Содержание
-
Материнская плата
(англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.
-
-
Основные компоненты
Центральный процессор (ЦПУ). Набор системной логики (чипсет — англ. chipset) Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Загрузочное ПЗУ.
-
-
Северный мост
Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memorycontrollerhub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер. Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как HyperTransport и SCI. Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессоры в AMD K8 и IntelCore i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение. В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.
-
-
Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность): системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого — до какой степени может быть разогнан компьютер), оперативной памяти (тип — например SDRAM, DDR, её максимальный объем), подключенного видеоадаптера. Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.
-
Южный мост
Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controllerhub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).
-
Функционально южный мост включает в себя: контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O DMA контроллер; контроллер прерываний; PATA (IDE) и SATA контроллеры; часы реального времени (Real Time Clock); управление питанием (Power management, APM и ACPI); энергонезависимую память BIOS (CMOS); звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA).
-
-
Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire и аудио-кодек. Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства — Super I/O (контроллера ввода-вывода). Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она осталась, что интересно, неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора. Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш). APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его. Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).
-
Постоянное запоминающее устройство
Существует два основных применения флеш-памяти: как мобильный носитель информации и как хранилище программного обеспечения («прошивки») цифровых устройств. Зачастую эти два применения совмещаются в одном устройстве. Флеш-память позволяет обновлять прошивку устройств в процессе эксплуатации. NOR Применение NOR-флеши, устройства энергонезависимой памяти относительно небольшого объёма, требующие быстрого доступа по случайным адресам и с гарантией отсутствия сбойных элементов: Встраиваемая память программ однокристальных микроконтроллеров. Типовые объёмы — от 1 кбайта до 1 Мбайта. Стандартные микросхемы ПЗУ произвольного доступа для работы вместе с микропроцессором. Специализированные микросхемы начальной загрузки компьютеров (POST и BIOS), процессоров ЦОС и программируемой логики. Типовые объёмы — единицы и десятки мегабайт. Микросхемы хранения среднего размера данных, например DataFlash. Обычно снабжаются интерфейсом SPI и упаковываются в миниатюрные корпуса. Типовые объёмы — от сотен кбайт до технологического максимума.
-
-
BIOS
BIOS (англ. basicinput/outputsystem — «базовая система ввода-вывода») — реализованная в виде микропрограмм часть системного программного обеспечения, которая предназначается для предоставления операционной системе API доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам. В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих микроархитектуру x86, BIOS представляет собой набор записанных в микросхему EEPROM (ПЗУ) персонального компьютера микропрограмм (образующих системное программное обеспечение), обеспечивающих начальную загрузку компьютера и последующий запуск операционной системы.
-
Назначение BIOS материнской платы
Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры Загрузка операционной системы Утилиты, доступные без загрузки ОС Простейший драйвер Конфигурирование оборудования SLIC (Software Licensing Description Table)
-
Инициализация и проверка работоспособности аппаратуры
POST (англ. Power-OnSelf-Test) — самотестирование после включения. Проверка аппаратного обеспечения компьютера, выполняемая при его включении. Выполняется программами, входящими в BIOS материнской платы. Функции, аналогичные POST компьютера, характерны для многих современных электронных устройств — от ПЛК до смартфонов. Сокращённый тест включает: Проверку целостности программ BIOS в ПЗУ, используя контрольную сумму. Обнаружение и инициализацию основных контроллеров, системных шин и подключенных устройств (графического адаптера, контроллеров дисководов и т. п.), а также выполнение программ, входящих в BIOS устройств и обеспечивающих их самоинициализацию. Определение размера оперативной памяти и тестирования первого сегмента (64 килобайт).
-
-
Полный регламент работы POST:
Проверка регистров процессора; Проверка контрольной суммы ПЗУ; Проверка системного таймера и порта звуковой сигнализации (для IBM PC — ИМС i8255 или аналог); Тест контроллера прямого доступа к памяти; Тест регенератора оперативной памяти; Тест нижней области ОЗУ для проецирования резидентных программ в BIOS; Загрузка резидентных программ; Тест стандартного графического адаптера (VGA); Тест оперативной памяти; Тест основных устройств ввода (НЕ манипуляторов); Тест CMOS Тест основных портов LPT/COM; Тест накопителей на гибких магнитных дисках (НГМД); Тест накопителей на жёстких магнитных дисках (НЖМД); Самодиагностика функциональных подсистем BIOS; Передача управления загрузчику.
-
-
Загрузка операционной системы
Если POST удался, BIOS ищет на доступных носителях загрузчик операционной системы MBR и передаёт управление операционной системе. Операционная система по ходу работы может изменять большинство настроек, изначально заданных в BIOS. В некоторых реализациях BIOS позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные (USB и IEEE 1394) а также производить загрузку по сети (применяется, например, в так называемых «тонких клиентах»).
-
Утилиты, доступные без загрузки ОС
Старые IBM PC/XT, которые не имели полноценной операционной системы, либо её загрузка не была необходимой пользователю, вызывали встроенный интерпретатор языка BASIC. В некоторых BIOS’ах реализуется дополнительная функциональность: Воспроизведение аудио-CD или DVD-дисков. Обновление самого BIOS’а (с внешних носителей). Использование простых браузеров.
-
Простейший драйвер
IBM-совместимые компьютеры изначально конструировались как предельно расширяемые. Поэтому работа с дисками и экраном, в более ранних системах выполнявшаяся через порты ввода-вывода и блоки памяти, были реализованы через функции BIOS. Также BIOS содержит несколько важных интерфейсов, упрощающих программирование — такие, как работа с экраном в телетайпном режиме или сканирование клавиатуры — что также обусловливает её «базовость». Современные ОС, такие, как Windows и Linux, имеют свои драйверы, не использующие BIOS. Однако функциями BIOS широко пользуются простейшие ОС (такие, как DOS) — а также все ОС в момент загрузки и в «аварийных» режимах. С развитием компьютерных систем в BIOS продолжали использоваться устаревшие технологии: прежде всего «реальный режим» работы процессора x86. Для принципиальной замены BIOS рядом производителей вычислительных систем (Unified EFI Forum, UEFI) предложена и внедряется технология EFI.
-
Конфигурирование оборудования
BIOS’ы материнских плат, как правило, содержат много настроек: Настройка времени системных часов и даты календаря. Настройка периферии, не приспособленной к работе в режиме «plugandplay». Например, жёсткие диски начала 1990-х годов, работающие в CHS-режиме; COM- и LPT-порты. Запуск аппаратуры в форсированном (или, наоборот, щадящем) режиме, сброс до заводских настроек. Активация/отключение встроенного в материнскую плату оборудования (USB-, COM- и LPT-портов, встроенного видео-, сетевого или звукового адаптера). Отключение некоторых тестов, что ускоряет загрузку ОС. Активация обходных ветвей для известных ошибок ОС: например, если Windows 95 отказывается загружаться на машине без флоппи-дисковода, BIOS может перенаправить векторы IRQ так, чтобы ОС поняла, что дисковода нет. Если неудачно написанный драйвер не работает с SerialATA-винчестерами, BIOS может эмулировать поведение старого IDE-диска. Очерёдность носителей, с которых производится загрузка компьютера: жёсткий диск, USB-накопители, CD-ROM, загрузка с сетевой платы по технологии PXE и т. д. Если загрузка с первого носителя не удалась, BIOS пробует второй по списку, и т. д. Неверные настройки BIOS могут нарушить работу компьютера. Справочную информацию по настройке можно найти в инструкции к материнской плате или в сети. Программа настройки BIOS (англ. BIOS Setup) вызывается во время проверки работоспособности нажатием определённой клавиши. Наиболее распространённые — Del , F2 , F10 или Esc . Кроме того, существуют определённые комбинации клавиш, позволяющих запустить микропрограмму восстановления (перезаписи) BIOS в микросхеме в случае повреждения её аппаратно, либо вирусом, а также восстановить заводские настройки, позволяющие запустить компьютер после неверных настроек или в случае неудачного разгона.
-
SLIC (Software Licensing Description Table)
С выходом операционной системы WindowsVista, производители компьютеров стали внедрять в BIOS SLIC-таблицу (ACPI_SLIC table или SoftwareLICensingDescriptionTable). Данная таблица хранит описание сведений о лицензировании программного обеспечения. Является одним из трёх компонентов OEM OFF-LINE активации для операционной системы семейства MicrosoftWindows. Если пользователь выполняет новую установку Windows, ему необходимо иметь SLIC в BIOS’е, код продукта OEM и цифровой сертификат OEM для выполнения активации. Код продукта OEM (OEM SLP или SystemLockedPre-installation (англ.)русск.), специальный двадцатипятизначный OEM SLP ключ-лицензия доступный только крупным производителям комплектующих, является вторым компонентом OEM OFF-LINE активации. Третий же — цифровой сертификат OEM (OEM Certificate) XML-файл с расширением *.xrm-ms, который корпорация Microsoft выдает каждому крупному производителю ПК свой персональный. По определённому алгоритму операционная система проверяет эти три компонента и, при успешной проверке, автоматически активируется.
-
ExtensibleFirmwareInterface (EFI)
интерфейс между операционной системой и микропрограммами, управляющими низкоуровневыми функциями оборудования, его основное предназначение: корректно инициализировать оборудование при включении системы и передать управление загрузчику операционной системы. EFI предназначен для замены BIOS — интерфейса, который традиционно используется всеми IBM PC-совместимыми персональными компьютерами. Первая спецификация EFI была разработана Intel, позднее от первого названия отказались и последняя версия стандарта носит название UnifiedExtensibleFirmwareInterface (UEFI). В настоящее время разработкой UEFI занимается Unified EFI Forum.
-
Форм-фактор
Форм-фактор (от англ. formfactor) — стандарт, задающий габаритные размеры технического изделия, а также описывающий дополнительные совокупности его технических параметров, например форму, типы дополнительных элементов размещаемых в/на устройстве, их положение и ориентацию. Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и дополнительные 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 в будущем.
-
-
-
-
AT
AT (англ. AdvancedTechnology) — первый широко использовавшийся форм-фактор в персональных компьютерах. Данный Форм-фактор был создан компанией IBM в 1984 году и пришёл на смену ранее существовавшим форм-факторам PC и XT. В 1985 IBM представила уменьшенную версию форм-фактора — Baby AT (аналогичные уменьшенные версии форм-факторов более новых стандартов выходили с префиксом micro-). Стандарт был очень популярен вплоть до конца 1999 — начала 2001 года, когда на смену Baby AT пришёл форм-фактор ATX. Размеры материнской платы: 12х11-13" (305х279-330 мм).
-
Существенной особенностью стандарта было появление tower (башенных) версий корпуса, вынесение выключателя питания на переднюю панель и стандартизация формы и разводки разъёмов питания материнской платы, в остальном стандарт практически повторял своих предшественников. Также стали стандартными и используются в таком же виде во многих более поздних форм-факторах: способ крепления интерфейсных плат и форма «заглушки» — брекета. набор контактов на материнской плате и разъёмы для подключения находящихся на корпусе динамика, кнопки «Reset», индикаторов питания и активности жёсткого диска.
-
ATX
ATX (от англ. AdvancedTechnologyExtended) — форм-фактор персональных настольных компьютеров. Является доминирующим стандартом для массово выпускаемых, начиная с 2001 года, компьютерных систем.
-
-
Стандарт ATX определяет следующие характеристики: геометрические размеры материнских плат; общие требования по положению разъёмов и отверстий на корпусе; форму и положение ряда разъёмов (преимущественно питания); геометрические размеры блока питания; положение блока питания в корпусе; электрические характеристики блока питания;
-
Разработан и предложен производителям компьютерных систем в 1995 году компанией Intel для замены использовавшемуся долгое время AT. Кроме самой Intel, замена начала производиться поставщиками OEM-техники (HP и т. д.), затем была подхвачена поставщиками компонентов — материнских плат и блоков питания к ним. Массовое вытеснение прежнего стандарта произошло в конце 1999 — начале 2001 года. Другие современные стандарты (microATX, flexATX, mini-ITX) обычно сохраняют основные черты ATX, изменяя лишь размеры платы и количество слотов расширения. За время существования спецификация ATX претерпела ряд изменений, выразившихся в стандартах: ATX 1.0 Standard. ATX 1.1 Standard. ATX 1.2 Standard. ATX 1.3 Standard. ATX 2.0 Standard. ATX 2.1 Standard. ATX 2.2 Standard. ATX 2.3 Standard. В 2003 году Intel анонсировала новый стандарт — BTX, в частности направленный на повышение эффективности охлаждения системного блока компьютера. Основной расчёт компании на замену ATX был связан со всё увеличивавшейся рассеиваемой тепловой мощностью компонентами компьютера, в первую очередь процессорами. Начавшаяся смена формата вскоре прекратилась — большая часть компьютерной индустрии отказалась от массового распространения нового формата из-за устойчивой тенденции снижения рассеиваемой компонентами компьютера мощности. По состоянию на 2011 год, форм-фактор ATX и его производные остаются наиболее массовым и в ближайшее время его замена не планируется.
-
Питанием процессора управляет материнская плата. Для обеспечения работы управляющего блока и некоторых периферийных устройств даже в выключенном состоянии на плату подаётся дежурное напряжение 5 и 3,3 вольт. Хотя многие инструкции для безопасной замены компонентов настоятельно предлагают отключать шнур питания из розетки, многие блоки питания ATX имеют разрывающий выключатель на корпусе. Вентилятор на задней стенке блока питания может быть дополнен (или заменен) вентилятором размером 12…14 см установленным на дно БП, что позволяет создать больший воздушный поток при меньших оборотах и, соответственно, меньшем уровне шума. Расположение элементов на материнской плате ориентировано таким образом, что радиатор процессора находится на пути воздушного потока от вентилятора блока питания. Изменился разъём питания: во избежание ошибочного подключения двух похожих друг на друга разъёмов питания в предыдущем стандарте, в стандарте ATX разъём с ключом имеет однозначное включение. В виду увеличения потребляемой компьютером мощности, количество контактов в ATX разъёме питания возросло сперва до 20, затем до 24; при этом появились дополнительные разъёмы: сперва 4-х, а затем 8-и контактные, подключающие 12 вольт по отдельной линии питания. Изменилась задняя панель: в стандарте AT на задней панели было только отверстие для разъёма клавиатуры, платы установленные в слоты расширения и «брэкеты» с разъёмами, подключающимися к материнской плате посредством гибких шлейфов), устанавливались в щелевых прорезях; в стандарте ATX разъёмы для клавиатуры (и мыши) традиционно находятся сверху, остальное место на задней панели занято прямоугольным отверстием фиксированного размера, которое производитель материнской платы может наполнять разъёмами в любом порядке. В комплекте с материнской платой идёт «заглушка» (англ. IO plate) с прорезями под разъёмы конкретной материнской платы (это позволяет использовать один и тот же корпус для материнских плат с совершенно разными наборами разъёмов). Дополнительные функции «заглушки» — уменьшение излучаемого ЭМИ и образование единого контура заземления шасси.
-
Спасибо за внимание!
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.