Материнська плата

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Motherboard diagram.svg
Системна плата
Maticnaploca.jpg

Матери́нська пла́та, систе́мна пла́та, ба́зова пла́та[1] (англ. motherboard), відома також як головна плата (mainboard) — плата, на якій містяться основні компоненти комп'ютера, що забезпечують логіку.

Призначення[ред.ред. код]

На системній платі монтується чіпсет, це мікросхеми, які забезпечують і контролюють логіку функціонування плати. На платі також розташовуються роз'єми для підключення центрального процесора, графічного адаптера, звукової плати, жорстких дисків, оперативної пам'яті та інші роз'єми.

Всі основні електронні схеми комп'ютера і необхідні додаткові пристрої включаються в системну плату, або підключаються до неї за допомогою слотів розширення. Найважливішою частиною системної плати є чипсет, який складається, як правило, з двох частин — північного моста (Northbridge) і південного моста (Southbridge). Зазвичай північний і південний міст розташовані на окремих мікросхемах. Саме північний і південний мости визначають, в значній мірі, особливості системної плати і те, які пристрої можуть підключатися до неї.

Сучасна системна плата ПК, як правило, включає чипсет, що здійснює взаємодію центрального процесора з ОЗП і основною оперативною пам'яттю, з портами вводу/виводу, із слотами розширення PCI Express, PCI, а також, зазвичай, з USB, SATA і IDE/ATA. Більшість пристроїв, які можуть приєднуватися до системної плати, роблять це за допомогою одного або декількох слотів розширення або сокетів, а деякі сучасні системні плати підтримують бездротові пристрої, що використовують протоколи IrDA, Bluetooth, або 802.11 (Wi-Fi). На сайті фірми Intel приведений докладний опис її системних плат, див. наприклад http://www.intel.com/cd/products/services/emea/rus/motherboards/321879.htm.

На системній платі містяться змонтовані:

  • слоти DIMM для установки модулів пам'яті типу SDRAM, DDR, DDR2.. (різні для кожного типу пам'яті). Найчастіше їх 3-4, хоча на компактних платах можна зустріти тільки 1 або 2 таких слоти;
  • спеціалізований рознім типу AGP або PCI-Express для установки відеокарти. Втім, останнім часом, з поголовним переходом на відеоінтерфейс останнього типу, часто-густо зустрічаються плати з двома, а то і з трьома відеорознімами. Також зустрічаються і системні плати (з найдешевших) без відеорознімів взагалі — їхні чипсети мають вбудоване графічне ядро, і зовнішня графічна карта для них необов'язкова;
  • поруч із слотами для відеокарт зазвичай знаходяться слоти для підключення додаткових карт розширення стандартів PCI або PCI-Express х1 (раніше зустрічалися ще і слоти ISA, але зараз такі плати — музейна рідкість);
  • інтерфейси (IDE і/або сучасніший Serial ATA) для підключення дискових накопичувачів — твердих дисків і оптичних приводів. Також там досі знаходиться рознім для floppy-дисковода (3,5" дискети), хоча все йде до того, що від нього незабаром остаточно відмовляться. Всі дискові накопичувачі підключаються до системної плати за допомогою спеціальних кабелів, які в розмовній мові називають «шлейфами»;
  • недалеко від процесора розташовуються розєми для підключення живлення (частіше всього два типи — 24-контактний ATX і 4-контактний ATX12V для додаткової лінії +12 V) і дво-, три- або чотирифазний модуль регулювання напруги VRM (Voltage Regulation Module), що складається з силових транзисторів, дроселів і конденсаторів. Цей модуль перетворює, стабілізує і фільтрує напругу, що подається від блоку живлення;
  • задню частину системної плати займає панель з рознімами для підключення додаткових зовнішніх пристроїв — монітора, клавіатури і миші, мережних-, аудіо- і USB-пристроїв тощо;
  • окрім перелічених слотів і рознімів, на будь-якій системній платі є велика кількість допоміжних джамперів (перемичок) і рознімів: це можуть бути і контакти для підключення системного динаміка, кнопок і індикаторів на передній панелі корпусу, і розніми для підключення вентиляторів, і контактні колодки для підключення додаткових аудіорознімів і рознімів USB і FireWire.

На кожній системній платі в обов'язковому порядку є спеціальна мікросхема пам'яті, найчастіше встановлена в спеціальну панельку; втім, окремі виробники, з метою економії впаюють її в плату. Мікросхема містить прошивку BIOS та батарею, яка забезпечує живлення при зникненні зовнішньої напруги. Таким чином, за допомогою всіх цих слотів і рознімів, а також додаткових контролерів, системна плата об'єднує всі пристрої, що входять до складу комп'ютера, в єдину систему.

Mouse & keyboard
USB (Universal serial bus)
Parallel port
CPU Chip 
RAM slots
Floppy controller
IDE controller
PCI slot
ISA slot
CMOS Battery
AGP slot
CPU slot
Power supply plug in

Комплектація[ред.ред. код]

Сучасні системні плати постачаються як правило в окремих коробках, і комплектуються:

  • всіма необхідними кабелями для підключення периферії всередені корпуса комп'ютера, і пластиною для зовнішньої периферії;
  • документацією (необхідна для конфігурування);
  • драйверами для інтегрованих на платі компонентів і додатковим програмним забезпеченням.

Варіант постачання для виробників комп'ютерів (OEM) для економій витрат містить два десятки плат в одній коробці, але з повною комплектацією.

Класифікація системних плат за форм-фактором[ред.ред. код]

Форм-фактор системної плати — стандарт, що визначає розміри системної плати для персонального комп'ютера, місця її кріплення до корпусу; розташування на ній інтерфейсів шин, портів вводу/виводу, сокета центрального процесора (якщо він є) і слотів для оперативної пам'яті, а також тип розніму для підключення блоку живлення.

Форм-фактор (як і будь-які інші стандарти) носить рекомендаційний характер, проте переважна більшість виробників намагаються їх дотримуватися, оскільки ціною відповідності існуючим стандартам є сумісність системної плати і стандартизованого устаткування (периферії, карт розширення) інших виробників. Застарілими вважаються: Baby-AT; Mini-ATX; повнорозмірна плата AT; LPX. Сучасними вважаються: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX. Впроваджуваними вважаються: Mini-ITX і Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX і PicoBTX.

Існують системні плати невідповідні жодним з існуючих форм-факторів (див. таблицю). Зазвичай це обумовлено або тим, що вироблюваний комп'ютер вузько спеціалізований, або бажанням виробника системної плати самостійно проводити і периферійні пристрої до неї, або неможливістю використання стандартних компонентів (так званий «бренд», наприклад Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq частіше за інших ігнорували стандарти; крім того в нинішньому вигляді розподілений ринок виробництва сформувався тільки до 1987 р., коли багато виробників вже створили власні платформи).

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

|| (100 72 мм) || VIA Technologies, ||

Форм-фактор Фізичні розміри Специфікація, рік Примітки
XT 8,5 × 11" (216 × 279 мм) IBM, 1983 архітектура IBM PC XT
AT 12 × 11"–13" (305 × 279–330 мм) IBM, 1984 архітектура IBM PC AT (Desktop/Tower)
Baby-AT 8,5" × 10"–13" (216 × 254-330 мм) IBM, 1990 архітектура IBM PC XT (форм-фактор вважається недійсним з 1996.)
ATX 12" × 9,6" (305 × 244 мм) Intel, 1995 для системних блоків типів MiniTower, FullTower
ATX Riser Intel, 1999 для системних блоків типа Slim
eATX 12" × 13" (305 × 330 мм)
Mini-ATX 11,2" × 8,2" (284 × 208 мм) для системних блоків типа Tower и компактних Desktop
microATX 9,6" × 9,6" (244 × 244 мм) Intel, 1997 має менше слотів, ніж ATX, також можливо використання меншого блока живлення (PSU)
LPX 9" × 11"–13" (229 × 279–330 мм) Western Digital, 1987 для системних блоків типа Slim
Mini-LPX 8"–9" × 10"–11" (203–229 мм × 254–279 мм) Western Digital, 1987 для системних блоків типа Slim
NLX 8"–9" × 10"-13,6" (203–229 мм × 254–345 мм) Intel, 1997 передбачений AGP, краще охолодження порівняно з LPX
FlexATX 9,6" × 7,5"-9.6" (244 × ?-244 мм) Intel, 1999 розроблений як заміна для форм-фактора MicroATX
Mini-ITX 6,7" × 6,7" (170 × 170 мм) VIA Technologies, 2003 допускаються лише 100 Вт блоки живлення
Nano-ITX (120 × 120 мм) VIA Technologies, 2004
BTX 12,8" × 10,5" (325 × 267 мм) Intel, 2004 допускається до 7 слотів и 10 отворів для монтажу плати
MicroBTX 10,4" × 10,5" (264 × 267 мм) Intel, 2004 допускається до 4 слотів и 7 отворів для монтажу плати
PicoBTX 8,0" × 10,5" (203 × 267 мм) Intel, 2004 допускається 1 слот и 4 отвір для монтажу плати
WTX 14" × 16,75" (355,6 × 425,4 мм) 1999 для продуктивних робочих станцій та серверів середнього рівня
ETX и PC-104 використовуються для вбудованих (embedded) систем

Розвиток архітектури системних плат[ред.ред. код]

Функціонально системну плату можна описати різним чином. Іноді така плата містить всю схему комп'ютера (одноплатні). В протилежність одноплатним, в шиноорієнтованих комп'ютерах системна плата реалізує схему мінімальної конфігурації, решта функцій реалізується за допомогою численних додаткових плат. Всі компоненти з'єднуються шиною. У системній платі немає відеоадаптера, деяких видів пам'яті і засобів зв'язку з додатковими пристроями. Ці пристрої (плати розширення) додаються до системної плати шляхом приєднання до шини розширення, яка є частиною системної плати.

Перша системна плата була розроблена фірмою IBM, і показана в серпні 1981 року (PC-1). У 1983 році з'явився комп'ютер зі збільшеною системною платою (PC-2). Максимум, що могла підтримувати PC-1 без використання плат розширення — 64К пам'яті. PC-2 мала вже 256К, але найважливіша відмінність полягала в програмуванні двох плат. Системна плата PC-1 не могла без коректування підтримувати найбільш могутні пристрої розширення, такі, як твердий диск і покращені відеоадаптери.

Мікропроцесори[ред.ред. код]

Докладніше: Мікропроцесор

Архітектура системної плати безпосередньо залежить від зовнішньої архітектури мікропроцесора. У 1976 році фірма Intel почала посилено працювати над мікропроцесором 8086. Розмір його регістрів в порівнянні з 8080 був збільшений в два рази, що дало можливість збільшити його продуктивність в 10 разів. Крім того розмір інформаційних шин був збільшений до 16 розрядів, що дало можливість збільшити швидкість передачі інформації на мікропроцесор і з нього в два рази. Розмір його адресної шини також був істотно збільшений — до 20 біт. Це дозволило 8086 прямо контролювати 1М оперативної пам'яті.

У 1982 році Intel створила процесор 80286. Замість 20-розрядної адресної шини 8088/8086, 80286 мав 24-розрядну шину. Ці додаткові 4 розряди давали можливість збільшити максимум пам'яті, що адресувалася, до 16 Мб.

Intel 80386 був створений в 1985 році. Із збільшенням шини даних до 32 біт, число адресних ліній також було збільшене до 32. Саме по собі це розширення дозволило мікропроцесору прямо звертатися до 4Гб фізичної пам'яті. Крім того він міг працювати з 16 трильйонами байт віртуальної пам'яті. Існує модифікація процесора Intel 80386 — 386SX. Головна відмінність його від 80386 це 16-бітовий вхід/вихід шини даних. Як наслідок його внутрішні регістри заповнюються в два кроки. Всі процесори сімейства 486 мають 32-розрядну архітектуру, внутрішню кеш-пам'ять 8 Кб (у DX4 — 16 КВ). Моделі SX не мали вбудованого співпроцесора, він був винесений на плату. Моделі DX2 реалізують механізм внутрішнього подвоєння частоти (наприклад, процесор 486DX2-66 встановлюється на 33-мегагерцовую системну плату), що дозволяє підняти швидкодію практично в два рази, оскільки ефективність кешування внутрішньої кеш-пам'яті становить майже 90 відсотків. Процесори сімейства DX4 486DX4-75 і 486DX4-100 призначені для установки на 25-ти і 33-мегагерцові плати.

Створеніі в середині 1989 і 1995 року процесори Pentium і Pentium Pro значно відрізнялися за своєю архітектурою від своїх попередників. В основу архітектури була покладена суперскалярна архітектура, яка і дала можливість отримати п'ятикратну продуктивність Pentium в порівнянні з моделлю 80486. Хоча Pentium проектувався як 32-розрядний, для зв'язку з рештою компонентів системи використовувалася зовнішня 64-розрядна шина.

Процесор Розрядність шини даних Робоча частота, Мгц
i4004 4 0.75
i8008 8 0.8
i8080 8 2
i8086 16 5; 8; 10
i8088 16 5; 8
i80286 16 8; 10; 12; 16
i80386 DX 32 20; 25; 33; 40
i80386 SX 16 20; 25; 33
i80486 DX 32 25; 33; 50; 66;75;100;120
i80486 SX 32 16; 20; 25; 33
Pentium 32 60; 66; 75; 90; 100; 120; 133;
Pentium Pro 32 166; 180; 200

Шини[ред.ред. код]

Докладніше: Комп'ютерна шина

Комп'ютерна шина — це канал пересилки даних, що спільно використовується різними блоками системи. Інформація передається по шині у вигляді груп бітів. До складу шини для кожного біта слова може бути передбачена окрема лінія (паралельна шина), або всі біти слова можуть послідовно в часі використовувати одну лінію (послідовна шина).

Першою системною шиною, розробленою для комп'ютерів PC/XT, в основі яких лежали мікропроцесори, була шина PC/XT-bus. Вона була 8-и розрядною, а її контролер забезпечував роботу на частоті мікропроцесора (4,77 мгц). З появою машин типу PC/AT, що використовували 16-и розрядні мікропроцесори 80286, а пізніше і 80386 (версія SX), була створена шина PC/AT-bus. У зв'язку із зростанням тактової частоти мікропроцесорів до 12-16 Мгц контролер виконував її ділення навпіл для забезпечення прийнятної тактової частоти роботи шини.

ISA[ред.ред. код]

Докладніше: ISA

На базі цих двох шин був розроблений міжнародний стандарт ISA (англ. Industry Standard Architecture), що тривалий час широко використовувався в комп'ютерах. Типова тактова частота — 8 МГц. Ділення частоти залишається функцією контролерів системних шин, але оскільки відбулося подальше збільшення тактової частоти мікропроцесорів до 25, 33 і 50 МГц, коефіцієнт ділення був збільшений. Окрім збільшення розрядності збільшилася кількість переривань (IRQ) і каналів прямого доступу до пам'яті (DMA) (у ISA 15 і 7 відповідно), а також функціональних і діагностичних можливостей. У той час зберігалася спадкоємність системних шин, зокрема на рівні контактів рознімів. Завдяки цьому в нових системах можна використовувати розроблені раніше контролери і карти. Теоретична пропускна спроможність шини — 16 Мбайт/с, практично вона нижча, оскільки обмін даними по шині проводиться за три такти роботи процесора. Для слотів розширення на системній платі комп'ютерів з шиною ISA-16 встановлюється стандартна пара рознімов (або один здвоєний рознім) з числом контактів 62+36, а на шині ISA-8 встановлюється розніми з 64-контактами.

EISA[ред.ред. код]

Докладніше: EISA

З появою 32-розрядних мікропроцесорів 80386 (версія DX) фірмами Compaq, NEC і низкою інших була створена 32-розрядна шина EISA (англ. Extended ISA), повністю сумісна з ISA. Спадкоємність EISA з ISA забезпечується використанням «двоповерхового» розніму. Перший «поверх» — стандартна шина ISA, що дозволяє використовувати ISA контролери і карти, розроблені як для ISA-16, так навіть і для ISA-8. Шина EISA дозволяє автоматично проводити конфігурацію і арбітраж запитів на обслуговування (bus mastering), що вигідно її відрізняє від шини ISA.

Але через дорожнечу реалізації такі системні плати не набули популярності.

VLB (VESA local bus)[ред.ред. код]

Докладніше: VLB

Локальною шиною (англ. local bus) зазвичай називається шина, що електрично виходить безпосередньо на контакти мікропроцесора, тобто це шина процесора. Вона зазвичай об'єднує процесор, пам'ять, схеми буферизації для системної шини і її контролер, а також деякі інші допоміжні схеми. Роботи зі створення локальної шини велися різними фірмами паралельно, але врешті-решт була створена асоціація стандартів відеоустаткування — англ. Video Equipment Standard Association (VESA). Перша специфікація на стандарт локальної шини з'явилася в 1992 році. Багато було запозичено з архітектури локальної шини 80486. Були розроблені тільки новий протокол обробки сигналів і топологія рознімів.

Перевагою VLB є висока швидкість обміну інформації (шина могла працювати в системі з процесором 80486DX-50). Але виникає залежність від частоти роботи процесора (конструювання плат з широким частотним діапазоном). Електричне навантаження не дозволяє підключати більше трьох плат (на практиці часто два). Крім того, VLB не розрахована на використання з процесорами, що прийшли на заміну 486-у або що паралельно існували з ними: Alpha, PowerPC тощо. Тому в середині 1993 року з асоціації VESA вийшли ряд виробників на чолі з Intel. Ці фірми створили спеціальну групу для розробки нового альтернативного стандарту, названого Peripheral Component Interconnect (PCI).

PCI[ред.ред. код]

Докладніше: PCI

Розробка шини і виробництво відповідних компонентів зайняли більше часу, ніж для VLB, і перші системи з шиною PCI з'явилися тільки рік потому. Строго кажучи шина PCI не є локальною, а відноситься до класу mezzanine bus, оскільки має між собою і локальною шиною процесора спеціальний вузол — узгоджуючий міст. При цьому стандарт PCI передбачає використання контроллера, який піклується про розділення управляючих сигналів шини і процесора, і здійснює арбітраж по шині PCI, а також акселератор. Це робить шину процесорно незалежною.

Стандарт PCI передбачає кілька способів підвищення пропускної спроможності. Один з них — блокова передача послідовних даних (наприклад графіка, дискові файли), що не вимагає часу на установку адреси кожного елементу. Більш того, акселератор може накопичувати інформацію в буферах, що забезпечує одночасний з читанням даних з пам'яті блоковий обмін з периферійним пристроєм. Другий спосіб прискорення передачі — мультиплексування — передбачає передачу послідовних даних по адресних лініях, що подвоює пропускну спроможність шини. Шина PCI використовує установку переривань за рівнем, що робить її надійнішою і привабливішою (на відміну від VLB). Ще одна відмінність — PCI працює на 33 Мгц, незалежно від частоти процесора. Теоретично пропускна спроможність шини 132 Мбайт/с. Реальна ж пропускна спроможність дещо більша половини від теоретичної. Стандарт PCI передбачає і 64-розрядну версію. Для 32-розрядної шини PCI використовується 124-контактний рознім, причому в ньому передбачені ключі і контакти, призначені для оцінки необхідного для роботи плати розширення напруги живлення (5В або 3,3В).

AGP[ред.ред. код]

Докладніше: AGP

PCI Express[ред.ред. код]

Докладніше: PCI Express

Розвиток підсистеми пам'яті[ред.ред. код]

Виробники системних плат[ред.ред. код]

Більшу частину світового ринку системних плат держать під собою тайванські виробники (які втім активно переносять виробництво у континентальний Китай). П'ять найбільших постачальників плат — це Asus, Micro-Star (MSI), Gigabyte, Elitegroup, Intel. В класі серверних системних плат найбільшими виробниками є Intel та Supermicro.

В районі 2000 року помітних виробників системних плат було більше, біля двох десятків. Але жорсткіші умови конкуренції змушують виробників другого ешелону або йти з ринку, або намагатися знайти для себе нішеву спеціалізацію.

Визначення моделі[ред.ред. код]

Визначити модель встановленої материнської плати можна за допомогою DMI. У Linux можна використовувати утиліту dmidecode, в Windows - SIW або AIDA64.

Література[ред.ред. код]

  • Скотт Мюллер Модернизация и ремонт ПК для чайников = Upgrading and Repairing PCs. — 17 изд. — М.: «Вильямс», 2007. — С. 241—443. — ISBN 0-7897-3404-4

Посилання[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. [1] Ольга Кочерга, Євген Мейнарович. Англійсько-українсько-англійський словник наукової мови (фізика та споріднені науки). Вінниця, Нова книга, 2010.