Функції материнської плати, brain fart

Як завжди, розглянемо все по пунктах

На малюнку є позначення і давайте з ними розберемося. Це основні елементи материнської плати:

Тепер ще докладніше

Напевно, зрозуміло, що коли йдеться про північному і південному мосту, то в першу чергу мається на увазі їх розташування. Північний міст знаходиться вище слотів PCI, а південний, відповідно, нижче. Радіатор частково закриває і південний міст, в якому знаходиться контролер мережевої карти, вбудованої в комп'ютер, USB шини, вбудований звук, і інше.

На відміну від нього, «Південний міст» завідує жорсткими дисками, платами розширення, картами мережевий і звуковий, USB і так далі. Тобто в його веденні периферійних пристроїв.

Нижче приклад, як виглядає два чіпсета «Північний» і «Південний». Північний міст завжди більше, а південний менше. Ці чіпсети від фірми «VIA».

Чіпсет VIA чіпсет Nvidia

Те, що на малюнку вище ми відзначили цифрою «6» - це радіатори. Вони на материнській платі і їх завдання охолоджувати фази, що живлять процесор. Транзистори і конденсатори знаходяться нижче цих радіаторів. Вони не дають напрузі харчування відчувати перепади, коли раптом навантаження зростає. Якщо на материнській платі ці пристрої є, тоді не сумнівайтеся, вона якісна. При неякісної материнської плати процесор може працювати нестабільно. Це вже недобре.

Фази харчування або ланцюги складаються з перетворювачів напруги, резисторів, транзисторів, дроселів, ШІМ-контролерів, конденсаторів та іншого. Все це входить в елементну базу живлення процесора.

Чим займаються перетворювачі напруги?

Вони контролюють напругу і подають його таким, яким воно необхідне для нормальної роботи кожного елемента. Ми вже знаємо, що харчування приходить в 12 вольт. Однак не для всіх елементів потрібно саме таку напругу. Тому його потрібно знизити, що і робить перетворювач і потім перенаправляє до мікросхеми або елементу, який його потребує.

Перетворювач напруги, зазвичай у своїй схемі має ще й польові МОП-транзистори. Польові від різних електричних полів. Цими полями вони і управляються. Що значить МОП? По-англійськи це звучить як metal-oxide-semiconductor field effect transistor, а по-російськи метал-оксид-напівпровідник. Можна ще зустріти скорочену англійську версію MOSFET або мосфети.

Основний контроль і управління фазами живлення зосереджено на материнській платі на PWM-контролері. Розшифровується абревіатура як Pulse Wide Modulation. перекладається «широтно-імпульсна модуляція» або ШІМ. Простіше, це ШІМ-контролери.

Як ШІМ-контролер розуміє, яка напруга необхідно подавати в центральний процесор? Йому про це сигналізує восьмібітних знак. У різні моменти напруга повинна бути різним і тому такий сигнал необхідний.

Зараз все комп'ютери багатофазні. Вони мають до 24 фаз. Але зазвичай можна побачити і чотирифазні і восьміфазние комп'ютери. А ось однофазні тепер рідкість. Але колись тільки вони і були на службі у людини. Тепер вони визнані неефективними.

Але, що таке однофазний регулятор?

Він має обмеження в максимальній напрузі, яке проходить через дроселі, мосфети, конденсатори або через основні елементи, що формують його. Напруга може бути не більше тридцяти ампер. Для порівняння, сучасні процесори здатні приймати електрику до ста і вище ампер. Якщо в сучасний комп'ютер встановити одну фазу, то при таких «вимогах» вона просто розплавиться. Щоб обмеження зняти і стали виробляти харчування процесора багатофазна.

Якщо регулятор багатофазних, тоді навантаження електрики можна розподілити або направити по окремих фаз, їх кількість може бути дуже різним. Але при цьому все разом ці фази дадуть саме ту потужність, яка необхідна. Припустимо, що встановлено шість фаз. Кожна фаза пропускає тридцять ампер. Це цифра обмеження, пам'ятаєте? Отже, кожна фаза подає по тридцять ампер і в сумі це буде все сто вісімдесят ампер.

Є один нюанс, який потрібно враховувати при покупці комп'ютера. Якщо його процесор Intel покоління Core i7, то енергію він споживає в межах 130 Ватт. Таким чином, для його харчування вистачить і шести фаз. Якщо вам кажуть, що фаз більше, не вірте, прибріхують. Так самі елементи зараз створюються полімерні твердотільні. Раніше елементна база складалася з електролітичних конденсаторів. Тепер полімерні конденсатори можуть працювати не менше п'ятдесяти тисяч годин. Навіть дроселі інші, сердечко у них ферритовое. Тому і ток вони пропускають НЕ тридцять, як було колись, а всі сорок ампер. І якщо харчування шестифазний, тоді процесор отримає 240 ампер. Енергії при цьому він буде споживати більше двохсот Ватт.

Сучасні материнські плати оснащені таким пристроєм, який забезпечує динамічне перемикання між ланцюгами харчування. Все не так складно, як може здатися на перший погляд. Просто комп'ютер зазвичай енергії споживає не так багато, але іноді виникає необхідність і тоді вже під час роботи фази підключаються одна за одною. Якщо навантаження зменшується, тоді фази відключаються. В принципі, як ми вже говорили, для роботи процесора досить і однієї фази. Але це для слабкого процесора. Іноді такий режим використовують в процесі тестування.

Від фаз живлення до материнської плати

Давайте повернемося до теми розмови. Трохи нижче, розташована картинка, де схематично зображені на материнській платі всі основні роз'єми і елементи:

Схема материнської плати

На чолі стоїть центральний процесор. З нього-то все і починається. Тобто, буквально на кожен вузол від центрального процесора передача даних здійснюється через центральну шину.

На наступній картинці ця ситуація так само проілюстрована:

Схема материнської плати

Що ж це за шина така, про яку ми так часто згадуємо?

Це процесорна шина плати і її назва Front Side Bus. Якщо сказати коротко, то FSB. Через цю шину, взаємодіють північний міст материнської плати і процесор. Можна порівняти з магістраллю, з якою швидкістю мчать дані з такою швидкістю, і працює вся система. Робота шини, її частота, вимірюється в мегагерцах, і чим показник вище, тим робота йде активніше.

Колись ми вже докладно описували, що таке частота і як її вимірюють. Про це окремо можна почитати в спеціальній статті.

Біля центрального процесора є привілей, тільки він підключається безпосередньо до цієї шини. Всі інші елементи передають і отримують дані, через встановлені контролери. Всі вони вбудовані в мікросхему «північного мосту».

Іноді контролери інтегрують в ядро ​​CPU, і зараз це відбувається все частіше і частіше.

Що дає перенесення контролерів? Коли контролер оперативної пам'яті перенесли з чіпсета в ядро ​​процесора, то сильно зменшилися затримки передачі даних. В принципі ці затримки неминучі, коли вони передаються через системну шину. Але тут вони виявилися мінімальні.

Цікаво привести в приклад процесор «Intel LGA1156». Там практично вже немає FSB. Чому? Просто всі необхідні контролери перенесені з материнської плати в процесор.

Ідея компанії «AMD» виявилася плідною. Тепер у цій технології є ім'я і називається вона «Hyper Transport». Спочатку вона була виключно для комп'ютерів, а зараз за цим принципом оснащені мережеві маршрутизатори компанії «Cisco». Як уже зрозуміло, пристрої ці високопродуктивні.

Чому цей процес став взагалі можливий?

Справа в тому, що техпроцес виробництва процесорів скорочується. Для прикладу подивимося на процесори серії. Там техпроцес використовується в 22 нанометра. І завдяки цьому, з'явилася можливість розміщувати транзистори в кількості 1,4 мільярда. І це все на одній і тій же площі.

Щоб було зрозуміліше, нанометром називають одну мільярдну частину метра. Відповідно, 22 нанометра це лінійне дозвіл літографічного оснащення. Воно входить до складу центрального процесора.

Як видно, еволюція йде по шляху зменшення всього, транзисторів і інших елементів. І з'являється можливість розміщувати їх на одному кристалі. І кількість транзисторів постійно зростає це закономірно. Таким чином, на їх базі можна створити будь-який елемент і вбудувати його графічне ядро ​​ЦП. Зараз розробники саме цим і займаються. Вони постійно зменшують техпроцес.

Процес цей привів до того, що під одним дахом в центральному процесорі виявилися практично всі контролери та інтерфейси. У багатьох сучасних материнських платах південний міст виявився вівсі непотрібним. І від нього просто відмовилися. Зате в північний міст потрапили деякі з них. Класичний варіант описаної нами раніше материнської плати можна побачити тепер рідко.

Якщо материнська плата дешева, то можна побачити таку картину: вона вкорочена, а всі елементи все одно не на ній розміщені. Тільки ось знаходяться вони і збоку і знизу текстолітової пластини. Зрозуміло, що ні про роз'єми, ні про виходи говорити не доводиться. Куди вже тут, елементи б розмістити!

Тому, розглядаючи материнську плату, дивіться за тим, щоб місця на ній було досить. Її форма не повинна нагадувати витягнутий прямокутник або квадрат. Маленька материнська плата теж погано. І взагалі, подивіться на картинку нижче і знайте, що це еталон. Якщо говорити про виробників, то в основному користуються повагою такі компанії як «Asus», «Gigabyte», «Intel» і «Msi».

На якісної материнської плати є додаткові пристрої, які дозволяють її ще покращувати. Наприклад, червоною лінією виділено датчик. Це датчик POST кодів. Його завдання полягає в тому, щоб вчасно повідомити про неполадки в роботі ПК. Повідомлення приходять в цифровому вираженні на спеціальному табло. Розшифрувати послання можна по книжці, вона додається до материнської плати.

Ось приклад іншої материнської плати. На наступному знімку ми бачимо форм фактор micro ATX. Процесор Atom 550 має пасивне охолодження.

Ну а тепер наочно видно як відбувається тестування робочої материнської плати.

Всі ці складні підключення робляться для того, щоб не виникала навіть можливість короткого замикання плати. До того ж, як все працює видно відразу, а тому тестування відбувається під контролем. Це надійніше і зручніше.

Скільки може коштувати нормальна, точніше хороша материнська плата?

Зазвичай її вартість не перевищує п'ятдесяти доларів. Якщо її вартість тридцять доларів, то і це непогано. Ну, ось і все про материнську плату.