по лабораторной работе № 1. По дисциплине: Интерфейсы компьютерных систем

ОТЧЕТ

 

 

По дисциплине: Интерфейсы компьютерных систем

 

На тему: Материнские платы персональных компьютеров

 

Специальность: Система информационной безопасности

 

Выполнил: Нуркаир Дидар Базаркеулы Группа: СиБк 12-01

 

Приняла: Мукашева А.

 

_________ «____» ________________201___г.

(подпись)

 

Алматы 2014

План

Введение
Основная часть
1. История создания материнских плат и микропроцессора
2. Разбор частей материнской платы
Заключение
Список литератур

 

Введение

В этой работе будем рассматривать появление и развитие материнских плат для персональных компьютеров. Создание и появление дополнительных разъёмов, и их улучшение для быстродействия персонального компьютера. Разберем все комплектующие материнской платы, от разъёмов для PSI Express до мостов соединяющих важные компоненты материнской платы.

1. История создания материнских плат

Первая материнская плата была разработана фирмой IBM, и показанная в августе 1981 года (PC-1). В 1983 году появился компьютер с увеличенной системной платой (PC-2). Максимум, что могла поддерживать PC-1 без использования плат расширения- 64К памяти. PC-2 имела уже 256К, но наиболее важное различие заключалось в программировании двух плат. Системная плата PC-1 не могла без корректировки поддерживать наиболее мощные устройства расширения, таких, как жесткий диск и улучшенные видеоадаптеры.

Материнская плата — это комплекс различных устройств поддерживающий работу системы в целом. Обязательными атрибутами мат. платы являются базовый процессор, оперативная память, системный BIOS, контролер клавиатуры, разъемы расширения.

В общем случае материнские платы можно разделить по размерам на три группы. Раньше все материнские платы имели размеры 8,5/11 дюймов. В XT размеры увеличились на 1 дюйм в AT размеры возросли еще больше.

Сейчас часто речь может идти о “зеленых” платах (green mothrboard). Данные системные платы позволяют реализовать несколько экономичных режимов энергопотребления. Американское агентство защиты окружающей среды (EPA) сосредоточила свое внимание на уменьшении потребления энергии компьютерными системами. Оборудование, удовлетворяющее ее (EPA) требованиям должно в среднем (в режиме холостого хода) потреблять не более 30Вт, не использовать токсичные материалы и допускать 100% утилизацию. Поскольку современные микропроцессоры используют напряжение питания 3,3-4В, на системных платах монтируют преобразователи напряжение (т.к. на плату подается 5В).

Архитектура материнской платы напрямую зависит от внешней архитектуры микропроцессора.

В 1976 году фирма Intel начала усиленно работать над микропроцессором 8086. Размер его регистров был увеличен в два раза, что дало возможность увеличить производительность в 10 раз по сравнению с 8080. Кроме того размер информационных шин был увеличен до 16 разрядов, что дало возможность увеличить скорость передачи информации на микропроцессор и с него в два раза. Размер его адресной шины также был существенно увеличен - до 20 бит. Это позволило 86-му прямо контролировать 1М оперативной памяти.

Вместо 20-разрядной адресной шины 8088/8086 80286 имел 24-разрядную шину. Эти дополнительные 4 разряда давали возможность увеличить максимум адресуемой памяти до 16 М.

Intel 80386 был создан в 1985 году. С увеличением шины данных до 32 бит, число адресных линий также было увеличено до 32. Само по себе это расширение позволило микpопpоцессоpу прямо обращаться к 4Гб физической памяти. Кроме того он мог работать с 16 триллионами байт виртуальной памяти. Существует модификация процессора Intel80386 — 386SX. Главное отличие его от 80386 это 16-битный вход/выход шины данных. Как следствие его внутренние регистры заполняются в два шага.

Все процессоры семейства 486 имеют 32-разрядную архитектуру, внутреннюю кэш-память 8 Кб со сквозной записью (у DX4 - 16 КВ). Модели SX не имеют встроенного сопроцессора. Модели DX2 реализуют механизм внутреннего удвоения частоты (например, процессор 486DX2-66 устанавливается на 33-мегагерцовую системную плату), что позволяет поднять быстродействие практически в два раза, так как эффективность кэширования внутренней кэш-памяти составляет почти 90 процентов. Процессоры семейства DX4 - 486DX4-75 и 486DX4-100 предназначены для установки на 25-ти и 33-мегагерцовые платы.

Первой системной, разработанной для компьютеров PC/XT, в основе которых лежали микропроцессоры, была шина PC/XT-bus. Она была 8-и разрядной а ее контролер обеспечивал работу на чистоте микропроцессора (4,77мгц). С появлением машин типа PC/AT, использующих 16-и разрядные микропроцессоры 80286, а позже и 80386 (версия SX), была создана шина PC/AT-bus. В связи с ростом тактовой частоты микропроцессоров до 12-16 МГц контролер выполнял ее деление пополам для обеспечения приемлемой тактовой частоты работы шины.

Эволюция микросхем ОЗУ вплотную связана с эволюцией персональных компьютеров. Для успеха настольных компьютеров требовались миниатюрные чипы ОЗУ. По мере увеличения емкости памяти цена скачкообразно возрастала, но потом постоянно уменьшалась по мере отработки технологии и роста объемов производства.

Первые PC реализовывались на стандартных RAM-чипах по 16 Кбит. Каждому биту соответствовал свой собственный адрес.

Где-то около года после представления XT появилось ОЗУ с большими возможностями и более эффективное с точки зрения его цены. Хотя новые микросхемы могли вмещать по 64 Кбит, она были дешевле чем 4 по 16 Кбит. Системная плата PC была создана с учетом использования новых микросхем памяти. Через несколько лет 64 Кбитные чипы стали настолько широко распространены, что стали дешевле чем 16 Кбитные микросхемы.

К 1984 году был сделан еще один шаг по увеличению объема памяти в одном корпусе - появились 256 - Кбитные микросхемы. И RAM чипы этого номинала были установлены на первых AT. А сегодня микросхемы в 1 Мбит стали обычным явлением.

За годы существования архитектура материнских плат для РС не претерпела особых изменений, точнее ее состав (микропроцессор; шины адреса, данных и управления; разъемы для плат расширения, внешней памяти, внешнего кэша; контролеров ввода/вывода и некоторых других вспомогательных с микросхем). На сегодняшний день в материнскую плату встраивают контролер HDD и внешними устройствами (COM и LPT: порты). Архитектура же материнской платы совершенствовалась вместе с микропроцессорами. Появлялись новые шины, увеличивалась разрядность, быстродействие шин, их пропускная способность.

Многие фирмы производители на свой страх и риск создают новые шины (в том числе и слоты расширения). Так достаточно известная фирма AsusTeK создала свой собственный слот MediaBus. На сегодняшний момент MediaBus больше никто не поддерживает, да и сама фирма AsusTeK создала только плату видеоадаптера, соединенную с звуковой картой. Правда MediaBus представляет собой просто расширенную PCI дополнительным разьемом. В приложении приведено таблиц с собственными тестами нескольких материнских плат для PC, выпускаемыми фирмой AsusTeK.

Говорить о материнской плате в отдельности от всех остальных частей компьютера не возможно — это комплекс, работающий как один организм. Тенденции развития материнских плат в основном диктуются развитием микропроцессоров. Микропроцессроры сделали огромный прыжок вперед (4004 — Pentium Pro). Но CISC архитектура построения процессоров практически иссякла. Фирма Intel и HP уже работают над созданием нового процессора поддерживающего (совместимого) как с процессоры для PC так и процессоры, построенными на RISC архитектуре. Вслед за процессорами, материнские платы будут тоже менять свою конфигурацию и архитектуру и направление этого развития лежит в сторону RISC-архитектуры.

 

2. Разбор частей материнской платы

Материнская плата (Motherboard) – это основная плата, к которой подсоединяются все части компьютера. Материнская плата (Мат. плата) устанавливается в системном блоке. Главная задача мат.платы соединить и обеспечить совместную работу всех элементов компьютера. Основа любой мат.платы это чипсет, то есть набор системной логики. Это совокупность микросхем обеспечивающая совместную, согласованную работу составных частей компьютера, и взаимодействие между собой.

Чипсет состоит в основном их двух основных микросхем называющимися северным и южным мостами.

Северный мост (North bridge) он же системный контроллер, отвечает за обеспечение работы компонентов (процессор, ОЗУ, видеокарта) все шины от них сходятся в северном мосту. Они обмениваются информацией между собой, то есть северный мост это – контроллер.

Южный мост (South bridge) ICH (Input/output controller hub) – обеспечивает подключение к системе менее скоростных устройств не требующих высокой скоростной способности (жестки диск, клавиатура, мышь, USB и.т.д.).

Из рисунка приведенного снизу вы можете увидеть саму материнскую плату, и разобранную на части матинскую плату.

 

 

Задняя панель с разъемами для подключений периферийных устройств:

1) Клавиатура и мышь (PS/2 и USB)

2) Цифровой звуковой оптический выход

3) Выдео выходы HDMI, VGA и DVI

4) Разъемы USB 3.0 и USB 2.0

5) Сетевой интерфейс

6) Аудио выходы

Разъемы для подключения дополнительных плат расширений:

7) PCI-E XI (контроллеры)

8) PCI-E Х16 (видеокарты)

9) PCI (звуковые, сетевые карты)

Остальные раземы:

10) 11) Внутренние выходы USB

12) Интерфейсы SATA II и SATA III для подключения оптических приводов и жестких дисков

13) Чипсет под радиатором охлаждения

14) Интерфейс IDE для подключения оптических приводов и жестких дисков

15) Разъем подключения блока питания

16) Разъемы для установки оперативной памяти (слоты)

17) Разъем для установки процессора (сокет)

18) Разъем подключения дополнительного питания процессора

 

Заключение

В этой лабораторной работе я узнал, как и когда появилась первая материнская плата, узнал, для чего нужен сокет (микропроцессор). Разобрал все разъемы материнской платы, и узнал, в каких целях используются порты. Понял, что материнская плата в основном работает через северные и южные мосты, которые в свою очередь соединяют не менее важные составные части материнской платы.

Список литератур

1.