Montaż i eksploatacja komputerów osobistych oraz urządzeń peryferyjnych

Płyta Główna
Co to jest płyta główna? Płyta główna (ang. motherboard, mainboard) - obwód drukowany urządzenia elektronicznego, na którym montuje się najważniejsze elementy, umożliwiając komunikację wszystkim pozostałym komponentom i modułom. Na płycie głównej znajdują się: procesor/y, pamięć operacyjna lub gniazda do zainstalowania tych urządzeń oraz gniazda do zainstalowania dodatkowych płyt zwanych kartami rozszerzającymi (np. PCI), urządzeń składujących (dyski twarde, napędy optyczne itp.) i zasilacza. W niektórych konstrukcjach także innych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy). Standardy płyt głównych ISA (ang.Industry Standard Architecture) Większość komputerów stosowanych w naszym kraju, wyposażona jest w szynę ISA. Oryginalna magistrala AT-ISA ma 16- bitową szynę danych. Teoretyczna maksymalna szybkość przesyłania danych wynosi 8 MB/s (gdyż dane taktowane są zegarem 8 MHz). W praktyce standard ISA pozwala na traser 1.5 -1.8 MB/s. Jest to, w porównaniu z szybkością procesora wąskie gardło, powodujące spowolnienie pracy komputera. Złącze ISA składa się z dwóch sekcji: 62-stykowej i 36-stykowej. Liczba gniazd ISA nie jest jednoznacznie sprecyzowana i zależy od modelu płyty. Teoretycznie jest całkowicie obojętne, w którym z gniazd umieszczona zostanie dana karta rozszerzająca, bowiem wyprowadzenia wszystkich gniazd są połączone równolegle. W praktyce pewne karty umieszczone zbyt blisko siebie mogą się wzajemnie zakłócać. EISA (z ang. Extended Industry Standard Architecture Rozszerzona Standardowa Architektura Przemysłowa) - magistrala danych zaprojektowana specjalnie dla 32-bitowych komputerów 80386. Aby zapewnić jej kompatybilność z szyną ISA, taktowana jest zegarem 8,33 MHz. Dość duża prędkość transmisji danych (33 MB/s) jest nie tyle rezultatem częstotliwości taktowania, co szerokości szyny. Magistrala EISA obsługuje standard Plug&Play w przeciwieństwie do swojej poprzedniczki - ISA. VLB (Vesa Local Bus) Standard magistrali lokalnej został opracowany przez stowarzyszenie o nazwie Video Electronics Standards Association Dopuszczalna częstotliwość zegara taktującego magistralę VL wynosi od 16 do 66 MHz , co dla większości obecnie produkowanych modeli PC zapewnia zadowalającą przepustowość. Specyfikacja standardu VL 1.0 dopuszczała częstotliwość pracy do 40 MHz , zaś w wersji 2.0 wynosi ona maksymalnie 50 MHz. Maksymalna prędkość ciągłej transmisji danych wynosi 106 MB/s , zaś dla wersji 64-bitowej przewiduje się prędkość rzędu 260 MB/s. Do zasilania urządzeń dołączonych do magistrali VL używane jest napięcie +5 woltów , a maksymalna obciążalność każdego gniazda rozszerzającego wynosi 2 ampery (pobór mocy do 10 watów). Specyfikacja standardu VL dopuszcza również stosowanie urządzeń o obniżonym napięciu zasilania równym 3,3 wolta , co pozwala na wykorzystanie w systemach VL najnowszej konstrukcji mikroprocesorów i innych układów scalonych . Dodatkowe złącza magistrali VL stanowią przedłużenie klasycznych gniazd ISA , EISA lub MCA znajdujących się na płycie głównej , przy czym geometria złącz w wersji 2.0 standardu pozostaje nie zmieniona . PCI (ang.Periphearl Component Interconnect) Magistrala PCI umożliwia zarówno 32-jak i 64-bitową transmisję danych . Akceptowane poziomy napięć wynoszą +5 lub +3.3 wolta , tak więc standard PCI może być stosowany zarówno w klasycznym sprzęcie posługującym się sygnałami o poziomie +5 V , jak i w nowoczesnych systemach pracujących z obniżonym napięciem zasilania. Magistralę PCI można sobie wyobrazić jako ścieżkę przesyłu danych biegnącą równolegle do tradycyjnej magistrali ISA , EISA lub MCA . Zarówno procesor jak i pamięć RAM połączone są bezpośrednio z liniami magistrali PCI , do której z kolei poprzez specjalny układ pośredniczący (ang. PCI bridge ) dołączona jest klasyczna magistrala ISA , EISA lub MCA . Urządzenie zewnętrzne , jak karty sterowników graficznych , dyskowych , karty dźwiękowe i inne , mogą być dołączane bezpośrednio do magistrali PCI. Cenną zaletą standardu ,jest łatwość rozszerzenia magistrali z 32-bitowej do 64-bitowej. Wariant 32-bitowy dysponuje maksymalną przepustowością 132 MB na sekundę , podczas gdy w trybie 64-bitowym magistrala PCI jest w stanie transmitować do 264 megabajtów na sekundę. PCI Express Dużą zmianę stanowi wprowadzenie nowego typu gniazd dla kart rozszerzeń - PCI Express. Wcześniej znane były one pod kryptonimem 3GIO - 3rd Generation I/O. Zastąpią one nie tylko popularne gniazda PCI, ale także port AGP. PCI Expresszapewnia znacznie wyższy transfer, a jednocześnie umożliwia przesyłanie danych w obu kierunkach. Dostępne jest w kilku wersjach, różniących się parametrami, a także fizycznymi rozmiarami gniazdek. Złącze PCI Express x1 to najprostsza odmiana nowego złącza. Umożliwia przesyłanie 250 MB/s w każdym kierunku (sumarycznie 500 MB/s). Gniazdo PCI Express jest malutkie i przypomina popularne swego czasu złącza CNR/AMR. Złącze PCI Express x4 pozwala na przesłanie już 1 GB/s w każdym kierunku. Samo gniazdo jest dwukrotnie szersze od PCI Express x1.Najszybsza odmiana to PCI Express x16 zapewniająca przepustowość 4 GB/s w każdym kierunku (a więc łącznie 8 GB/s). Jest to wartość dwukrotnie większa od udostępnianej przez port AGP 8X. Dlatego też gniazdo PCI Express x16 przeznaczono dla kart graficznych. Złącza PCIe nie są kompatybilne ani z PCI, ani z AGP. Niestety nowe chipsety Intela udostępniają jedynie obsługę PCI Express, a brak im portu AGP. AGP (ang.Accelerated Graphics Port) Nowa szyna czyni grafikę szybszą i bardziej realistyczną a karta graficzna może użyć dowolnej ilości pamięci operacyjnej umieszczonej na płycie głównej , a niezależna szyna graficzna zapewnia bezpośredni transfer danych . Powinno to dać bardziej realistyczne i szybsze animacje trójwymiarowe w porównaniu z tym co było możliwe do tej pory. Szyna AGP będzie taktowana zegarem 66 MHz - w porównaniu z taktem 33 MHz, stosowanym w PCI , oznacza to zwiększenie maksymalnej przepustowości do 266 MB/s. Przy użyciu techniki potokowej i trybu 2x można dojść do maksymalnej wartości 528 MB/s, co odpowiada czterokrotnej prędkości szyny PCI. Szyna AGP będzie wykorzystywana do bezpośredniego połączenia między pamięcią operacyjną ( RAM ) na płycie głównej a układem akceleratora na karcie graficznej. -AGP 1x, używa kanału 32-bitowego działającego z taktowaniem 66 MHz, co daje maksymalny transfer 266 MB/s równy dwukrotnemu transferowi 133 MB/s dostępnemu w magistrali PCI działającej przy taktowaniu 33 MHz/32-bit; napięcie sygnału 3.3 V. -AGP 2x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z podwójną przepływnością, prowadzącą do efektywnego transferu 533 MB/s; napięcie sygnału 3.3 V. -AGP 4x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z poczwórną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 1066 MB/s (1 GB/s); napi??cie sygnału 1.5 V. -AGP 8x, używa kanału 32-bitowego przy taktowaniu 66 MHz z ośmiokrotną przepływnością, co prowadzi do efektywnego transferu maksymalnego 2133 MB/s (2 GB/s); napi??cie sygnału 1.5 V. Pozostałe elementy budowy płyty głównej Chipset Od strony funkcjonalnej chipset składa się z wielu modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali ISA, PCI, pamięci DRAM, SRAM i innych). Trzon każdego chipsetu stanowi: -kontroler CPU, -kontroler pamięci operacyjnej RAM, -kontroler pamięci cache, -kontroler magistral ISA, PCI i innych. Dodatkowo chipset może integrować następujące elementy: -kontroler IDE, SCSI, FDD i innych, -kontroler klawiatury (KBC), przerwań IRQ, kanałów DMA, -układ zegara rzeczywistego (RTC), -układy zarządzania energią (power management) -kontroler układów wejścia / wyjścia: Centronix, RS232, USB i innych, -kontroler takich interfejsów jak: AGP, UMA, adapterów graficznych i muzycznych. Chipsetu nie da się wymienić na nowszy, tak jak ma to miejsce w przypadku np. procesora. Decydując się na dany model, jesteśmy całkowicie uzależnieni od jego parametrów, a jedynym sposobem wymiany jest zakup nowej płyty głównej. Konfiguracja parametrów pracy poszczególnych podzespołów wchodzących w skład chipsetu zmieniana jest poprzez BIOS i zapamiętywana w pamięci CMOS komputera. BIOS BIOS jest to skrót od "Basic Input Output System"- podstawowy system Wejścia /Wyjścia. Najniższy poziom oprogramowania komputera umożliwiający działanie innych programów i operacji wykonywanych przez komputer . BIOS jest łącznikiem między sprzętem a uruchamianymi programami. Procedura BIOS-u została zapisana w pamięci stałej komputera. Programy znajdujące się w BIOS-ie dzielą się na dwie grupy: -programy testująco-inicjujące pracę komputera, -programy zawierające procedury sterujące różnymi elementami komputera, jak np.: napędami dyskowymi urządzeniami wejścia/ wyjścia. BIOS steruje współpracą wszystkich podstawowych funkcji komputera z systemem operacyjnym. Troszczy się między innymi o to, by sygnały wychodzące z klawiatury przetwarzane były do postaci zrozumiałej dla procesora. BIOS posiada własną, choć niewielką pamięć, w której są zapisane informacje na temat daty, czasu oraz dane na temat wszystkich urządzeń zainstalowanych w komputerze. BIOS jest zasilany przez baterie. Jeżeli komputer nie jest używany przez dłuższy czas, należy włączyć go na kilka godzin, aby odpowiednio naładować baterię. Cache Pamięć buforowa drugiego poziomu jest instalowana na płycie głónej w sposób umożliwiający jej rozbudowę. Płyty główne wyposażane są standardowo w pewną określoną ilość pamięci cache L2. Najczęściej spotykane rozmiary to 256 KB, 512 KB, 1MB, 2MB. Najważniejsze jest aby pamięć była zainstalowana (chociaż 128 KB, a najlepiej 512 KB). W efekcie następuje ogromny wzrost wydajności komputera. Zainstalowanie kolejnych kilobajtów już nie powoduje tak radykalnych przyrostów wydajności systemu (np. rozbudowa z 256 KB do 512 KB daje wzrost wydajności rzędu 5%), także koszt rozbudowy tej pamięci może okazać się niewspółmierny do wyników jakie przez to osiągniemy. Powyższe rozważania odnoszą się do pracy pod kontrolą systemów jednowątkowych. W przypadku korzystania z Windows NT, OS/2 lub Unix'a (systemów wielozadaniowych) każdemu wątkowi przydzielony jest odpowiedni rozmiar bufora, tak więc korzystne jest posiadanie przynajmniej 512 KB cache L2. Gniazdo pamięci SIMM Jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci SIMM (Single-Inline Memory Module)- standard konstrukcyjny o 32 stykach; szyna danych ma szerokość zaledwie 8 bitów. Pojęcie to czasem używane jest również w odniesieniu do modułów PS/2. Moduły te wykonywane są w dwóch wersjach 30-stykowej i 72-stykowej i mogą mieć pojemność od 256 KB do kilku mega bajtów. Obecnie najbardziej popularne wydają się SIMM-y o pojemnościach od 8 do 32 MB, czas dostępu modułów SIMM zawiera się w granicach 30 - 40 nanosekund. Gniazdo pamięci DIMM Jest to gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci DIMM (Dual-Inline Memory Module)- moduły pamięci na karcie ze 168 stykami. Pracują z szyną adresową o szerokości 64 bitów. Gniazdo zasilania Jest to gniazdo poprzez które doprowadzone jest napięcie zasilające całą płytę główną i umieszczone na niej elementy. W przypadku płyt AT mamy do czynienia z gniazdem dwuwtykowym, co może doprowadzić przy błędnym ich zamocowaniu do uszkodzenia płyty. Płyty standardu ATX tej wady nie posiadają. Znajduje się najczęściej zaraz obok gniazd pamięci w prawym, górnym rogu płyty głównej. W płytach ATX jest to 20-stykowe gniazdo, natomiast w płytach AT - 12-stykowe. Podłączenie kabla z zasilacza z końcówką ATX nie jest trudne. Dzięki specjalnemu wyprofilowaniu wtyczki i gniazda nie da się połączyć zasilania błędnie. Inaczej jest ze standardem AT. Tutaj należy połączyć dwie bliźniacze, 6-stykowe wtyczki do 12-stykowego gniazda. Ważne jest ,aby zostały tak podłączone do gniazda, by przewody koloru czarnego (masa) obu wtyczek znajdowały się obok siebie. Uwaga ! Odwrotne połączenie może spowodować uszkodzenie płyty głównej. ATX Zmiany oferowane przez normę ATX usuwają pewne niedociągnięcia dotychczasowych konstrukcji. Typowa płyta tego standardu przypomina konstrukcję Baby-AT obróconą o 90 stopni. Nowsza specyfikacja ściśle określa położenie procesora który teraz nie jest umieszczany na przeciw slotów PCI i ISA, dzięki czemu możliwy jest bezproblemowy montaż kart rozszerzeń pełnej długości. Dodatkowo norma ATX zapewnia programową kontrolę zasilania co umożliwia automatyczne wyłączenie komputera przez system operacyjny (najczęściej po zamknięciu systemu). Zaletą jest również możliwość wykorzystania wentylatora zasilacza także do chłodzenia radiatora procesora co wydatnie zmniejsza poziom hałasu wytwarzanego przez komputer.Należy zauważyć także, że złącza pamięci umieszczono bardziej w okolicy środka co zazwyczaj ułatwia dostęp do modułów pamięci. Modyfikacji uległo położenie zintegrowanych kontrolerów FDD i IDE, które przesunięto bardziej na zewnątrz w kierunku wnęk na napędy. Pozwala to nieco przerzedzić pajęczynę przewodów rozpiętą nad płytą. Niestety nowy standard mimo wszystkich zalet ma jedną zasadniczą wadę - płyty i obudowy zgodne ze specyfikacją ATX są wciąż droższe od typowych komponentów Baby-AT. USB Na współczesnych płytach głównych zintegrowane są wszystkie standardowe interfejsy komputera, od portów szeregowych i równoległych, przez sterowniki dyskowe po USB. Dwukanałowy szybki interfejs USB (Universal Serial Bus) opracowany przez firmę Intel obsługiwany jest przez wszystkie chipsety Intela od 430HX, jest również obecny w większości chipsetów konkurencyjnych. Przewidziany został do podłączania rozmaitych urządzeń (nawet do 127 urządzeń w łańcuchu) od klawiatury i myszy po drukarki i telefony. Współcześnie standard ten jest bardzo często używany.