budowa i zasada działania komputera - artur bartoszewski · budowa płyty głównej ... systemem...

dr Artur Bartoszewski

Budowa i zasada

działania komputera

1

Płyta Głowna

2

Układy otoczenia procesora (chipset)

Rozwiązania sprzętowe MOSTEK PÓŁNOCNY

Rozwiązania sprzętowe MOSTEK PÓŁNOCNY

MOSTEK POŁUDNIOWY

Schemat blokowy układów otoczenia procesora

(chipsetu)

Magistrala FBS

Definicja:

Magistrala FBS łączy procesor z mostkiem północnym

chipsetu.

Mostek Północny pośredniczy w wymianie danych

pomiędzy procesorem a pozostałymi układami płyty

głównej. Obsługuje bezpośrednio pamięć i kartę graficzną.

Mostek Południowy obsługuje układy o mniejszym

zapotrzebowaniu na transfer.

Prędkość taktowania magistrali FSB wyznacza prędkość

pracy mostka północnego, a pośrednio również prędkość

pracy procesora (z uwzględnieniem mnożników).

Budowa płyty głównej

8

Budowa płyty głównej

Budowa płyty głównej

Kontrolery

pamięci masowych

Stacja dyskietek

Dodatkowe gniazdo

zasilania płyty

Złącza

kart graficznych

Złącza

kart rozszerzeń

PCI Express

Gniazdo

zasilania płyty

Gniazda pamięci

BIOS

Procesor

Złącze karty

rozszerzeń PCI

CHIPSET

Złącza

do obudowy

Budowa płyty głównej

BIOS

Rola BIOS-u

Definicja:

BIOS (Basic Imput Output System) jest podstawowym

systemem obsługi wejścia/wyjścia.

Odpowiada za sposób komunikacji procesora z

wszystkimi podsystemami płyty.

Jest integralną częścią płyty i nie może być

wymieniany pomiędzy różnymi rodzajami płyt.

BIOS

3 funkcje BIOSU

BIOS pełni w systemie trzy role:

1. Likwiduje (z punktu widzenia systemu operacyjnego)

różnice pomiędzy układowymi rozwiązaniami płyty.

2. Oferuje procedury obsługi standardowych układów

we/wy z których może korzystać zarówno system jak i

programista (przerwania BIOSu)

3. Inicjuje start systemu operacyjnego

BIOS jest niezbędny w każdym komputerze. Pierwszy dochodzi do głosu

po włączeniu komputera. Aby mógł być obecny w systemie już we

wstępnej fazie rozruchu, mieści się w układzie pamięciowym ROM na

płycie głównej.

W ramach procedury POST (Power On Self Test) dokonuje

wstępnych oględzin zainstalowanych podzespołów sprzętowych,

inicjuje je i sprawdza podstawową zdolność funkcjonowania.

Następnie zaczyna działać procedura BIOS-u zwana bootstrap -

loaderem, sprawdzając kolejno wszystkie napędy w poszukiwaniu

sektora startowego, z którego da się wczytać system operacyjny.

Do zadań BIOS-u należy ponadto udostępnianie systemowi

operacyjnemu i jego aplikacjom odpowiednich procedur (tzn.

procedur obsługi przerwań), aby mogły się odwoływać do

podzespołów sprzętowych. Korzystają z tego m.in. DOS i programy

diagnostyczne. Wszystkie wersje środowiska Windows od wersji 95

wyposażono w sterowniki nawiązujące bezpośredni kontakt ze

sprzętem.

Fazy pracy BIOSU

Struktura programu SETUP

Konfiguracja BIOS-u

Aby dostać się do programu konfiguracyjnego, trzeba zaraz po

włączeniu peceta nacisnąć określony klawisz, zazwyczaj [Del], [F1],

[F2], [F10] lub kombinacje [Ctrl Alt Esc].

Na ekranie startowym powinien się pojawić stosowny komunikat.

Parametry BIOS-u pozwalają zmieniać różne ustawienia, począwszy

od najprostszych, takich jak tryb transmisji portu szeregowego,

skończywszy na bardzo interesujących.

Przy zmianach ustawień BIOS-u zachować należy ostrożność

i rozwagę.

Np. ustawienie zbyt wysokiego napięcia zasilającego procesor, a

także zmiany w geometrii twardego dysku mogą mieć opłakane

skutki.

Jednocześnie w niejednym komputerze drzemią niespodziewane

zapasy wydajności, które można wykorzystać tylko za pomocą

BIOS-u. W ten sposób zyskasz większą wydajność, nie inwestując

ani grosza.

Producenci BIOSU

Rynek płyt głównych zdominowało trzech wielkich producentów

BIOS-ów:

AMI,

Award,

Phoenix.

Nie oznacza to wcale, że są tylko trzy wersje BIOS-u.

Każdy producent zmierza inną drogą. Większość kupuje

gotowy kod źródłowy, a potem go modyfikuje.

W rezultacie powstały niezliczone warianty BIOSU oraz

zawartego w nim programu konfiguracyjnego. Różniące się

one zakresem i nazwami opcji.

BIOS na kartach rozszerzeń

Aby zapewnić możliwość obsługi niestandardowych urządzeń

zainstalowanych jako karty rozszerzeń wyposaża się je we własny

program BIOS.

Jego zadaniem jest przeprowadzenie testu karty oraz dostarczenie

programów obsługi przerwań potrzebnych do jej działania.

Z informacji zawartych w BIOS-ie karty korzysta także mechanizm

autokonfiguracji (PNP) oraz sterowniki dla systemów operacyjnych

(Windows, Linux)

Magistrale kart rozszerzeń

Rozwój magistral komputera PC

Czas „życia” poszczególnych magistral

Pentium 4

PCI -Express

Przepustowość magistral

Magistrala ISA

Magistrala ISA jest magistrala 16-to bitową, taktowaną

zegarem 8 MHz

Transmisja 1 słowa (2 bajtów) (przy założeniu braku cykli

oczekiwania) zajmuje 2 cykle zegara.

Maksymalna przepustowość magistrali ISA wynosi:

sMB

takty

BMHz8

2

28

Wadą standardu ISA jest brak mechanizmów

wspierających autokonfigurację.

Magistrala ISA

Magistrala PCI

Magistrala PCI dysponuje własnym, zdefiniowanym zestawem

sygnałów różnych od sygnałów magistrali lokalnej procesora.

Z procesorem i pamięcią komunikuje się za pomocą układu

zwanego interfejsem PCI

Magistrala PCI pracuje w trybie bust.

Częstotliwość zegara dla magistrali PCI w wersji 2.1 wynosi od 0

do 66 MHz

Pozwala to osiągnąć transfery:

• 264 MB/s dla magistrali 32 bitowej

• 528 KB/s dla magistrali 64 bitowej

Pojedyncza magistrala zapewnia współpracę do 256 układów

funkcjonalnych. Dodatkowo przy zastosowaniu tak zwanych mostów

PCI-PCI możliwa jest współpraca wielu magistral.

Płyta główna – PCI

Gniazda PCI

Magistrale PCI mogą być zarówno 32, jak i 64-bitowe (zarówno

adres jak i dane).

Napięcia zasilania podawane przez magistrale to 5v lub 3,3V

Magistrala AGP

AGP (ang. Accelerated Graphics Port) jest interfejsem kart graficznych.

AGP powstał, ponieważ szybkość transmisji oferowana przez PCI

okazała się niewystarczająca dla grafiki.

W standardzie AGP dodano szybką, bezpośrednią magistralę

między chipsetem a sterownikiem grafiki. W ten sposób zmniejszono

obciążenie szyny PCI.

Poprzez zastosowanie interfejsu AGP zwiększyła się szybkość

transmisji .

132 MB/s, dla PCI, do 528 MB/s, dla AGPx2,

przy częstotliwości taktowania 66 MHz.

Dodatkową zaletą standardu AGP jest umożliwienie karcie grafiki

bezpośredniego pobierania danych z pamięci komputera, bez potrzeby

ich kopiowania do pamięci karty.

Zalety magistrali AGP

Główne zalety AGP to:

1. Duża szybkość transmisji

2. Przydzielenie pełnej przepustowości AGP wyłącznie

karcie graficznej

3. Odciążenie magistrali PCI

4. Umożliwienie wykorzystania części pamięci głównej na

potrzeby systemu graficznego:

• tekstury nie muszą być przed użyciem ładowane do

lokalnej pamięci wideo;

• przechowywanie tekstur w pamięci RAM umożliwia

stosowanie większych tekstur i zmniejsza

wymagania dotyczące pamięci adaptera.

Magistrala PCI-Express

Szeregowa szyna systemowa wykorzystywana do przyłączania

urządzeń do płyty głównej.

Już podczas tworzenia nowego rozwiązania zakładano, że ma

on zastąpić szynę PCI oraz gniazdo AGP. Służy przesyłaniu

danych zarówno z karty graficznej, jak i innych urządzeń

zamontowanych na płycie głównej.

Zgodnie ze specyfikacją w magistrali PCI Express dane są

przesyłane dwukierunkowo w postaci pakietów.

Podstawowa wersja gniazda PCI Express została oznaczona

1x i jest dwa razy szybsza niż do tej pory używana magistrala

PCI.

Magistrala PCI-Express - sloty

Najprostsze połączenie między odbiornikiem a nadajnikiem

składa się z dwóch jednokierunkowych, zasilanych różnicowo par

przewodów niskonapięciowych.

Zapobiega to przenikaniu sygnału do sąsiadujących linii

sygnałowych.

PCI Express opiera się na szeregowym

połączeniu punkt do punktu.

Magistrala PCI-Express - sloty

Zgodnie ze specyfikacją dostępne są szybsze gniazda

oznaczone odpowiednio 2x, 4x, 8x, 16x oraz 32x.

W praktyce oznacza to, że najszybsze gniazdo

dysponuje aż 32 niezależnymi kanałami

transmisyjnymi.

Kolejną zaletą PCI Express jest to, że na płycie głównej można

zamontować na przykład same gniazda 16x i podłączyć do nich

wolniejsze karty 1x. Taka konfiguracja będzie działać bez

większych problemów.

Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery

Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery

Magistrala PCI-Express – mnożniki i transfery

Tryb Przepustowość

PCIExpress 1x 250 MB/s

PCIExpress 2x 500 MB/S

PCIExpress 4x 1000 MB/s

PCIExpress 8x 2000 MB/s

PCIExpress 16x 4000 MB/s

PCIExPress 32x 8000 MB/s

Magistrala PCI-Express

Jedną z największych zalet nowej magistrali jest

możliwość instalacji dwóch takich samych kart

graficznych w celu zwiększenia wydajności układu

graficznego.

W przypadku firmy nVidin rozwiązanie takie nosi

nazwę SLI. Natomiast firma ATI swoje rozwiązanie

nazwala CrossFire.

Standardy płyt głównych

Standardy płyt głównych

Budowa płyty głównej, jej rozmiar, rozmieszczenie

poszczególnych elementów i gniazd nie są dowolne. Jak

wszystkie elementy składowe komputera PC podgalają

standaryzacji.

AT

AT Advanced Technology) – standard konstrukcji płyt głównych

oraz zasilaczy i obudów komputerowych do nich. Obecnie wyparty

przez ATX.

Standard AT został udostępniony w 1984 r. przez IBM.

W odróżnieniu od wcześniejszych standardów: PC i XT,

rozpowszechnił się bardzo szeroko ze względu na rozkwit

rynku komputerów w latach 80. Klony komputerów IBM używały

w tamtych czasach konstrukcji kompatybilnych z AT,

przyczyniając się do popularności tego standardu.

W latach 90. wiele komputerów wciąż wykorzystywało AT oraz

jego odmiany, jednak od 1997 r. do głosu doszedł standard

ATX.

AT

AT vs ATX

ATX

Obecnie dominującą pozycję ma

standard ATX.

Charakteryzuje się on przede

wszystkim zintegrowanymi z płytą

główną wszystkimi gniazdami

wyprowadzeń. Złącza portów

szeregowych i równoległych,

klawiatury, myszy, USB, dźwięku czy

IEEE są integralną częścią samej

płyty.

Płyty ATX dzięki lepszemu

rozmieszczeniu komponentów

zapewniają mniejszą plątaninę kabli

wewnątrz komputera, łatwiejszy

dostęp do modułów pamięci, a

wszystkie złącza kart rozszerzających

można wykorzystywać w ich pełnej

długości.

Odmiany standardu ATX

Format ATX posiada kilka odmian, są to:

Micro ATX - nieco mniejsze od ATX ale o takich samych

właściwościach

Flex ATX - jeszcze mniejsze od poprzednich ale umożliwiają

przyłączenie najwyżej 4 kart (ISA, PCI lub AGP) (dla porównania

karty ATX i Micro ATX mają zwykle 7 gniazd kart rozszerzeń),

Mini ITX – płyta zintegrowana, 1 gniazdo rozszerzeń

ATX Micro ATX Flex ATX Mini ITX

Szerokość x głębokość

305 x 244 mm

244 x 244 mm

229 x 191 mm

170 x 170 mm

Rozmiar w stosunku do

ATX

100% 80% 59% 39%

Rozmiary płyt głownychATX

Odmiany standardu ATX

Częścią standardu są otwory mocujące

Problemy ze standardem ATX

Zdecydowana większość obudów nie była projektowana pod

kątem zapewnienia właściwego chłodzenia. Do wnętrza powietrze

dostaje się zwykle przez specjalnie przygotowane do tego celu

otwory lub przez wszelkie szpary i nieszczelności konstrukcji.

Według specyfikacji ATX za wymianę powietrza wewnątrz

obudowy odpowiada wentylator zasilacza, wydmuchując je na

zewnątrz. Jeśli wentylator znajdzie się w pobliżu zasilacza,

powinien wyciągać powietrze z wnętrza komputera.

1. Nowe magistrale, a co za tym idzie nowe sloty

2. Wydzielona magistrala dla karty graficznej

3. Chłodzenie

BTX

Standard ATX ma już 12 lat. W branży komputerowej oznacza to

bardzo podeszły wiek i chyba pora przejść na zasłużoną

emeryturę. Do wejścia na scenę od dawna (2004) jest gotowy

następca - standard Balanced Technology Extended, czyli BTX.

BTX

BTX

Zmiany dotyczą przede wszystkim takiego rozmieszczenia

elementów płyty głównej, aby strumień chłodzącego powietrza

przepływał od przodu do tyłu obudowy komputera, a

wydzielające dużą ilość ciepła komponenty oddawały je w jego

kierunku.

W przedniej części obudowy umieszczony jest duży, dobrej

jakości wiatrak, który chłodzi radiator procesora oraz wymusza

obieg powietrza we wnętrzu obudowy.

Elementy wydzielające ciepło, takie jak karta graficzna czy

moduły pamięci, umieszczone są równolegle do strumienia, by

nie powodować jego zaburzeń.

Jednocześnie zmniejszono wymagania odnośnie przestrzeni

potrzebnej do budowy pełnowymiarowych konstrukcji

(zwłaszcza pod względem wysokości), co stanowi krok w

kierunku platform serwerowych.

BTX

Dziękuję za uwagę

54