47471 (Конструкция системной платы ЭВМ)

Конструкция системной платы ЭВМ

Матери́нская пла́та (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера (центральный процессор, контроллер ОЗУ и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Как правило, материнская плата содержит разъёмы (слоты) для подключения дополнительных контроллеров, для подключения которых обычно используются шины USB, PCI и PCI-Express.

Центральный процессор

Набор системной логики (англ. chipset) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

Северный мост (англ. Northbridge), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

Для подключения ЦПУ к системному контроллеру могут использоваться такие FSB-шины, как Hyper-Transport и SCI.

Обычно к системному контроллеру подключается ОЗУ. В таком случае он содержит в себе контроллер памяти. Таким образом, от типа применённого системного контроллера обычно зависит максимальный объём ОЗУ, а также пропускная способность шины памяти персонального компьютера. Но в настоящее время имеется тенденция встраивания контроллера ОЗУ непосредственно в ЦПУ (например, контроллер памяти встроен в процессор в AMD K8 и Intel Core i7), что упрощает функции системного контроллера и снижает тепловыделение.

В качестве шины для подключения графического контроллера на современных материнских платах используется PCI Express. Ранее использовались общие шины (ISA, VLB, PCI) и шина AGP.

Южный мост (англ. Southbridge), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI-Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ. Super I/O) — микросхемы, обеспечивающей поддержку «устаревших» низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

Как правило, северный и южный мосты реализуются в виде отдельных СБИС, однако существуют и одночиповые решения. Именно набор системной логики определяет все ключевые особенности материнской платы и то, какие устройства могут подключаться к ней.

Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — в информатике — память, часть системы памяти ЭВМ, в которую процессор может обратиться за одну операцию (jump, move и т. п.). Предназначена для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кеш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

ОЗУ может изготавливаться как отдельный блок или входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера.

Загрузочное ПЗУ — хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.

Современные: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX, CEB.

Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «бренд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы).

Конструкция и устройства ЭВМ

ПК-это настольная или переносная машина, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности.

Конструктивно каждая модель ПК имеет так называемый "базовый набор" внешних устройств, т.е. такой набор компонентов, дальнейшие уменьшение которого приведет к нецелесообразности использования компьютера для конкретной работы или даже полной бессмысленности работы с ним. Этот набор можно увидеть практически везде, где используют компьютер, в него входят:

- системный блок (плюс дисковод или винчестер, вмонтированный в корпус);

- монитор;

- клавиатура.

Все вышеперечисленное составляет "базовую конфигурацию" данной модели. Различают также понятие "обязательной конфигурации" ПК, которая означает необходимый набор компонентов для работы с конкретным программным продуктом.

Систематизация в период стремительного развития техники очень усложнена, постоянно появляются новые устройства, изменяется технология их изготовления и применения, развивается полифукциональность и др.

В данной работе будет дана систематизация с точки зрения функционального назначения.

В первую большую группу объединяются устройства ввода информации в компьютер

Клавиатура

Сейчас основным широко распространенным устройством ввода информации в компьютер является клавиатура (клавишное устройство). Она реализует диалоговое общение пользователя с ПК:

- ввод команд пользователя, обеспечивающий доступ к ресурсам ПК;

- запись, корректировку и отладку программ;

- ввод данных и команд в процесс решения задачи.

В настоящее время принят стандарт клавиатуры MFII. Условно мы можем выделить пять групп клавиш, несущих свою функциональную отгрузку.

Алфавитно-цифровая область - самая большая.

Включает: пробел, цифры 0-9, латинские буквы A-Z, символы кириллицы А-Я, знаки пунктуации, служебные символы "+", "-", "/" и т.д.

Эта область похожа на клавиатуру пишущей машинки и имеет аналогичное назначение.

Область функциональных клавиш.

Включает: F1-F12, Print Screen, Scroll Lock, Pause

Данная область располагается в верхнем ряду клавиатуры. Для разных программных продуктов одни и те же клавиши области могут выполнять неодинаковые функции.

Специальные клавиши:

Включает: Enter, Tab, Caps Lock, Shift, Ctrl, Alt, Esc, Back space, Delete, Insert.

Служат для переключения назначения алфавитно-цифровых клавиш, стирания символов, подтверждения ввода информации.

Блок управления курсором.

Включает: Home, End, Page Up, Page Down, стрелки управления курсором.

Эти клавиша необходимы для перемещения курсора на экране дисплея.

Цифровой блок.

Включает: Num Lock, "/", "*", "-", "+", Enter, цифры 0-9.

Располагается справа. Создан для облегчения ввода большого количества цифр.

Данная классификация строго условна, так как в действительности, в зависимости от выполняемой программы, почти любая клавиша может исполнять и функциональные, и служебные обязанности, а также может блокироваться программой. Поэтому в описании каждого программного продукта обязательно имеется раздел с изложением функций клавиатуры.

Из других видов клавиатур можно упомянуть специальные клавиши для слепых с осязаемыми точками на клавишах; клавиатуры для магазинов и складов, снабженные устройствами для считывания штрихового кода или для считывания магнитных карт; промышленные клавиатуры- сенсорные, имеющие в качестве защиты от вредных воздействий (стружек, пепла и т.д.) дополнительное покрытие клавиш специальной сенсорной фольгой; клавиатура для медицинских учреждений с устройствами для считывания информации со страховых карт. В настоящее время появились клавиатуры с дополнительными клавишами для удобства работы с той или иной операционной системой (ОС), например, клавиатура для Windows 95.

Таким образом, выбор клавиатуры зависит от ОС, с которой предполагается работать.

Манипуляторы

Они облегчают общение пользователя с ПК. Наиболее распространенным из них является так называемая

Мышь

Она служит для ввода данных или одиночных команд, выбираемых из меню или текстограмм графических оболочек, выведенных на экран монитора.

Мышь представляет собой небольшую коробочку с двумя или тремя клавишами и утопленным, свободно вращающимся в любом направлении шариком на нижней поверхности. Она подключается к компьютеру при помощи специального шнура и требует специальной программной поддержки.

Для работы с мышью необходима плоская поверхность, с этой целью используют резиновые коврики (Mouse Pad).

Так как с помощью мыши нельзя вводить в компьютер серии команд, поэтому мышь и клавиатура - не взаимозаменяемые устройства. Назначение графических оболочек - в обеспечении инициализации множества команд без длительного набора их с клавиатуры. Это снижает вероятность опечаток и экономит время. На объекте в виде текторграммы выбирается пункт меню или символ и щелчком кнопки мыши инициализируется. Конечно, при наборе или осуществлении некоторых функций применение мыши может быть нерациональным, если, например, эти функции выполняются нажатием функциональных клавиш.

В настоящее время также существует оптическая мышь, где сигнал передается с помощью луча мыши на специальный коврик и анализируется электроникой. Пока менее распространена бесхвостая (безкабельная) инфракрасная мышь (принцип ее действия похож на действие пультов дистанционного управления) и радиомышь.

В портативных ПК (Lapton, Notebook) мышь обычно заменяют особым встроенным в клавиатуру шариком на подставке с двумя клавишами по бокам, называемым трекбол.

Принцип его работы такой же, как принцип работы мыши. Несмотря на наличие трекбола, пользователь портативной ПК может использовать и обычную мышь.

К ручным манипуляторам относится и джойстик, представляющий собой подвижную рукоять с одной или двумя кнопками, имеющими то же назначение, что и клавиши мыши.

Это устройство ввода наиболее распространено в области компьютерных игр. В игровых приставках используются цифровые джойстики, а в компьютерах - аналоговые. Аналоговый джойстик имеет период цифровым множество преимуществ, самыми главными являются более широкая точность управления и отсутствие необходимости в применении специальной карты и переходника для подключения к компьютеру.

Для ввода рисунков в ПК может использоваться, так называемое, световое перо. Оно применяется сравнительно редко, так как пригодно для работы с крупными объектами, но очень ненадежно при выборе малых объектов.

Световое перо получило дальнейшее развитие при его совместном использовании с дигитайзером (диджитайзером), где пером просто пишут, затем специальные программы переводят рукописный текст или рисунок в цифровой код. Профессиональные световые перья могут определить толщину линий, силу нажатия на перо и другие параметры.

Дигитайзер. Является стандартным устройством ввода для профессиональных графических работ. С помощью программного обеспечения движение руки преобразовывается в формат векторной графики. Дигитайзер способен определять и обрабатывать абсолютно точные координаты, что недоступно другим устройством ввода.

Для непосредственного считывания графической информации с бумажного или иного носителя в ПК применяется оптические сканеры.