Сердцем компьютера, содержащим основные микросхемы, является материнская плата. Именно она отвечает за отклик системы на распоряжения пользователя. Материнская плата имеет и другие названия: системная плата, основная плата, МП. Далее подробно рассмотрим ее устройство и назначение отдельных компонентов.
К материнской плате подключаются все внутренние компоненты, как то процессор, оперативная память, платы расширения, контроллеры, так и периферийные устройства, например, SSD-накопители, DVD-дисководы, внешние накопители информации, адаптеры, модемы.
Чтобы соединить все эти компоненты вместе, существуют специальные гнезда, которые официально именуются слотами, сокетами и коннекторами. Форма у них у всех разная. Отличаются типом, количеством контактов, параметрами производительности и другими мелочами.
Устройство материнской платы компьютера
1. Сокет процессора – разъем процессора, самый крупный на материнской плате, найти его не сложно. Если все же есть трудности, то его расположение указывается в схеме к руководству для материнской платы.
Слот различается в зависимости от вида процессора, для которого он предназначен, поэтому установить в гнездо можно лишь совместимую модель. Иначе штырьки, которыми процессор вставляется в слот, могут погнуться, в худшем случае — сломаться. Процессоры разных торговых марок различаются стандартом гнезда, но даже у одного и того же производителя процессоры разных выпусков могут отличаться форматом сокета.
Самыми последними новейшими сокетами являются у Intel – LGA 1155, у компании AMD – AM3+.
2. Слоты оперативной памяти – основное хранилище временных данных. Представляют собой вытянутые отверстия с замками по краям, кстати, несимметричной формы. Это сделано специально, чтобы пользователь установил планку памяти без ошибок.
Слоты на материнской плате компьютера рассчитаны на конкретный вид памяти, какой именно – можно узнать в руководстве к системной плате. Планки оперативной памяти различаются объемом и типом. Сегодня наиболее популярен стандарт DDR3 SDRAM.
3. Слот для видеокарты и других плат расширения . Современные слоты стандарта PCI Express разделяются на следующие виды:
- высокоскоростные – для видеокарт,
- стандартные – для всех других плат расширения.
Отличить разъем для скоростных видеокарт можно по специальной метке PCI-E x16. Бывает, что он выделен каким-либо цветом. Современный слот PCI-Express x 16 стал своего рода универсальным ввиду того, что представляет собой двунаправленную шину с пропуском 8 Гб/с, а в однонаправленном режиме соответственно 4 Гб/с.
4. Коннекторы для подключение жесткого диска и привода . DVD/BlueRay-дисководы, а также жесткие диски SSD и HDD подключаются, как правило при помощи разъема SATA. Этот формат позволяет производить, так называемое, «горячее подключение», что означает возможность подсоединения/отсоединения при включенном питании. По умолчанию этот параметр не включен, самостоятельно его активировать можно в настройках BIOS.
5. Разъемы для питание материнской платы . Подача питания на системную плату и на процессор осуществляется по разным проводкам. Выводы блока питания имеют разноцветные провода с различным номиналом напряжения (+12В, –12В, +5В, “Земля” и другие). Чтобы не перепутать куда какое напряжение подавать, они объединены в штекеры различной формы.
Слот питания материнской платы бывает разных форматов (в зависимости от форм-фактора системного болка: АТХ или miniATX), и может иметь 20 или 24 контакта. Плата форм-фактора ATX больше по размеру, а соответственно требует большего питания, т.е. ей необходим будет коннектор 24-пиновый.
Эту особенность необходимо учитывать при выборе и покупке блока питания. Разъем для питания процессора вы не перепутайте с другим, он больше никуда не подойдет. У него, такая форма, что подключить его неправильно у вас просто не получится.
6. Внутренние USB-контакты . Если вы на системной плате увидите 9-штыревой разъем, то, скорее всего, это разъем для подключения внешних USB-портов, расположенных на лицевой стороне системного блока. Можно их и не подключать, т.к. всегда есть встроенные USB-порты, расположенные на задней стороне платы, на панели разъемов.
7. Подключение кнопок . Когда пользователь перезагружает ПК или выключает его, он нажимает соответствующие кнопки управления, которые подключены к материнской плате при помощи хрупких двойных контактов. Во избежание поломки, важно не перепутать полярность и обращать внимание на надписи (описание есть в руководстве к системной плате).
Я подключаю кнопки следующим образом:
- сначала ищу контакт подключения кнопки пуска, простым перебором (если запустилась, значит она, если нет – переставляю дальше);
- далее во включенном состоянии подбираю индикаторы работы жесткого диска и питания (вставил в свободный и следишь за лампочкой, загорелась угадал, нет – дальше подбираешь);
- и последним вставляю проводок перезагрузки;
- потом все еще раз проверяю.
Стандартные внешние разъемы
На задней стороне платы устанавливаются порты, доступ к которым осуществляется со стороны задней стенки системного блока. Как правило, это следующий набор портов:
- USB-порты (минимум 2 шт.),
- LAN (порт сетевой карты),
- SATA (подключение дополнительного винчестера),
- разъемы для аудио выходов и аудио входов;
- PS/2 (для мышки и клавиатуры);
- HDMI (подключение монитора).
Чипсет или мосты материнской платы
Чипсет представляет собой микросхему или набор микросхем, которые согласуют работу процессора, оперативной памяти, жесткого диска, видео адаптера и других компонентов, подключенных к материнской плате. Раньше в состав чипсета входили северный мост и южный мост. Но сегодня ввиду высокой степени интеграции эти две микросхемы объединены в одну.
Северный мост – это посредник между процессором, памятью и видеокартой, основной функцией которого является организация обмена данными между этими высокопроизводительными устройствами. Производительность компьютера в целом находится в непосредственной зависимости от слаженности работы этих компонентов вместе.
Северный мост получил свое название за то, что находился ближе всего к процессору (вверху). И до не давнего времени являлся преградой для наращивания роста производительности ПК, т.к. имел высокую задержку передачи данных между центральным процессором и другими компонентами северного моста.
Как раз в силу высокой нагрузки северный мост часто перегревался и являлся причиной зависания компьютера.
Производительность процессоров и видео карт сильно выросла, что потребовало от проектировщиков системных плат креативных решений. Именно поэтому было принято решение интегрировать северный мост в процессор.
Южный мост координирует работу BIOS и слотов USB, SATA, винчестера, клавиатуры, мыши. Он представляет собой чип со своим набором микросхем. Свое название получила, т.к. находится “ниже” центрального процессора.
Требование к производительности Южного моста значительно ниже, т.к. к нему подключаются периферийные низкоскоростные устройства. Однако в силу передачи большего объема данных данный чип часто перегревается (кстати, не имеет внешнего охлаждающего устройства) и может выйти из строя.
Новые веяния
1. Аудио звук и видео. На задней стенке процессора располагается разъем для подключения колонок либо наушников. Теперь не надо покупать дискретную карту – современная встроенная аудио карта имеет максимальный набор настроек, позволяющая пользователю качественно воспроизвести звук.
Видеокарты также перешли к интеграции. Сегодня видеоускорители интегрируются непосредственно в системную плату либо центральный процессор, что позволяет уменьшить размеры конечного устройства и снизить его энергопотребление.
2. Сетевой слот. Отдельную сетевую карту сегодня уже никто не покупает. Почти на всех современных материнских платах интегрированы гигабитные порты. В последнее время стали появляться платы с двумя сетевыми портами. Их можно объединить, повысив тем самым скорость обмена данными (об этом я уже писал в ).
Стали все чаще встречаться варианты встроенного беспроводного WI-FI контроллера. Ерунда, но зато нет лишних проводов, не надо дополнительной розетки для роутера.
3. RAID. Все чаще появляются платы со встроенными RAID-контролерами. Для чего это, я опишу в отдельной статье.
Шины данных и из разновидности
Обмен данными в материнской плате осуществляется при помощи так называемых шин. В зависимости от числа дорожек и свойств самой шины, они имеют различную производительность. Разделяются они по следующим параметрам:
- частота,
- разрядность,
- скорость передачи данных.
По назначению можно выделить следующие шины:
1. процессорная (как правило, самая производительная, обеспечивает обмен данными ЦП с памятью и чипсетом);
2. шина памяти (сейчас в ней нет необходимости, т.к. раньше соединяла северный мост и оперативную память, сейчас обмен происходит по процессорной шине);
3. графическая (шина отвечает за обмен данными с видео картой, от ее типа зависят поддерживаемые графические адаптеры). Сегодня последним стандартом является “PCI Express 3.0”: характеризуется высокой скоростью (1 Гб/с на одну линию) и низкими задержками при передаче данных.
Полезный совет:
На сегодняшний день почти все процессоры поддерживают двухканальный режим обмена данными с оперативной памятью. Поэтому при покупке лучше всего покупать два одинаковых модуля памяти по объему и характеристикам. Установите их в два слота одинакового цвета, и процессор будет обмениваться данными с оперативной памятью с удвоенной скоростью.
Уже выпускаются процессоры, поддерживающие 3-х и 4-х канальный режим работы.
Современные материнские платы состоят из множества различных компонентов. Устройство материнской платы компьютера таково, что она содержит в себе: транзисторы (мосфеты), клокеры, резисторы, электролитические и керамические конденсаторы, диоды, катушки индуктивности, а также различные микрочипы, которые припаиваются непосредственно к материнской плате.
Сама же материнская плата (мать) представляет из себя кусок многослойного текстолита, на котором тончайшим слоем нанесены дорожки (проводники). Слои в нем располагаются примерно так же, как этажи в многоэтажных домах, а их количество может достигать от 10 до 15.
Мосфеты необходимы для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. Резисторы нужны для создания в электрической цепи сопротивления, обеспечивая тем самым регулирование электрической энергии между элементами материнской платы. Клокеры необходимы для формирования тактовых частот, используемых на материнской плате и в процессоре. Конденсаторы нужны для выравнивания напряжения или блокировки тока в цепи.
Они (конденсаторы) имеют свойство выходить из строя и буквально вздуваться. И, наконец, катушка (дроссель) - используется для смягчения скачков тока при запуске, очень часто дросселя располагают возле сокета процессора. Все остальные компоненты материнской платы условно можно разделить на группы:
- Разнообразные порты для подключения как внутренних устройств (сокет процессора, слоты ОЗУ, слоты видеокарты), так и внешних - жестких дисков, оптических приводов, USB накопителей.
- Разъемы питания: процессора, вентиляторов. На самой материнке есть самый главный 24-pin порт питания, по которому она получает питание от БП.
- Разъемы на задней «стенке» системного блока, это аж целый блок портов для подключения устройств «ввода-вывода»: монитора, принтера, мышек, клавиатуры, динамиков, сетевого кабеля и др.
- Радиаторы и трубки охлаждения.
- Перемычки (управляющие штырьки), генераторы тактовых частот (клокеры) и батарейка, чипы (BIOS, аудиочип и др.). К чипам еще можно отнести северный и южный «мосты», или по-другому - чипсет.
Изображение кликабельно
Итак, перед вами схема материнской платы. Начнем, пожалуй, с чипсета. А состоит он из двух компонентов: южного моста и северного моста. Этим специфическим термином «мост» - обозначается набор микросхем, которые отвечают за работу всех компонентов материнской платы и их связи с процессором. Чипсет не случайно делится на две составляющие: северную и южную, ведь на них возлагаются принципиально разные задачи.
К примеру, северный мост далеко не просто так называется, а именно из-за своего положения, относительно центра материнской платы. Северный мост всегда находится ближе к процессору (а в современных пк он вообще уже встроен в сам процессор, Начиная с процессоров на базе архитектур Intel Nehalem и AMD Sledgehammer) и обеспечивает связь между ним, оперативной памятью и графическим ускорителем (видеокартой).
Южный же - отвечает за работу всех периферийных устройств, включая принтер, сканер, флеш-накопители, внешние жесткие диски и т.п.). А также делает возможной работу: базовой системы "ввода-вывода" (BIOS), аудиочипа и интернета. Между собой северный и южный мосты также «общаются» по определенному протоколу. А сам чипсет связывается с процессором по следующим интерфейсам: FSB, DMI, HyperTransport, QPI.
Подробнее о чипсете я уже писал в одной из своих предыдущих статей, а именно вот .
Чуть правее чипсета располагается процессорный сокет, обратите внимание на скопление тех самых катушек (дросселей), которые, как уже упоминалось выше, производитель старается расположить поближе к процессору. С чем конкретно это связано утверждать не берусь, но если кто в комментариях напишет свою версию - буду признателен (неправильные ответы тоже принимаются).
А еще обратите внимание на обилие радиаторов охлаждения, один расположен прямо над процессорным сокетом, а два других - на северном и южном мостах. Это действительно необходимость, ведь в процессе работы некоторые зоны материнской платы нагреваются очень ощутимо, а без должного охлаждения пайка, например, на южном мосту может разрушиться и наш южный мост уйдет в свободное плавание, или, того хуже - просто сгорит. Кроме того, на процессор обычно ставится кулер, у которого тоже есть свой отдельный радиатор, эффективно отводящий тепло.
Система охлаждения материнской платы может быть представлена не только в виде обычного радиатора, но и в виде жидкостного охлаждения с подводящими трубками + радиаторы, как на фото выше
Процессор питается от материнской платы через специальный 4-х пиновый разъем (на схеме он обозначен как «P4»), а сама материнка - через 24-х пиновый разъем, на фото он находится в самом низу. Также, энергия требуется и различным вентиляторам и кулерам, которых может быть больше 3. Процессорный кулер подключается через 4-х контактный разъем, который расположен ближе всего к сокету. Остальные вентиляторы запитываются от 3-х контактных разъемов, которые «натыканы» по всей плате.
Если перевести взгляд в левый нижний угол - можно увидеть небольшую круглую батарейку, без которой все настройки BIOSа, в том числе текущее время и дата, будут удалены. Срок службы такой батарейки редко превышает порог в 7 лет, иными словами, если вы на своем компьютере обнаружили подобную проблему (каждый раз при включении сбивается время и дата), первым делом поменяйте батарейку, благо стоит она совсем не дорого и найти ее можно практически в любом компьютерном магазине.
Также, по всей материнской плате размещены всевозможные интегральные микросхемы, к ним можно отнести:
- Аудио-чип
- Контроллеры портов (1394 и SATA)
- Super I/O чип
- FirmWare Hub (FWH) чип
- Чипсет для беспроводных сетей
Для любых портов должен быть предусмотрен свой контроллер, иначе они не будут работать. Контроллера USB-портов на схеме не видно, просто потому, что он встроен в южный мост, как вы уже могли догадаться. FWH отвечает за работу BIOS. А вот с чипом Super I/O не все так просто. Он выполняет целый ряд функций, в нем находятся: контроллер флоппи-дисков (которые «конкретно» устарели и ныне не используются), датчик температуры и скорости вращения вентилятора (кулера), а еще он отвечает за инфракрасный порт и клавиатуру с мышью, только не usb, а ps/2. Найти чип Super I/O на материнке можно по названию производителя, в частности: Fintek, ITE, National Semiconductor, Nuvoton, SMSC, VIA, и Winbond.
Порт 1394 (он же FireWire) используется для подключения различных мультимедийных устройств, например ip-камер, и является значительно более быстрым, нежели usb. Про разъемы (гнезда) задней панели рассказывать тут не вижу смысла, ибо это тема отдельной статьи (а эта и так уже получилась большая), ну а про другие порты, такие как: ATA(IDE), SATA я уже упоминал в статье под названием « », рекомендую к прочтению.
Перемычки, они же переключатели, они же джамперы (Jumpers) - выполняют сразу несколько задач. С помощью них вы можете запустить аварийное восстановление биоса, переключить и настроить звуковой чип, выполнить сброс настроек биоса и многое другое. Все зависит от конкретного производителя материнки. Если речь идет о игровых моделях, в них могут встречаться джамперы, позволяющие «разгонять» ОЗУ или саму материнскую плату, менять приоритеты загрузки жестких дисков и т.д. Как-нибудь я постараюсь рассказать об этом подробнее (но уже не в этой статье).
Ну и пару слов про так называемую «FPanel», или по-другому разъемы передней панели. На схеме они обозначены как «коннекторы фронтальной панели». На фото вы можете видеть провода с колодками, которые как раз подключаются к этим штырькам на материнской плате. Однако, тут важно соблюсти определенную последовательность подключения, иначе все кнопки и индикаторы не будут работать. А что вообще туда подключается? А вот что: кнопка подачи питания и перезагрузки компьютера, индикатор загруженности жесткого диска, встроенный динамик (пищалка).
Опять же, для каждой платы может быть своя последовательность и полярность подключения, все это, как правило, в обязательном порядке указывается на первых страницах инструкции к вашей материнской плате. Если такой инструкции у вас нет, или вы покупали мат. плату с рук - попробуйте найти ее в интернете. Конкретно для платы ASUS P5AD2-E, рассматриваемой в данной статье, последовательность такая:
Изображение кликабельно
Материнская плата компьютера оснащена огромным, по меркам неопытных пользователей, количеством разъемов . Они расположены, как внутри системного блока, так и на задней панели компьютера. Разъемы на передней части, зачастую дублируют задние за некоторым исключением.
Стоит отметить, что порты ноутбука, практически ничем не отличаются от компьютера, их мы также рассмотрим ниже.
Большой квадрат с множеством дырок в центре материнской платы служит для подключения процессора . Сверху, после подключения ЦП устанавливается вентилятор охлаждения.
Стоит заметить, что для каждого типа такого разъема существует свой список поддерживаемых процессоров. Поэтому при покупке ЦП следует обратить внимание на сокет , иначе новое приобретение просто не влезет в этот разъем.
Разъем подключения процессора
Установка видеокарты
Ниже, под процессором можно увидеть некоторое количество слотов разной длины. Это разъемы PCI express . Раньше в этой части платы был разъем AGP , но он морально устарел и сейчас практически не используется .
PCI Express на сегодняшний день подразделяется на х1 , х4 , х16 . Видеокарту вставляют в PCI Express x16 , остальные сейчас используются достаточно редко, но, тем не менее, присутствуют на многих моделях материнских плат. В них устанавливается дополнительные карты, такие как звуковая, сетевая и т.п.
Разъемы подключения видеокарты
Оперативная память
В правой части расположено несколько длинных разъемов, в которые устанавливается оперативная п амять. Сейчас ОЗУ подразделяется на DDR1 , DDR2 , DDR3 . DDR 1 и 2 морально устарели, и на новых компьютерах не используются. Также стоит отметить, что эти разъемы не совместимы между собой. Т.е. DDR3 нельзя установить в DDR2 и наоборот.
Стоит обратить внимание на цвета слотов – так выделяют каналы. Поэтому несколько планок оперативной памяти устанавливаются не подряд, а ориентируясь по этим цветам.
Слоты оперативной памяти
Жесткий диск
Для подключения этого устройства используют интерфейс SATA . Расположены они в правой части платы. На сегодняшний день существуют три версии: SATA 1.0 , SATA 2.0 , SATA 3.0 . Они совместимы между собой и отличаются только скоростью передачи данных.
Интерфейсы SATA
Интерфейсы IDE и FDD встречаются редко. Старые модели винчестеров работали по IDE , а флоппи дисковод через FDD . В настоящее время практически не используются.
Разъемы IDE
Подключение питания
На материнской плате расположены два разъема для обязательного подключения питания. Первый из них это расположен недалеко от оперативной памяти и содержит в себе 20 или 24 контакта. Если к нему не подключить питание, то плата не будет работать.
Питание материнской платы
Кроме этого, рядом с процессором 4 или 6 контактный порт для подключения питания процессора . Без него компьютер также не будет работать.
Питание процессора
Охлаждение компонентов компьютера
Без охлаждения компьютер не сможет работать длительное время. Поэтому на плате расположено несколько специальных разъемов, куда подключаются куллеры
. Один из них рассчитан на подключение охлаждения процессора, а остальные на обычные вентиляторы.
Задняя панель системного блока
Если обратить внимание на заднюю часть материнской платы, то тут можно увидеть множество портов для периферийных устройств
PS/2
Используются для подключения мыши и клавиатуры . Морально устарели и редко используются. Многие новые платы ими не комплектуются.
Разъем PS/2
COM и LPT
LPT – это параллельный порт, а COM – последовательный. Сейчас используются очень редко, и увидеть их на новых моделях плат практически невозможно. В свое время их использовали для подключения периферийных устройств, которые сейчас используют USB .
Com порт
Порты USB
Самые популярные порты, через которые можно подключить практически все. Различаются по скорости. Сейчас используются USB 2.0 и USB 3.0 . Их можно отличить по цвету: Синий – USB 3.0, а черный – 2.0. отличаются они скоростью и совместимы между собой.
Разъемы USB
Использование сети
Недалеко от USB расположен порт Ethernet для подключения к сети. Для подключения используют кабеля обжатые коннекторами RJ-45 .
Ethernet разъем
Аудио разъемы
Все материнские платы оснащены входом для подключения колонок и микрофона . В зависимости от материнки их количество варьируется от 3 до 6. Иногда пользователю тяжело разобраться, что и куда подключать. Для этого существует стандартная цветовая схема (В настройках драйвера в некоторых случаях, порты можно переназначить):
Видео разъемы
Их может быть несколько, и расположены они могут быть, как на материнской плате , так и на видеокарте . Служат для подключения монитора или других подобных устройств.
Чаще всего встречается аналоговый выход VGA – для подключения устаревших мониторов.
VGA Разъем
Сейчас получил распространение цифровой выход DVI , но он также постепенно уступает место разъему HDMI .
DVI разъем
HDMI – используется практически на всех современных мониторах и видеокартах. Передает сигнал высокой четкости (FullHD 1920х1080), причем по одному кабелю может передавать и видео и аудио.
HDMI подключение
Стоит упомянуть DisplayPort , который постепенно набирает популярность. Он идентичен HDMI , но использовать его в производстве значительно дешевле. Кроме этого на рынке появился порт Thunderbolt , который пришел на замену DisplayPort. Выглядят он одинаково и полностью совместимы, но Thunderbolt имеет большую скорость передачи данных, что позволяет ему показывать картинку с разрешением 5К, или 4К на двух мониторах.
Разъем Thunderbolt
Другие разъемы
Изредка системные блоки оснащены картридерами , которые позволяют считывать информацию с карт памяти. Расположен он на передней панели.
Картридер
Еще один редки порт – это IEEE 1394 , который также называют FireWire . Используется для подключения цифровых устройств, таких как фото и видеокамеры. Реже через него подключают другие периферийные устройства – принтеры, сканеры, диски и т.п.
Разъемы ноутбука
В ноутбуках количество внешних портов значительно меньше, чем на компьютере. Обусловлено это их конструкцией . Отличий немного, поэтому просто перечислим порты, а их описание можно найти выше.
- VGA , DVI или HDMI для монитора
- USB для соответствующих устройств
- IEEE1394 для фото или видеокамеры. Встречается очень редко на топовых моделях.
- Картридер встречается практически на всех ноутбуках. Служит для чтения карт памяти.
- COM и LPT – встречаются очень редко. Новые модели ими практически не комплектуются.
Следующие порты встречаются только в ноутбуках:
Следующую статью хотелось бы посвятить описанию устройства и работы компьютеров принципов взаимодействия систем и компонентов.
Одним из основным составляющим компонентом материнской платы будь то компьютера либо ноутбука является Северный мост (англ. Northbridge; в отдельных чипсетах Intel, также - контроллер-концентратор памяти с английского Memory Controller Hub, рис.1)
MCH является системным контроллером чипсета на материнской плате платформы x86, к которому в рамках организации взаимодействия подключено следующие оборудование:
1. через Front Side Bus - микропроцессор, если в составе процессора нет контроллера памяти, тогда через шину контроллера памяти подключена- оперативная память.
2. через шину графического контроллера - видеоадаптер (в материнских платах нижнего ценового диапазона, видеоадаптер часто встроенный. В таком случае северный мост, произведенный Intel, называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub).
Название чипа как «Северный мост» можно объяснить представлением архитектуры чипсета в виде карты. В результате процессор будет располагаться на вершине карты, на севере (рис.3).
Исходя из назначения, северный мост определяет параметры (возможный тип, частоту, пропускную способность):
Системной шины и, косвенно, процессора (исходя из этого - до какой степени может быть разогнан компьютер);
Оперативной памяти (тип - например SDRAM, DDR, DDR2, её максимальный объем);
Подключенного видеоадаптера.
Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы.
В свою очередь, северный мост соединён с остальной частью материнской платы через согласующий интерфейс и южный мост. Когда технологии производства не позволяют скомпенсировать возросшее, вследствие усложнения внутренней схемы, тепловыделение чипа, современные мощные микросхемы северного моста помимо пассивного охлаждения (радиатора) для своей бесперебойной работы требуют использования индивидуального вентилятора или системы жидкостного охлаждения, что в свою очередь увеличивает энергопотребление всей системы и требует более мощного блока питания.
Минуя северный мост согласно нашей схеме двигаясь на юг на материнской плате расположен южный мост.
Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH, рис.2).
 |
 |
| рис.2 Southbridge |
Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия (например, Low Pin Count, Super I/O или разъёмы шин для подключения периферийных устройств) на материнской плате с ЦПУ через Северный мост, который, в отличие от Южного, обычно подключён напрямую к центральному процессору.
Если взять функциональность, то южный мост включает в себя:
Контроллеры шин PCI, PCI Express, SMBus, I2C, LPC, Super I/O;
DMA контроллер;
Контроллер прерываний;
PATA (IDE) и SATA контроллеры;
Часы реального времени (Real Time Clock);
Управление питанием (Power management, APM и ACPI);
Энергонезависимую память BIOS (CMOS);
Звуковой контроллер (обычно AC"97 или Intel HDA).
Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire, аудио-кодек и др. Реже южный мост включает в себя поддержку клавиатуры, мыши и последовательных портов, но обычно эти устройства подключаются с помощью другого устройства - Super I/O (контроллера ввода-вывода).
Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать и поддержку шины PCI-X и PCI Express. Хотя поддержка шины ISA используется достаточно редко, она все таки является неотъемлемой частью современного южного моста. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора.
Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE интерфейс позволяет «увидеть» системе жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление SIO (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и флоппи-контроллер) и BIOS ROM (флэш).
APM или ACPI функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его.
Системная память CMOS , поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS).
Северный и южный мосты материнской платы вкупе составляют одно целое устройство управления всей системой так сказать глаза, уши, руки ЦП. Вкупе эти два чипа называются – чипсет.
Чипсет (англ. chipset) - набор микросхем, спроектированных для совместной работы с целью выполнения набора каких-либо функций. Так, в компьютерах чипсет, размещаемый на материнской плате выполняет роль связующего компонента, обеспечивающего совместное функционирование подсистем памяти, центрального процессора (ЦП), ввода-вывода и других. Чипсеты так можно встретить и в других устройствах, например, в радиоблоках сотовых телефонов.
Чаще всего чипсет современных материнских плат компьютеров состоит из двух основных микросхем северного и южного моста (иногда объединяемых в один чип, т. н. системный контроллер-концентратор (англ. System Controller Hub, SCH):
Иногда в состав чипсета включают микросхему Super I/O, которая подключается к южному мосту по шине Low Pin Count и отвечает за низкоскоростные порты: RS232, LPT, PS/2.
Существуют и чипсеты, заметно отличающиеся от традиционной схемы. Например, у процессоров для разъёма LGA 1156 функциональность северного моста (соединение с видеокартой и памятью) полностью встроена в сам процессор, и следовательно, чипсет для LGA 1156 состоит из одного южного моста, соединенного с процессором через шину DMI.
Создание полноценной вычислительной системы для персонального и домашнего компьютера на базе, состоящих из столь малого количества микросхем (чипсет и микропроцессор) является следствием развития техпроцессов микроэлектроники развивающихся по закону Мура.
В создании чипсетов, обеспечивающих поддержку новых процессоров, в первую очередь заинтересованны фирмы-производители процессоров. Исходя из этого, ведущими фирмами (Intel и AMD) выпускаются пробные наборы, специально для производителей материнских плат, так называемые англ. referance-чипсеты. После обкатки на таких чипсетах, выпускаются новые серии материнских плат, и по мере продвижения на рынок лицензии (а учитывая глобализацию мировых производителей, кросс-лицензии) выдаются разным фирмам-производителям и, иногда, субподрядчикам производителей материнских плат.
Список основных производителей чипсетов для архитектуры x86: Intel, NVidia, ATI/AMD: (после перекупки в 2006 году ATi вошла в состав Advanced Micro Devices), Via, SiS.
Производя ремонт компьютеров мне довольно часто приходится диагностировать неисправность материнской платы. Некоторые пользователи в таких случаях задают вполне резонный вопрос: лучше купить новую или отремонтировать старую материнскую плату? Могу сказать, что ремонт материнских платне всегда рентабелен, но в случае выхода из строя схемы питания процессора, например — вполне выполним.
Материнская плата — сложный узел компьютера считающийся неремонтопригодным. Однако, вооружившись мультиметром, диагностической POST-картой, паяльником и имея голову на плечах, выполнить несложный ремонт материнки — задача посильная любому инженеру-электронщику.
Признаки неисправности материнской платы
С чего начать ремонт материнской платы? С диагностики и визуального осмотра в первую очередь!
Самый явный признак неисправности материнской платы — когда компьютер не стартует (т.е. блок питания подает все напряжения, а инициализации железа с соответствующими надписями на экране монитора нет). Еще довольно распространенное явление — старт-стоп, когда после включения блок питания «уходит в защиту» по причине КЗ по линиям питания процессора (если же вынуть 4-х пиновый коннектор из материнской платы, блок питания запустится, но старта системы конечно же не будет).
Начинать диагностику материнской платы следует с визуального осмотра последней.
Выявление выгоревших компонентов на материнской плате позволяют облегчить ее диагностику
|
|
|
Прогар (в следствии пробоя) в микросхеме контроллера |
Случается, что при визуальном осмотре неисправной материнской платы почти сразу находится элемент содержащий следы трещин, прогара или вздутия. Диагностика материнки на этом считается законченной и дальнейший ремонт состоит в замене неисправных компонентов новыми.
Принцип диагностики материнской платы на примере Biostar A785-GE
Ниже представлена диагностика материнской платы Biostar A785-GE при помощи мультиметра. Заявленная неисправность: при наличии модуля ОЗУ в любом из слотов — отсутствие старта материнской платы, при отсутствии ОЗУ — повторяющиеся короткие сигналы POST BIOS.
Принцип диагностики материнской платы гласит: после визуального осмотра обязательная проверка питающих напряжений ремонтируемого устройства и его узлов.
То, что материнская плата пытается стартовать при отсутствующей планке оперативной памяти и даже проходит какие-то этапы самотестирования означает, что на процессор приходят все питающие напряжения, клокер работает и сигнал Reset снят, а отсутствие старта при вставленном в слот модуле ОЗУ свидетельствует о проблемах с питающими напряжениями оперативной памяти.
Давайте попробуем разобраться какие напряжения необходимы для работы оперативной памяти DDR-II
Основные напряжения питания ОЗУ на материнской плате следующие:
- VDD — Напряжение питания модулей ОЗУ (для DDR-II — 1.8В).
- VDDSPD — Напряжение питания микросхемы SPD (маленькая восьминожечная, в ней зашиты параметры модуля).
- VREF — Опорное напряжение (1/2 от питающего).
- VTT — напряжение терминации (половина питающего, т.е. 1/2 VDD). Для модулей DDR-I и DDR-II оно подводится из-вне, с резисторных сборок распаянных на материнке. Для DDR-III цепи терминации VTT распаяны уже на самой плате модуля ОЗУ.
 |
Диагностика неисправной материнской платы с помощью мультиметра показала наличие всех питающих напряжений кроме терминирующих (VTT) . Напряжение терминации призвано устранить т.н. «звон» — ненужные отражения полезного сигнала.Напряжение терминации подается на модуль ОЗУ через резисторные сборки распаянные непосредственно на материнской плате и соответственно замерять его удобно именно на этих сборках. |
 |
За напряжения терминации отвечает микросхема-регулятор (LDO) — FP6137C. Она состоит из операционного усилителя и пары n-канальных полевых транзисторов включенных по двухтактной схеме. Для правильной работы FP6137C ей требуются:
|
Согласно даташиту на микросхеме LDO FP6137C присутствовали все необходимые для ее работы напряжения, однако на выходе оставался по прежнему низкий уровень. Данная микросхема была признана неисправной и заменена аналогичной RT9199 от Richtek.
Замена неисправной микросхемы-регулятора напряжения терминации
После ее замены материнская плата Biostar A785-GE успешно стартовала.
Полное видео ремонта материнской платы Biostar A785-GE
Общий принцип схемы питания процессора на материнской плате
Перед началом ремонта питающих узлов материнской платы, неплохо было бы разобраться в общем принципе функционирования преобразователей напряжения. Современные процессоры могут потреблять пиковый ток до 100А (Откуда такой ток? Напряжение питания процессоров около 1В при мощности до 100Вт, преобразовав формулу w=u*i => i=w/u получаем 100А). Величина такой, казалось бы, огромной силы тока, обусловлена применением в микросхемах ЭВМ МДП транзисторов. Такие транзисторы, ввиду их конструкции при переключении потребляют потребляют весьма высокие токи. А учитывая их количество в процессоре помноженное на частоту переключений, образуется весьма большой общий потребляемый ток процессора. Кстати, чем меньше размер МДП транзистора, тем меньше его потребляемый ток. Вот почему производители микросхем стремятся переводить производство на более тонкие тех-процессы.
Схема питания материнской платы организована в виде Шим-контроллера, микросхем-драйверов и MOSFET (МДП/МОП транзисторов). ШИМ-контроллер, через микросхемы-драйверы управляет транзисторами (мосфетами).
Чтобы снизить нагрузку по току, цепи питания материнской платы распаралеливают делая их многофазными. Ниже приведена трехфазная схема питания процессора Intel (478 Socket) выполненная на ШИМ-контроллере ADP3180, пар мосфетов включенных полумостом и управляемых драйверами-микросхемами ADP3418. Работая поочередно, транзисторы преобразуют входное напряжение +12В от БП в пониженное импульсное подключая цепочку LC поочередно к +12В и к земле. В зависимости от тока нагрузки микросхема может изменять скважность импульсов тем самым стабилизируя Uвых. Выходное напряжение дополнительно сглаживается выпрямительными конденсаторами стоящими далее по цепи питания материнской платы.
Схема конвертера питания материнской платы.
На рисунке выше представлена схема питания материнской платы , точнее один ее канал (фаза питания).
Обычно, таких каналов питания процессора на материнской плате используется три. Причем, работают они синхронно со сдвигом относительно друг друга (т.н. смещение фаз), что обеспечивает более сглаженное выходное напряжение.
Некоторыми производителями (MSI) используется схема питания материнской платы основанная на дискретных регуляторах напряжениях DrMOS. Дискретный регулятор напряжения исполнен на одной микросхеме, в которую интегрированы основные узлы преобразователя: MOSFET-транзисторы, драйверы управления MOSFET и ШИМ-контроллер.
Схема питания материнской платы на DrMOS
Регулятор напряжения питания материнской платы на микросхеме DrMOS
Пример реализации схемы питания материнской платы на базе логики i865 . ШИМ-контроллер исполнен на микросхеме ADP3180, драйверы управления MOSFET включенных полумостом исполнены на микросхемах ADP3418. Контроль тока каналов осуществляется через резисторы R589, R591, R592 соединяющие выход каждого полумоста и вход SW ШИМ-контроллера материнской платы.
Схема питания CPU материнской платы на чипсете i865
Напряжения питания процессоров Intel согласно оф. спецификации
Как и любой микросхеме процессору необходимо напряжение питания и не одно, а целый набор. Все напряжения питания процессора формируются на материнской плате при помощи преобразователей и подаются на соответствующие ножки процессорного сокета. В процессе диагностики материнской платы необходимо убедиться в наличии основных напряжений на процессоре. Их перечень согласно спецификациям компании Intel приведен ниже.
Vcc — напряжения ядра процессора
Vcc GT — напряжение на встроенном графическом ядре
Vcc SA — напряжение питания интегрированного северного моста System Agent (System Agent, включает в себя контроллер памяти DDR3, модуль управления питанием (Power Control Unit, PCU), контроллеры PCI-Express 2.0, DMI)
Vcc PLL — напряжение на интегрированный генератор тактовой частоты
Vcc IO — аналог QPI/VTT на платформе s1366, или VTT (FSB termination voltage) на платформе s775, питающее напряжение для внешних сигнальных шин процессора (ОЗУ)
”
