Системные платы, виды и спецификация

Жаркентский финансово-экономический колледж Предметно-цикловая комиссия общественных и специальных дисциплин КУРСОВАЯ РАБОТА Предмет: Комплекс технических средств Тема: «Системные платы, виды и спецификация» .

Выполнила:

Малякина Надежда Александровна.

III курс 322 группа Руководитель:

преподаватель информатики Ибрагимов Рустэм Александрович п. Головацкого -2013 год.

Оглавление Введение.

1. Печатная плата.

2. Компоненты материнской платы.

2.1 Чипсет.

2.2 Центральный процессор

2.3 Оперативная память.

2.4 Кэш-память.

2.5 BIOS.

2.6 Системная шина.

2.7 Разъёмы, слоты, порты.

2.8 Контроллеры и адаптеры.

2.9 Генератор тактовой частоты.

3. Фирмы-производители системных плат.

4. Форм-факторы системных плат и их спецификации.

4.1 Устаревшие форм-факторы.

4.2 Современные форм-факторы.

4.3 Внедряемые форм-факторы Заключение Список использованной литературы Приложение Введение Как известно, ни одна электронно-вычислительная машина не способна функционировать без её главного компонента — системной (материнской) платы, основным предназначением которой является объединение всех элементов компьютера. Именно эта важнейшая часть компьютерной платформы и стала предметом изучения моей курсовой работы. В данной работе представлено не только описание самой системной платы и составляющих её элементов, но и характеристика видов и спецификаций материнских плат ПЭВМ.

Системная (материнская) плата задаёт, с одной стороны, фундаментальные параметры компьютера (тип процессора и памяти), определяющие возможный уровень производительности, а с другой — практические (форм-фактор, количество слотов расширения, наличие интегрированных устройств), определяющие потребительские свойства и возможную сферу применения.

Большинство пользователей не знают в чём отличие системных плат от материнских, ведь, по сути, это название одной и той же части ПК. Специалисты отмечают, что с технической точки зрения, материнской называется та плата, которая содержит разъёмы для подключения других печатных плат, системная же — напротив, весьма ограничена в этом вопросе и данных разъёмов не имеет. Однако на сегодняшний день такие платы встречаются крайне редко, поэтому термин «материнская плата» получил большее распространение для обозначения данного элемента. По английской терминологии системную плату называют motherboard (материнская) или mainboard (главная или системная), а вот на сленге IT-специалистов она называется «мамкой» или «материнкой» .

Системная плата представляет собой многослойную печатную плату, выполненную из диэлектрического материала, т. е. из материала, который не пропускает электрический ток.

Материнская (системная) плата — это главный функциональный модуль и связующее звено ПЭВМ, на котором располагаются:

- набор системной логики (чипсет);

- центральный процессор, сопроцессор;

- оперативная (основная) память;

- кэш-память;

- базовая система ввода-вывода (BIOS);

- набор дополнительных микросхем поддержки кэш-памяти, основной памяти, системных шин и т. п.;

- системная шина (или набор шин, например PCI ISA и др.);

- связанные с системной шиной унифицированные разъёмы (слоты, порты);

- гнёзда увеличения ресурсов;

- контроллеры и адаптеры периферийных устройств;

- генератор тактовой частоты.

Как видим, у материнской платы большой набор компонентов, которые влияют на работу всего компьютера. Вся эта конструкция устанавливается в корпусе системного блока на специальных пластмассовых стойках и крепится винтами.

Рассматривая виды системных плат, необходимо отметить, что они напрямую зависят от форм-фактора, т. е. от типоразмера. Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для ПК, места её крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъёма для подключения блока питания. Подробнее со всеми типоразмерами системных плат и их спецификациями вы сможете ознакомиться в 4-й части.

1. Печатная плата Основу системной платы составляет печатная плата. На ней располагаются сигнальные линии, часто называемые сигнальными дорожками, соединяющими между собой все элементы материнской платы. Если сигнальные дорожки расположены слишком близко друг к другу, то передаваемые по ним сигналы будут создавать друг для друга помехи. Чем длиннее дорожка и выше скорость передачи данных по ней, тем больше она создаёт помех для соседних дорожек. В результате, могут возникать сбои в работе даже сверхнадёжных и дорогих компонентов ЭВМ. Поэтому основная задача при производстве печатной платы так разместить сигнальные дорожки, чтобы минимизировать действие помех на передаваемые сигналы. Для этого печатную плату делают многослойной, многократно увеличивая полезную площадь печатной платы и расстояние между дорожками. Обычно современные материнские платы имеют шесть слоёв: три сигнальных слоя, слой заземления и две пластины питания. Однако, количество слоёв питания и сигнальных слоёв может варьироваться в зависимости от особенностей материнских плат.

На печатной плате располагаются все основные компоненты и разъёмы для подключения плат расширения и периферийных устройств. Рассмотрим более подробно все компоненты материнской платы и начнём с главного — чипсета.

2. Компоненты материнской платы.

2.1 Чипсет На первых этапах развития компьютерной техники для организации взаимодействия между основными компонентами компьютера, использовались десятки микросхем, что вызвало ряд неудобств, которые должен был исправить чипсет. Фактически 90% функциональности материнской платы зависят от выбора чипсета. Он определяет тип процессора, тип памяти, который будет установлен в системе, также чипсетом определяется возможность подключения тех или иных периферийных устройств.

Чипсет (набор системной логики) — это набор микросхем, обеспечивающий совместное функционирование центрального процессора, памяти, видеокарты, устройств ввода-вывода и других компонентов, подключаемых к материнской плате. Чипсет состоит из северного моста и южного моста (см. схему 1). Иногда северный и южный мосты объединяют в одну микросхему, такое решение называют одночиповым. Классическая структура с двумя микросхемами носит название двухмостовой схемы.

Северный мост (North Bridge, MCH — Memory Controller Hub, системный контроллер) выполняет функции контроля и направления потока данных из 4-х шин: — шины связи с процессором или системной шины (FSB, DMI, Hyper Transport, QPI); - шины связи с памятью; - шины связи с графическим адаптером (AGP, PCI Express); - шины связи с южным мостом (PCI, Hublink, PCI Express). То есть северный мост является центральным узлом материнской платы, который связывает между собой видеоадаптер, память, процессор и элементы, управление которыми совершает южный мост.

Южный мост (South Bridge, ICH — I/O Controller Hub, периферийный контроллер) включает в себя: — контроллер шины связи с северным мостом (PCI, Hublink, DMI, Hyper Transport); - контроллер шины связи с платами расширения (PCI, PCI Express); - контроллер линий связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ (USB, FireWire, Ethernet, Wi-Fi); - контроллер шины связи с жёсткими дисками (ATA, SATA, SCSI, SAS); - контроллер шины связи с медленными устройствами (шины ISA, LPC, MCA, SPI). Так же южный мост соединяется с микросхемой BIOS и микросхемой Super I/O, отвечающей за последовательные и параллельные порты.

Для соединения северного и южного мостов используется специальная шина. Разные производители чипсетов используют разные шины: Intel (шина QPI, DMI), AMD (Hyper Transport, PCI Express), Nvidia (Hyper Transport).

На текущее время двухмостовая схема построения чипсетов постепенно уходит в прошлое. Всё чаще производители интегрируют контроллер памяти на кристалл процессора (к примеру, это реализовано в структуре некоторых процессоров Intel Core ix и в ряде линеек AMD). Это позволяет поднять производительность системы за счёт уменьшения времени взаимодействия с периферийными устройствами и внутренними компонентами, ранее подключаемыми к южному мосту, но значительно усложняет конструкцию чипсета, тем самым увеличивая стоимость материнской платы.

2.2 Центральный процессор Центральный процессор управления (ЦПУ) — это основное устройство ЭВМ, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде (рисунок 1). В основе работы современных процессоров лежит вероятностная модель. Её смысл заключается в том, что процессор предсказывает последующие действия программы или пользователя, основываясь на их предыдущих действиях.

Сопроцессор — специализированный процессор, расширяющий возможности ЦПУ, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора в процессорах для ПК, начиная с Intel 486DX).

ЦП компьютера имеет ряд технических характеристик, которые определяют самую главную характеристику любого процессора — его производительность. К таким характеристикам относятся:

— Тактовая частота — это показатель скорости выполнения команд центральным процессором. Единицей одного такта принято считать 1Гц. Это значит, что если частота равна 1ГГц, то ядро процессора выполняет 1 млрд. тактов. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте системной шины.

— Разрядность — это величина, определяющая количество информации, которое ЦП способен обработать за один такт. Если разрядность процессора равна 16, значит, он способен обработать 16 бит информации за один такт. В настоящее время используются 32- и 64-разрядные процессоры.

— Кэш-память — это быстродействующая память компьютера, предназначенная для временного хранения информации (кода выполняемых программ и данных), необходимых центральному процессору. Подробнее о кэш-памяти вы сможете узнать из пункта 2.4.

— Количество ядер. Современные технологии позволяют разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора. Многоядерность, прежде всего, позволяет реализовать функцию многозадачности: распределить работу между ядрами процессора.

— Частота и разрядность системной шины. Частота шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и системной шиной компьютера. Естественно, чем выше разрядность и частота системной шины, тем выше производительность процессора. Функции системной шины представлены ниже в пункте 2.6.

Процессор на материнской плате установлен в специальном разъёме, который носит название сокет или слот1 (см. рисунок 2). Использование сокета вместо непосредственного припаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера, а также снижает стоимость материнской платы. Сокеты различаются по размеру, количеству ножек, соответственно для каждого типа процессора необходимо использовать свой слот для установки. Сокеты имеют разные варианты крепления кулера для охлаждения процессора. Существует всего несколько фирм, специализирующихся на изготовлении процессоров: Intel, AMD, Cyrix, IBM и Texas Instruments. К текущему времени популярной фирмой Intel было выпущено 7 поколений процессоров Pentium.

2.3 Оперативная память Оперативная (основная) память (от англ. Random Access Memory — «память с произвольным доступом») — энергозависимая часть системы компьютерной памяти, в которой временно хранятся данные и команды, необходимые процессору для выполнения им операций (рисунок 3). Содержащиеся в оперативной памяти данные доступны только тогда, когда на модули памяти подаётся напряжение, т. е. компьютер включён. Пропадание на модулях памяти питания, даже кратковременное, приводит к искажению либо полному уничтожению данных в ОЗУ (оперативном запоминающем устройстве). Обязательным условием является адресуемость памяти (каждое машинное слово имеет индивидуальный адрес). Оперативная память передаёт данные процессору непосредственно, либо через кэш-память. Оперативная память на современных платах формируется с использованием модулей памяти типа SIMM или DIMM, или модулей обоих типов одновременно. SIMM (Single Inline Memory Module — модуль памяти в одну линейку), односторонняя планка — модуль памяти, у которого микросхемы памяти расположены с одной стороны. DIMM (Dual Inline Memory Module — модуль памяти в две линейки), двусторонняя планка — модуль памяти, у которого микросхемы памяти расположены с двух сторон. Самые распространённые объёмы оперативной памяти сейчас: 1, 2, 3, 4 Гб. Этот объём может состоять как из одной линейки, так и из нескольких, установленных в разные слоты. Одной ОЗУ для нормальной работы компьютера не достаточно, поэтому рассмотрим ещё несколько видов памяти. Запоминающее устройство с произвольным доступом (ЗУПД) — один из видов памяти компьютера, позволяющий единовременно получить доступ к любой ячейке (всегда за одно и то же время, вне зависимости от расположения) по её адресу на чтение или запись. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) — энергозависимая память, которая используется для хранения массива неизменяемых данных. Она даёт процессору инструкции для загрузки данных с ОЗУ. Программы, находящиеся в ПЗУ называют «зашитыми», т.к. они были внесены туда на этапе изготовления микросхемы. Этот комплект программ называют базовой системой ввода-вывода (BIOS). BIOS — своеобразный инстинкт компьютера. Для того, чтобы компьютер правильно работал, необходима информация о конфигурации компьютера, которая постоянно меняется (собственно поэтому её нельзя хранить в ПЗУ). Для этого служит микросхема памяти, изготовленная по технологии CMOS. От ОЗУ эта память отличается тем, что её содержимое не стирается при выключении питания, а от ПЗУ — тем, что её содержимое можно менять.

2.4 Кэш-память Для того, чтобы уменьшить количество обращений к оперативной памяти, внутри процессора создают буферную область — кэш-память.

Кэш-память — это память компьютера с очень высокой скоростью доступа, предназначенная для временного хранения информации, необходимой центральному процессору. В кэш-памяти хранятся наиболее часто используемые данные.

Производительность оперативной памяти, сравнительно с производительностью ЦП, намного ниже. Получается, что процессор ждёт, когда поступят данные от оперативной памяти, что понижает производительность процессора, а значит и производительность всей системы. Когда процессору нужно обратиться в память для чтения или записи данных, он сначала проверяет, доступна ли их копия в кэше. Кэш-память уменьшает время ожидания ЦП, сохраняя в себе данные и код выполняемых программ, к которым наиболее часто обращался процессор (отличие кэш-памяти от ОЗУ — скорость работы кэш-памяти в десятки раз выше).

Большинство современных процессоров для компьютеров и серверов имеют как минимум три независимых кэша: — кэш инструкций (для ускорения загрузки машинного кода); - буфер ассоциативной трансляции (для ускорения трансляции математических адресов в физические); - кэш данных (для ускорения чтения и записи данных). Кэш данных часто реализуется в виде многоуровневого кэша:

— кэш-память первого уровня (L1) является самой быстрой и самой дорогой памятью. Она расположена на процессорном кристалле, работает на чистоте процессора и используется непосредственно его ядром. Ёмкость кэш-памяти первого уровня не велика в силу дороговизны и исчисляется килобайтами (обычно не более 128 Кбайт).

— кэш-память второго уровня (L2) — высокоскоростная память, выполняющая те же функции, что и кэш L1. Разница между L1 и L2 в том, что последняя имеет более низкую скорость, но больший объём (от 128 Кбайт до 12 Мбайт), что очень полезно для выполнения ресурсоёмких задач.

— кэш-память третьего уровня (L3) выполнена на быстродействующих микросхемах типа SRAM и расположена непосредственно на самой материнской плате вблизи процессора. Она значительно медленнее L1 и L2, но быстрее оперативной памяти. Понятно, что объём L3 больше объёма L1 и L2. Кэш-память третьего уровня встречается только в очень мощных компьютерах.

Кэш-память, как и обычная память, имеет разрядность. Чем она выше, тем с большими объёмами данных кэш может работать.

2.5 BIOS.

BIOS (Basic Input / Output System — базовая система ввода-вывода) — это программа, служащая интерфейсом между аппаратным обеспечением компьютера и операционной системой (ОС). Сама программа BIOS записана в специальную микросхему (см. рисунок 4). В старых системах BIOS прошивалась в микросхему ПЗУ. В современных системах используется флэш-память, и теперь, после выхода обновлений для определённых версий BIOS, с помощью перезаписи данной микросхемы возможен процесс обновления (перепрошивки).

Как только пользователь включает компьютер, первой начинает работать именно эта программа. BIOS производит начальное тестирование всей системы. Эта процедура называется POST (Power-on-Self Test). Во время неё проверяется работоспособность всех компонентов компьютера, а так же она находит и настраивает всё остальное оборудование. Если проверяемые контроллеры и аппаратура исправны и настроены, то BIOS передаёт управление операционной системе. Процедурой POST, помимо этого, выполняется и ряд других важных проверок. По планам разработчиков, основная функция BIOS должна была состоять в работе операций ввода-вывода, но это было актуально лишь во время «правления» операционных систем типа MS-DOS. В современных ОС эти функции BIOS практически не используются.

Для того, чтобы изменить настройки BIOS, существует подпрограмма BIOS Setup. Чтобы зайти в неё, необходимо нажать клавишу Delete (иногда это могут быть кнопки F2 или F10) либо сочетание клавиш, указанных на экране монитора во время включения компьютера (т.е. во время проведения тестов POST). В этом меню можно установить системное время, параметры работы дисководов и жестких дисков, увеличить (или уменьшить) тактовую частоту процессора, памяти и системной шины, шин связи и настроить другие параметры работы компьютера. Однако тут стоит быть крайне осторожным, так как неправильно установленные параметры могут привести к ошибкам в работе или даже вывести компьютер из строя. Все настройки BIOS хранятся в энергозависимой памяти CMOS, работающей от батарейки или аккумулятора. На сегодняшний день основными производителями BIOS являются Award Software, American Megatrends (AMI), Mylex, Phoenix Technologies.

2.6 Системная шина Системная шина — это «паутина», предназначенная для передачи информации между процессором и остальными электронными компонентами компьютера. Системная шина представляет собой набор проводников (металлизированных дорожек, по которым передаётся информация в виде электрических сигналов) и систему протоколов соединения устройств при помощи этих проводников. В персональных компьютерах используются системные шины стандартов PCI, ISA, EISA и VLB. Специализированная шина AGP используется для подключения видеоадаптера. В настоящее время ISA, EISA и VLB являются устаревшими системными шинами и не выпускаются на современных материнских платах. Рассмотрим основные технические характеристики системных шин разных стандартов, и начнём с шины ISA.

ISA (Industry Standard Architecture) применялась, начиная с процессора i80286 вплоть до Pentium II (в последующих моделях исключена). Тактовая частота данной шины — 8МГц, максимальная скорость передачи данных — 16Мбайт/с.

EISA (Extended Industry Standard Architecture) разработана для процессора i80386 с целью повышения производительности. Разъём шины EISA универсальный. Тактовая частота шины — 8−10МГц, максимальная скорость передачи данных в пакетном режиме — 33Мбайт/с, в стандартном — такая же, как у ISA.

VLB (VESA Local Bus) предложена ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association), является расширением шины процессора и предназначена для работы с контроллерами накопителей и видеоадаптером. Цель разработки — увеличение быстродействия ПК за счёт повышения тактовой частоты работы периферийных устройств (до 33МГц и выше). Максимальная скорость передачи данных по шине — 130Мбайт/с.

PCI (Peripherals Component Interconnect) разработана фирмой Intel, является стандартом для систем на базе Pentium, может использоваться вне зависимости от типа процессора. Спецификация PCI 2.1 обеспечивает работу с частотой 66МГц и скоростью обмена до 520Мбайт/с.

PCI Express — более усовершенствованная системная шина, пришедшая на замену PCI. Последняя ревизия шины PCI Express 3.0 была представлена в ноябре 2010 года. Суммарная пропускная способность одного канала шины равна 1.6Гбайт/с, а для 32-канальной шины — 51.2Гбайт/с. В будущем планируется выпуск ревизии PCI Express 4.0, в которой скорость будет увеличена ещё в два раза.

Наличие этих шин и интерфейсов в ПЭВМ обеспечивают контроллеры, связывающие системную шину с соответствующей локальной шиной (например, системная шина — шина PCI), или различные интерфейсы (например, шина PCI — шина ISA).

2.7 Разъёмы, слоты, порты В самом широком смысле, разъём — это общее название приспособлений для механического соединения различных устройств друг с другом. В компьютере имеется несколько разновидностей разъёмов, каждый из которых, в зависимости от назначения, имеет то или иное наименование — сокеты, слоты, порты, гнёзда, выводы, выходы, интерфейсы и др. Например, сокет — разъём для установки процессора; порт USB — разъём для подключения внешних устройств через USB-интерфейс; слот — щелевой разъём для установки печатной платы. Разъёмы, связанные с системной шиной, называемые слотами расширения.

Слот расширения — щелевой разъём, соединённый с системной шиной и предназначенный для установки дополнительных модулей (карт расширения), расширяющих конфигурацию устройства. Через слот обычно подключаются видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, POST-карты, оперативная память Apple II (в редких случаях). Слоты расширения могут быть как универсальными (PCI, PCI-Express, ISA, EISA, VLB, MCA), так и специализированными (AGP — слот для видеокарты).

Порт (от лат. portare — «нести») — один из физических каналов ввода-вывода компьютера, обычно представляемый в виде разъёма на задней стенке. На каждой материнской плате присутствуют порты PS/2 для клавиатуры и мышки, порты USB, COMи LPT-порты.

Разъёмы и порты для подключения внешних устройств вы сможете рассмотреть на рисунке 5. Разъёмы (слоты, порты) являются не менее важным компонентом материнской платы, т.к. они обеспечивают связь устройств друг с другом.

2.8 Контроллеры и адаптеры Все устройства подключаются к ПК через внешние интерфейсы или с помощью специализированных адаптеров и контроллеров (рисунок 6), встраиваемых в системную плату или размещаемых на платах (картах) расширения. Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом. Контроллер служит тем же целям сопряжения, но при этом подразумевается его некоторая активность — способность к самостоятельным действиям после получения команд от обслуживающей его программы. Сложный контроллер может иметь в своём составе и собственный процессор. На эти тонкости терминологии не всегда обращают внимание и понятия «адаптер» и «контроллер» считают почти синонимами.

Кроме того, что адаптеры и контроллеры обеспечивают обмен информацией между компьютером и внешним устройством, они также сообщают машине о его состоянии и произошедших в нём сбоях. Адаптер может прервать работу процессора, чтобы тот выполнил для данного устройства некую работу.

Сейчас каждая системная плата имеет встроенный сетевой или Ethernet — контроллер, который обеспечивает работу компьютера в локальной сети.

Периферийные устройства подключаются к тем или иным интерфейсам системных устройств. Так, например, жёсткий диск (винчестер), подключённый к контроллеру SATA системной платы, является периферийным устройством; отдельных ресурсов он не занимает — процессор к нему обращается через ресурсы контроллера SATA. Точно так же периферийным устройством является и принтер — он подключается к системному устройству (LPT-порту, контроллеру USB).

2.9 Генератор тактовой частоты Кроме описанных выше элементов, на материнской плате располагается генератор тактовой частоты (рисунок 7), состоящий из двух частей — кварцевого резонатора и тактового генератора. Это деление вызвано тем, что кварцевый резонатор не способен генерировать импульсы с частотой, требуемой для работы процессоров, памяти и шин. Поэтому синхросигналы, вырабатываемые кварцевым резонатором, изменяют с помощью тактового генератора. Изменение происходит путём деления или умножения исходной частоты для получения требуемой частоты. Таким образом, основная задача тактового генератора материнской платы — это формирование высокостабильного периодического сигнала для синхронизации работы элементов ПЭВМ.

Частота тактовых импульсов во многом определяет скорость вычислений. Так как на любую операцию, выполняемую процессором, затрачивается определенное количество тактов, то, следовательно, чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора.

Кроме тактового генератора, на материнской плате располагается множество конденсаторов, которые сглаживают скачки напряжения, тем самым повышая стабильность работы и срок службы всех элементов ЭВМ (рисунок 8).

Во 2-й схеме подробно представлено расположение перечисленного набора компонентов на системной плате.

3. Фирмы-производители системных плат Производителей материнских плат на рынке множество. Некоторые из них уже имеют имя, некоторые только «становятся на ноги», а некоторые являются «No name» — компаниями однодневками. Цена изделия в достаточной мере зависит от известности фирмы-производителя — чем популярнее фирма, тем дороже её изделия. Однако качество и возможности материнских плат зависят от известности в гораздо меньшей степени, а нередко неизвестные производители выпускают лучший товар, чем их знаменитые конкуренты.

Наиболее известными производителями материнских плат в настоящее время являются фирмы Asustek (Asus), GigaByte, Micro-Star International (MSI), Intel, Elitegroup, AsRock и др. По результатам Интернет-голосования были объявлены самые качественные материнские платы. Набрав 43.46%, лидирующую позицию заняла фирма-производитель Asus; на втором месте — GigaByte (15.4%); третье место разделили Abit и SUPoX (бывший EpoX), набрав по 9.97%; MSI — 6.35%; Intel — 2.23%; чуть выше 1% набрали такие производители, как AsRock, Albatron, Diamond Flower Inc, Elitegroup и Soltek; остальные фирмы набрали менее 1% голосов (Foxconn, Acorp, Aopen, Chaintech и др.).

Большинство компаний по производству материнских плат расположено на Тайване. Все они специализируются не только по выпуску системных плат, многие из них параллельно производят видеокарты, сетевое оборудование, электронные схемы, чипсеты, процессоры и многие другие компьютерные компоненты, а так же мониторы, ноутбуки, интернет-планшеты, мобильные телефоны и прочую электронику.

4. Форм-факторы системных плат и их спецификации Для каждой системной платы есть своя характеристика и архитектура. Материнские платы выпускаются в различных конфигурациях, включая их типоразмеры, характер начального оборудования и характер оснащения схемными элементами. Понятия «виды», «форм-факторы» и «типоразмеры» в данном случае являются синонимами.

Форм-фактор материнской платы — это стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу, расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокета центрального процессора и слотов для оперативной памяти, а также тип разъёма для подключения блока питания. Т. е. это физические параметры платы. Форм-фактор, как и любые другие стандарты, носит рекомендательный характер. Производитель в праве не соблюдать спецификацию, но при этом страдает совместимость материнской платы со стандартизированным оборудованием (периферии, карт расширения) других производителей. Такие нестандартные форм-факторы, к сожалению, являются препятствием для модернизации компьютера, поэтому от их использования лучше отказаться. Обычно несоблюдение стандарта фирмой-производителем 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 называемые «бренды», 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. Мы рассмотрим стандартные разновидности системных плат, и разделим их на три класса: устаревшие, современные и внедряемые платы.

4.1 Устаревшие форм-факторы Полноразмерная плата AT.

AT (англ. Advanced Technology) — первый широко использовавшийся форм-фактор в ПК. Плата AT по своим габаритам соответствует системной плате оригинального компьютера IBM AT. Это большая плата размером 12×13.8 дюйма (приблизительно 305×350 мм). Данный стандарт был создан компанией IBM в 1984 году и пришёл на смену ранее существовавшим форм-факторам PC и XT. Для размещения всех компонентов, необходимых для поддержки 16-разрядного процессора 286, компании IBM потребовалась системная плата большего размера, чем у плат PC и XT, поэтому в модели АТ были увеличены размеры системной платы, но при этом сохранено размещение монтажных отверстий и разъёмов. Для этого IBM просто «расширила» системную плату PC/XT в обоих направлениях. Через год после начала выпуска благодаря интеграции ряда компонентов стало возможным создание платы с использованием меньшего числа комплектующих, поэтому плата была спроектирована повторно. Форм-фактор этой платы назвали XT-286 (плата была представлена в сентябре 1986 года), именно его впоследствии переименовали в Baby-AT. Системная плата AT помещается только в полноразмерный корпус AT или Tower. Поскольку их невозможно установить в распространённых корпусах Baby-AT и Mini-Tower (по причине уменьшения размеров других узлов), производство таких плат прекратилось.

Baby-AT.

Baby-AT — это такой же форм-фактор, как и у системных плат XT (8.5×10−13 дюймов или 216×254−330 мм). Единственное отличие связано с небольшим изменением положения крепёжных отверстий. Подобные системные платы также характеризуются несколько иным расположением порта клавиатуры и других разъёмов, что связано с изменением положения монтажных отверстий. Материнские платы данного размера могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты и Slimline. Благодаря подобной универсальности Baby-AT был наиболее популярным форм-фактором с 1986 по 1996 год. Начиная с 1996 года, на смену Baby-AT пришёл форм-фактор ATX (далее Micro-ATX и NLX), поэтому рассматриваемый типоразмер стал быстро терять свои позиции. В настоящее время корпорация IBM сняла с производства материнские платы Baby-AT и перешла на выпуск материнских плат спецификации ATX.

LPX.

Размер LPX составлял 9×11−13 дюймов (229×279−330 мм), был разработан Western Digital в 1987 году для тонких клиентов. Ещё до появления ATX, первым результатом попыток снизить стоимость PC стал форм-фактор LPX, который предназначался для использования в корпусах Slimline и Low-profile. Вместо того, чтобы вставлять карты расширения непосредственно в материнскую плату, в этом варианте они помещаются в подключаемую к плате вертикальную стойку, параллельно материнской плате. Это позволило заметно уменьшить высоту корпуса, поскольку обычно именно высота карт расширения влияет на этот параметр (в названии LPX сокращение LP — Low Profile переводится как «низкий профиль», т. е. низкопрофильные корпуса уменьшенного размера). Расплатой за компактность стало максимальное количество подключаемых карт — 2−3 штуки. Ещё одно нововведение, начавшее широко применяться именно на платах LPX — это интегрированный в материнскую плату видеочип. Этот типоразмер никем, кроме как Western Digital, не был стандартизирован, и после появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором и со временем устарел.

Mini-ATX.

Размер данного форм-фактора, разработанного в 2005 году компанией Aоpen, составляет 5.9×5.9дюйма (150×150мм). Mini-ATX является уменьшенной версией ATX и размещается в таком же корпусе. Отверстия в корпусе располагаются так же, как и при модели Baby-AT. Плата Mini-ATX разработана с использованием технологии MoDT (англ. Mobile on Desktop Technology), оптимизированной для мобильных процессоров.

4.2 Современные форм-факторы.

ATX.

ATX (англ. Advanced Technology extended) — этот форм-фактор персональных настольных компьютеров является доминирующим стандартом для массово выпускаемых, начиная с 2001 года, компьютерных систем. Он стал первым революционным изменением конструкции материнских плат. В нём сочетаются лучшие особенности стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. Однако, необходимо запомнить, что конструкция АТХ физически несовместима ни с Baby-AT, ни с LPX. Размеры платы 12×9.6 дюйма (или 305×244 мм). По существу, ATX — это «лежащая на боку» плата Baby-AT с изменённым силовым разъёмом и другим местоположением источника питания. Данная архитектура устанавливается в системных блоках типов MiniTower и FullTower.

Впервые официальная спецификация АТХ была выпущена компанией Intel в июле 1995 года для замены использовавшейся долгое время платы AT. Системные платы ATX появились на рынке примерно в середине 1996 года и быстро заняли место ранее используемых плат Baby-AT. В феврале 1997 года появилась версия 2.01 спецификации ATX, после чего было сделано еще несколько незначительных изменений. В мае 2000 года выпускается последняя (на текущий момент) редакция спецификации ATX (содержащая рекомендацию Engineering Change Revision PI), которая получила номер 2.03. Компания Intel опубликовала подробную спецификацию ATX, тем самым открыв ее для сторонних производителей и фактически создав новый промышленный стандарт АТХ. Другие современные стандарты (Micro-ATX, Flex-ATX, Mini-ATX — см. рисунок 9) обычно сохраняют основные черты АТХ, изменяя лишь размеры платы и количество слотов расширения. В настоящее время данная архитектура является наиболее распространенным форм-фактором системных плат, рекомендуемым для большинства новых систем.

Micro-ATX.

Micro-ATX (µATX, mATX, uATX) — форм-фактор материнской платы размером 9.6×9.6 дюйма (244×244 мм). Представлен корпорацией Intel в декабре 1997 года как вариант уменьшенной платы АТХ, предназначенный для небольших и недорогих систем. Используется как для процессоров архитектуры х86, так и для процессоров х64. Уменьшение форм-фактора стандартной платы АТХ привело к уменьшению размеров корпуса, системной платы и блоков питания, и, в конечном счёте, к снижению стоимости всей системы. Форм-фактор разрабатывался с учётом полной электрической и обратной механической совместимости с АТХ. Материнские платы mATX могут использоваться в корпусах АТХ, но не наоборот. При выпуске материнских плат часто выпускают на одном и том же чипсете платы как формата ATX, так и mATX, при этом различие обычно состоит в количестве PCI-слотов и интегрированной периферии. Весьма часто встречается следующее различие: платы mATX выпускаются со встроенной видеокартой, ATX — без (mATX предполагается для офисной работы и, в основном, не рассчитан на игровое применение, требующее мощных видеокарт).

Flex-ATX.

Данная спецификация была разработана компанией Intel в 1999 как замена Micro-ATX. В настоящее время актуален, но не получил популярности. Flex-ATX определяет размер материнской платы не более 9×7.5 дюйма или 229×191 мм (эта системная плата является наименьшей из семейства АТХ), а также размещение на ней не более, чем 3-х слотов расширения. Flex-ATX построен на тех же базовых элементах, что и ATX, и Micro-ATX, имеет расположение отверстий для крепежа, совместимое с Micro-ATX, блок разъёмов ввода-вывода, как у ATX и Micro-ATX, но сочетает все компоненты на меньшей площади. Подобно Mini-ITX, Flex-ATX нацелен на индустриальные компьютеры.

NLX.

В отличие от довольно строгих прочих спецификаций, NLX обеспечивает производителям куда большую свободу в принятии решений. Размеры материнской платы NLX колеблются от 8×10 дюймов до 9×13.6 дюймов (203×254 и 229×345 мм). NLX-корпус должен уметь управляться как с этими двумя форматами, так и со всеми промежуточными. Особенность NLX-корпуса заключается в расположении портов USB на передней панели. Также эту архитектуру можно отличить по компоновке разъёмов портов ввода-вывода на задней панели системного блока: в левой части разъёмы располагаются в один ряд, в правой — уже в два. Низкопрофильный форм-фактор был призван заменить нестандартный LPX. Он был представлен в ноябре 1997 года и быстро завоевал популярность на рынке корпоративных настольных систем. Данная конструкция сходна с первым вариантом LPX, его можно рассматривать как улучшенную версию нестандартной LPX. Если на платы LPX нельзя было установить самые новые процессоры из-за их более крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти проблемы прекрасно разрешены. Стандарт ориентирован на использование в низкопрофильных корпусах. Для установки карты расширений используется устанавливаемая в специальный разъём на плате «ёлочка» с множественными слотами расширений. Предусмотрен AGP, охлаждение лучше, чем у LPX. Но не смотря на все эти преимущества, формат не получил широкого распространения.

WTX.

Стандарт разработан Intel в 1998 году специально для мощных серверов того времени на платформе Xeon. Несмотря на наличие к моменту появления стандарта двух других стандартов форм-факторов — АТ и АТХ, концепция которых позволяла использовать блоки питания мощности, достаточной для обеспечения нужд ПК, для мощных рабочих станций и серверов этих стандартов было недостаточно. Помимо этого, в их случае требовалась большая необходимость в обеспечении нормального охлаждения, удобной поддержке многопроцессорных конфигураций, размещении больших объёмов оперативной памяти, портов контроллеров, накопителей данных и портов ввода-вывода. В связи с этими проблемами была создана спецификация WTX, ориентированная на поддержку двухпроцессорных материнских плат любых конфигураций и различных технологий видеокарт и памяти. Эта архитектура гораздо больше плат АТХ (14×16.75 дюймов или 355.6×425.4 мм), что позволяло разместить два и более процессора. Версия 1.0 была представлена в сентябре 1998 года, а уже в феврале следующего года была разработана вторая версия (1.1). С тех пор WTX не обновлялся и его поддержка была прекращена, но архитектура распространена до сих пор.

CEB системный плата материнский чипсет Полное название конструкции — SSI CEB (CEB — Compact Bay Specification). Это стандарт плат для высокопроизводительных рабочих станций и серверов среднего уровня. Плата является производной от стандарта АТХ, её габариты составляют 12×10.5 дюйма (305×267 мм). Стандарт разработан в 2005 году совместно корпорациями Intel, Dell, IBM и Silicon Graphics в рамках форума SSI (Server System Infrastructure). Последняя из трёх версий стандарта 1.1 описывается в документе Compact Electronics Bay Specification.

4.3 Внедряемые форм-факторы.

Mini-ITX.

Семейство ITX было разработано корпорацией VIA Technologies. Конструкция Mini-ITX была разработана в 2003 году. При сохранении электрической и механической совместимости с АТХ, материнские платы Mini-ITX существенно меньше по размеру — 6.7×6.7 дюйма (170×170 мм). В 2001 году для продвижения процессора С3, купленного у Cyrix, был создан форм-фактор ITX (215×191 мм). На практике он не использовался, вместо него активно начал использоваться «уменьшенный» форм-фактор — Mini-ITX. Нередко одной из особенностей материнских плат формата Mini-ITX является наличие впаянного процессора, что удешевляет общую стоимость компьютера. Благодаря относительно низкому тепловыделению на многих материнских платах Mini-ITX используется пассивная система охлаждения. Это позволяет создавать бесшумные компьютеры, не содержащие движущихся механических деталей. Материнские платы формата Mini-ITX за счёт своего размера используются во встраиваемых компьютерах, тонких клиентах, нетребовательных по энергопотреблению, но высокопроизводительных домашних компьютерах. В 2004 году VIA представила уменьшенную версию Mini-ITX, названную Nano-ITX.

Nano-ITX.

Основан на использовании фирменных процессоров и чипсетов VIA, предназначен для построения цифровых развлекательных устройств, таких как автомобильных ПК, медиа-приставки и др. Новинка имеет размеры 120×120 мм (4.7×4.7 дюйма), что соотносимо с размером картонного конверта для DVD-диска. На одной из сторон системной платы устанавливается процессор (Intel Atom D2700 или D2500), а слот для модуля (SO-DIMM, до 4Гбайт) оперативной памяти, при этом, расположен на противоположной стороне. На новой системной плате также имеется слот Mini PCI Express, адаптер Gigabit Ethernet с соответствующим портом, порт SATA 3 Гбит/с, разъём PS/2, пять разъёмов USB 2.0, картридер для SD и SDHC, выходы D-Sub, LVDS, HDMI и 6-канальный аудиовыход. Отличие систем на базе Nano-ITX в том, что в них сочетается приемлемая скорость работы и функциональность с низким энергопотреблением и малыми размерами.

Pico-ITX.

Форм-фактор анонсирован VIA Technologies в январе 2007 года и представлен в этом же году на международной выставке офисных и информационных технологий CeBIT. Используется в ультратонких ПК и имеет габариты 3.9×2.7 дюйма (100×72 мм или 10×7 см). На ней устанавливается процессор VIA C7 с тактовой частотой в 1 ГГц, чипсеты CX700M и VX700 с интегрированным графическим ядром, память DDR2 SO-DIMM. Плата обладает четырьмя разъёмами USB, одним контроллером Ethernet и контроллером SATA-2. Кроме того, производителям удалось разместить на плате звуковую карту VIA VT1708A и универсальный картридер. Пассивное охлаждение обладает возможностью установки дополнительных модулей через слот расширения. В настоящее время материнские платы Pico-ITX разработаны также и для процессора Intel Atom серии Z500, благодаря чему этот стандарт обладает высокой производительностью при небольшом энергопотреблении (около 5Вт). Pico-ITX стал следующим шагом VIA Technologies на пути к миниатюризации компьютерных систем.

BTX.

ВТХ (от англ. Balanced Technology Extended) — стандарт, предложенный Intel в сентябре 2003 года. Предполагалось, что ВТХ придёт на смену АТХ. Плата имеет размеры 12.8×10.5 дюйма (325×267 мм). Обновлённые версии 1.0а и 1.0b были выпущены в феврале 2004 и в июле 2005 года. Полноразмерная системная плата ВТХ на 17% больше АТХ, что позволяет разместить на ней больше компонентов. К основным преимуществам форм-фактора относятся оптимизированное размещение компонентов, упрощающее передачу сигналов, улучшение прохождения воздушных потоков, крепёжный модуль SRM, масштабируемость размеров плат, возможность создания низкопрофильных систем, а также универсальный стандарт блоков питания, благодаря чему допускается использование стандартных блоков питания АТХ12V. В корпус ВТХ возможно установить и плату Micro-BTX, и плату Pico-BTX. Формат был выпущен в продажу в 2004 году, однако оказался не очень популярным, т.к. в начале 2006 года большая часть настольных компьютеров продавалась с форм-фактором АТХ или Micro-ATX. Первый компьютер форм-фактора BTX был продан компанией Gateway. Dell и HP также выпускали компьютеры в этом форм-факторе. Однако, всё увеличивающееся тепловыделение процессоров Pentium-4, которое было главной причиной создания BTX, вынудило корпорацию Intel перейти к другим путям наращивания производительности, и поколение Intel Core уже было гораздо более энергоэффективным и «холодным». Таким образом, главное преимущество BTX стало несущественным, и появились сомнения в целесообразности его дальнейшей поддержки. Но данная полноразмерная плата явилась основой для создания более компактных моделей Micro-BTX и Pico-BTX.

Micro-BTX.

Micro-BTX — корпус типа Desktop, является уменьшенной производной стандарта ВТХ. Габариты форм-фактора Micro-BTX — 10.4×10.5 дюйма или 264×267 мм. Производителем данной конструкции выступает Intel, который выпустил данные платы в 2004 году. На форм-факторе может размещаться до 4 слотов расширения и 7 отверстий для монтажа материнской платы.

Pico-BTX.

Этот низкопрофильный формат выпущен в производство так же в 2004 году. Параметры — 8×10.5 дюйма (203×267 мм). На плате размещены всего лишь 1 слот расширения и 4 отверстия для монтажа системной платы. Спецификация Pico-ВТХ вероятно стала ответом Intel на платформу Mini-ITX (производителя VIA Technologies). В то время как полноразмерная ВТХ предназначена для обычных настольных компьютерных систем, Pico-BTX нацелена на компактные развлекательные системы и автомобильные ПК.

Из вышеперечисленных моделей наиболее широко распространёнными форм-факторами, завоевавшими популярность, являются платы АТХ, Mini-ITX, BTX и CEB. В таблице 1, кроме кратких характеристик упомянутых типоразмеров, представлено также несколько других архитектур, редко встречающихся и невостребованных.

Заключение

Данная курсовая работа была нацелена на ознакомление аудитории с понятием «системная плата», с необходимыми компонентами платы, её типоразмерами. Мы выяснили, какие особенности присущи тому или иному форм-фактору, и какие фирмы-производители выпускают наиболее качественную электронную продукцию. Данная тема является актуальной и перспективной, т.к. каждый компьютер содержит материнскую плату.

Напоследок хотелось бы дать некоторые рекомендации, которые могут пригодиться в выборе материнской платы из множества существующих. При выборе необходимо обратить внимание на следующие критерии:

— Чипсет. Ведущими производителями чипсетов на сегодняшний день являются Intel и AMD. Естественно, что каждый из них работает только со своими же процессорами, а вот Nvidia имеет способность взаимодействовать с чипсетами обоих производителей. Стоит отметить, что чем выше серия чипсета, тем дороже, мощнее и производительнее будет выбранная материнская плата.

— Свойства слотов для оперативной памяти. Сейчас на рынке можно увидеть два типа оперативной памяти: устаревший DDR2 и более свежий DDR3. На самом деле DDR2 уже устарела и во многом уступает DDR3, например, в скорости работы и в цене. Частота слота для оперативной памяти определяется производителем и не имеет особого значения. Очевидно то, что материнская плата, в характеристиках которой заявлена работа с памятью типа DDR2, не будет совместима с DDR3, и наоборот.

— Видео-слоты. Если вы ищите плату для игрового ПК, то немаловажным фактором будет выбор видеокарты. На материнской плате для видеокарт, как правило, предназначен слот PCI Express. Чаще всего игровые ПК используют не одну видеокарту, поэтому при выборе платы для такого компьютера стоит обратить внимание на количество этих самых слотов и на расстояние между ними. Дело в том, что современные видеокарты из-за массивного охлаждения представляют собой довольно большую деталь и зачастую просто перекрывают соседний слот.

— Встроенные сетевые и аудио-платы имеются на всех современных системных платах, но не все платы могут ими похвастаться. На тот случай, если вас не устроит тот или иной встроенный компонент, стоит учитывать покупку его отдельно, для этого опять же надо внимательно посмотреть на имеющиеся слоты.

— Форм-фактор. Предпочтительными для персональных компьютеров являются форм-факторы типа АТХ и Micro-ATX. В сборках универсальных домашних компьютеров почти всегда установлена ATX, т.к. такие материнские платы заметно больше по размерам, а потому имеют больше различных слотов и компонентов, расположенных более удобно, чем в Micro-ATX.

— Сокеты разных производителей работают с разными процессорами. Для работы с современными процессорами Intel вам понадобится системная плата со следующими сокетами: LGA1155, LGA1156, LGA1366, а также сокет предшествующего поколения LGA775. Если же вы хотите в дальнейшем приобрести процессор от AMD, то для них используются следующие сокеты: Socket AM3, а также сокет предшествующего поколения Socket AM2+.

— Производитель. На данный момент ведущим производителем в сфере материнских плат являются Asus, GigaByte и MSI. Но это вовсе не значит, что на других производителей системных плат не стоит обращать внимания, также, неплохую продукцию выпускают: Intel, Biostar и Foxconn.

Надеюсь, данные рекомендации пойдут на пользу начинающим IT-специалистам при выборе наиболее эффективной материнской платы для того или иного ПК.

1. Беленький П. П. Информатика для ССУЗов: учебное пособие. Москва, «КНОРУС», 2005.

2. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт ПК. 17-е издание. Москва, «Вильямс», 2007.

3. Ковтанюк Ю. С. Библия пользователя ПК. Москва, «Диалектика», 2007.

4. Соломенчук В. Г. Заглянем под крышку компьютера. Москва, «НТ Пресс», 2007.

5. Соломенчук В. Г. Железо ПК 2009. Москва, «НТ Пресс», 2009.

6. Пресс Билл. Ремонт и модернизация ПК. Библия пользователя. Москва, «Диалектика», 2007.

7. all-ht.ru > Материнская плата: устройство и назначение.

8. ru.wikipedia.org > Системная плата; Компоненты системной платы; Форм-факторы системных плат.

9. hardwareguide.ru > atx — microatx — flexatx — itx.

10. forum.3dnews.ru > голосование за производителей системных плат.

11. system-repair.net > Производители материнских плат.

12. belvit.com > Computer’s > Hardware > Краткий обзор производителей материнских плат.

13. formfactors.org >Технические характеристики спецификаций системных плат.

14. algoritm. by > статья «Как выбрать материнскую плату для компьютеров?» .

Приложение схема 1. Схема северного и южного мостов чипсета.

рисунок 1. Центральные процессоры управления производителей Intel и AMD.

рисунок 2. Сокет для центрального процессора.

рисунок 3. Карты оперативной памяти.

рисунок 4. Базовая система ввода-вывода (BIOS).

рисунок 5. Разъёмы и порты для подключения внешних устройств.

рисунок 6. Адаптеры и контроллеры.

рисунок 7. Генератор тактовых частот.

рисунок 8. Кварц, транзисторы и электролитический конденсатор.

схема 2. Расположение основных компонентов на материнской плате.

рисунок 9. Наглядное сопоставление форм-факторов семейства АТХ.

Таблица 1. Форм-факторы системных плат.