Состав типового персональный компьютер (стр. 1 )

Состав типового персональный компьютер

Обычно под набором комплектующих, объединенных понятием “типовой персональный компьютер”, понимают следующий их состав:

1. Корпус с блоком питания;

2. Системная (материнская) плата (motherboard);

3. Процессор (CPU – Control Processor Unit);

4. Оперативная память (RAM – Random Access Memory);

5. Видеокарта;

6. Монитор;

7. Жесткий диск (HDD – Hard Disk Drive);

8. Клавиатура (Keyboard);

9. Мышь (Mouse);

10. Дисковод CD-ROM (CD-RW, DVD);

11. Дисковод гибких дисков (FDD – Floppy Disk Drive);

12. Звуковая карта (Soundcard);

13. Модем;

14. Сетевая карта;

15. Источник бесперебойного питания (UPS).

Другие устройства, как то: принтеры, сканеры, дигитайзеры, видео - и фотокамеры, джойстики и прочие, по отношению к компьютерной системе являются внешними.

В настоящее время при покупке ПК нам небходимо выбрать связку:

• Процессор

• Материнская плата

• Память

Структура материнской платы современного ПК

Системная (systemboard, SB) или материнская (matheroard, MB) плата является главной составной частью ПК. Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство.

Конструктивно системная плата выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы. Количество слоев может достигать 12, но чаше всего используют 8. Между каждым слоем располагаются печатные провод­ники, выполненные из металлической фольги, которые соединяют ножки микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой.

Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ-устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль. В этом можно убедиться, осмотрев системную плату — некоторые проводники, на - пример, проложены не по прямой линии, а с изгибами в виде пружины, что уравнивает их длину.

На СП непосредственно расположены

· разъем для подключения микропроцессора;

· набор системных микросхем (чипсет, chipset), обеспечивающих работу микропроцессора и других узлов машины;

· микросхема постоянного запоминающего устройства, содержащего программы базовой системы ввода-вывода (Basic Input-Output System — BIOS);

· микросхема энергонезависимой памяти (питается от автономного расположенного на MB аккумулятора), по типу используемых электронных элементов называемая CMOS;

· микросхемы кэш-памяти 2-го уровня (если они отсутствуют на плате микропропроцессора) или кэш –память 3-го уравня.

· разъмы для подключения модулей оперативной памяти

· наборы микросхем и разъмы для системных, локальных и переферийных интерфейсов

· микросхемы мультимедийных устройств и т. д.

На рис. показан в упрощенном виде принцип построения электроники системной платы. На рисунке, в центре, между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет — набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизи­рует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тести­рует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микро­схемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое — вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях

Если посмотреть внимательно на блок-схему на рис. XX, а, то можно заме­тить, что поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только бу­ферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть да­же в идеале и в один такт системной шины. Для современных компьютерных систем подобная задержка— это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл процессора (рис. 4.2, б). При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы.

Cхематическое изображение чипсета материнской платы

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Elitegroup, AsRock. Ранее большой известностью пользовались платы фирм Abit и Epox. На сегодня обе фирмы прекратили выпуск материнских плат. Из российских производителей материнских плат можно упомянуть только компанию Формоза, которая производила платы, используя компоненты фирм Lucky Star и Albatron. Из украинских — корпорацию «Квазар-Микро».[Важный параметр материнской платы - ее форм-фактор. Именно от него зависит:

Количество слотов расширения

Слотов оперативной памяти

Интегрированных контроллеров.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы)

Как уже упоминалось выше, форм-фактор материнской платы задает не только ее геометрические размеры, но и количество слотов расширения. Например, один PCI Express и шесть PCI-слотов могут быть размещены только на платах формата АТХ или Extended ATX. На платах меньшего размера количество слотов будет другим (четыре у micro-ATX и три у flex-АТХ). Часто один-два PCI-слота заменяются одним или двумя слотами PCI Express.

Форм-фактор	Физические размеры	Спецификация, год	Примечание
XT	8,5 × 11" (216 × 279 мм)	IBM, 1983	архитектура IBM PC XT
AT	12 × 11"–13" (305 × 279–330 мм)	IBM, 1984	архитектура IBM PC AT (Desktop/Tower)
Baby-AT	8,5" × 10"–13" (216 × 254-330 мм)	IBM, 1990	архитектура IBM PC XT (форм-фактор считается недействительным с 1996 г.)
ATX	12" × 9,6" (305 × 244 мм)	Intel, 1995	для системных блоков типов MiniTower, FullTower
ATX Riser		Intel, 1999	для cистемных блоков типа Slim
eATX	12" × 13" (305 × 330 мм)
Mini-ATX	11,2" × 8,2" (284 × 208 мм)		для системных блоков типа Tower и компактных Desktop
microATX	9,6" × 9,6" (244 × 244 мм)	Intel, 1997	Имеет меньше слотов, чем ATX, также возможно использование меньшего PSU
LPX	9" × 11"–13" (229 × 279–330 мм)	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
Mini-LPX	8"–9" × 10"–11" (203–229 мм × 254–279 мм)	Western Digital, 1987	для системных блоков типа Slim
NLX	8"–9" × 10"-13,6" (203–229 мм × 254–345 мм)	Intel, 1997	предусмотрен AGP, лучшее охлаждение чем у LPX
FlexATX	9,6" × 7,5"-9.6" (244 × ?-244 мм)	Intel, 1999	разработан как замена для форм-фактора MicroATX
WTX	14" × 16,75" (355,6 × 425,4 мм)	1999	для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня
Mini-ITX	6,7" × 6,7" (170 × 170 мм)	VIA Technologies, 2003	допускаются только 100 Вт блоки питания
Nano-ITX	(120 × 120 мм)	VIA Technologies, 2004
BTX	12,8" × 10,5" (325 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается до 7 слотов и 10 отверстий для монтажа платы
MicroBTX	10,4" × 10,5" (264 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается до 4 слотов и 7 отверстий для монтажа платы
PicoBTX	8,0" × 10,5" (203 × 267 мм)	Intel, 2004	допускается 1 слот и 4 отверстия для монтажа платы
ETX и PC-104			используются для встраиваемых (embedded) систем
CEB	12" × 10,5" (305 × 267 мм)	2005	для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня
Pico-ITX	3,9" × 2,7" (100 х 72 мм)	VIA, 2007	используются в ультракомпактных встраиваемых системах

Форм-фактор AT и АТХ

В 1996 г. корпорация Intel предложила форм-фактор АТХ, который является серьезно модернизированным форм-фактором AT. Глубокой переработке под­верглась системная плата, на которой были перегруппированы все основные элементы. В частности, процессор передвинут в зону действия вентилятора бло­ка питания, что, как считалось, улучшит охлаждение процессора (оказалось, что это справедливо только для маломощных процессоров!). На системную плату штатно стали монтировать с десяток интерфейсных разъемов, которые ранее монтировались отдельно на корпусе компьютера.

Блок питания ATX, кроме стандартных для AT напряжений и сигналов, обеспечивает также напряжение 3.3 В 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 ( см. рис ). 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.

24-контактный разъем питания материнской платы ATX12V 2.x (20-контактный не имеет последних четырёх: 11, 12, 23 и 24)
Цвет	Сигнал	Контакт	Контакт	Сигнал	Цвет
Оранжевый	+3.3 V	1	13	+3.3 V	Оранжевый
+3.3 V sense	Коричневый
Оранжевый	+3.3 V	2	14	−12 V	Синий
Чёрный	Земля	3	15	Земля	Чёрный
Красный	+5 V	4	16	Power on	Зелёный
Чёрный	Земля	5	17	Земля	Чёрный
Красный	+5 V	6	18	Земля	Чёрный
Чёрный	Земля	7	19	Земля	Чёрный
Серый	Power good	8	20	Не подключен
Фиолетовый	+5 V standby	9	21	+5 V	Красный
Жёлтый	+12 V	10	22	+5 V	Красный
Жёлтый	+12 V	11	23	+5 V	Красный
Orange	+3.3 V	12	24	Земля

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.

Форм-фактор или типоразмер системной платы определяет ее размеры, тип разъема питания, расположение элементов крепления (отверстий, клипсов), размещение разъемов различных интерфейсов и т. д. Требования к максимальным размерам системных плат приведены ниже.

Наименование Ширина, мм Глубина, мм

АТХ

Mini АТХ

Micro АТХ

Flex АТХ

АТ

Baby АТ

NLX

LPX

Mini LPX

Front Side Bus (FSB)

Front Side Bus (FSB) — шина, обеспечивающая соединение между x86-совместимым центральным процессором и внутренними устройствами.

Как правило, современный персональный компьютер на базе x86-совместимого микропроцессора устроен следующим образом: микропроцессор через FSB подключается к системному контроллеру, который обычно называют «северным мостом», (англ. Northbridge). Системный контроллер имеет в своём составе контроллер ОЗУ (в некоторых современных персональных компьютерах контроллер ОЗУ встроен в микропроцессор), а также контроллеры шин, к которым подключаются периферийные устройства. Получил распространение подход, при котором к северному мосту подключаются наиболее производительные периферийные устройства, например, видеокарты с шиной PCI Express 16x, а менее производительные устройства (микросхема BIOSа, устройства с шиной PCI) подключаются к т. н. «южному мосту» (англ. Southbridge), который соединяется с северным мостом специальной шиной. Набор из «южного» и «северного» мостов называют набором системной логики, но чаще применяется калька с английского языка «чипсет» (англ. chipset).

Таким образом, FSB работает в качестве магистрального канала между процессором и чипсетом.

Некоторые компьютеры имеют внешнюю кэш-память, подключенную через «заднюю» шину (англ. back side bus), которая быстрее, чем FSB, но работает только со специфичными устройствами.

Каждая из вторичных шин работает на своей частоте (которая может быть как выше, так и ниже частоты FSB). Иногда частота вторичной шины является производной от частоты FSB, иногда задаётся независимо.

Процессорная шина

Две составляющие чипсета для “старых” процессоров получили название “северный мост” (он же Host Bridge) и “южный мост” (PCI‑to‑ISA Bridge). Северный мост непосредственно соединен с процессором специальной шиной, которая называется системной (FSB – Front Side Bus). FSB имеет ширину 64 бит (или 8 байт). У Intel эта шина называется GTL+ (AGTL+), у AMD – EV6.

Частота шины FSB – это именно та частота, которая умножается на коэффициент умножения процессора и определяет его рабочую частоту. Так, номинальная частота FSB для процессоров Celeron  была– 66 МГц, для Pentium III была – 100 или 133 МГц, для процессоров AMD (Athlon, Duron)  была– 100, 133, 166 или 200 МГц (но поскольку спецификация EV6 предусматривает передачу данных по фронту и спаду синхроимпульса, то эффективная частота в этом случае получается 200, 266, 333 или 400 МГц). Таким образом, пропускная способность шины FSB EV6 была в два раза выше шин GTL+ и AGTL+. Это сокращает время простоя процессора, ожидающего освобождения шины, осуществляющей передачу данных на удвоенной частоте, для осуществления нового цикла чтение/записи. Кроме того, повышение скорости передачи данных через процессорную шину способствовало более эффективной работе подсистемы оперативной памяти. Начиная с процессора Pentium 4 внедрился новый стандарт шины FSB. Шина процессора при тактовой частоте 100, 133, 200,266,333 МГц осуществляет передачу данных с частотой 400, 533, 800 МГц (QPB (Quad Pumped Bus), передающую данные 4 раза за цикл. Quad-pumped – 4X). Такая организация передачи увеличивает пропускную способность шины до 8533 МБ/с в отличие от 1,06 Гбайт/с шины стандарта AGTL+ с рабочей частотой 133 МГц.