Тема №4.
 Центральные(внутренние) устройства  ПК.

Вернемся к рассмотрению устройства системного блока компьютера как основного блока компьютера.

• Материнская плата

• Микропроцессор

• Память

• Накопители на дисках

• Контроллеры

• Блок питания

• Корпус

• Порты

• Кабели

Материнская плата

Системная (материнская) плата является основой системного блока и определяет всю архитектуру ПК. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:

1. микропроцессор или несколько процессоров
2. память: постоянная (ROM), оперативная (ОЗУ, DRAM), кэш-память (SRAM)
3. шины расширения
4. кварцевый генератор тактовой частоты
5. источник питания (литиевая батарейка) для поддержания работоспособности внутренних часов
6. разъемы для подключения питания от блока питания ПК
7. разъем клавиатуры
8. разъем для кнопок управления
9. разъем для светодиодов на лицевой панели корпуса
10. разъем системного динамика
11. регулятор напряжения питания
12. разъемы для подключения гибких и жестких дисков
13. адаптеры последовательных сом-портов и lpt-портов
14. SCSI-контроллеры, SVGA-адаптеры, в случае интегрированных плат

Характеристиками системной платы являются:

• размер платы(Форм фактор)
• тип поддерживаемых процессоров и соответствующий тип разъема под процессор
• Chipset - набор сверхбольших микросхем, на которых реализована вся архитектура платы
• Тип и число слотов шины расширения (3xISA, 4xPCI, AGP).
• Тип и объем поддерживаемой динамической памяти и наличие соответствующих разъемов под модули памяти
• Объем и тип кэш-памяти.

Рассмотрим основные из этих характеристик подробнее:

Размер платы(Форм Фактор). Материнская плата должна иметь тот же форм фактор, что и блок питания в корпусе, в который она будет установлена. Форм факторы бывают следующих типов:
1. AT. Устаревший формат. Использовался в основном в первых поколениях персональных компьютеров. Компьютеры IBM PC AT имеют форм фактор AT, который был уменьшен в размерах и стал называться Baby AT. Размеры обычных плат с форм фактором Baby AT примерно 21,5 сантиметров в ширину и 25 - 27,5 сантиметров в длину. Платы с форм факторами 2/3 и 3/4 Baby AT того же размера, что и обычные платы Baby AT, но на 2,5 - 5 сантиметров короче. Сейчас используется лочень редко.
2. ATX. Форм фактор ATX был представлен и разработан корпорацией Intel, чтобы устранить проблему, связанную с помехами, влияющими на кабели, которые вызваны большими дополнительными картами и оборудованием для охлаждения процессора.

AT Extension (расширение AT) - на сегодняшний день стандарт корпуса и системной платы для настольных компьютеров. Плата (стандартный размер - 305 x 244) располагается в нем длинной стороной вдоль задней стенки. Блок питания имеет приточную систему вентиляции, процессор устанавливается в непосредственной близости от него для минимизации длины питающих цепей и охлаждения от встроенного вентилятора(для мощных процессоров все же требуется собственный вентилятор). Некоторые блоки имеют автоматическую регулировку скорости вращения вентилятора в зависимости от температуры.

Блок питания ATX, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, обеспечивает также напряжение 3.3В и имеет возможность включения и отключения основного питания по сигналу с платы, которая имеет для этого программный интерфейс. Имеется также отдельная линия слаботочного питания 5 В, напряжение на которой поддерживается постоянно и используется в цепях управления основным питанием для отслеживания внешних сигналов запуска по сети, модему и т.п.

Для соединения блока питания с платой используется единый 20-контактный разъем. В стандарте ATX оговорен также необязательный разъем, через который с блока питания на плату подается информация о частоте вращения вентилятора, а с платы в блок питания - сигнал управления вентилятором и контрольный уровень напряжения 3.3 В для более точной его стабилизации.

Наружные интерфейсные разъемы располагаются в области верхнего правого угла платы и могут устанавливаться друг над другом. Для разъемов расширения отведена левая половина платы(до семи разъемов); за счет вынесения процессора на правую сторону ограничения на длину устанавливаемых плат отсутствуют. Разъемы для модулей памяти расположены посередине, а интерфейсные разъемы дисков- в правом нижнем углу, в непосредственной близости от самих дисков.

Выпускаются также стандартные платы формата AT, имеющие разъем для блока питания ATX и поддерживающие управление сетевым питанием.

Корпуса ATX как правило дороже, чем корпуса AT, и, как показывает опыт охлаждение не на много эффективней, чем корпусов AT со стандартным вентилятором.

Существует разновидность этого двух стандарта, такая как Micro ATX, но корпус для этого варианта используется тот же самый. Основное отличие между Micro ATX и ATX, кроме отличия в размерах, в максимально допустимом количестве слотов для памяти и для дополнительных карт. Многие интегрированные МП используют форм фактор Micro ATX из-за маленькой PCB и несколькими слотами для дополнительных карт, что позволяет существенно сократить расходы. Платы Micro ATX на 10 сантиметров короче ATX.

Типы разъемов процессоров.

Socket для Pentium IV

Разъем процессора – это разъем на системной плате, куда вставляется процессор. Разъемы различаются по внешнему виду и числу контактов.

Существуют два типа разъемов:

• Сокетный (socket - гнездо). Представляет собой разъем, в который вставляются иголки – контакты ЦП, расположенные на нем снизу по периметру.
• Слотовый (slot - щель, желоб). Представляет собой длинный ряд контактов в пластмассовой рамке. Микропроцессор для такого разъема расположен на специальной плате с рядом контактов на одной стороне. Эта плата вставляется вертикально.

На сегодняшний день распространены следующие варианты процессорных разъемов для ПК:

• Socket 7 – сокетный разъем – самый старый из рассматриваемых. Имеет 321 контакт. Используется для процессоров Intel Pentium MMX и AMD K5 и K6 (все вариации), Cyrix 6x86 и др.
• Slot 1 – слотовый разъем. Используется для процессоров Pentium II/III. В Slot 1 вставляется процессорная плата. Имеет 242 контакта.
• Socket 370 - сокетный разъем с 370 контактами. Функционально эквивалентен Slot 1. Используется для процессора Celeron.
• Slot A - слотовый разъем для AMD Athlon.
• Socket A - сокетный разъем для AMD Duron и модернизированного Athlon.

Chipset.

Чипсет VIA KT333

ChipSet - это одна или несколько микросхем. Они содержат в себе контроллеры прерываний прямого доступа к памяти, устройства управления памятью и шиной были собраны на отдельных микросхемах. Обычно в одну из микросхем набора входят также часы реального времени с CMOS-памятью и иногда - клавиатурный контроллер, однако эти блоки могут присутствовать и в виде отдельных чипов. В последних разработках в состав микросхем наборов для интегрированных плат стали включаться и контроллеры внешних устройств.

Внешне микросхемы Chipset'а выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен. Название набора обычно происходит от маркировки основной микросхемы - OPTi495SLC, SiS471, UMC491, i82C437VX и т.п. При этом используется только код микросхемы внутри серии: например, полное наименование SiS471 - SiS85C471. Последние разработки используют и собственые имена; в ряде случаев это - фирменное название (Neptun, Mercury, Triton, Viper), либо собственная маркировка чипов третьих фирм (ExpertChip, PC Chips).

Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживамых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных с интегрированными контроллерами портов, дисков, видео и т.п.

Сейчас довольно большой выбор чипсетов различных фирм на компьютерном рынке. На протяжении нескольких лет, Intel владела примерно 90% рынка производителей чипсетов, но эта ситуация изменилась. Конкурирующие фирмы VIA, ALi и SiS активно выпускают чипсеты под Socket 7, Slot 1, Socket 370, Slot A и Socket A.

Шины.

Шина (Bus) – общая линия доступа к нескольким устройствам для обмена данными с любым из подключенных к ним устройств. Шина является одним из способов подключения периферийных устройств (внутренних), карты которых в вставляются в слоты шины.
В компьютере может быть несколько шин. Например, одна шина может использоваться для обмена с низкоскоростными устройствами (клавиатурой, мышью, дисководами для дискет, модемом, звуковой картой и т.д.), а другая — с высокоскоростными (жесткими дисками, видеоконтроллером и т.д.).

Виды шин, которые используются в современных материнских платах:

• ISA(Industry Standard Architecture - архитектура промышленного стандарта) - основная шина на компьютерах типа PC AT (другое название - AT-Bus). Разрядность - 16/24 (16 Мб), тактовая частота - 8 МГц, предельная пропускная способность - 5.55 Мб/с. Конструктив - 62-контактный разъем XT-Bus с прилегающим к нему 36-контактным разъемом расширения. 8, 16 -разрядная шина. Постепенно устаревающая шина(1-2 слота используются в современных материнских платах).

  
  Шина ISA

• PCI(Peripheral Component Interconnect - соединение внешних компонент) - разрядность - 32 (расширенный вариант - 64), тактовая частота - до 33 МГц (PCI 2.1 - до 66 МГц), пропускная способность - до 132 Мб/с, поддержка автоконфигурации. Относится к классу так называемых mezzanine-шин, то есть шин-“пристроек”, поскольку между локальной шиной процессора и самой PCI находится специальная микросхема согласующего “моста” (bridge). Предусматривает напряжение питания для контроллеров как 5, так и 3,3 В, а также обеспечивает режим их автоконфигурации (plug and play).

  
  Шина PCI

• AGP(Accelerated Graphic Port -ускоренный графический порт) - интерфейс для подключения видеоадаптера к отдельной магистрали AGP, имеющей выход непосредственно на системную память. В системной памяти размещаются преимущественно параметры трехмерных объектов (текстуры, альфа-канал, z-буфер), требующие быстрого доступа со стороны как процессора, так и видеоадаптера. Интерфейс выполнен в виде отдельного разъема, в который устанавливается AGP-видеоадаптер. Разработан на базе PCI фирмой Intel. Пропускная способность шины - 500 МВ/сек.
• AMR(Audio/Modem Riser Card) - единый интерфейс для работы с аналоговым звуковым сигналом, изобретенный Intel. Он может быть встроен в чипсет, либо выполнен в виде отдельного контроллера, в котором располагаются AC'97(звуковой кодек) или MC'97(модемный кодек) или оба вместе.
• USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная магистраль) - новый интерфейс для подключения различных внешних устройств. Предусматривает подключение до 127 внешних устройств к одному USB-каналу (по принципу общей шины), реализации обычно имеют по два канала на контроллер. Обмен по интерфейсу - пакетный, скорость обмена - 12 Мбит/с.
• IEEE 1394 или Firewire - это последовательная высокоскоростная шина, предназначенная для обмена цифровой информацией между компьютером и другими электронными устройствами. Благодаря невысокой цене и большой скорости передачи данных эта шина становится новым стандартом шины ввода-вывода для персонального компьютера. Ее изменяемая архитектура и одноранговая топология делают Fireware идеальным вариантом для подключения жестких дисков и устройств обработки аудио- и видеоинформации. Эта шина также идеально подходит для работы мультимедийных приложений в реальном времени. Стандарт поддерживает пропускную способность шины на уровнях 100, 200 и 400 Мбит/с. В зависимости от возможностей подключенных устройств одна пара устройств может обмениваться сигналами на скорости 100 Мбит/с, в то время как другая на той же шине - на скорости 400 Мбит/с. Такие высокие показатели пропускной способности последовательной шины практически исключают необходимость использования параллельных шин, основной задачей которых станет передача потоков данных, например несжатых видеосигналов, внутри компьютера.

Современные устройства, такие как USB, Firewire, AMR, AGP очень часто называют интерфейсами подключения различных устройств. В это более общее понятие также входит и шина расширения

Последние несколько лет одной из наиболее "горячих" тем была тема интеграции МП - нужно ли встраивать видео, звук, и другие возможности в МП. Большинство опытных пользователей решительно выступают против интеграции МП, так это ограничивает возможности их выборе и считают, что интеграция должна осуществляться на МП, которые поставляются на "массовый рынок". С другой стороны, производители находят интеграцию МП довольно привлекательной, так как это позволяет им представлять пользователю более функциональный продукт и в то же время снизить цену на товар в связи с уменьшением нескольких расширительных гнезд и меньших PCB.
Несмотря ни на что, главная задача производителей - предоставить пользователю как можно больше возможностей и функциональности вместе со своим товаром. В конце концов, мы, скорее всего, станем свидетелем того, что будут изобретены специальные гнезда, куда будут вставляться графические чипы и тем самым видео возможности того или иного продукта будут улучшены, примерно то же самое мы проделываем сегодня с процессором. Графическая память будет встроена в графический чип, в МП или будет находиться и там и там. Так же будут включены модемы, звуковые и LAN контроллеры. Это позволит производителям устранить ISA слот, а так же большинство PCI слотов. USB и IEEE1394 приборы потихоньку заменят сравнительно медленные серийные, параллельные, IDE и SCSI приборы, которые сейчас наиболее распространены - что собственно сейчас мы и можем наблюдать.

---