PŁYTY GŁÓWNE

1. Wstęp

Płyta główna - podstawowy komponent współczesnego mikrokomputera typu IBM PC, zawiera zasadnicze elementy architektury systemu, takie jak:

• procesor,

• pamięć RAM,

• pamięć stała EPROM zawierająca BIOS

• układy obsługujące magistralę: PCI, AGP,

• kontolery: UDMA, USB, klawiatury

W języku angielskim nazwy takie jak motherboard, main board, system board czy planar są stosowane zamiennie i oznaczają płytę główną. Nazwy system board czy planar są stosowane przez niektórych producentów komputerów, np. przez firmę IBM

Właśnie od płyty głównej a dokładniej od zastosowanych w niej komponentów zależy stabilność oraz szybkość działania całego systemu.

2. Format płyty głównej

Płyty główne mogą być w kilku różnych formatach. Format płyty głównej oznacza wymiary i rozmiar płyty, a także decyduje o rodzaju obudowy, do jakiej pasuje płyta. Spotyka się następujące typy płyt głównych:

- Systmy oparte na wymiennych kartach (backplane)

- Płyta AT "pełnowymiarowa"

- Baby-AT

- Płyty niestandardowe

- LPX

- ATX

- NLX

2.1 Format AT-X (porównanie ze starszym AT)

Ostatnim etapem ewolucji płyt głównych jest format ATX, który łączy w sobie najlepsze cechy Baby-AT i LPX, a oprócz tego posiada szereg dodatkowych usprawnień. Format ATX przypomina płytę Baby-AT umieszczoną prostopadle w obudowie, różni się jednak od niej sposobem umieszczenia zasilacza i wyprowadzenia napięcia zasilania. Płyta ATX jest niekompatybilna. Najważniejszą informacją dla początkujących użytkowników płyty ATX jest brak fizycznej kompatybilności płyty z formatami LPX i Baby-AT. Płyta LPX musi być zamontowana w specjalnej obudowie, wymaga także innego typu zasilacza. Nowe obudowy i zasilacze są obecnie powszechnie stosowane w wielu nowych komputerach.

Oficjalnie format ATX został ogłoszony w czerwcu 1995 r. jako tzw. specyfikacja otwarta. Najnowsza wersja 2.01 specyfikacji ATX została opublikowana w styczniu 1997 roku. Płyta ATX została szczegółowo udokumentowana przez firmę Intel, tak więc producenci komputerów mogą ją wykorzystywać w swoich produktach. Dzisiaj płyty ATX są najpopularniejsze na rynku i to właśnie je należy polecać wahającym się nabywcom (jeżeli takowi by się znaleźli). Płyta ATX przewyższa płyty Baby-AT i LPX pod wieloma względami:

• Gniazdka na płycie umieszczone w dwóch rzędach. W tylnej części płyty znajduje się panel z gniazdkami interfejsów o szerokości 6,25 cala i wysokości 1,75. Dzięki temu możliwe jest umieszczenie gniazdek w taki sam sposób, w jaki są wyprowadzane na zewnątrz obudowy, bezpośrednio na płycie. Nie trzeba już łączyć kablem portów na płycie głównej z gniazdkami z tyłu obudowy, tak jak jest to rozwiązane w formacie Baby-AT.

• Pojedyncze wyprowadzenie napięcia zasilania z przełącznikiem. Istne dobrodziejstwo dla tych wszystkich użytkowników, którzy zawsze obawiali się zniszczenia płyty po niewłaściwym dołączeniu wtyczek doprowadzających zasilanie na płycie Baby-AT. Na płycie ATX znajduje się jedno zaizolowane wyprowadzenie napięcia zasilania z własnym przełącznikiem. Tak więc zasilania nie da się podłączyć nieprawidłowo. Wtyczka zasilania posiada także końcówki dostarczającego płycie głównej napięcia 3,3 V, dzięki czemu nie trzeba stosować skomplikowanych regulatorów napięcia, które są podatne na uszkodzenia.

• Zmienione rozmieszczenie układów procesora i pamięci. Moduły procesora i pamięci są tak rozmieszczone, że nie kolidują z żadną z kart rozszerzających i są łatwo dostępne, można więc z łatwością rozbudowywać komputer bez konieczności wyciągania kart rozszerzających, które już tkwią w gniazdach. Procesor i moduły pamięci są umieszczone obok zasilacza, który jest wyposażony w wentylator wdmuchujący powietrze w ich kierunku. Nad procesorem jest także miejsce na duży radiator.

• Odmienne rozmieszczenie interfejsów na ptycie. Gniazdka stacji dysków i dysku twardego są umieszczone obok napędów, lecz nie kolidują ani z napędami dysków, ani z kartami rozszerzającymi. Oznacza to, że kable łączące napędy dysków z płytą mogą być teraz o wiele krótsze, a dostęp do gniazdek stacji dysków czy IDE jest możliwy bez wyjmowania z obudowy karty czy napędu.

• Ulepszony system chłodzenia. Procesor i pamięć główna są dodatkowo chłodzone bezpośrednio przez wentylator zasilacza. Ponadto wentylator wdmuchuje powietrze do wnętrza obudowy i w ten sposób zapobiega dostawaniu się kurzu do wnętrza komputera. Możliwe jest również zamontowanie filtra powietrza na otwór wentylacyjny lub na zasilacz, przez co komputer staje się jeszcze bardziej odporny na kurz i brud z zewnątrz.

• Obniżenie kosztów produkcji. W komputerze z płytą ATX nie ma plątaniny kabli, która jest w komputerze Baby-AT, nie ma regulatora napięcia - jest jedno wyprowadzenie napięcia zasilania, a kable wewnątrz obudowy są krótkie. Wszystkie te czynniki powodują obniżenie ceny nie tylko samej płyty głównej, ale i całego komputera.

• Można zauważyć, że elementy stałe zamontowane w obudowie nie przysłaniają płyty głównej oraz że moduły pamięci, procesor i gniazdka napędów dyskowych są łatwo dostępne i nie kolidują z kartami rozszerzającymi. Widać również, że wentylator umieszczony w pobliżu zasilacza wdmuchuje powietrze do wnętrza obudowy, chłodząc urządzenia generujące ciepło, takie jak procesor czy moduły pamięci.

Płyta ATX jest właściwie płytą głównąBaby-AT obróconąo 90 stopni. Gniazda rozszerzeń są usytuowane równolegle do krótszej krawędzi płyty i nie kolidują z procesorem, pamięcią ani gniazdami interfejsów. Oprócz "pełno wymiarowej" płyty ATX, firma Intel opracowała także płytę mini-ATX, która pasuje do tej samej obudowy co ATX. Rozmieszczenie otworów w obudowach ATX i Baby-AT jest podobne, jednak obudowy te nie są ze sobą kompatybilne fizycznie. Zastosowanie zasilacza z Baby-AT wymagałoby użycia odpowiedniej przejściówki, natomiast standardowy zasilacz ATX jest podobny do zasilacza typu Slimline. Oczywiście, zalety formatu ATX sprawiły, że płyta ta szczególnie dobrze nadaje się do komputerów wysokiej klasy (ang. high-end).

Rozpoznajemy płytę ATX jak zwykle przyglądając się komputerowi od tyłu. Są dwie cechy pozwalające jednoznacznie odróżnić ją od innych. Mianowicie karty rozszerzeń wtykane są bezpośrednio w płytę - czyli są na niej umieszczone pod kątem 90 stopni, a porty na płycie są wbudowane w dwóch rzędach.

3. Gniazda i karty rozszerzające.

W skład płyty głównej wchodzi szereg podzespołów. Ważnymi elementami określającymi działanie płyty głównej są magistrale.

Czym jest magistrala (dla przypomnienia!!)? Magistrala jest "drogą", po której są przesyłane dane. Łączy ona co najmniej dwa elementy komputera. Istnieje cała hierarchia magistral. Komputer PC posiada przynajmniej trzy magistrale, niektóre - cztery i więcej. Hierarchię określa prędkość ich działania, Wolniejsze są przyłączone do szybszych. Każde urządzenie w systemie jest przyłączone do jakiejś magistrali, a niektóre (jak układy płyt głównych - chipset) działają jak mosty łączące je ze sobą.

Oto główne ich typy:

- Magistrala procesora. Jest to najszybsze połączenie w systemie. Jest ono przede wszystkim używane przez procesor do przekazywania informacji do i z pamięci cache oraz komunikowania się z mostkiem pomocnym (North Bridge) chipsetu. Magistrala procesora w systemach np. Pentium II pracuje z prędkością 66 lub 100 MHz i ma szerokość 64 bitów. Oczywiście obecne magistrale procesorów są szybsze.

- Magistrala AGP (Accelerated Graphics Port). Jest to 32-bitowa szyna o wysokiej prędkości - 66 MHz, stworzona przede wszystkim dla kart graficznych. Jest ona podłączona bezpośrednio do mostka północnego (North Bridge) chipsetu.

- Magistrala PCI (Peripheral Component Interconnect). Jest to 33-megahercowa, 32-bitowa magistrala znajdująca się w zasadzie w każdym systemie 486 i raczej we wszystkich komputerach klasy Pentium i lepszych. Magistrala ta jest obsługiwana przez mostek północny (North Bridge). W komputerach jest ich najczęściej cztery. Znajduje ona zastosowanie jako złącze dla kart wymagających szybkiej wymiany danych. Na przykład kart sieciowych, kontrolerów SCSI. Mostek południowy (South Bridge) jest przyłączony do tej magistrali, a do niego przyłączone są złącza USB oraz IDE.

- Magistrala ISA (Industry Standard Architecture). Jest to 8-megahercowa, 16-bitowa szyna, która po raz pierwszy pojawiła się w postaci 5-megahercowej, 8-bitowej w komputerach IBM PC, a z teraźniejszą częstotliwością - 8 MHz -w komputerze IBM AT. Jest ona bardzo wolna, ale nadal świetnie się sprawuje jako złącze dla wolnych i starszych kart rozszerzeń. Obsługuje ją mostek południowy, który jest jednocześnie jej kontrolerem oraz złączem pomiędzy szynami ISA oraz szybszymi szynami PCI. Chip Super I/O jest najczęściej przyłączony właśnie do szyny ISA. W najnowszych płytach głównych nie spotykamy już gniazd rozszerzeń ISA (nie ma potrzeby ich stosowania).

Dość często się zdarza, że mówiąc o magistrali mamy na myśli magistralą I/O, określaną także mianem gniazda rozszerzającego (ang. expansion slot bus). Niezależnie od nazwy, magistrala zewnętrzna (I/O) jest główną magistralą komputera, przez którą przechodzi większość danych. Zazwyczaj najbardziej ruchliwym połączeniem jest droga do karty graficznej.

Chipset płyty głównej można porównać do dyrygenta kierującego orkiestrą komponentów komputera, który w odpowiedniej chwili umożliwia każdemu z nich zabranie głosu, czyli uzyskanie dostępu do odpowiedniej magistrali.

Typ magistrali	Szerokość (bity)	Prędkość (MHz)	Przepustowość (MB/s)
ISA 8 bit	8	4,77	2,39
ISA 16 bit	16	8,33	8,33
EISA	32	8,33	33,3
PCI	32	33,33	133,33
PCI-2x	32	66,66	266,66
PCI-2x 64 bit	64	66,66	533,33
AGP	32	66,66	266,66
AGP-4x	32	66,66	1066,66

Obecnie są już szybsze wersje choćby nawet AGP (8x).

3.1 Magistrala procesora.

Magistrala procesora jest połączeniem komunikacyjnym pomiędzy procesorem a chipsetem płyty głównej, konkretnie z układem North Bridge. Magistrala ta pracuje z prędkością płyty głównej, czyli zazwyczaj jest to od 66, 100 (Pentium II) i nawet 133, 166 (efektywne 266 i 333 MHz, np. Athlon XP). Jest ona używana do wymiany danych pomiędzy procesorem a pamięcią zewnętrzną cache procesora klasy Pentium. Architektura komputera jest trójpoziomowa, z najszybszym elementem komputera - procesorem - na szczycie, a magistralą ISA na dole. Różne komponenty komputera są podłączone do jednej z trzech głównych magistral. Komputery klasy Pentium posiadają zewnętrzną pamięć podręczną; pamięci te są podłączone do magistrali procesora i działają z pełną szybkością płyty głównej

Zadaniem magistrali procesora jest transfer informacji pomiędzy procesorem a otoczeniem z jak największą szybkością, dlatego też magistrala ta pracuje z dużo wyższą częstotliwością niż pozostałe magistrale w komputerze, w żadnym wypadku nie może być "wąskim gardłem" systemu. Magistrala składa się ze ścieżek przewodzących sygnały elektryczne odpowiadające danym, adresom (magistrala adresowa, danych i sterująca już została omówiona!!) i sygnałom sterującym. W komputerach z procesorem Pentium magistrala składa się z 64 linii danych, 32 linii adresowych i pewnej ilości linii sterujących.

Magistrala procesora pracuje z częstotliwością równą częstotliwości zewnętrznego sygnału zegarowego procesora. Może to być czasami mylące, ponieważ obecnie większość procesorów pracuje z wewnętrzną częstotliwością wyższą od częstotliwości zegara zewnętrznego. Np. w komputerze z procesorem Pentium 100 procesor pracuje z częstotliwością 100 MHz, lecz częstotliwość dostarczona mu z zewnątrz wynosi tylko 66,6 MHz. Procesory Pentium 133 i Pentium 166 również pracują z zewnętrzną częstotliwością 66,6 MHz, podczas gdy procesor Pentium II jest przystosowany do pracy z magistralą procesora 100 MHz. W większości nowszych komputerów rzeczywista częstotliwość procesora jest równa częstotliwości pracy magistrali procesora pomnożonej przez pewien współczynnik (zazwyczaj równy 2 ,5 lub nawet 15 itd.).

Magistrala procesora jest sprzężona bezpośrednio z końcówkami procesora i przesyła dane z prędkością jednego bitu przypadającego na pojedynczą linię magistrali w czasie jednego lub dwóch cykli zegara. Tak więc procesory Pentium, Pentium Pro czy Pentium II mogą przesłać 64 bity danych w czasie jednego cyklu zegarowego.

W celu określenia szybkości transferu danych przez magistralę procesora, należy pomnożyć szerokość magistrali danych (64 bity w przypadku procesorów Pentium, Pentium Pro i Pentium II) przez częstotliwość pracy magistrali (równą częstotliwości zewnętrznej zegara procesora). Dla procesorów Pentium, Pentium Pro i Pentium II, taktowanych zewnętrznym zegarem o częstotliwości 66 MHz i mogących przesyłać jeden bit danych przez linię magistrali w czasie pojedynczego cyklu zegarowego, maksymalny transfer wynosi 528 MB/sek. Wynika to z następującego równania:

66 MHz x 64 bity = 4 224 Mbit/sek.

4 224 Mbit/sek / 8 bitów(bajt) = 528 MB/sek.

Powyższa wartość, zwana często szerokością pasma przenoszenia (ang. bandwidth) magistrali, reprezentuje pewne teoretyczne maksimum. Rzeczywisty transfer będzie znacznie wolniejszy. Na niższą od spodziewanej wartość transferu danych mają wpływ takie czynniki jak struktura wewnętrzna układu kontrolera magistrali, struktura wewnętrzna kości pamięci oraz ich szybkość itp.

3.2 Magistrala pamięci (danych).

Magistrala pamięciowa jest wykorzystywana do przesyłania informacji pomiędzy procesorem a pamięcią RAM - główną pamięcią komputera. Jest ona przyłączona do układu mostku północnego (North Bridge). W zależności od rodzaju pamięci, jakie są zamontowane w systemie. Mostek północny będzie wymuszał na magistrali pamięciowej różną prędkość. Pamięć FPM (Fast Page Mode) oraz EDO (Extended Data Out) jest taktowana sygnałem 16 MHz, ze względu na 60-nanosekundowy cykl jej pracy. Nowsze chipsety i płyty główne obsługujące pamięć SDRAM mogą taktować pamięć z prędkością 66 MHz (15 ns) lub nawet 100 MHz (10 ns), a najnowsze obsługują DDRAM, które mogą być taktowane z prędkością 166 MHz, co daje w ich przypadku efektywne 333MHz (odczyt i zapis przy zboczu opadającym i wzrastającym).

3.3 Magistrala adresowa.

Magistrala adresowa jest częścią magistrali procesora i magistrali pamięciowej. Magistrala adresowa służy do przesyłania adresów komórek pamięci, w których znajdują się dane biorące udział w operacji przesyłu. Informacja na magistrali adresowej wskazuje precyzyjnie adres komórki pamięci biorącej udział w kolejnym przesyle. Szerokość magistrali adresowej określa także ilość pamięci, jaką procesor może bezpośrednio zaadresować.

4. Zastosowanie gniazd rozszerzających.

Magistrala zewnętrzna (wyprowadzona w gniazdach rozszerzających) umożliwia komunikację procesora z urządzeniami peryferyjnymi. Magistrala ta jest potrzebna, ponieważ komputery sprzedawane w podstawowej konfiguracji nie zaspokajają w pełni wymagań i oczekiwań osób, które je kupują. Magistrala zewnętrzna umożliwia rozszerzenie możliwości komputera poprzez dołączanie do niego dodatkowych urządzeń. W gniazdach rozszerzających umieszcza się podstawowe urządzenia, takie jak karta dźwiękowa czy karta graficzna, a także bardziej złożone, np. karty sieciowe, adaptery SCSI i inne.

5.Typy magistrali zewnętrznej.

Od momentu pojawienia się pierwszego komputera PC opracowano wiele typów magistrali zewnętrznej. Powód tej różnorodności był dość prosty: komputery pracowały wydajniej, dlatego potrzebne były coraz większe szybkości operacji wejścia/wyjścia. Potrzeba osiągnięcia większej wydajności magistrali wynika przede wszystkim z trzech powodów:

- pojawianie się coraz szybszych procesorów,

- coraz większe wymagania sprzętowe ze strony oprogramowania,

- coraz większe wymagania sprzętowe aplikacji multimedialnych,

Każda z tych trzech przyczyn wymusza konstruowanie jak najszybszych magistrali zewnętrznych. Dla wielu może być niespodzianką fakt, że wszystkie obecnie produkowane komputery mają wciąż tę samą podstawową architekturę magistrali, co leciwy komputer IBM PC/AT z roku 1984. Jednak większość z nich posiada obecnie dodatkową, szybką magistralę lokalną (local I/O bus), taką jak VL-Bus czy PCI, AGP, zapewniającą większą wydajność tym kartom, które tego potrzebują.

Jednym z powodów, dla których nowsze rozwiązania magistrali zewnętrznej tak wolno były akceptowane, była konieczność zachowania kompatybilności wstecz - która to, jak kotwica, hamowała rozwój komputerów PC. Jedną z przyczyn popularności komputera PC jest jego standaryzacja. Spowodowała ona pojawienie się tysięcy kart rozszerzających różnych producentów, często mało znanych, jednak każda taka karta została zaprojektowana jako zgodna z pierwotną specyfikacją magistrali PC. Jeżeli pojawia się nowszy komputer o lepszych parametrach, to jego magistrala musi być kompatybilna fizycznie ze starszymi typami magistrali, ponieważ w przeciwnym razie starsze karty rozszerzające stałyby się bezużyteczne. Z tego powodu technologie rozwoju magistrali będą raczej ewoluować wokół istniejących rozwiązań, aniżeli śmiało wykraczać naprzód.

Magistrale zewnętrzne można identyfikować poprzez ich architekturę. Wyróżnia się następujące architektury magistrali:

- ISA

- Micro Channel Archilecture (MCA)

- EISA

- VESA Local Bus (VL-Bus)

- PCI Local Bus

- AGP

- PC Card (poprzednio PCMCIA)

- FireWire(IEEE-1394)

- Universal Serial Bus (USB)

Różnice pomiędzy nimi wynikają głównie z ilości danych, jaka może być przesłana przez magistralę w jednostce czasu, i częstotliwości, z jaką to się odbywa. Każda z architektur magistrali jest zaimplementowana na płycie głównej poprzez układ kontrolera magistrali (chipset), połączony z magistralą lokalną procesora. Zazwyczaj ten sam chipset sprawuje kontrolę nad magistralą pamięciową.

5.1 Magistrala ISA.

Architektura ISA (Industry Standard Architecture) była 8-bitową magistralą oryginalnego komputera IBM PC z roku 1981. Szerokość magistrali została zwiększona do 16 bitów w komputerze IBM PC/AT, który pojawił się w 1984 roku. ISA jest podstawowym rodzajem magistrali, spotykanym w znakomitej większości współczesnych komputerów PC dostępnych na rynku, chociaż wiele nowych płyt głównych nie zawiera już gniazd ISA.

Opracowano dwie wersje magistrali ISA różniące się od siebie liczbą bitów, które mogą być przesłane magistralą w czasie pojedynczego cyklu. Starsza wersja magistrali jest 8-bitowa, a nowsza 16-bitowa. Oryginalna magistrala 8-bitowa w komputerach PC i XT pracowała z częstotliwością 4,77 MHz. 16-bitowa wersja, zastosowana w AT, pracowała najpierw z częstotliwością 6 MHz, a później 8 MHz. Ostatecznie producenci sprzętu wspólnie ustalili częstotliwość 8,44 MHz jako maksymalną szybkość dla 8- i 16-bitowej magistrali ISA. Częstotliwość ta została uznana za standard w celu zapewnienia kompatybilności z kartami, które będą pojawiały się w późniejszych latach. Niektóre komputery są wyposażone w magistralę ISA, która może pracować szybciej, jednak część kart rozszerzających może nie działać poprawnie z wyższymi prędkościami. Pojedynczy transfer danych przez magistralę ISA zajmuje od dwóch do ośmiu cykli. Stąd teoretyczny maksymalny transfer dla magistrali ISA wynosi ok. 8 MB/sek. Wynika to z następujących obliczeń:

8 MHz x 16 bitów = 128 Mbit/sek.

128 Mbit/sęk / 2 cykle = 64 Mbit/sek,

64 Mbil/sek / 8 = 8 MB/sek.

Szerokość pasma przenoszenia magistrali 8-bitowej wynosiłaby połowę tej wartości (4 MB/sek.). Należy jednak pamiętać, że powyższe wartości stanowią pewne teoretyczne maksimum. Efektywne pasmo przenoszenia jest o wiele niższe - zazwyczaj o połowę -wynika to z zastosowania dodatkowych protokołów magistrali zewnętrznej. Pomimo to, magistrala ISA z szybkością transferu rzędu 8 MB/sek. jest wciąż szybsza od wielu urządzeń, które są do niej podłączane.

5.2 Magistrala PCI.

Na początku 1992 roku firma Intel stanęła na czele nowego konsorcjum. Cele tej grupy były identyczne z celami grupy VESA - chodziło o opracowanie nowej magistrali PC. Grupa PCI Special Interest Group powstała w celu przezwyciężenia słabych punktów magistrali ISA i EISA poprzez opracowanie magistrali nowego typu.

Specyfikacja PCI (Peripherial Component Interconnect) została ogłoszona w czerwcu 1992 i uzupełniona w kwietniu 1993 roku. Koncepcja PCI polegała na umieszczeniu magistrali pomiędzy magistralą lokalną procesora a magistralą zewnętrzną, zrealizowano to za pomocą tzw. mostów (bridges). Zamiast oprzeć nową magistralę bezpośrednio na magistrali procesora (tak jak w przypadku magistrali VL-Bus), której charakterystykę elektryczną jest jednak bardzo łatwo naruszyć, opracowano nowy układ kontrolera magistrali.

Magistrala PCI jest często określana żartobliwie jako antresola, ponieważ uzupełnia zbiór magistrali komputera o dodatkową warstwę. Magistrala PCI omija magistralę zewnętrzną komputera i pracuje szybciej niż ona, ponieważ w pełni wykorzystuje przepustowość magistrali lokalnej procesora. Komputery z magistralą PCI pojawiły się w połowie roku 1993 i od tej pory magistrala ta jest podstawowym rozwiązaniem dla komputerów wysokiej klasy (ang. high-end systems).

Magistrala PCI przenosi dane z częstptliwością 33 MHz, wykorzystując pełną szerokość magistrali danych procesora. Kiedy do magistrali podłączony jest procesor 32-bitowy, to szerokość pasma przenoszenia magistrali wynosi 132 MB na sekundę, co wynika z poniższych równań.

33 MHz x 32 bity = 1 056 Mbit/sek.

1 056 Mbit/sek. / 8 bitów(bajt) = 132 MB/sek

Jeżeli magistrala będzie w przyszłości współpracować z procesorem 64-bitowym, to szerokość pasma przenoszenia się podwoi, co oznacza, że będzie można przenosić dane z szybkością 264 MB/sek. Rzeczywista prędkość transferu będzie oczywiście niższa, ale i tak o wiele większa niż w przypadku jakiegokolwiek innego rozwiązania dostępnego obecnie na rynku - prócz magistrali AGP. Szybszy transfer osiągnięto m.in. dzięki temu, że magistrala PCI i magistrala lokalna procesora mogą pracować jednocześnie - magistrala PCI nie zastępuje magistrali procesora. Procesor może zajmować się przetwarzaniem danych w zewnętrznej pamięci cache, podczas gdy magistrala PCI zajmuje się przesyłaniem informacji pomiędzy innymi modułami komputera - jest to największe dobrodziejstwo płynące ze stosowania magistrali PCI.

Karty rozszerzające PCI wykorzystują własne specyficzne złącze (są krótsze niż ISA).

Specyfikacja PCI określa trzy konfiguracje płyty głównej, z których każda jest przystosowana do specyficznego typu komputera z odmiennymi wymaganiami napięciowymi. Płyta główna zasilana napięciem 5 V jest przeznaczona dla komputerów stacjonarnych, płyta zasilana 3,3 V - dla komputerów przenośnych, a specyfikacja uniwersalna obejmuje płyty główne i karty rozszerzające pracujące w obydwu rodzajach komputerów.

Istotną cechą magistrali PCI jest to, że została opracowana jako zgodna ze specyfikacją PnP (plug and play) firmy Intel. Oznacza to, ze karty PCI pozbawione są zworek i przełączników i są konfigurowane programowo. Komputery PnP potrafią samodzielnie skonfigurować karty PCI, podczas gdy płyty z gniazdami ISA, które nie są wykonane jako zgodne ze specyfikacją PnP, konfigurują swoje karty poprzez oprogramowanie, które jest częścią oprogramowania konfiguracyjnego komputera zapisanego w pamięci CMOS. Począwszy od roku 1995 większość komputerów PC jest wyposażona w BIOS PnP, który umożliwia automatyczną konfigurację urządzeń PnP.

5.2.1. Wewnętrzne przerwania PCI.

W celu uwzględniania potrzeb podłączonych do niej kart, magistrala PCI posiada własny, wewnętrzny system przerwań. Aby zapobiec myleniu tych przerwań z przerwaniami standardowymi, zazwyczaj nazywa się je "#A", "#B", "#C" oraz "#D", choć są one również nazywane "#1", "#2", "#3", "#4". Użytkownik komputera właściwie nie ma z nimi żadnej styczności, poza ustawieniami magistrali PCI w BIOS-ie, gdzie może za ich pomocą określić sposób pracy kart PCI.

W zależności od potrzeb kart rozszerzeń, przerwania te są mapowane do przerwań systemowych, najczęściej jako IRQ od 9 do 12. Gniazda PCI w większości komputerów mogą być mapowane do co najmniej czterech systemowych IRQ. W komputerach, które posiadają więcej niż cztery gniazda PCI lub też cztery gniazda PCI i kontroler USB (również korzystający z magistrali PCI), przerwanie IRQ dzieli więcej urządzeń PCI.

Jeśli posiadasz system Windows 98, możesz zauważyć dodatkowe pozycje w ustawieniach urządzeń PCI. Każde urządzenie korzystające z tej magistrali może mieć dodatkową opcję o nazwie "IRQ Holder for PCI Ste-ering". Sterowanie przerwaniami IRQ jest częścią systemu Plug-and-Play, dzięki której system operacyjny sprawuje kontrolę nad przydzielaniem przerwań IRQ urządzeniom, co pozwala na uniknięcie konfliktów związanych z zasobami systemu. Korzystanie z danego IRQ przez więcej niż jedno urządzenie nie oznacza od razu konfliktu zasobów.

PCI udostępnia pełny bus mastering oraz umożliwia kontrolowanie dostępu do magistrali poprzez układy płyty głównej. Architektura PCI dopuszcza jednoczesny bus mastering wielu urządzeń, podczas którego układy kontroli dostępu dbają, by żadne z urządzeń (łącznie z procesorem!) nie zablokowało innego. Każde urządzenie może wykorzystać dla siebie pełną przepustowość magistrali, pod warunkiem jednak, że w danej chwili nie są nią przesyłane inne dane. Działanie magistrali PCI można porównać do istniejącej w komputerze niewielkiej sieci lokalnej, w której wiele urządzeń porozumiewa się ze sobą oraz dzieli nadzorowany przez układy płyty głównej, ten sam kanał komunikacji.

5.3 AGP.

W przeznaczonych dla wymagających użytkowników, zaawansowanych technologicznie komputerach, w których wszystkie dane karty graficznej, twardych dysków oraz urządzeń peryferyjnych, dzieliły między sobą przepustowość tej samej magistrali, magistrala PCI, podobnie jak poprzedzająca ją ISA, zaczynała być przeciążona. Aby zapobiec coraz bardziej prawdopodobnemu nasyceniu magistrali PCI danymi karty graficznej, Intel zaprojektował nowy, przeznaczony specjalnie dla kart graficznych interfejs, nazwany AGP (Accelerated Graphics Port).

Interfejs AGP został wprowadzony w odpowiedzi na gwałtownie narastające zapotrzebowanie na coraz szybsze karty graficzne. W miarę ewolucji programowania i wkraczania komputerów na niezbadane dotąd obszary, takie jak akceleracja 3D czy też odtwarzanie filmów, zarówno procesor, jak i karty graficzne musiały przetwarzać coraz więcej i więcej danych. Podczas korzystania z wymagających aplikacji, magistrala PCI zaczęła osiągać granice przepustowości, szczególnie w chwilach, gdy musiała ją dzielić również pomiędzy korzystające z niej inne urządzenia peryferyjne oraz twarde dyski.

Idea przyświecająca twórcom AGP była prosta: stworzyć szybszy, dedykowany interfejs pomiędzy kartą graficzną a procesorem. Dzięki zastosowaniu interfejsu między tylko dwoma urządzeniami osiągnięto trzy podstawowe korzyści: łatwiejszą implementacje, prostszy sposób uzyskania lepszej wydajności oraz możliwość większego dostosowania portu AGP do potrzeb kart graficznych.

Interfejs AGP nie jest postrzegany jako magistrala, lecz jako port, ponieważ dotyczy tylko dwóch urządzeń (procesora i karty graficznej) i nie jest rozszerzalny!!. Jedną z największych korzyści zastosowania AGP jest odizolowanie karty graficznej od reszty komputera, dzięki czemu nie musi ona dzielić przepustowości magistrali z innymi urządzeniami. Dzięki odciążeniu magistrali PCI, a co za tym idzie, zwiększeniu się jej przepustowości, inne urządzenia również odnoszą korzyści z przeniesienia karty graficznej do portu AGP.

AGP to nowa technologia; została wprowadzona na rynek w trzecim kwartale 1997 roku. Pierwszym chipsetem obsługującym tę technologię był, przeznaczony dla procesorów Pentium, Intel 440LX. Interfejs AGP jest pod wieloma względami podobny do magistrali PCI. Gniazdo AGP ma kształt i rozmiar podobny do gniazd PCI, ale jest położone w większej niż one odległości od krawędzi płyty głównej. Specyfikacja AGP bazuje na specyfikacji PCI 2.1, której częścią jest oferująca wysoką wydajność, nigdy nie zaimplementowana w magistrali PCI, częstotliwość pracy 66 MHz. Poza posiadaniem jednego gniazda rozszerzeń dla kart graficznych AGP i często o jednego mniej gniazda PCI, płyty główne AGP nie różnią się niczym szczególnym od standardowych płyt głównych.

Magistrala AGP, podobnie jak magistrala PCI, jest 32-bitowa, ale w odróżnieniu od magistrali PCI, nie działa z połową lub 1/3 częstotliwości taktowania pamięci systemowej, lecz z częstotliwością 66 MHz lub podwojoną częstotliwością magistrali PCI. To oczywiście natychmiast podwoiło przepustowość portu; AGP w najwolniejszym trybie umożliwia transfer 266 MB/s. Innym czynnikiem dodatnio wpływającym na wydajność kart AGP jest brak konieczności dzielenia przepustowości portu jej z innymi urządzeniami.

W celu zwiększenia przepustowości AGP nie tylko zdwojono częstotliwość pracy magistrali, ale i zdefiniowano tryby 2x, 4x i 8x który przy tej samej częstotliwości taktowania umożliwia przesyłanie nawet osiem razy większej ilości danych. W trybie 2x dane są przesyłane na wznoszącym się i opadającym zboczu sygnału - w standardowym trybie informacje są przesyłane tylko raz, podczas jednego cyklu zegara; tryb 2x umożliwia wysyłanie ich dwa razy. AGP (szczególnie x8) posiada wystarczającą przepustowość, by zaspokoić oczekiwania kart graficznych spełniających wymogi stawiane im przez przyszłe komputery PC.

6. Współczesna płyta główna.

gdzie:

6.1. CHIPSET - jest układem scalonym stanowiącym integralną część płyty głównej. Chipset składa się z kilku modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera [procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali AGP, PCI, pamięci SDRAM (DDR, RDRAM) i innych]. Współczesne chipsety charakteryzują się obsługą protokołu transmisyjnego ATA 100 oraz obsługą procesorów pracujących na magistrali systemowej 266 Mhz , 333 Mhz. W strukturze chipsetu można wyodrębnić dwa zasadnicze elementy:

a) Mostek północny (North bridge) - nadzoruje pracę pamięci operacyjnej, portu AGP i procesora

b) Mostek południowy (South bridge) - zarządza magistralą PCI, USB, kontrolerami (UDMA, klawiatury, myszy), portem podczerwieni, drukarki , pamięcią stałą (EPROM) oraz zintegrowanymi urządzeniami takimi jak: karta sieciowa czy dźwiękowa.

Obydwa układy komunikują się ze sobą poprzez wewnętrzną magistralę o bardzo dużej przepustowości. w przypadku chipsetu (VIA KT266A) jest to 266 MB/s.

SCHEMAT PRZEDSTAWIAJĄCY KOMUNIKACJĘ POSZCZEGÓLNYCH PODZESPOŁÓW PŁYTY GŁÓWNEJ

6.2 BIOS - "Basic Input Output System"- podstawowy system Wejścia /Wyjścia. Najniższy poziom oprogramowania komputera umożliwiający działanie innych programów i operacji wykonywanych przez komputer . BIOS jest łącznikiem między sprzętem a uruchamianymi programami. Procedura BIOS-u została zapisana w pamięci stałej komputera , w odpowiednich układach scalonych , w postaci rozkazów języka maszynowego. Procedury te można odczytać ale nie można ich zmodyfikować. Zdecydowana większość producentów płyt głównych stosuje BIOS firmy Award. Oprogramowania American Megatrends oraz Phoenix są w mniejszości.

6.3 GNIAZDA PAMIĘCI - gniazdo w którym umieszcza się "kości" pamięci. Obecnie stosowane są pamięci typu SDRAM (szyna 133 Mhz), DDR (266 i 333 Mhz) oraz RDRAM. Standardowa liczba złącz to 4.Można w nich umieścić w sumie 4GB RAM.

6.4. GNIAZDO PROCESORA - W zależności od producenta procesora występują różne standardy gniazd. AMD do swoich procesorów stosuje gniazda "Socket A", natomiast INTEL "Socket478" dla Pentium4 i "FCPGA" dla Celerona. Płyty główne przeznaczone dla potężnych serwerów zwierają dwa lub więcej gniazd pod procesor. Do takich zastosowań projektowane są specjalne chipsety obsługujące tak dużą ilość procesorów.

6.5 GNIAZDO ZASILAJĄCE - Jest to gniazdo poprzez które doprowadzone jest napięcie zasilające całą płytę główną i umieszczone na niej elementy. W płytach ATX jest to 20-stykowe gniazdo za pomocą którego doprowadza się z zasilacza napięcia: +5V,-5V,+12V,-12V.

6.6 USB - Port przeznaczony do obsługi urządzeń zewnętrznych o przepustowości danych do 12 MB/s . Pojedyncze gniazdo USB potrafi obsłużyć do 127 urządzeń peryferyjnych takich jak klawiatury, myszy, modemy, joysticki i inne.

6.7 PORT RÓWNOLEGŁY - port wejścia/wyjścia wykorzystywany głównie do przyłączania drukaraki lub skanera.

6.8 KODEK DŹWIĘKU - współczesne płyty główne posiada zintegrowany dźwięk AC97 w pełni wystarczający do podstawowych zadań.

6.9 PCI - magistrala PCI została opracowana przez firmę INTEL w roku 1992. Magistrala pracuje z częstotliwością 33 MHz, przesyłając dane całą szerokością 64-bitowej szyny. Pozwala więc przesyłać dane z maksymalną szybkością 264 MB/s. W slotach PCI montujemy dodatkowe urządzenia takie jak: karta sieciowa, k. muzyczna, dodatkowe kontrolery dyksów itp

6.10 AGP - "Accelerated Graphics Port" szybki port graficzny. Port przeznaczony do obsługi szybkich kart graficznych. Dzięki niemu karta graficzna może użyć dowolnej ilości pamięci operacyjnej umieszczonej na płycie głównej, a niezależna szyna graficzna zapewnia bezpośredni transfer danych .AGP x 4 odznacza się przepustowością pamięci 8 razy większą niż port PCI. Przepustowość takiego złącza wynosi 1056 MB\s.

6.11 UDMA 100 - 80 pinowe złącze twardych dysków umożliwiające transfer danych dochodzący (teoretycznie) do 100 MB/s.

7

---