Глава 3. Материнская плата

3.1. Системные платы

Системная плата является основным компонентом компьютера, на которой размещаются все его основные элементы. Ее также называют главной (Mainboard) или материнской (Motherboard) платой. Тип системной платы однозначно определяется используемым в компьютере процессором. Пара "системная плата - процессор" задает общую производительность системы и возможности подключения дополнительных устройств.

В состав любой системной платы входят следующие элементы:

• Разъем (слот) для установки процессора. Для охлаждения процессора на него крепится радиатор с вентилятором.


Рис.3.1. Структурная схема системной платы

• Специализированный набор микросхем - Chipset, ориентированный на конкретный тип процессора, т.к. каждый тип процессора характеризуется уникальным набором интерфейсных сигналов и логикой работы. Chipset обеспечивает обмен данными между процессором, памятью и периферийными устройствами.
• Кэш-память, которая имеет большее быстродействие по сравнению с основной оперативной памятью и за счет этого существенно ускоряет процесс обмена данными между основной памятью и процессором.
• Разъемы (слоты) для установки модулей оперативной памяти, тип и количество которых зависит от типа системной платы. В настоящее время наиболее распространены разъемы с 72 контактами (контакты также называют 'пинами' от англ. 'pin') для модулей SIMM и с 168 контактами - для модулей DIMM.
• Микросхема BIOS, в которой хранятся программы базовой системы ввода/вывода (BIOS).
• Разъемы (слоты) для установки карт расширения (например, видеокарта, мультипортовая карта, звуковая карта и др.) с помощью которых к компьютеру подключаются многие периферийные устройства - монитор, мышь, принтер, модем, звуковые колонки, наушники и т.д. Наиболее распространены слоты для карт стандартов ISA, PCI и AGP.
• Разъемы для подключения дисководов, винчестеров и накопителей CD-ROM, а также разъемы для параллельного и последовательных портов. При работе с устаревшими системными платами (в которых используются процессоры типа 80286, 80386 и 80486) для подключения всех этих устройств необходимо было использовать специальную карту расширения - мультипортовую карту.
• Разъем типа DIN для подключения клавиатуры.
• Разъем для подключения питания.
• Микросхемы-преобразователи напряжения питания процессора, которые преобразуют стандартное напряжение (+5 В) в набор напряжений (3.5 В, 2.8 В, 2.5 В, 2.2 В, 2.0 В и др.), необходимых для питания процессоров различных типов.
• Микросхема тактового генератора, которая вырабатывает сигнал внешней тактовой частоты для управления процессором.

3.2. Типы системных плат

Размеры всех системных плат и расстояния между отверстиями, соединяющими платы с корпусом, и расположение разъемов для установки карт расширения стандартизованы. Совокупность этих характеристик называется форм-фактором системной платы. Существует пять основных форм-факторов системных плат:

Обозначение	Размеры, см	Примечания
FullSize	35,6x30,5	Устаревший
Baby-AT	33,0x22,5	Стандартный
HalfSize (2/3 Baby-AT)	24,4x21,8	Миниплата для 80386 и 80486, пригодна для Slimline
LPX	33,0x22,9	Для корпусов уменьшенной высоты и Slimline
ATX	30,5x24,4	Для корпусов ATX
Mini-ATX	28,4x20,8	Для корпусов ATX уменьшенной высоты
MicroATX	24,4x24,4	Для корпусов ATX уменьшенной высоты
FlexATX	22,9x19,1	Миниатюрные корпуса

3.2.1. FullSize

Устаревшие сейчас платы форм-фактора FullSize (разработанные для процессоров 8086 и 80286) помещаются только в полноразмерные корпуса типа Desktop и Tower. Следовательно, главным их недостатком является невозможность установки в широко распространенные корпуса типа Mini-Tower.

3.2.2. Baby-AT

Главным достоинством плат форм-фактора Baby-AT (разработанных в основном для процессоров 80286 и 80386), появившихся в 1982 г., является то, что они могут быть установлены практически в любой корпус, кроме корпусов типа Slimline. Благодаря чему получили широкое распростанение. В настоящее время системные платы данного форм-фактора уже не выпускаются.

3.2.3. HalfSize

Системные платы форм-фактора HalfSize (разработанные для процессоров 80386, 80486, Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium-II и Celeron) являются достойной заменой Baby-AT. Они отличаются своими малыми размерами, вследствие чего платы данного форм-фактора могут быть установлены в корпус любого типа, даже в корпус Slimline. Особенностями плат форм-фактора HalfSize, начиная с плат, разработанных для процессоров Pentium, являются: Обязательное наличие интегрированных контроллеров (т.е. расположенных непосредственно на материнской плате) основных периферийных устройств: дисководов, винчестеров, параллельных и последовательных портов. Благодаря этому отпадает необходимость в использовании мультипортовой карты. Платы форм-фактора HalfSize продолжают выпускаться в настоящее время, при этом появилась тенденция к интеграции дополнительных устройств непосредственно на самой системной плате. Следует отметить, что при необходимости (например, в случае поломки или при модернизации) всегда имеется возможность отключить любой интегрированный контроллер или устройство для его замены соответствующей картой расширения.

Достоинства и недостатки интегрированных системных плат.

Начиная с середины 1996 г. широкое распространение получили системные платы форм-фактора HalfSize и ATX, на которых дополнительно стали устанавливаться видеоконтроллеры, звуковые и сетевые адаптеры, а также модемы. Достоинствами такого подхода является:

• Системная плата с интегрированными устройствами стоит дешевле, чем с аналогичными устройствами, выполненными в виде отдельных карт расширения.
• Увеличение свободного места внутри корпуса.
• Совместимость интегрированных контроллеров и периферийных устройств между собой, гарантированная производителем системной платы.

К недостаткам интегрированных системных плат можно отнести:

• Покупатель интегрированной системной платы вынужден ограничиваться имеющимся набором и техническими характеристиками встроенных на ней устройств, которые предлагаются самим производителем этой системной платы, вместо того, чтобы выбрать требуемый набор устройств и их технические характеристики самостоятельно.
• Отказ одного из интегрированных устройств может привести к выходу из строя всей системной платы.
• При модернизации компьютера нет возможности вынуть и продать ставшие уже не нужными интегрированные устройства.

3.2.4. LPX

Материнские платы форм-фактора LPX (разработанные для процессоров 80386, 80486 и Pentium) обычно устанавливаются в корпусах типа Slimline. Для экономии места внутри корпуса слоты расширения таких плат смонтированы на отдельной плате - карте адаптера, которая вставляется в обычный слот расширения системной платы перпендикулярно ей. Таким образом, карты расширения оказываются параллельными плоскости материнской платы, что позволяет уменьшить высоту корпуса. В платах такого типа все разъемы для подключения периферийных устройств находятся непосредственно на материнской плате и выходят на задную стенку корпуса (рис. 12). В настоящее время платы типа LPX сняты с производства.

Рис.3.2. Расположение разъемов на материнских платах типа LPX

3.2.5. ATX (Mini-ATX)

В 1995 г. корпорация Intel анонсировала новую спецификацию АТХ для форм-фактора материнской платы и корпуса PC. Стандарт АТХ сочетает в себе лучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и дополнительные усовершенствования. Спецификация АТХ для материнских плат предусматривает пункты, перечисленные далее.

• Интеграция на материнской плате стандартных периферийных устройств: контроллеров дисководов и винчестеров, параллельных и последовательных портов, а также (по мере необходимости) видео- и звуковых адаптеров, модемов и интерфейсов локальных сетей.
• Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода/вывода размером 15,9x4,4 см, находящейся на тыльной стороне материнской платы.
• Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания.
• Изменение местоположения CPU и модулей памяти на материнской плате. Теперь они не мешают картам расширения, их легко заменить; CPU и модули памяти располагаются около вентилятора блока питания.
• Перемещение разъемов контроллеров ввода/вывода, интегрированных в материнской плате, ближе к накопителям. Это означает, что длину внутренних кабелей данных можно уменьшить.

Рис.3.3. Расположение разъемов на материнских платах типа ATX

Первые материнские платы АТХ были представлены корпорацией Intel весной 1996 г. Эти платы имели названия Thor и Aurora для систем с CPU Pentium и Pentium Pro соответственно.

Все преимущества материнской платы АТХ проявляются в том случае, если она устанавливается в соответствующий корпус.

3.2.6. MicroATX

В декабре 1997 г. была представлена модификация материнской платы АТХ - MicroATX. От материнской платы АТХ (Mini-ATX) платы форм-фактора отличаются не только габаритами (см. табл. 4.1), но и количеством слотов для подключения карт расширения. Материнские платы MicroATX рассчитаны на 4 слота PCI, в то время как АТХ - на 7 (3 ISA и 4 PCI, причем один из них - смежный, т. е. слоты расположены настолько близко, что можно установить либо карту расширения ISA, либо PCI). Это вполне оправдано, поскольку в соответствии со спецификациями PC 98, PC 99, PC 2000 наличие в системе шины ISA не предусмотрено (для подключения устройств, ранее подключаемых к шине ISA, разработаны специальные шины USB и LPC (Low Pin Count), правда последняя не получила широкого распространения), а современные видеокарты устанавливаются в слот AGP. Кроме того, во многие современные Chipset интегрированы видео- и аудиоадаптеры. Блок питания для материнских плат MicroATX имеет меньшие размеры, чем для плат АТХ.

3.2.7. FlexATX

Форм-фактор FlexATX является модификацией форм-фактора MicroATX. Площадь такой платы меньше на 30%, чем площадь карты MicroATX. Для установки CPU на плате имеется разъем Socket 370. Слоты расширения отсутствуют, т.е. подобные материнские платы ориентированы на Chipset с интегрированными видео- и аудиоадаптерами.

Рис.3.4. Внешний вид материнской платы FlexATX