Материнська (системна) плата

Так називають велику друковану електронну плату одного з стандартних габаритів, яка несе на собі головні компоненти комп'ютерної системи: центральний мікропроцесор, оперативну пам'ять, мікросхеми підтримки, центральну магістраль, шину даних, контролер шини і декілька роз'ємів-гнізд. Останні (часто їх називають слотами, від англійського slot) служать для підключення до материнської плати інших плат (контролери, плати розширення і інші). Частина слотів в початковій комплектації ПК залишається вільними.

На системній платі розташовані також з'єднувачі, до яких за допомогою спеціальних кабелів підключаються додаткові пристрої. Крім того, на материнській платі знаходяться мініатюрні перемикачі, за допомогою яких проводиться настройка електричної схеми плати.

Мікропроцесор являє собою, по суті, мініатюрну обчислювальну машину, розміщену на зверхвеликій інтегральній схемі (ЗВІС). На одному кристалі чистого кремнію за допомогою складного, багатоступінчастого і високоточного технологічного процесу створюються більше мільйонів транзисторів і інших схемних елементів, з'єднувальні проводи і точки підключення зовнішніх виводів.

У сукупності вони створюють всі логічні блоки, тобто арифметичний пристрій, пристрій управління, регістри і т.д. Світовою промисловістю випускаються різноманітні типи центральних мікропроцесорів. Найбільш відомими є процесори фірми Intel, яка донедавна була безумовним лідером в цій області та компанії AMD, яка останній часом перегнала Intel по деяким показникам випуску процесорів.

Основними параметрами мікропроцесорів є: набір команд, що виконуються, розрядність, тактова частота. Тактова частота вказує, скільки елементарних операцій (тактів) мікропроцесор виконує в одну секунду. Тактова частота вимірюється в мегагерцах (1 МГц = 1000000 Гц). Нині вже є процесори із тактовими частотами, що перевищують 1ГГц (1ГГц = 1000 МГц). Розрядність показує, скільки двійкових розрядів (бітів) інформації обробляється (або передається) за один такт, а також, скільки двійкових розрядів може бути використано в процесі адресації оперативної пам'яті. Майже всі процесори розглянутої архітектури мають 32-х бітну архітектури. Незабаром їм на зміну прийде 64-х бітна. Потрібно пам'ятати, що тактова частота служить лише відносним показником продуктивності процесора, оскільки схемні відмінності процесорів приводять до того, що в деяких з них за один такт виконується робота, на яку інші витрачають декілька тактів.

Ззовні мікропроцесор виглядає як прямокутна пластмасова пластина розмірами ~5*5*0,5 см з численними виводами (до 240). На сучасні високошвидкісні мікропроцесори встановлюється вентилятор (розміром зі сірникову коробку), необхідний для охолоджування.

Оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗУ), або оперативна пам'ять (англійською — RAM, Random Access Memory, пам'ять з довільним доступом, тобто можливі і читання, і запис) також реалізована на ЗВІС. Швидкість доступу, тобто час, необхідний для зчитування даних з ОЗУ або запису їх туди, у сучасних ОЗУ складає біля 7-8 нс (7-8*10^(-9)с). Існують два типи ЗВІС-пам'яті: статична і динамічна.

У першому типі елементарний осередок утворюють так звані тригерні схеми. Будучи встановлена вхідним імпульсом в один з двох можливих станів («0» або «1»), така схема зберігає його до чергового імпульсу або до вимкнення живлення. При зчитуванні записаного в осередок значення її стан також не змінюється. Інакше працює динамічна пам'ять: вона складається з мікроскопічних конденсаторів, кожний з яких може перебувати в стані «заряджений» (що символізує двійкову “1”) або «не заряджений» (двійковий “0”). Щоб зберігати дані в такій пам'яті, заряджені конденсатори необхідно періодично «підживлювати». Тому динамічне ОЗУ при інших рівних умовах істотно повільніше статичного. Але зате воно менш енергоємне. Потрібно підкреслити, що обидва види пам'яті зберігають дані лише при постійному енергоживленні. Про такий запам’ятовуючий пристрій кажуть, що він енергозалежний. Дані в ньому стираються після вимкнення або перезавантаження комп’ютера.

Конструктивно сучасна ЗВІС ОЗУ (наприклад, SIMM, single in-line memory module) являє собою невелику друковану плату з розміщеними на ній мікросхемами. Останнім часом в основному застосовуються 72-контактні (72-pin) 36-бітові модулі (32 біта — довжина слова з чотирьох байт плюс по біту контролю парності на кожний байт).

Крім ОЗУ, в сучасних ПК обов'язково присутня так звана зверхоперативна пам'ять (її називають кеш-пам'яттю, від англійського слова “cаche”). Вона призначена для узгодження швидкості роботи повільних пристроїв з більш швидкими, наприклад мікропроцесора і динамічної пам'яті.

3. Системна магістраль даних (системна шина)

Це група електричних з'єднань (провідників) для передачі даних, адрес і сигналів між різними компонентами комп'ютера. Для забезпечення взаємозамінності пристроїв, що виготовляються різними виробниками, кількість, призначення і розміщення цих провідників стандартизований. У переважній більшості IBM-сумісних комп'ютерів, що випускалися раніше, системні шини виготовлені по стандарту ISA (Industry Standart Architecture, стандартна індустріальна архітектура). Згідно з ним шина має 16 ліній для передачі даних, 24 лінії для передачі адреси, 15 ліній для апаратних переривань і 7 ліній для організації доступу в пам'ять. Крім того, декілька провідників відведені для розведення електроживлення і службових сигналів.

У недавньому минулому обмін даними між зовнішніми пристроями (наприклад, НЖМД) і ОЗУ проходив через системну шину за участю центрального процесора (на час обміну останній припиняв виконання основної програми). Це знижувало загальну продуктивність ПК. Введення в склад ПК локальної шини дозволило усунути це вузьке місце, оскільки вона прямо зв'язує зовнішній пристрій з ОЗУ. Виробниками ЕОМ розроблений ряд стандартів на локальній шині. Найбільш популярним донедавна був стандарт VLB (VESA Local Bus), запропонований асоціацією VESA (Video Electronics Standards Association, асоціація по стандартах у відеоелектроніці).

На сучасному етапі найбільш поширеним стандартом на з’єднання пристроїв з материнською платою є PCI (Peripheral Component Interconnect, зв'язок периферійних компонентів). Він дозволяє більш точно настроювати параметри пристроїв та передачу даних по ним.

4. Мікросхема BIOS

 

Ще один важливий елемент з числа тих, що встановлюються на системній платі — BIOS (Basic Input-Output System, базова система вводу-виводу). Вона являє собою енергонезалежний постійний запам'ятовуючий пристрій, в який записані програми, що реалізують функції вводу-виводу, а також програма тестування комп'ютера в момент включення живлення (POST, Power-On- Self-Test) і ряд інших спеціальних програм.

У своїй роботі BIOS спирається на відомості про апаратну конфігурацію комп'ютера, які зберігає ще одна мікросхема CMOS RAM (Complementary Metal-Oxede-Semiconductor RAM). Це енергонезалежна пам'ять, постійно підживлюється від батарейки, що також знаходиться на системній платі. Та ж батарейка живить і схему кварцового годинника, що безперервно відлічує час і поточну дату.