WykÅad 4: PÅyta gÅówna
WykÅad 4: PÅyta gÅówna
WykÅad 4: PÅyta gÅówna
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Budowa i zasada<br />
działania komputera<br />
1<br />
dr Artur Bartoszewski
Płyta Głowna<br />
2
Układy otoczenia procesora (chipset)
Rozwiązania sprzętowe<br />
MOSTEK PÓŁNOCNY
Rozwiązania sprzętowe<br />
MOSTEK PÓŁNOCNY<br />
MOSTEK POŁUDNIOWY
Schemat blokowy układów otoczenia procesora<br />
(chipsetu)
Magistrala FBS<br />
Definicja:<br />
Magistrala FBS łączy procesor z mostkiem północnym<br />
chipsetu.<br />
Mostek Północny pośredniczy w wymianie danych<br />
pomiędzy procesorem a pozostałymi układami płyty<br />
głównej. Obsługuje bezpośrednio pamięć i kartę graficzną.<br />
Mostek Południowy obsługuje układy o mniejszym<br />
zapotrzebowaniu na transfer.<br />
Prędkość taktowania magistrali FSB wyznacza prędkość<br />
pracy mostka północnego, a pośrednio również prędkość<br />
pracy procesora (z uwzględnieniem mnożników).
Budowa płyty głównej<br />
8
Budowa płyty głównej
Budowa płyty głównej<br />
Dodatkowe gniazdo<br />
zasilania płyty<br />
Gniazda pamięci<br />
Procesor<br />
Gniazdo<br />
zasilania płyty<br />
CHIPSET<br />
Złącza<br />
kart graficznych<br />
Złącza<br />
kart rozszerzeń<br />
PCI Express<br />
Złącze karty<br />
rozszerzeń PCI<br />
Stacja dyskietek<br />
Kontrolery<br />
pamięci masowych<br />
BIOS<br />
Złącza<br />
do obudowy
Budowa płyty głównej
BIOS
Rola BIOS-u<br />
Definicja:<br />
BIOS (Basic Imput Output System) jest podstawowym<br />
systemem obsługi wejścia/wyjścia.<br />
Odpowiada za sposób komunikacji procesora z<br />
wszystkimi podsystemami płyty.<br />
Jest integralną częścią płyty i nie może być<br />
wymieniany pomiędzy różnymi rodzajami płyt.
BIOS
3 funkcje BIOSU<br />
BIOS pełni w systemie trzy role:<br />
1. Likwiduje (z punktu widzenia systemu operacyjnego)<br />
różnice pomiędzy układowymi rozwiązaniami płyty.<br />
2. Oferuje procedury obsługi standardowych układów<br />
we/wy z których może korzystać zarówno system jak i<br />
programista (przerwania BIOSu)<br />
3. Inicjuje start systemu operacyjnego
Fazy pracy BIOSU<br />
BIOS jest niezbędny w każdym komputerze. Pierwszy dochodzi do głosu<br />
po włączeniu komputera. Aby mógł być obecny w systemie już we<br />
wstępnej fazie rozruchu, mieści się w układzie pamięciowym ROM na<br />
płycie głównej.<br />
W ramach procedury POST (Power On Self Test) dokonuje<br />
wstępnych oględzin zainstalowanych podzespołów sprzętowych,<br />
inicjuje je i sprawdza podstawową zdolność funkcjonowania.<br />
Następnie zaczyna działać procedura BIOS-u zwana bootstrap -<br />
loaderem, sprawdzając kolejno wszystkie napędy w poszukiwaniu<br />
sektora startowego, z którego da się wczytać system operacyjny.<br />
Do zadań BIOS-u należy ponadto udostępnianie systemowi<br />
operacyjnemu i jego aplikacjom odpowiednich procedur (tzn.<br />
procedur obsługi przerwań), aby mogły się odwoływać do<br />
podzespołów sprzętowych. Korzystają z tego m.in. DOS i programy<br />
diagnostyczne. Wszystkie wersje środowiska Windows od wersji 95<br />
wyposażono w sterowniki nawiązujące bezpośredni kontakt ze<br />
sprzętem.
Struktura programu SETUP
Konfiguracja BIOS-u<br />
‣ Aby dostać się do programu konfiguracyjnego, trzeba zaraz po<br />
włączeniu peceta nacisnąć określony klawisz, zazwyczaj [Del], [F1],<br />
[F2], [F10] lub kombinacje [Ctrl Alt Esc].<br />
‣ Na ekranie startowym powinien się pojawić stosowny komunikat.<br />
Parametry BIOS-u pozwalają zmieniać różne ustawienia, począwszy<br />
od najprostszych, takich jak tryb transmisji portu szeregowego,<br />
skończywszy na bardzo interesujących.<br />
‣ Przy zmianach ustawień BIOS-u zachować należy ostrożność<br />
i rozwagę.<br />
‣ Np. ustawienie zbyt wysokiego napięcia zasilającego procesor, a<br />
także zmiany w geometrii twardego dysku mogą mieć opłakane<br />
skutki.<br />
‣ Jednocześnie w niejednym komputerze drzemią niespodziewane<br />
zapasy wydajności, które można wykorzystać tylko za pomocą<br />
BIOS-u. W ten sposób zyskasz większą wydajność, nie inwestując<br />
ani grosza.
Producenci BIOSU<br />
Rynek płyt głównych zdominowało trzech wielkich producentów<br />
BIOS-ów:<br />
‣ AMI,<br />
‣ Award,<br />
‣ Phoenix.<br />
‣ Nie oznacza to wcale, że są tylko trzy wersje BIOS-u.<br />
‣ Każdy producent zmierza inną drogą. Większość kupuje<br />
gotowy kod źródłowy, a potem go modyfikuje.<br />
‣ W rezultacie powstały niezliczone warianty BIOSU oraz<br />
zawartego w nim programu konfiguracyjnego. Różniące się<br />
one zakresem i nazwami opcji.
BIOS na kartach rozszerzeń<br />
Aby zapewnić możliwość obsługi niestandardowych urządzeń<br />
zainstalowanych jako karty rozszerzeń wyposaża się je we własny<br />
program BIOS.<br />
Jego zadaniem jest przeprowadzenie testu karty oraz dostarczenie<br />
programów obsługi przerwań potrzebnych do jej działania.<br />
Z informacji zawartych w BIOS-ie karty korzysta także mechanizm<br />
autokonfiguracji (PNP) oraz sterowniki dla systemów operacyjnych<br />
(Windows, Linux)
Magistrale kart rozszerzeń
Rozwój magistral komputera PC
Czas „życia” poszczególnych magistral<br />
Pentium 4<br />
PCI -Express
Przepustowość magistral
Magistrala ISA<br />
Magistrala ISA jest magistrala 16-to bitową, taktowaną<br />
zegarem 8 MHz<br />
Transmisja 1 słowa (2 bajtów) (przy założeniu braku cykli<br />
oczekiwania) zajmuje 2 cykle zegara.<br />
Maksymalna przepustowość magistrali ISA wynosi:<br />
8MHz<br />
2B<br />
2 takty<br />
<br />
8<br />
MB<br />
s<br />
Wadą standardu ISA jest brak mechanizmów<br />
wspierających autokonfigurację.
Magistrala ISA
Magistrala PCI<br />
Magistrala PCI dysponuje własnym, zdefiniowanym zestawem<br />
sygnałów różnych od sygnałów magistrali lokalnej procesora.<br />
Z procesorem i pamięcią komunikuje się za pomocą układu<br />
zwanego interfejsem PCI<br />
Magistrala PCI pracuje w trybie bust.<br />
Częstotliwość zegara dla magistrali PCI w wersji 2.1 wynosi od 0<br />
do 66 MHz<br />
Pozwala to osiągnąć transfery:<br />
• 264 MB/s dla magistrali 32 bitowej<br />
• 528 KB/s dla magistrali 64 bitowej<br />
Pojedyncza magistrala zapewnia współpracę do 256 układów<br />
funkcjonalnych. Dodatkowo przy zastosowaniu tak zwanych mostów<br />
PCI-PCI możliwa jest współpraca wielu magistral.
Płyta główna – PCI
Gniazda PCI<br />
<br />
Magistrale PCI mogą być zarówno 32, jak i 64-bitowe (zarówno<br />
adres jak i dane).<br />
Napięcia zasilania podawane przez magistrale to 5v lub 3,3V
Magistrala AGP<br />
AGP (ang. Accelerated Graphics Port) jest interfejsem kart graficznych.<br />
AGP powstał, ponieważ szybkość transmisji oferowana przez PCI<br />
okazała się niewystarczająca dla grafiki.<br />
W standardzie AGP dodano szybką, bezpośrednią magistralę<br />
między chipsetem a sterownikiem grafiki. W ten sposób zmniejszono<br />
obciążenie szyny PCI.<br />
Poprzez zastosowanie interfejsu AGP zwiększyła się szybkość<br />
transmisji .<br />
132 MB/s, dla PCI, do 528 MB/s, dla AGPx2,<br />
przy częstotliwości taktowania 66 MHz.<br />
Dodatkową zaletą standardu AGP jest umożliwienie karcie grafiki<br />
bezpośredniego pobierania danych z pamięci komputera, bez potrzeby<br />
ich kopiowania do pamięci karty.
Zalety magistrali AGP<br />
Główne zalety AGP to:<br />
1. Duża szybkość transmisji<br />
2. Przydzielenie pełnej przepustowości AGP wyłącznie<br />
karcie graficznej<br />
3. Odciążenie magistrali PCI<br />
4. Umożliwienie wykorzystania części pamięci głównej na<br />
potrzeby systemu graficznego:<br />
• tekstury nie muszą być przed użyciem ładowane do<br />
lokalnej pamięci wideo;<br />
• przechowywanie tekstur w pamięci RAM umożliwia<br />
stosowanie większych tekstur i zmniejsza<br />
wymagania dotyczące pamięci adaptera.
Magistrala PCI-Express<br />
Szeregowa szyna systemowa wykorzystywana do przyłączania<br />
urządzeń do płyty głównej.<br />
Już podczas tworzenia nowego rozwiązania zakładano, że ma<br />
on zastąpić szynę PCI oraz gniazdo AGP. Służy przesyłaniu<br />
danych zarówno z karty graficznej, jak i innych urządzeń<br />
zamontowanych na płycie głównej.<br />
Zgodnie ze specyfikacją w magistrali PCI Express dane są<br />
przesyłane dwukierunkowo w postaci pakietów.<br />
Podstawowa wersja gniazda PCI Express została oznaczona<br />
1x i jest dwa razy szybsza niż do tej pory używana magistrala<br />
PCI.
Magistrala PCI-Express - sloty<br />
PCI Express opiera się na szeregowym<br />
połączeniu punkt do punktu.<br />
Najprostsze połączenie między odbiornikiem a nadajnikiem<br />
składa się z dwóch jednokierunkowych, zasilanych różnicowo par<br />
przewodów niskonapięciowych.<br />
Zapobiega to przenikaniu sygnału do sąsiadujących linii<br />
sygnałowych.
Magistrala PCI-Express - sloty<br />
Zgodnie ze specyfikacją dostępne są szybsze gniazda<br />
oznaczone odpowiednio 2x, 4x, 8x, 16x oraz 32x.<br />
W praktyce oznacza to, że najszybsze gniazdo<br />
dysponuje aż 32 niezależnymi kanałami<br />
transmisyjnymi.<br />
Kolejną zaletą PCI Express jest to, że na płycie głównej można<br />
zamontować na przykład same gniazda 16x i podłączyć do nich<br />
wolniejsze karty 1x. Taka konfiguracja będzie działać bez<br />
większych problemów.
Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery
Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery
Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery<br />
Tryb<br />
PCIExpress 1x<br />
PCIExpress 2x<br />
PCIExpress 4x<br />
PCIExpress 8x<br />
PCIExpress 16x<br />
PCIExPress 32x<br />
Przepustowość<br />
250 MB/s<br />
500 MB/S<br />
1000 MB/s<br />
2000 MB/s<br />
4000 MB/s<br />
8000 MB/s
Magistrala PCI-Express<br />
Jedną z największych zalet nowej magistrali jest<br />
możliwość instalacji dwóch takich samych kart<br />
graficznych w celu zwiększenia wydajności układu<br />
graficznego.<br />
W przypadku firmy nVidin rozwiązanie takie nosi<br />
nazwę SLI. Natomiast firma ATI swoje rozwiązanie<br />
nazwala CrossFire.
Standardy płyt głównych
Standardy płyt głównych<br />
Budowa płyty głównej, jej rozmiar, rozmieszczenie<br />
poszczególnych elementów i gniazd nie są dowolne. Jak<br />
wszystkie elementy składowe komputera PC podgalają<br />
standaryzacji.
AT<br />
AT Advanced Technology) – standard konstrukcji płyt głównych<br />
oraz zasilaczy i obudów komputerowych do nich. Obecnie wyparty<br />
przez ATX.<br />
<br />
<br />
<br />
Standard AT został udostępniony w 1984 r. przez IBM.<br />
W odróżnieniu od wcześniejszych standardów: PC i XT,<br />
rozpowszechnił się bardzo szeroko ze względu na rozkwit<br />
rynku komputerów w latach 80. Klony komputerów IBM używały<br />
w tamtych czasach konstrukcji kompatybilnych z AT,<br />
przyczyniając się do popularności tego standardu.<br />
W latach 90. wiele komputerów wciąż wykorzystywało AT oraz<br />
jego odmiany, jednak od 1997 r. do głosu doszedł standard<br />
ATX.
AT vs ATX
ATX<br />
Obecnie dominującą pozycję ma<br />
standard ATX.<br />
Charakteryzuje się on przede<br />
wszystkim zintegrowanymi z płytą<br />
główną wszystkimi gniazdami<br />
wyprowadzeń. Złącza portów<br />
szeregowych i równoległych,<br />
klawiatury, myszy, USB, dźwięku czy<br />
IEEE są integralną częścią samej<br />
płyty.<br />
Płyty ATX dzięki lepszemu<br />
rozmieszczeniu komponentów<br />
zapewniają mniejszą plątaninę kabli<br />
wewnątrz komputera, łatwiejszy<br />
dostęp do modułów pamięci, a<br />
wszystkie złącza kart rozszerzających<br />
można wykorzystywać w ich pełnej<br />
długości.
Odmiany standardu ATX<br />
Format ATX posiada kilka odmian, są to:<br />
‣ Micro ATX - nieco mniejsze od ATX ale o takich samych<br />
właściwościach<br />
‣ Flex ATX - jeszcze mniejsze od poprzednich ale umożliwiają<br />
przyłączenie najwyżej 4 kart (ISA, PCI lub AGP) (dla porównania<br />
karty ATX i Micro ATX mają zwykle 7 gniazd kart rozszerzeń),<br />
‣ Mini ITX – płyta zintegrowana, 1 gniazdo rozszerzeń<br />
ATX Micro ATX Flex ATX Mini ITX<br />
Szerokość x<br />
głębokość<br />
305 x 244<br />
mm<br />
244 x 244<br />
mm<br />
229 x 191<br />
mm<br />
170 x 170<br />
mm<br />
Rozmiar w<br />
stosunku do<br />
ATX<br />
100% 80% 59% 39%
Rozmiary płyt głownychATX
Odmiany standardu ATX
Częścią standardu są otwory mocujące
Problemy ze standardem ATX<br />
1. Nowe magistrale, a co za tym idzie nowe sloty<br />
2. Wydzielona magistrala dla karty graficznej<br />
3. Chłodzenie<br />
Zdecydowana większość obudów nie była projektowana pod<br />
kątem zapewnienia właściwego chłodzenia. Do wnętrza powietrze<br />
dostaje się zwykle przez specjalnie przygotowane do tego celu<br />
otwory lub przez wszelkie szpary i nieszczelności konstrukcji.<br />
Według specyfikacji ATX za wymianę powietrza wewnątrz<br />
obudowy odpowiada wentylator zasilacza, wydmuchując je na<br />
zewnątrz. Jeśli wentylator znajdzie się w pobliżu zasilacza,<br />
powinien wyciągać powietrze z wnętrza komputera.
BTX<br />
Standard ATX ma już 12 lat. W branży komputerowej oznacza to<br />
bardzo podeszły wiek i chyba pora przejść na zasłużoną<br />
emeryturę. Do wejścia na scenę od dawna (2004) jest gotowy<br />
następca - standard Balanced Technology Extended, czyli BTX.
BTX
BTX<br />
Zmiany dotyczą przede wszystkim takiego rozmieszczenia<br />
elementów płyty głównej, aby strumień chłodzącego powietrza<br />
przepływał od przodu do tyłu obudowy komputera, a<br />
wydzielające dużą ilość ciepła komponenty oddawały je w jego<br />
kierunku.<br />
W przedniej części obudowy umieszczony jest duży, dobrej<br />
jakości wiatrak, który chłodzi radiator procesora oraz wymusza<br />
obieg powietrza we wnętrzu obudowy.<br />
Elementy wydzielające ciepło, takie jak karta graficzna czy<br />
moduły pamięci, umieszczone są równolegle do strumienia, by<br />
nie powodować jego zaburzeń.<br />
Jednocześnie zmniejszono wymagania odnośnie przestrzeni<br />
potrzebnej do budowy pełnowymiarowych konstrukcji<br />
(zwłaszcza pod względem wysokości), co stanowi krok w<br />
kierunku platform serwerowych.
BTX
Dziękuję za uwagę<br />
54