Płyta główna. podtrzymania zegara.

Transkrypt

1 Płyta główna Płyta główna (ang. motherboard, mainboard) obwód drukowany urządzenia elektronicznego, na którym montuje się najważniejsze elementy, umożliwiając komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom. W komputerze na płycie głównej znajdują się procesor/y, pamięć operacyjna lub gniazda do zainstalowania tych urządzeń oraz gniazda do zainstalowania dodatkowych płyt zwanych kartami rozszerzającymi (np. PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne itp.) i zasilacza. W niektórych konstrukcjach także innych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy). Koncepcję zbudowania komputera osobistego wyposażonego tylko w minimum potrzebnych urządzeń zmontowanych na jednej płycie drukowanej oraz gniazd do których podłącza się dodatkowe urządzenia zapoczątkowała firma IBM wprowadzając komputer osobisty, zwany też PC. Budowa płyty głównej komputera typu PC: W najczęściej stosowanych konfiguracjach większość urządzeń obecnych na płycie głównej zgrupowana jest w tzw. mostku północnym oraz południowym lub zintegrowana układzie MCP. Mostek północy/układ MCP jest połączony z procesorem za pomocą magistrali FSB lub łącz Hyper Transport. W nowszych rozwiązaniach układ ten zawiera podstawowy kontroler PCIe (lub w starszych rozwiązaniach AGP) służący najczęściej do podłączenia urządzeń z rodzaju kart graficznych (także zintegrowanych) ale też wszelkich urządzeń wymieniających z procesorem i/lub pamięcią duże ilości danych (bardzo często zintegrowane karty sieciowe). Mostek południowy (jeśli występuje) jest podłączony do mostka północnego za pomocą magistrali (na przykład FSB) albo łączem typu Punkt-Punkt jak Hyper Transport. Zawiera drugi kontroler PCIe, kontrolery SATA, ATA, USB, zintegrowany kontroler dźwięku (np. AC97), kontrolery Ethernetu, etc... Jeśli na płycie głównej występuje tylko jeden układ, to najczęściej wszystkie funkcje mostka południowego i północnego są w nim zintegrowane. Poza w/w na płycie głównej zawsze jest umieszczony układ BIOSu, a także moduł RTC wraz z modułem bateryjnego podtrzymania zegara.

2 Rozmiary płyt głównych: Front Side Bus (FSB) jest występującą w wielu architekturach komputerów PC magistralą łączącą procesor z kontrolerem pamięci (najczęściej zlokalizowanym w mostku północnym). Składa się ona z linii adresowych, linii danych oraz linii sterowania. Parametry FSB (liczba linii poszczególnych typów, częstotliwość) zależne są od zastosowanego procesora. Jego następcami są DMI oraz QPI dla platform Nehalem. HyperTransport (HT) łącze typu punkt-punkt (P2P) opracowane przez HyperTransport Consortium. Sieć łączy HT wykorzystywana jest do szybkiej, z niskimi opóźnieniami, transmisji danych. Stosowane w procesorach między rdzeniami i koprocesorami, między procesorami w wieloprocesorowych komputerach, między Procesorami a innymi HT urządzeniami, między urządzeniami HT a kartami HT oraz do łączenia komputerów w wielokomputerowe clustery. Długość łącza HT to 2 m lecz zazwyczaj mniej. Zegar czasu rzeczywistego (ang. Real-Time Clock RTC) jest elementem systemów komputerowych służącym do odliczania czasu niezależnie od stanu maszyny (pracy, zablokowania, wyłączenia), montowany jest niemalże we wszystkich komputerach osobistych, serwerach i wielu systemach wbudowanych, sterownikach PLC. Konstrukcja zegara czasu rzeczywistego może być oparta o prosty układ scalony zliczający impulsy z generatora kwarcowego. Są one zasilane z baterii umożliwiającej im pracę również gdy komputer jest wyłączony. Obecnie instalowane baterie mają trwałość większą niż 10 lat. Rzadziej są stosowane akumulatory (np. w nowszych laptopach, gdzie trudniej jest wymienić baterię). Układ zegara czasu rzeczywistego może również generować dla procesora i innych elementów komputera okresowy sygnał na przykład w celu odmierzania czasu wewnętrznego komputera. Wówczas sprzęt systemu komputerowego wyniki pracy układu licznikowego przekształca i przechowuje w postaci przyjętej i zrozumiałej dla ludzi (sekundy, minuty, godziny, dzień, dzień tygodnia, miesiąc, rok). BIOS (akronim ang. Basic Input/Output System podstawowy system wejścia-wyjścia) zapisany w pamięci stałej zestaw podstawowych procedur pośredniczących pomiędzy systemem operacyjnym a sprzętem. Jest to program zapisany w pamięci ROM (Read Only Memory pamięć tylko do odczytu) płyty głównej oraz innych urządzeń takich jak karta graficzna. Obecnie większość- BIOS-ów zapisywana jest w pamięciach typu EEPROM, co umożliwia ich późniejszą modyfikację. Niektórzy producenci sprzętu komputerowego umieszczają na płytach głównych dodatkowy moduł pamięci flash, która stanowi zabezpieczenie dla podstawowego BIOS-u, gdy ten zostanie np. uszkodzony/zniszczony przez wirus komputerowy lub w niewłaściwy sposób zaktualizowany. W

3 takim przypadku zawartość zapasowego BIOS-u przepisywana jest do pierwszego, podstawowego modułu pamięci flash. Mechanizm ten nosi nazwę DualBIOS. W celu ułatwienia montażu/demontażu komputerów do ich budowy stosuje się konstrukcje modułowe. Elementy łączone są ze sobą poprzez różnego rodzaju złącza. Dotyczy to również procesorów (wczesne modele płyt PC x286, x386 często posiadały procesory wlutowywane na stałe ). Począwszy od generacji x386 standardem stało się stosowanie różnego rodzaju gniazd (ang. socket) i listw połączeniowych (ang. slot). AM3 Socket 754 Slot A Socket 775 Procesor Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora. Procesory (zwane mikroprocesorami) wykonywane są zwykle jako układy scalone zamknięte w hermetycznej obudowie, często posiadającej złocone wyprowadzenia (stosowane ze względu na odporność na utlenianie). Ich sercem jest monokryształ krzemu, na który naniesiono techniką fotolitografii szereg warstw półprzewodnikowych, tworzących, w zależności od zastosowania, sieć od kilku tysięcy do kilkuset milionów tranzystorów. Połączenia wykonane są z metalu (aluminium, miedź). Jedną z podstawowych cech procesora jest długość (liczba bitów) słowa, na którym wykonywane są podstawowe operacje obliczeniowe. Jeśli słowo ma 64 bity, mówimy, że procesor jest 64-bitowy.

4 Innym ważnym parametrem określającym procesor jest szybkość z jaką wykonuje on rozkazy. Przy danej architekturze procesora, szybkość ta w znacznym stopniu zależy od czasu trwania pojedynczego taktu. Jednym z parametrów procesora jest rozmiar elementów budujących jego strukturę. Im są one mniejsze, tym niższe jest zużycie energii, napięcie pracy oraz wyższa możliwa do osiągnięcia częstotliwość pracy. Współczesne procesory używane w komputerach osobistych wykonywane są w technologii pozwalającej na uzyskanie elementów o rozmiarach mniejszych niż 45 nm, pracujących z częstotliwością kilku GHz. Według planów największych producentów procesorów, pod koniec roku 2009 powinny pojawić się procesory wykonane w technologii 32 nm, będą nimi m.in. procesory firmy Intel znane pod nazwą kodową Westmere. Firma AMD procesory wykonane w technologii 32 nm planuje wprowadzić na rynek w połowie 2010 roku. Współcześnie większość procesorów ma wielordzeniową budowę. Pierwszym procesorem wielordzeniowym ogólnego przeznaczenia był procesor Power 4 firmy IBM wprowadzony na rynek w roku Pierwszymi procesorami wielordzeniowymi architektury x86 były wersje procesorów Opteron firmy AMD i Pentium Extreme Edition firmy Intel wprowadzone w kwietniu 2005 roku. Komputer oprócz procesora głównego (CPU) ma procesory pomocnicze: obrazu (GPU), dźwięku, koprocesory arytmetyczne. Pamięć podręczna procesora (ang. CPU cache) - jest pamięcią typu SRAM (pamięć statyczna) o krótkim czasie dostępu. Zlokalizowana jest często bezpośrednio w jądrze procesora. Zastosowanie wielopoziomowej hierarchii pamięci podręcznej pozwala, korzystając z zasady lokalności przestrzennej i czasowej na zapewnienie złudzenia posiadania szybkiej i pojemnej pamięci głównej, a więc zmniejsza średni czas dostępu do pamięci głównej. Współcześnie stosuje się 2 i 3-poziomowe pamięci podręczne. Najważniejszymi parametrami funkcjonalnymi pamięci podręcznych są: pojemność i czas dostępu. Pamięć podręczna procesora (ang. CPU cache) - jest pamięcią typu SRAM (pamięć statyczna) o krótkim czasie dostępu. Zlokalizowana jest często bezpośrednio w jądrze procesora. Zastosowanie wielopoziomowej hierarchii pamięci podręcznej pozwala, korzystając z zasady lokalności przestrzennej i czasowej na zapewnienie złudzenia posiadania szybkiej i pojemnej pamięci głównej, a więc zmniejsza średni czas dostępu do pamięci głównej. Współcześnie stosuje się 2 i 3poziomowe pamięci podręczne. L-1 cache Zlokalizowana we wnętrzu procesora pamięć podręczna pierwszego poziomu przyspiesza dostęp do bloków pamięci wyższego poziomu. L-2 cache Pamięć drugiego poziomu, o rozmiarze od 128KB do 6MB, 2,4 lub 8-drożna, o długości linii od 64 do 128 B, jest wykorzystywana jako bufor pomiędzy stosunkowo bardzo wolną pamięcią RAM a jądrem procesora i pamięcią cache L1. Na bardzo starych procesorach jak np. Pentium, Pentium II była tylko pamięć poziomu pierwszego, pamięć poziomu drugiego znajdowała się na płycie głównej. L-3 cache Pamięć podręczna procesora trzeciego poziomu jest wykorzystywana, kiedy pamięć L2 jest niewystarczająca aby pomieścić potrzebne dane. Najczęściej spotykana jest w procesorach dedykowanych do zastosowań serwerowych. SRAM (ang. Static Random Access Memory), statyczna pamięć o dostępie swobodnym typ pamięci półprzewodnikowej stosowanej w komputerach, służy jako pamięć buforująca między pamięcią operacyjną i procesorem. Słowo "statyczna" oznacza, że pamięć SRAM przechowuje dane tak długo, jak długo włączone jest zasilanie, w odróżnieniu od pamięci typu DRAM, która wymaga okresowego odświeżania. Koprocesor, jednostka zmiennoprzecinkowa (FPU, ang. Floating Point Unit) to układ scalony

5 wspomagający procesor w obliczeniach zmiennoprzecinkowych. W większości współczesnych konstrukcji, koprocesor arytmetyczny, a także jednostki obsługujące bardziej skomplikowane obliczenia (np. instrukcje wektorowe) są zintegrowane z procesorem w jednym układzie. W przeszłości jednak, koprocesor stanowił opcjonalny komponent procesora i nie był standardowym układem komputera. Twórcy płyt głównych umieszczali zwykle pustą podstawkę, w której można było zainstalować koprocesor. Jednostka arytmetyczno-logiczna (z ang. Arithmetic and Logical Unit lub Arithmetic Logic Unit, ALU) to jedna z głównych części procesora, prowadząca proste operacje na liczbach całkowitych. ALU jest układem cyfrowym, służącym do wykonywania operacji arytmetycznych (takich jak dodawanie, odejmowanie itp.) oraz operacji logicznych (np. Ex-Or) pomiędzy dwiema liczbami. ALU jest podstawowym blokiem centralnej jednostki obliczeniowej komputera. Pamięć operacyjna Pamięć operacyjna (ang. internal memory, primary storage) pamięć adresowana i dostępna bezpośrednio przez procesor, a nie przez urządzenia wejścia-wyjścia procesora. W pamięci tej mogą być umieszczane rozkazy (kody operacji) procesora (program) dostępny bezpośrednio przez procesor i stąd nazwa pamięć operacyjna. W Polsce często pamięć ta jest utożsamiana z pamięcią RAM, choć jest to zawężenie pojęcia, pamięcią operacyjną jest też pamięć nieulotna (ROM, EPROM i inne jej odmiany) dostępna bezpośrednio przez procesor. Obecnie pamięci operacyjne są wyłącznie pamięciami elektronicznymi, dawniej używano pamięci ferrytowych. W obecnych komputerach głównym rodzajem pamięci operacyjnej jest pamięć RAM, wykonana jako układy elektroniczne, wykorzystywana przez komputer do przechowywania programu i danych podczas jego pracy. RAM (ang. Random Access Memory pamięć o dostępie swobodnym) podstawowy rodzaj pamięci cyfrowej. Choć nazwa sugeruje, że oznacza to każdą pamięć o bezpośrednim dostępie do dowolnej komórki pamięci (w przeciwieństwie do pamięci o dostępie sekwencyjnym, np. rejestrów przesuwających), nazwa ta ze względów historycznych oznacza tylko te rodzaje pamięci o bezpośrednim dostępie, w których możliwy jest wielokrotny zapis, a wyklucza pamięci ROM (tylko do odczytu), pomimo iż w ich przypadku również występuje swobodny dostęp do zawartości. Pamięci RAM dzieli się na pamięci statyczne (ang. Static RAM, w skrócie SRAM) oraz pamięci dynamiczne (ang. Dynamic RAM, w skrócie DRAM). Pamięci statyczne są szybsze od pamięci dynamicznych, które wymagają ponadto częstego odświeżania, bez którego szybko tracą swoją zawartość. Pomimo swoich zalet są one jednak dużo droższe i w praktyce używa się pamięci DRAM. DIP (ang. Dual In-line Package), czasami nazywany DIL (Dual In Line) w elektronice rodzaj obudowy elementów elektronicznych, stosowany w pierwszej generacji pamięci DRAM SIPP (z ang. Single Inline Pin Package) jest drugą generacją pamięci DRAM, która powstała w wyniku zapotrzebowania na rynku na łatwy w montażu na płycie głównej rodzaj pamięci RAM. Układ SIPP używał 30 pinów wzdłuż obrzeża i wyeliminował potrzebę, aby każdy chip DRAM był montowany indywidualnie. SIPP zrewolucjonizował sposób, w jaki komputery osobiste (PC) używały pamięci RAM, ponieważ znacznie szybciej można go było zmienić na inny model.

6 SIMM (z ang. Single Inline Memory Module) to pojedynczy moduł pamięci liniowej. Jest to następna po SIPP generacja pamięci DRAM. RIMM (ang. Rambus Inline Memory Module) rodzaj modułów pamięci komputerowej, na których umieszczone są układy scalone z pamięciami typu RDRAM. Moduły RIMM pojawiły się w 1996 roku na mocy umów patentowych pomiędzy firmami Rambus i Intel. Najpopularniejsze kości typu RIMM: 160-pinowe, stosowane SO-RIMM 184-pinowe, stosowane RIMM 16-bitowe 232-pinowa, stosowane RIMM 32-bitowe 326-pinowa, stosowane RIMM 64-bitowe DIMM (ang. Dual In-Line Memory Module) złącza na płycie głównej w których można montować pamięci 168 pin SDRAM DIMMS, 184 pin DDR DIMMS, 240 pin DDR2 DIMMS Najpopularniejsze typy DIMM to: 72-pinowe, stosowane w SO-DIMM (32 bitowe) 144-pinowe, stosowane w SO-DIMM (64 bitowe) 168-pinowe, stosowane w SDR SDRAM 184-pinowe, stosowane w DDR SDRAM 240-pinowe, stosowane w DDR2 SDRAM 240-pinowe, stosowane w DDR3 SDRAM