Jak dzia a p yta g ówna
Jak dzia a p yta g ówna
P yta g ówna komputera to najwa niejszy element peceta. Determinuje zarówno wydajno , jak i stabilno
pracy. Niestety, to w a nie na p ycie g ównej sprzedawcy komputerów oszcz dzaj najcz ciej. Powód jest
oczywisty, tylko w ska grupa u ytkowników docenia znaczenie tego elementu. atwiej jest sprzeda zestaw z
procesorem o wi kszej liczbie megaherców ni z markow p yt g ówn . Tymczasem pecet wyposa ony w wietny
procesor i przestarza , niedbale zaprojektowan p yt b dzie dzia a wolniej.
Technologia produkcji
Technologia produkcji
Ka dy, kto chocia raz mia w r ku p yt g ówn , zapewne zastanawia si , po co jest tam a tak du a liczba
cie ek. To co wida na jednej i drugiej stronie laminatu, to tak naprawd tylko niewielka cz wszystkich
po cze . P yta g ówna z o ona jest z kilku warstw, które w procesie produkcji s nak adane na siebie, a nast pnie
odpowiednio czone. Warstwowa budowa jest niezb dna ze wzgl du na ogromn liczb po cze . Tylko do
jednego uk adu steruj cego p yt g ówn dochodzi ponad kilkaset po cze . Najbardziej skomplikowany w
monta u jest mostek pó nocny, do którego dochodz cie ki od procesora, banków pami ci, AGP oraz mostka
po udniowego. Du a liczba po cze to pocz tek zmartwie konstruktorów p yt g ównych. Niezwykle istotna jest
tak e d ugo cie ek musz one by przynajmniej z grubsza równe. Chodzi tu o zrównowa enie pojemno ci
po cze tak, by przekazywa y impulsy elektryczne równocze nie. Produkcja p yt g ównych nie ró ni si od
produkcji innych uk adów elektronicznych. Na p yt z laminatu nanoszona jest warstwa miedzi lub aluminium.
Nast pnie laserem wypala si cie ki o zgodnym z projektem przebiegu i grubo ci. Kolejne laminaty czy si ze
sob i skleja, a nast pnie wlutowywuje si elementy analogowe i uk ady scalone. Projektowaniem samych
laminatów zajmuje si tylko kilka firm na wiecie. Pozostali producenci oznaczaj produkty innych firm w asnym
logo i sprzedaj pod w asn mark .
Moc dla p yty
Moc dla p yty
Wydajno chipsetu i innych komponentów to nie wszystko. Dobrze zaprojektowane urz dzenie elektroniczne
musi by stabilne, a jego podstaw jest poprawnie dzia aj cy uk ad zasilania. Zasilacz musi dostarcza do p yty
g ównej napi cia o wymaganych warto ciach i stabilizacji. P yta winna dystrybuowa moc tak, aby nie zabrak o jej
karcie graficznej czy procesorowi. Wi e si to z zastosowaniem lepszej jako ci elementów analogowych
(kondensatorów, tranzystorów mocy), niewra liwych na zmian parametrów pod wp ywem nagrzewania oraz
starzenia si .
Budowa
Budowa
Najwa niejszym elementem wp ywaj cym na dzia anie i wydajno p yty g ównej jest uk ad steruj cy, tak
zwany chipset. Do jego zada nale y zapewnienie sprawnej wymiany danych pomi dzy poszczególnymi
komponentami systemu. Umo liwia on odpowiedni szybko przesy u informacji zarówno mi dzy kart grafiki,
procesorem a pami ci RAM, jak równie pomi dzy ma o istotnymi z punktu widzenia wydajno ci urz dzeniami
wej cia/wyj cia (I/O). Chc c umo liwi wszystkim tym uk adom sprawn i niezak ócon wymian danych, a
jednocze nie nie skomplikowa zbytnio samej konstrukcji, podzielono uk ad steruj c na dwa odr bne chipy.
Pierwszy z nich to mostek pó nocny, zajmuj cy si obs ug z cza AGP, procesorem oraz pami ci RAM. Drugi to
mostek po udniowy, do którego zada nale y sprawna komunikacja procesora i pami ci RAM z wieloma
kontrolerami, kartami PCI oraz uk adem d wi kowym.
Mostek pó nocny
Mostek pó nocny
Najwa niejszym uk adem na p ycie jest mostek pó nocny. Stanowi on najbardziej obci on cz systemu
zaraz po procesorze i karcie graficznej. W tym miejscu cz si drogi kilku szerokich strumieni danych,
w druj cych z pami ci RAM, procesora oraz AGP. Dodatkowo nie mniej szeroka jest magistrala od drugiej cz ci
chipsetu mostka po udniowego. W starszych p ytach do komunikacji mi dzy mostkami u ywano magistrali PCI,
pozwalaj cej na przesy anie danych z pr dko ci 133 MB/s. Z czasem jednak takie rozwi zanie stawa o si
w skim gard em ca ego systemu i ka dy z producentów zacz stosowa w asne rozwi zanie tego problemu. W
przypadku nVidii, w uk adzie nForce oraz nForce 2 zastosowano licencjonowan magistral AMD, zwan
HyperTransport. Jest to niezwykle wyspecjalizowana szyna danych. Jej szeroko wynosi jedynie 8 bitów (osiem
przewodów), co znacznie u atwia monta chipsetu na p ycie (mniejsza liczba po cze ), lecz zapewnia odpowiedni
transfer danych dzi ki bardzo szybkiemu taktowaniu. HyperTransport sterowany jest bowiem zegarem a 400
MHz, dzia aj cym w trybie podobnym do DDR. Dzi ki temu mo na w ci gu sekundy przes a a 800 MB danych.
Mniej wyspecjalizowane magistrale zastosowano w nowych p ytach Intela czy VIA. W nich komunikacja odbywa si
z pr dko ci 266 MB/s. Wa n szyn danych cz c si z chipsetem jest magistrala procesor-pami . Rodzaj
taktowania oraz tryb pracy zale y przede wszystkim od rodzaju stosowanej pami ci. Przez wiele lat by y to uk ady
SDRAM, które pracowa y z cz stotliwo ciami od 66 MHz do 133 MHz. Dzi powszechnie u ywa si bardzo
podobnych, lecz dzia aj cych w trybie Double Data Rate pami ci DDR SDRAM. Pozwalaj one na prac w
zakresie od 100 do 166 MHz, ale przesy danych jest dwukrotnie szybszy ni w zwyk ych pami ciach SDRAM i
si ga nawet 3,2 GB/s. Najwydajniejszymi pami ciami stosowanymi obecnie jako uk ady RAM s banki RDRAM
firmy Rambus Inc. Pracuj one za po rednictwem magistrali AGTL+ 100 MHz lub 133 MHz Quad Pumped Bus z
transferem od 3 GB/s do prawie 5 GB/s. Magistrala procesor-chipset to trzeci rodzaj szyny danych. Odpowiada ona
za komunikacj procesora ze wiatem zewn trznym i nie mo e powodowa przestojów danych nawet podczas
intensywnego wykorzystywania centralnej jednostki obliczeniowej. Stosowane s tutaj najcz ciej 32-bitowe
po czenia pracuj ce z szybko ci od 100 do 166 MHz w trybach DDR lub QDR. Athlon 2.7 i 2.8 XP to pierwsze
procesory dla PC. Które komunikuj si z mostkiem pó nocnym za pomoc magistrali DDR 166 MHz,
zapewniaj cej transfer na poziomie 2.6 GB/s. Szyna AGP to kolejne po czenia z mostkiem pó nocnym. Standard
ten wprowadzony przez Intel jako nast pca z cza PCI by pierwsz magistral pracuj c z szybko ci 66 MHz.
Ponadto mo liwy sta si przesy danych w bardziej efektywny sposób, dzi ki czemu podwojono transfer. Obecnie
najszybsz odmian tego z cza jest AGP x8 mo e ono przes a do 2 GB danych w ci gu sekundy. Jest to
wyspecjalizowana szyna danych do komunikacji karty graficznej bezpo rednio z pami ci RAM oraz procesorem.
Znaczenie jej przepustowo ci zmniejszy o si od czasu, kiedy na karcie graficznej zacz to stosowa du e ilo ci
szybkiej pami ci DDR.
Jak przesy a si dane w mostku pó nocnym
Jak przesy a si dane w mostku pó nocnym
MC 0 i 1 (ang. Memory Controller)
kontrolery pami ci
BIU (ang. Bus Interface Unit) kontroler
magistrali systemowej
AGP (ang. Accelerated Graphics Port)
kontroler portu karty grafiki
GPU (ang. Graphics Processing Unit)
zintegrowana karta graficzna (dost pna w
niektórych modelach p yt)
HT (ang. HyperTransport) magistrala nVidii
odpowiedzialna za komunikacj z mostkiem
po udniowym
PCI ang. Personal Computer Interconnet)
z cze dla kart rozszerzaj cych
I/O (ang. Input/Output) porty urz dze
wej cia i wyj cia
Mostek po udniowy
Mostek po udniowy
Uk adem zajmuj cym si komunikacj z mniej wydajnymi komponentami systemu jest mostek po udniowy.
Pozwala on na dzia anie z cz PCI, kontrolerów dysków ATA, USB oraz FireWire. Cz sto te jest zintegrowany z
uk adem d wi kowym czy kart sieciow . aden z tych uk adów nie potrzebuje bardzo wydajnego z cza, wa na
jest natomiast ci g o transmisji. Mostek po udniowy ma za zadanie obs ugiwa urz dzenia I/O mi dzy innymi
z cza PS/2 (do pod czenia klawiatury czy myszki), port równoleg y czy szeregowy. eby oszcz dzi czas
procesora, cz sto stosuje si zasad wspó dzielenia jednego przerwania IRQ dla dwóch urz dze . Przerwanie jest
specjalnym rodzajem sygna u, który musi wys a ka de z urz dze , gdy chce odwo a si do procesora. Stosuje
si je po to eby stale zaj y innymi czynno ciami procesor przerwa na chwil prac i skomunikowa si z
urz dzeniem, które tego wymaga. Dzi ki sprawnemu zarz dzaniu zasobami mo liwa jest bezkonfliktowa praca
wielu niezale nych urz dze niemal równocze nie. Kiedy sprawny podzia zasobów by bardzo skomplikowanym
zabiegiem przydzielanie przerwa odbywa o si za pomoc zmieniania zworek w urz dzeniu. Wprowadzenie
technologii plug and play uwolni o nas od tej konieczno ci. Poza IRQ niektóre urz dzenia wymagaj tak e DMA
(Direct Memory Access), czyli bezpo redniego dost pu do pami ci. Ten sposób komunikacji polega na pomini ciu
procesora podczas odwo ywania si do pami ci RAM. Wykorzystywany jest wsz dzie tam, gdzie zachodzi
potrzeba buforowania danych. W ten sposób dzia a kontroler dysków czy karta muzyczna.
Trudne terminy
Trudne terminy
DDR ang. DDR Double Data Rate rodzaj pami ci SDRAM cechuj cy si dwukrotnie wi ksz szybko ci
dzia ania ni tradycyjne modu y. Pami typu DDR-RAM wykonuje dwa cykle pracy w ci gu jednego impulsu
zegara.
SDRAM ang. Synchronous Dynamic Random Access Memory synchronizowany DRAM. Rodzaj szybkiej,
synchronicznej pami ci RAM, o bardzo krótkim czasie dost pu (nawet 5,5 ns). W nowoczesnych komputerach
pami SDRAM montowana jest w postaci modu ów DIMM.
QDR ang. Quad Data Rate najszybszy obecnie rodzaj pami ci. W porównaniu do tradycyjnego modu u dzia a
czterokrotnie szybciej przy takim samym taktowaniu.
EEPROM ang. Electrically Erasable PROM pami przeznaczona tylko do odczytu, któr mo na jednak
programowa bez stosowania specjalnego urz dzenia.
Zalety i wady integracji
Zalety i wady integracji
W elektronice, a wi c i w technice komputerowej, od wielu lat widoczny jest post puj cy proces upychania
coraz wi kszej liczby komponentów na coraz mniejszej powierzchni. Integracja to coraz modniejszy termin.
Jeszcze kolka lat temu u ytkownicy decyduj cy si na samodzielny zakup p yty g ównej niech tnie kupowali
urz dzenia ze zintegrowanym uk adem d wi kowym czy kart graficzn . Dzi wi kszo p yt ma zamontowane
proste uk ady d wi kowe, dodatkowe kontrolery, modemy czy karty sieciowe. Integracja przyczynia si do
zmniejszenia kosztów produkcji. Zalet jest tak e wydajniejsza praca komputera, bowiem po czenia s krótsze i
brak zawodnych z cz. Wi e si to tak e z mniejsz energoch onno ci i mniejsz emisj ciep a, poniewa uk ady
pracuj z ni szymi napi ciami zasilania. Cz sto integracja kojarzy si przeci tnemu u ytkownikowi z Niskiem
jako ci komponentami, których pochodzenie producent ukry , zaszywaj c je w jednym chipie z innymi
urz dzeniami. Coraz cz ciej jednak jako nawet nie najdro szych urz dze zintegrowanych jest do przyj cia.
Karta muzyczna na p ycie to praktycznie ju standard. Jej mo liwo ci s zwykle porównywalne z tanimi kartami
dost pnymi na rynku na cen kilkudziesi ciu z otych. Jednak w ród zintegrowanych p yt jest tak e i uk ad nVidii
nForce, który umo liwia pod czenie g o ników systemu 5.1. Wida wi c, e integrowane z p yt komponenty
wcale niekoniecznie musz by kiepskiej jako ci. Chipset jest kr gos upem peceta. Wszystkie inne komponenty
nie mog bez niego funkcjonowa . Gdy p yta g ówna si zepsuje, ca y komputer przestaje dzia a . Dlatego tak
wa ny jest wybór odpowiedniego modelu. Jest to chyba jedyny komponent peceta, na którym nie warto
oszcz dza . Nawet je li sprzedawcy zestawów komputerowych twierdz inaczej.