Устройство на дънната платка

Откакто са създадени микрокомпютрите през 1974 г., обикновено голяма част от основната електроника е интегрирана върху обща печатна платка наречена дънна или по-кратко дъно. Това отново е ученически реферат, писан от vikito.

Дънната платка (motherboard) съдържа чипове като CPU, RAM, ROM – BIOS, CHIPSET, слотове за разширение, входно-изходни портове и др. Популярни са три типа платки:

• Backplane – шинно ориентирани платки, при които на дънната платка има една шина с много сигнали а всички компоненти са в допълнителни платки.
• Едноплаткови – на дънната платка са разположени всички компоненти.
• Processor comlex design – на дънната платка са разположени CPU, RAM, ROM – BIOS, и разширителни слотове, в които се поставят разширителни платки с останалите компоненти (видеоконтролери, контролери на твърди дискове, мрежови карти, звукови карти и др.) Първият PC през 1981 г. има относително проста дънна платка и много разширителни платки. Тенденцията при съвременните компютри е към усложняванена дънната платка и намаляване на разширителните платки. Може би ще дойде моментът, когато повечето PC-та няма да имат никакви разширителни платки, като функциите, от които се нуждаят потребителите, ще бъдат вградени изцяло в дънната платка.

Дънните платки от 1981 г. имат място за процесорен чип, 64К байта памет, връзка с клавиатурата и няколко слота за разширение. Дънните платки от 1998 г. на най-често срещаните настолни компютри включват също часовник/календар, сериен порт, паралелен порт, интерфейси за хард-дискoве и флопидисково устройство, порт за мишка, доста повече памет (при някои модели 2048МВ) и 5 USB порта. Някои маркови модели компютри имат дънни платтки с интегрирани звук и видеокарти.

Компоненти на дънната платка

Процесор(CPU) - процесорът лесно се открива, тъй като той е надписан с фирмения знак на фирмата производител. За IBM съвместими компютри са, това са процесорите на фирмите INTEL, AMD, CYRIX. Процесорите на INTEL са например 80286, 80386, 80486, Pentium, PentiumII, PentiumIII и последния модел PentiumIV. По-старите процесори се поставят в цокъл, като повечето на INTEL са в PGA корпуси. Процесорът Pentium II се поставят вертикално в черна пластмасове касета в специален слот, наречен Slot 1.

Памет-RAM паметта при по-старите компютри е под формата на малки чипове, подредени в редици и поставени в цокли тип DIP. При новите модели паметта е под формата на SIMM-30 или 72 пинови или DIMM-168 пинови модули (Single/Dual In-line Memory Modules). Те представляват малки платки с ред контакти по единия ръб. При DIMM модулите, за разлика от SIMM, RAM чиповете са монтирани от двете страни на модула и се използват два набора от контакти - по един от всяка страна на платката.

На хоризонта се задават технологии, които ще използват и третото измерение, посредством натрупване на чиповете един върху друг. Тези модули, наричани 3-D памети или стекове, ще включват насложени един върху друг силициеви чипове в специални корпуси, побиращи 16MB DRAM в куб със страна 3 милиметра. Друг пример за памет от този вид побира 2 GB DRAM в куб със стратрана един инч. Тази технология позволява значително по-малки компютри или големи компютри със значително по-голям капацитет на паметта.

Памет – ROM. ROM-BIOS обикновено представлява по-голям чип или два чипа в цокли, като най-често има поставен етикет с номер на версията на софтуера и фирмата производител. Най-известните фирми производителки на BIOS са AMI, AWARD, Phoenix. При по- новите системи ROM чиповете не са поставени в цокли, тъй като представляват Flash памет и не се неждаят от физическа смяна – нoвите версии на програмите от BIOS-а се зареждат директно.

Слотове за разширение – те представляват сравнително дълги и тесни електрически съединители. В съвременните дънни платки се срещат обикновено два ISA слота, от три до пет PCI и един AGP слот (а вече навлиза в употреба и PCI Express слота). В слотовете за разширение се поставят разширителни карти, или още се наричат адаптери.

Адаптерни платки. Адаптерните платки (известни още като платки за разширение) са допълнителни платки, които се инсталират в специално конструктурирани цокли (слотове) върху дънната платка. Те се монтират, за да осигурят допълнителни възможности, които не са на лице в дънната платка.

Архитектурата на адаптерните платки се определя от архитектурата на персоналния компютър:ISA, EISA, PCI и т.н. Най-често се срещат компютри, в които са включени:

• Видеокарти;
• Хард контролери;
• Платки със серийни и паралелни портове;
• Звукови платки;
• Мрежови платки;

Напоследък, вследствие предимствата на бързите технологии в областта на компютърната техника, повечето от функциите на тези платки са съвместими в една единствена “мултифункционална”платка или са интегрирани върху дънната платка.

CHIPSET-Чипсет е набор от 1-5 чипа , които включват важни функции на компютърната система: контролер на локалната шина, кеш контролер, DMA контролер, таймер с програмируеми интервали и т.н. Този набор от компоненти диктува изпълнимите параметри като кешово пространство, тип CPU и т.н. Чипсетовете постоянно се въвеждат и подобряват. Те са обект на непрекъснато подобрение. Чипсетът на обикновен високо разпределителен Pentium поддържа EDO и SDRAM, конвейрна пакетна кеш памет, PCI локална шина, AGP порт, управление на мощтността плюс други функции за периферните устройства. Примери за най-съвременни чипсетове са NVidia nForce.

CMOS батерия - след няколко години работа с един компютър трябва да се смени батерията, защото той няма да може да помни своята конфигурационна информация. CMOS-RAM паметта (256КВ) съхранява информацията на програмата BIOS-Setup. За запазване на данните в тази памет е необходимо допълнително захранване за чипа, за което се използва акумулатор или батерия. Напрежението на батерията трябва да е поне 3V (типично 3.6 V). В новите дънни платки се монтират схеми с вградени батерии, които гарантират запазването на информация поне 10 години.

Интерфейс на съхраняващи устройства - Компютрите се нуждаят от начин, по който да съхраняват огромното количество информация и програми, с които работят всеки ден. Хранилището на тази информация са съхраняващите устройства с останалата част на системата. В модерните PC-та два или повече интерфейса могат да бъдат интегрирани на дънната платка. Те включват връзки към флопидисковите устройства, твърди дискове и CD-ROM устройства.

Конектори за входно-изходни устройства - използват се няколко вида конектори :
а) D-образен конентор. D-образният конектор се среща в две разновидности - мъжки и женски. Освен това се различават по броя на пиновете-DB9, DB15, DB25 . Използва се при серийния, паралелния порт, за видеоадаптерите, за мрежови интерфейс. Серийния порт – COM1 се свързва към 9-пинов мъжки тип конектор. Паралелният порт се свързва към 25-пинов женски конектор. Видеоадаптерите се свързват с 15-пинов женски конектор, като пиновете са подредени в 3 реда.
б) Съвременните платки притежават до 5 USB конектора (Universal Serial Bus) - Това е друг вид правоъгълен конектор с език вътре в него.
в) За свързване на клавиатурата и мишката се използват два Mini DIN конектора тип PS/2.

Обслужващи елементи - Въпреки, че микропроцесорът е сърцето на компютъра, той сам по себе си не е компютър. Микропроцесорът изисква допълнителни елементи, за да работи тактови генератори, контролери и конвертори на сигнали. Всеки от тези поддържащи елементи има свой начин на въздействие върху програмите и това помага да бъде определено как работи компютъра.

Дънната платка осигурява връзката между процесора и другите компоненти чрез шините. Шините действат като матистрала за данни, давайки възможност на порциите данни да бъдат изпращани от една точка към друга вътре във вашия компютър. Най-важна от всички шини е тази, която свързва процесора с паметта. Тази шина се нарича системна шина (System bus). Системната шина е главният механизъм за придвижване на данни към различните части на компютъра. Тя свързва микропроцесора с оперативната памет, както и с другите шини, а те от своя страна, се свързват към различни входно - изходни устройства, прикрепени към вашия компютър.

В продължение на няколко години повечето персонални компютри бяха ограничени със скорост на системната шина 66Mhz и това се оказа много “тясно място”, особено с увеличение на бързодействието на процесорите. Отчасти причината за този важен параметър е в това, че процесорите работят при скорости, които са кратни на скоростта на системната шина. Например процесор на 333 Mhz работи с 5-кратна скорост на 66-мегахерцовата шина.

С въвеждането на чипсета на INTEL 440BX в началото на 1998 г. компютрите вече могат да поддържат 100-мегахерцови системни шини, което се трансформира в скромно увеличение на производителността. С въвеждането на схемен набор (чипсет) 820 и други, в средата на 1999 г. бързодействието на системната шина скача до 133 Mhz, за да достигне при Pentium IV скорост 880 Mhz. Скокът към по-бързи системни шини предпазва компютъра от пълно претоварване и забавяне на работата поради многократно по-голямо натоварване на системната шина, необходимо за “догонване” на централния процесор. Тази многократност поставя увеличени изисквания към всички други аспекти на компютъра и в крайна сметка го забавя.

Освен системната шина (main или host bus) се използват и други шини, които спомагат периферните устройства като твърд диск, видео и звукова карта да “общуват” с процесора и останалата част от компютъра. Най-често срещаните тях са следните типове шини:

• PCI (Peripheral connect interface) - интерфейс за свързване на периферни компоненти;
• AGP (Accelerated Graphigs Port) – ускорен графичен порт за видеокарта;
• USB (Universal Serial Bus)- универсална серийна шина ;
• ISA (Industry Standart Architekture) - архетура на промишления стандарт.
• Всяка от тези шини функционира със собствена скорост и общува с главната шина чрез т.нар. “мостови чипове” (Bridging chips).

Представете си възли на автомагистрала за влизане и излизане от нея. Те се наричат още схемен набор или споменатия вече Chipset.

Така например, ако видеокартата на компютъра може да се включи към шина AGP, процесорът ще може да изпраща данни към видеокартата. Той първо ги изпраща навън по главната или системната шина през схемния набор към шината AGP и след това, като данните вече са в нея, към самата видеокарта.

Схемните набори служат като “преводачи” между процесора и различни периферни шини на компютъра, като му позволяват да обменя данни с разширителните карти, като например контролер за модем или SCSI контролер. Затова и те се наричат “мостови чипове”, закщото осигуряват мост между системната шина и различните периферни шини, например PCI, AGP, ISA USB.Intel и някои други производители на схемни набори започват да добавят повече възможности към най-новите си схемни набори, включително и вграждане на функция на графичен ускорител.

Схемния набор е този, който определя дали един компютър може да или не да поддържа няколко процесора, памет от тип RDRAM, стандарт AGP 4x за видеокарта или интерфейс за твърд диск ATA/66. Поради тази своя важна характеристика, схемните набори са важен отличителен белег между различните компютри. Типът на схемния набор е също една от основните отличителни характеристики между различните типове дънни платки. Това е важно, ако искате да надстроявате вашата дънна платка, или искате сами да изградите собствена компютърна система.

Типът на схемния набор, използван в компютъра, много рядко се споменава в рекламата за компютъра, но вие можете да разберете дали се споменава за такова нещо, ако видите наименования от рода на 82440BX, 82440ZX, 810, 820 и 850, които са популярни схемни набори създадени от Intel. Първите два се споменават с техните съкратени наименования 440ВX и 440ZX.

Друг важен компонент на дънната платка, който има пряко отношение към процесора, както и към други системни компоненти, е BIOS (Basic Input/Output System). BIOS е софтуера, който е записан хардуерно на един чип, поставен на дънната платка на компютъра и поемащ управлението на вашия компютър, когато го включите. BIOS оказва влияние върху това какви типове централни процесори може да поддържа системата, както и типовете памет и другите периферни устройства като твърди дискове например. Може да се настройва начина, по който работи софтуера на BIOS. За да се направи това, трябва да се отвори една вградена обслужваща програма – BIOS Setup. Тя също се нарича CMOS (Complementary Metal Oxyde Semikonduktor) и съхранява настройките на BIOS. Обикновенно тази обслужваща програма е достъпна при включване на компютъра. Например появява се съобщение на екрана “Hold down the ESC key to enter Setup” (натиснете ESC за да активирате програмата).

Програмата Setup на BIOS или SMOS предоставя управление на множество важни системни настройки на ниско ниво, които могат да повлияят върху начина, по който работят процесора, оперативната памет и други компоненти в компютъра. При преносимите компютри BIOS има настройки за управление на електрозахранването и други функции, свързани с техните батерии.

Директен достъп до паметта (DMA)

Във всеки PC е предвидена поне една специална схема за обмен на данни между паметта и периферните устройства. Този вид схеми дават възможност за високо-скоростен обмен на данни. Този режим на работа се нарича директен достъп до паметта (Direct Memory Acces). При него достъпът до шината за данни, адресната шина и системната шина има не процесорът, а контролерът за директен достъп до паметта. В режим на директен достъп могат да се предават блокове от данни с размер 64 КВ или 128 КВ. Скоростта на обмен на данни е около 6 пъти по-висока от скороста на обмен чрез централния процесор. При този обмен с директен достъп до паметта CPU може да изпълнява други задачи.

Размери на дънната платка

Размерът на дънната платка се отнася до физичесните размери и формата, определящи вида на кутията, в която може да се побере.Най-често срещани размери са:

• Пълноразмерно АТ
• Baby – AT
• LPX
• ATX

Пълноразмерно АТ дъно се нарича така , защото е копие на дънната платка на оригиналното IBM AT. Това е голяма платка с широчина до 12 инча и дължина 13.8 инча. Куплунгът за клавиатурата и слотовете трябва да са на точно определени места, за да могат да попаднат срещу съответните отвори в кутията.Тези дъна могат да бъдат монтирани само в кутии тип АТ и TOWER. Производството им е почти преустановено, тъй като не могат да се побират в най-разпространените кутии тип Bbay-AT и Mini-Tower.

Размерът Baby-AT в основата си повтаря дъното на оригиналното РС ХТ, като единствено отворите за винтовете са пробити така, че да може да се монтира в АТ кутия. Разположението на слотовете за разширение и на куплунга за клавиатурата е такова, че да съвпадат със съответните отвори на АТ кутията. На практика почти всички пълноразмерни АТ и Baby-AT дънни платки използват стандартния 5-пинов DIN куплунг за клавиатурата. Baby-AT е по настоящем най-разпространения размер за дънни платки, тъй като той може да бъде монтиран във всички кутии, с изключение на нископрофилните (Slim-Line).

Друг разпространен размер на дънни платки , който се използва е LPX и неговата разновидност Mini-LPX. Този размер е разработен от Western Digital за собствените им дъна и въпреки, че вече не се произвеждат , размерът оцеля и се използва от други производители на дънни платки. Тези дъна се използват в системите с ниско-профилните(Slim-Line) кутии.LPX дъната имат няколко особености.Най-отличителната им черта, е че слотовете за разширение са разположени върху специална повдигаща карта, което позволява монтирането на платката в нископрофилна кутия.Слотовете са от едната или от двете страни на повдигащата карта в зависимост от системата и конструкцията на кутията.

В последно време се налага размерът АТХ , който е пряко свързан със захранване тип АТХ. Платката от този вид е с размери “7х12” и съдържа конектори за мишката и клавиатурата тип PS/2, два серийни порта СОМ1-СОМ2, един паралелен-LPT, и два USB порта.