс, но и компьютер в целом.

Внутримашинный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков компьютера между собой. Представляет собой совокупность электрических линий связи (проводов), схем сопряжения с компонентами компьютера, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов. Существует два варианта организации внутримашинного интерфейса:

Читайте также:  Учет затрат на производство продукции по статьям калькуляции - в помощь студенту

– многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими блоками своими локальными проводами; многосвязный интерфейс иногда применяется в качестве периферийного интерфейса (для связи с внешними устройствами ПК), дополняющего системный, а в качестве системного – лишь в некоторых простых компьютерах;

– односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину).

В подавляющем большинстве современных ПК в качестве системного интерфейса используется системная шина. Шина (bus) – совокупность линий связи, по которым информация передается одновременно. Под основной, или системной, шиной обычно понимается шина между процессором и подсистемой памяти. Шины характеризуются разрядностью и частотой.

Структура и состав системной шины были рассмотрены в разделе «Интерфейсная часть МП». Важнейшими функциональными характеристиками системной шины являются количество обслуживаемых ею устройств и ее пропускная способность, то есть максимально возможная скорость передачи информации.

Пропускная способность шины зависит от ее разрядности (есть шины 8-, 16-, 32- и 64-разрядные) и тактовой частоты, на которой шина работает.

  1. Разрядность, или ширина, шины (buswidth), – количество линий связи в шине, то есть число бит, которое может быть передано по шине одновременно.
  2. Тактовая частота шины (busfrequency) – частота, с которой передаются последовательные биты информации по линиям связи.
  3. В качестве системной шины в разных ПК использовались и могут использоваться:
  4. – шины расширений – шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств;
  5. – локальные шины, часто специализирующиеся на обслуживании небольшого количества устройств определенного класса, преимущественно видеосистем.

В компьютерах широко используются также периферийные шины – интерфейсы для внешних запоминающих и многочисленных периферийных медленнодействующих устройств. Сравнительные технические характеристики некоторых шин приведены в таблице 3.1.

32/32

  • 32/32 64/64
  • 32/32 64/64
  • 32/32 64/64
  • Рабочая частота, МГц
  • 8
  • 8-33
  • 10-20
  • До 33
  • До 66
  • 66/133
  • Пропускная способность, Мбайт/с
  • 16
  • 33
  • 76
  • 132
  • 132/264/ 528
  • 528/1056/ 2112
  • Число подключаемых устройств, шт.
  • 6
  • 15
  • 15
  • 4
  • 10
  • 1
  • Таблица 3.1 – Основные характеристики шин

Шина ISA (IndustryStandardArchitecture– архитектура промышленного стандарта) – устаревшая 16-разрядная шина данных и 24-разрядная шина адреса, рабочая тактовая частота 8 МГц, но может использоваться и с МП с тактовой частотой больше 66 МГц (коэффициент деления увеличен); по сравнению с шинами PC/XT и PC/AT увеличено количество линий аппаратных прерываний с 7 до 15 и каналов прямого доступа к памяти DMA с 7 до 11. Благодаря 24-разрядной шине адреса адресное пространство увеличилось с 1 до 16 Мбайт. Теоретическая пропускная способность шины данных равна 16 Мбайт/с, но реально она ниже, около 5,5 Мбайт/с, ввиду ряда особенностей ее использования. Конфигурация системы с шиной ISA показана на рисунке 3.1.

Шина ISA– основная шина на устаревших материнских платах. С появлением 32-разрядных высокоскоростных МП шина ISA стала существенным препятствием увеличения быстродействия ПК.

Раньше с помощью интерфейса ISA подключались такие устройства, как видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. На современных материнских платах этот интерфейс либо совсем отсутствует, либо имеется всего 1-2 слота.

Конструктивно слот ISA представляет собой разъем, состоящий из двух частей – 62-контактного и примыкающего к нему 36-контактного сегментов.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Рисунок 3.1 – Конфигурация системы с шиной ISA

Шина EISA (ExtendedISA) – 32-разрядная шина данных и 32-разрядная шина адреса, создана в 1989 году как функциональное и конструктивное расширение ISA. Адресное пространство шины 4 Гбайта, работает также на частоте 8 МГц.

Пропускная способность шины – 33 Мбайт/с, причем скорость обмена по каналу МП – кэш – ОП определяется параметрами микросхем памяти; увеличено число разъемов расширений – теоретически может подключаться до 15 устройств (практически до 10).

Поддерживает Bus Mastering – режим управления шиной со стороны любого из устройств на шине, имеет систему арбитража для управления доступом устройств к шине. Улучшена система прерываний, обеспечивается автоматическое конфигурирование системы и управление DMA. Шина поддерживает многопроцессорную архитектуру вычислительных систем.

Шина EISA весьма дорогая и применяется в скоростных ПК, сетевых серверах и рабочих станциях. Внешне слоты шины на СП имеют такой же вид, как иI SA, и в них могут вставляться платы ISA, но в глубине разъема находятся дополнительные ряды контактов EISA, а платы EISAимеют более высокую ножевую часть разъема с дополнительными рядами контактов.

Шина MCA (Micro Channel Architecture) – 32-разрядная шина, созданная фирмой IBM в 1987 году для машин PS/2, пропускная способность 76 Мбайт/с, рабочая частота 10-20 МГц.

По своим прочим характеристикам близка к шине EISA, но не совместима ни с ISA, ни с EISA.

Поскольку компьютеры PS/2 не получили широкого распространения, в первую очередь ввиду отсутствия наработанного обилия прикладных программ, шина МСА также используется не очень широко.

  1. Локальные шины
  2. Современные вычислительные системы характеризуются:
  3. – стремительным ростом быстродействия микропроцессоров и некоторых внешних устройств (так, для отображения цифрового полноэкранного видео с высоким качеством необходима пропускная способность 22 Мбайт/с);
  4. – появлением программ, требующих выполнения большого количества интерфейсных операций (например, программы обработки графики в Windows, Multimedia).

В этих условиях пропускной способности шин расширения, обслуживающих одновременно несколько устройств, оказалось недостаточно для комфортной работы пользователей, ибо компьютеры стали подолгу «задумываться».

Разработчики интерфейсов пошли по пути создания локальных шин, подключаемых непосредственно к шине МП, работающих на тактовой частоте МП (но не на внутренней рабочей его частоте) и обеспечивающих связь с некоторыми скоростными внешними, по отношению к МП, устройствами: основной и внешней памятью, видеосистемами и т. д.

Сейчас существуют три основных стандарта универсальных локальных шин: VLB,PCIиAGP.

Шина VLB (Vesa Local Bus) разработана в 1992 году ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA–VideoEquipmentStandardsAssotiation) и поэтому часто ее называют шинойVESA.

ШинаVLB, по существу, является расширением внутренней шины МП для связи с видеоадаптером и реже с винчестером, платамиMultimedia, сетевым адаптером.

Разрядность шины – 32 бита, реальная скорость передачи данных поVLB– 80 Мбайт/с (теоретически достижимая – 132 Мбайт/с).

Недостатки шины VLB:

  • ориентация только на МП 80386,80486 (не адаптирована для процессоров класса Pentium);
  • жесткая зависимость от тактовой частоты МП (каждая шина VLBрассчитана только на конкретную частоту до 33 МГц);
  • малое количество подключаемых устройств – к шине VLBможет подключаться только четыре устройства;
  • отсутствует арбитраж шины – могут быть конфликты между подключаемыми устройствами.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect, соединение внешних компонентов) – самый распространенный и универсальный интерфейс для подключения различных устройств. Разработана в 1993 году фирмой Intel.

Шина PCI является намного более универсальной, чем VLB; позволяет подключать до 10 устройств; имеет свой адаптер, позволяющий ей настраиваться на работу с любым МП от 80486 до современных Pentium.

Тактовая частота CI– 33 МГц, разрядность – 32 разряда данные/ 32 разряда адреса с возможностью расширения до 64 бит, теоретическая пропускная способность 132 Мбайт/с, а в 64-битовом варианте – 264 Мбайт/с.

Модификация 2,1 локальной шины PCI работает на тактовой частоте до 66 МГц и при разрядности 64 имеет пропускную способность до 528 Мбайт/с. Осуществлена поддержка режима PlugandPlay,BusMasteringи автоконфигурации.

Конструктивно разъем шины на системной плате состоит из двух следующих подряд секций по 64 контакта (каждая со своим ключом). С помощью этого интерфейса к материнской плате подключаются видеокарты, звуковые карты, модемы, контроллеры SCSI и другие устройства. Как правило, на материнской плате имеется несколько разъемов PCI.

Шина PCI, хотя и является локальной, выполняет и многие функции шины расширения. Шины расширения ISA,EISA,MCA(а она совместима с ними) при наличии шины PCI подключаются не непосредственно к МП (как это имеет место при использовании шины VLB), а к самой шине PCI(через интерфейс расширения).

Благодаря такому решению шина является процессоро-независимой (в отличие от VLbus) и может работать параллельно с шиной процессора, не обращаясь к ней за запросами. Загрузка шины процессора существенно снижается. Например, процессор работает с системной памятью или кэш-памятью, а в это время по сети на винчестер пишется информация.

Конфигурация системы с шиной PCI показана на рисунке 3.2.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Рисунок 3.2 – Конфигурация системы с шиной PCI

Шина AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) – интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. Разработана шина на основе стандартаPCIR2.1.

Шина AGP может работать с частотой системной шины до 133 МГц и обеспечивает высочайшую скорость передачи графических данных.

Ее пиковая пропускная способность в режиме четырехкратного умноженияAGP4x(передаются четыре блока данных за один такт) имеет величину 1066 Мбайт/с, а в режиме восьмикратного умноженияAGP8x– 2112 Мбайт/с.

По сравнению с шиной PCI, в шине AGP устранена мультиплексированность линий адреса и данных (в PCIдля удешевления конструкции адрес и данные передаются по одним и тем же линиям) и усилена конвейеризация операций чтения/записи, что позволяет устранить влияние задержек в модулях памяти на скорость выполнения этих операций.

Шина AGP имеет два режима работы: DMA и Execute. В режиме DMA основной памятью является память видеокарты. Графические объекты хранятся в системной памяти, но перед использованием копируются в локальную память карты. Обмен ведется большими последовательными пакетами. В режиме Execute системная память и локальная память видеокарты логически равноправны.

Графические объекты не копируются в локальную память, а выбираются непосредственно из системной. При этом приходится выбирать из памяти относительно малые, случайно расположенные куски.

Поскольку системная память выделяется динамически, блоками по 4 Кбайт, в этом режиме для обеспечения приемлемого быстродействия предусмотрен механизм, отображающий последовательные адреса фрагментов на реальные адреса 4-килобайтных блоков в системной памяти.

Эта процедура выполняется с использованием специальной таблицы (Graphic Address Re-mapping Table или GART), расположенной в памяти. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP-видеоадаптер. Конфигурация системы с шиной AGP показана на рисунке 3.3.

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

  • Рисунок 3.3 – Конфигурация системы с шиной AGP
  • Содержание отчета
  • Отчет должен содержать:
  1. Название работы.

  2. Цель работы.

  3. Задание и его решение.

  4. Вывод по работе.

Вопросы для самоконтроля

  1. Дать краткую характеристику шины ISA.

  1. Дать краткую характеристику шины PCI.

  1. Дать краткую характеристику шины AGP.

  1. Дать краткую характеристику шины USB.

Источник: https://infourok.ru/laboratornaya-rabota-na-temu-vnutrennie-interfeysi-sistemnoy-plati-3125870.html

Устройство и основные разъемы материнской платы

Статья описывает предназначение, строение и принципы работы материнской платы.

https://www.youtube.com/watch?v=0tlSeVm—g0

Читатель узнает, как выбрать системную плату, оценить ее функциональные возможности а также подобрать совместимые с ней устройства.

Устройство 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.

Читайте также:  Уравнение гаммета для реакций электрофильного ароматического замещения - в помощь студенту

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 мост (North bridge, системный контроллер) — это часть системной логики материнской платы, обеспечивающая работу основных узлов компьютера — центрального процессора, оперативной памяти, видеокарты. Именно он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express, к которой подсоединяется видеокарта. В некоторых случаях северный мост может содержать интегрированный графический процессор.

Южный мост (Southbridge, ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер, контроллер ввода-вывода) — обеспечивает подключение к системе менее скоростных устройств, не требующих высокой пропускной способности — жёсткого диска, сетевых плат, аудиоплаты и т.д., а также шин PCI, USB и др., в которые устанавливаются разного рода дополнительные устройства. Клавиатура и мышь также замыкаются на южный мост.

Наличие северного и южного мостов — классическая, общепринятая схема построения чипсета, на котором базируется системная плата. Но существуют также схемы, отличающиеся от традиционных.

Это касается в первую очередь компьютеров на базе современных процессоров, содержащих в себе элементы, в большей или меньшей степени выполняющие функции северного моста (чаще всего — контроллер оперативной памяти, интегрированное графическое ядро).

На системных платах для таких процессоров северный мост существенно упрощен.

Качеством и возможностями системной логики определяются производительность и стабильность работы компьютера. При выборе материнской платы нужно учитывать в первую очередь то, какой чипсет был взят за основу при ее изготовлении. Основными производителями чипсетов сейчас являются компании Intel, NVidia, ATI/AMD и др.

, в то время как материнские платы производятся ASUS, MSI, Gigabyte, ASRock, Zotac и др. Системные платы с одинаковым чипсетом у разных производителей называются по-разному. По цене они тоже могут существенно отличаться.

При выборе как првило лучше отдать предпочтение материнской плате с более «продвинутым» чипсетом от менее известного производителя, чем наоборот.

Основные разъемы материнской платы

  • Кроме разъема центрального процессора (сокета), системная плата содержит другие разъемы:
  • Слоты модулей ОЗУ, к которым подсоединяются модули оперативной памяти соответствующего типа;
  • PCI (Peripheral component interconnect — взаимосвязь периферийных компонентов) — это шина с небольшой пропускной способностью, которой, однако, достаточно для подключения многих устройств (TV-тюнеров, звуковых карт, карт для захвата видео, сетевых карт, Wi-Fi-модулей и др.);

РСI-Express — быстрая шина для видеокарты, создана с использованием программной модели PCI. В зависимости от чипсета, таких шин на материнской плате может быть несколько, и они могут иметь разную пропускную способность (x16 или меньше). Конфигурация с несколькими РСI-Express позволяет использовать сразу несколько видеокарт, что делает видеоподсистему компьютера более производительной.

USB — разъем для подключения периферийных устройств. Известен всем в первую очередь как разъем, к которому можно подключить флешку, цифровой фотоаппарат, видеокамеру, телефон и др. Он бывает нескольких спецификаций: USB 1.

0 (пропускная способность до 12 Мбит/с), USB 2.0 (до 480 Мбит/с) и самый новый USB 3.0 (до 4800 Мбит/с). USB 1.0 и 2.0 внешне одинаковы, имеют 4 контакта. USB 3.

0 имеет вдвое больше контактов, хотя и поддерживает возможность подключения более старых устройств (рассчитанных на USB 1.0 и 2.0).

SATA (Serial Advanced Technology Attachment — цифровое подсоединение по передовой технологии) — служит для подсоединения накопителей информации (жестких дисков или SSD, оптических приводов). Скорость передачи данных зависит от ревизии SATA: 1.x — до 1,5 Гбит/с; 2.x — до 3 Гбит/с; 3.x — до 6 Гбит/с.

PATA (Parallel ATA) — является предшественником SATA и до его появления назывался IDE (название можно встретить до сих пор). PATA предназначен для подключения старых носителей информации и поскольку последние еще продолжают служить своим владельцам, этот интерфейс сохраняется на новых материнских платах для обеспечения совместимости;

Floppy — разъем для подключения привода дискеты 3,5. Как ни странно, эти носители все еще не полностью вышли из употребления;

Разъемы для подключения блока питания. Основной разъем, питающий все компоненты (ATX) имеет 24 контакта. Питание центрального процессора может иметь 4 или 8 контактов (в зависимости от мощности процессора, на который рассчитана материнская плата).

Шинные интерфейсы материнской платы - в помощь студенту

Кроме того, на системной плате имеются различные игольчатые гребенки, предназначенные для подключения передней панели корпуса (кнопки Power, Reset, индикаторы процессора и жестких дисков, наушники, микрофон, USB), куллеров (вентиляторов) процессора, корпуса, жестких дисков и др.

На материнской плате есть также разъемы звуковой карты, сетевого адаптера (RJ45) и др. На моделях системных плат с интегрированным графическим процессором или рассчитанных на процессоры, содержащие в себе графическое ядро, есть соответствующие разъемы для подключения мониторов (VGA, DVI, HDMI).

Системная плата включает еще одну важную часть — микросхему ПЗУ (ее часто называют ROM BIOS), которая замыкается на южный мост чипсета. В этой микросхеме хранится базовая программа управления компьютером, называемая базовой системой ввода-вывода и больше известна как BIOS (basic input-output system).

В отличии от операционной системы и другого программного обеспечения, устанавливаемых на жесткий диск, BIOS доступен компьютеру без подключения винчестера и остальных элементов. Это программное обеспечение определяет порядок взаимодействия составных частей компьютера между собой.

В зависимости от чипсета материнской платы и версии BIOS, его настройками можно определить источник загрузки компьютера, изменить частоту шины процессора, тайминги модулей оперативной памяти (изменив их производительность), а также настройки многих других устройств, отключить отдельные элементы (сетевую плату, дисковод 3,5 и др.) и многое другое.

Компьютер всегда запускается и работает с учетом данных BIOS. Если микросхему ПЗУ повредить или внести в BIOS настройки, не совместимые с работоспособностью системы, компьютер не запустится. В последнем случае для решения проблемы достаточно «обнулить» настройки BIOS до стандартных («заводских») параметров.

Для этого нужно на непродолжительное время вынуть из соответствующего разъема материнской платы батарейку, питающую микросхему ПЗУ (типа CR2032, внешне похожа на монету).

Обнуление BIOS также происходит, когда эта батарейка розряжается (первый признак этого — при выключении компьютера сбивается системное время).

Скорость доступа к микросхеме ПЗУ низкая. Чтобы это не влияло на быстродействие компьютера, большинство системных плат создаются таким образом, что при запуске системы, BIOS из микросхемы ПЗУ копируется в специально зарезервированную область оперативной памяти, называемую Shadow Memory (теневая память), скорость доступа к которой значительно выше.

Современные микросхемы ПЗУ позволяют менять BIOS на другие версии.

Эта операция называется перепрошивкой BIOS, выполняется при помощи специального программного обеспечения (обычно доступного на сайте производителя системной платы), и требует серьезного подхода, поскольку в случае неудачи может повлечь за собой плачевные последствия, вплоть до необходимости приобретения новой материнской платы.

Поэтому без крайней необходимости перепрошивать BIOS не нужно. Новые версии иногда позволяют решить проблемы совместимости системных плат с новыми устройствами, добавить отдельные варианты настроек или устранить мелкие недочеты. Но если система и без того работает стабильно, лучше не рисковать.

Форм-фактор материнской платы

По размеру системные платы бывают разными. Существует несколько стандартов, которые принято называть форм-фактором материнской платы.

Кроме размеров, форм-фактор подразумевает определенную схему расположения мест крепления платы, интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокета процессора, разъема для подключения блока питания и слотов установки модулей ОЗУ.

Известны следующие форм-факторы материнских плат: Baby-AT, Mini-ATX, AT, LPX, АТХ, microATX, Flex-АТХ, NLX, WTX, CEB, Mini-ITX, Nano-ITX, Pico-ITX, BTX, MicroBTX, PicoBTX. Наиболее распространенными являются АТХ (305 x 244 мм.), microATX (244 x 244 мм.) и mini-ITX (150 x 150 мм.). Форм-фактор материнской платы нужно учитывать при выборе корпуса системного блока.

Источник: https://www.chaynikam.info/stat_mainboard.html

Интерфейс системной шины

Интерфейс системной шины.

Системная магистраль является узким местом ЭВМ, так как все устройства, подключенные к ней, конкурируют за возможность пере­давать свои данные по ее шинам.

Системная магистраль — это среда передачи сигналов управления, адресов, данных, к которой параллельно и одновременно могут под­ключаться несколько компонентов вычислительной системы.

Физически системная магистраль представляет собой параллельные проводники на материнской плате, которые называются линиями. Но это еще и ал­горитмы, по которым передаются сигналы, правила интерпретации сигналов, дисциплины обслуживания запросов, специальные микросхе­мы, обеспечивающие эту работу.

Весь этот комплекс образует поня­тие интерфейс системной магистрали, или стандарт обмена.

Исторически все интерфейсы СМ ведут свою родословную от стандарта IBMMULTIBUS, для которого фирмой был разработан комплект микросхем (chipset). Этот стандарт мог обслуживать пере­дачу 8- и 16-битовых данных. Для этого стандарта характерно наличие следующих линий: 20 линий адресов, 16 линий данных, 50 управляющих и служебных линий.

Для IBM PC XT был разработан стандарт ISA (IndustryStandartArchitecture), который имеет две модификации — для XT и AT. В ISA XT шина данных — 8 бит, шина адресов — 20 бит, шина управления — 8 линий.

В ISA AT шина данных увеличена до 16 бит. Встречаются и 32-битовые ISA, но это — нестандартизованное расширение. Тактовая час­тота для работы СМ в стандарте ISA составляет 8 МГц. Производи­тельность ISA XT — 4 Мбайта/с, ISA AT — от 8 до 16 Мбайт/с.

Стандарт EISA (ExtendedISA) — это жестко стандартизованное расширение ISA до 32 бит. При тактовой частоте 8,33 МГц скорость передачи данных составляла 33 Мбайта/с.

Стандарт PCI (PeripheralComponentInterconnect) разработан фир­мой Intel для ЭВМ с МП Pentium. Это не развитие предыдущих стан­дартов, а совершенно новая разработка.

Системная магистраль в со­ответствии с этим стандартом работает синхронно с тактом МП и осуществляет связь между локальной шиной МП и интерфейсами ISA, EISA или MCA. Стандарт PCI разрабатывался как процессорно-независи­мый интерфейс.

Помимо Pentium с этим интерфейсом могут работать и МП других фирм (Alpha корпорации DEC, MIPS R4400 и Power PC фирм Motorola, Apple и IBM).

Стандарт PCI позволяет реализовать дополнительные функции: автоматическую конфигурацию перифе­рийных устройств (которая позволяет пользователю устанавливать дополнительные платы, не задумываясь над распределением преры­ваний, каналов ПДП и адресного пространства); работу при пони­женном напряжении питания, возможность работы с 64-разрядным интерфейсом.

Стандарт USB (UniversalSerialBus) — универсальный последова­тельный интерфейс, обеспечивающий обмен со скоростью 12 Мбайт/с и подключение до 127 устройств.

Стандарт PCMCIA(PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation) — интерфейс блокнотных ПЭВМ для подключения рас­ширителей памяти, модемов, контроллеров дисков и стриммеров, се­тевых адаптеров и др.

Источник: https://studizba.com/lectures/10-informatika-i-programmirovanie/289-vychislitelnye-mashiny-sistemy-i-seti/3709-interfeys-sistemnoy-shiny.html

Ссылка на основную публикацию