04-Zakladni desky - Hotelová škola Teplice

Základní desky – Motherboard
Autor: Kulhánek Zdeněk
Škola: Hotelová škola, Obchodní akademie a
Střední průmyslová škola Teplice, Benešovo
náměstí 1, příspěvková organizace
Kód: VY_32_INOVACE_ICT_824
1.11.2012
1
Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího
celku a poskytnout jim elektrické napájení. Postupem času se funkce základní desky
rozšiřovala a sama začínala obsahovat některé součástky počítače, jako například řadiče
disků, grafické čipy, řadiče portů apod., které se do ní dříve musely zapojovat zvlášť.
Typická základní deska umožňuje zapojení procesoru, operačních pamětí. Další
komponenty jako jsou grafické karty, zvukové karty, pevné disky, mechaniky, atd. se
2
připojují pomocí rozšiřujících slotů nebo kabelů, které se připojují do příslušných
konektorů. Na základní desce je dále umístěna energeticky nezávislá paměť ROM, ve
které je uložen systém BIOS, který slouží k oživení a nastavení počítače ihned po spuštění.
Existuje několik typů / velikostí základních desek, kde nejběžnější je od roku 1995 (firma
Intel) ATX formát a dále o 25% kratší microATX - která obsahuje menší počet
rozšiřujících slotů (ale naopak má velmi často integrovanou grafickou kartu).
1.1 Nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány přímo v čipové sadě (anglicky
chipset). Fyzicky může jít buď jenom o jeden čip – fyzicky, nebo dva (v tom případě se
označují jako Northbridge (česky severní můstek) a Southbridge (česky jižní můstek)).
Čipová sada rozhoduje / udává, jaký procesor a operační paměť je možné k základní desce
připojit a používat.
3
Čipová sada je jeden nebo více integrovaných obvodů (čipů), které jsou navrženy ke
vzájemné spolupráci a jsou obvykle ,,prodávány“ jako jediný výrobek. A dnes se stará
o komunikaci mezi procesorem, sběrnicemi, sloty, řadiči a dalšími součástmi na základní
desce.
Mezi nejznámější producenty čipů patří firmy jako NVIDIA, AMD, VIA Technologies,
SiS a Intel.
1.2 Rozšiřující sloty
Rozšiřující sloty umožňují připojit k počítači další zařízení. Postupem času se vyvinul
velký počet druhů. Odlišují se zejména přenosovými rychlostmi a schopnostmi napájet
připojená zařízení.
4
•
ISA (*1981 IBM – Industry Standard Architecture) – Dnes se již nepoužívá. Dřív se
používala pro připojení třeba grafických karet (v té době 2D akcelerátorů), zvukových
karet, síťových a karet s řadiči jako je např. PATA. Je to pasivní typ sběrnice, šířka 8
nebo 16 bitů, přenosová rychlost < 8 MB/s.
•
PCI (*1993 Intel – Peripheral Component Interconnect) – Dříve běžně používaný
slot pro všechny rozšiřující karty, později už nestačil požadavkům grafických karet.
„Inteligentní“ typ sběrnice, šířka 32 nebo 64 bitů, přenosová rychlost < 133 MB/s
(266 MB/s). V současnosti je vytlačován PCI Express slotem, ale i nadále se používá.
•
AGP (*1997 Intel – Accelerated / Advanced Graphics Port) – Navržen speciálně pro
grafické karty = jednoúčelová sběrnice, přenosová rychlost 266 MB/s - 2133 MB/s (1x 8x). Je tedy výrazně rychlejší než PCI, v roce 2009 se ale vyskytuje už jen u starých
základních desek (Socket A, Socket 478 …). V nových se používá modernější PCI
Express. Existuje několik verzí (AGP 3,3V – jedna přepážka na začátku/ AGP 1,5V –
jedna přepážka na konci slotu a AGP Universal – bez přepážky – viz. obrázek) slotu a
několik rychlostí (1x; 2x; 4x a 8x).
•
PCI Express (Původní návrh AWG (Arapaho Work Group) – zpočátku zaměstnanci
firmy Intel) *2004 finální verze byla výsledek několika firem jako např. DELL, IBM a
Hewlett-Packard) – Nástupce PCI a AGP. Funguje jako univerzální slot pro připojení
jakéhokoliv standardního typu přídavných karet (grafické, zvukové, síťové a další karty).
Dosahuje mnohem vyšších přenosových rychlostí než předchůdci (až 16GB/s jednosměrně
resp. 32GB/s obousměrně). Zařízení určená pro PCI Express nejsou zpětně kompatibilní s
žádným předchozím slotem (AGP, PCI,...) a to konec konců ani jiné běžné starší sloty.
5
Propustnost PCI-Express verze 1.x
Typ slotu Maximální přenosová rychlost jednosměrně obousměrně
1x
250 MB/s
500MB/s
4x
1GB/s
2 GB/s
8x
2GB/s
4GB/s
16x
4GB/s
8GB/s
Propustnost PCI-Express verze 2.0
1x
500 MB/s
1GB/s
4x
2GB/s
4GB/s
8x
4GB/s
8GB/s
16x
8GB/s
16GB/s
Propustnost PCI-Express verze 3.0
1x
1GB/s
2GB/s
4x
4GB/s
8GB/s
8x
8GB/s
16GB/s
16x
16GB/s
32GB/s
PCI-E 1x
PCI-E 4x
PCI-E 8x
na první pohled může vypadat jako 16x, ale kontakty jsou pouze do cca ½ !!
6
PCI-E 16x
1.3 Sloty pro operační paměti:
SDRAM – 2 přepážky
DDR – 1 přepážka
Dle typu operačních pamětí je dělíme na SDRAM – mají celkem dvě přepážky a DDR (I,
II a III) – kde je jen jeden zářez různě posunut dle verze pamětí – viz. obr.
Dále se dnes běžně tyto paměti zapojují do tzv. duálního zapojení = zapojení dvou nejlépe
stejných operačních pamětí do "spárovaných" paměťových banků (slotů) a tím lze zvýšit
propustnost na dvojnásobek.
7
1.4 Patice procesoru = konektor pro připojení procesoru na základní desku
Dělíme je na dva (resp. tři) typy:
1. Pin Grid Array (PGA) - krátké piny procesoru jsou uspořádány do čtvercového pole
tak, aby souhlasily s otvory v patici. Vrchní část patice je posuvná – ovládaná páčkou a
slouží pro pevné uchycení procesoru.
2. Land Grid Arry (LGA) - zde se pracuje s dotykem kontaktních plošek. Dnes pouze pro
procesory od firmy Intel (1. cca v roce 2007 patice typu 775 – Intel Pentium 4)
8
3. V pozdních 90. letech se využívaly častěji sloty než sockety. Procesorové sloty jsou
podobné klasickým rozšiřujícím kartám, tzn. podlouhlá deska s plošnými spoji. Tyto sloty
ostatně připomínají vzhledem například AGP. Řešení se sloty mělo některé výhody,
umožňovalo doinstalovaní další L2 Cache na desku slotu a často bývala instalace slotu
jednodušší než v případě socketu. (Např. Slot 1 pro Intel Pentium 2)
4. Existuje ještě 4 možnost a to integrované přímo na základní desce – používá se
například u velmi malých desek.
9
Nejznámější typy patic:
Pro procesory od firmy AMD:
Socket A (označován také jako 462)
Socket 754
Socket 939
Socket AM2 (později AM2+)
Socket AM3 (AM3+)
G34
FM1
FM2
Pro procesory od firmy Intel:
Slot 1
Socket 370
Socket 423
Socket 478
Socket T (ale znám jako 775 – první LGA patice )
Socket H ( opět ale znám jako LGA1156)
LGA 1155
LGA 1366
LGA 2011
A mnoho dalších převážně pak pro servery.
10
1.5 Konektory pro připojení dalších zařízení
Běžně používané konektory je možné je dělit na:
1.3.1 Interní – nachází se na ploše základní desky a připojovaná zařízení obvykle uvnitř
počítačové skříně.
Datové konektory:
ATA (PATA (Parallel ATA), IDE) – Advanced Technology Attachment – standardní
počítačová sběrnice pro připojení zařízení sloužící k uchovávání dat - 40 pinový konektor
pro zapojení HDD a CD / DVD mechanik (Přenosová rychlost až 133MB/s) a na jednom
datovém vodiči mohou být dvě zařízení tzv. Master a Slave (případně Cable Select).
FLOPPY – 34 pinový konektor pro připojení disketové mechaniky (Opět až dvě zařízení)
SATA (Serial ATA) – jako ATA – slouží pro připojení HDD / SDD a CD / DVD
Generace SATA
1.
2.
3.
Označení
Sata 1,5 Gb/s
Sata 3 Gb/s
Sata 6 Gb/s
Datová propustnost
150 MB/s
300 MB/s
600 MB/s
Frekvence
1,5 GHz
3 GHz
6 GHz
11
Napájecí konektory
hlavní napájecí konektor (20 resp. 24 pinový)
přídavné napájení (4 pinové)
Konektory pro připojení napájení ventilátorů – 3 - 4 pinový
Konektory zvukové karty – zapojení čelního panelu případně analogové stereo vstupy
Rozšiřující konektory USB a FireWire – zapojení čelního panelu
USB (verze 1.0 (1.1) a 2.0) bývá stejné FireWire!!
USB 3.0
12
eSATA konektor
Konektory k připojení kabelů od předního krytu (indikační LED diody (zapnuto, HDD) +
startovací a resetovaní tlačítko + PC speaker
1.3.2. Externí – nachází se na zadním integrovaném panelu základní desky - Interface
USB (Universal Serial Bus) (*1995) – hl. výhoda připojení zařízení tzv. Plug & Play – bez
nutnosti restartování počítače.
Existují různé verze s různými rychlostmi:
Verze
USB 1.0 (1.1)
USB 2.0
USB 3.0
Maximální přenosová rychlost
12Mb/s (1,5MB/s)
480Mb/s (60MB/s)
5Gbit/s (625MB/s)
13
PS/2 – 6-kolíkový konektor typu mini-DIN - myš (zelená) a klávesnice (fialová)
FireWire – (i.Link, IEEE1394) (*1995) vytvořeno převážně pro přenos dat z digitálních
kamer a oproti USB poskytuje stabilnější datový tok a méně zatěžuje systém díky
konstrukci řadiče. Další použití je např. zapojení externího disku nebo čtečky karet.
Verze
FireWire 400 / IEEE 1394a
FireWire 800 / IEEE 1394b
IEEE 1394c
Maximální přenosová rychlost
400Mbit/s
800Mbit/s
3200Mbit/s
eSATA – slouží pro externí připojení HDD apod.
14
COM (RS 232) – sériový port – 9 pinový D-sub konektor – používá se jako komunikační
rozhraní počítače a další elektroniky
LPT– (Line Printer Terminal) paralelní port – navržen převážně pro komunikaci
s tiskárnami.
Pokud máme integrovanou grafickou kartu:
D-SUB = VGA – (Video Graphics Array, *1987) analogový grafický výstup
15
DVI – (Digital Visual Interface) digitální grafický výstup
Existují 3 typy DVI konektorů (závisí na implementovaných signálech):
DVI-A (analog only) - pro kompatibilitu s analogovými monitory
DVI-I (digital & analog) - digitální i analogový signál (přechodka na VGA)
DVI-D (digital only) - pouze digitální signál (přechodka na HDMI, (VGA již nelze!!))
Konektory mohou mít druhý datový spoj (tzv. „link“) určený pro přenos obrazu s vysokým
rozlišením.
16
HDMI – (High-Definition Multimedia Interface) slouží pro přenos videa ve standardní,
rozšířené nebo high-definition kvalitě, a až 8-kanálový digitální zvuk.
Existuje několik verzí/ typů (dnes se používají převážně 1.3)
HDMI 1.0
Jednokabelový digitální audio/video konektor s maximální propustností 4.9 Gbit/s.
Až 3.96 Gbit/s u HDTV a 192 kHz/24-bit audio.
HDMI 1.1
Přidána podpora pro DVD-Audio.
HDMI 1.2
Přidána podpora pro One Bit Audio používaná u Super Audio CD.
Možnost HDMI konektoru v PC.
Schopnost převodu RGB na YCbCr v PC.
HDMI 1.3
Zvýšení šířky pásma na 340 MHz (10.6 Gbit/s).
Možnost zvolit barevnou hloubku z 30-bit, 36-bit, a 48-bit xvYCC, sRGB, nebo YCbCr na
rozdíl od 24-bit sRGB nebo YCbCr v předešlých verzích.
Podporuje možnost automatické zvukové synchronizace (Audio video sync).
Volitelně podporuje výstup Dolby TrueHD a DTS-HD Master Audio pro externí
dekódování pomocí AV přijímače. TrueHD a DTS-HD jsou audio formáty použité v Bluray discích a HD DVD.
Pokud přehrávač podporuje nekomprimovaný zvuk není verze 1.3 nutná.
Dostupnost typu C mini-konektor pro přenosná zařízení.
HDMI 1.4
Přidána podpora pro 3D.
Přidán kanál pro Ethernet.
Přidán kanál pro zpětnou komunikaci.
Přidána podpora pro rozlišení 3840x2160 24 Hz / 25 Hz / 30 Hz a 4096x2160 24 Hz
Konektor D
Výhody HDMI
Přenos nekomprimovaných dat.
Potřeba jen jednoho kabelu pro přenos obrazu i zvuku.
17
Obraz v maximálním rozlišení (HD) je celkově 2× až 5× podrobnější než obraz ve
standardním rozlišení, mezery mezi řádky jsou menší nebo nepostřehnutelné. Jeho větší
podrobnost umožňuje pohodlné sledování na větších úhlopříčkách.
Možnost přenosu až 8-kanálového nekomprimovaného digitálního zvuku
Nevýhody HDMI
Konektory jsou "nezátěžové" (nelze je téměř vůbec ohýbat).
Délka kabelu
HDMI nedefinuje maximální délku kabelu. Jediným omezením je útlum signálu. Délka
tudíž závisí na konstrukci a kvalitě materiálů, které byly použity.
Display port – je digitální konektor sloužící k přenosu nekomprimovaného digitálního
obsahu s podporou až 8kanálového zvuku a ochrany DPCP (DisplayPort Content
Protection) využívající 128bitové šifrování AES. Podporuje rychlost přenosu 10,8 Gbit/s,
na vzdálenost do tří metrů zvládá rozlišení WQXGA (2560×1600 pixelů), na vzdálenost až
15 metrů zobrazí rozlišení 1920×1080 pixelů.
Analogové/ digitální konektory zvukové karty – zapojení reproduktorů či až 7.1 sestav ,
sluchátek, mikrofonu apod.
Jsou zde použity 3,5mm stereo zdířky v rozdílných barvách pro snažší zapojení.
(Dnes můžeme softwarově jednotlivé zdířky měnit).
Standardní barevné značení analogových zdířek:
Zelená - přední stereo reproduktory
Modrá - analogový vstup
Růžová - mikrofon
Černá - zadní reproduktory
Žlutá - Subwoofer + Centrální reproduktor
Stříbrná (šedivá) – zadní boční reproduktory
18
Digitální výstupy:
S/PDIF – Sony/Philips Digital InterFace (Sony/Philips Digital Interconnect Format)
Je to digitální zvukový výstup, kde se používá optický kabel nebo koaxiální (je v podobě
kompozitní zdířky (obdoba ,,cinche,,)).
- analogový vstup + zadní reproduktory
- hlavní stereo signál + centrál a subwoofer
- vstup na mikrofon + S/PDIF = digitální výstup
Gameport – dříve sloužil pro zapojení analogových herních zařízení a býval převážně
součástí zvukové karty
19
LAN (RJ-45) – slouží k připojení počítače do počítačové sítě.
(8 kontaktů pro 4 páry kroucené dvoulinky)
Dnes běžně o maximální přenosové rychlosti až 1Gbit/s. (10/100/1000 Mb/s)
1.4 Zařízení, která se dnes běžně integrují do základních desek
•
•
•
•
•
Zvuková karta
Grafická karta – zejména u kancelářských počítačů a notebooků
Síťová karta
Input / Output čip
řadiče pevných disků
1.5 Výrobci základních desek
Asus
Intel
Gigabyte
Sapphire
MSI
ASRock
20
Obrázky:
Dostupný pod licencí GNU Free Documentation License na WWW:
Čipset
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Typical_intel_chipset.jpg, 21.9.2009
Rozměry základních desek
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Motherboards_form_factors.svg, 21.9.2009
Typy DVI konektoru
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:DVI_Connector_Types.svg, 10.9.2011
Ostatní výše neodkazované obrázky / fotografie jsou z autorova archivu.
Citace:
-
21