5257

61

зависящих от частого включения компьютера. При включении ПК создаётся так называемый стартовый ток большой силы, что и может привести к выводу из строя каких-либо компонентов блока питания. Поэтому, чтобы избежать преждевременного выхода из строя блока питания рекомендуется не подвергать его таким испытаниям (частым включениям-отключениям), а использовать щадящие спящие режимы (типа Sleep), что позволяет уменьшить потребление электроэнергии, а также на время отключать не только монитор, но и механические компоненты ПК, такие как винчестер. Следует отметить, что по большому счёту компьютер рассчитан на круглосуточную работу.

Предлагаются корпуса и с жидкостным охлаждением, а также со специальным покрытием, использованием мощных пассивных радиаторов для охлаждения, что позволяет свести на нет шум, вызываемый по большей части, вентиляторами или механическими устройствами и, таким образом, превратить компьютер в бесшумное устройство. В качестве примера одной из компаний, выпускающей бесшумные корпуса ПК, можно привести корейскую компанию ZALMAN.

Для устойчивой работы компьютерной системы необходимо стабильное электропитание. В силу различных причин энергоснабжение ПК может быть прервано, что может привести к необратимым последствиям при потере информации. В связи с этим для обеспечения надёжной работы компьютера и его периферийных устройств на рынке имеется большой выбор источников бесперебойного питания АРС (UPS), а также сетевых фильтров. Ни один сервер локальной сети не имеет право эксплуатироваться без UPS. Практически все современные источники бесперебойного питания продаются в комплекте с программным обеспечением, настройка которого позволяет контролировать основные электрические параметры и своевременно отключать компьютерную систему в случае сбоев энергопитания. Как правило, с помощью программного обеспечения отображается текущее состояние UPS: процент зарядки аккумуляторных батарей, значение напряжений на входе и выходе, режим работы, ведётся запись в журнале событий, предусмотрена функция удалённого администрирования и другие функции. Управление UPS осуществляется через порт USB. К использованию таких устройств в домашних условиях сегодня также прибегают большинство пользователей настольных систем.

62

5. Системная плата и её компоненты 5.1. Назначение системной платы

Системная плата (материнская плата) – важнейший компонент в устройстве персонального компьютера. Основное назначение системной платы — соединение всех узлов компьютера в одно устройство.

Материнская плата является своеобразным «фундаментом» для всех комплектующих компьютера. Именно на ней устанавливаются все основные устройства: процессор, оперативная память, чипсет, видеокарта, различные платы и к ней же подключаются дисковые устройства (прежде всего винчестер) посредством гибкого интерфейса – шельфа. Другими словами, это платформа, на которой строится вся остальная конфигурация компьютера.

Во многих материнских платах, предназначенных прежде всего для офисов, ряд устройств, такие как звуковые и видеокарты, сетевые карты, интегрированы в плату. Однако интегрированные решения имеют свои недостатки. Это, во-первых, опасность выхода таких устройств из строя, что приводит к замене материнской платы, а во-вторых, встроенные компоненты имеют среднюю производительность. С другой стороны, в случае необходимости, пользователь имеет возможность в любой момент доукомплектовать компьютер более производительными и мощными компонентами через слоты расширения (внутренние разъёмы).

Конструктив материнской платы определяются прежде всего модельным рядом процессора, который будет установлен на ней. Именно процессор или процессоры, их семейство, архитектура определяют тот или иной вариант исполнения и характеристики материнской платы.

Другим, более важным по значимости аргументом, определяющим основные характеристики проектируемой материнской платы, является устанавливаемый чипсет (chipset) – набор микросхем системной логики (НМС). Именно этот чип непосредственно влияет на мощность и быстродействие ПК, который будет создан на конкретной системной плате. Прежде чем приступить к проектированию новой системной платы разработчики изучают рынок чипсетов и заложенные в них возможности.

По числу процессоров различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Практически все персональные компьютеры для офисов и домашнего применения являются однопроцессорными системами. Мультипроцессорные системные платы используются для класса серверов средней мощности.

Напомним, что на IBM совместимых ПК устанавливаются процессоры одной

63

из двух известных американских фирм: Intel (Integral Electronic) и AMD (Ad- vanced Micro Device). Они были созданы практически одновременно: первая в 1968 г., вторая в 1969 г. C начала 1990-х годов они вытеснили с рынка других немногочисленных производителей процессоров и поделили его между собой примерно в соотношении четыре к одному в пользу Intel. Соответственно и рынок производителей материнских плат находится в таком же положении: платы под процессоры Intel или под процессоры AMD (платы принципиально различаются сокетом – конструкцией разъёма под процессор).

В настоящее время на российском рынке представлено огромное количество материнских плат различных производителей. Почти любой производитель материнских плат (разве что за исключением компании Intel) имеет в своём модельном ряду материнские платы на чипсетах как под процессоры Intel, так и под процессоры AMD.

Учитывая, насколько многообразны выпускаемые на рынок серийные типы процессоров и чипсетов, современный модельный ряд материнских плат также обширен. Производителей материнских плат насчитывается сегодня не один десяток, большинство из которых находятся на азиатском континенте. Наибольшую популярность имеют производители Тайваня. Внешний вид материнских плат для настольных ПК и серверов для компьютерных систем среднего уровня представлены в приложении В и приложении С соответственно.

Выбор производителя материнских плат осуществляется на первом этапе. Крупные производители постепенно вытесняют с рынка более мелких. Наиболее известные производители – это ASUS, Gigabyte, Foxconn и MSI. Компания Intel также пробивается на этот рынок, но по объёму производства она намного отстаёт от перечисленных выше. Компания Intel преимущественно занимается лишь разработкой материнских плат, а не их производством. А производят платы по её технологии и для самой Intel другие фирмы.

Качество материнских плат ведущих компаний практически одинаково. Несмотря на то, что производятся они на разных заводах, технологический цикл производства (вплоть до марки используемого оборудования) совершенно идентичный. Современные модели материнских плат можно просмотреть на сайтах производителей, например компании Gigabaty16. Здесь они представлены даже в видеоформате.

16 http://www.gigabyte.ru/microsites/106/data/models.html

64

5.2. Чипсет

Как уже отмечалось, чипсет является базовым компонентом любой материнской платы. Фактически функциональность материнской платы и её производительность на 90% определяются именно чипсетом, от которого зависят поддерживаемая модель процессора, тип памяти, а также функциональные возможности по подключению периферийных устройств.

Для того чтобы процессор в персональном компьютере мог работать в полную силу и не тратить свои ресурсы на другие функции, ему требуется помощь специализированных микросхем, которые и берут на себя рутинную работу с оперативной памятью и периферийными устройствами. Набор таких микросхем называется чипсетом.

Чипсет – это набор микросхем системной логики. Общеизвестно, что персональный компьютер состоит из некоторого количества устройств, которые так или иначе подключены к материнской плате и занимаются тем, что принимают, обрабатывают, преобразуют и передают какую-либо информацию. Логической организацией всей этой работы как раз и занимаются чипсеты. На первых поколениях ПК, когда НМС ещё не существовало, материнские платы несли на себе до ста разных микросхем, которые занимались логической организацией работы отдельных устройств, взаимодействие между которыми было трудно сорганизовать. Вот некоторые из них: контроллеры прерываний, контроллер прямого доступа, контроллер клавиатуры, часы, системный таймер, контроллер шин и прочее и прочее. Такое положение просуществовало до 1986 года, когда фирма Chip and Technologies (США) предложила поистине революционное решение. Микросхема называлась 82С206 и стала основной частью набора микросхем системной логики. Она включала в себя такие функции, как:

контроллер шин;

генератор тактовой частоты;

системный таймер;

контроллер прерываний;

контроллер прямого доступа к памяти;

CMOS.

С появлением процессора Intel i80486 (с 1989 г.) отдельные микросхемы стали объединять в группу из двух больших чипов, которые получили наименование чипсет. В буквальном переводе чипсет (chipset) означает «набор микро-

65

схем». Итак, чипсет – это одна или две микросхемы, предназначенные для организации взаимодействия между процессором и остальными компонентами компьютера: памятью, портами ввода-вывода, установленные в слоты материнской платы.

Споявлением шины PCI (внутренний разъём) отдельные микросхемы чипсета стали называть мостами. Так появились устоявшиеся термины: чип – северный мост (North Bridge), чип – южный мост (South Bridge), при этом северный мост соединяется непосредственно с процессором по особому интерфейсу, а южный – с северным по другим каналам. Названия мостов произошли от местоположения микросхем на блок-схемах: верх – север, низ – юг. В некоторых случаях производители объединяют северный и южный мост в одну микросхему, и такое решение называется одночиповым, а если микросхемы две, то это – двухмостовая схема.

Сточки зрения специализации, на северный мост ложатся функции обмена между процессором и скоростными устройствами, например, памятью и шиной PCI Express. Южный мост предназначен для работы с низкоскоростными интерфейсами, посредством которых подключаются такие периферийные устройства, как принтеры, сканеры и т.п.

На южный мост чипсета также возлагается функция организации взаимодействия с внутренними устройствами ввода-вывода. Южный мост содержит контроллеры жёстких дисков (SATA и(или) PATA), USB-контроллер, сетевой контроллер и др.

Для обмена информацией и соединения между северным и южным мостом в современных компьютерах используются специальные выделенные скоростные шины. Причём разные производители используют для этого разные стандарты на шины (с различной пропускной способностью):

Intel – DMI (Direct Media Interface);

VIA Technologies (основной производитель для системных плат под процессоры AMD) – V-Link;

SiS (Silicon Integrated System Corporation) – MuTIOL;

AMD (раннее ATI, знаменитый производитель видеокарт) – HyperTransport, PCI Express;

nVIDIA – HyperTransport.

Ранее связь между мостами осуществлялась через шину PCI, но скорость передачи данных через нее просто недостаточна для современных технологий.

В недалёком прошлом разработчики новых чипсетов пытались существенно

66

увеличить производительность компьютеров или дополнить их новыми функциями. В настоящее время применяют так называемую "ползучию" модернизацию, когда следующий тип чипсета конструктивно мало отличается от предшественника. В новом чипсете совершенствуют какую-то одну функцию или добавляют поддержку того или иного стандарта.

С 2007 г. корпорация Intel выпускает серию чипсетов третьего поколения и сворачивает производство предыдущих продуктов (как чипсетов, так и процессоров). В третьем поколении чипсетов произошёл отказ от поддержки низкоскоростных интерфейсов, а взамен их предложены новые решения. Эти чипсеты официально не поддерживают устаревшие процессоры семейства Pentium 4. Сегодня для массовых персональных компьютеров предлагается много вариантов. Наиболее удачные чипсеты предыдущего поколения модернизируются, вводя поддержку новых процессоров, и разрабатываются перспективные варианты.

Рисунок 5.1 – Чипсет 3-го поколения Intel 955X Express

С 2011 г. компания Intel предлагает ряд чипсетов для настольных и мобильных ПК под процессоры Intel Core 4-го поколения такие, как набор микросхем

Intel® Z87 Express, Intel® Q87 Express, Intel® Z77 Express, Intel® Z75 Express, Intel® X79 Express. Возможности чипсетов 3-го и 4-го поколения представлены на рисунках 5.1 и 5.2 и в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Основные характеристики чипсетов для микропроцессоров Intel

68

С применением чипсетов 4-го поколения ПК получают значительные преимущества, в связи с заложенными в них новыми технологиями, такими как

встроенный интерфейс HDMI (High Definition Multimedia Interface) с

поддержкой технологии защиты от копирования HDCP служит для передачи несжатого видеопотока в формате HD вместе с несжатым аудиопотоком по одному кабелю и поддерживает все форматы HD, включая

720р, 1080i и 1080р;

технология HDA (Intel High Definition Audio) – встроенная ayдиоподси-

стема, которая обеспечивает высочайшее качество цифрового звука и расширенные возможности, например, поддержку воспроизведения нескольких аудиопотоков и изменение назначения разъёмов. Пришла на замену предыдущей технологии АС'97;

технология Intel Rapid Recovery для защиты информации предусматривает создание точки восстановления, которая будет использоваться для быстрого возобновления работы системы в случае отказа жёсткого диска или повреждения большого объёма данных;

возможность отключение порта SATA, что позволяет при необходимости включать и отключать порты SATA. Данная функция обеспечивает дополнительную защиту данных, предотвращая незаконное изъятие или внесение данных через порты SATA;

возможность отключение порта USB. Позволяет включать и отключать порты USB в зависимости от необходимости. Данная функция обеспечивает дополнительную защиту данных, предотвращая незаконное изъятие или внесение данных через порты USB;

встроенный графический адаптер Intel Graphics Media Accelerator X3500 –

это улучшенная поддержка трёхмерной графики обеспечивает совместимость с новейшими играми и высокую реалистичность. Поддержка

Microsoft DirectX 10, Shader Model 4.0 и OpenGL 2.0. Графические адап-

теры Intel Graphics также поддерживают работу в интерфейсе Aero ОС Microsoft Vista и Windows 7 с максимальными настройками детализации; технология Intel Clear Video — это аппаратное и программное обеспечение для обработки видео позволяет использовать усовершенствованные

возможности воспроизведения видео высокого разрешения.

69

5.3. BIOS & UEFI

BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода-вывода) – это встроенное в компьютер на чипе программное обеспечение, которое активируется на самом первом этапе до обращения к дисковым или другим внешним устройствам памяти. BIOS представляет собой набор программ проверки и обслуживания тех компонентов компьютера, которые являются самыми необходимыми: клавиатура, видеокарта, подключённые дисковые устройства др. Она тестирует саму плату и основные блоки компьютера – видеоадаптер, клавиатуру, мышь, контроллеры дисков и портов ввода-вывода, настраивает чипсет и затем передаёт управление загрузчику операционной системы. Образцы внешнего вида микросхем BIOSа представлены на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Микросхемы BIOS различных компаний

По сути дела, BIOS – это набор драйверов (драйвер – программа управления устройством), обеспечивающих работу системы при запуске компьютера или при загрузке в безопасном режиме. При включении питания компьютера ещё до загрузки операционной системы можно управлять настройками ПК с клавиатуры или с помощью мыши, просмотреть ход тестирования (или обнаруженные BIOS ошибки в работе устройств) на мониторе. Кроме этого, если загрузка происходит в безопасном режиме, то осуществляется отказ от драйверов операционной системы и в работе остаются только драйвера BIOS. При работе под устаревшими ОС DOS и Windows 9x BIOS также управляла основными устройствами, то есть выступала посредником между операционной системой и аппаратурой компьютера. При работе в среде современных Windows, других альтернативных ОС (UNIX, OS/2) BIOS практически выполняет лишь начальную проверку работоспособности компьютера и его настройку.

70

BIOS состоит из следующих частей:

1.POST (Power On Self Test) – программа, ответственная за тестирование аппаратных средств компьютера при включении питания.

2.System Setup – программа настройки системы.

3.Набор программ для управления работой аппаратуры ПК.

BIOS, вообще говоря, уникален для каждой модели материнской платы компьютера, то есть он разрабатывается с учётом особенностей функционирования той комбинации оборудования, которая характерна именно для данной модели системной платы.

BIOS для системных плат разрабатывается одной из специализирующихся на этом деле фирм – Award Software, American Megatrends Inc. (AMI), Microid Research, VIA Technologies, ITE Tech. Некоторые производители материнских плат – Intel, IBM или Acer – сами разрабатывают BIOS для своих плат. Они или существенно расширяют набор настроек или (как в случае с Intel), наоборот, ограничивают количество настроек только минимально необходимыми разделами.

Первоначально BIOS размещалась в микросхеме на материнской плате как постоянное запоминающее устройство – ПЗУ и использовалась по типу ROM (Read-Only Memory, только для чтения). Эта технология позволяет BIOS всегда быть доступной, несмотря на повреждения дисковой системы. BIOS, при соответствующих настройках, позволяет компьютеру загружаться и с других внешних носителей. Поскольку доступ к оперативной памяти осуществляется значительно быстрее, чем к ПЗУ, производители компьютеров создавали системы BIOS таким образом, чтобы при включении компьютера выполнялось копирование BIOS из ПЗУ в оперативную память. Задействованная при этом область памяти называется теневой памятью.

Во всех современных платах BIOS хранится в электрически перепрограммируемых ПЗУ (Flash ROM), которые допускают перепрошивку BIOS средствами самой платы при помощи специальной программы. Такие программы находятся на сайтах производителей материнских плат. Это позволяет исправлять заводские ошибки в BIOS, изменять заводские умолчания, вносить другие изменения, обновлять BIOS под новые материнские платы или компоненты компьютера. Обычно это связано с выпуском нового процессора, поддержка которого не была заложена в прежней версии. Прежде чем устанавливать новую версию BIOS, нужно отправиться на сайт технической поддержки фирмы-производителя системной платы, прочитать спецификации новой версии BIOS и при необходимо-