Материнская плата компьютера

Несомненно, незаслуженно малое внимание уделяется такой  существенной проблем и можно  сказать основополагающей составляющей основе компьютера, как материнская  плата. По большей части это –следствие слабого понимания большинства  потребителей того, что собой представляется эта весьма непростая деталь. 
На что обращает внимание при покупке компьютера покупатель среднего класса? На частоту процессора в первую очередь. На размер оперативной памяти и винчестера во вторую очередь. Мало кто заглядывает дальше этого, а интересующихся частотными и прочими характеристиками материнских плат 
–вообще кот наплакал. А ведь если процессор –это мозг каждого компьютера, то и материнская плата тоже не менее важный функциональный компонент П.К. целью настоящей статьи поставлено восполнение существующих проблем в этой неоднозначной и запутанной области.

Размеры. 
На сегодняшний день широкому потребителю предлагается два основных типоразмера или, что-то же, форм-фактора материнских плат. Это AT и ATX. 
Определяя расположение компонентов и размер плат, спецификация не содержит принципиальных различий. Каждый уважающий себя производитель материнских плат сегодня просто выпускает по две модификации каждой платы - в обоих форм-факторах. 
Из представленных прочих типоразмеров имеют некоторую распространенность платы LPX, которые обычно устанавливаются в корпуса с меньшей высотой или 
Slimline в основном это компьютеры brand-name. Еще один форм-фактор NLX пока существует только в виде стандарта, своего рода идеал будущего.

AT 
У форм-фактора AT существуют две модификации – классический и Baby AT. 
Отличаясь размером все AT платы имеют общие черты. Почти все они несут на себе разъемы последовательных и параллельных портов, присоединяемых к одноименному корпусу через соединительные гребенки. Они так же имеют одно гнездо клавиатуры, впаянный на плату на одной стороне и гнездо под процессор, устанавливаемо на противоположенной стороне платы. Слоты SIMM и 
DIMM почти всегда находятся в верхней части материнской платы, хотя в принципе могут находиться где угодно. И конечно, отверстия для крепления платы к корпусу строго стандартизированы. 
Полноразмерную плату AT можно встретить лишь на помойке либо у скупщиков компьютерного старья: достигая 12 дюймов в ширину такая плата рассчитана на полноразмерные корпуса Desktop, Tower и вряд ли поместьица в большинство сегодняшних корпусов. Монтажу такой платы скорей всего помешает отсек для дисководов и жесткий диск, а так же блок питания. Кроме того, разряженное расположение компонентов платы может вызвать некоторые проблемы при работе на больших тактовых частотах. Поэтому в компьютерах с процессором более поздним, чем 80386, материнские платы типоразмера AT уже не встречаются. 
Появившийся в 1982 году типоразмер Baby AT на сегодня не только самый популярный среди AT плат, но и среди плат вообще. Во многом это определяется простой и налаженным производством корпусов, тех, что по привычке пластифицируют как Mini Tower основным вместилищем для Baby AT. 
Размер платы составляет 8.5 дюйма в ширину и 13 дюймов в длину, но в принципе некоторые производители могут уменьшить длину плата для экономии материала или по каким ни будь другим соображениям.

ATX

Предложенный  фирмой Intel в 1995 году этот типоразмер постепенно занимает место под солнцем. До недавнего  времени казалось даже, что вскоре он полностью вытеснит морально устаревший Baby AT (чем морально устарел Baby 
AT знает каждый, кто хотя бы раз менял винчестер или память), однако народный консерватизм и полной выхолащивание понятия upgrade сделали свое дело – AT живет и процветает. Большинство производителей, активно перешедшие на ATX при переходе на Pentium II дали задний ход и стали выпускать AT-аналоги. 
Тем не менее, ATX действительно продвинута по сравнению с AT: меньше стало соединений в основном за счет интегрированных портов ввода/вывода, включая 
PS/2 для мыши, соединяемые узлы ближе, гнездо процессора перемещено к блоку питания, и теперь он не мешает установке полноразмерных плат в слоты расширения. В корпус ATX можно установить и Baby AT материнскую плату. 
В одноименной спецификации конструкции ПК учтены новые требования к тепловому режиму, все порты ввода/вывода размещены на задней стенке корпуса, крепежи HHD и FDD размещены рядом с соответствующими разъемами, введение интегрированных портов уменьшило кол-во кабелей внутри корпуса уменьшено. Вентилятор блока питания корпуса ATX засасывает воздух внутрь. 
Таким образом, пыль не попадает на материнскую плату, а воздух обдувает процессор.

NLX 
Недремлющая корпорация Intel к началу 1997 года создала новый стандарт для производства компьютеров. Этот стандарт включающий и декларирование типоразмеров материнских плат, можно смело назвать революционным по мнению 
Intel в выпускаемых компьютерах теперь не будет кабеля идущего от блока питания к материнской плате. Достичь этого планируется благодаря внедрению специальной промежуточной Riser-платы, на которой будут находится слоты расширения PCI и ISA а так же разъем для того что осталось от традиционной материнской плате, получившие название NLX Riser Connector. Таким образом, после установки материнская плата автоматически подключенной как к питанию, так и к шинам. Всего в системе предусмотрено по два разъема PCI и ISA. 
Кроме того, на ризер-карте располагаются разъемы контроллеров IDE и FDD так же предусмотрено место для подключения сетевой карты, CD-Audio и универсальной шины USB. На материнской плате, которую теперь язык не поворачивается назвать maineboard, остались гнезда для CPU, слоты модулей памяти, чипсет, BIOS и кэш. 
Что ж конструкция компьютера становится все более простой. Стандарт NLX практический превращает компьютер в устройство состоящие всего из двух элементов – материнской платы и корпуса со стандартными разъемами для связи с внешними устройствами. Но это повторяюсь пока что только планы.

Чипсет

Несмотря на великое разнообразие предлагаемых моделей, подавляющее большинство  производителей разрабатывают исключительно ''обвязку'' для весьма узкого списка чипсетов. Под собственно чипсетом традиционно подразумевается набор  микросхем логики аппаратной поддержки  процессора, например, в составе  чипсета Intel Triton входят две микросхемы: системный контролер и контроллер ввода/вывода. 
В настоящее время большинством производителей материнских плат в качестве основного элемента используются микросхемы фирм Intel. Для процессора 
Pentium это 430-я серия, для Pentium II-440-я и т.д.

Чипсеты для Pentium

Как можно легко  догадаться, первые (и вторые) наборы логики для Pentium были произведены Intel.

Intel

Появившись в 1993 году, Pentium называл свою маму Mercury. Её чипсет предназначался для процессоров Pentium с напряжением питания 5B, устанавливаемых  в разъем Socket 4 и имеющих тактовую частоту 60 или 66 MHz. 
Кстати говоря, это была единственная плата, у которой частота системной шины совпадала с частотой процессора. 
Практически сразу была создана плата Neptune 82430NX для процессора P54C с напряжением питания 3,3 B и тактовой частотой 100-133 MHz, с мультипроцессорной поддержкой для профессиональных компьютеров – серверов, графических станций. 
Однако быстрое развитие семейства процессоров Pentium 1995 году потребовало выпуска нового набора логики для широкого рынка, - так появился один из самых удачных чипсетов в истории архитектуры х86 известный под маркой Intel 82430FX (Triton I). Это был наиболее значительный шаг Intel в создании чипсетов, и надолго время Triton I утвердился в качестве стандарта для компьютеров на основе процессора Pentium. В то время как другие производители пытались обеспечить совместимость шин VLB и PCL не получая при этом не получая при этом достаточного быстродействия, Intel полностью отказался от поддержки VLB, что во многом определило уход этого стандарта со сцены. На то время Triton I включал все новейшие достижения: поддержку память EDO, кэш-памяти второго уровня типа Pipelined Burst и синхронный 
SRAM, поддержку PCI версии 2.0 (30 или 33 MHz как половина частоты системной шины). Чипсет поддерживал четыре банка SIMM для оперативной памяти общим объемом до 128 Mb, хотя кэшируемый объем составлял только 64 
Mb. В то время этого объема было более чем достаточно, так как даже самые серьезные приложения требовали 8-16 Mb. В первоначальных версиях чипсета было много ошибок, но они были исправлены в последующих модификациях. 
Системные платы на наборе 82430FX были наиболее распространены в 1995-1996 годах, хотя и встречаются в продаже и поныне. 
В начале 1996 года чипсет Neptune устарел окончательно, и Intel выпустила его обновленный аналог, одновременно разделив рынки SOHO и корпоративных применений: вместо (усредненного) FX выпускались два набора логики под общим названием Triton II –82430HX и 82430VX. Первый чипсет получил от производителя поддержку многопроцессорных систем, памяти с коррекцией единичных ошибок, улучшенное взаимодействии процессора с кэш памятью второго уровня типа Pipelined Bust объемом 512Кб, контролер шины EISA, до четырех слотов PCI 2.1, встроенный контролер EISA и USB (универсальная последовательная магистраль, новое средство для подключения различных внешних устройств, предусматривает подключение до 255 внешних устройств к одному порту по принципу общей шины), иными словами, стал приемником NX. 
Несмотря на отсутствие поддержки модулей памяти SDRAM, режима UDMA/33 и относительно малый объем кэш-памяти, HX стал одним из наиболее популярных среди производителей системных плат, ориентированных на северные применения. Заметим, что поддержка чипсетом многопроцессорности не означает наличия двух процессорных гнезд: такие платы стоят значительно дороже и имеют маркировку “dual processor”. Intel так и не создала более совершенного чипсета, близкого по хар-ка к Triton II. Даже более новый 
430TX не обеспечивает, всех его возможностей. 
Второй набор логики 430VX как раз оказался лишенным всех выше перечисленных преимуществ, зато получился дешевле и значительно позиционировался на рынок компьютеров класса low-end.с момента появления этого чипсета, имеющий большее быстродействие и поддерживающий новые функции стал вытеснять 430FX. Основными отличиями стали поддержка PCI 2.1 и 
SDRAM и наличие порта USB, поддержка как синхронной, так и асинхронной памяти Pipelined Bust. За счет поддержки нового типа кэш памяти производительность нового чипсета по сравнению с Triton I выросла на 10%. 
Однако, отметим, что поддержка чипсетом SDRAM в большинстве случаев не переросла в наличие на плате соответствующих разъемов: производитель VX экономили на всем. 
И, наконец, еще через год появился венец творения Intel –430TX PCIset. 
Разработчики постарались включить в набор 82430TX поддержку практически всех важных последних новинок в архитектуре ПК, таких как поддержка SDRAM, поддержка USB, Ultra DMA, пяти слотов PCI 2.1, оперативной памяти объемом до 256Мб и кэш памяти 512Кб,- с тем, что бы максимально продлить жизненный цикл нового набора логики. После его появления было официально объявлено, что Intel прекращает разработку чипсетов для этого класса процессоров. 
Несмотря на поддержку, более быстрой памяти, 430TX не смог заменить 430HX, особенно в серверных применениях. Зато появление нового чипсета привело практический к полному исчезновению VX, у которого оставалось одно преимущество – цена.

Не Intel

Недремлющие конкуренты за прошедшую пятилетку создали  ровно три с половиной ветви  альтернативных чипсетов. Это VIA (Apollo Master, 1VP, 2VP, 
Vp2/97,VPX/97,VP3,mVP3), AcerLabs (Ali Aladdin от I до V), SiS (чипсеты этой фирмы не имеют красивого названия, только номера от 5581/82 до 
5597/98), а так же примкнувшая к ним OPTi Vendetta, слишком напоминающая i430VX, чтобы говорить о ней отдельно. Более того, в последнее время, а именно с момента ухода Intel в сторону Slot1, этими фирмами были достигнуты весьма значительные успехи –это поддержка AGP (ускорительный графический порт, специальный разъем и интерфейс), и повышенная частота системной шины, большая область кэширования, и так далее. А отличие от Pentium II –систем, скорость шины весьма серьезно отражается на быстродействии системы (до 90%) в целом: на ней находятся такие значительные компоненты как кэш L2, с работой которого так сильно уязвимы все офисные приложения, а так же оперативная память 
VIA. Изделия фирмы VIA изначально позиционировались на рынок устройств класса low-end, и на сегодняшний день VIA становится основным поставщиком чипсетов для архитектуры Socket 7. Ее последняя разработка VP2/97, VP3 уже не являются чипсетами для простых систем и превосходят по характеристикам разработки Intel 430 –х. 
Apollo VP2 (и его аналоги VP2/97 и VPX/97) разрабатывался как прямой конкурент Intel 430TX и, соответственно, по многим хар-ка его превосходит. 
VP2 поддерживает до 512 Кб полностью кэшируемой оперативной памяти любых типов, до 2 Мб кэш-памяти типа Pipelined Bust с ECC (код коррекции ошибок), протокол Ultra DMA/33, шину UBS и проверку четности. Интересной особенностью является поддержка смешанных типов памяти –как 64-, так и 32 
–разрядных банков, что несколько снижает быстродействии, зато позволяет устанавливать на плату с этим чипсетом позволяет устанавливать не парные, а одиночные модули. Чипсет, в отличие от Intel, официально поддерживает частоту системной шины 75 MHz, хотя, при синхронной шине PCI, могут возникнуть проблемы с другими устройствами из-за отклонении от спецификации, которая не предусматривает частоту PCI 37.5 MHz. 
VP2/97 получил в дополнение к способностям родителя поддержку ACPI 
(спецификация ACPI стандартизирует усовершенствованны интерфейс для контроля за энергопотреблением и позволяет аппаратным устройствам уведомлять операционные системы об энергопотреблении, что упрощает поиск неисправностей), а VPX/97 -асинхронную шину PCI. Последняя модернизация оказалась просто необходимой для поддержки процессоров 6х86, 6х86MX PR2- 
233 фирмы Cyrix, которые по спецификации просто должны работать с тактовой частотой 75 MHz и, при использовании синхронной PCI, приводили к отклонению спецификации шины PCI. Данный чипсет настолько удачно работает с процессорами AMD, что AMD купила у VIA лицензию на его производство этого набора микросхем и продает их под своей маркой AMD-640. Желаете пример реализации? Извольте: FIC PA-2007 (не путать с FIC PT-2007 реализованной на чипсете i430TX); на чипсете AMD-640 построена работа платы HOT Shuttle-603. 
VIA Apollo VP3 (597/586B) по основным хар-ка очень близок к VP2/97, за исключением того, что он не поддерживает до 1 Гбайт оперативной памяти и порт AGP. Шина PCI этого чипсета является синхронной по отношению к процессору, вследствие чего исключаются все внешние тактовые частоты превышающие 66 MHz, поскольку в этом случае не возможно будет обеспечить работу в соответствии со спецификациями как шины PCI , так и AGP. Правда, на практике все проверенные карты AGP функционируют и с тактовой частотой 
AGP 75 MHz, но ни один производитель этого не гарантирует. Примеры реализации этого чипсета: FIC-2012 MyComp AI5VG чипсет Apollo MVP3 
(598AT/586B) на сегодня является венцом творения VIA и разработан с учетом спецификации Super 7. Он поддерживает частоту системно шины 100 MHz при стандартной частоте шины PCI, которая может работать как в синхронном, так и в псевдосинхронном режиме, до 2 Мб кэш-памяти, до 1 Гбайт полностью кэшируемой оперативной памяти практически всех существующих типов памяти, которые к тому же могут использоваться в смешанном виде, разных банках. 
Имеется поддержка AGP, UltraDMA33, ACPI, USB и SMBus. По функциональным хар- ка и производительности чипсет превосходит как Intel, так и последние SiS, 
Ali и других фирм. MPV3 выпускается по 0.35 микронной CMOS технологии и по энергопотреблению подходит для использование не только в настольных, но и в портативных компьютерах. Примеры: Aopen, AX59Pro, FIC VA-503+, Shuttle HOT- 
591P, Soyo SY-5EH. 
AcerLabs (Ali). Acer Laboratories- это отдельное и не слишком большое отделение Корейской фирмы, которое до последнего времени занималась разработкой чипсетов для нужд компании. С появлением на рынке плат Acer серии A-Open эти чипсеты стали более известны, хотя практически не используются другими производителями. Aladdin IV +поддерживают частоту системной шины до 83 MHz, шинуPCI 2.1 и, так же, как и VIA VP2, позволяет использовать 32-разрядную шину при работе с памятью, но допускает более простую модернизацию памяти путем добавления модулей SIMM по одному. 
Поддерживая память типа FMP, EDO, SDRAM. Имеется поддержка ACPI, USB, ECC, и четности 
UltraDMA/33, а так же SMBus. Шину AGP этот чипсет не поддерживает. 
Ali Aladdin V является первенцом поколения, поддерживающим частоту системной шины 100 MHz. Кроме того, он может быть использован с частотой 
60, 66, 75, и 83 MHz. Псевдосинхронный режим работы шины PCI позволяет устанавливать частоты в 30/33 MHz вне зависимости от установок на системной шине.

Прочие чипсеты.

На рынке предлагается еще немалое кол-во чипсетов, создающее  иллюзию существования дополнительных наборов логики для Pentium. На сомом  деле они представляют собой перемаркированные (зачастую снятые с производства в  следствии ошибок или замены на более  новые) или скопированные чипы вышеперечисленных  производителей. Среди них наиболее известные PCChips 
VXPro, который не что иное как VIA VP1, PCChips TXPro II.

Чипсеты для  процессоров Pentium PRO / Pentium II / CELERON .

Основным недостатком Socket 7, побудившим Intel к созданию нового интерфейса, является недостаточная  пропускная способность шины, на которой  до сих пор располагался кэш второго  уровня L2. С самого момента основания  семейства Pentium и до последнего времени  системная шина оставалась практический без изменений. Дело в том, что  повышение производительности шины в целом (или ее тактовой частоты, что в общих чертах одно и тоже), как организма достаточно разнородного, является более сложной проблемой, чем увеличение частоты в отдельных  узлах. Именно по этому пути пошла  фирма 
Intel и вместо того чтобы помещать процессор в маленькую керамическую корпус с ножками (Socket 7), вложила пару Pentium II / кэш L2 в существенно больший по размерам пластмассовый картридж, который назвала SEC. При такой архитектуре кэш L2оказался отдельно от материнской платы и получил для общения с процессором отдельную шину, и частоту равную половине частоты ядра процессора. Интересно, что сама идея выделенного кэша не нова: новый процессор является ММХ модифицированной существовавшего с начала 1995 года 
Pentium PRO, который так же имел выделенный и даже интегрированный на ядре кэш L2 объемом до 1 Мб, причем работавший на частоте ядра.

Intel

Предвестником грядущей замены семейства 430-й серии  стал набор логики для 
Pentium PRO, выпущенный под номером 450. Было произведено два родственных чипсета 450GX, 450KX для рабочих станций и высокопроиздительных систем. 
Чипсеты отличались наличием таких новинок как мост PCI, DC и MIC. 
Первый образец чипсетов для Pentium II плавно перетек из области применения Pentium PRO: как уже было отмечено выше Pentium II является его модификацией (плюс ММХ и минус половина частоты кэш L2). Естественно, сами материнские платы для этих процессоров различались, однако управляющая логика была унифицирована. Таким чипсетом стал 440FX. Он поддерживал двухпроцессорную SMP конфигурацию и до 1 Гбайт FPM/EDO памяти при частоте шины 66 MHz. Системная плата может иметь до 8 банков разделяемой между двумя процессорами памяти. С момента своего появления в сентябре 1997 года чипсет 440LX является наиболее широко используемым в компьютерах на базе 
Pentium II. Системная шина, предназначенная для работы частоте 66 MHz максимальный поддерживаемый объем памяти составляет 512 Кб для SDRAM и 1 Гб для EDO. Идея повышения частоты шины до 100 MHz нашла свое применение в наборе логики i440BX. Фактический в чипсете i440BX нет ничего революционного кроме поддержки этой сомой частоты. Теоретический пропускная способность с 100 MHz шиной 800 Мб/с. 
Апрель 1998 года родился Celeron и мать его EX. Позиция