Płyta główna chipset gniazdo procesora/ów regulator napięcia, gniazdo/a pamięci

Transkrypt

1 Płyta główna (ang. motherboard, mainboard) obwód drukowany urządzenia elektronicznego, na którym montuje się najważniejsze elementy, umożliwiając komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom. Na płycie głównej znajdują się: chipset, gniazdo procesora/ów, regulator napięcia, gniazdo/a pamięci operacyjnej, gniazdo/a do zainstalowania dodatkowych płyt drukowanych zwanych kartami rozszerzającymi (np. PCI, PCIe), kontroler wraz z gniazdami do urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne itp.), porty I/O, piny konfiguracyjne, BIOS ROM, zegara czasu rzeczywistego (RTC) wraz z modułem bateryjnego podtrzymania zegara. 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(pc). Budowa płyty głównej: Większość układów zrealizowanych na płycie głównej zgrupowana jest w dwóch układach scalonych zwanych mostkami. Bliższy procesorowi zwany mostkiem północnym oraz dalszy mostek południowy. Mostek południowy łączy się z procesorem poprzez mostek północny. Mostek północy jest połączony z procesorem za pomocą magistrali FSB lub łączy typu Punkt-Punkt np.: Hyper Transport. W nowszych rozwiązaniach układ ten zawiera podstawowy kontroler PCIe w starszych AGP. Służy on najczęściej do podłączenia urządzeń z rodzaju kart graficznych (także zintegrowanych), ale też wszelkich urządzeń wymieniających z procesorem lub pamięcią duże ilości danych (bardzo często zintegrowane karty sieciowe). Mostek południowy (jeśli występuje) jest podłączony do mostka północnego za pomocą magistrali albo łączem typu Punkt-Punkt. Zawiera drugi kontroler PCIe, kontrolery SATA, ATA, USB, zintegrowany kontroler dźwięku (np. AC97), kontrolery Ethernetu, itd... Jeśli na płycie głównej występuje tylko jeden układ, to najczęściej wszystkie funkcje mostka południowego i północnego są w nim zintegrowane. Oba mostki nazywane są często wspólnie Chipsetem. Gniazdo procesora socket lub slot do podłączenia procesora. Regulator napięcia układ generujący i stabilizujący napięcie dla procesora na wymaganych przez niego poziomach (np. 1.7 V). Składa się on głównie z zestawu cewek i kondensatorów. W nowych płytach głównych napięcie do regulatora jest pobierane z osobnego gniazda ATX 12V gniazdo/a pamięci operacyjnej płyta główna umożliwia podłączenie kilku kości pamięci SDRAM. Wraz z rozwojem płyt głównych rodzaje kości RAM się zmieniały nie zachowując kompatybilności. Wiec niekiedy płyt główne posiadały 2 rodzaje gniazd pamięci RAM. BIOS ROM(akronim ang. Basic Input/Output System podstawowy system wejścia-wyjścia) zapisany w pamięci stałej zestaw podstawowych procedur pośredniczących pomiędzy systemem operacyjnym a sprzętem. Posiada on własną pamięć, w której znajdują się informacje dotyczące daty, czasu oraz danych na temat wszystkich urządzeń zainstalowanych na naszym komputerze. Jest to program zapisany w pamięci ROM płyty głównej oraz innych kart rozszerzeń takich jak np. karta graficzna. Obecnie większość BIOS-ów zapisywana jest w pamięciach typu EEPROM, co umożliwia ich późniejszą aktualizację. BIOS wykonuje POST Power-On Self Test - testuje sprzęt po włączeniu komputera, zajmuje się wstępną obsługą urządzeń wejścia/wyjścia, kontroluje transfer danych pomiędzy komponentami takimi jak dysk twardy, procesor czy napęd CD-ROM. Inicjuje program rozruchowy. BIOS potrzebny jest w komputerach osobistych ze względu na architekturę płyt głównych, gdzie dzięki ACPI kontroluje zasilanie, jak również monitoruje temperaturę itp.bios można zmieniać za pomocą programu BIOS SETUP, np. parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość testowania pamięci RAM), a także włączać/wyłączać niektóre elementy płyty głównej, np. porty komunikacyjne, przetaktowywać procesor i pamięci RAM. Producenci sprzętu komputerowego umieszczają na płytach głównych często dodatkowy moduł

2 pamięci flash, który stanowi zabezpieczenie dla podstawowego BIOS-u, gdy ten zostanie np. uszkodzony/zniszczony przez wirusa komputerowego lub w niewłaściwy sposób zaktualizowany. W takim przypadku zawartość zapasowego układu przepisywana jest do pierwszego, podstawowego modułu pamięci flash(dualbios). Zegar czasu rzeczywistego (ang. Real-Time Clock RTC) element systemów komputerowych służący do odliczania czasu niezależnie od stanu maszyny (pracy, zablokowania, wyłączenia), montowany jest niemalże we wszystkich komputerach osobistych. Konstrukcja zegaru czasu rzeczywistego może być oparta na prostym układzie scalonym zliczającym impulsy z generatora kwarcowego. Są one zasilane z baterii umożliwiającej im pracę również, gdy komputer jest wyłączony. Rzadziej są stosowane akumulatory (np. w nowszych laptopach, gdzie trudniej jest wymienić baterię). Najważniejsi producenci płyt głównych: Asus Gigabyte MSI Asrock Foxconn Rodzaje (formaty) płyt głównych: Można wyróżnić kilka popularnych formatów płyt głównych stosowanych w komputerach PC. Różnią się one rozmiarem, rozmieszczeniem głównych elementów, gniazd i otworów montażowych Do bardziej popularnych należy zaliczyć: AT (ang. Advanced Technology) standard konstrukcji płyt głównych oraz zasilaczy i obudów komputerowych do nich. Standard AT został udostępniony w 1984 r. przez IBM. W odróżnieniu od wcześniejszych standardów: PC i XT, rozpowszechnił się bardzo szeroko ze względu na rozkwit rynku komputerów w latach 80. Standard ten wyróżnia się między innymi: przełącznikiem stanowym, który ma stan włączony lub wyłączony, najpierw należy zamknąć system operacyjny, a następnie wyłączyć komputer, jednym złączem DIN służącym do podłączenia klawiatury, brakiem jednolitego standardu umiejscowienia elementów, skutkującym umiejscowieniem niektórych elementów w taki sposób, że uniemożliwiają instalację innych, np: umiejscowienie zasilacza uniemożliwia dostęp do pamięci operacyjnej, dwa prawie jednakowe złącza zasilania, których jednakowy wygląd często doprowadzał do uszkodzenia płyty głównej, znajdowały się tam 2 napięcia zasilania 5v i 12v, gniazda szeregowe i równolegle podłączone były za pomocą taśmy. Baby AT standard konstrukcji płyt głównych oraz zasilaczy i obudów komputerowych wprowadzony przez firmę IBM w 1985 roku. Płyty Baby-AT miały wymiary 220x330 mm i były wykorzystywane z procesorami Intel i wczesnymi modelami Pentium. ATX (ang. Advanced Technology Extended) standard konstrukcji płyt głównych oraz zasilaczy i obudów komputerowych do nich. Standard ATX został opatentowany przez firmę Intel w 1995 roku. Był to spory krok naprzód w porównaniu do wcześniejszych konstrukcji typu AT, które królowały przez wiele lat. Zmiany Układ płyty głównej. Ścisłe określenie położenia niektórych elementów pozwoliło na pewną niwelację niedociągnięć w budowie wcześniejszych płyt. Standard ATX jednoznacznie określa, w którym miejscu ma się znajdować procesor. Pozwoliło to na instalowanie dłuższych kart w slotach PCI oraz ISA. Wcześniej przeszkadzała w tym lokalizacja procesora. Lepsze rozmieszczenie poszczególnych komponentów zezwoliło na

3 zredukowanie plątaniny kabli oraz łatwiejszy dostęp do niektórych części (np. moduły pamięci umieszczone na środku, kontrolery FDD i IDE bliżej samych napędów). Gniazdo zasilające płytę główną zastąpiono większymi, jednoczęściowym gniazdem. Porty. Niewiele portów, zwykle tylko port klawiatury, widocznych na tylnej ściance obudowy w konstrukcjach AT wychodziło bezpośrednio z płyty głównej. Trzeba było korzystać z dodatkowych przejściówek (np. w przypadku portów szeregowych i równoległych). Standard ATX zakładał taką konstrukcję płyt i obudów, aby możliwe było umieszczenie portów bezpośrednio na tylnej ścianie obudowy. Funkcja Soft Power. Umożliwia ona kontrolę zasilania z poziomu systemu operacyjnego oraz umożliwia oszczędzanie energii, poprzez wprowadzanie komputera w stan uśpienia po dłuższej bezczynności. Chłodzenie. Dzięki zmienionej konstrukcji obudowy, poprzez jednoczesny nawiew i wywiew powietrza, chłodzenie komputera stało się bardziej wydajne. Urządzenia zintegrowane. W starszej wersji płyty AT nie było żadnego urządzenia zintegrowanego. W nowej wersji typu ATX pojawiły się już zintegrowania(karty graficzne, karty dźwiękowe, karty sieciowe) Konstrukcje ATX używały 20-pinowego łącza zasilania zlokalizowanego na płycie głównej. Nowsza specyfikacja zaleca używanie 24-pinowych łączy aby umożliwić zasilanie szyny PCI Express. microatx (µatx) zmodyfikowana wersja standardu ATX. Zmiany Płyta główna została pomniejszona do wielkości 244 x 244 mm (9.6" x 9.6") głównie przez ograniczenie liczby slotów do 4 slotów AGP, PCI, ISA lub PCI Express. Opracowano równolegle standard zasilacza o pomniejszonej wielkości (SFX) pozostawiając jednak możliwość korzystania w płytach microatx z zasilaczy w standardzie ATX. FlexATX standard konstrukcji płyty głównej, powstałej jako zmniejszona wersja płyt ATX. Specyfikacja formatu została wydana przez firmę Intel w 1999 roku jako rozszerzenie specyfikacji microatx. Używa takiego samego rozmieszczenia otworów montażowych co microatx oraz takich samych paneli I/O jak ATX i microatx. Płyta FlexATX nie może być większa niż mm i nie może mieć więcej niż 2 gniazda rozszerzeń. BTX (ang. Balanced Technology Extended) standard konstrukcji płyt głównych oraz zasilaczy i obudów komputerowych, który został zaproponowany w 2004 roku przez firmę Intel jako następca standardu ATX. Zmiany dotyczą przede wszystkim takiego rozmieszczenia elementów płyty głównej, aby strumień chłodzącego powietrza przepływał od przodu do tyłu obudowy komputera, a wydzielające dużą ilość ciepła komponenty oddawały je w jego kierunku. W przedniej części obudowy umieszczony jest duży, dobrej jakości wentylator, który chłodzi radiator procesora oraz wymusza obieg powietrza we wnętrzu obudowy. Elementy wydzielające ciepło, takie jak karta graficzna czy moduły pamięci, umieszczone są równolegle do strumienia, by nie powodować jego zaburzeń. Jednocześnie zmniejszono wymagania odnośnie przestrzeni potrzebnej do budowy pełnowymiarowych konstrukcji (zwłaszcza pod względem wysokości), co stanowi krok w kierunku platform serwerowych, zwłaszcza kasetowych. Z planów firmy Intel wynika, że firma zamierza uśmiercić standard płyt głównych BTX, niedoszłego następcę zadomowionego na rynku od lat formatu ATX. NLX - standard konstrukcji obudów i płyt głównych komputerów wprowadzony na rynek przez firmę Intel w 1996 roku. Specyfikacja ta powstała po to, aby ułatwić montaż i demontaż urządzeń w komputerze (np. dyski twarde montowane są na zaczepach, a nie za pomocą śrub), a także dostęp do poszczególnych komponentów komputera, takich jak pamięć RAM czy płyta główna. Komputery oparte na architekturze NLX są produkowane i rozprowadzane przez dużych sprzedawców i praktycznie nieosiągalne w obrocie detalicznym, gdzie najpopularniejszym

4 formatem jest ATX. WTX (ang. Workstation Technology Extended) rodzaj płyty głównej stworzonej przez firmę Intel w 1998 roku. Głównym zastosowaniem płyt w standardzie WTX są serwery i stacje robocze typu high-end często wieloprocesorowe wyposażone w kilka twardych dysków. WTX posiada architekturę umożliwiającą łatwiejsze uaktualnienie konfiguracji poprzez wymianę modułu specjalnego karty rozszerzającej "Riser Card" zawierającej układy oraz złącza komunikacyjne. mini-itx standard płyt głównych o wymiarach 17x17 cm, zaprojektowany przez VIA Technologies w 2001 roku. Płyty te cechują się zazwyczaj jednym złączem PCI bądź PCI Express Posiadają one dość słabe akceleratory graficzne i niemożliwy do wymiany procesor wlutowany w płytę główną, gdy procesor ulegnie uszkodzeniu płyta główna jest już bezużyteczna. Nano-ITX - format miniaturowej płyty głównej o wymiarach 120 x 120 mm. Istnieje jeszcze mniejszy format płyty głównej o nazwie Pico-ITX o wymiarach 100 x 72 mm. ROM (ang. Read-Only Memory - pamięć tylko do odczytu) - rodzaj pamięci półprzewodnikowej urządzenia elektronicznego, w szczególności komputera, z której dane można tylko odczytywać, a zapis jest niemożliwy, trwa długo lub może wymagać dodatkowych czynności lub sprzętu. W tego typu pamięciach przechowywane są dane, które muszą być zachowane, nawet jeśli urządzenie nie jest zasilane. Określenie ROM stosowane jest też także do niepółprzewodnikowych niekasowalnych nośników danych, na przykład CD-ROM, DVD-ROM. Ze względu na metodę zapisu najpopularniejsze rodzaje pamięci ROM to: ROM (MROM) - pamięci tylko do odczytu. Ten typ pamięci programowany jest w trakcie procesu produkcyjnego. Czasami ROM określana jako MROM (Mask-programmable ROM). PROM (ang. Programmable ROM) - programowalna pamięć tylko do odczytu. Jest to pamięć jednokrotnego zapisu. Pierwsze pamięci tego typu były programowane przez przepalenie cieniutkich drucików wbudowanych w strukturę (tzw. przepalanie połączeń ), które zazwyczaj przeprowadza się w programatorach. EPROM (ang. Erasable Programmable ROM) - kasowalna pamięć tylko do odczytu. Do której zaprogramowania potrzebne jest specjalne urządzenie, zwane programatorem PROM (PROM Programmer albo PROM Burner). Pamięć tego typu do powtórnego zaprogramowania wymaga kasowania, które przeprowadza się poprzez naświetlanie ultrafioletem. Pamięci tego typu montowane są zazwyczaj w obudowie ceramicznej z okienkiem ze szkła kwarcowego umożliwiającym skasowanie. EEPROM (ang. Electrically Erasable Programmable ROM) - pamięć kasowalna elektrycznie. Wykonywana w różnych postaciach, różniących się sposobem organizacji kasowania i zapisu. Flash EEPROM - rodzaj pamięci EEPROM, w których kasowanie odbywa się jednocześnie dla określonej w danym modelu części pamięci. Przy zapisywaniu dane są gromadzone w buforze i zapisywane razem. Test POST jest przeprowadzany w kilku fazach. Faza pierwsza to sprawdzenie obecności i prawidłowości działania układów niezbędnych do działania komputera. Na tym etapie nie jest dostępna jeszcze żadna karta rozszerzenia i błędy są komunikowane przez miniaturowy głośnik (ang. PC speaker) umieszczony w obudowie jednostki systemowej. W pierwszej kolejności jest testowana poprawność pracy procesora, później pamięci RAM i następnie karty graficznej. Niepomyślny wynik POSTu skutkuje serią odgłosów wydanych przez głośnik. Odgłosy te, a dokładniej ich ilość i czas trwania są kodem błędu. Korzystając z instrukcji obsługi możemy ustalić, co jest przyczyną problemów. ACPI (ang. Advanced Configuration and Power Interface, zaawansowany interfejs zarządzania konfiguracją i energią) otwarty standard opracowany przez firmy Intel, Microsoft i Toshiba.

5 ACPI zwiększa możliwości systemów zarządzania energią oferowane przez wcześniejsze rozwiązanie APM. Umożliwia systemowi operacyjnemu kontrolowanie ilości energii dostarczanej do poszczególnych urządzeń komputera (napędu CD-ROM, twardego dysku oraz urządzeń peryferyjnych) i, podobnie jak APM, umożliwia ich wyłączanie, gdy nie są używane a konieczne jest oszczędzanie energii. Najnowsza wersja specyfikacji ogłoszona została 6 grudnia Program rozruchowy (ang. boot loader) działający na zasadzie bootstrapu (z ang. pull oneself up by one s bootstraps podnieść się ciągnąc za własne sznurowadła) program uruchamiany jako pierwszy po wykonaniu BIOS-u (lub EFI), służący do załadowania systemu operacyjnego do pamięci operacyjnej komputera. Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) interfejs pomiędzy systemem operacyjnym a firmware, opracowywany jako następca BIOS-u w komputerach osobistych. Pomysł EFI został opracowany w firmie Intel na potrzeby procesora serwerowego Itanium. Obecnie prace nad systemem koordynowane są przez organizację Unified EFI Forum. Jedną z cech EFI jest możliwość pisania dla niego sterowników. W takim wypadku sterownik jest niezależny od systemu operacyjnego. Ponadto UEFI pozwala na obsługę dysków twardych większych od 2 TB, maksymalnie 8192 EB dzięki nowej procedurze do zarządzania dyskami o nazwie GPT. W UEFI są także minisystemy operacyjne (UEFI Shell), które obsługuje się poleceniami tekstowymi. Ta funkcja przeznaczona jest dla serwisantów komputerowych. Niektórzy producenci oferują własne minisystemy dla UEFI które uruchamiane są z płyty CD/DVD. Apple od roku 2006 stosuje EFI w swoich komputerach,nie ma natomiast możliwości wejścia w jego opcje.