Základní deska počítače je základem, na kterém jsou postaveny všechny komponenty.

Roli základní desky počítače nelze přeceňovat. Záleží přece jen na něm, zda budete moci v budoucnu rozšiřovat funkcionalitu svého PC nebo ne? Zvýšit množství paměti RAM, nainstalovat produktivnější? Umožní přítomnost dalších, zpočátku nepoužitých, slotů a konektorů další rozšíření (“upgrade”) celého systému? Je to jako základ domu: pokud jej nepostavíte dobře, může se konstrukce časem zřítit.

Základní deska je vícevrstvý „koláč“ jednovrstvých (jednostranných nebo oboustranných) desek plošných spojů. Každá z vrstev představuje takovou samostatnou desku. Vícevrstvé vrstvení je v první řadě zapotřebí k boji proti přeslechům a rušení vytvářeným signálovými linkami (cestami) desky umístěnými blízko sebe. Aby se tato vzdálenost zvětšila a izolovaly se signálové linky jedné vrstvy od druhé, byl vynalezen celý tento „sendvič“. Každá vrstva je od sebe oddělena speciálním sklolaminátovým těsněním (adhezivem) a následně je celá vtlačena do speciální pece.

Graficky lze vnitřní strukturu produktu znázornit přibližně takto:

Jako bonus se zvyšuje i celková mechanická pevnost takové konstrukce. Počet jednotlivých vrstev u moderních značkových výrobků může dosahovat až deseti, ale i více! Poté je téměř hotová základní deska z obou stran potažena dielektrickým ochranným lakem požadované barvy, vysušena, jsou do ní vyvrtány potřebné otvory pro upevňovací prvky, montáž konektorů a dalších komponent, otvory na okrajích jsou pokoveny a produkt je téměř připraven! Poté je samozřejmě nutné nainstalovat samotné konektory a celou základnu prvků radioelektronických součástek, provést jejich pájení, kontrolu kvality a provést komplexní testování pod zátěží, ale tento proces je jasně znázorněn na videu níže. článek, takže nevidím smysl to znovu popisovat.

Poznámka: deska s plošnými spoji nebo PCP (Printed Circuit Board) - dielektrická deska, na které se chemicky nebo mechanicky tvoří elektricky vodivé cesty. Mohou být vytvořeny buď klasickou metodou leptání na desku, nebo technologií laserového gravírování.

Jelikož nás zajímají především kvalitní základní desky počítačů, obraťme svou pozornost na desku plné velikosti od výrobce Asus. Velké množství prvků a rozšiřujících slotů na něm umístěných nám umožňuje doufat v dobré vyhlídky na upgrade a vysoce kvalitní základna prvků a rozložení desky - na dlouhou životnost.

Pojďme si jako obvykle projít všechny zápisy v pořadí a zjistit, z jakých komponent se skládá základní deska počítače:

Pojďme se s vámi zabývat nejdůležitějšími body, které vyžadují samostatné komentáře. Na obrázku jasně vidíme chladící systém uprostřed, z něhož vyzařují měděné trubky. Centrální chladič pokrývá „severní“ mikroobvod čipové sady desky. Zahrnuje tak důležité komponenty jako řadič RAM a řadič systémové sběrnice (nyní jsou tyto prvky aktivně přenášeny do CPU) a samozřejmě podporuje rozhraní pro interakci s „jižním“ mikroobvodem.

tituly" severní" A " jižní"můstek" pouze označuje geografickou polohu těchto prvků vzhledem k PCI slotům (na sever - vyšší nebo na jih - níže) čip "most" je také pokryt radiátorem vestavěný řadič, USB sběrnice, integrovaný zvuk a je zodpovědný za provoz PCI sběrnice, různých senzorů na desce atd.

Poznámka: chipset - sada čipů navržená tak, aby spolupracovaly při provádění jakéhokoli úkolu. Druhý název je soubor systémové logiky.

Klasická čipová sada na základní desce, použitelná pro počítače, se skládá ze dvou velkých čipů:

• Severní most
• jižní můstek

Severní můstek spojuje (přes do něj integrované řadiče) CPU s vysoce výkonnými zařízeními umístěnými na základní desce počítače (paměť, grafický adaptér). Jižní „můstek“ je zodpovědný za podporu „pomalejších“ periferních zařízení (USB, zvukové a síťové karty, pevné disky, různé rozšiřující karty atd.)

Zde je například ukázka toho, jak vypadá sada systémové logiky („severní“ – větší a „jižní“ – menší most) z produkce společnosti VIA.

Pokračujme. Pod čísly „6“ (viz první fotografie článku) na základní desce máme dva radiátory, které ochlazují napájecí obvody procesoru. Prvky umístěné pod chladiči (kondenzátory a tranzistory) zabraňují velkým změnám napájecího napětí CPU při změně jeho zátěže. Jejich kvalitní výkon je jedním z ukazatelů dobré základní desky. Souhlasím, pokud se ukáže, že provoz počítače je nestabilní jednoduše kvůli nekvalitnímu napájení, bude to škoda!

Samostatně poznamenáváme, že základna prvků výkonových obvodů na moderních základních deskách je poměrně rozmanitá: zahrnuje regulátor PWM, měniče napětí, tranzistory, rezistory, tlumivky, kondenzátory atd.

Níže uvedená fotografie ukazuje typický vícefázový napájecí obvod moderního procesoru:

Například měniče napětí jsou potřebné k tomu, aby ten či onen prvek byl napájen nezbytně nutným výkonem pro jeho normální provoz. Jedna věc je, že 12 voltů „pochází“ z napájení na vstupu převodníku, ale ne všechny prvky potřebují přesně dvanáct! Převodníky ji tedy sníží na požadovanou hodnotu a „dají“ konečnému „spotřebiteli“ (konkrétnímu mikroobvodu nebo jinému prvku).

Navrhuji mluvit podrobněji o tom, proč jsou všechny tyto fáze potřebné a jak fungují? Myslím, že to musíte vědět! Role snižovacího měniče může být VRM (Voltage Regulation Module) nebo VRD (Voltage Regulator Down). Moc se tím nezabývejte, bude stačit, když si tyto zkratky zapamatujete a budete vědět, co označují.

Typicky je v obvodu převodníku také zahrnuto několik MOSFETů. Jsou řízeny elektrickým polem, proto se jim říká „pole“ (pole). Zkratka MOS pochází z „metal-oxide-semiconductor“, v anglické verzi: "kov-oxid-polovodičový tranzistor s efektem pole" nebo zkráceně MOSFET. Proto můžete vidět název jako tranzistory mosfet (lidově nazývané „mosfety“).

Řízení fáze napájení na základní desce počítače je obvykle založeno na řadiči PWM. Zkratka PWM má také svůj vlastní význam a to je „Pulse Wide Modulation“ - pulzně šířková modulace, v ruštině PWM. Proto se takové součásti často nazývají PWM regulátory.

Může to vypadat následovně:

PWM řadič se „učí“ o aktuálním výkonu procesoru pomocí speciálního 8bitového signálu, který mu „říká“, jaké napětí je v tu či onu dobu potřeba dodat do CPU.

Ve velmi starých počítačích byly všechny obvody regulátorů napětí jednofázové, ale postupem času (se stoupající spotřebou procesoru) se staly neefektivními a výrobci museli k regulaci napětí dodávaného do CPU používat více fází. Odtud pochází pojem „vícefázový“. Čtyřfázové napájení, osmifázové atd. Nyní je, zdá se, dokonce 24fázový! :)

Co se za tímto konceptem skrývá? Zkusme na to přijít! Jaké je hlavní omezení jednofázového regulátoru? Především v maximálním proudu, který může procházet prvky, které jej tvoří: mosfety, tlumivky (tlumivky), kondenzátory. Jejich limit je asi třicet ampér, zatímco moderní CPU mohou odebírat proud přesahující sto ampér! Je jasné, že s takovými „požadavky“ se jedna fáze velmi rychle „uvaří“ :) Právě kvůli kompenzaci tohoto omezení začali na základních deskách používat vícefázové napájení.

Při použití vícefázového regulátoru lze celkový zatěžovací proud rozložit na počet N jednotlivých fází, což v součtu vytvoří požadovaný (jmenovitý) výkon! Například: s šestifázovým napájecím zdrojem bude každá ze šesti fází přijímat 30 A (nezapomeňte na maximální proudové omezení), zatímco v součtu mohou všechny naše fáze „projít“ až 180 A při špičkovém zatížení!

Poznámka: pro procesory Intel generace Core i7 se spotřebou přes 130 wattů (i s přihlédnutím k možnosti přetaktování) stačí šestifázový výkon! Cokoli navíc je od šikovného obchodníka :)

Je třeba také myslet na to, že základna prvků nestojí a místo klasických elektrolytických kondenzátorů jsou dnes široce rozšířeny tzv. polovodičové polymerové kondenzátory, jejichž životnost přesahuje 50 000 hodin, tlumivky s feritovým jádrem atd. použitý. To vše dohromady umožňuje procházet jimi maximální proud ne 30, ale 40 Ampér. Proto takový šestifázový napájecí obvod (obvod) procesoru bude schopen poskytnout procesoru proud asi 240 Ampér (spotřeba energie více než 200 Wattů)! Jaký domácí CPU to žere, kromě AMD?! :)

Poslední věc, kterou bych rád dodal, je, že nyní se na základních deskách počítačů často používá něco jako dynamické přepínání fází napájení. To znamená, že podle potřeby (procesor odebírá více proudu) se zapíná stále větší počet fází a při poklesu zátěže se některé z nich vypínají. Teoreticky lze slabý CPU spustit pouze jednou provozní fází. Jiná věc je, jak dlouho to vydrží? Ale pro spuštění v testovacím režimu může být tato metoda docela vhodná!

Takže zpět k našemu hlavnímu materiálu! Pokud se pokusíte schematicky znázornit umístění všech hlavních prvků a konektorů na základní desce počítače, dostanete něco takového:

Zde je další (grafické) ztělesnění této myšlenky:

Řekněme si pár slov o systémové sběrnici desky – FSB (Front Side Bus). Jedná se o vysokorychlostní rozhraní mezi procesorem a severním můstkem čipové sady základní desky. Čím vyšší je jeho frekvence, tím vyšší je rychlost přenosu dat a rychlost celého systému jako celku. Frekvence FSB se měří v megahertzech.

Poznámka: jaká je frekvence, jaké hodnoty může nabývat a v čem se měří, jsme diskutovali v článku.

Pouze CPU je připojeno přímo k samotné systémové sběrnici, další zařízení jsou k ní připojena prostřednictvím specializovaných řadičů, které jsou integrovány do čipu northbridge.

Abychom byli spravedliví, je třeba poznamenat, že nyní je trendem vysoké integrace hlavních ovladačů a dokonce celých zařízení (grafického akcelerátoru) přímo do jádra centrálního procesoru.

Jedním z prvních, který byl z čipové sady přesunut, byl řadič RAM, který umožnil zkrátit časová zpoždění nevyhnutelná při přenosu dat a příkazů po systémové sběrnici. Například téměř všechny hlavní řadiče, které byly dříve umístěny na základní desce, byly převedeny na procesor založený na Intel LGA1156. V důsledku toho v něm FSB vlastně chybí!

Vývojáři AMD používají svou proprietární technologii k nahrazení systémové sběrnice. Říká se tomu „Hyper Transport“. Tento vývoj již prošel několika revizemi a úspěšně se používá nejen v osobních počítačích, ale také v tak výkonných zařízeních, jako jsou síťové routery Cisco.

Dalším „kandidátem“ na přenos přímo do jádra CPU se ukázalo být vestavěné video, které se dříve celkem pohodlně „cítilo“ v severním můstku čipsetu základní desky. A zdálo se, kam se to odtud mohlo dostat?! A uběhl nějaký čas a - prosím: video jádro na stejném čipu s procesorem. Fantastický! :)

Jak se to stalo možným? Především kvůli tomu, že výrobní proces všech hlavních prvků počítače neustále klesá. Například procesor rodiny Intel Core i7 je vyroben 22nanometrovou procesní technologií, která umožnila umístit na stejnou plochu čipu přibližně 1,4 miliardy tranzistorů!

Poznámka: 22 nanometrů odpovídá v tomto případě lineárnímu rozlišení litografického zařízení použitého k výrobě konečného zařízení. A „nanometr“ (nm nebo nm) je jedna miliardtina metru (milimikronů)!

Co to děláme? S ubývajícím technickým procesem se zmenšuje i velikost hlavních prvků (tranzistorů), které můžeme na čip umístit. V důsledku toho můžeme umístit více stejných tranzistorů do stejné oblasti! A v důsledku toho na jejich základě postavte grafické jádro zabudované do CPU nebo jakéhokoli jiného prvku. Vývojáři toho ve skutečnosti aktivně využívají a snaží se neustále snižovat výrobní proces.

Postupem času to vedlo k tomu, že všechna hlavní vysokorychlostní rozhraní a řadiče „migrovala“ pod kryt procesoru a mnoho základních desek moderních počítačů ztratilo nejen jižní můstek, ale někdy i severní můstek! Protože se všechny periferní ovladače přesunuly na severní můstek, jižní můstek jednoduše zmizel jako nepotřebný. V dnešní době se stále můžete setkat se základními deskami s klasickým uspořádáním systémových logických prvků (čipset), ale to se děje stále méně často.

Pokračujme tedy! Pro levnější základní desky je typická situace, kdy výrobci montují všechny její prvky na již zkrácenou (spodní nebo boční) desku DPS. Díky tomu jsou všechny prvky základní desky umístěny velmi blízko u sebe a na případné dodatečné konektory či výstupy (hlavní by se sem vešlo vše!) musíte zapomenout.

Pamatujte: dobrá základní deska by měla mít stejný poměr stran jako na fotografii (neměla by být malá čtvercová nebo podlouhlý obdélník) a mělo by na ní být hodně místa! Až do teď - to je můj IMHO i přes rok 2015 :) Osvědčenými výrobci základních desek pro stolní počítače jsou tyto společnosti: Msi, Asus, Gigabyte a Intel.

Například Gigabyte navíc „pokládá“ několik tenkých vrstev mědi mezi vrstvy desky s plošnými spoji. Tato proprietární technologie dokonce dostala svůj vlastní název: „Ultra Durable“ (foto na začátku článku). Měď funguje jako přídavný chladič, který odvádí teplo z nejžhavějších oblastí základní desky: procesor s jeho napájecími obvody a čipy čipové sady.

Také různí výrobci desek, aby zvýraznili své produkty, do něj přidávají nejrůznější vylepšení: jako je duální BIOS (aby se nepoužil v případě poruchy), senzor PSČ, tlačítka napájení a reset na samotná deska atd.

Zde je jeden příklad toho, jak jsou další vylepšení instalována na vysoce kvalitní základní desky.

Níže je zakroužkováno červeně, což jsme zmínili výše. Prostřednictvím digitálních kombinací na displeji nám může „povědět“ o problému v činnosti počítače. Jejich dekódování je obvykle připevněno k samotné základní desce ve formě malé knihy.

Ale jaké další základní desky existují? Na fotografii níže je formát mini ITX s procesorem Atom 550 s pasivním chlazením.

Na konci článku vám chci ukázat své pracoviště a jak se na něm testuje další základní deska:

Právě instaluji Windows. Tato možnost připojení eliminuje možnost připevnění desky ke skříni počítače a vizuální kontrola a celková kontrola procesu jsou mnohem pohodlnější.

Existují také serverové základní desky. Jak se serverová řešení liší od běžných (desktopových)? Především zvýšená spolehlivost! Koneckonců, servery musí fungovat 24/7 (jako supermarket) :) Servery jsou obvykle vybaveny drahým registrem parity control (ECC) a mohou také podporovat několik fyzických procesorů. Na fotografii níže vidíme desku, která pojme čtyři fyzické CPU.

Jedná se o produkty, které nemají nic společného se segmentem SOHO (Small Office/Home Office), ale seriózní firemní řešení. Samozřejmě jsou zde také produkty Lov-End (levné) a Hi-End (drahé), ale to je jiný příběh. Na serverech jsou také zpravidla instalovány řadiče hardwarového raid (RAID), vyrobené ve formě samostatné desky s plošnými spoji na stolních počítačích, podobnou funkčnost lze získat pouze pomocí softwaru.

Poznámka: RAID (Redundant Array of Independent Disks - redundantní pole nezávislých disků). Spolehlivá technologie ukládání dat založená na redundanci uložených informací. Když je několik zkombinováno do jednoho virtuálního logického prvku pro zajištění spolehlivosti a zlepšení výkonu.

Samostatně můžeme vyzdvihnout herní segment základních desek. Taková řešení zpravidla stojí řádově více a mají spoustu dalších možností: ve formě pokročilých možností přetaktování, pokročilé správy napájení a chlazení, různých senzorů indikátorů stavu, zesílené základny prvků atd. Jedním takovým příkladem je produkt od Asus (Asus Maximus 7):

Skvělá "hračka", že? Konečně myšlenka článku, vytvořená na základě osobní zkušenosti: dobrá (kvalitní) věc nemůže stát 30-50 dolarů. No, to je vše, co může být! :)

Vzdělávací video o tom, jak se montují základní desky v jedné z továren Gigabyte.

Každý uživatel počítače dříve nebo později slyší toto podivné jméno - základní deska, zkusme zjistit, co to je. Je to největší část uvnitř systémové jednotky. Má mnoho jmen, mezi nejčastější patří: základní deska, matka, matka, základní deska, MB. Jak je již z názvů zřejmé, jedná se o hlavní část, srdce systému, i když jej lze přirovnat spíše k lidskému nervovému systému. Všechny ostatní součásti počítače jsou na něm nainstalovány nebo připojeny k jeho konektorům. Základní deska zajišťuje interakci všech komponent jako jeden systém a řídí jejich společnou práci.

Ve skutečnosti existuje pevný disk s daty, ale zpracovává je procesor, a proto musí skončit v paměti RAM. Aby uživatel počítače viděl výsledky procesoru, musí je grafická karta zobrazit na monitoru a data z klávesnice a myši musí naopak vstoupit do procesoru. Nakonec je třeba výsledky práce uložit zpět na pevný disk počítače. Tuto práci koordinuje základní deska počítače. Takto vypadá tento diagram ve své nejjednodušší podobě.

Podívejme se blíže na to, co je základní deska počítače. Fyzicky je základní deska složitá deska s plošnými spoji s mnoha čipy. Vzhledem k tomu, že jsou k němu připojena všechna ostatní zařízení, je to limitující faktor při výběru dalších komponent, nebo pokud již nějaké systémové komponenty máte, budete pro ně muset vybrat základní desku. Vezměme si jednoduchý příklad, máte starý počítač, který chcete upgradovat. Nainstalujte například novou výkonnou grafickou kartu. Ukazuje se však, že základní deska používá zastaralou sběrnici AGP. Těžko budete hledat novou grafickou kartu s rozhraním AGP, bude dost slabá a bude stát víc než podobná se sběrnicí PCI-E. Někteří čtenáři mohou namítnout, že je jednodušší vyhodit takové staré věci a koupit si nový normální počítač, a možná budou mít pravdu. Pak se podívejme na jinou situaci. Máte počítač s procesorem Intel Core 2 Quad Q8400, který jste se rozhodli vyměnit za výkonnější Core i7. Ale to není problém, nelze jej nainstalovat na vaši základní desku, protože používá jinou patici procesoru. Také si budete muset koupit novou matku a zároveň nové paměti DDR3. Rychlý vývoj technologií tvrdě zasáhne při pokusu o modernizaci starého zařízení. To je třeba vzít v úvahu při výběru nových komponent, aby se snížily náklady na další modernizaci.

Jak zjistit, jaká základní deska je ve vašem počítači.

Existuje několik způsobů, jak určit model základní desky použité v počítači. Podívejte se do dokumentace ke svému počítači, najděte název modelu napsaný na samotné základní desce nebo použijte některý z programů, které zobrazují hardware použitý v systému. Doporučujeme věnovat pozornost programu CPU-Z. Spustíme jej a na záložce mainboard vidíme, která základní deska a čipset jsou v počítači použity.

Podívejme se na hlavní charakteristiky základní desky, které ovlivňují její spotřebitelské vlastnosti.

Na obrázku jsou vyznačeny následující prvky:

1 - piny pro připojení periferních zařízení

2 - slot pro instalaci centrálního procesoru

3 - radiátor severního můstku

4 - Slot PCI Express x16

5 - standardní PCI slot

6 - Baterie systému BIOS

7 — Konektory portu SATA

8 - radiátor jižního můstku

9 - slot pro připojení FDD

10 - slot pro IDE

11 - konektor pro připojení napájení k základní desce

12 - Sloty RAM

Čipová sada nebo systémová logická sada - implementuje výměnu dat mezi centrálním procesorem a RAM, stejně jako řadiči periferních zařízení. Nejčastěji se skládá ze dvou velkých funkčních bloků „severní most“ a „jižní most“. Všechny hlavní charakteristiky základní desky závisí na čipové sadě. Rychlost a stabilita interakce mezi komponentami systému, kolik a jaká zařízení k němu lze připojit a schopnost přetaktovat systém, v neposlední řadě, závisí na čipové sadě.

Aktivně topné součásti musí být chlazeny. Existují dvě možnosti: aktivní a pasivní chlazení. Aktivní je účinnější, protože používá se proud vzduchu z ventilátoru nebo vodního chlazení, ale je méně spolehlivý a hlučný. Pasivní je prostě radiátor, který přirozeně odvádí teplo. Nikdy se nerozbije, tichý, ale vhodný pouze pro díly s nízkou teplotou. Proč to všechno říkáme? Čipová sada vyžaduje chlazení a hlučnost a možnosti přetaktování systému budou záviset na tom, jak je to provedeno na základní desce. S hlukem je vše jasné, ale pasivní chlazení může poněkud omezit potenciál přetaktování.

Zásuvka nebo zásuvka centrální procesorové jednotky (CPU) se používá k instalaci procesoru na základní desku. Umožňuje snadnou instalaci a výměnu procesoru v případě potřeby. Má své vlastní podmíněné číslo, které určuje, která rodina centrálních procesorů do něj může být instalována. Například Socket B2 (LGA1356) je určen pro rodinu procesorů Intel Sandy Bridge a žádné další do něj nelze nainstalovat. To je třeba vzít v úvahu, pokud sestavujete počítač ze samostatných komponent a při upgradu systému, protože Každá další generace procesorů má vlastní patici, která není kompatibilní s předchozími.

Vyvstává otázka, jak zjistit, která zásuvka je na počítači. Způsobů je poměrně dost, uvedeme některé z nich. Podívejte se do dokumentace k vašemu počítači. Podívejte se na vytištěný model základní desky a podívejte se na dokumentaci na webu výrobce základní desky. Použijte některý z počítačových diagnostických programů, jako je bezplatný program CPU-Z. Prostě spustíme program a získáme spoustu užitečných informací o systému.

Počet slotů RAM, typ a množství paměti podporované základní deskou. V dnešní době jsou nejběžnější typy pamětí DDR2 a DDR3. Jaký typ paměti a její maximální množství je podporováno, najdete ve specifikacích základní desky. Nyní má průměrný počítač nainstalovanou paměť o velikosti 2–4 GB a 32bitové Windows uvidí pouze 3,2 GB (v závislosti na konkrétním hardwaru).

Sloty pro vysoce výkonnou sběrnici PCI Express (PCI-E) se používají k instalaci grafické karty. Konkrétní implementace slotu může mít různé šířky pásma, podrobnosti viz specifikace desky. Základní deska může mít více slotů pro instalaci grafických karet pro vytvoření vysoce výkonného počítačového grafického systému. Čím více slotů deska má a čím vyšší je jejich rychlost (více linek), tím flexibilnější možnosti poskytuje. Je podporována výměna karet za provozu.

Sloty pro nízkovýkonnou sběrnici PCI. Rozhraní výrazně ztratilo půdu pod nohama na sběrnici PCI-E, ale stále může být užitečné pro připojení starých periferních zařízení. Potřeba takových slotů je přísně individuální.

Konektory SATA slouží k připojení úložných zařízení (pevné disky a optické mechaniky). Rozhraní SATA je vývojem rozhraní IDE dříve používaného pro disky. Rychlost provozu závisí na revizi SATA, například specifikace Revision 3.0 poskytuje propustnost až 6 Gbit/s. Podporuje hot-swap hardware. Čím více konektorů na základní desce, tím více zařízení můžete připojit.

IDE je zastaralé rozhraní pro připojení disků. Poté, co se objevilo rozhraní SATA, bylo přejmenováno na PATA (Parallel ATA). Není kompatibilní se SATA. Do jedné smyčky lze připojit dvě zařízení. Jeden se nazývá pán, druhý otrok. Zařízení vyžadují konfiguraci pomocí propojek na krytu. Stále se vyskytuje na základních deskách, aby byla zajištěna zpětná kompatibilita. Existují adaptéry pro připojení zařízení IDE k portu SATA a naopak. Může být užitečné pro připojení starého zařízení k novému počítači nebo upgrade starého.

USB (Universal Serial Bus) konektor používaný pro rychlé připojení zařízení s nízkou a střední rychlostí. Je široce používán pro připojení tiskáren, skenerů, flash disků, čteček karet, fotoaparátů, telefonů a mnoha dalších periferních zařízení. Má několik revizí, které se liší výkonem rozhraní a jsou zpětně kompatibilní. Nejběžnější USB 2.0 je postupně nahrazováno USB 3.0. Čím více USB portů je na základní desce, tím lépe. Je žádoucí mít alespoň několik portů USB 3.0. Uvědomte si prosím, že existuje několik fyzických implementací konektorů. Při nákupu drátu pro připojení jakéhokoli zařízení si to musíte pamatovat.

Čip ROM (BIOS) obsahuje sadu mikroprogramů nezbytných pro prvotní inicializaci zařízení a následné nahrání operačního systému. Moderní implementace často umožňuje aktualizovat BIOS z externího média. Obvykle obsahuje mnoho nastavení pro konfiguraci zařízení, jeho zapnutí/vypnutí, nastavení pořadí načítání OS z média a provádění některých dalších funkcí. Schopnost přetaktovat systém je do značné míry určena nastavením, které k tomu poskytuje BIOS. Vzhledem k funkcím systému BIOS je jeho výkon pro systém kritický. Nesprávné nastavení nebo poškození způsobí, že systém nebude možné zavést, takže mnoho výrobců základních desek poskytuje nouzové ochranné systémy, jako je záložní čip BIOS. Pokud se počítač odmítne spustit kvůli nefunkčnosti systému BIOS, můžete na několik minut vyjmout baterii CR2032 nainstalovanou na základní desce počítače. Abyste se dostali do nabídky BIOS, musíte při kontrole funkčnosti systému ihned po zapnutí počítače stisknout konkrétní klávesu nebo kombinaci kláves. Nejběžnější možnosti jsou F2, F10, Del, Ecs. Přesný klíč najdete v dokumentaci k základní desce.

Posledním bodem, který jsme chtěli zvážit, je takzvaný tvarový faktor základní desky. Určuje celkové rozměry, umístění montážních otvorů, typ napájecího konektoru, umístění rozhraní a některé další věci. Mezi nejběžnější tvarové faktory dnes patří:

ATX (Advanced Technology eXtended) - pravděpodobně nejrozšířenější formát počítačových základních desek, má rozměry 30,5x24,4 cm.

MicroATX (mATX) je menší verze formátu ATX s rozměry 24,4x24,4 cm Má méně slotů pro periferie a obvykle jednodušší konstrukci základní desky.

Mini-ITX - má rozměry 17x17 cm, k dispozici jsou možnosti s pájeným procesorem a pasivním chlazením. Používá se pro systémy, které nevyžadují vysoký výkon, ale mají omezení velikosti a hluku.

Skříň systémové jednotky musí být navržena pro umístění desky tohoto tvaru. Do skříně ATX můžete instalovat další menší desky, ale do skříně MicroATX nemůžete nainstalovat základní desku ATX. Dále je nutné počítat s tím, že z důvodu hustého rozložení desek typu MicroATX, MiniATX, Mini-ITX, Nano-ITX a dalších zmenšených rozměrů nebude možné některé komponenty osadit, protože budou fyzicky postrádat prostor. Například výkonná velká grafická karta nebo velký chladič procesoru narazí na RAM nebo kondenzátory.

To je vše, co jsme vám chtěli říci o základní desce počítače. Toto je samozřejmě poněkud povrchní popis, ale pro začínajícího uživatele počítače zcela postačí, aby si představil, co je základní deska počítače.

Design a účel základní desky

Základní deska nebo systémová deska je vícevrstvá deska s plošnými spoji, která je základem počítače, určuje jeho architekturu, výkon a komunikuje mezi všemi prvky k němu připojenými a koordinuje jejich práci.

1. Úvod.

Základní deska je jedním z nejdůležitějších prvků počítače, určuje jeho vzhled a zajišťuje interakci všech zařízení připojených k základní desce.

Základní deska obsahuje všechny hlavní prvky počítače, jako jsou:

Systémová logická sada neboli čipová sada je hlavní součást základní desky, která určuje, jaký typ procesoru, typ paměti RAM, typ systémové sběrnice lze použít;

Slot pro instalaci procesoru. Určuje, jaký typ procesorů lze připojit k základní desce. Procesory mohou používat různá rozhraní systémové sběrnice (například FSB, DMI, QPI atd.), některé procesory mohou mít integrovaný grafický systém nebo řadič paměti, může se lišit počet „noh“ atd. Podle toho je pro každý typ procesoru nutné použít pro instalaci vlastní slot. Výrobci procesorů a základních desek toho často zneužívají, hledají další výhody a vytvářejí nové procesory, které nejsou kompatibilní se stávajícími typy slotů, i když se tomu dalo předejít. Výsledkem je, že při aktualizaci počítače musíte změnit nejen procesor, ale také základní desku se všemi z toho vyplývajícími důsledky.

- centrální procesor - hlavní zařízení počítače, které provádí matematické, logické operace a řídicí operace všech ostatních prvků počítače;

Řadič RAM (Random Access Memory). Dříve byl řadič RAM zabudován do čipové sady, ale nyní má většina procesorů vestavěný řadič RAM, což zvyšuje celkový výkon a odlehčuje čipovou sadu.

RAM je sada čipů pro dočasné ukládání dat. Moderní základní desky mají schopnost připojit několik čipů RAM současně, obvykle čtyři nebo více.

PROM (BIOS), obsahující software, který testuje hlavní součásti počítače a konfiguruje základní desku. A paměť CMOS ukládající nastavení BIOSu. Často je instalováno několik paměťových čipů CMOS pro rychlé obnovení funkčnosti počítače v případě nouze, například při neúspěšném pokusu o přetaktování;

Dobíjecí baterie nebo baterie, která napájí paměť CMOS;

Řadiče I/O kanálů: USB, COM, LPT, ATA, SATA, SCSI, FireWire, Ethernet atd. Které I/O kanály budou podporovány, závisí na typu použité základní desky. V případě potřeby lze nainstalovat další I/O řadiče ve formě rozšiřujících karet;

Křemenný oscilátor, který generuje signály, které synchronizují činnost všech prvků počítače;

Časovače;

Ovladač přerušení. Signály přerušení z různých zařízení nejdou přímo do procesoru, ale do řadiče přerušení, který nastaví signál přerušení s příslušnou prioritou do aktivního stavu;

Konektory pro instalaci rozšiřujících karet: grafické karty, zvukové karty atd.;

Regulátory napětí, které převádějí původní napětí na napětí požadované pro napájení komponent instalovaných na základní desce;

Monitorovací nástroje, které měří otáčky ventilátoru, teplotu hlavních prvků počítače, napájecí napětí atd.;

Zvuková karta. Téměř všechny základní desky obsahují vestavěné zvukové karty, které umožňují získat slušnou kvalitu zvuku. V případě potřeby můžete nainstalovat další samostatnou zvukovou kartu pro zajištění lepšího zvuku, ale ve většině případů to není nutné;

Vestavěný reproduktor. Používá se hlavně k diagnostice výkonu systému. Takže podle trvání a sekvence zvukových signálů při zapnutí počítače lze určit většinu poruch hardwaru;

Sběrnice jsou vodiče pro výměnu signálů mezi komponentami počítače.

2. Deska plošných spojů.

Základem základní desky je plošný spoj. Na desce s plošnými spoji jsou signální linky, často nazývané signálové stopy, které spojují všechny prvky základní desky. Pokud jsou signálové cesty příliš blízko u sebe, signály přenášené po nich se budou navzájem rušit. Čím delší je stopa a čím vyšší je její datová rychlost, tím více ruší sousední stopy a tím je vůči takovému rušení zranitelnější.

V důsledku toho může dojít k poruchám i u vysoce spolehlivých a drahých počítačových komponent. Hlavním úkolem při výrobě plošného spoje je proto umístit signálové stopy tak, aby se minimalizoval vliv rušení na přenášené signály. Za tímto účelem je deska s plošnými spoji vyrobena jako vícevrstvá, což výrazně zvyšuje užitečnou plochu desky s plošnými spoji a vzdálenost mezi stopami.

Moderní základní desky mají obvykle šest vrstev: tři signálové vrstvy, zemní vrstvu a dvě napájecí roviny.

Počet vrstev napájení a signálu se však může lišit v závislosti na vlastnostech základních desek.

Rozvržení a délka drah je nesmírně důležitá pro běžný provoz všech počítačových komponent, proto je třeba při výběru základní desky věnovat zvláštní pozornost kvalitě desky plošných spojů a rozvržení drah. To je důležité zejména v případě, že budete používat počítačové komponenty s nestandardním nastavením a provozními parametry. Například přetaktování procesoru nebo paměti.

Plošný spoj obsahuje všechny komponenty základní desky a konektory pro připojení rozšiřujících karet a periferních zařízení. Na obrázku níže je blokové schéma uspořádání součástek na desce plošných spojů.

Podívejme se blíže na všechny komponenty základní desky a začněme hlavní komponentou – čipsetem.

3. Čipová sada.

Čipová sada neboli systémová logická sada je hlavní sada čipů na základní desce, která zajišťuje společné fungování centrálního procesoru, RAM, grafické karty, periferních řadičů a dalších komponent připojených k základní desce. Je to on, kdo určuje hlavní parametry základní desky: typ podporovaného procesoru, objem, kanál a typ paměti RAM, frekvenci a typ systémové sběrnice a paměťové sběrnice, sady periferních řadičů atd.

Moderní systémové logické sady jsou zpravidla stavěny na základě dvou komponent, což jsou samostatné čipové sady vzájemně propojené vysokorychlostní sběrnicí.

V poslední době se však objevila tendence spojovat severní a jižní můstek do jedné komponenty, protože paměťový řadič je stále častěji zabudováván přímo do procesoru, čímž se odlehčuje severní můstek a rychlejší a rychlejší komunikační kanály s periferními zařízeními a rozšířením. karty se objevují. A rozvíjí se také technologie výroby integrovaných obvodů, které jsou menší, levnější a spotřebovávají méně energie.

Kombinace severního a jižního můstku do jedné čipové sady umožňuje zvýšit výkon systému snížením doby interakce s periferními zařízeními a interními komponenty dříve připojenými k jižnímu můstku, ale výrazně to komplikuje návrh čipové sady, ztěžuje upgrade a mírně zvyšuje náklady na základní desku.

Ale zatím se většina základních desek vyrábí na základě čipsetu rozděleného na dvě komponenty. Tyto komponenty se nazývají Severní a Jižní most.

Názvy Severní a Jižní jsou historické. Označují umístění součástí čipové sady vzhledem ke sběrnici PCI: Sever je vyšší a jih je nižší. Proč most? Tento název dostaly čipsety na základě funkcí, které plní: slouží k připojení různých sběrnic a rozhraní.

Důvody pro rozdělení čipsetu na dvě části jsou následující:

1. Rozdíly v rychlostních režimech.

Northbridge pracuje s nejrychlejšími a na šířku pásma nejnáročnějšími komponenty. Mezi tyto komponenty patří grafická karta a paměť. Dnes má však většina procesorů vestavěný paměťový řadič a mnohé z nich mají vestavěný grafický systém, který, i když je mnohem horší než samostatné grafické karty, se stále často používá v levných osobních počítačích, laptopech a netboocích. Každým rokem tedy klesá zatížení severního můstku, což snižuje nutnost rozdělovat čipset na dvě části.

2. Častější aktualizace standardů periferií než hlavních částí počítače.

Standardy pro komunikační sběrnice s pamětí, grafickými kartami a procesory se mění mnohem méně často než standardy pro komunikaci s rozšiřujícími kartami a periferními zařízeními. To umožňuje v případě změny komunikačního rozhraní s periferními zařízeními nebo vývoje nového komunikačního kanálu neměnit celý čipset, ale nahradit pouze jižní můstek. Severní most navíc pracuje s rychlejšími zařízeními a je složitější než jižní most, protože celkový výkon systému do značné míry závisí na jeho provozu. Jeho změna je proto nákladná a náročná práce. Ale i přes to existuje tendence spojit severní a jižní most do jednoho integrovaného obvodu.

3.1. Hlavní funkce Severního mostu.

North Bridge, jak jeho název napovídá, plní funkce řízení a řízení toku dat ze 4 sběrnic:

1. Komunikační sběrnice s procesorem nebo systémovou sběrnicí.
2. Paměťové sběrnice.
3. Komunikační sběrnice s grafickým adaptérem.
4. Komunikační autobusy s jižním mostem.

Severní most je navržen v souladu s vykonávanými funkcemi. Skládá se z rozhraní systémové sběrnice, rozhraní komunikační sběrnice s jižním můstkem, paměťového řadiče a rozhraní komunikační sběrnice s grafickou kartou.

V současné době má většina procesorů vestavěný paměťový řadič, takže funkci paměťového řadiče pro northbridge lze považovat za zastaralou. A vzhledem k tomu, že existuje mnoho typů RAM, zdůrazníme samostatný článek popisující paměť a technologii její interakce s procesorem.

V levných počítačích je někdy do severního můstku zabudován grafický systém. V současnosti je však běžnější praxí instalovat grafický systém přímo do procesoru, takže i tuto funkci northbridge budeme považovat za zastaralou.

Hlavním úkolem čipové sady je tedy kompetentně a rychle distribuovat všechny požadavky od procesoru, grafické karty a jižního můstku, nastavit priority a v případě potřeby vytvořit frontu. Navíc musí být tak vyvážená, aby se co nejvíce omezily prostoje, když se počítačové komponenty snaží získat přístup k určitým zdrojům.

Pojďme se blíže podívat na stávající komunikační rozhraní s procesorem, grafickým adaptérem a jižním můstkem.

3.1.1. Rozhraní pro komunikaci s procesorem.

V tuto chvíli existují tato rozhraní pro připojení procesoru k northbridge: FSB, DMI, HyperTransport, QPI.

FSB (Front Site Bus)- systémová sběrnice používaná ke komunikaci mezi centrálním procesorem a severním můstkem v 90. a 20. století. FSB byl vyvinut společností Intel a byl poprvé použit v počítačích založených na procesorech Pentium.

Pracovní frekvence sběrnice FSB je jedním z nejdůležitějších parametrů provozu počítače a do značné míry určuje výkon celého systému. Obvykle je několikanásobně nižší než pracovní frekvence procesoru.

Frekvence, na kterých pracuje centrální procesor a systémová sběrnice, mají společnou referenční frekvenci a jsou vypočteny ve zjednodušené podobě jako Vп = Vo*k, kde Vп je pracovní frekvence procesoru, Vo je referenční frekvence, k je násobitel. V moderních systémech se referenční frekvence obvykle rovná frekvenci sběrnice FSB.

Většina základních desek umožňuje ručně zvýšit frekvenci systémové sběrnice nebo násobič změnou nastavení v BIOSu. U starších základních desek se takové nastavení měnilo přesouváním propojek. Zvýšení frekvence systémové sběrnice nebo násobiče zvyšuje výkon počítače. U většiny moderních procesorů střední ceny je však násobič uzamčen a jediný způsob, jak zvýšit výkon počítačového systému, je zvýšit frekvenci systémové sběrnice.

Frekvence FSB se postupně zvyšovala z 50 MHz pro procesory třídy Intel Pentium a AMD K5 na začátku 90. let na 400 MHz pro procesory třídy Xeon a Core 2 na konci 21. století. Zároveň se zvýšila propustnost ze 400 Mbit/s na 12800 Mbit/s.

Sběrnice FSB byla do roku 2008 používána v procesorech Atom, Celeron, Pentium, Core 2 a Xeon. V současné době je tento autobus nahrazen systémovými autobusy DMI, QPI a Hyper Transport.

HyperTransport– univerzální vysokorychlostní sběrnice point-to-point s nízkou latencí, sloužící k propojení procesoru se severním můstkem. Sběrnice HyperTransport je obousměrná, to znamená, že pro výměnu v každém směru je přidělena vlastní komunikační linka. Navíc pracuje pomocí technologie DDR (Double Data Rate), která přenáší data jak při vzestupu, tak při poklesu hodinového pulsu.

Technologie byla vyvinuta konsorciem HyperTransport Technology vedeným AMD. Za zmínku stojí, že standard HyperTransport je otevřený, což umožňuje různým společnostem jej používat ve svých zařízeních.

První verze HyperTransport byla představena v roce 2001 a umožňovala výměnu rychlostí 800 MT/s (800 Mega transakcí za sekundu nebo 838860800 výměn za sekundu) s maximální propustností 12,8 GB/s. Ale již v roce 2004 vyšla nová modifikace sběrnice HyperTransport (v.2.0) poskytující 1,4 GTr/s s maximální propustností 22,4 GB/s, což bylo téměř 14x větší než možnosti sběrnice FSB.

18. srpna 2008 vyšla modifikace 3.1 pracující rychlostí 3,2 GTr/s, s propustností 51,6 GB/s. Toto je aktuálně nejrychlejší verze autobusu HyperTransport.

Technologie HyperTransport je velmi flexibilní a umožňuje měnit jak frekvenci sběrnice, tak její bitovou hloubku. To umožňuje jeho použití nejen pro propojení procesoru s northbridge a RAM, ale také v pomalých zařízeních. Zároveň možnost snížení kapacity bitů a frekvence vede k úspoře energie.

Minimální taktovací frekvence sběrnice je 200 MHz, přičemž data budou díky technologii DDR přenášena rychlostí 400 MTr/s a minimální bitová šířka je 2 bity. S minimálními parametry bude maximální propustnost 100 MB/s. Všechny následující podporované frekvence a bitové hloubky jsou násobky minimální taktovací frekvence a bitové hloubky až do rychlosti - 3,2 GTr/s a bitové hloubky - 32 bitů, pro revizi HyperTransport v 3.1.

DMI (Direct Media Interface)– sériová sběrnice point-to-point sloužící k propojení procesoru s čipovou sadou a k propojení jižního můstku čipové sady se severním můstkem. Vyvinutý společností Intel v roce 2004.

Ke komunikaci mezi procesorem a čipovou sadou se obvykle používají 4 kanály DMI, které poskytují maximální propustnost až 10 GB/s pro revizi DMI 1.0 a 20 GB/s pro revizi DMI 2.0 představenou v roce 2011. Levné mobilní systémy mohou používat sběrnici se dvěma kanály DMI, což snižuje propustnost na polovinu ve srovnání se 4kanálovou možností.

V procesorech, které využívají komunikaci s čipovou sadou přes sběrnici DMI, je spolu s paměťovým řadičem často zabudován řadič sběrnice PCI Express, který zajišťuje interakci s grafickou kartou. V tomto případě není potřeba severní můstek a čipová sada plní pouze funkce interakce s rozšiřujícími kartami a periferními zařízeními. S touto architekturou základní desky není pro interakci s procesorem vyžadován vysokorychlostní kanál a sběrnice DMI má více než dostatečnou šířku pásma.

QPI (QuickPath Interconnect)– sériová sběrnice typu point-to-point používaná pro komunikaci procesorů mezi sebou navzájem a s čipovou sadou. Společnost Intel představila v roce 2008 a používá se v procesorech HiEnd, jako jsou Xeon, Itanium a Core i7.

Sběrnice QPI je obousměrná, to znamená, že pro výměnu v každém směru existuje samostatný kanál, z nichž každý se skládá z 20 komunikačních linek. Proto je každý kanál 20bitový, z čehož užitečné zatížení tvoří pouze 16 bitů. Sběrnice QPI pracuje při rychlostech 4,8 a 6,4 Gtr/s, s maximální propustností 19,2 a 25,6 GB/s.

Stručně jsme si zopakovali hlavní rozhraní pro připojení procesoru k čipsetu. Dále se podíváme na rozhraní pro připojení North Bridge ke grafickému adaptéru.

3.1.2. Rozhraní pro komunikaci s grafickým adaptérem.

Nejprve se ke komunikaci s grafickým procesorem používala běžná sběrnice ICA, VLB a poté PCI, ale velmi rychle přestávala šířka pásma těchto sběrnic pro práci s grafikou stačit, zvláště po rozšíření trojrozměrné grafiky, která vyžadoval obrovský výkon pro výpočty a velkou šířku pásma sběrnice pro přenos textur a parametrů obrazu.

Běžné sběrnice byly nahrazeny specializovanou sběrnicí AGP, optimalizovanou pro práci s grafickým řadičem.

AGP (Accelerated Graphics Port)– specializovaná 32bitová sběrnice pro práci s grafickým adaptérem, vyvinutá v roce 1997 společností Intel.

Sběrnice AGP pracovala na taktovací frekvenci 66 MHz a podporovala dva provozní režimy: s pamětí DMA (Direct Memory Access) a pamětí DME (Direct in Memory Execute).

V režimu DMA byla za hlavní paměť považována paměť vestavěná do grafického adaptéru a v režimu DME to byla paměť grafické karty, která se spolu s hlavní pamětí nacházela v jediném adresovém prostoru. grafický adaptér mohl přistupovat jak k vestavěné paměti, tak k hlavní paměti počítače.

Přítomnost režimu DME umožnila snížit množství paměti zabudované do grafického adaptéru a tím snížit jeho náklady. Režim práce s pamětí DME se nazývá texturování AGP.

Velmi brzy však šířka pásma sběrnice AGP přestala stačit pro provoz v režimu DME a výrobci začali zvětšovat objem vestavěné paměti. Brzy přestalo pomáhat zvětšování vestavěné paměti a šířka pásma AGP sběrnice přestala stačit.

První verze sběrnice AGP, AGP 1x, pracovala na taktovací frekvenci 66 MHz a měla maximální rychlost přenosu dat 266 MB/s, což na plný provoz v režimu DME nestačilo a nepřekročilo rychlost jeho předchůdce, sběrnice PCI (PCI 2.1 - 266 MB/s). Proto byla téměř okamžitě sběrnice vylepšena a zaveden režim přenosu dat na hraně a poklesu hodinového pulsu, který při stejné taktovací frekvenci 66 MHz umožňoval získat propustnost 533 MB/s. Tento režim se nazýval AGP 2x.

První revize AGP 1.0 na trhu podporovala provozní režimy AGP 1x a AGP 2x.

V roce 1998 byla představena nová revize sběrnice - AGP 2.0, podporující provozní režim AGP 4x, ve kterém byly přeneseny 4 datové bloky za takt, ve výsledku dosáhla propustnost 1 GB/s.

Zároveň se nezměnil taktovací kmitočet referenční sběrnice a zůstal rovný 66 MHz, a aby bylo možné přenášet čtyři bloky dat v jednom taktu, byl zaveden přídavný signál, který běží synchronně s referenční taktovací frekvencí, ale s frekvencí 133 MHz. Data byla přenášena při vzestupu a poklesu hodinového pulsu přídavného signálu.

Současně bylo sníženo napájecí napětí z 3,3 V na 1,5 V, v důsledku čehož byly grafické karty vydané pouze pro revizi AGP 1.0 nekompatibilní s grafickými kartami AGP 2.0 a následnými revizemi sběrnice AGP.

V roce 2002 byla vydána revize 3.0 sběrnice AGP. Referenční frekvence sběrnice zůstala nezměněna, nicméně přídavný hodinový impuls, spouštěný synchronně s referenční frekvencí, byl již 266 MHz. Zároveň bylo přeneseno 8 bloků za 1 takt referenční frekvence a maximální rychlost byla 2,1 GB/s.

Ale navzdory všem vylepšením sběrnice AGP se grafické adaptéry vyvíjely rychleji a vyžadovaly výkonnější sběrnici. Sběrnice AGP byla tedy nahrazena sběrnicí PCI express.

PCI Express je point-to-point sériová obousměrná sběrnice vyvinutá v roce 2002 neziskovou skupinou PCI-SIG, která zahrnovala společnosti jako Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems a další.

Hlavním úkolem sběrnice PCI Express je nahradit grafickou sběrnici AGP a paralelní univerzální sběrnici PCI.

Revize sběrnice PCI express 1.0 pracuje na taktovací frekvenci 2,5 GHz, přičemž celková propustnost jednoho kanálu je 400 MB/s, jelikož na každých 8 bitů přenesených dat připadají 2 servisní bity a sběrnice je obousměrná, tzn. to znamená, že výměny v obou směrech probíhají současně. Sběrnice obvykle používá několik kanálů: 1, 2, 4, 8, 16 nebo 32, v závislosti na požadované šířce pásma. Sběrnice založené na PCI express jsou tedy v obecném případě sadou nezávislých kanálů sériového přenosu dat.

Při použití sběrnice PCI express se tedy pro komunikaci s grafickými kartami obvykle používá 16kanálová sběrnice a pro komunikaci s rozšiřujícími kartami se používá jednokanálová sběrnice.

Teoretická maximální celková propustnost 32kanálové sběrnice je 12,8 GB/s. Zároveň, na rozdíl od sběrnice PCI, která rozděluje šířku pásma mezi všechna připojená zařízení, je sběrnice PCI express postavena na principu „hvězdové“ topologie a každé připojené zařízení má výhradní vlastnictví celé šířky pásma sběrnice.

V revizi PCI express 2.0, představené 15. ledna 2007, byla šířka pásma sběrnice zvýšena 2krát. Pro jeden sběrnicový kanál byla celková propustnost 800 MB/s a pro 32kanálovou sběrnici – 25,6 GB/s.

V revizi PCI express 3.0, představené v listopadu 2010, se propustnost sběrnice zvýšila 2krát a maximální počet transakcí se zvýšil z 5 na 8 miliard a maximální propustnost se zvýšila 2krát díky změně princip kódování informací, ve kterém na každých 129 bitů dat připadají pouze 2 servisní bity, což je 13x méně než u revizí 1.0 a 2.0. Pro jeden sběrnicový kanál tak byla celková propustnost 1,6 GB/s a pro 32kanálovou sběrnici – 51,2 GB/s.

PCI express 3.0 však teprve vstupuje na trh a první základní desky podporující tuto sběrnici se začaly objevovat na konci roku 2011 a na rok 2012 je plánována sériová výroba zařízení podporujících sběrnici PCI express 3.0.

Stojí za zmínku, že v současné době je propustnost PCI express 2.0 dostačující pro normální fungování grafických adaptérů a přechod na PCI express 3.0 nezajistí výrazné zvýšení výkonu v kombinaci procesor-grafická karta. Ale jak se říká, počkejte a uvidíte.

V blízké budoucnosti se plánuje vydání revize PCI express 4.0, ve které bude rychlost navýšena o další 2x.

V poslední době se objevuje tendence integrovat rozhraní PCI express přímo do procesoru. Obvykle mají takové procesory také vestavěný paměťový řadič. Díky tomu není potřeba severní můstek a čipset je postaven na bázi jediného integrovaného obvodu, jehož hlavním úkolem je zajistit interakci s rozšiřujícími kartami a periferními zařízeními.

Tím končí přehled komunikačních rozhraní mezi severním můstkem a grafickým adaptérem a přechází se k revizi komunikačních rozhraní mezi severním můstkem a jižním můstkem.

3.1.3. Komunikační rozhraní s jižním můstkem.

Pro spojení severního můstku s jižním můstkem se poměrně dlouho používala sběrnice PCI.

PCI (Peripheral component interconnect) je sběrnice pro připojení rozšiřujících karet k základní desce vyvinutá v roce 1992 společností Intel. Dlouho se také používal ke spojení severního mostu s jižním mostem. Jak se však výkon rozšiřujících desek zvyšoval, jejich šířka pásma byla nedostatečná. Byl nahrazen výkonnějšími sběrnicemi zpočátku z úkolů propojení severního a jižního mostu a v posledních letech začaly pro komunikaci s rozšiřujícími kartami využívat rychlejší sběrnici - PCI express.

Hlavní technické vlastnosti sběrnice PCI jsou následující:

Audit	1.0	2.0	2.1	2.2	2.3
datum vydání	1992	1993	1995	1998	2002
Bitová hloubka	32	32	32/64	32/64	32/64
Frekvence	33 MHz	33 MHz	33/66 MHz	33/66 MHz	33/66 MHz
Šířka pásma	132 MB/s	132 MB/s	132/264/528 MB/s	132/264/528 MB/s	132/264/528 MB/s
Napětí signálu	5 V	5 V	5/3,3 V	5/3,3 V	5/3,3 V
Hot swap	Ne	Ne	Ne	Tady je	Tady je

Existují další revize sběrnic PCI např. pro použití v noteboocích a jiných přenosných zařízeních, případně přechodové možnosti mezi hlavními revizemi, ale jelikož je v tuto chvíli PCI rozhraní prakticky nahrazeno rychlejšími sběrnicemi, nebudu podrobně popisovat charakteristiky všech revizí.

Při použití sběrnice pro připojení severního a jižního můstku bude blokové schéma základní desky vypadat takto:

Jak je patrné z obrázku, severní a jižní můstek byly připojeny k PCI sběrnici spolu s rozšiřujícími kartami. Šířka pásma sběrnice byla rozdělena mezi všechna zařízení k ní připojená, a proto byla deklarovaná špičková propustnost snížena nejen o přenášené servisní informace, ale i o konkurenční zařízení připojená ke sběrnici. V důsledku toho časem sběrnici začala stačit šířka pásma a pro komunikaci mezi severním a jižním mostem se začaly používat sběrnice jako: hub link, DMI, HyperTransport a sběrnice PCI zůstala krátkou dobu jako propojení s rozšiřujícími kartami.

Hub link bus byla první, která nahradila PCI.

hublink autobus– 8bitová sběrnice point-to-point vyvinutá společností Intel. Sběrnice pracuje na frekvenci 66 MHz a přenáší 4 bajty za takt, což umožňuje maximální propustnost 266 MB/s.

Zavedení sběrnice hublink změnilo architekturu základní desky a odlehčilo sběrnici PCI. Sběrnice PCI se začala používat pouze pro komunikaci s periferními zařízeními a rozšiřujícími kartami a sběrnice hublink sloužila pouze pro komunikaci se severním můstkem.

Propustnost sběrnice hublinku byla srovnatelná s propustností sběrnice PCI, ale protože nemusela sdílet kanál s jinými zařízeními a sběrnice PCI byla vytížená, byla propustnost zcela dostatečná. Výpočetní technika však nestojí na místě a sběrnice hublink se v současné době prakticky nepoužívá kvůli nedostatečné rychlosti. Byl nahrazen pneumatikami jako DMI a HyperTransport.

Stručný popis sběrnice DMI a HyperTransportu byl uveden v sekci, nebudu se tedy opakovat.

Existovala i další rozhraní pro propojení severního můstku s jižním můstkem, ale většina z nich je již beznadějně zastaralá nebo málo používaná, takže se jim nebudeme věnovat. Tím končí přehled hlavních funkcí a provedení severního mostu a přechází se k jižnímu mostu.

3.2. Hlavní funkce Jižního mostu.

South Bridge je zodpovědný za organizaci interakce s pomalými počítačovými komponentami: rozšiřujícími kartami, periferními zařízeními, vstupními/výstupními zařízeními, komunikačními kanály mezi stroji a tak dále.

To znamená, že South Bridge přenáší data a požadavky ze zařízení k němu připojených do North Bridge, který je přenáší do procesoru nebo RAM a přijímá příkazy procesoru a data z RAM z North Bridge a přenáší je do zařízení připojených k to.

Jižní most obsahuje:

Řadič komunikační sběrnice se severním můstkem (PCI, hublink, DMI, HyperTransport atd.);

Řadič komunikační sběrnice s rozšiřujícími kartami (PCI, PCIe atd.);

Ovladač pro komunikační linky s periferními zařízeními a dalšími počítači (USB, FireWire, Ethernet atd.);

Řadič komunikační sběrnice pevného disku (ATA, SATA, SCSI atd.);

Řadič komunikační sběrnice s pomalými zařízeními (ISA, LPC, SPI sběrnice atd.).

Podívejme se blíže na komunikační rozhraní používaná jižním můstkem a v něm zabudované ovladače periferních zařízení.

Již jsme se podívali na komunikační rozhraní mezi severním a jižním mostem. Přejděme proto rovnou ke komunikačním rozhraním s rozšiřujícími kartami.

3.2.1. Komunikační rozhraní s rozšiřujícími kartami.

V současné době jsou hlavními rozhraními pro výměnu s rozšiřujícími kartami PCI a PCIexpress. PCI rozhraní je však aktivně nahrazováno a v nejbližších letech se stane prakticky historií a bude se používat pouze v některých specializovaných počítačích.

Popis a stručnou charakteristiku rozhraní PCI a PCIexpress jsem již uvedl v tomto článku, takže se nebudu opakovat. Přejděme rovnou k úvahám o komunikačních rozhraních s periferními zařízeními, vstupně-výstupními zařízeními a dalšími počítači.

3.2.2. Komunikační rozhraní s periferními zařízeními, vstupně-výstupními zařízeními a dalšími počítači.

Pro komunikaci s periferními zařízeními a dalšími počítači je k dispozici široká škála rozhraní, z nichž nejběžnější jsou zabudována na základní desce, ale můžete přidat libovolné z rozhraní i pomocí rozšiřujících karet připojených k základní desce přes sběrnici PCI nebo PCIexpress.

Uvedu stručný popis a charakteristiku nejpopulárnějších rozhraní.

USB (Universal Serial Bus)– univerzální kanál sériového přenosu dat pro připojení středně rychlých a nízkorychlostních periferních zařízení k počítači.

Sběrnice je striktně orientovaná a skládá se z kanálového řadiče a několika k němu připojených koncových zařízení. Řadiče kanálů USB jsou obvykle zabudovány do jižního můstku základní desky. Moderní základní desky mohou pojmout až 12 USB kanálových řadičů, každý se dvěma porty.

Není možné připojit dva kanálové řadiče nebo dvě koncová zařízení, takže nemůžete přímo propojit dva počítače nebo dvě periferní zařízení k sobě přes USB kanál.

Ke komunikaci mezi dvěma kanálovými ovladači však lze použít další zařízení. Například emulátor adaptéru Ethernet. Dva počítače se k němu připojují přes USB kanál a oba vidí koncové zařízení. Ethernetový adaptér přenáší data přijatá z jednoho počítače do druhého a emuluje síťový protokol Ethernet. Na každý připojený počítač je však nutné nainstalovat specifické ovladače emulátoru adaptéru Ethernet.

Rozhraní USB má zabudované napájecí vedení, což umožňuje používat zařízení bez vlastního zdroje napájení nebo současně dobíjet baterie koncových zařízení, jako jsou telefony, při výměně dat.

Pokud je však mezi řadičem kanálu a koncovým zařízením použit násobič (USB rozbočovač), pak musí mít dodatečné externí napájení, aby všechna zařízení k němu připojená poskytovala napájení vyžadované standardem rozhraní USB. Pokud používáte rozbočovač USB bez dalšího zdroje napájení, pak pokud připojíte několik zařízení bez vlastního zdroje napájení, s největší pravděpodobností nebudou fungovat.

USB podporuje připojení koncových zařízení za provozu. To je možné díky delšímu zemnicímu kolíku než signální kolíky. Proto se při připojení koncového zařízení nejprve sepnou zemnící kontakty a vyrovná se rozdíl potenciálů mezi počítačem a koncovým zařízením. Další spojování signálových vodičů tedy nemá za následek napěťový ráz.

V současné době existují tři hlavní revize rozhraní USB (1.0, 2.0 a 3.0). Navíc jsou kompatibilní zdola nahoru, to znamená, že zařízení určená pro revizi 1.0 budou fungovat s rozhraním revize 2.0, respektive zařízení určená pro USB 2.0 budou fungovat s USB 3.0, ale zařízení pro USB 3.0 s největší pravděpodobností nebudou fungovat s rozhraním USB 2.0.

Podívejme se na hlavní charakteristiky rozhraní v závislosti na revizi.

USB 1.0 je první verze rozhraní USB, která byla vydána v listopadu 1995. V roce 1998 byla revize dokončena, chyby a nedostatky byly odstraněny. Výsledná revize USB 1.1 byla první, která se rozšířila.

Technické charakteristiky revizí 1.0 a 1.1 jsou následující:

Rychlost přenosu dat – až 12 Mbit/s (režim Full-Speed) nebo 1,5 Mbit/s (režim Low-Speed);

Maximální délka kabelu je 5 metrů pro režim Low-Speed ​​a 3 metry pro režim Full-Speed;

USB 2.0 – revize vydaná v dubnu 2000. Hlavním rozdílem oproti předchozí verzi je zvýšení maximální rychlosti přenosu dat na 480 Mbit/s. V praxi nelze z důvodu velkých prodlev mezi požadavkem na přenos dat a zahájením přenosu dosáhnout rychlosti 480 Mbit/s.

Technické charakteristiky revize 2.0 jsou následující:

Rychlost přenosu dat – až 480 Mbit/s (Hi-speed), až 12 Mbit/s (Full-Speed ​​​​režim) nebo až 1,5 Mbit/s (Low-Speed ​​režim);

Synchronní přenos dat (na vyžádání);

Poloduplexní výměna (přenos je možný vždy pouze jedním směrem);

Maximální délka kabelu je 5 metrů;

Maximální počet připojených zařízení k jednomu ovladači (včetně násobičů) je 127;

K jednomu USB řadiči je možné připojit zařízení pracující v režimech s různou šířkou pásma;

Napájecí napětí pro periferní zařízení – 5 V;

Maximální proud – 500 mA;

Kabel se skládá ze čtyř komunikačních linek (dvě linky pro příjem a přenos dat a dvě linky pro napájení periferních zařízení) a zemnící opletení.

USB 3.0 – revize vydaná v listopadu 2008. V nové revizi byla rychlost zvýšena o řád, na 4800 Mbit/s, a síla proudu byla téměř zdvojnásobena, na 900 mA. Zároveň se velmi změnil vzhled konektorů a kabelů, ale kompatibilita směrem nahoru zůstává. Tito. Zařízení s rozhraním USB 2.0 se budou moci připojit ke konektoru 3.0 a budou fungovat.

Technické charakteristiky revize 3.0 jsou následující:

Rychlost přenosu dat – až 4800 Mbit/s (režim SuperSpeed), až 480 Mbit/s (režim Hi-speed), až 12 Mbit/s (režim Full-Speed) nebo až 1,5 Mbit/ s (režim nízké rychlosti));

Architektura dvou sběrnic (nízkorychlostní/plnorychlostní/vysokorychlostní sběrnice a samostatně SuperSpeed ​​sběrnice);

Asynchronní přenos dat;

Duplexní výměna v režimu SuperSpeed ​​​​(je možný současný přenos a příjem dat) a simplexní v jiných režimech.

Maximální délka kabelu je 3 metry;

Maximální počet připojených zařízení k jednomu ovladači (včetně násobičů) je 127;

Napájecí napětí pro periferní zařízení – 5 V;

Maximální proud – 900 mA;

Vylepšený systém řízení spotřeby pro úsporu energie, když jsou koncová zařízení nečinná;

Kabel se skládá z osmi komunikačních linek. Čtyři komunikační linky jsou stejné jako u USB 2.0. Další dvě komunikační linky - pro příjem dat a dvě - pro přenos v režimu SuperSpeed ​​​​a dvě zemnící opletení: jedna pro kabely pro přenos dat v režimu Low-Speed/Full-Speed/High-Speed ​​a jedna pro kabely používá se v režimu SuperSpeed.

IEEE 1394 (Institut elektrických a elektronických inženýrů)– standard pro vysokorychlostní sériovou sběrnici přijatý v roce 1995. Různé společnosti nazývají pneumatiky navržené podle této normy různě. Apple má FireWire, Sony má i.LINK, Yamaha má mLAN, Texas Instruments má Lynx, Creative má SB1394 a tak dále. To často vede ke zmatkům, ale navzdory různým názvům se jedná o stejnou pneumatiku fungující podle stejného standardu.

Tato sběrnice je navržena pro připojení vysokorychlostních periferních zařízení, jako jsou externí pevné disky, digitální videokamery, hudební syntezátory a tak dále.

Hlavní technické vlastnosti pneumatiky jsou následující:

Maximální rychlost přenosu dat se pohybuje od 400 Mbit/s pro revizi IEEE 1394 do 3,2 Gbit/s pro revizi IEEE 1394b;

Maximální délka komunikace mezi dvěma zařízeními se pohybuje od 4,5 metru u revize IEEE 1394 do 100 metrů u revize IEEE 1394b a starší;

Maximální počet zařízení připojených v sérii k jednomu řadiči je 64, včetně rozbočovačů IEEE. V tomto případě všechna připojená zařízení sdílejí šířku pásma sběrnice. Každý rozbočovač IEEE může připojit až 16 dalších zařízení. Místo připojení zařízení můžete připojit propojku sběrnice, přes kterou můžete připojit dalších 63 zařízení. Celkem můžete připojit až 1023 propojek sběrnic, což vám umožní organizovat síť 64 449 zařízení. Nemůžete připojit více zařízení, protože ve standardu IEEE 1394 má každé zařízení 16bitovou adresu;

Možnost připojení více počítačů do sítě;

Připojování a odpojování zařízení za provozu;

Možnost používat zařízení napájená ze sběrnice, která nemají vlastní zdroj energie. V tomto případě je maximální proud až 1,5 ampéru a napětí je od 8 do 40 voltů.

Ethernet je standard pro budování počítačových sítí založených na technologii paketového přenosu dat, vyvinutý v roce 1973 Robertem Metcloughem z Xerox PARC Corporation.

Norma definuje typy elektrických signálů a pravidla pro drátová připojení, popisuje formáty rámců a protokoly přenosu dat.

Existují desítky různých revizí standardu, ale nejběžnější je dnes skupina standardů: Fast Ethernet a Gigabit Ethernet.

Fast Ethernet poskytuje přenos dat rychlostí až 100 Mbit/s. A dosah přenosu dat v jednom segmentu sítě bez opakovačů je od 100 metrů (standardní skupina 100BASE-T, používající kroucenou dvojlinku pro přenos dat) do 10 kilometrů (standardní skupina 100BASE-FX, využívající jednovidové optické vlákno pro přenos dat) .

Gigabit Ethernet poskytuje rychlost přenosu dat až 1 Gbit/s. A dosah přenosu dat v jednom segmentu sítě bez opakovačů je od 100 metrů (standardní skupina 1000BASE-T, používající čtyři kroucené páry pro přenos dat) do 100 kilometrů (standardní skupina 1000BASE-LH, pro přenos dat používá jednovidové vlákno).

Pro přenos velkých objemů informací existuje deset, čtyřicet a sto gigabitových ethernetových standardů fungujících na bázi optických komunikačních linek. Ale více podrobností o těchto standardech a o technologii Ethernet obecně bude popsáno v samostatném článku věnovaném komunikaci mezi stroji.

WiFi– bezdrátová komunikační linka vytvořená v roce 1991 nizozemskou společností NCR Corporation/AT&T. WiFi je založeno na standardu IEEE 802.11. a používá se jak pro komunikaci s periferními zařízeními, tak pro organizaci lokálních sítí.

Wi-Fi umožňuje propojit dva počítače nebo počítač a periferní zařízení přímo pomocí technologie point-to-point nebo organizovat síť pomocí přístupového bodu, ke kterému se může připojit několik zařízení současně.

Maximální rychlost přenosu dat závisí na použité revizi standardu IEEE 802.11, v praxi však bude výrazně nižší než deklarované parametry, a to z důvodu režijních nákladů, přítomnosti překážek v cestě signálu, vzdálenosti mezi zdrojem signálu resp. přijímač a další faktory. V praxi bude průměrná propustnost v nejlepším případě 2-3krát menší než deklarovaná maximální propustnost.

V závislosti na revizi standardu je propustnost Wi-Fi následující:

Revize normy	Frekvence hodin	Uváděný maximální výkon	Průměrná rychlost přenosu dat v praxi	Komunikační dosah uvnitř/venku
802.11a	5 GHz	54 Mbit/s	18,4 Mbit/s	35/120 m
802.11b	2,4 GHz	11 Mbit/s	3,2 Mbit/s	38/140 m
802,11 g	2,4 GHz	54 Mbit/s	15,2 Mbit/s	38/140 m
802.11n	2,4 nebo 5 GHz	600 Mbit/s	59,2 Mbit/s	70/250 m

Existuje mnoho dalších rozhraní pro komunikaci s periferními zařízeními a organizování místních sítí. Zřídka se však zabudovávají do základní desky a obvykle se používají jako rozšiřující karty. Proto se budeme těmito rozhraními spolu s výše popsanými zabývat v článku věnovaném komunikaci mezi stroji a nyní přejdeme k popisu komunikačních rozhraní jižního můstku s pevnými disky.

3.2.3. Rozhraní komunikačních sběrnic jižního můstku s pevnými disky.

Zpočátku sloužilo pro komunikaci s pevnými disky rozhraní ATA, později bylo nahrazeno pohodlnějšími a modernějšími rozhraními SATA a SCSI. Zde je stručný přehled těchto rozhraní.

ATA (Advanced Technology Attachment) nebo PATA (paralelní ATA) je paralelní komunikační rozhraní vyvinuté v roce 1986 společností Western Digital. Tehdy se jmenoval IDE (Integrated Drive Electronics), později byl přejmenován na ATA a s příchodem rozhraní SATA v roce 2003 se PATA přejmenovala na PATA.

Použití rozhraní PATA znamená, že řadič pevného disku není umístěn na základní desce ani ve formě rozšiřující karty, ale je zabudován v samotném pevném disku. Na základní desce, konkrétně na jižním můstku, je pouze PATA kanálový řadič.

Pro připojení pevných disků s rozhraním PATA se obvykle používá 40žilový kabel. Se zavedením režimu PATA/66 se objevila jeho 80drátová verze. Maximální délka kabelu je 46 cm Na jeden kabel lze připojit dvě zařízení, přičemž jedno musí být master a druhé slave.

Existuje několik revizí rozhraní PATA, které se liší rychlostí přenosu dat, provozními režimy a dalšími funkcemi. Níže jsou uvedeny hlavní revize rozhraní PATA.

V praxi je propustnost sběrnice mnohem nižší než udávaná teoretická propustnost, a to z důvodu režie organizace výměnného protokolu a dalších zpoždění. Pokud jsou navíc ke sběrnici připojeny dva pevné disky, šířka pásma se mezi ně rozdělí.

V roce 2003 bylo rozhraní PATA nahrazeno rozhraním SATA.

SATA (Serial ATA)– sériové rozhraní pro komunikaci mezi jižním můstkem a pevnými disky vyvinuté v roce 2003.

Při použití rozhraní SATA je každý disk připojen vlastním kabelem. Kabel je navíc mnohem užší a pohodlnější než kabel používaný v rozhraní PATA a má maximální délku až 1 metr. Pevný disk napájí samostatný kabel.

A i když se celkový počet kabelů oproti rozhraní PATA zvyšuje, jelikož je každý disk propojen dvěma kabely, uvnitř systémové jednotky je podstatně více volného místa. To vede ke zlepšení účinnosti chladicího systému, zjednodušuje přístup k různým prvkům počítače a systémová jednotka vypadá zevnitř reprezentativněji.

V tuto chvíli existují tři hlavní revize rozhraní SATA. Níže uvedená tabulka ukazuje hlavní parametry revizí.

Rozhraní SCSI stojí mimo tato rozhraní.

SCSI (Small Computer System Interface)– univerzální sběrnice pro připojení vysokorychlostních zařízení, jako jsou pevné disky, jednotky DVD a Blue-Ray, skenery, tiskárny a podobně. Pneumatika má vysokou průchodnost, ale je složitá a drahá. Proto se používá hlavně v serverech a průmyslových výpočetních systémech.

První revize rozhraní byla představena v roce 1986. V tuto chvíli je cca 10 revizí pneumatiky. Níže uvedená tabulka ukazuje hlavní parametry nejoblíbenějších revizí.

Revize rozhraní	Bitová hloubka	Frekvence přenosu dat	Max. propustnost	Délka kabelu (m)	Max. počet zařízení	Vydáno
SCSI-1	8 bitů	5 MHz	40 Mbit/s	6	8	1986
SCSI-2	8 bitů	10 MHz	80 Mbit/s	3	8	1989
SCSI-3	8 bitů	20 MHz	160 Mbit/s	3	8	1992
Ultra-2 SCSI	8 bitů	40 MHz	320 Mbit/s	12	8	1997
Ultra-3 SCSI	16 bit	80 MHz	1,25 Gbit/s	12	16	1999
Ultra-320 SCSI	16 bit	160 MHz	2,5 Gbit/s	12	16	2001
Ultra-640 SCSI	16 bit	320 MHz	5 Gbit/s	12	16	2003

Zvyšování propustnosti paralelního rozhraní je spojeno s řadou obtíží a v prvé řadě je to ochrana před elektromagnetickým rušením. A každá komunikační linka je zdrojem elektromagnetického rušení. Čím více komunikačních linek je v paralelní sběrnici, tím více se budou navzájem rušit. Čím vyšší je přenosová frekvence, tím větší je elektromagnetické rušení a tím více ovlivňuje přenos dat.

Kromě tohoto problému existují i ​​​​méně významné, jako například:

• složitost a vysoké náklady na výrobu paralelní sběrnice;
• problémy při synchronním přenosu dat po všech sběrnicích;
• složitost zařízení a vysoká cena sběrnicových řadičů;
• složitost organizace plně duplexního zařízení;
• obtížnost poskytnout každému zařízení vlastní sběrnici atd.

V důsledku toho je jednodušší opustit paralelní rozhraní ve prospěch sériového s vyšší taktovací frekvencí. V případě potřeby lze použít několik sériových komunikačních linek umístěných dále od sebe a chráněných opleteným stíněním. To je to, co udělali, když přešli z paralelní sběrnice PCI na sériovou PCI Express, z PATA na SATA. Sběrnice SCSI sledovala stejnou vývojovou cestu. Takto se v roce 2004 objevilo rozhraní SAS.

SAS (Serial Attached SCSI)– sériová sběrnice typu point-to-point, která nahradila paralelní sběrnici SCSI. Pro komunikaci po sběrnici SAS se používá příkazový model SCSI, ale propustnost byla zvýšena na 6 Gbit/s (SAS revize 2, vydaná v roce 2010).

V roce 2012 se plánuje vydání revize SAS 3, s propustností 12 Gbit/s, ale zařízení podporující tuto revizi se začnou masově objevovat až v roce 2014.

Nezapomeňte také, že sběrnice SCSI byla společná a umožňovala připojit až 16 zařízení a všechna zařízení sdílela šířku pásma sběrnice. A sběrnice SAS používá topologii point-to-point. A proto je každé zařízení připojeno vlastní komunikační linkou a přijímá celou šířku pásma sběrnice.

Řadič SCSI a SAS je zřídka zabudován do základní desky, protože jsou poměrně drahé. Obvykle se připojují jako rozšiřující karty ke sběrnici PCI nebo PCI express.

3.2.4. Komunikační rozhraní s pomalými komponenty základní desky.

Pro komunikaci s pomalými komponentami základních desek, například s vlastními ROM nebo řadiči nízkorychlostního rozhraní, se používají specializované sběrnice, jako jsou ISA, MCA, LPS a další.

Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) je 16bitová sběrnice vyvinutá v roce 1981. ISA pracoval na taktu 8 MHz a měl propustnost až 8 MB/s. Pneumatika je již dávno zastaralá a v praxi se nepoužívá.

Alternativou ke sběrnici ISA byla sběrnice MCA (Micro Channel Architecture), vyvinutá v roce 1987 společností Intel. Tato sběrnice byla 32bitová s frekvencí přenosu dat 10 MHz a šířkou pásma až 40 Mbit/s. Podporovaná technologie Plug and Play. Uzavřená povaha autobusu a přísná licenční politika IBM ho však učinily nepopulárním. V současné době se autobus v praxi nepoužívá.

Skutečnou náhradou za ISA byla sběrnice LPC (Low Pin Count), vyvinutá společností Intel v roce 1998 a používaná dodnes. Sběrnice pracuje na taktovací frekvenci 33,3 MHz, což poskytuje propustnost 16,67 Mbit/s.

Šířka pásma sběrnice je poměrně malá, ale pro komunikaci s pomalými komponentami základní desky zcela postačuje. Pomocí této sběrnice je k jižnímu můstku připojen multifunkční ovladač (Super I/O), který obsahuje ovladače pro pomalá komunikační rozhraní a periferní zařízení:

• paralelní rozhraní;
• sériové rozhraní;
• infračervený port;
• rozhraní PS/2;
• disketovou mechaniku a další zařízení.

Sběrnice LPC poskytuje také přístup do BIOSu, o kterém si povíme v další části našeho článku.

4. BIOS (Basic Input-Output System).

BIOS (Basic Input-Output System) je program uložený do paměti pouze pro čtení (ROM). V našem případě je ROM zabudována do základní desky, ale její vlastní verze BIOSu je přítomna téměř ve všech prvcích počítače (grafická karta, síťová karta, diskové řadiče atd.) a vlastně téměř ve všech elektronických zařízeních (obě tiskárny a videokamery, modemu atd.).

BIOS základní desky je zodpovědný za kontrolu funkčnosti řadičů zabudovaných na základní desce a většiny zařízení k ní připojených (procesor, paměť, grafická karta, pevné disky atd.). Test proběhne, když je počítač zapnutý v programu Power-On Self Test (POST).

Dále BIOS inicializuje řadiče zabudované v základní desce a některá zařízení k nim připojená a nastaví jejich základní provozní parametry, například frekvenci systémové sběrnice, procesor, řadič RAM, provozní parametry pevných disků, řadiče zabudované v základní deska atd. d.

Pokud jsou testované řadiče a hardware funkční a nakonfigurovány, pak BIOS přenese řízení na operační systém.

Uživatelé mohou spravovat většinu nastavení systému BIOS a dokonce jej aktualizovat.

Aktualizace BIOSu je vyžadována velmi zřídka, pokud například vývojáři objevili a opravili zásadní chybu v inicializačním programu některého ze zařízení nebo pokud je vyžadována podpora nového zařízení (například nového modelu procesoru). Ve většině případů však vydání nového typu procesoru nebo paměti vyžaduje radikální „upgrade“ počítače. Řekněme za to „děkuji“ výrobcům elektroniky.

Pro konfiguraci parametrů systému BIOS je k dispozici speciální nabídka, do které lze vstoupit stisknutím kombinace kláves uvedené na obrazovce monitoru během testů POST. Pro vstup do nabídky nastavení systému BIOS je obvykle nutné stisknout klávesu DEL.

V této nabídce lze nastavit systémový čas, provozní parametry disketových mechanik a pevných disků, zvýšit (nebo snížit) taktovací frekvenci procesoru, paměti a systémové sběrnice, komunikační sběrnice a konfigurovat další provozní parametry počítače. Zde byste však měli být velmi opatrní, protože nesprávně nastavené parametry mohou vést k provozním chybám nebo dokonce poškodit počítač.

Všechna nastavení systému BIOS jsou uložena v energeticky nezávislé paměti CMOS, napájené baterií nebo akumulátorem nainstalovaným na základní desce. Pokud je baterie nebo akumulátor vybitý, počítač se nemusí zapnout nebo nemusí fungovat správně. Například systémový čas nebo provozní parametry některých zařízení budou nesprávně nastaveny.

5. Další prvky základní desky.

Kromě výše popsaných prvků obsahuje základní deska generátor hodin, skládající se z quartzového rezonátoru a generátoru hodin. Hodinový generátor se skládá ze dvou částí, protože quartzový rezonátor není schopen generovat impulsy na frekvenci požadované moderními procesory, pamětí a sběrnicemi, takže hodinová frekvence generovaná quartzovým rezonátorem se mění pomocí generátoru hodin, který násobí nebo dělí původní frekvence k získání požadované frekvence.

Hlavním úkolem generátoru hodin základní desky je generovat vysoce stabilní periodický signál pro synchronizaci provozu počítačových prvků.

Frekvence hodinových pulsů do značné míry určuje rychlost výpočtů. Protože jakákoli operace prováděná procesorem vyžaduje určitý počet hodinových cyklů, čím vyšší je hodinová frekvence, tím vyšší je výkon procesoru. Přirozeně to platí pouze pro procesory se stejnou mikroarchitekturou, protože procesory s různými mikroarchitekturami mohou vyžadovat různý počet hodinových cyklů pro provedení stejné sekvence instrukcí.

Generovanou taktovací frekvenci lze zvýšit, čímž se zvýší výkon počítače. Tento proces je však plný mnoha nebezpečí. Za prvé, když se frekvence hodin zvyšuje, stabilita počítačových komponent se snižuje, a proto je po jakémkoli „přetaktování“ počítače vyžadováno vážné testování, aby se zkontrolovala stabilita jeho provozu.

Také „přetaktování“ může vést k poškození počítačových komponent. Selhání prvků navíc s největší pravděpodobností nebude okamžité. Životnost prvků provozovaných v jiných než doporučených podmínkách se může jednoduše výrazně snížit.

Kromě generátoru hodin je na základní desce mnoho kondenzátorů, které zajišťují plynulý tok napětí. Faktem je, že spotřeba energie počítačových prvků připojených k základní desce se může dramaticky změnit, zvláště když je práce pozastavena a obnovena. Kondenzátory vyhlazují takové napěťové rázy, čímž zvyšují stabilitu a životnost všech prvků počítače.

Možná, to jsou všechny hlavní součásti moderních základních desek, a zde můžeme dokončit recenzi návrhu základní desky.

Hlavní obvodová deska počítače se nazývá základní deska. Nazývá se také základní deska nebo základní deska. Všechny hlavní součásti počítače jsou umístěny na základní desce, jedná se o sloty pro procesor, paměťové sloty a rozšiřující porty. Základní deska je přímo či nepřímo propojena s každou komponentou počítače.

V tomto článku se podíváme na hlavní komponenty základní desky PC, které se na jejím fungování nejvíce podílejí, a také na hlavní porty základní desky.

Centrální procesorová jednotka je také známá jako mikroprocesor, procesor nebo mozek počítače. Zodpovídá za zpracování dat, provádění uživatelských a programových příkazů a provádění logických a matematických výpočtů.

Čip procesoru je identifikován typem procesoru a výrobcem. Tyto informace jsou obvykle vyznačeny na samotném čipu. Například Intel 386, AMD 386, Cyrix 486, Pentium MMX, Intel Core 2Duo nebo iCore 7. Pokud procesor není připojen, můžete zvážit patici procesoru. Může to být verze 1 až 8. Určité procesory mohou pracovat pouze s určitým typem patice.

Paměť s náhodným přístupem (RAM)

Sloty RAM jsou nejzákladnější částí základní desky. RAM, Paměť s náhodným přístupem nebo RAM je paměťový čip, ve kterém jsou dočasně uložena určitá data. RAM je mnohem rychlejší než jiná úložná zařízení.

Jinými slovy, jedná se o pracovní prostor vašeho počítače, načítají se zde všechna data a aktivní programy a procesor je může kdykoli načíst, aniž by je bylo nutné načítat z pevného disku.

RAM je nestálá, což znamená, že po vypnutí napájení ztrácí svůj obsah. Liší se od nestálé paměti, jako jsou pevné disky a flash paměti, a nevyžaduje zdroj napájení.

Po správném vypnutí počítače se všechna data v paměti RAM uloží na pevný disk. Při příštím spuštění se obsah paměti obnoví.

Základní Input/Output System (BIOS)

BIOS znamená základní systém vstupů a výstupů. Jedná se o část energeticky nezávislé paměti pouze pro čtení, která obsahuje nízkoúrovňový software, který řídí veškerý hardware a funguje jako spojovací článek mezi ním a operačním systémem.

Všechny základní desky obsahují malý blok paměti, který se používá k inicializaci hardwaru při spouštění a k ovládání hardwaru za běhu operačního systému. BIOS obsahuje veškerý potřebný kód pro ovládání klávesnice, obrazovky, disků a datových portů. Všechny programy BIOS jsou uloženy v energeticky nezávislé paměti.

CMOS RAM

CMOS RAM nebo Bezplatná paměť s náhodným přístupem s polovodičovým oxidem kovů je malý blok volatilní paměti, který je napájen baterií. To je nutné, aby data obsažená v této paměti nebyla při restartu vymazána, ale zároveň mohla být resetována.

Paměť CMOS slouží k uložení základních nastavení systému BIOS, například: první spouštěcí zařízení, frekvence počítačových komponent, čas a datum, nastavení spotřeby energie. BIOS a CMOS jsou hlavní části základní desky, bez kterých nelze počítač spustit.

Vyrovnávací paměť

Mezipaměť je malý blok vysokorychlostní, nestálé paměti, která zrychluje váš počítač tím, že předem ukládá data z pomalejší paměti RAM. Data jsou pak v případě potřeby velmi rychle odeslána do procesoru.

Procesory mají obvykle vestavěný mezipaměťový čip nazývaný mezipaměť úrovně 1 nebo L1, ale může být také doplněn o mezipaměť úrovně 2, L2. V moderních procesorech jsou mezipaměti L1 a L2 zabudovány do procesoru a mezipaměť třetí úrovně je implementována jako externí mezipaměť.

Prodlužovací autobus

Rozšiřující sběrnice je komunikační cesta mezi procesorem a periferními zařízeními, která jsou připojena přes porty základní desky. Skládá se z řady slotů na základní desce. Na sběrnici jsou připojeny rozšiřující karty. Nejběžnější rozšiřující sběrnicí je PCI, používaná v osobních počítačích a dalších zařízeních. Sběrnice jsou schopny přenášet data, signály, adresy paměti a řídicí signály z jednoho zařízení do druhého.

Kromě PCI existují rozšiřující sběrnice jako ISA a EISA. Rozšiřující sběrnice jsou velmi důležité, protože umožňují uživatelům přidat chybějící funkce.

Čipové sady

Čipová sada je skupina malých čipů, které koordinují tok dat z klíčových počítačových komponent. Jedná se o procesor, RAM, sekundární mezipaměť. a všechna další zařízení umístěná v autobusech. Čipová sada také řídí přenos dat z pevného disku a dalších zařízení připojených k IDE.

Každý počítač má dvě čipové sady, to jsou velmi potřebné součásti základní desky počítače:

• Severní most- nazývaný také řadič paměti, je zodpovědný za řízení přenosu dat mezi procesorem a RAM. Fyzicky je uprostřed mezi nimi. Někdy se také můžete setkat s názvem GMCH (Graphic and Memory Controller Hub);
• Jižní most- známý také jako řadič rozšíření, spravuje komunikaci mezi pomalými pobočkami. Zpravidla je pomocí něj spojeno několik autobusů.

CPU časovač

Časovač procesoru synchronizuje činnost všech součástí počítače a poskytuje hlavní hodinový signál pro procesor. Časovač procesoru vdechuje život kusu křemene tím, že do něj neustále vysílá proud impulsů. Například frekvence procesoru 200 MHz znamená 200 milionů pulzů za sekundu z časovače. 2 GHz jsou již dvě miliardy pulzů. Podobně se pro jakékoli datové zařízení používá časovač pro synchronizaci impulsů mezi odesílatelem a přijímačem.

A časovač v reálném čase nebo systémový časovač sleduje denní dobu a zpřístupňuje tato data programům. Časovač sdílení času přepíná procesor z jednoho programu na druhý, což umožňuje operačnímu systému rozdělit svůj čas mezi programy.

Vypínače a propojky

Přepínače a propojky nejsou tak důležitými součástmi základní desky, ale mají také svou funkci. Pomocí nich můžete měnit různé parametry pro připojení komponent.

• Propojky- to jsou malé piny na základní desce. Používají se ke zkratování více kolíků pro implementaci specifické konfigurace, jako je vymazání CMOS, změna režimu napájení a další. Funkčnost každého jumperu je popsána v dokumentaci ke konkrétní základní desce.
• Přepínače- kovové můstky, které umožňují uzavřít elektrický obvod. Přepínač se obvykle skládá ze dvou kolíků a plastové zástrčky, umístěním přepínače můžete změnit konfiguraci desky.

závěry

V tomto článku jsme se podívali na hlavní součásti základní desky počítače. Všechny jsou nezbytné pro normální provoz vašeho stroje a pokud některá z nich selže, počítač nebude moci normálně fungovat. Doufám, že pro vás byly tyto informace užitečné.

Zveřejněno: 22.01.2017

Zdravím vás přátelé.

V tomto článku se blíže podíváme na základní desku a vše s ní spojené. Pojďme zjistit, co je socket, čipová sada, jaké vnitřní konektory existují na základní desce. Pojďme zjistit, k čemu slouží. Pojďme se naučit porozumět rozdílům mezi základními deskami a vybrat si ty správné pro váš počítač.

Základní desky a k čemu se používají.

Základní deska (angl. motherboard nebo mainboard) je základem počítače, ke kterému jsou připojeny všechny ostatní prvky PC. Jedná se o textlitovou vícevrstvou desku plošných spojů, na které jsou instalovány různé rádiové prvky a konektory. Slouží jako prostředník při interakci různých počítačových uzlů.

Navzdory skutečnosti, že celá konfigurace je sestavena na základní desce, stále není hlavním prvkem systému. Mělo by být vybráno na základě vlastností zbývajícího vybavení, které potřebujeme.

Základní desky se mohou od sebe lišit výrobcem, sadou doplňkových funkcí, rozdíly ve formátu, čipsetem, paticí, sadou vnějších a vnitřních konektorů.

Tvarový faktor.

Form factor základní desky je standard, který určuje rozměry desky, kde je připevněna ke skříni, umístění a počet konektorů a typ připojovaného zdroje. Tyto specifikace nejsou povinné, ale většina výrobců se je snaží dodržovat z důvodu kompatibility s jiným zařízením. V současné době se tyto standardy používají pouze v počítačích a nevztahují se na jiné počítačové vybavení, jako jsou notebooky nebo tablety.

Existuje velké množství typů tvarových faktorů, ale dnes je nebudeme všechny podrobně zvažovat. Zaměřme se pouze na 3 nejčastěji používané: ATX, Mini-ATX a Micro-ATX. Jejich hlavní rozdíl je ve velikosti a PCI konektorech.

Tvarový faktor je vybrán na základě potřeby konektorů pro připojená zařízení. Takže například pro kancelářský počítač bude stačit základní deska Mini-ATX. Bude kompaktnější a levnější než v plné velikosti. Základní deska plné velikosti ATX je zase preferovanou volbou při sestavování herního nebo grafického PC. Pojme větší počet konektorů, pomocí kterých můžete připojit další zařízení. Například další paměti RAM, více pevných disků, 2 grafické karty atd.

Nezapomeňte, že při výběru tvarového faktoru základní desky nezapomeňte na rozměry skříně. Při montáži bude krajně nepříjemné náhle zjistit, že karimatka. Deska se do pouzdra nevejde.

Patice procesoru je spojení mezi procesorem a základní deskou. Patice je jedním z hlavních parametrů při výběru základní desky. Mělo by to být stejné jako na procesoru.

Zásuvkové konektory se dělí na 2 typy, v závislosti na výrobci procesoru. U procesorů Intel má název písmena LGA a digitální označení (LGA1155 nebo LGA775). AMD se vyznačuje jedno- nebo dvoupísmenným označením s digitální předvolbou 1 nebo 2 číslic, případně se symbolem + (AM3+ nebo FM2).

Čipová sada je čip nebo skupina čipů, které koordinují činnost připojeného zařízení.

Čipová sada je velmi důležitým prvkem základní desky. Od toho se odvíjí maximální provozní rychlost a počet konektorů na desce. Nejčastěji je čipset pokryt chladičem. Dělí se i podle výrobce, nejrozšířenějšími čipsety Intel jsou v současnosti čipy řady 7 (Z77 a H77), čipsety AMD zastupuje řada 900 (990FX, 990X, 970).

Rozdíl v čipsetech poměrně výrazně ovlivňuje cenu základní desky. Čipsety s vyšším výkonem také spotřebují více energie a generují více tepla, jsou tedy náročnější na chlazení. Pro kancelářské počítače bude výkonnější čipset přítěží, ale pro herní stroje je nezbytný. Na levnějších čipsetech se připojené zařízení nebude moci plně odhalit a pracovat na maximální výkon.

Důležitou součástí základních desek je jejich řídicí systém. Toto je BIOS. V novějších deskách UEFI. UEFI je pokročilejší verze systému BIOS. Má informativnější grafické rozhraní a dokáže zobrazit nejen sady spouštěcích parametrů, ale také stav systému jako celku a jednotlivých prvků, jako je teplota, obsazené konektory nebo množství paměti RAM.

Vnitřní konektory.

Vnitřní konektory se používají k připojení zařízení, které zůstává uvnitř systémové jednotky. Například RAM nebo pevný disk. Podívejme se blíže na hlavní konektory základní desky:

sloty RAM.

RAM je instalována ve speciálně navržených slotech. Počet slotů se pohybuje od 1 do 32. Nejčastěji se najdou desky se dvěma nebo čtyřmi sloty pro RAM. Moderní paměťové karty se dodávají ve dvou typech: DDR3 a DDR4. Ten má nižší spotřebu energie a vyšší rychlost přenosu dat (frekvenci). Pokud jsou 4 nebo více slotů, pak sloty fungují v párech. Na základní desce jsou také označeny ve dvojicích. Páry jsou označeny různými barvami. Chcete-li zvýšit výkon, měli byste si zakoupit spárované paměťové karty a připojit je po párech ke konektorům.

PCI konektory.

Tyto konektory se nacházejí ve 3 hlavních formách: PCI, PCI-Express x1 a PCI-Express x16. Počet těchto slotů se může lišit v závislosti na typu základní desky a výrobci.

Sloty PCI-Express x16 jsou určeny pro zařízení s vysokou rychlostí přenosu dat. Nejčastěji se používá pro připojení různých grafických karet.

Konektory PCI-Express x1 se používají pro připojení nízkorychlostního zařízení, jako jsou další USB řadiče nebo TV tunery.

Konektor PCI je zastaralejší než předchozí, ale stále se používá v moderních počítačích. Má nižší rychlosti, ale stále se aktivně používá pro různá periferní zařízení, jako jsou síťové nebo zvukové karty.

SATA konektory.

Tento typ sběrnice se nejčastěji používá pro připojení pevných disků a optických mechanik (CD, DVD, Bluray mechaniky). Tyto konektory se dodávají ve 3 hlavních revizích: SATA1, SATA2 a SATA3. Každá další generace je dvakrát rychlejší než ta předchozí. Jsou zpětně kompatibilní a umožňují bezproblémové vzájemné propojení, rychlost se ale v tomto případě spočítá podle toho nejpomalejšího. Nejčastěji základní desky kombinují přítomnost těchto konektorů a oddělují jejich typy v různých barvách.

Jedná se o zastaralé konektory, které se dříve používaly pro připojení pevných disků, CD-DVD mechanik a disketových mechanik. V současné době jsou zcela zastaralé a byly nahrazeny konektory SATA.

Napájecí konektory.

Usměrněné napětí je na základní desku přiváděno přes napájecí konektory. Různé počítačové komponenty vyžadují k provozu různá napětí, a proto je v tomto konektoru tolik kolíků. Nejběžnější jsou 24pinové konektory. Často jsou také přídavné 4 nebo 6pinové napájecí konektory procesoru.

Konektory chladiče.

Pro připojení chladicích systémů se používají malé 2 nebo 4 pinové napájecí konektory. 4pinové konektory mají snímače rychlosti a jsou řízeny pomocí PWM (Pulse Width Modulation). Nejčastěji může být na základní desce 1 až 4 konektory. Hlavní chladič slouží k připojení chlazení procesoru, jeho napájecí konektor je označen cpu_fun.

Další vnitřní konektory.

V závislosti na typu a třídě základní desky může mít také další konektory. Hlavní skupina těchto konektorů se nachází ve spodní části základní desky. Jsou zde konektory pro připojení tlačítek pouzdra pro zapnutí/vypnutí a restart PC, výstupy pro přední audio konektory a přídavné USB + monitorovací systémy (zatížení procesoru, interakce s pevným diskem). Popis zapojení těchto konektorů je vytištěn na základní desce vedle nebo je blíže popsán v návodu k základní desce.