Материнские платы

Во всех отношениях материнская плата (motherboard) является важнейшим компонентом РС. Если считать процессор "мозгом" компьютера, то материнская плата и размещенные на ней основные компоненты (чипсет, BIOS, кэш и др.) являются теми подсистемами, которые этот "мозг" использует для управления компьютером. Знание материнской платы и расположенных на ней подсистем очень важно для понимания того, как работает РС.

Материнская плата играет важнейшую роль в следующих аспектах компьютерной системы:

• Организация: Так или иначе, все компоненты РС подключаются к материнской плате. Конструкция и компоновка материнской платы определяют организацию всего компьютера.
• Управление: Материнская плата содержит чипсет и процедуры BIOS, управляя с их помощью большинством передач данных в компьютере.
• Коммуникация: Почти вся коммуникация между РС и его периферийными устройствами, другими РС и пользователем осуществляется материнской платой.
• Поддержка процессора: Материнская плата прямо диктует выбор процессора для использования в компьютере.
• Поддержка периферийного оборудования: Материнская плата определяет, какие типы периферийных устройств можно использовать в РС. Например, тип видеокарты для системы (ISA, VLB, PCI) зависит от имеющихся на материнской плате системных шин.
• Производительность: Материнская плата в значительной степени определяет производительность системы в силу двух основных причин. Во-первых, от материнской платы зависит, какие типы процессора, памяти, системных шин и интерфейсов жесткого диска можно применять в РС, а эти компоненты прямо влияют на его производительность. Во-вторых, производительность зависит от качества схем и чипсета самой материнской платы.
• Возможность модернизации: Возможности материнской платы определяют, до какой степени можно модернизировать компьютер. Например, некоторые материнские платы допускают процессоры Pentium с частотой синхронизации 133 МГц, а другие до 600 МГц.

В этом разделе подробно рассмотрены различные компоненты, образующие современную материнскую плату. Многие люди просто считают все эти компоненты материнской платой. Физически кэш, микросхема BIOS и системные шины находятся на материнской плате, но их целесообразно рассмотреть отдельно, так как фактическое местоположение некоторых из приведенных компонентов можно изменить, не влияя на их функционирование. Конечно, логически они очень тесно взаимосвязаны.

Форм-факторы материнских плат

Физическая плата значительно варьируется в различных РС; две платы могут иметь одинаковые производительности и возможности, но быть скомпонованными совершенно по-разному. В это разнообразие вносит свой вклад большое число компаний - производителей материнских плат. Физическая же функция материнской платы заключается в обеспечении удобного "рабочего места" для всех компонентов.

Форм-фактор (form factor) материнской платы описывает ее общую форму, используемые с нею типы корпусов и блоков питания и ее физическую организацию. Например, компания может выпускать две материнские платы с примерно одной и той же функциональностью, но с разными форм-факторами, и единственными настоящими различиями будут только физическая компоновка платы, расположение компонентов и др.

Форм-фактор AT и Baby AT

До недавнего времени эти форм-факторы доминировали в мире материнских плат. Эти два варианта различались, в основном, шириной. Полная плата AT имела ширину 12" и ее нельзя было вставить в настольный мини-корпус и корпус "мини-тауэр". Сейчас такие платы практически не применяются.

Материнская плата Baby AT с 1987 г. была самым распространенным форм-фактором. В настоящее время благодаря усилиям фирмы Intel он вытеснен форм-фактором ATX, который стал очень популярным. Однако и сейчас имеются миллионы РС с платами AT и Baby AT и для их модернизации будут выпускаться платы AT по новой технологии.

Плата Baby AT имеет ширину 8.5" и номинальную длину 13". Благодаря меньшей ширине она почти не перекрывается дисковыми отсеками. На плате есть три ряда монтажных отверстий; первый находится сзади платы, где расположены слоты шины и разъем клавиатуры; второй ряд находится в середине платы, а третий - спереди платы, там где монтируются накопители. Если ширина платы довольно стандартизована, то новые платы имеют длину 11" и даже 10", что вызывает проблемы при установке платы. К счастью, плату можно жестко укрепить, используя первые два ряда отверстий.

Платы Baby AT обычно имеют вмонтированный разъем клавиатуры. Разъемы последовательного и параллельного портов почти всегда подключаются с использованием кабелей, которые соединяют имеющиеся на корпусе физические разъемы и группы штырьков (headers) на материнской плате.

В платах AT и Baby AT сокет/слот процессора и сокеты памяти находились спереди платы и над ними могли располагаться длинные карты расширения. При разработке этих форм-факторов процессоры и микросхемы памяти были небольшими и монтировались прямо на материнской плате, поэтому промежуток между ними и картами расширения был достаточен. Сейчас же выпускается память в сокетах SIMM/DIMM, а для процессора требуются теплоотвод и вентилятор. Так как процессор часто остается на том же месте, комбинация процессор + теплоотвод + вентилятор часто "блокирует" до трех слотов расширения на материнской плате. Для решения этой проблемы был разработан форм-фактор материнской платы ATX.

Форм-факторы ATX и Mini-ATX

Первым за многие годы значительным изменением в конструкции корпуса и материнской платы стал форм-фактор ATX, разработанный фирмой Intel в 1995 г. Через три года он практически вытеснил форм-фактор АТ. АТХ используется в новых материнских платах для процессоров Pentium.

Конструкция ATX имеет несколько преимуществ по сравнению со старыми платами. Кроме того, форм-фактор АТХ определяет изменения не только для материнской платы, но и для корпуса и блока питания, поэтому далее приведены его "суммарные" достоинства:

• Встроенные разъемы портов ввода-вывода: В платах Baby AT использовались группы штырьков на плате и кабель от физических разъемов последовательного и параллельного портов, расположенных на корпусе. В плате АТХ разъемы впаяны прямо в материнскую плату. Такой способ снижает стоимость, повышает надежность (так как порты можно проверить до поставки платы) и делает плату более стандартизованной.
• Встроенный разъем мыши PS/2: Во многих платах Baby AT либо нет порта мыши PS/2, либо применяется кабель с группой штырьков PS/2 на плате, как для последовательного и параллельного портов. В материнских платах АТХ порт PS/2 встроен в плату.
• Уменьшение перекрытия дисковых отсеков: Так как плата фактически "повернута" на 90 градусов по сравнению с платой Baby AT, имеется меньшее перекрытие между платой и дисковыми отсеками. Это обеспечивает лучший доступ к плате и способствует решению проблемы охлаждения.
• Уменьшение интерференции плат расширения: Сокет/слот процессора и сокеты памяти передвинуты с передней части платы на заднюю правую сторону к блоку питания. Это позволяет использовать карты полной длины почти во всех слотах системной шины.
• Улучшенный разъем блока питания: Плата ATX использует для питания один 20-контактный разъем вместо путающей пары почти одинаковых 6-контактных разъемов платы Baby AT.
• Поддержка "мягкого питания" Блок питания ATX включается и выключается по сигналам от материнской платы, а не физическим выключателем. Это обеспечивает включение и выключение РС под программным управлением, предоставляя лучшее управление питанием. Например, в системе АТХ можно конфигурировать Windows 95 так, что она будет выключать РС по указанию пользователя.
• Поддержка питания 3.3 В: Плата ATX поддерживает питание 3.3 В от блока питания ATX. Такое (или меньшее) напряжение используется почти во всех новых процессорах. Это снижает стоимость, так как не нужно преобразовывать напряжение с 5 В до 3.3 В.
• Лучший воздушный поток: Блок питания ATX "засасывает" воздух в корпус, а не "выдувает" его. Сокет/слот процессора находится рядом с блоком питания и его вентилятор можно использовать для охлаждения теплоотвода процессора. Часто этот позволяет избежать применения вентилятора процессора.
• Упрощение модернизации: Будучи новейшей разработкой, форм-фактор АТХ рассчитан на будущее. Модернизация упрощается благодаря более легкому доступу к компонентам на материнской плате.

Форм-фактор Mini-ATX представляет собой просто уменьшенный вариант полноразмерной платы ATX. В обеих конструкциях параллельные порты, последовательные порты, порты клавиатуры и мыши PS/2 расположены сзади платы.

Монтирование портов непосредственно на плате позволяет избежать кабельных соединений к портам ввода-вывода на плате. В результате для плат ATX требуется корпус новой конструкции с точно позиционированными вырезами для портов, поэтому платы ATX и Mini-ATX нельзя использовать в корпусах АТ.

Последняя спецификация фирмы Intel форм-фактора Micro-ATX (см. рисунок слева) как еще более уменьшенного варианта платы АТХ ориентирована на компактные потребительские РС с ограниченными возможностями расширения. Плата предназначена для установки в стандартный корпус АТХ или в новый корпус микро-тауэр. На плате Micro-ATX имеется всего четыре слота расширения в отличие от семи слотов форм-фактора АТХ. Кроме того, плата Micro-ATX допускает использовать меньший блок питания с форм-фактором SFX.

Форм-факторы LPX и Mini-LPX

Форм-фактор LPX ориентирован на "плоский" (slimeline) корпус для дешевых настольных РС. Главная его особенность заключается в использовании платы-стояка (riser card) для слотов расширения. В платах AT и ATX слоты расширения находятся на самой плате, а в LPX системная шина выведена на плату-стояк, которая вставляется в материнскую плату. Карты расширения (максимум 3) вставляются уже в плату-стояк. При этом карты расширения оказываются параллельными материнской плате. Это позволяет значительно уменьшить высоту корпуса, так как высота карт расширения уже не имеет значения. Но при этом число карт расширения - всего две или три! Кроме того, плата-стояк препятствует воздушному потоку внутри системного корпуса, поэтому почти всегда требуются дополнительные вентиляторы.

Платы LPX часто поставляются с видеоадаптером, вмонтированным в материнскую плату. Конечно, плохая карта экономит деньги производителя, но формирует изображения невысокого качества. Переход на новую видеокарту может вызвать проблемы, если встроенный видеоадаптер нельзя запрещать. Обычно платы LPX, как и платы АТХ имеют встроенные разъемы мыши, последовательного и параллельного портов.

Хотя форм-фактор LPX можно использовать в специализированных системах, у него имеются такие недостатки, как отсутствие стандартизации, плохая расширяемость, плохая модернизация и плохое охлаждение.

Форм-фактор NLX

Необходимость стандарта на современные небольшие материнские платы привела к разработке фирмой Intel в 1997 г. нового форм-фактора NLX. В нем реализована та же идея, что и в АТХ, но внесены серьезные улучшения, основанные на достижениях современных технологий РС. Основным поставщиком плат NLX является фирма Intel.

В платах NLX реализована общая конструкция плат LPX, но размер платы уменьшен и введена плата-стояк для карт расширения. Основные улучшения в платах NLX:

• Поддержка модулей памяти большей емкости и переход к модулям DIMM.
• Поддержка новых процессоров, включая Pentium II с новым корпусом SEC.
• Поддержка видеокарт с AGP.
• Улучшенные тепловые характеристики.
• Более удобное расположение процессора на плате, обеспечивающее более простой доступ и лучшее охлаждение.
• Более гибкие настройка и конфигурирование платы.
• Возможность смонтировать материнскую плату таким образом, что ее легко выдвинуть из системного корпуса.
• Кабели, например кабель гибкого диска, подключаются к плате-стояку, а не к самой материнской плате, что уменьшает длину кабеля.
• Поддержка настольного корпуса и корпуса "тауэр".

Сравнение форм-факторов

В таблице приведены сравнительные данные для различных форм-факторов материнских плат.

На следующем рисунке показано более подробное расположение компонентов типичной материнской платы для процессоров Pentium с разъемом Slot 1.

Пассивная объединительная плата - будущее PC?

Несмотря на то, что "настоящие" материнские платы являются нормой для РС, имеется и другой вариант конструкции РС. Во многих мощных серверах вместо интегрированной материнской платы используется пассивная объединительная плата (passive backplane). Здесь процессор, чипсет и кэш расположены на отдельной "карте расширения", которая и вставляется в материнскую плату.

Возможно, фирма Intel поведет рынок РС в этом направлении благодаря все большей и большей интеграции. В Pentium II процессор и кэш расположены на дочерней плате, называемой Single-Edge Card (SEC). Не исключено, что в будущих процессорах на ней будет размещаться и чипсет. Такая конструкция называется мобильным модулем (Mobile Module) или корпусом MMO. Здесь трудно провести линию раздела между дочерней платой и самой настоящей материнской платой, так как чипсет представляет собой "интеллект" материнской платы.

Корпус MMO предназначен для ноутбуков, так как упрощает их производство, но не исключено, что эта тенденция распространится и на мир настольных РС. Конструкция SEC фактически представляет собой первый шаг в этом направлении.

Карты расширения

Карты расширения (expansion cards) представляют собой небольшие схемные (печатные) платы (circuit boards), которые вставляются в слоты расширения (expansion slots) на материнской плате. Слотом называется разъем на материнской плате, предназначенный для карт с краевым (печатным) разъемом. Эти карты придают компьютеру новые возможности и примерами их служат видеокарты (video cards), звуковые карты (sound cards), карты захвата изображений (image capture cards), модемы (modems) и др. Пользователь приобретает нужную ему карту, вставляет в ее слот, инсталлирует новые программные драйверы и после этого карта готова к работе.

Типы слотов

В РС применяется несколько типов слотов, которые были разработаны для различных видов шин ввода-вывода. В процессе эволюции РС было разработано пять основных шин ввода-вывода:

• Промышленная стандартная архитектура (Industry Standard Architecture - ISA). Сейчас сохраняется для карт расширения, требующих невысокой производительности. Ожидается, что вскоре эта шина в мире РС исчезнет.
• Улучшенная стандартная промышленная архитектура (Enhanced Industry Standard Architecture - EISA). Сейчас в массовых РС не применяется.
• Архитектура микроканала (Micro Channel Architecture - MCA). Сейчас не применяется.
• Шина Ассоциации по стандартам видеоэлектроники (Video Electronics Standard Association Local Bus - VL Bus). Сейчас не применяется.
• Шина взаимодействия периферийных компонентов (Peripheral Component Interconnect - PCI). Самая распространенная сейчас шина ввода-вывода.
• Разъем Международной Ассоциации карт памяти для персональных компьютеров (Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA). В этот 68-контактный разъем можно вставлять съемные устройства размером в кредитную карточку: дополнительную память, модемы, сетевые адаптеры, жесткие диски и др. Карты PCMCIA ранее применялись только в портативных компьютерах, но сейчас они имеются во многих настольных РС. Имеются три типа карт PCMCIA: карты Type 1 имеют толщину 3.3 мм и применяются, в основном, для добавления памяти RAM и флэш-памяти в портативные компьютеры и ручные устройства; карты Type 2 имеют толщину 5 мм, обладают средствами ввода-вывода и используются для модемов и сетевых адаптеров; карты Type 3 имеют толщину 10.5 мм и применяются, в основном, для съемных жестких дисков. В большинстве случаев в разъем Type 3 можно вставлять карты Type 2 и Type 1.

Линии IRQ, каналы DMA и адреса ввода-вывода

Для взаимодействия с картами расширения и периферийными устройствами процессор использует линии запросов прерываний (Interrupt ReQuests - IRQ), каналы прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA) и базовые адреса ввода-вывода (I/O base addresses).

Сигнал IRQ представляет собой сообщение процессору о необходимости обслуживания периферийного устройства. Например, при нажатии любой клавиши на клавиатуре в процессор подается сигнал IRQ о необходимости ввода кода нажатой клавиши и соответствующей реакции на это событие, например отображения символа на экране. Процессор обслуживает прерывания от мыши и различных карт расширения.

У каждого устройства имеется своя линия IRQ. Чтобы подавать запросы прерываний от многочисленных устройств на единственную входную линию IRQ процессора, применяется микросхема программируемого контроллера прерываний (Programmable Interrupt Controller - PIC). В РС есть две таких микросхемы, каждая из которых воспринимает запросы от восьми устройств. Всего получается 14 линий запросов прерываний, так как две линии зарезервированы. Таблица слева показывает стандартное распределение линий IRQ.

Для того, чтобы обеспечить максимальную скорость передачи данных для быстродействующих устройств, например жестких дисков, в РС введено несколько каналов прямого доступа к памяти (Direct Memory Access - DMA). При использовании канала DMA данные передаются между устройством и системной памятью RAM без участия процессора под управлением контроллера DMA (DMA Controller - DMAC). Каналы DMA использует сравнительно мало карт расширения.

Базовые адреса ввода-вывода называются также адресами портов (или регистров) ввода-вывода. Для процессора каждое периферийное устройство представлено набором регистров, каждый из которых должен иметь уникальный адрес в пространстве ввода-вывода. Чтобы упростить адресацию часто многочисленных регистров, для устройства выделяется базовый адрес одного из регистров, а адреса остальных регистров задаются в виде смещений (offsets) от базового адреса.

Имеется много программ, которые показывают распределение линий IRQ, каналов DMA и базовых адресов ввода-вывода. Такие программы для операционной системы Windows можно найти на сайте http://www.windowscentral.com/software/.

Типы карт расширения

Рассмотрим вкратце основные карты расширения для РС.

• Видеокарты - Видеокарта обеспечивает вывод текста и изображений на экран монитора и к ней подключается монитор.
• Карты ввода-вывода - Эти карты, к которым ранее подключался принтер или мышь, в настоящее время не применяются, так как их функции встроены в материнские платы.
• Карты контроллеров - Карты, предназначенные для подключения дополнительных устройств, например сменных накопителей Zip. Многие современные параллельные устройства подключаются к параллельному порту и не требуют специальных карт расширения.
• Звуковые карты - Звуковые карты позволяют компьютеру воспроизводить звуки. К этим картам обычно подключаются динамики, микрофон, стереосистема и наушники.
• Модемы - Модемы обеспечивают коммуникацию между компьютерами по телефонным линиям. Сейчас они широко применяются для доступа к Internet. Карта модема имеет сзади два телефонных гнезда: один из них подключается к стенной телефонной розетке, а к другому подключается телефон.
• Интерфейсные карты - С помощью этих карт в компьютеру можно подключить внешний накопитель CD-ROM, сканер и даже адаптеры для устройств портативных компьютеров.
• Карты захвата видео - К внешнему разъему этой карты можно подключить видеомагнитофон или видеокамеру. Карта позволяет просматривать видеофильмы и сохранять отдельные кадры в памяти компьютера. Выпускаются также карты TV-тюнеров (TV tuner), с помощью которых можно просматривать телепрограммы на мониторе компьютера.

Установка карт расширения

Установить карту расширения несложно. Для этого необходимо:

1. Выключить компьютер, вынуть шнур питания и открыть корпус.
2. Найти свободный слот подходящего для карты типа.
3. Вынуть пылезащитную скобу, находящуюся напротив выбранного слота. Вставить карту в выбранный слот.
4. При необходимости посмотреть по руководству на карту, как установить перемычки. Проверить, что вставленная карта не касается соседних карт.
5. Закрепить карту винтом.
6. Закрыть корпус компьютера, подключить его к электросети, включить и инсталлировать поставляемый с картой драйвер. После этого произвести перезагрузку компьютера. Карта должна функционировать.

Состав материнской платы

При покупке системы она должна поставляться со всем, что требуется для работы РС. Однако при покупке только материнской платы к ней должны придаваться рассмотренные далее элементы.

Руководство по материнской плате

Как минимум, материнская плата должна иметь следующую документацию:

• Общая информация: Номер модели платы, название производителя и контактная информация. Эти сведения нужны для получения помощи, модернизации BIOS или дополнительной информации о плате.
• Инструкции по сборке: Инструкции по установке, перемычкам и конфигурированию платы. Должна иметься диаграмма с расположением компонентов.
• Информация по конфигурированию: Сведения о допустимых процессорах и конфигурация памяти.
• Руководство по BIOS: Пояснения о параметрах BIOS на плате и настройке РС. Правда, такую информацию можно получить через Internet.

Предупреждение: Не приобретайте плат, на которых не указан производитель!

Кабели и разъемы ввода-вывода

Платы форм-факторов ATX, LPX или NLX имеют встроенные разъемы последовательного и параллельного портов. Для плат AT или Baby AT обычно требуются три плоских кабеля для подключения к материнской плате разъемов последовательного и параллельного портов. Последовательные кабели имеют 9 проводников (даже если подключаются к 25-контактным разъемам), а параллельный кабель имеет 25 проводников.

Кабель гибкого диска

Материнская плата должна поставляться с одним "стандартным" 34-контактным кабелем гибкого диска. Этот кабель необычного вида имеет пять разъемов с перекрученными 7 проводниками в середине кабеля.

Кабель интерфейса IDE/ATA

Материнская плата обычно поставляется со стандартным 40-контактным кабелем жесткого диска IDE (ATA) или CD-ROM. На нем должны иметься три разъема, но иногда имеется только два. При необходимости использовать два канала IDE (что повышает производительность компьютера), необходимо приобрести отдельный интерфейсный кабель.

Встроенные компоненты материнской платы

Далее приведено краткое описание основных компонентов, расположенных на материнской плате. Конечно, в зависимости от "возраста" и степени интеграции платы на ней может находиться меньше или больше микросхем и других компонентов, поэтому рассматриваются только типичные компоненты.

Печатная плата

Материнская плата представляет собой многослойную печатную плату (Printed Circuit Board - PCB). Плата фактически является "сэндвичем" из нескольких тонких слоев, содержащих проводники для соединения различных компонентов. Автоматизация производства плат привела к тому, что стоимость самой печатной платы невелика. Хорошая материнская плата должна быть достаточно жесткой и правильно спроектированной, чтобы уменьшать интерференцию компонентов. Чем толще плата, тем лучше.

Сокеты или слоты процессора

Разумеется, печатная плата имеет один или несколько сокетов или слотов для установки процессора (процессоров). Наиболее распространены однопроцессорные платы, но можно найти платы с двумя и даже четырьмя процессорами. Тип сокета или слота определяет тип процессора (а иногда и его скорость), который можно использовать на материнской плате. Стандарты сокетов и слотов процессоров определяет фирма Intel. Для старых процессоров (до Pentium Pro) применяется квадратный сокет. Новые процессоры, начиная с Pentium II, монтируются на дочерней плате, которая вставляются в слот SEC (Single-Edge Connector).

Примечание: С появлением слота SEC для Pentium II появились новые материнские платы, имеющие только один слот для Pentium II или Pentium Pro. Конечно, Pentium Pro использует сокет, а не слот, поэтому производители разработали дочернюю плату аналогичную Pentium II, которая содержит сокет для Pentium Pro. В результате на одной и той же материнской плате можно установить любой процессор.

В большинстве плат с сокетом применяется сокет с нулевым усилием стыковки (Zero Insertion Force - ZIF), который позволяет вставлять и вынимать процессор без усилий с помощью специального рычажка.

Сокеты памяти

Большинство современных материнских плат имеют от двух до восьми сокетов для установки памяти, обычно модулей SIMM (Single Inline Memory Module) или DIMM (Dual Inline Memory Module). Обычно эти сокеты маркированы "SIMM0" - "SIMM7" или "DIMM0" - "DIMM3". Первыми всегда должны заполняться сокеты с меньшими номерами. Обычно модули SIMM должны вставляться парами, а модули DIMM можно вставлять по отдельности. Максимальное число модулей памяти на материнской плате определяется чипсетом.

Кэш и/или сокеты кэша

Все новые материнские платы имеют встроенный вторичный (Level 2 или L2) кэш или сокеты для установки вторичного кэша. Вторичный кэш представляет собой быстродействующую память, которая применяется для буферирования запросов процессора к обычной системной памяти. Обычно емкость кэша составляет 256 КБ или 512 КБ, но может доходить и до нескольких мегабайтов. Материнские платы для процессоров Pentium Pro и Pentium II не имеют вторичного кэша, так как он встроен в процессор Pentium Pro и в корпус процессора Pentium II.

На материнских платах микросхемы кэша могут быть вмонтированы прямо в плату, могут иметься сокеты для микросхем кэша или может находиться сокет COASt (Cache On A Stick). Иногда последний сокет называется CELP (Card Edge Low Profile). В него вставляется модуль с микросхемами кэша, который напоминает модуль SIMM. Иногда на плате может быть встроенный кэш и сокет COASt.

Слоты шины ввода-вывода

Все материнские платы имеют одну или несколько шин ввода-вывода, используемых для расширения возможностей РС. В слоты этих шин на материнской плате вставляются карты расширения, например видеокарта, звуковая карта, сетевая карта и др. Успеху платформы РС способствовало наличие множества различных карт расширения.

Большинство современных РС имеют слоты двух шин. Первыми являются слоты стандартной шины ISA (Industry Standard Architecture); обычно их 3 или 4. Разъемы этих слотов состоят из двух секций. Старая шина ISA используется для карт, которым не требуется высокое быстродействие, например звуковых карт и модемов. В очень старых РС имеются слоты с одной секцией; это слоты 8-битовой шины ISA.

Материнские платы систем класса Pentium также имеется три или четыре слота шины PCI (Peripheral Component Interconnect). Они отличаются от слотов шины ISA меньшим размером и большим числом контактов. Быстродействующая шина PCI используется для видеокарт, контроллеров жестких дисков и скоростных сетевых карт. Примечание: В новых материнских платах PCI разъемы для жестких дисков смонтированы прямо на плате. Эти разъемы являются частью шины PCI, хотя жесткие диски физически не подключены к слотам шины PCI.

В новейших РС на материнской плате появился также слот AGP (Accelerated Graphics Port). Фактически AGP является не шиной, а портом, используемым для высокоскоростной графики. Слот AGP похож на слот шины PCI, но еще больше смещен от заднего края платы.

В старых РС с процессором 486 для подключения быстродействующих устройств вместо слотов PCI применялись слоты VLB (VESA Local Bus). Слоты VLB похожи на слоты ISA, но имеют две дополнительных секции. Разъемы для этих слотов очень длинные, поэтому карты трудно вставлять и вынимать.

Разъем(ы) питания

Материнская плата имеет разъем для подключения кабелей от блока питания.

Материнские платы и блоки питания форм-фактора АТХ используют один 20-проводный кабель питания. Во всех остальных используется пара 6-проводных кабелей. Кабели подключаются к материнской плате так, чтобы черные проводники (земля) оказались рядом в середине. Разъем обычно размещается справа сзади на материнской плате рядом с блоком питания.

Преобразователи напряжения

Раньше все микросхемы РС имели одно напряжение питания +5 В, которое формировал стандартный блок питания. Переход к другому напряжению питания потребовал введения на материнские платы одного или нескольких преобразователей напряжения, которые формируют для процессора меньшее напряжение - +3.3 В или меньше.

В новых процессорах применяется схема двойного питания (split rail). На процессор подаются два напряжения: внешнее напряжение, или напряжение ввода-вывода, обычно составляет +3.3 В, а внутреннее напряжение (core voltage) обычно составляет +2.8 или +2.2 В. Преобразователь напряжения (и управляющие им перемычки) обеспечивает подачу на процессор правильных напряжений питания.

Преобразователь напряжения обычно выделяется большими теплоотводами, так как при преобразовании выделяется много тепла. Преобразователь управляется специальными перемычками, которые устанавливаются так, чтобы на процессор подавались необходимые напряжения. Преобразователи напряжения должны иметь хорошее охлаждение, так как их перегрев вызывает зависание РС и другие проблемы.

Конденсаторы

Конденсаторы применяются для фильтрации и сглаживания сигналов на материнской плате. На них обычно не обращают внимания, так как они являются дешевыми пассивными компонентами. На материнских платах имеются танталовые и электролитические конденсаторы. Следует иметь в виду, что дешевые конденсаторы высыхают и теряют свою эффективность, что вызывает такие проблемы, которые почти невозможно диагностировать.

Разъемы клавиатуры и мыши

Типы разъемов клавиатуры и мыши РС определяются форм-фактором материнской платы. В РС с новыми платами ATX, LPX или NLX для клавиатуры и мыши (PS/2) используется пара небольших 6-контактных круглых разъема mini-DIN. В старых РС с форм-фактором АТ используется больший 5-контактный разъем DIN клавиатуры, а специального разъема для мыши нет, поэтому приходится занимать последовательный порт. Разъемы клавиатуры и мыши находятся на заднем краю материнской платы.

Микросхемы чипсета

На плате имеется от двух до четырех микросхем, маркированных названием выпустившей их компании. Например, чипсет Intel Triton II "HX" для Pentium состоит из двух микросхем Intel 82439HX и 82371AB. Чипсет обычно управляет передачами данных между процессором, памятью, кэшем, а также системными шинами.

Контроллер клавиатуры

Контроллер клавиатуры управляет клавиатурой, а также встроенным портом мыши PS/2, если он имеется на материнской плате. В новых РС этот контроллер фактически встроен в микросхему Super I/O controller, поэтому отдельной микросхемы контроллера клавиатуры на материнской плате может и не быть.

Микросхема Real-Time Clock и CMOS-памяти

В этой микросхеме находятся часы, которые следят в РС за временем и датой, а также CMOS RAM, которая хранит параметры PC. На микросхему подается питание от батареи, которая иногда встраивается в корпус микросхемы. Микросхема часто имеет маркировку "Dallas" по названию компании Dallas Semiconductor (http://www.dalsemi.com), которая выпускает эти микросхемы в большом количестве.

Контроллер Super I/O

Микросхема контроллера Super I/O Controller выполняет многие стандартные функции ввода-вывода, которые раньше выполнялись несколькими меньшими микросхемами. Такие контроллеры выпускает компания National Semiconductor (http://www.national.com), поэтому их можно идентифицировать по маркировке на микросхеме.

Микросхемы BIOS

Системный BIOS находится в микросхемах ROM, которые расположены на материнской плате. Обычно имеется одна или две микросхемы BIOS в зависимости от платы с маркировкой компаний Award или AMI.

Батарея

В PC имеется маломощная батарея для хранения при выключении компьютера важной информации, например параметров BIOS, текущих даты и времени и распределения ресурсов в системе с технологией Plug and Play. Применяются батареи нескольких форм:

• Во многих старых РС это большой прямоугольный корпус, соединенный с материнской платой проводниками.
• В некоторых РС батарея в виде небольшого цилиндра припаяна к материнской плате. Обычно такая батарея несъемная.
• В некоторых РС используется небольшая круглая батарейка наручных часов в металлическом держателе.
• В некоторых РС видимой батареи нет. В этом случае литиевая батарея находится в одном из других корпусов, обычно в корпусе микросхемы Real-Time Clock. Ей может быть также встроенная перезаряжаемая никель-кадмиевая батарея (аккумулятор), которая подзаряжается при включенном питании. Такие батареи заменить нельзя и их долговечность составляет от 5 до 10 лет.

Перемычки

Перемычки применяются для конфигурирования схем. Одна перемычка состоит из пары штырьков и небольшого прямоугольного шунта, который одевается на штырьки и закорачивает их. Схема запрограммирована на работу в одном режиме, когда перемычка закорочена, и в другом режиме, когда она разомкнута. Обычно перемычки нумеруются как JP1, JP2 и т.д. Для некоторых функций применяется группа перемычек. Материнские платы различаются нумерацией и расположением перемычек, а также задаваемыми с их помощью параметрами. Именно поэтому для работы на РС требуется руководство по материнской плате.

Новинкой стали материнские платы без перемычек (jumperless), в которых множество параметров, например тип и быстродействие процессора и даже его напряжение питания, задаются с помощью параметров BIOS, а для небольшого числа параметров (обычно очистка CMOS и размер кэша) все же оставлены перемычки. Такая конструкция позволяет изменить скорость процессора так же просто, как изменяются другие параметры BIOS, и упрощает переход к новому процессору. Для производителей облегчается добавление поддержки новых процессоров, появляющихся на рынке.

Многим пользователям нравятся платы без перемычек, так как они позволяют задать много параметров, не открывая корпуса. Особенно это удобно для тех, которые хотят "разогнать" (overclock) процессор. Другим же нравится управлять РС с помощью физических перемычек.

Приведем список наиболее важных параметров компьютера:

• Напряжение процессора: Почти все новые платы имеют перемычки для установки напряжения питания процессора.
• Скорость процессора / Скорость шины / Множитель: Во всех новых платах (исключая платы без перемычек) можно определять скорость процессора. Некоторые платы предоставляют список поддерживаемых скоростей и диаграмму установки перемычек для получения каждой скорости. В других платах необходимо устанавливать две отдельных перемычки: одна управляет скоростью шины памяти, а другая задает "множитель" (на что умножается скорость шины памяти в процессоре).
• Тип процессора: Эти перемычки могут заменить две ранее рассмотренных перемычки. В этом случае предоставляется длинный список поддерживаемых платой типов процессоров и скоростей и сообщается, как установить группу перемычек для выбранного варианта.
• Размер и тип кэша: Некоторые платы могут иметь кэш разного размера, а другие могут иметь встроенный кэш или кэш в виде модуля COASt. Часто имеются 1-2 перемычки для задания используемого кэша и его размера.
• Размер и тип памяти: Почти все новые РС автоматически обнаруживают тип и размер системного RAM, но в старых моделях при изменении размера памяти применяются перемычки.
• Разрешение флэш-BIOS: Многие платы требуют установки в специальное положение перемычки для того, чтобы разрешить средство модернизации флэш-BIOS. Обычно эта перемычка находится в положении "normal" и переставляется при модернизации BIOS.
• Источник батареи: Некоторые платы позволяют переключить батарею с внутреннего на внешний источник и для управления этим применяется перемычка.
• Запрещающие перемычки: Некоторые платы имеют специальные перемычки, позволяющие запрещать фрагменты схем. Они полностью зависят от платы.

Порты и группы штырьков

Порты (ports) - это разъемы, используемые для подключения к материнской внешних кабелей и устройств. В дополнение к разъемам клавиатуры и мыши PS/2 некоторые материнские платы, например АТХ, имеют на задней стороне встроенные последовательный и параллельный порты.

Платы без встроенных портов используют для подключения к плате группы штырьков (headers). Кабель проходит от порта и вставляется в группу штырьков на плате. Приведем группы штырьков для материнской платы Baby AT (некоторые из них есть на платах АТХ, не имеющих встроенных портов):

• Последовательные порты: Обычно имеются группы штырьков для двух последовательных портов. Каждый имеет 9 или 10 контактов (фактически используются только первые 9).
• Параллельный порт: Эта группа штырьков используется для внешнего параллельного порта и имеет 26 контактов (фактически используются только первые 25).
• Порт мыши PS/2: На хороших некоторых платах имеется группа из 5 штырьков для порта мыши, когда этого порта нет на плате.
• Универсальная последовательная шина (Universal Serial Bus - USB): Технология USB предложена для подключения к РС таких устройств, как клавиатура, мышь и внешние модемы. На многих платах имеется группа из 10 штырьков для подключения порта USB.
• Инфракрасный (InfraRed) порт: Некоторые материнские платы позволяют подключить инфракрасный коммуникационный порт, обычно используемый для беспроводной коммуникации с принтерами и аналогичными устройствами. Инфракрасные порты часто используются в лаптопах. Группа содержит 4 или 5 штырьков.
• Первичный и вторичный интерфейс жесткого диска IDE/ATA: Большинство новых плат имеет группы из 40 штырьков для двух каналов IDE.
• Интерфейс гибкого диска: Большинство новых плат имеют группу из 34 штырьков для кабеля гибкого диска.
• Интерфейс SCSI: Некоторые материнские платы имеют встроенные порты или группы штырьков SCSI. Число штырьков составляет 50 или 68 в зависимости от типа реализованного интерфейса SCSI.

Штырьковые разъемы

Материнские платы имеют несколько разъемов, которые подключаются к светодиодам, индикаторам и переключателям на корпусе. Эти разъемы зависят от платы и далее рассмотрены только типичные разъемы. Физическое расположение разъемов также варьируется; на некоторых платах они "разбросаны", а на других сгруппированы в большой "многофункциональный разъем".

Типичные штырьковые разъемы на материнской плате:

• Светодиод питания и переключатель замка: Часто эти разъемы объединяются в один 5-контактный разъем. Приведем его типичную конфигурацию (отметим неиспользуемый штырек между двумя штырьками светодиода питания):

# штырька	Сигнал
1	Выход светодиода питания (положительный)
2	Не подключен
3	Земля светодиода питания (отрицательный)
4	Сигнал замка (положительный)
5	Земля замка (отрицательный)

• Переключатель сброса: Этот 2-штырьковый переключатель не имеет полярности, поэтому его можно соединять любым способом.
• Переключатель Turbo: Этот "реликтовый" переключатель имеется на многих платах, хотя он и не выполняет никакой полезной функции. Чаще всего он остается неподключенным.
• Выключатель питания: На платах ATX имеется разъем для подключения двух проводников от выключателя питания на корпусе РС. Выключатель посылает сигнал на материнскую плату для включения РС; он не подается в блок питания, как это было в старых системах АТ.
• Светодиод Turbo: Предназначен для переключателя turbo и не играет никакой роли.
• Светодиод активности жесткого диска IDE/ATA: Этот разъем включает светодиод, когда материнская плата обнаруживает активность любого жесткого диска IDE.
• Динамик: Этот 4-штырьковый разъем для динамика, но используются только два внешних проводника. Полярность не играет роли.
• Вентилятор процессора: Некоторые платы имеют 2-штырьковый разъем для включения вентилятора процессора. Многие вентиляторы подключаются к разъемам питания.
• Переключатель режима приостановки: Некоторые системы имеют 2-штырьковый разъем для переключателя, который переводит систему в режим приостановки.
• Светодиод режима приостановки: Некоторые системы имеют разъем для светодиода, который светится, когда система переходит в режим приостановки с помощью переключателя приостановки или автоматического управления энергопотреблением.