Základní deska (Motherboard)

Semestrální práce – Úvod do architektury počítačů
Základní deska
(Motherboard)
Zadávající: Ing. Jan Polášek
Vypracoval: Petr Bárta
Obsah
Úvod..........................................................................................................................................................3
Co je základní deska...............................................................................................................................4
Jaké prvky obsahuje...............................................................................................................................5
Velikost základní desky...........................................................................................................................6
Výrobci základních desek.......................................................................................................................6
Jednotlivé prvky na základní desce.......................................................................................................7
Socket (Patice procesoru).....................................................................................................................7
Chipset..................................................................................................................................................9
Slot pro operační paměť.....................................................................................................................10
FSB (=Front Side Bus).......................................................................................................................11
Paměť ROM a systém BIOS..............................................................................................................12
Rozšiřující sloty a porty......................................................................................................................12
Rozdíly v základních deskách pro PC a pro servery.........................................................................15
Srovnání portu PCI pro servery a pro PC...........................................................................................15
Závěr.......................................................................................................................................................16
Použité zdroje........................................................................................................................................17
Úvod
Ve své práci se budu zabývat hardwarovou součástí počítače – základní deskou. Zaměřím se zejména na
desky používané v PC. Budu se věnovat jednotlivým částem, ze kterých se skládá a jaká je jejich funkce.
V závěru práce nastíním několik rozdílů mezi základními deskami pro PC a pro servery. Přeji příjemné
čtení.
Co je základní deska
Základní deska (anglicky Motherboard) je základní počítačový hardware. Její funkcí je propojit všechny
komponenty počítače a zajistit jejich napájení. Dnes základní deska obsahuje spoustu součástek
integrovaných přímo v sobě, které se k ní dříve připojovaly zvlášť. Může v sobě mít rovněž integrované
některé části počítače. Obvykle se jedná o síťové karty, zvukovou kartu, Input/Output čip, řadiče pevných
disků a někdy i grafickou kartu. Integrované grafické karty jsou však vhodné maximálně pro kancelářské
PC.
Obr.č. 1: Základní deska typu ATX
Obr.č. 2: Základní deska typu microATX
Jaké prvky obsahuje
1. patice pro procesor
2. chipset
3. slot pro operační paměť
4. FSB sběrnice
5. paměť ROM a BIOS
6. rozšiřující konektory
a) interní – součástky se k nim připojují uvnitř počítače
• eSATA
• IDE
• konektory pro zapojení ventilátorů
• napájecí konektory
• konektory pro zvukovou kartu
b) externí – na zadní straně desky, součástky se připojují vně počítače
• rozšiřující USB konektory
• vývody zvukové karty
• PS/2
• HDMI
• LPT
• LAN
7. integrované prvky
Velikost základní desky
Velikosti základních desek se liší. A to z důvodu různého použití (PC, notebook, server, atd.). Prvním
typem základní desky byl PC/XT, který vynalezla firma IBM. Dnes nejpoužívanějším formátem desky je
ATX, který vynalezla firma Intel roku 1995a její o 25% kratší verze microATX. Typů desek existuje
několik. Dnes mají význam například desky ETX, které se používají ve vestavěných počítačích (ABS,
ECU v motoru, bankomaty, apod.). S formátem desky souvisí počet komponent na ní.
Obr.č. 3: Porovnání velikostí základních desek společně s formáty papírů (A5, A4, A3)
Výrobci základních desek
• Asus
• Intel
• MSI
• Biostar
• DFI
• Gigabyte
• EVGA
Jednotlivé prvky na základní desce
Socket (Patice procesoru)
CPU (Central Processing Unit) je srdcem celého počítače. Na základě instrukcí z operační paměti
vykonává program. Dříve se procesory pájely přímo k základové desce, avšak s postupným vývojem
vznikla potřeba procesory měnit například z důvodu poškození. To umožňuje právě patice. Procesor je v
ní usazen a je možno jej vyjmout a vyměnit. Je však důležité dávat si pozor, jaký procesor potřebuje jakou
patici. Při nesprávné kombinaci může dojít k vypálení celé základové desky.
Obr.č. 4: Socket 939 pro procesory AMD
Patice se na první pohled velikostně moc neliší, hlavní rozdíl je v počtu pinů (jakýchsi zdířek, do
kterých procesor zapadá svými vývody). Ten se od vzniku patice zvyšuje. Na počátku se počet pinů
pohyboval na čísle 169, u Pentia 4 jich bylo něco málo přes 400 (Wilamette 423, Northwood 478). S
větším počtem vývodů se samozřejmě zvyšuje rychlost procesoru.
Hlavními výrobci procesorů jsou Intel a AMD.
Přehled socketů pro AMD a Intel.
Chipset
Obecně je chipset jeden nebo více integrovaných obvodů navržených ke vzájemné spolupráci a jsou
obvykle prodávány jako jediný produkt. V případě základní desky jsou za chipset považovány dva čipy –
northbridge a southbridge. Jejich základní funkcí je komunikace mezi procesorem a ostatními částmi
základové desky. (operační pamětí, grafickou kartou, síťovými kartami, USB porty atd.)
Obr.č. 5: Schéma typického chipsetu značky Intel
Northbridge
Jinak také severní můstek. Zajišťuje komunikaci mezi procesorem a operační pamětí, AGP portem nebo
PCI Express sběrnicí a spojení se southbridge. Může zde být také integrovaná grafická karta. Jeden
northbridge pracuje pouze s jedním nebo se dvěma typy procesorů a obvykle pouze s jedním typem
paměti RAM. Toto omezení způsobují rozdílné nároky jednotlivých procesorů na časování. Northbridge
tedy určuje jaký procesor a jakou operační paměť zvolit. Hraje také významnou roli při přetaktování
počítače. Jeden northbridge může být připojen k jednomu nebo i dvěma jižním můstkům. Z toho následně
vyplývají další možnosti a technologie základní desky. Z důvodu vysoké integrace vyžaduje severní
můstek obvykle vlastní chlazení.
Obr.č. 6: Northbridge
Southbridge
Jinak také jižní můstek. Znám také jako vstupně výstupní řadič. K procesoru připojen severním
můstkem. Má na starosti obsluhu pomalejších zařízení (USB porty, PCI sběrnice, správa napájení atd.)
Výrobci chipsetů:
• NVIDIA
• AMD
• VIA Technologies
• Intel
• SiS
Slot pro operační paměť
Odborně se nazývá BANK. Existuje několik druhů BANKů, protože dnes jsou různé typy RAM (např.
SDRAM, DDR, DDR, DDR3, apod.). Čím větší je datová prostupnost slotu, tím lépe. Operační paměť
také značně ovlivňuje rychlost celého počítače. Pokud bychom měli velmi výkonný procesor a přitom
malou kapacitu operační paměti, značně to počítač zpomalí. Musíme si také dávat pozor na to, jaké
maximální množství RAM základní deska podporuje. Při překročení této hranice se může buď stát, že
deska uzná pouze maximální povolenou kapacitu nebo nebude s RAM vůbec komunikovat.
FSB (=Front Side Bus)
Sběrnice, která zajišťuje obousměrný tok dat mezi procesorem a ostatními komponenty počítače (např.
pevnými disky, operační pamětí, apod.). Její datová šířka se udává v MHz. Řádově se pohybuje ve
stovkách MHz (100 – 200 cca).
Obr.č. 7: FSB sběrnice
HyperTransport
Jedná se o technologii, kterou zavedla roku 1997 společnost AMD. Na jejím rozšíření a vývoji dnes
pracuje spousta dalších firem jako ATI, VIA Technologies atd. Společnost Intel používá technologii QPI,
která se HyperTransportu velmi podobá.
Princip je podobný jako u Ethernetové sítěv komunikaci pomocí packetů. Nejnovější verze z roku 2009
nese jméno HNC 1.0 (High Note Count). Poslední verzí HT je 3.0, která má při 3,2 Ghz časování
procesoru přenosovou rychlost 51,2GB/s.
Obr.č. 8: Vývoj technologie HyperTransport
Paměť ROM a systém BIOS
Paměť ROM slouží k oživení počítače při jeho zapnutí. Je energeticky nezávislá a obsahuje v sobě
systém BIOS (Basic Input Output systém). BIOS je vlastně první operační systém. Obsahuje veškeré info
o PC. BIOS je schopen provádět základní vstupně/výstupní operace jako je čtení znaku z klávesnice,
výstup na obrazovku nebo tiskárnu.
Obr.č. 9: BIOS
Možnosti BIOSu
Možnosti BIOSu se však dají rozšířit. V roce 2009 přišla společnost MSI s tzv. barevným BIOSem. Ten
by měl obsahovat i DVD přehrávač, internetový prohlížeč nebo hry. Tento BIOS nabízí například i
automatické aktualizace a větší možnosti co se týče výběru jazyka. Společnost ASUS má obdobu BIOSu
od MSI, jedná se o Express Gate. Nabízí i Skype a další internetové programy.
DualBIOS
Slouží k vyšší ochraně počítače. Obsahuje totiž ještě jeden totožný BIOS sloužící pouze k zálohování
původního BIOSu.
Rozšiřující sloty a porty
IDE
Rozhraní IDE (Integrated Device Electronics) slouží k připojení pevných disků nebo optických
mechanik (CD, DVD, atd.). Bylo vynalezeno roku 1986 firmami Western Digital a Compaq. Je
následovníkem rozhraní ST506. Změna oproti předchůdci je, že řídící elektronika je umístěna (Device
Elelctronics) je umístěna přímo na pevném disku. Samotné rozhraní tedy slouží pouze jako prostředník
mezi diskem a sběrnicí. Spojení mezi diskem a sběrnicí zajištuje 40 žilový kabel. Teoretická přenosová
rychlost je 8MB/s, ale reálná rychlost se pohybuje od 700kB/s do 1400kB/s. Disky jsou připojeny pomocí
řadiče ATA. Dnes je toto rozhraní vytlačováno SATA rozhraním.
Obr.č. 10: IDE/ATA rozhraní
SATA a eSATA
Serial ATA rozhraní nabízí oproti ATA vyšší přenosovou rychlost. Dále není nutno rozlišovat disky na
Master a Slave. Pracuje na vysokých frekvencích v řádech GHz. SATA první generace nabízelo datovou
prostupnost 1,5GB/s, druhé generace 3GB/s a třetí generace nabízí 6GB/s. eSATA je External SATA –
externí SATA rozhraní. Nabízí stejné možnosti jako SATA. Má vyšší přenosovou rychlost než
používanější USB rozhraní. Disponuje robustnějším konektorem než SATA přizpůsobenému častému
odpojování. Bohužel není tolik podporováno jako USB.
Obr.č. 11: SATA konektory
na základní desce
Obr.č. 12: Vlevo konektor SATA 2. generace,
vpravo konektor eSATA
PCI
Peripheral Component Interconnect je rozhraní k zapojení periferních zařízení. Není omezeno pouze na
PC. Používá paralelní přenos o šířce 32bit nebo 64bit. Slouží především k připojení rozšiřujících karet,
které se vsunou do socketu (například síťových). Dříve se do PCI zapojovaly i grafické karty, ale toto
rozhraní bylo pomalé. Proto poté vznikl pro grafické karty AGP port. Dnes PCI i AGP nahrazuje port PCI
Express, který je několikanásobně rychlejší. PCI Express používá sériový přenos.
Obr.č. 13: PCI rozhraní
PS/2
Konektor PS/2 slouží k zapojení myši a klávesnice. Je šestikolíkový a konektory se od sebe rozlišují
barvami, aby nedošlo k záměně. Myš má zelenou barvu a klávesnice má modrofialovou barvu. Dnes
jejich úlohu přebírají zčásti USB porty, ale ty mohou způsobit problémy. Jednak zatěžují více procesor,
jelikož k výpočtům využívají něj, zatímco PS/2 port procesor nezatěžuje, protože na výpočty používá
svou vlastní sběrnici. A také mohou nastat problémy, protože procesor u starších PC nemusí podporovat
USB myš nebo klávesnici.
USB
Universal Serial Bus je dnes nedílnou součástí PC. Jedná se o univerzální sběrnici pro připojení
nejrůznějších periferií jako fotoaparáty, flashdisky, MP3 přehrávače apod. Obsahuje také samostatné 5V
napájení. Dnes je používána druhá generace (USB2.0) s datovou průchodností 480Mbit/s.
Rozdíly v základních deskách pro PC a pro servery
Servery vyžadují vysoký výkon a od toho se odvíjí i možnosti základní desky. Umožňují připojení dvou
procesorů. Maximální kapacita operační paměti v PC se pohybuje v řádech GB, u serverových desek to
jsou desítky GB. Oproti PC základním deskám servery mají integrovanou grafickou kartu velmi často. Co
se neliší je velikost. Používá se ATX.
Obr.č. 14: Serverová základní deska značky ASUS
Srovnání portu PCI pro servery a pro PC
PC
• šířka datového toku 32bit
• časování na frekvenci 33MHz se synchronním přenosem
• maximální teoretická přenosová rychlost 133MB/s
Servery
• šířka datového toku 64bit
• frekvence 66MHz nebo 133Mhz
• maximální přenosová rychlost 256MB/s nebo 532MB/s
Závěr
Základní deska tedy spojuje všechny komponenty počítače dohromady. Důležité je, že rozhoduje o typu
procesoru, operační paměti a mnoha dalších věcech ovlivňujících rychlost počítače. Na základové desce
se tedy v žádném případě nevyplatí šetřit. Pokud budeme chtít počítač osadit výkonným procesorem a
velkou operační pamětí a koupíme si základovou desku, která podporuje pouze pomalé procesory nebo
malou kapacitu RAM, je naše snaha zbytečná. Dalším důležitým faktorem je rychlost sběrnice FSB.
Výkonné procesory jsou bez velké datové propustnosti FSB zbytečné. Také se nevyplatí kupovat si
základní desku s integrovanou grafickou kartou, chceme-li na počítači hrát nejnovější hry. Jasno bychom
si měli udělat také v tom, jaké komponenty budeme připojovat k desce. Jestli máme SATA optickou
mechaniku nebo pevný disk apod.
Základní deska tedy rozhoduje o celkovém osazení PC. Vybírejte tedy pečlivě!
Použité zdroje
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Čipová sada [online]. c2009 [citováno 26. 01. 2010]. Dostupný
z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=%C4%8Cipov
%C3%A1_sada&oldid=4520095>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Northbridge [online]. c2010 [citováno 26. 01. 2010]. Dostupný
z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Northbridge&oldid=4771977>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Southbridge [online]. c2009 [citováno 26. 01. 2010]. Dostupný
z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Southbridge&oldid=4706823>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Základní deska [online]. c2009 [citováno 26. 01. 2010].
Dostupný z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Z%C3%A1kladn
%C3%AD_deska&oldid=4739838>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: BIOS [online]. c2010 [citováno 26. 01. 2010]. Dostupný z
WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=BIOS&oldid=4812844>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: PCI (sběrnice) [online]. c2010 [citováno 26. 01. 2010].
Dostupný z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=PCI_(sb
%C4%9Brnice)&oldid=4771093>
• Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Konektor PS/2 [online]. c2009 [citováno 26. 01. 2010].
Dostupný z WWW: <http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Konektor_PS/2&oldid=4616974>
• Patice procesoru [online]. 2007 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://infweb.webpark.cz/Patice.htm>
• Vše o HW [online]. c2006 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://vseohw.net/clanky/slozeni/zakladni-deska>
• Rozhraní pevných disků [online]. 1999 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan/ARCHIT/TEXTY/ROZHRHD.HTML>.
• Techbit.cz [online]. c2008 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://www.techbit.cz/terminologie-procesoru-topite-se-v-pojmech?page=0,0>.
• Techbit.cz [online]. c2008 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://www.techbit.cz/terminologie-procesoru-topite-se-v-pojmech?page=0,1>.
• Techbit.cz [online]. c2008 [cit. 2010-01-26]. Dostupný z WWW:
<http://www.techbit.cz/terminologie-procesoru-topite-se-v-pojmech?page=0,3>