Motherboard (Mainboard) - Материнська (системна плата)– головний елемент комп'ютерної системи, від її якості та швидкодії залежить швидкодія всієї системи. Це самостійний елемент, який управляє внутрішніми зв'язками та взаємодіє із зовнішніми пристроями. Це велика колекція роз'ємів, призначених для встановлення тих чи інших комплектуючих.
Материнська плата (mother board)- Основна плата персонального комп'ютера, що представляє собою лист склотекстоліту, покритий мідною фольгою. Шляхом травлення фольги отримують тонкі мідні провідники, що з'єднують електронні компоненти.
На малюнку представлена структура типової материнської плати.
Основні компоненти, встановлені на материнській (системній) платі:
1. Центральний процесор -встановлений у спец. роз'єм і охолоджується радіатором та вентилятором.
2. Набір системної логіки (англ. chipset)- Набір мікросхем, що забезпечують підключення ЦПУ до ОЗУ та контролерів периферійних пристроїв. Як правило, сучасні набори системної логіки будуються на базі двох НВІС: «північного» та південного мостів». Саме набір системної логіки визначає всі ключові особливості системної плати і те, які пристрої можуть підключатися до неї.
3. Оперативна пам'ять(також оперативний пристрій, ОЗУ)
4. Завантажувальне ПЗУ- Зберігає ПЗ, яке виконується відразу після включення харчування. Мікросхеми пам'яті, що перепрограмується, в якій зберігаються програми BIOS, програми тестування ПК, завантаження ОС, драйвери пристроїв, початкові установки.
5. Роз'ємидля підключення додаткових пристроїв (слоти) PCI/ISA/AGP/PCI-E, роз'єми для підключення накопичувача на ГМД та ЖД.
Усі компоненти мат.пл. пов'язані між собою системою провідників (ліній), якими відбувається обміну інформацією. Ці лінії називають інформаційною шиною(Bus).
Взаємодія між компонентами та пристроями ПК, підключеними до різних шин, здійснюється за допомогою мостів, реалізованих на одній із мікросхем Chipset. (наприклад з'єднання шини ISA та PCI реалізовано в мікросхемі 82371АВ).
Розміри плати стандартизовані, їх треба узгоджувати з розміром та типом корпусу ПК. При її установці слід виключити контакт з дном та бічними металевими панелями корпусу, щоб уникнути короткого замикання.
Північний та Південний міст
Для узгодження тактової частоти і розрядності пристроїв на системній платі встановлюються спеціальні мікросхеми (їх набір називається чіпсетом), що включають контролер оперативної пам'яті і відеопам'яті (так званий північний міст) та контролер периферійних пристроїв ( південний міст)
Характеристики материнської плати
Покоління процесорапід який призначена материнська плата Встановлювати процесор одного покоління на материнську плату іншого не можна. (Pentium, PII, PIII, PIV, Athlon). Від того, який максимально потужний процесор використовує ваша материнська плата, залежить в принципі, скільки часу вона у Вас прослужить.
Діапазон підтримуваних процесором тактових частоту межах одного покоління. Зазвичай що дорожче плата, то більше вписувалося діапазон процесорних частот вона підтримує. Якщо плата підтримує частоти 1700-1800 МГч, процесор з частотою 2,1 ГГц не вставити.
Частота системної шинибезпосередньо пов'язана з частотою та швидкістю роботи процесора. ЦП практично множить робочу частоту мат.пл. у 2-3 рази. На виборі поєднання одного з коефіцієнтів із частотою системної шини заснований спосіб розгону процесора. Розганяти процесор слід обережно, бо, внаслідок перегріву, він може згоріти. Intel іноді ставить спеціальні протирозгінні блокування.
Базовий набір мікросхем (chipset).Від моделі чіпсету залежать основні характеристики мат.пл.: підтримувані процесори та ОП, тип системної шини, порти зовнішніх та внутрішніх пристроїв. На тих самих чіпсетах будуються різними фірмами мат. плати. Існує кілька базових чіпсетів. Intel, VIA, Nvideo, Ali, Sis
Приклади INTEL 845D 845E 845G 845РЕ 850E
Фірма виробник ABIT, ACORP, ASUSTEK, GIGABITE, INTEL, ELITEGROUP
Форм-фактор– спосіб розташування основних мікросхем та слотів Baby AT, AT, ATX та ATX-2.1, WTX
ATX (AT extension) розроблений фірмою INTEL в 1995 р. - поява його обумовлено наявністю в ПК великої кількості різних внутрішніх пристроїв, великою інтеграцією мікросхем на мат.пл., що підвищило вимоги до охолодження елементів. Необхідний був більш зручний доступ до внутрішніх пристроїв. Відмінності AT та ATХ корпусів:
a) блоки живлення: конструкція, розмір, роз'єм для подачі живлення на плату, потужність (300,330,350,400 VA). Розширене керування живленням, у сплячому режимі ел.споживання = 0.
б) наявність інтегрованих на плату зовнішніх портів, зменшує кількість кабелів усередині системного блоку (корпусу), полегшується доступ до компонентів системного блоку. Порти розташовуються компактно в ряд на задній стінці системного блоку.
в) слоти розширення дозволяють встановлювати повнорозмірні карти розширення.
г) роз'єми дисководів розташовані поруч із їхніми передбачуваними посадочними місцями, що дозволяє використовувати коротші кабелі.
АТХ-2.1 – удосконалений ATX Платформа для Р4. Удосконалення торкнулися блоку живлення із двома додатковими виходами до ядра процесора. Додатково другий для посилення ліній живлення. Тяжкий радіатор ЦП прикріплений до плати гвинтами, тому тиск на плату не виявляється.
Базовий набір слотів та роз'ємів. Кількість роз'ємів та їх тип. (Тип і кількість ВП, AGP, PCI, ISA)
Наявність вбудованих пристроїв. На материнській платі є чіпи відео, звуковий, мережевий карт.
Мат.плати з інтегрованими звуком, відео, мережею адаптерами (інтегровані)
Здавалося б це трохи дешевше, ніж купівля окремих компонентів, але така інтеграція має свої недоліки:
1) Звук та відео вбудовані плати мають зазвичай дуже скромні можливості
2) Навіть якщо в даний момент вам і достатньо даних можливостей, то через півроку ситуація може докорінно змінитися. мат. карта морально старіє набагато повільніше, ніж, скажімо, відеокарта.
3) Комбіновані карти на практиці поводяться зазвичай набагато примхливіше, ніж карти з окремими пристроями. Можливі зависання під час роботи програм та при тестуванні обладнання. Варто подумати, перш ніж наважитися на купівлю комбінованої плати.
Види роз'ємів материнської плати
Роз'єм для встановлення процесора.Для різних видів процесорів він свій. Назву основні використовувані.
Intel Pentium - Socket- для PIII-IV - Socket 370, P4 Socket 423 \ Socket 478 - квадратна форма з численними гніздами по периметру квадрата - сокет. Для сучасних процесорів (Intel Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серії 3000, Core 2 Quad - Socket T ( LGA775). Для PII – Slot1.
Для процесорів фірми AMD K7 – Slot A, Socket 462 – вузький щілинний роз'єм – слот (Athlon, Athlon XP, Sempron, Duron). Socket AM2 і АМ3 - підтримка пам'яті DDR2 та DDR3 відповідно.
PCI– роз'єм зазвичай найкоротший на платі, білий, розділений перемичкою на 2 частини. У нього може бути встановлена відеокарта, звукова карта, мережева плата, внутрішній модем, спеціальні карти сканерів та ін. (Типу PCI). Висока продуктивність, автоматичне налаштування контролерів, що підключаються, мала навантаження на процесор і незалежність від типу ЦП. Наприклад, процесор може працювати з пам'яттю, в той час по шині PCI передаються дані. Основним принципом шини PCI є застосування про мостів (Bridges), які здійснюють зв'язок шини з іншими компонентами системи. Інший особливістю є реалізація так званих принципів Bus Master Bus Slave. Карта PCI Bus Master може зчитувати дані з ОП, і записувати їх туди без звернення до процесора, а Bus Slave лише зчитувати дані. У шині PCI використовується спосіб передачі даних, названий способом рукостискання (handshake), полягає в тому, що в системі визначаються 2 пристрої: передавальний (Iniciator) і приймальний (Target). Коли передавальний пристрій готовий до передачі, він виставляє дані на лінії даних і супроводжує їх відповідним сигналом (Iniciator Ready), при цьому приймальний пристрій записує дані у свої регістри і подає сигнал Target Ready, підтверджуючи запис даних і готовність до прийому наступних. Установка всіх сигналів виконується строго відповідно до тактових імпульсів шини.
ISA– (Industry Standart Architecture) 16-розрядна архітектура. EISA - 32-розрядна архітектура (розширений ISA). Повільніший інтерфейс, ніж попередній PCI. Слоти довжині в 1,5 рази та чорного кольору. До них зазвичай підключається безліч додаткових карток. Зазвичай їх 2-4 шт. У сучасних ПК (Р4 К7 цих повільних роз'ємів немає).
AGP(Advanced\Accelerated Graphic Port) - прискорений графічний порт. Pro (професійна серія). Це окреме з'єднання, що знаходиться між ЦП і графічним контролером, що дає можливість процесору швидше посилати команди на ІС графіки, а графічному контролеру - обмінюватися даними з основною пам'яттю зі значно більшою швидкістю. Дозволяє підключити один пристрій, доповнюючи шину PCI. Завдяки цьому стає доцільним зберігати 3-вимірні текстурні карти в основній пам'яті, а не передбачати додаткову пам'ять у складі графічної підсистеми. Фактично AGP є удосконалений варіант PCI, здатний забезпечувати вищі швидкості передачі. AGP забезпечує внутрішній прямий шлях між графічним адаптером (SVGA) та основною пам'яттю ПК. Призначений для завдань із графікою: 3D-ігри, виведення сцен із віртуальною реальністю, складна обробка відеозображень (слайдів, фотографій).
Слоти для встановлення ВП
Вони є замки-заскочки. Використовуються слоти 3-х видів пам'яті типу Dimm - DDR, DDRII, DDRIII). Кількість слотів може бути 2-4.
Контролери портів – рознімання на задній стінці ПК
а) паралельні порти (LPT1, LPT2)
- 25 гнізд (дірочок частіше блакитного або рожевого кольору) - для підключення принтерів та сканерів
б) послідовні порти (Com1 Com2)
9 або 25 штирьків. Для підключення миші зовнішнього модему. Паралельні порти виконують операції вв/вив з більшою швидкістю, ніж послідовні за рахунок використання більшої кількості проводів у кабелі. Деякі пристрої (модеми) можуть підключатися і до паралельних і до послідовних портів.
в) PS2
- Невеликий круглий роз'єм для миші та клавіатури. Зелений – миша, бузковий – клавіатура.
г) порт USB
(Universal Serial Bus) USB2 – універсальна послідовна шина. Дозволяє підключати до ПК безліч зовнішніх пристроїв, з'єднаних у ланцюжок. (перше до ПК, друге до першого...). Для підключення принтерів, сканерів, фотоапаратів та ін. Представляє собою 2 пари скручених проводів для передачі даних кожному напрямку (диференціальне включення) і лінію живлення. Один порт може адресувати 63 пристрої (USB2-100). Таким чином, до комп'ютера може бути підключено тільки один периферійний пристрій, а всі інші (клавіатура, миша, модем) з'єднуються з концентратором, який вбудований в монітор, клавіатуру або інший USB-пристрій. USB може підключатися до топології зірка або загальна шина. Передача даних здійснюється як у синхронному, так і в асинхронному режимі. Швидкість передачі 12-15 Мбіт/сек. USB має можливість з'єднання з цифровою телефонною лінією без додаткових плат. Конфігурування пристроїв до USB здійснюється автоматично.
д) ігровий порт
(15 гнізд) підключається джойстик. Є не у всіх ПК.
е) RAID-контролер.
RAID-архітектура передбачає, що будь-яка інформація зберігається принаймні на двох окремих жорстких дисках, якщо один з них виходить з ладу, то користувачі як і раніше має доступ до файлів, що зберігаються на сервері, так що відмови дисків не призводять до простоїв. Архітектура RAID забезпечує як цілісність даних, а й розшарування дискової пам'яті. Дані записуються на кілька накопичувачів методом чергування, так що в операції зчитування та запису одночасно беруть участь кілька дисків. У результаті підвищується продуктивність, бо дискова підсистема перестає бути фактором, що обмежує швидкість.
Одним з найважливішим елементом в комп'ютері є материнська плата, інакше вона ще називається системною платою.
До материнської плати підключаються всі внутрішні компоненти, як процесор, оперативна пам'ять, плати розширення, контролери, так і периферійні пристрої, наприклад, SSD-накопичувачі, DVD-дисководи, зовнішні накопичувачі інформації, адаптери, модеми.
Щоб поєднати всі ці компоненти разом, існують спеціальні гнізда, які офіційно називаються слотами, сокетами та конекторами.
ПРИСТРІЙ МАТЕРИНСЬКОЇ ПЛАТИ КОМП'ЮТЕРА
1. Сокет процесора- Роз'єм процесора, найбільший на материнській платі, знайти його не складно. Якщо все ж таки є труднощі, то його розташування вказується у схемі до керівництва для материнської плати.
Слот відрізняється залежно від виду процесора, котрим він призначений, тому встановити у гніздо можна лише сумісну модель. Інакше штирі, якими процесор вставляється в слот, можуть погнутися, у гіршому випадку – зламатися. Процесори різних торгових марок відрізняються стандартом гнізда, але навіть в одного виробника процесори різних випусків можуть відрізнятися форматом сокета.
2. Слоти оперативної пам'яті- Основне сховище тимчасових даних. Є витягнутими отворами із замками по краях, до речі, несиметричної форми. Це зроблено спеціально для того, щоб користувач встановив планку пам'яті без помилок.
Слоти на материнській платі комп'ютера розраховані на конкретний вид пам'яті, який саме можна дізнатися в посібнику до системної плати. Планки оперативної пам'яті відрізняються обсягом та типом. Сьогодні найпопулярніший стандарт DDR3 SDRAM.
3. Слот для відеокарти та інших плат розширення.Сучасні слоти стандарту PCI Express поділяються на такі види:
а) високошвидкісні – для відеокарт,
б) стандартні – всім інших плат розширення.
Відрізнити роз'єм для швидкісних відеокарт можна за спеціальною міткою PCI-E x16. Буває, що він виділений будь-яким кольором. Сучасний слот PCI-Express x 16 став свого роду універсальним через те, що є двонаправленою шиною з пропуском 8 Гб/с, а в односпрямованому режимі відповідно 4 Гб/с.
4. Конектори для підключення жорсткого диска та приводу. DVD/BlueRay-дисководи, а також жорсткі диски SSD і HDD підключаються, як правило, за допомогою роз'єму SATA. Цей формат дозволяє робити так зване «гаряче підключення», що означає можливість під'єднання/від'єднання при включеному живленні. За промовчанням цей параметр не увімкнено, самостійно його активувати можна в налаштуваннях BIOS.
5. Рознімання для живлення материнської плати.Подача харчування на системну плату та процесор здійснюється за різними проводками. Висновки блоку живлення мають різнокольорові дроти з різним номіналом напруги (+12В, -12В, +5В, "Земля" та інші). Щоб не переплутати куди якусь напругу подавати, вони об'єднані в штекери різної форми.
Слот живлення материнської плати буває різних форматів (залежно від форм-фактора системного болка: АТХ або miniATX) і може мати 20 або 24 контакти. Плата форм-фактора ATX більше за розміром, відповідно вимагає більшого харчування, тобто. їй необхідний буде конектор 24-піновий.
Цю особливість необхідно враховувати при виборі та купівлі блоку живлення. Роз'єм для живлення процесора ви не переплутайте з іншим, він більше не підійде нікуди. У нього така форма, що підключити його неправильно, у вас просто не вийде.
6. Внутрішні USB-контакти.Якщо ви на системній платі побачите 9-штирьовий роз'єм, то швидше за все це роз'єм для підключення зовнішніх USB-портів, розташованих на лицьовій стороні системного блоку. Можна їх і підключати, т.к. завжди є вбудовані порти USB, розташовані на задній стороні плати, на панелі роз'ємів.
7. Підключення кнопок.Коли користувач перезавантажує ПК або вимикає його, він натискає відповідні кнопки управління, які підключені до материнської плати за допомогою ламких подвійних контактів. Щоб уникнути поломки, важливо не переплутати полярність і звертати увагу на написи (опис є у посібнику до системної плати).
СТАНДАРТНІ ЗОВНІШНІ РОЗ'ЄМИ
На задній стороні плати встановлюються порти, доступ до яких здійснюється з задньої стінки системного блоку. Як правило, це наступний набір портів:
USB-порти (мінімум 2 шт.),
LAN (порт мережної карти),
SATA (підключення додаткового вінчестера),
роз'єми для аудіо виходів та аудіо входів;
PS/2 (для мишки та клавіатури);
HDMI (підключення монітора).
ЧИПСЕТ АБО МОСТИ МАТЕРИНСЬКОЇ ПЛАТИ
Чіпсет є мікросхемою або набором мікросхем, які узгоджують роботу процесора, оперативної пам'яті, жорсткого диска, відео адаптера та інших компонентів, підключених до материнської плати. Раніше до складу чіпсету входили північний міст та південний міст. Але сьогодні через високий рівень інтеграції ці дві мікросхеми об'єднані в одну.
Північний міст– це посередник між процесором, пам'яттю та відеокартою, основною функцією якого є організація обміну даними між цими високопродуктивними пристроями. Продуктивність комп'ютера загалом перебуває у безпосередньої залежність від злагодженості роботи цих компонентів разом.
Північний міст отримав свою назву за те, що знаходився найближче до процесора (вгорі). І донедавна був перешкодою нарощування зростання продуктивності ПК, т.к. мав високу затримку передачі між центральним процесором та іншими компонентами північного моста.
Саме через високе навантаження північний міст часто перегрівався і був причиною зависання комп'ютера.
Продуктивність процесорів та відео карт сильно зросла, що вимагало від проектувальників системних плат креативних рішень. Саме тому було ухвалено рішення інтегрувати північний міст у процесор.
Південний місткоординує роботу BIOS та слотів USB, SATA, вінчестера, клавіатури, миші. Він є чіп зі своїм набором мікросхем. Свою назву одержала, т.к. знаходиться "нижче" центрального процесора.
Вимога до продуктивності Південного мосту значно нижча, т.к. до нього підключаються периферійні низькошвидкісні пристрої. Однак через передачу більшого обсягу даних даний чіп часто перегрівається (до речі, не має зовнішнього охолоджуючого пристрою) і може вийти з ладу.
ПЕРИФЕРІЯ
1.Аудіо звук та відео.На задній стінці процесора розташовується роз'єм для підключення колонок або навушників. Тепер не треба купувати дискретну карту – сучасна вбудована аудіо карта має максимальний набір налаштувань, що дозволяє користувачеві якісно відтворити звук.
Відеокарти також перейшли до інтеграції. Сьогодні відеоприскорювачі інтегруються безпосередньо в системну плату або центральний процесор, що дозволяє зменшити розмір кінцевого пристрою і знизити його енергоспоживання.
2.Мережевий слот.Окрему мережеву картку сьогодні вже ніхто не купує. Майже всіх сучасних материнських платах інтегровані гігабітні порти. Останнім часом почали з'являтися плати із двома мережними портами. Їх можна поєднати, підвищивши тим самим швидкість обміну даними.
Почали частіше зустрічатися варіанти вбудованого бездротового WI-FI контролера.
3.RAID.Все частіше з'являються плати із вбудованими RAID-контролерами.
ШИНИ ДАНИХ І З РІЗНОВИДНОСТІ
Обмін даними у материнській платі здійснюється з допомогою про шин. Залежно від кількості доріжок та властивостей самої шини вони мають різну продуктивність. Поділяються вони за такими параметрами:
частота,
розрядність,
швидкість передачі даних.
За призначенням можна виділити такі шини:
1. процесорна(як правило, найпродуктивніша, забезпечує обмін даними ЦП з пам'яттю та чіпсетом);
2. шина пам'яті(зараз у ній немає необхідності, тому що раніше з'єднувала північний міст та оперативну пам'ять, зараз обмін відбувається по процесорній шині);
3. графічна(шина відповідає за обмін даними з відео картою, від її типу залежать графічні адаптери, що підтримуються). Сьогодні останнім стандартом є PCI Express 3.0: характеризується високою швидкістю (1 Гб/с на одну лінію) і низькими затримками при передачі даних.
Комп'ютер має багато складових. Однією з найважливіших деталей, без яких неможливо уявити його роботу, є материнська плата. Схема даного пристрою дуже складна, а воно саме включає кілька складових частин. Що до нього входить?
Що таке материнська плата
Так називають пристрій, який є основою побудови обчислювальної системи у техніці. Монтується материнська плата всередині корпусу разом зі своєю системою охолодження та блоком живлення. Для класифікації використовують різні стандарти, що визначають розмір даного пристрою, місце його кріплення, розміщення портів вводу/виводу, шин та роз'ємів (для процесора та оперативної пам'яті). Схема материнської плати в рамках статті описуватиметься поступово. І почнемо ми із самої основи.
Друкована плата
На ній розміщуються сигнальні лінії, які з'єднують усі елементи між собою. Якщо їх розмістити надто близько, то створюватимуться перешкоди для сигналів. Чим більша довжина лінії та передача даних по ній здійснюється, тим буде вищим рівень нестабільності. Тому можуть виникати збої навіть у роботі дуже дорогих та надійних ЕОМ. Для мінімізації цього ефекту друковану плату створюють багатошаровою, у своїй багаторазово збільшуючи її корисну площу, і навіть відстань між лініями. У сучасних пристроях використовують найчастіше шість шарів: три є сигнальними, один заземлює і два живлять. На друкованих платах розміщуються всі елементи, які перетворюють їх на невід'ємну частину комп'ютера. Сюди відносять і компоненти, і порти. Схема дозволяє нам судити, що у майбутньому можна буде приєднати. Так, на сучасних пристроях є з півдесятка роз'ємів для різних пристроїв, крім розглянутих у рамках статті. Слід зазначити, більшість розробників материнських плат лояльно ставляться до бажання користувачів своєї продукції вдосконалити її шляхом додавання нових складових (наприклад, оперативної пам'яті).
Чіпсет
Також називається набором системної логіки. Так називають мікросхеми, що разом забезпечують безпроблемне функціонування ОЗП, центрального процесора, контролерів периферійних пристроїв, відеокарти та інших компонентів, що підключаються до материнської плати. Завдяки їм визначаються основні параметри, якими володіє цей пристрій. Сучасні набори системної логіки, зазвичай, будують з урахуванням двох компонентів. Кожен є окремим чіпсетом. Але вони з'єднані за допомогою високошвидкісної шини. Але схема материнської плати має тенденцію, що вони поступово об'єднуються. Завдяки цьому відбувається розвантаження каналів зв'язку з різними доповненнями і в міру розвитку технології інтеграції схеми виходять більш маленькими, дешевими і зменшується споживання енергії ними.
Північний міст
Він контролює та спрямовує дані, що отримуються з чотирьох шин:
- Системної.
- Пов'язана з пам'яттю.
- Обмінюється даними з графічним адаптером.
- Пов'язана з південним мостом.
Цей пристрій складається з контролера пам'яті та ряду інтерфейсів. Хоча першу функцію можна вважати морально застарілою через те, що такий пристрій є у всіх сучасних комп'ютерах. Це можна сказати і про інтерфейс, що відповідає за графіку.
Південний міст
Це також важлива частина, яку має практично будь-яка материнська плата. Схема пристрою у разі значно більше. Так, до неї входять такі шини:
- Ті, хто відповідає за підтримку зв'язку з північним мостом.
- Сполучні міст з платами розширення.
- Ті, хто відповідає за обмін даними з іншими ЕОМ або периферійними пристроями.
- Займаються зв'язком із жорсткими дисками.
- Обслуговують обмін даними з повільними пристроями.
Базова система введення/виводу (БІОС)
BIOS - це спеціальна програма, яка прошивається до БІОСу є і в материнській платі, і в інших елементах ЕОМ (відеокартах, контролерах і так далі). Ця версія має важливість завдяки тому, що при включенні комп'ютера вона перевіряє більшість підключених до неї пристроїв (пам'ять, жорсткі диски, процесор та інше). Потім Біос ініціалізує контролери, які має материнська плата. Схема, розміщена у статті, дозволяє зрозуміти, що з ними запускаються деякі пристрої і відбувається процес встановлення їх базових параметрів. Якщо все працює без проблем, то БІОС передає керування операційною системою.
Генератор тактової частоти
Цей пристрій необхідний формування високостабільного періодичного сигналу, який синхронізує роботу елементів ЕОМ. Він складається з тактового генератора і останній сам по собі може створювати сигнали. Але вони не можуть виходити з частотою, яка потрібна для функціонування сучасної пам'яті, шин та процесора. Тому для посилення використовується тактовий генератор. Від частоти імпульсів багато в чому залежить швидкість, з якою відбуватимуться обчислення. Так, на будь-яку операцію потрібна певна кількість тактів. Відповідно, чим більше в секунду, тим вище продуктивність. Але це твердження є правильним лише для пристроїв, які мають однакову мікроархітектуру. Показник тактової частоти може бути збільшений, завдяки чому зросте продуктивність ЕОМ. Але тут є й мінуси. Так, зменшиться стабільність роботи компонентів комп'ютера, тому після такої операції завжди необхідно перевіряти працездатність. Ще один мінус - внаслідок важких умов роботи можуть зашкодити різні елементи. Причому характер пошкоджень буде наростаючим.
Інші елементи, якими володіє материнська плата
Схема цього пристрою допомагає зрозуміти, що перелічені вище компоненти - це все. Що є ще крім цього? Важливою є і велика кількість конденсаторів, завдання яких – забезпечувати рівний потік напруги. Вони необхідні через те, що рівень споживання енергії може різко змінитись (що відбувається при зупинці роботи або її поновленні). Конденсатори згладжують стрибки напруги. Завдяки цьому підвищується стабільність роботи техніки, а також збільшується термін служби всіх елементів, які є в ЕОМ.
Конкретний приклад
Давайте подивимося, що являє собою схема Як бачите, на малюнку чітко видно великий контролер, який займається широким спектром дій. Так, слід зазначити, що схема материнської плати ноутбука та комп'ютера трохи відрізнятиметься. Так, на першому мало місця, через що доводиться все розміщувати якомога купніше. Звичайно, на комп'ютері не розкидаються місцем, але там ця проблема не так гостро. Щоб зрозуміти це, вам потрібна схема підключення материнської плати Asus та довільного комп'ютера. Порівняйте, як і що розміщено. У ноутбуці все оптимізовано, будь-який простір на рахунку. Тоді як у комп'ютерах завдяки наявності системного блоку, де більше вільного місця, над цим особливо не замислюються.
Висновок
Що ж, зараз, думаємо, у вас є гарне уявлення про те, чим є цей пристрій. Нами було розглянуто навіть схема материнської плати Asus. Добре доповнюють картину надані у рамках статті малюнки.
Виконуючи ремонт комп'ютерів мені часто доводиться діагностувати несправність материнської плати. Деякі користувачі в таких випадках ставлять цілком резонне питання: краще купити нову чи відремонтувати стару материнську плату? Можу сказати, що ремонт материнських платень завжди рентабельний, але у разі виходу з ладу схеми живлення процесора, наприклад, цілком здійснимо.
Материнська плата — складний вузол комп'ютера, що вважається неремонтопридатним. Однак, озброївшись мультиметром, діагностичною POST-картою, паяльником і маючи голову на плечах, виконати нескладний ремонт материнки - завдання посильне будь-якому інженеру-електронщику.
Ознаки несправності материнської плати
З чого розпочати ремонт материнської плати? З діагностики та візуального огляду в першу чергу!
Найяскравіша ознака несправності материнської плати — коли комп'ютер не стартує (тобто блок живлення подає всю напругу, а ініціалізації заліза з відповідними написами на екрані монітора немає). Ще досить поширене явище - старт-стоп, коли після включення блок живлення «іде на захист» через КЗ по лініях живлення процесора (якщо ж вийняти 4-х піновий конектор з материнської плати, блок живлення запуститься, але старту системи звичайно ж не буде ).
Починати діагностику материнської плати слід із візуального огляду останньої.
Виявлення компонентів, що вигоріли на материнській платі, дозволяють полегшити її діагностику.
|
|
|
Прогар (внаслідок пробою) у мікросхемі контролера |
Трапляється, що при візуальному огляді несправної материнської плати майже відразу знаходиться елемент, що містить сліди тріщин, прогару або здуття. Діагностика материнки на цьому вважається закінченою і подальший ремонт полягає у заміні несправних компонентів на нові.
Принцип діагностики материнської плати з прикладу Biostar A785-GE
Нижче представлено діагностику материнської плати Biostar A785-GE за допомогою мультиметра. Заявлена несправність: за наявності модуля ОЗП у будь-якому з слотів - відсутність старту материнської плати, за відсутності ОЗП - короткі сигнали POST BIOS, що повторюються.
Принцип діагностики материнської плати говорить: після візуального огляду обов'язкова перевірка напруг живлення ремонтується пристрою і його вузлів.
Те, що материнська плата намагається стартувати при відсутній планці оперативної пам'яті і навіть проходить якісь етапи самотестування означає, що на процесор приходять всі напруги живлення, клокер працює і сигнал Reset знято, а відсутність старту при вставленому в слот модулі ОЗУ свідчить про проблеми з напругою живлення оперативної пам'яті.
Давайте спробуємо розібратися, які напруги необхідні для роботи оперативної пам'яті DDR-II.
Основні напруги живлення ОЗП на материнській платі такі:
- VDD - Напруга живлення модулів ОЗУ (для DDR-II - 1.8В).
- VDDSPD - Напруга живлення мікросхеми SPD (маленька восьминіжна, в ній зашиті параметри модуля).
- VREF - Опорна напруга (1/2 від живильного).
- VTT - напруга термінації (половина живильного, тобто 1/2 VDD). Для модулів DDR-I і DDR-II воно підводиться з-за, з резисторних збірок розпаяних на материнці. Для DDR-III ланцюга термінації VTT розпаяно вже на самій платі модуля ОЗУ.
 |
Діагностика несправної материнської плати за допомогою мультиметра показала наявність всіх напруг живлення крім термінуючих (VTT). Напруга термінації покликане усунути т.зв. "Дзвін" - непотрібні відображення корисного сигналу. Напруга термінації подається на модуль ОЗУ через резисторні зборки розпаяні безпосередньо на материнській платі і відповідно заміряти його зручно саме на цих збірках. |
 |
За напругу термінації відповідає мікросхема-регулятор (LDO) - FP6137C. Вона складається з операційного підсилювача та пари n-канальних польових транзисторів, включених за двотактною схемою. Для правильної роботи FP6137C їй потрібні:
|
Згідно з датаситом на мікросхемі LDO FP6137C були присутні всі необхідні для її роботи напруги, проте на виході залишався, як і раніше, низький рівень. Дана мікросхема була визнана несправною та замінена аналогічною RT9199 від Richtek.
Заміна несправної мікросхеми-регулятора напруги термінації
Після її заміни материнська плата Biostar A785-GE успішно стартувала.
Повне відео ремонту материнської плати Biostar A785-GE
Загальний принцип схеми живлення процесора на материнській платі
Перед початком ремонту вузлів материнської плати, що живлять, непогано було б розібратися в загальному принципі функціонування перетворювачів напруги. Сучасні процесори можуть споживати піковий струм до 100А. Величина такої, начебто, величезної сили струму, обумовлена застосуванням у мікросхемах ЕОМ МДП транзисторів. Такі транзистори, зважаючи на їх конструкцію при перемиканні споживають споживають дуже високі струми. А враховуючи їх кількість у процесорі помножена на частоту перемикань, утворюється дуже великий загальний споживаний струм процесора. До речі, що менше розмір МДП транзистора, то менше його споживаний струм. Саме тому виробники мікросхем прагнуть перекладати виробництво більш тонкі тех-процессы.
Схема живлення материнської платиорганізована у вигляді Шим-контролера, мікросхем-драйверів та MOSFET (МДП/МОП транзисторів). ШИМ-контролер, через мікросхеми-драйвери керує транзисторами (мосфетами).
Щоб знизити навантаження по струму, ланцюги живлення материнської плати розпаралелюють, роблячи їх багатофазними. Нижче наведено трифазну схему живлення процесора Intel (478 Socket) виконану на ШИМ-контролері ADP3180, пару мосфетів включених напівмостом і керованих драйверами-мікросхемами ADP3418. Працюючи по черзі, транзистори перетворять вхідну напругу +12В від БП в знижений імпульсний підключаючи ланцюжок LC по черзі до +12В і землі. Залежно від струму навантаження мікросхема може змінювати шпаруватість імпульсів тим самим стабілізуючи Uвих. Вихідна напруга додатково згладжується випрямляючими конденсаторами, що стоять далі по ланцюгу живлення материнської плати.
Схема конвертера живлення материнської плати. На малюнку вище представлено схема живлення материнської плати, Точніше один її канал (фаза харчування).
Зазвичай таких каналів живлення процесора на материнській платі використовується три. Причому працюють вони синхронно зі зсувом відносно один одного (т.зв. зміщення фаз), що забезпечує більш згладжене вихідну напругу.
Деякими виробниками (MSI) використовується схема живлення материнської плати заснована на дискретних регуляторах напруги DrMOS. Дискретний регулятор напруги виконаний на одній мікросхемі, в яку інтегровані основні вузли перетворювача: MOSFET-транзистори, драйвери керування MOSFET та ШІМ-контролер.
Схема живлення материнської плати на DrMOS
Регулятор напруги живлення материнської плати на мікросхемі DrMOS
Приклад реалізації схеми живлення материнської плати з урахуванням логіки i865. ШИМ-контролер виконаний на мікросхемі ADP3180, драйвери управління MOSFET, включених напівмостом, виконані на мікросхемах ADP3418. Контроль струму каналів здійснюється через резистори R589, R591, R592, що з'єднують вихід кожного півмоста і вхід SW ШИМ-контролера материнської плати.
Схема живлення CPU материнської плати на чіпсеті i865
Напруги живлення процесорів Intel згідно з оф. специфікації
Як і будь-якій мікросхемі процесору потрібна напруга живлення і не одна, а цілий набір. Всі напруги живлення процесора формуються на материнській платі за допомогою перетворювачів та подаються на відповідні ніжки процесорного сокету. У процесі діагностики материнської плати необхідно переконатися у наявності основних напруг на процесорі. Їх перелік згідно зі специфікаціями компанії Intel наведено нижче.
Vcc - напруги ядра процесора
Vcc GT – напруга на вбудованому графічному ядрі
Vcc SA - напруга живлення інтегрованого північного мосту System Agent (System Agent, включає контролер пам'яті DDR3, модуль управління живленням (Power Control Unit, PCU), контролери PCI-Express 2.0, DMI)
Vcc PLL – напруга на інтегрований генератор тактової частоти
Vcc IO — аналог QPI/VTT на платформі s1366, або VTT (FSB termination voltage) на платформі s775, напруга живлення для зовнішніх сигнальних шин процесора (ОЗУ)
”Материнська або системна плата - це той фундамент, на якому побудований будь-який сучасний комп'ютер, чи то настільний ПК, ноутбук чи система, що вбудовується.
Саме материнська плата поєднує такі різні за своєю суттю та функціональністю комплектуючі, як процесор, оперативна пам'ять, плати розширення та всілякі накопичувачі.
Саме завдяки материнській платі до комп'ютера можна підключати периферійні пристрої, адже навіть якщо набір системної логіки (чіпсет) підтримує різноманітні шини та інтерфейси, до звичайної мікросхеми підключити, наприклад, принтер, навряд чи в кого вийде.
Що ж є сучасна материнська плата?
Розмова у нас піде, в основному, про плати для настільних ПК, як найбільш поширених і близьких читачеві, проте значна частина їх опису застосовна і до плат для серверів, ноутбуків та комп'ютерів, що вбудовуються.
Системна плата - це головна та найбільша друкована плата в обчислювальній машині.
За складністю виготовлення самої друкованої плати «материнки» відстають лише від ультрасучасних графічних прискорювачів.
Типова материнська плата побудована на базі чотири-шостишарової текстолітової друкованої плати, тоді як деякі відеокарти випускаються на основі восьми- і навіть десятишарових друкованих плат.
Використання багатошарових плат дозволяє за збереження стандартних розмірів розвести різні електричні ланцюги в такий спосіб, щоб їх взаємовплив було мінімальним.
За тими шарами, що знаходяться в глибині плати, розлучаються ланцюги живлення та заземлення, а за іншими, включаючи верхній та нижній - власне сигнальні ланцюги.
Щоб не завантажувати читача специфічною інформацією, зупинимося лише на двох суто електричних параметрах материнської плати.
Оскільки мікросхеми розраховані працювати суворо обумовлених режимах, задля забезпечення їхньої надійності і довговічності необхідне якісне харчування.
Звичайно, значну роль тут відіграє блок живлення, до якого підключається плата, однак різним компонентам необхідна різна потужність, причому енергоспоживання окремих комплектуючих, наприклад процесора, непостійно.
Всі ці фактори змушують вдаватися до додаткових хитрощів.
Для подачі необхідної напруги на різні комплектуючі у всіх сучасних материнських платах використовується стабілізатор напруги, який найчастіше встановлюється безпосередньо на платі, але, буває, і виконується у вигляді окремої невеликої плати, яка розміщується з метою належного охолодження безпосередньо біля блоку живлення.
Стабілізатор напруги працює в автоматичному режимі, залежно від того, на які контакти подається навантаження, іншими словами, до якого роз'єму підключено той чи інший пристрій або елемент плати.
Функція розгону процесора, що часто підтримується сучасними платами, використовує ручне регулювання напруги (в розумних межах, безумовно), що реалізується для користувача через BIOS або спеціалізовану утиліту.
Боротися зі стрибками напруги, згубними для багатьох комплектуючих, покликані конденсатори, здатні накопичувати і потім віддавати плавно заряд.
Невипадково конденсаторів так багато на материнських платах, особливо навколо центрального процесора, для якого характерні різкі стрибки енергоспоживання, залежно від навантаження.
Саме з конденсаторами пов'язане зниження з часом надійності роботи материнської плати: вони старіють ємності швидше за інші компоненти, зокрема, через вплив високих температур.
В результаті ємність конденсаторів падає, і вони втрачають здатність «тримати удар» і вирівнювати напругу в схемі, що негативно позначається на інших компонентах і, у гіршому випадку, виводить їх із ладу.
Тож рекомендації до зміни комп'ютера кожні три роки породжені не лише маркетинговими міркуваннями «морального старіння», а й цілком об'єктивними причинами.
Перейдемо до безпосередніх функцій материнської плати.
В обов'язковому порядку на цій платі розміщуються системна шина, процесорний роз'єм, слоти для модулів оперативної пам'яті (можливий варіант, коли мікросхеми пам'яті впаюються безпосередньо в плату), слоти розширення, різні контролери, а також порти введення та виведення.
Як бачимо, системна плата поєднує в єдину систему всі компоненти комп'ютера - без неї вони залишалися б просто набором не пов'язаних один з одним комплектуючих.
Звернемося до фотографії.
На ній зображено типову сучасну материнську плату P5GDC-V Deluxe виробництва відомої тайванської компанії Asus.
Ця плата на основі набору системної логіки Intel 915G розрахована на процесори Intel Pentium 4 у корпусуванні LGA 775 та підтримує майже всі технології, що зустрічаються у сучасних настільних комп'ютерах.
Короткі характеристики цієї моделі:
Чіпсет 915G із вбудованим графічним прискорювачем («північний міст») + ICH6R («південний міст»).
- Підтримка процесорів Pentium 4 або Celeron D у корпусуванні LGA 775.
- Підтримка оперативної пам'яті DDR та DDR2 533 об'ємом до 4 Гбайт.
- Підтримка шини PCI Express x16 та x1.
- Підтримка шини PCI.
- Підтримка швидкісних інтерфейсів USB 2.0 та IEEE 1394 (FireWire).
- Контролери IDE та Serial ATA.
- Гігабітний мережевий контролер.
- Восьмиканальний (7.1) звуковий контролер.
- Форм-фактор ATX (розміри – 305 x 244 мм).
Драйвер AMD Radeon Adrenalin 19.7.2 Edition з підтримкою бойовика Gears 5
Другий липневий драйвер Radeon Software Adrenalin 19.7.2 2019 Edition випущено для підтримки бета-версії бойовика Gears 5.
Драйвер GeForce 431.36 WHQL для відеокарт GeForce RTX Super
Nvidia випустила пакет драйверів GeForce 431.36, сертифікованих лабораторією Microsoft WHQL.
Драйвер AMD Radeon Adrenalin 19.7.1 із програмною підтримкою RX 5700