Материал опубликован - 05/07/2001

Часть 1 - Основы

Некоторые люди считают материнскую плату несколько загадочным и сложным компонентом в системе. Большинство покупают материнскую плату, основываясь на цене, думая, что все системные платы в по существу одинаковы. Эту точку зрения вполне можно понять, ведь системная плата особой функциональности не несет - судите сами, она не хранит никакой информации, не производит никаких вычислений и печатает. По сути, все материнские платы играют роль посредника между всеми компонентами, за счет которых происходит работа с реальной информацией.
Материнская плата по существу очень важный компонент в вашей системе и, надо заметить, что общая производительность системы часто зависти от МП не менее, чем от процессора и ОЗУ. Каждый элемент должен взаимодействовать с котроллером (устройство для обмена данными с какой-либо подсистемой или другим устройством компьютера), который передает данные в систему и из системной памяти, после чего подключается процессор. Эти элементы есть - жесткие диски, накопители на гибких магнитных дисках, CD-ROM'ы, принтеры, мыши, клавиатуры, мониторы… список очень большой. Так же существует контроллер, который обрабатывает данные между процессором, кэш памятью и основной памятью системы. Эти контроллеры обеспечивают надежность системы, совместимость и производительность всей вашей системы, со всем большинством компонентов, расположенных на самой системной плате.

Часть 3 - Установка МП

Если вы никогда не устанавливали МП, то вам лучше прочитать все статью, и приступать только после полного осмысления того, что вы делаете. Вам так же стоит просмотреть Руководство Пользователя (или, как еще говорят в народе "мануал") вашей МП, чтобы определиться с расположением всех слотов, джамперов, переключателей и разъемов. Руководство так же может включать некоторые полезные советы по обращению с вашей МП, установке и настройке МП. Даже, если у вас уже есть опыт в установке МП, вы, все же, сможете почерпнуть некоторую полезную информацию в этом обзоре.

В этой части мы поближе взглянем на строение МП, а так же узнаем, что нам могут предложить чипсеты. Вместо того, чтобы фокусировать свое внимание на таких вещах, как ISA/PCI/AGP слоты, SIMM/DIMM разъемы, гнезда для процессоров и других очевидных компонентах, мы взглянем на электрические компоненты, которые определяют общее качество и стабильность платы.

PCB [Printed Circuit Board] - Печатная плата

Печатная плата это и есть плата, на которой размещаются все компоненты. PCB обычно состоит из нескольких слоев, состоящих из плоских камедевых пластин, между которыми находятся элементы цепи - соединительные линии, которые называются "дорожки". Обычная PCB имеет четыре таких слоя, два слоя, которые находятся сверху и снизу являются сигнальными слоями. Два слоя, которые находятся посередине будут использованы как заземление и пластина питания (см. Рис. 1). Путем помещения пластин питания и заземления в центр, была достигнута наивысшая коррекция и защита сигнала.

Рис. 1

Для некоторых МП нужно шесть слоев, такими МП являются МП, разработанные для двухпроцессорных систем или же когда количество контактов процессора превышает 425 контакта. Это потому, что сигнальные дорожки должны быть расположены вдали друг от друга, чтобы предотвратить перекрестные помехи и дополнительные слои решают эту проблему. Платы, состоящие из шести слоев, могут иметь три или четыре сигнальных слоя, одну пластину заземления и одну или две пластины питания. В новых чипсетах три-четыре сигнальных слоя и две пластины питания вполне достаточно для того, чтобы выдерживать дополнительные потребности в энергопотреблении (см. Рис. 2).

Рис. 2

Разметка и длина дорожек очень важна для нормальной работы системы. Основная задача снизить любое искажение сигнала из-за пересечения дорожек. Чем длинней дорожка и/или выше скорость передачи сигнала, тем больше перекрестных помех, откуда следует, что нужно увеличить расстояние между дорожками. Некоторые дорожки должны быть максимальной длины для сохранения непрерывности сигнала, например, такие, которые подходят напрямую к процессору. Все дорожки, подключенные к различным компонентам, должны быть не больше установленной допустимой длины.
МП могла бы использовать компоненты высоко качества, но все же она оставалась бы ненадежной, так как любая разметка дорожек создает некоторые проблемы с непрерывностью сигнала. Единственный способ узнать является ли непрерывность сигнала проблемой это измерить сигнал осциллографом или каким-нибудь специальным прибором, созданным для этой цели. Для оверклокеров это может быть наиболее важным потому, что продукт может быть использован с нестандартными настройками и параметрами отличными от тех, для которых он был разработан и, если разметка "хромает" могут возникнуть проблемы с надежностью и стабильностью работы продукта.

Регуляторы напряжения

Различные компоненты, установленные на МП потребляют различное количество напряжения. Наиболее распространенные компоненты потребляют 5В (такие как чип BIOS-а, часы реального времени, контроллер клавиатуры, DRAM чипы) и 3.3В (L2 кэш, чипсет, SDRAM чипы). Процессор может потреблять от 2В до 8В. Скачки напряжения могут легко повредить все компоненты, и чтобы этого не произошло, на плату устанавливается регулирующая плата.
Главный источник питания дает 5В прям на МП, следовательно, для некоторых компонентов системы требуется регуляция мощности. Хорошо, если есть дополнительный модуль, который называется VRM (модуль стабилизатора напряжения), или плата регулятора напряжения встроенных в интегральную схему и впаянных в PCB. На процессорах Pentium, в основном требуется два регулятора напряжения - один для контроля напряжения на I/O (3.3В), а другой для самого процессора или, как еще говорят напряжение на ядре процессора.
Для того, чтобы использовать как можно больше различных типов процессоров, схема должна держать определенный диапазон напряжения. Для этого обычно на плату устанавливается набор резисторов соединенных с рядом контактов. Когда определенные контакты замыкаются перемычкой вся схема трассируется через отдельный резистор (или набор резисторов), что обеспечивает нужное напряжение на процессоре. Сейчас на большинстве МП стоит так называемый автодетект (автоопределение), это значит, что схема сама определяет и распределяет напряжение, что исключает потребность в джамперах.
Большинство процессоров класса Pentium известны как "пластина с удвоенным потреблением энергии" или "двойной вольтаж" процессоры потому, что у них напряжение на ядре отличается от напряжения на чипсете и других компонентах (напряжение на I/O). С другой стороны, модели процессоров Pentium старого класса потребляют 3.3В или 3.5В входного напряжения. Их называют процессоры "питающиеся от одной пластины" и МП на которые они устанавливаются должны обеспечивать нужное напряжение. Для этого второй регулятор напряжения обычно отключают либо через джамперы (VRE) либо автоматически с помощью компонента MOSFET (канальный полевой униполярный МОП-транзистор).

Конденсаторы

В различных обзорах на сайтах большое внимание уделяется конденсаторах на МП. Не смотря на то, что конденсаторы действительно важны, некоторые сайты даже указываю, что же такого в этих конденсаторах. Для начала подсчитайте количество конденсаторов на вашей МП и посмотрите какого типа у вас конденсаторы оксидно-электрические алюминиевые или танталовые.
Конденсаторы обеспечивают ровный поток напряжения в схеме. Это очень важно потому, что потребление энергии процессором может меняться мгновенно от низкого к высокому и наоборот, особенно когда выполняется режим приостановки работы (HALT) или возвращение в нормальное состояние. Регуляторы напряжения не могут реагировать мгновенно на изменения, для этого и "сглаживается" напряжение, точно так же, как дампа регулирует поток воды в реке.
Причина по которой танталовые конденсаторы могут быть предпочтительней, чем алюминиевые в том, что алюминиевые оксидно-электрические конденсаторы имеют особенность опустошаться через определенный промежуток времени, а следовательно терять свою емкость, в качестве их основного свойства можно отнести не точность, а скорее всего их чувствительность к высокой температуре. Но не смотря ни на что, существуют электролитические конденсаторы, у которых эффективное время работы достигает 20 лет - мне кажется, более чем достаточно для МП, которая устареет через пять лет, а то и того раньше.
Важный фактор при выборе некоторых конденсаторов (не считая его емкость) это значение ESR, или Equivalent Series Resistance (эквивалент последовательности сопротивления). Как правило, нужно всего несколько параллельно соединенных конденсаторов для того, чтобы эффективно защитить схему и держать низкое сопротивление. Сопротивление понижает напряжение и, вследствие этого, вырабатывается тепло, следовательно, значение ESR должно быть как можно меньше. Из всего следует, что расположение и значение ESR конденсаторов являются критическими факторами, и не важно из какого материала сделан конденсатор.

Генератор тактовых импульсов (Clock Generator Chip)

Каждый компонент в компьютере работает по импульсным тактам - но не каждый компонент работает на одних и тех же тактах. ISA, PCI, AGP, USB и системная шина - все работают на скоростях отличных друг от друга и поэтому требуют свой собственный тактовый сигнал. Процессору тоже нужен тактовый сигнал так же как и синхронным чипам памяти, таким как SRAM, использующимся как L2 кэш и SDRAM использующимся как главная память, тоже нужен сигнал. Так вот генератор тактовых импульсов и генерирует все эти тактовые сигналы.
Каждый чипсет МП имеет особые характеристики, которые выражаются в синхронизации (стробировании), но он не генерирует обычные тактовые сигналы. Генераторы тактовых частот разработаны для особых чипсетов на МП и определяет какой будет тактовая скорость системы, так же как и определяет какой будет скорость шины PCI. Скорость шины AGP может быть определена, а может и не быть определена генератором тактовых частот, как, например, в чипсете i440BX. Такты шин ISA и USB имеют постоянную скорость и также генерируются генератором.
Производители МП скорее всего выберут генератор часто, который будет встроен в чипсет, где будет содержаться информация о том, сколько PCI и SDRAM слотов будут реализованы и какие частоты должна поддерживать системная шина. Если бы даже чипсет позволял иметь различные такты PCI для делителей системной шины, генератор частот мог бы не разрешить. Многих пользователей интересует, почему скорости системной и PCI шины частично управляется МП. Ответ лежит в особенностях работы генератора частот.

BIOS и RTC (часы реального времени)

Для тог, чтобы компьютер запустил операционную систему, ему нужна "программа раскрутки". Эта программа загрузки загружается из специально отведенного участка памяти и дает ровно столько информации, сколько надо для того, чтобы получить доступ к компонентам необходимым для полной загрузки операционной системы. Например, программа должна загрузить информацию об устройстве для FDD и HDD, а так же для видео системы.
На компьютере эта информация храниться в чипе постоянной памяти, которая называется BIOS (Basic Input/Output System). Этот чип может иметь примерно от 512Kб до 4Мб памяти, который программируется на заводе и может быть перепрограммирован только программой, которая включает специальный режим в котором память может быть перезаписана новой загрузочной программой. Эту процедуру обычно называют "Прошивкой BIOS-а".
Когда компьютер включен, запускается специальный процесс, называемый Power-On Self-Test (POST)(Само-Проверка-При-Включении), который определяет процессор, сколько установлено памяти и все ли зарегистрированные компоненты присутствуют и работают. После того, как эта операция выполнена, алгоритм загрузки на каждом загружаемом устройстве ищет специальный набор инструкций. Первый набор инструкций, который удовлетворяет критерию, загружается в память и извлекается. Если все настроено правильно, эти инструкции завершат процесс загрузки, загрузив операционную систему.
Для того, чтобы дать BIOS-у знать какой специальный компонент должен поддерживаться, существует интегральная схема CMOS, которая содержит особые параметры пользователя, которые считываются сразу после того, как определен процессор. Эта схема обычно встраивается в чип часов реального времени (Real Time Clock [RTC]), в котором содержится информация о дате и времени. До меню параметров в CMOS можно добраться через специальное меню во время процесса Power-On Self-Test (POST)(Само-Проверка-При-Включении), в основном это меню появляется в при нажатии клавиши DEL в то время как производится подсчет памяти и далее изменения вводятся в ручную. Эти изменения должны быть сохранены для того, чтобы они вступили в силу.
Если приборы настроены не правильно, система может не загрузить операционную систему или компоненты будут не доступны после загрузки операционной системы. RTC и CMOS хранят информацию только тогда, когда поступает напряжение, которое подается из небольшой батареи на МП. Если эта батарея повреждается или отсоединяется, информация в CMOS теряется и должна быть введена заново во время следующей загрузке.

Другие компоненты

Все больше и больше чипсетов начинают поставляться со встроенными контроллерами. А ведь было время, когда даже IDE и FDD контроллеры были отдельными, но на сегодняшний день большинство чипсетов имеют встроенные основные контролеры, которые требуются для поддержки общих приборов, включая клавиатуру, мышь PS/2 и USB котроллер.
Существуют котроллеры, которые обычно не включаются в чипсет потому, что приборы, для которых они предназначены не являются общепринятыми и требуют лишних расходов. Сюда входят SCSI и IEEE1394 (Firewire) контроллеры. Другая причина, по которой какой-либо контроллер может быть не включен - это дополнительная гибкость, трансормируемость, как, например, в случае с поддержкой аудио и видео компонентов.
Если производитель МП хочет включить поддержку прибора, который не поддерживается чипсетом, надо будет добавлять дополнительный контроллерный чип.

Чипсеты

Отдельный и самый важный компонент МП это, конечно же, чипсет. Как говорилось ранее, чипсет определяет, какой процессор поддерживается, какая память может быть использована и набор других характеристик. Так как чипсетов великое множество, то будет лучше, если прочитаете о них в разделе "Системные платы".

Часть 3 - Установка МП