Системная плата и чипсет

Наиболее важные компоненты компьютера располагаются на системной плате (рис. 1.2). Основа любой системной платы – чипсет, то есть набор микросхем, которые обеспечивают взаимодействие между процессором, памятью, накопителями и другими устройствами. В его состав входят два основных чипа, которые обычно называются северным (Northbridge) и южным (Southbridge) мостами. В чипсетах для процессоров Intel северный мост обозначается МСН (Memory Controller Hub), а южный – ICH (Input/Output Controller Hub).

Рис. 1.2. Системная плата

Основная задача северного моста – обеспечить связь процессора с оперативной памятью, видеосистемой и другими устройствами. Данные между процессором и северным мостом передаются с помощью специальной шины, которая может иметь следующие названия:

□ FSB – в системах на базе процессоров Intel, кроме Intel Core i3/5/7, а также в старых системах AMD;

□ QPI – в системах на базе Intel Core i3/5/7;

□ НТ – во всех современных системах на базе процессоров AMD.

В чипсетах для процессоров Intel Core i3/5/7 и всех современных процессоров AMD контроллер оперативной памяти интегрирован непосредственно в процессор, а северный мост выполняет функции контроллера PCI Express. Поскольку северный мост чипсетов для Core i3/5/7 уже не выполняет функцию контроллера памяти, его название было сменено на ЮН (Input/Output Hub), а в некоторых новых чипсетах он вообще отсутствует.

Южный мост связан с северным с помощью специальной шины, а его основная задача – управление различными периферийными устройствами. Большинство контроллеров периферийных устройств интегрировано непосредственно в южный мост. Вот функциональный состав типичного южного моста:

□ контроллер Serial ATA/RAID;

□ контроллер IDE;

□ контроллер дисковода;

□ контроллер шин PCI и ISA;

□ USB-контроллер;

□ контроллеры портов ввода-вывода.

В составе южного моста могут присутствовать звуковой контроллер и сетевой интерфейс, но нередко эти устройства выполняются в виде отдельных чипов на системной плате. Кроме того, южный мост взаимодействует с микросхемами BIOS и CMOS. Во многих современных чипсетах микросхема CMOS интегрирована в состав южного моста.

Оперативная память

Оперативная память – один из важнейших компонентов системы, она необходима для работы операционной системы и приложений, для обработки и временного хранения данных. Для оперативной памяти может использоваться обозначение ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) или RAM (Random Access Memory – память с произвольным доступом).

Во всех современных компьютерах используется так называемая динамическая память, или DRAM (Dynamic RAM); подобное обозначение можно встретить в названиях некоторых параметров BIOS. Динамическая память бывает различных типов, но в последние годы применяются следующие.

□ SDRAM (Synchronous DRAM). Этот тип памяти использовался в уже устаревших системах класса Pentium I/II/III и в аналогичных моделях с процессорами AMD.

□ DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), или просто DDR. В отличие от обычной SDRAM, в DDR за один такт передается два пакета данных, поэтому данная память работает в два раза быстрее. Этот тип памяти применялся в системах на базе процессоров Pentium 4/ Celeron и AMD Athlon/Sempron.

□ DDR2. Эта память являет собой дальнейшее развитие технологии DDR: в ней за счет усовершенствования внутренней архитектуры модуля достигается уже четырехкратное увеличение объема передаваемых данных за один такт по сравнению с SDRAM. Память DDR2 используется в системах с процессорными разъемами LGA 775 (Intel Pentium 4, Pentium Dual-Core, Core 2 Duo/Quad и т. п.) и АМ2 (AMD Phenom/Athlon/Sempron).

□ DDR3. Данный стандарт предусматривает передачу уже восьми пакетов данных за такт и используется в компьютерах на базе современных процессоров Intel Core i3/5/7 (LGA 1366/1156) и AMD Phenom II/Athlon II (АМЗ).

Оперативная память выполняется в виде модулей DIMM – небольших плат с несколькими чипами памяти, которые устанавливаются в соответствующие разъемы на системной плате (рис. 1.3). Модули различных типов несовместимы между собой, а их конструкция различается местом расположения ключевого выреза.

Скорость работы оперативной памяти в основном зависит от типа модулей и их тактовой частоты. Эти параметры можно узнать из обозначения модуля, например, модуль памяти DDR2 с частотой 800 МГц обозначается DDR2-800. Вместо тактовой частоты может указываться пропускная способность в Мбайт/с, и тот же модуль DDR2-800 может быть маркирован как РС2-6400 (в большинстве модулей пропускная способность в 80 раз больше тактовой частоты).

Рис. 1.3. Модули памяти DIMM

Шины

Несомненное преимущество ПК – открытая архитектура, позволяющая в широких пределах изменять конфигурацию компьютера, адаптируя его для решения определенных задач. Для этого на системной плате есть периферийная шина с несколькими разъемами, в которые можно вставлять необходимые платы расширения. Существует несколько основных типов шин.

□ ISA (Industry Standard Architecture). Была единственной периферийной шиной для компьютеров 1980-х годов, в 1990-х существовала параллельно с шиной PCI. В современных платах разъемов шины ISA уже нет.

□ PCI (Peripheral Component Interconnect). Разработана в 1992 году компанией Intel для замены медленной шины ISA. Пожалуй, наиболее важное ее преимущество – поддержка технологии Plug and Play, позволяющей автоматически настраивать все подключаемые устройства. Несмотря на почтенный возраст, разъемы этой шины присутствуют и на современных платах.

□ AGP (Accelerated Graphics Port). Скоростной вариант шины PCI, специально оптимизированный для работы видеоадаптера. В современных платах заменен на PCI Express.

□ PCI Express (PCIE). Новая шина, предназначенная для замены шин PCI и AGP. В современных платах шина PCI Express чаще всего используется для подключения видеоадаптеров.

Порты

К портам подключаются периферийные устройства ввода-вывода. Разъемы портов обычно устанавливаются прямо на материнскую плату и выносятся на заднюю панель системного блока. Их также называют интерфейсами.

□ Последовательный порт (СОМ). Устаревший порт для подключения модемов и других устройств. В современных системах используется редко.

□ Параллельный порт (LPT). К нему подключаются некоторые устаревшие модели принтеров, сканеров и другие устройства. В современных системах может отсутствовать.

□ Игровой порт. К нему подключаются устаревшие джойстики, рули и другие игровые манипуляторы. Отсутствует в современных системах.

□ Порт PS/2. В большинстве компьютеров есть два таких специализированных порта: первый – для подключения клавиатуры, второй – для мыши. Если же этот порт всего один или вообще отсутствует, следует использовать клавиатуру или мышь с интерфейсом USB.

□ USB. Наиболее популярный интерфейс для самых разнообразных периферийных устройств. Позволяет подсоединять устройства при включенном питании и автоматически их настраивать. В современных компьютерах имеется несколько разъемов USB на задней, передней или боковой стенке блока.

□ IEEE 1394 (FireWire). Высокоскоростной последовательный порт для цифровых видеоустройств.

□ HDMI (High-Definition Multimedia Interface). Мультимедийный интерфейс для передачи высококачественного цифрового видео и звука.

□ eSATA. Порт для подключения внешних накопителей Serial ATA.

□ Разъемы звукового адаптера. Служат для подключения колонок, микрофона и других аудиоустройств.

□ VGA и/или DVI. Служит для подключения монитора.

□ Ethernet. Используется для подключения к локальным сетям или скоростным модемам.

На рис. 1.4 показана задняя панель типичной системной платы с разъемами портов. Подробнее о настройке портов см. в гл. 9.

Рис. 1.4. Разъемы портов на задней панели системной платы

Жесткие диски

Жесткий диск, или винчестер, – основное средство хранения информации в компьютере. В обычных компьютерах и ноутбуках используются жесткие диски с двумя интерфейсами подключения.

□ IDE, или АТА. Согласно этому интерфейсу жесткие диски подключаются к контроллеру с помощью 40– или 80-жильного шлейфа. К одному шлейфу можно подключить сразу два устройства, но для этого нужно верно выставить перемычки на накопителе (см. гл. 7).

□ Serial АТА, или SATA. Этот интерфейс имеет более высокую скорость, чем АТА. В отличие от IDE, данные передаются последовательно по семижильному кабелю, а накопители конфигурируются автоматически. В современных системных платах обычно присутствует 4-6 SATA-разъемов и 1-2 IDE-разъема.

В серверных системах может также использоваться параллельный интерфейс SCSI (Small Computer System Interface) или его последовательный вариант – SAS (Serial Attached SCSI). Системные платы со встроенной поддержкой SCSI/SAS встречаются очень редко, поэтому для подключения таких дисков нужно установить дополнительный SCSI/SAS-контроллер.

Устройства со сменными носителями

□ Дисководы. Устаревшее средство хранения информации, но иногда оно может еще понадобиться, например, для обновлении BIOS в некоторых платах.

□ Приводы CD и DVD. Компакт-диски и DVD – наиболее популярное средство распространения прикладных программ, игр, фильмов и другой цифровой информации, поэтому практически каждый компьютер оснащается приводом для работы с ними. CD/DVD-приводы подключаются аналогично жестким дискам с помощью интерфейсов IDE или SATA.

□ Устройства на основе flash-памяти. Flash-память – средство хранения данных, которое завоевало широкую популярность благодаря надежности, компактности и удобству использования. Накопители с интерфейсом USB на основе flash-памяти являются хорошей альтернативой CD и DVD.

Системные ресурсы

Современный компьютер состоит из большого количества разнообразных устройств, и для нормальной работы они должны поддерживаться процессором, им нужен доступ к оперативной памяти и возможность обмена данными с периферией. Необходимо также, чтобы устройства не мешали друг другу, что достигается распределением между ними системных ресурсов. Их несколько.

□ Прерывания. Прерывания. С их помощью устройства используют процессор, чтобы обработать возникшие в этих устройствах