СОСТАВНЫЕ УЗЛЫ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Став основным инструментом при работе с информацией, ПК требует квалифицированного с ним обращения. В том числе осмысленного выбора при приобретении его основных компонентов, правильного обращения с ними в процессе работы. С этой точки зрения будет представлен дальнейший материал об основных узлах ПК - их устройстве, характеристиках и особенностях применения. Эти знания помогут и при работе на ПК, и при его обслуживании.

Основные компоненты системной платы

Системная (материнская) плата - самая важная и, пожалуй, самая сложная часть компьютера. Это своеобразный центр, осуществляющий электрические и логические связи с остальными компонентами. Важнейшими характеристиками системной платы являются поддерживаемые модели процессоров, тип (число контактов) процессорного разъема, тип модулей оперативной памяти, особенности видеоподсистемы, состав интерфейсов для подключения внутренних и внешних устройств, расширяющих возможности компьютеров.

Процессор. Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы в основном определяются типом и архитектурой центрального процессора. Именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами.

В настоящее время в настольных компьютерах используются в основном процессоры компаний «Intel» и AMD. Они имеют свои внутренние и конструктивные особенности, что исключает их взаимозаменяемость. В частности, они отличаются между собой разъемами, обеспечивающими подсоединение процессоров к системной плате.

Несколько лет назад появились многоядерные процессоры. Это большие интегральные схемы, которые на одном полупроводниковом кристалле объединяют несколько процессорных элементов. При этом возникает возможность распараллеливания решения различных задач между ними - т. е. одновременного их выполнения. Вместе с тем нужно иметь в виду, что применение двухядерного процессора не будет означать увеличения производительности ПК в два раза, четырех-ядерного - в четыре раза и т. д. Дело в том, что не все задачи и не всегда можно будет решать одновременно, например тогда, когда при их решении нужно будет пользоваться одними и теми же аппаратными периферийными средствами.

Системная шина, стандартные шины. Структурными элементами материнской платы, по которым информация передается от одного блока к другому, являются шины. Так как любая информация в ЭВМ (и в ПК в частности) представляется двоичными кодами, то шина представляет собой группу проводников, по каждому из которых передается один бит кода информации. При передаче информации должны быть одновременно определены и передаваемые данные, и адрес передачи. Поэтому отдельно выделяют шину данных и шину адреса. Еще есть шина управления, которая объединяет в себя все линии, по которым передаются синхронизирующие, стробирующие и другие управляющие сигналы. Совокупность всех шин процессора составляет его системную шину.

Процессоры это элементы, которые в первую очередь определяют производительность ПК, поэтому они постоянно совершенствуются. При этом новые процессоры отличаются от предшественников разрядностями шины данных и шины адреса, функциональными возможностями, составом линий управления. Таким образом, системная шина, как правило, уникальна для каждого конкретного процессора.

Выпускается огромное количество различных периферийных узлов ПК, одновременно появляются новые процессоры. При этом появляется противоречие, которое заключается в следующем.

С одной стороны, появление новых процессоров обусловлено желанием повысить его производительность, расширить его функциональные возможности как основного базового узла ПК. Однако это сопровождается изменением конфигурации шин процессора, алгоритмов обмена, состава его управляющих сигналов и порядка их следования. Меняются скорости, с которыми производится обмен. Если периферийные модули подключать непосредственно к системной шине, то все эти модули надо адаптировать к каждой новой модели процессора. Фактически это означает, что, применив новый процессор, надо полностью менять периферийное оборудование (точнее менять его интерфейсную часть). С другой стороны, для того чтобы построение периферийных узлов не зависело от типа конкретного применяемого процессора, нужно, чтобы все подходы и способы организации взаимосвязи устройств были обязательно стандартизированы, т. е. однозначно определены и не менялись достаточно продолжительное время.

Противоречие разрешили следующим образом. Для подключения периферийных блоков было решено разработать специальные системные интерфейсы - стандартные шины. Собой они представляют на физическом уровне стандартизированный набор шин и управляющих сигналов, на логическом - стандартизированный набор способов, алгоритмов обмена. Все они хотя и ориентированы в какой-то степени на конкретные поколения процессора, но не являются линиями и способами обмена конкретного процессора. Чтобы при этом процессор управлял устройствами, подключенными к стандартной шине, между этой шиной и им самим (его системной шиной) устанавливается специальный согласующий блок - адаптер шины (мост). Таким образом, если меняется процессор, вместе с ним меняется адаптер шины, а шины периферийных устройств и все устройства, работающие с этой шиной, не меняются. Стандартные шины - один из главнейших компонентов архитектуры ПК.

Узлы, входящие в состав ПК, условно можно разделить на две группы. Первую группу составляют устройства, без которых ПК работать не может (например, ОЗУ, видеоадаптер). Они должны подключаться к стандартным шинам (к интерфейсам), обеспечивающим высокую скорость обмена. Такие шины называют локальными (local bus), так как они применяются лишь в отдельных местах для объединения высокопроизводительных устройств. Другую группу составляют устройства, расширяющие функциональные возможности ПК (звуковая карта, TV-тюнер и др.). К стандартным шинам, посредством которых такие устройства включаются в состав ПК, особых требований не предъявляется. Такие шины называют шинами расширения (expansion bus).

К локальным шинам относятся:

  • • шина VLB (VESA local bus - локальная шина VESA) - разработана в 1992 г. Ассоциацией стандартов видеооборудования (VESA -Video electronics standards association),
  • • шина PCI (peripheral component interconnect - соединение внешних устройств) - шина соединения периферийных компонентов разработана в 1993 г. фирмой Intel.

Примерами шин расширения являются:

  • • шина ISA (industiy standard architecture - архитектура промышленного стандарта),
  • • шина EISA (extended или расширенная ISA).

Контроллеры. Управление внешними устройствами может осуществляться самим процессором. Однако для увеличения производительности ПК функции управления ими передается на контроллеры. Контроллер можно рассматривать как специализированный процессор, управляющий работой «вверенного ему» внешнего устройства по специальным встроенным программам. Например, контроллер накопителя на гибких магнитных дисках (дисковода) умеет позиционировать головку на нужную дорожку диска, читать или записывать сектор, форматировать дорожку и т. п.

Ряд контроллеров смонтирован сразу на материнской плате, например, контроллеры клавиатуры и дисков. Другие располагаются на специальных платах - адаптерах. Адаптеры устанавливаются на материнскую плату с помощью разъемов (слотов).

Чипсеты (англ, chipset - установленные микросхемы). Основой системных плат являются специализированные наборы микросхем -чипсеты. Эти микросхемы вбирают в себя (интегрируют) большинство узлов, которые должны быть на системной плате. За счет такого исполнения узлов добиваются уменьшения габаритов и увеличения надежности системной платы и всего ПК в целом. Обычно чипсеты состоят из двух компонентов, хотя встречаются и однокомпонентные варианты.

Первый чип двухкомпонентного набора, называемый северным мостом (от англ, north bridge), содержит контроллеры, отвечающие за работу процессора, оперативной памяти, видеосредств и связь со вторым компонентом чипсета. Его характеристики определяют частоту шины, тип памяти и ее максимальный объем, а также тип и характеристики видеоподсистемы. Подчеркивая важность и сложность данного чипа, его нередко обозначают по имени всего чипсета, хотя обычно у него свое уникальное наименование.

Второй чип, называемый южным мостом (от англ, south bridge), отвечает за связь с дисковой подсистемой, картами расширения и периферийными устройствами.

Оперативная память (оперативное запоминающее устройство - ОЗУ или от англ, random access memory - RAM). Физически оперативная память в системе представляет собой набор микросхем или модулей, содержащих микросхемы, которые обычно подключаются к материнской плате. Эти микросхемы или модули могут иметь различные характеристики и, чтобы функционировать правильно, должны быть совместимы с системой, в которую устанавливаются.

Сегодня доминирующим стандартом считается память DDR2. Ее постепенно теснит следующий стандарт - DDR3. Модули этого стандарта работают быстрее и обладают примерно на 40 % меньшим энергопотреблением, а следовательно, и теплообразованием. За ними будущее, хотя они конструктивно и электрически несовместимы со своими предшественниками.

Постоянная память (постоянное запоминающее устройство -ПЗУ или от англ, read only memory - ROM). На системной плате представлена микросхемой энергонезависимой памяти, в которой сохраняется программа начальной загрузки компьютера (BIOS).

Видеоподсистема. Важная характеристика ПК - возможности реализованных в нем видеосредств, управление которыми осуществляется элементами системной платы.

Традиционно видеоподсистема выполняется в виде отдельной видеокарты, устанавливаемой в соответствующий слот системной платы. До недавнего времени существовал видеостандарт AGP. Однако несколько лет назад его вытеснили карты стандарта PCI Express, требующие поддержки от чипсета и соответствующего слота на системной плате и обеспечивающие большую скорость обмена информацией, что увеличивает производительность видеоподсистемы компьютера. Для повышения производительности в конструкции ряда системных плат предусмотрены два или даже три специальных слота для использования нескольких видеокарт, совместно обрабатывающих информацию каждого выводимого видеокадра (технологии NVIDIA SLI и ATI CrossFire). Это может быть полезным в современных динамичных видеоиграх с высокой степенью детализации изображения, что предполагает очень большую мощность видеоподсистемы компьютера.

В тех же случаях, когда решаемые компьютером задачи не требуют высокой производительности от видеоподсистемы, оптимальны видеосредства, интегрированные в состав главной микросхемы чипсета. Достоинства такого решения - низкая стоимость, энергоэкономичность и бесшумная работа видеоподсистемы. Производительности даже лучшего встроенного видео может не хватить для ряда высокодинамичных игр, но ее, как правило, достаточно для офисных задач, работы в Интернете и даже для просмотра видео, включая стандарты HD (англ, high-definition - высокая разрешающая способность).

Аудиоподсистема. Кроме видео, в системных платах реализованы многоканальные аудиовозможности, правда, без усилителей мощности. Число аудиоканалов зависит от выбранной модели и нередко достигает восьми.

Дисковая подсистема - к ней относятся средства управления дисками, соответствующие параллельные и последовательные интерфейсы. Диски используются в качестве основных накопителей информации в ПК. В компьютеры встраиваются приводы жестких дисков (hard disk drive - HDD) или винчестеров и различных оптических дисков (CD/DVD). До недавнего времени широко применяли гибкие (floppy) диски, но сейчас они фактически вышли из употребления.

Жесткие диски в основном подключаются посредством интерфейса Serial АТА (англ, advanced technology attachment- присоединение по передовой технологии). В архитектуре современных системных плат предусмотрено несколько соответствующих разъемов. Чем больше разъемов, тем больше накопителей можно подключить.

При необходимости два устройства - HDD и/или CD/DVD - подсоединяют через разъем интерфейса Parallel АТА или ШЕ (англ. integrated drive electronics - драйвер встраивания электронных устройств).

В некоторых моделях системных плат жесткие диски можно группировать в массивы RAID (англ, redundant array of independent/inexpensive disks - избыточный массив независимых/недорогих дисков), что позволяет повысить скорость передачи данных (режим чередования, обеспечивает удвоение скорости) и/или надежности хранения информации (режим зеркалирования, уменьшает доступный объем вдвое).

Периферия. Для подключения периферийных устройств используются интерфейсы USB (iuniversal serial bus - универсальный последовательный порт) и IEEE 1394. Первый из них стал стандартным атрибутом системных плат и служит для подсоединения внешних HDD и USB-флэшек, сканеров, принтеров, фотокамер и т. и. Интерфейс IEEE 1394 (он же FireWire или i-Link) в архитектуре системных плат встречается реже. Он обеспечивает скорость передачи файлов выше, чем USB. Служит для подключения различных видеоустройств, например видеокамер, а также ряда моделей внешних HDD. Может использоваться для связи двух компьютеров с целью оперативной передачи файлов.

Сетевые возможности. Для подключения компьютеров к сети в большинстве моделей системных плат предусмотрен сетевой контроллер Ethernet и соответствующий разъем, выведенный на заднюю панель. Имеются варианты, обеспечивающие скорость передачи данных как 100 Мбит/с (fast ethernet), так и 1 000 Мбит/с (gigabit ether net).

Возможности расширения. Расширение функционала компьютера происходит за счет использования специализированных плат расширения, устанавливаемых на материнскую плату в разъемы (слоты) шин расширения PCI и PCI Express. При этом чем больше слотов, тем больше плат можно установить и соответственно расширить возможности компьютера.

Платы расширения можно разделить на два основных класса: платы, обеспечивающие или расширяющие функциональные возможности ПК, и платы, позволяющие ПК работать в составе измерительных и управляющих систем.

Среди плат, обеспечивающих или расширяющих функциональные возможности ПК, можно выделить следующие типы аппаратных средств ПК, не размещаемых на системной плате:

обязательные платы расширения для минимальной конфигурации ПК: мультикарта с последовательными и параллельными портами, графический адаптер, контроллеры дисководов; платы для расширения функциональных возможностей ПК: внутренние модемы и факс-модемы, звуковые карты, адаптеры локальной сети, адаптер сканера или другого периферийного устройства, графические акселераторы;

платы для расширения коммуникационных возможностей ПК по передаче данных. К ним можно отнести и просто адаптеры с последовательными и параллельными портами, и многофункциональные адаптеры, которые включают как дополнительное количество коммуникационных портов, так и схемы, работающие на более высоких частотах, не поддерживаемых стандартными средствами ПК, или схемы, реализующие иные протоколы обмена (118-485, токовая петля, ШЕЕ 488), адаптеры локальных вычислительных сетей для беспроволочной или оптической связи.

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий

размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию форм-факторов, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей. Перечислим основные форм-факторы:

  • • устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX;
  • • современные: ATX; microATX; Flex-ATX; NLX; WTX, СЕВ;
  • • внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; ВТХ, MicroBTX и PicoBTX.

В таблице 3.1 представлены форм-факторы материнских плат, соответствующие им размеры, год выпуска и некоторые отличительные особенности, присущие этим форм-факторам.

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы «Asus», «Gigabyte», «Intel», «Elitegroup», «MSI». Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только компанию «Формоза», которая производила платы, используя компоненты фирм «Lucky Star» и «Albatron».

Форм-факторы материнской платы

Форм

фактор

Физические

размеры

Год

Примечание

АТХ

12 х 9,6 дюйма (305 х 244 мм)

1995

для системных блоков типов MiniTower, FullTower

MicroATX

9,6 х 9,6 дюйма (244 х 244 мм)

1997

имеет меньше слотов, чем АТХ

FlexATX

9,6 х 9.6 дюйма (244 х 244 мм)

1999

замена для форм-фактора MicroATX

WTX

14 х 16,75 дюйма (355,6 х 425,4 мм)

1999

для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня

Mini-ITX

6,7 х 6,7 дюйма (170 х 170 мм)

2003

допускаются только блоки питания в 100 Вт

BTX

12,8 х Ю,5 дюйма (325 х 267 мм)

2004

допускается до 7 слотов

MicroBTX

10,4 х Ю,5 дюйма (264 х 267 мм)

2004

допускается до 4 слотов

PicoBTX

8,0 х Ю,5 дюйма (203 х 267 мм)

2004

допускаются 1 слот и 4 отверстия для монтажа платы

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >