Základní deska počítače, co je navrženo a jak vypadá

Základní deska počítače je základem, na kterém jsou postaveny všechny součásti systémové jednotky .

Úloha základní desky počítače nemůže být příliš zdůrazněna. Koneckonců, záleží na tom, zda můžete v budoucnu rozšiřovat funkce vašeho počítače nebo ne? Zvyšte množství paměti RAM , zadejte efektivnější grafickou kartu? Bude další rozšíření ("upgrade") celého systému umožňovat přítomnost dalších původně nepoužívaných slotů a konektorů? Toto je jako základ domu: nebudete to dělat kvalitativně a včas, design se může zhroutit.

Základní deska je vícevrstvý "koláč" jednovrstvých (jednostranných nebo oboustranných) desek plošných spojů. Každá z vrstev a představuje samostatný poplatek. Vrstvení je zapotřebí především k potírání křížových rozhovorů a interferencí vytvořených signálními linkami (dráhy) desky, které se nacházejí těsně vedle sebe. Zvýšit tuto vzdálenost a izolovat signální linky jedné vrstvy od druhé a vynalézt všechny tyto "sendvič". Každá vrstva je navzájem oddělena speciálními vložkami ze skleněného vlákna (lepidlem) a nakonec je přitlačena do speciální pece.

Graficky může být vnitřní struktura produktu reprezentována přibližně takto:

Jako bonus se také zvyšuje celková mechanická pevnost takové struktury. Počet jednotlivých vrstev v moderních značkových výrobcích může dosáhnout až deset, nebo dokonce více! Po té je téměř připravená základní deska na obou stranách pokrytá dielektrickým ochranným lakem správné barvy, vysušena, vrtána do něj potřebná otvory pro upevňovací prvky, montáž konektorů a dalších komponentů, kovové otvory na okrajích a výrobek je téměř připraven! Samozřejmě, že musíte nainstalovat konektory a celou základnu elektronických součástek, provádět jejich pájení, kontrolu kvality, provést komplexní testování pod zatížením, ale tento proces je jasně vidět na videu pod článkem, takže nevidím žádný důvod k jeho opětovnému popisu.

Poznámka: deska s plošnými spoji nebo PCP (deska s plošnými spoji) je dielektrická deska, na které jsou elektricky vodivé dráhy chemicky nebo mechanicky vytvořeny. Mohou být vytvořeny jako klasická metoda leptání na desce nebo pomocí laserové gravírování.

Vzhledem k tomu, že se zajímáme především o kvalitní základní desky počítače, věnujeme pozornost plné velikosti od výrobce "Asus". Velké množství prvků a rozšiřující sloty umožňují naději na dobrou perspektivu upgradu a vysoce kvalitní rozložení základny a desky na dlouhou dobu provozu.

Pojďme, jak obvykle, projdou všemi záznamy v pořadí a zjistíme, jaké komponenty základní desky počítače se skládají z:

1. socket CPU (konektor, kde je nainstalován procesor počítače)
2. existují dva sloty pro grafickou kartu PCI Express (v drahých základních deskách můžete nainstalovat dvě diskrétní grafické karty najednou)
3. čtyři sloty pro paměť DDR2
4. severní můstek čipové sady základní desky počítače
5. jižní můstek čipové sady základní desky
6. Radiátory chladicího systému pro napájecí obvody (výkonové fáze) procesoru
7. čtyři výstupy USB (výstup na zadní straně skříně počítače )
8. výstupy vestavěné zvukové karty
9. disketové rozhraní 3.5 (pohon) řadiče FDC
10. čtyři výstupy SATA pro připojení pevných disků
11. tři PCI sloty pro připojení dalších rozšiřujících karet (TV tuner, síťová nebo zvuková karta, karta pro záznam videa atd.)
12. baterie "BIOS"
13. čtyřprocesorový 12voltový napájecí konektor
14. 24-pinový konektor pro napájení a napájení na základní desku
15. dva konektory pro připojení pevných disků nebo CD-DVD-ROM starého "IDE"
16. samotný BIOS čip

Zastavme se s vámi v nejdůležitějších bodech, které vyžadují individuální komentáře. Na obrázku lze jasně vidět chladicí systém ve středu s měděnými trubkami, které se od něj liší. Centrální radiátor pokrývá "severní" čip čipové sady základní desky. Zahrnuje takové důležité součásti, jako je integrovaná grafická karta , řadič paměti a řadič systémové sběrnice (nyní jsou tyto prvky aktivně přenášeny na CPU) a samozřejmě podporuje rozhraní s "jižním" mikroobvodem.

Jména "sever" a "jižní" most označují pouze geografickou polohu těchto prvků ve vztahu k PCI sloty (severní, vyšší nebo jih, nižší). Čip jižního "mostu" je také pokryt chladičem. Obvykle obsahuje ovladač vestavěné síťové karty počítače, USB sběrnice, integrovaný zvuk, zodpovědný za ovládání sběrnice PCI, různé snímače na desce atd.

Poznámka: Chipset (čipová sada) - sada čipů navržená tak, aby společně pracovala na provádění jakýchkoli úkolů. Druhé jméno je soubor systémové logiky.

Platí pro počítače klasická čipová sada na základní desce se skládá ze dvou velkých čipů:

• severní most (Northbridge)
• jižní most (Southbridge)

Severní spoj (pomocí integrovaných ovladačů) propojuje CPU s vysoce výkonnými zařízeními umístěnými na základní desce počítače (paměť, grafický adaptér). Jižní "most" je zodpovědný za podporu více "pomalých" periferních zařízení (USB, zvukové a síťové karty, pevné disky, různé rozšiřující karty apod.).

Zde například vypadá soubor logiky systému ("sever" - větší a "jih" - menší most) vyráběný společností "VIA".

Soubor systémové logiky

Pokračujeme dál. Pod čísly "6" (viz první fotografie článku) na základní desce máme dva radiátory, které ochlazují napájecí obvody procesoru. Prvky umístěné pod radiátory (kondenzátory a tranzistory) zabraňují silným kolísáním napájecího napětí CPU při změně zátěže. Kvalita jejich výkonu je jedním z ukazatelů dobré základní desky. Souhlasíte, pokud bude práce počítače nestabilní jednoduše kvůli špatné kvalitě napájení - bude to urážlivé!

Samostatně si uvědomte, že elementární základna silových obvodů na moderních základních deskách je poměrně rozmanitá: zahrnuje řadič PWM, měniče napětí, tranzistory, odpory, tlumivky, kondenzátory atd.

Na níže uvedené fotografii je zobrazen typický režim vícefázového napájení moderního procesoru:

Například měniče napětí jsou potřebné k napájení jednoho nebo jiného prvku nezbytně nutného pro jeho normální provoz. Jedna věc je, že na vstupu konvertoru z napájecího zdroje "přichází" 12 voltů, ale ne všechny prvky jsou přesně dvanáct! Zde převádějí a snižují je na požadovanou hodnotu a "dávají" konečnému "spotřebiteli" (specifický čip nebo jiný prvek).

Navrhuji podrobněji mluvit o tom, jaké jsou všechny tyto fáze potřebné a jak fungují? Myslím, že je nutné vědět! Modul VRM (Regulátor napětí) nebo VRD (Regulátor napětí dolů) může fungovat jako převodník dolů. Zejména se nezaměřujte na to, stačí, pokud si pamatujete tyto zkratky a budete vědět, na co odkazují.

V převáděcím okruhu je zpravidla zahrnuto několik MOSFETů. Řídí se elektrickým polem, takže se nazývají "pole" (pole). Zkratka MOS je odvozena od "kov-oxid-polovodič", v angličtině: "kov-oxid-polovodičový polní efekt tranzistor" nebo zkrácený MOSFET. Proto můžete najít název, jako jsou tranzistory MOSFET (u lidí - "mosfeta").

Jádrem řízení fázové energie na základní desce počítače je zpravidla regulátor PWM. Zkratka PWM má také svůj vlastní význam a je to "Pulse Wide Modulation" - pulzně šířková modulace v ruském PWM. Proto se takové komponenty často nazývají řadiče PWM.

Zde je návod, jak by to mohlo vypadat:

Řídicí jednotka PWM se "naučí" o požadované síle pro procesor v momentu pomocí speciálního 8bitového signálu, který mu "sděluje", jaké napětí by mělo být na procesoru aplikováno v daném okamžiku.

Ve velmi starých počítačích byly všechny obvody regulátoru napětí jednofázové, ale v průběhu času (jako výkon spotřebovávaný procesory) se staly neúčinnými a výrobci museli použít několik fází pro nastavení napětí aplikovaného na procesor. Proto se objevil pojem "vícefázové". Čtyřfázové napájení osmfázové, atd. ... Nyní se zdá, že je dokonce i 24fázové! :)

Co je za tímto konceptem? Zkusme to pochopit! Jaké je hlavní omezení jednofázového regulátoru? Za prvé, při maximálním proudu, který může procházet prvky, které ho tvoří: mospety, induktory (tlumivky), kondenzátory. Jejich omezení je asi třicet ampér, zatímco moderní procesory mohou spotřebovat více než sto ampérů! Je zřejmé, že s takovými "žádostmi" jedna fáze "varí" velmi rychle :) To je to, aby kompenzovalo toto omezení na základních deskách a začalo používat vícefázové napájení.

Při použití vícefázového regulátoru lze celkový zatěžovací proud rozdělit na počet N jednotlivých fází, což celkově vytvoří požadovaný (jmenovitý) výkon! Například: s šestifázovým napájením pro každou ze šesti fází bude mít 30 ampérů (pamatujte si na současný limit), zatímco celkově všechny naše fáze mohou "překročit" až 180 ampérů při špičkové zátěži!

Poznámka: Pro procesory Intel generace Core i7 s výkonem přesahujícím 130 W (a to i s ohledem na schopnost přetaktování) je dostačující šestfázový výkon! Všechno víc - od chytrého obchodníka :)

Mělo by se rovněž vzít v úvahu, že základna prvku nezůstává klidná a místo běžných elektrolytických kondenzátorů se dnes široce používají tzv. Pevné polymery, jejichž životnost přesahuje 50 000 hodin, tlumivky s feritovým jádrem apod. To vše dohromady, dovolí vám projít skrze ně maximální proud již není 30, ale 40 ampérů. Takovýto šestifázový obvod (obvod) výkonu procesoru může snadno zajistit proud 240 procesorům (spotřeba energie přes 200 W)! Jaký domácí CPU spotřebuje kromě AMD? :)

Poslední věc, kterou bych chtěla dodat, nyní na základních deskách počítačů často používala takovou věc, jako je dynamická fáze přechodu. To znamená, že v případě potřeby (procesor spotřebovává více proudů) je v práci zahrnuto rostoucí počet fází a když se zatížení sníží, některé z nich jsou vypnuté. Teoreticky může být slabý procesor spuštěn pouze s jednou pracovní fází. Je to jiná záležitost, jak dlouho to bude trvat? Chcete-li začít v testovacím režimu, může být tato metoda užitečná!

Takže zpět k našemu hlavnímu materiálu! Pokud se pokusíte schematicky znázornit umístění všech hlavních prvků a konektorů na základní desce počítače, získáte něco podobného:

Jak vidíte, vše začíná procesorem a dále (přes systémovou sběrnici) - data jsou přenášena do všech uzlů počítače.

Zde je další (grafické) ztělesnění této myšlenky:

Rozvržení základní desky

Řekněme pár slov o systémové sběrnici desky - FSB (Front Side Bus - přední systémová sběrnice). Jedná se o vysokorychlostní rozhraní mezi procesorem a severním můstkem čipové sady základní desky. Čím vyšší je jeho frekvence, tím vyšší je rychlost přenosu dat a rychlost celého systému. Frekvence FSB je měřena v megahertzách.

Poznámka: jaká je četnost, jaké hodnoty mohou a co měříte vy a já jsme zde diskutovali v tomto článku.

Přímo k systémové sběrnici je připojen pouze procesor, ostatní zařízení jsou k němu připojena prostřednictvím vyhrazených regulátorů, které jsou integrovány do čipu severního můstku.

V zájmu spravedlnosti stojí za zmínku, že nyní existuje tendence k vysoké integraci hlavních řadičů a dokonce i celých zařízení (grafického akcelerátoru) přímo do jádra CPU.

Jedna z prvních čipových sad byla přenesena do řadiče paměti, což snižuje časové prodlevy, které jsou při přenosu dat a příkazů na systémové sběrnici nevyhnutelné. Například v procesoru založeném na "Intel LGA1156" byly přeneseny téměř všechny hlavní řadiče, dříve umístěné na základní desce. V důsledku toho ve skutečnosti neexistuje žádná FSB!

Vývojáři společnosti "AMD" používají svou vlastní technologii k nahrazení systémové sběrnice. Říká se tomu Hyper Transport. Tento vývoj již prošel několika revizemi a úspěšně se používá nejen v osobních počítačích, ale také ve vysoce výkonných zařízeních, jako jsou síťové routery společnosti Cisco.

Dalším z "kandidátů" na přenos přímo do jádra CPU bylo vložené video, které se v severním můstku čipové sady základní desky cítí docela pohodlné. A zdálo se, odkud se tam může dostat? A uplynul čas a - prosím, video jádro na jednom čipu s procesorem. Fantastické! :)

Jak to bylo možné? Za prvé, vzhledem k tomu, že výrobní proces všech hlavních prvků počítače se neustále snižuje. Například procesorová řada Intel Core i7 je vyrobena technologií 22 nanometrů, která umožňuje umístit na stejném místě krystalu asi 1,4 miliardy tranzistorů!

Poznámka: 22 nanometrů odpovídá v tomto případě lineárnímu rozlišení litografického zařízení používaného při výrobě konečného zařízení. A "nanometr" (nm nebo nm) je jedna miliardtina metru (milimikron)!

Co máme? S poklesem technologie procesů také klesá velikost hlavních prvků (tranzistorů), které můžeme umístit na čip. V důsledku toho se na stejných tranzistorech ve stejné oblasti můžeme ubytovat více! A jako výsledek, staví na jejich základě vestavěný grafický engine nebo jakýkoli jiný prvek v CPU. Vlastně vývojáři ji aktivně využívají a snaží se neustále snižovat technologický proces výroby.

Časem to vedlo k tomu, že všechny hlavní vysokorychlostní rozhraní a řadiče "migrovaly" pod krytem procesoru a mnoho základních desek moderních počítačů ztratilo nejen jižní, ale někdy také severní most! Protože se všechny periferní regulátory přesunuly na severní můstek, jih zmizel jako zbytečný. Dnes můžete dosáhnout základní desky s klasickým uspořádáním prvků systémové logiky (čipové sady), ale to se stává stále méně.

Takže pokračujme! V případě levnějších základních desek je situace typická, když výrobci získávají všechny své prvky na již zkrácený (zespodu nebo na boku) desce z textolitu. Výsledkem je, že všechny prvky základní desky se nacházejí velmi blízko sebe a některé doplňkové konektory nebo výstupy musí být zapomenuty (tady by hlavní věc zapadla do všeho!).

Nezapomeňte: poměr stran dobré desky by měl být stejný jako na fotografii (neměl by být malý čtverec nebo obdélník-podlouhlý) a musí tam být spousta místa! Až dosud - to je můj IMHO, přes rok 2015 :) Osvědčenými výrobci základních desek pro stolní počítače jsou firmy: "Msi", "Asus" "Gigabyte" a "Intel".

Například společnost "Gigabyte" navíc "vrstvy" několik vrstev mědi mezi vrstvami desky s plošnými spoji. Tato proprietární technologie dokonce získala své vlastní jméno: "Ultra Durable" (fotografie na začátku článku). Měď působí jako další chladič, který odstraňuje teplo z nejžhavějších oblastí základní desky: procesor s výkonovými obvody a chipsetem čipsetů.

Také různí výrobci desek, kteří přidávají své produkty, přidávají k nim veškeré vylepšení: jako duální bios (v případě selhání nepoužívejte programátor), snímač post-kódu, tlačítka pro zapnutí a reset na samotné desce apod.

Zde je jeden příklad, jak zlepšit kvalitu základních desek.

Spodní část červené barvy je obklopena snímačem POST kódem, který jsme zmínili výše. On nám může "říci" o problému v práci počítače prostřednictvím digitálních kombinací na tabuli. Jejich dekódování je zpravidla připojeno k základní desce ve formě malé knihy.

Ale jaké jsou další základní desky? Níže je fotoformát "micro ATX" s procesorem "Atom 550" při pasivním chlazení.

Na konci článku vám chci ukázat své pracoviště a jak se na něm testuje další základní deska:

Nyní instaluji systém Windows. Tento typ připojení umožňuje eliminovat případy zkratu desky na skříni počítače a vizuální kontrola a celková kontrola procesu je mnohem výhodnější.

K dispozici jsou také základní desky serverů. Jaký je rozdíl mezi serverovými řešeními a desktopovými (desktopovými) řešeními? Za prvé, zvýšená spolehlivost! Koneckonců, servery musí pracovat v režimu 24/7 (jako supermarket) :) Servery jsou obvykle vybaveny nákladnou registrovou pamětí RAM s paritní kontrolou (ECC) a mohou podporovat několik fyzických procesorů. Na fotografii níže vidíme desku, ve které lze nainstalovat čtyři fyzické CPU.

Jedná se již o produkt, který se netýká segmentu SOHO (Small Office / Home Office), ale seriózních firemních řešení. Přirozeně zde také mají své vlastní Lov-End (levné) a Hi-End (drahé) produkty, ale to je další příběh. Také na serverech se zpravidla vytvářejí hardwarové raidové (RAID) řadiče, které jsou vytvořeny ve formě samostatné desky s plošnými spoji, na stolních počítačích lze tyto funkce získat pouze softwarem.

Poznámka: RAID (redundantní pole nezávislých disků je redundantní pole nezávislých disků). Technologie spolehlivého ukládání dat založená na redundanci uložených informací. Když jsou více pevných disků spojeny do jednoho virtuálního logického prvku, aby byla zajištěna spolehlivost a výkon.

Samostatně můžete rozlišovat herní segmenty základních desek. Как правило, подобные решения стоят на порядок дороже и имеют кучу дополнительных опций: в виде продвинутых возможностей по разгону, расширенного управления питанием и охлаждением, различных датчиков индикации соcтояний, усиленной элементной базы и т.д. Одним из таких примеров являетcя изделие от фирмы Asus (Asus Maximus 7):

Геймерская материнская плата

Крутая «игрушка», правда? Напоследок, — мысль статьи, сформированная на основе личного опыта: хорошая (качественная) вещь не может стоить 30-50 долларов. Ну, вот не может и все тут! :)