Základní deska
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od
verze recenzované 11. listopadu 2021; kontroly vyžadují
33 úprav .
Základní deska (systémová) deska ( anglicky motherboard , hovorově: "motherboard", "matka") - deska s plošnými spoji , která je základem pro stavbu modulárního elektronického zařízení, například - počítače .
Základní deska obsahuje hlavní část zařízení, například v případě počítače - procesor , systémovou sběrnici nebo sběrnice , RAM , "vestavěné" ovladače periferních zařízení, servisní logiku - a konektory pro připojení dalších vyměnitelných desek, nazývané rozšiřující desky , obvykle připojené ke společné sběrnici nebo sběrnicím - například na počátku 2000s nosila základní deska počítače kompatibilního s IBM PC zpravidla konektory pro tři různé sběrnice - ISA , PCI a AGP . Na rozdíl od backplane/desky , která jednoduše spojuje konektory rozšiřujících karet k sobě, základní deska vždy nese aktivní komponenty nebo konektory pro jejich instalaci. V anglicky psané literatuře je také zvykem dělit základní desky na samotné základní desky ("motherboards"), které mají možnost rozšiřování a modifikace, a "main boards" ("mainboards"), které takové možnosti nemají a představují kompletní neměnný systém.
Historie
Úplně první digitální počítače nebyly téměř nikdy modulární a často sestávaly z mišce komponent propojených jednotlivými dráty. Koncem 40. let se však v průmyslu začal široce využívat modulární princip, který umožnil značně usnadnit odstraňování závad a opravy tehdy extrémně nespolehlivých lampových strojů. Například oblíbená řada elektronkových počítačů IBM 700 byla postavena z modulů standardních rozměrů obsahujících 4-8 žárovek a pasivních prvků a spojených povrchovou montáží . Takové moduly implementovaly standardní součást - například klopný obvod - a používaly standardní konektory, byly instalovány v backplane , jehož konektory byly spojeny drátěným obalem . Šroubovací a zejména kloubová montáž byla velmi rychle nahrazena tištěnou elektroinstalací , která byla mnohem levnější na výrobu a snáze automatizovatelná, počátkem 60. let se začalo používat plošné spoje. Většina elektronických zařízení – nejen počítačů, ale i analogových systémů, komunikačních a řídicích zařízení a podobně – se však stále skládala z velkého množství diskrétních součástek rozmístěných na více deskách.
Procesor minipočítače by se mohl skládat z tuctu nebo dvou různých desek nainstalovaných v koši pro montáž do racku a propojených základní plochou nesoucí systémovou sběrnici . Další zařízení mohou také zabírat samostatný koš nebo být instalována do společného koše s procesorem, jako jsou moderní rozšiřující karty. Koncept „základní desky“ a „rozšiřujících desek“ se začal formovat koncem 70. let, kdy rozšíření mikroprocesorů umožnilo vytvářet kompaktní jednodeskové počítače. U tohoto typu stroje byly centrální procesorová jednotka , paměť a periferie obvykle umístěny na samostatných deskách plošných spojů, které byly připojeny k zadnímu panelu . Hojně používaná pneumatika S-100 ze 70. let je příkladem tohoto typu systému.
Následně s rozvojem mikroelektroniky dospěli výrobci domácích a osobních počítačů k závěru, že je výhodnější přenést hlavní komponenty systému ze samostatných karet na backplane - to umožnilo snížit náklady na výrobu a poskytnout lepší kontrola trhu. Jeden z prvních populárních domácích počítačů, Apple II , byl také první, který měl skutečnou základní desku, na které byla nainstalována centrální procesorová jednotka a RAM a zbytek funkcí byl odebrán na přídavných deskách , které byly nainstalovány v sedm dostupných rozšiřujících slotů. Stejným principem se řídila i IBM Corporation, když uvedla na trh svůj IBM PC . Obě společnosti kromě modulárního principu využívaly také princip otevřené architektury , publikovaly schematická schémata, programovací rozhraní a další dokumentaci umožňující tvorbu rozšiřujících desek a následně alternativních základních desek (v případě počítačů kompatibilních s IBM PC , Základní desky Apple byly patentovány [1] ) výrobcům třetích stran. Mnoho základních desek, které byly obvykle určeny k vytvoření nových počítačů kompatibilních se vzorky, nabízelo další výkon nebo jiné funkce a byly použity k upgradu původního vybavení výrobce.
Koncem 80. a počátkem 90. let se stalo ekonomicky proveditelné přesunout stále větší počet periferních funkcí na základní desku. Koncem osmdesátých let začaly základní desky osobních počítačů zahrnovat jednotlivé integrované obvody (také nazývané Super I/O čipy ) schopné podporovat sadu nízkorychlostních periferií: klávesnice , myši , disketové jednotky , sériové a paralelní porty. Koncem 90. let obsahovalo mnoho základních desek osobních počítačů vestavěné funkce pro spotřebitelský zvuk, video, úložiště a síťové funkce bez potřeby jakýchkoli přídavných desek, snad s výjimkou špičkových 3D her a grafických karet pro počítače . Rozšiřující karty se také nadále používají v profesionálních počítačích, pracovních stanicích a serverech , aby poskytovaly specifické funkce, zvýšenou spolehlivost nebo zvýšený výkon.
Notebooky vyvinuté v 90. letech minulého století kombinovaly nejběžnější periferie. Zahrnovaly dokonce základní desky bez upgradovatelných komponent, což je trend, který bude pokračovat, i když budou vynalezena menší zařízení (jako jsou tablety a netbooky).
Evoluce základních desek IBM PC
- První model IBM PC obsahoval minimum zařízení na základní desce: procesor , matematický koprocesor , RAM , ROM s BIOSem , ISA sběrnici , řadič klávesnice a servisní logiku. Paměť byla typována v samostatných mikroobvodech vložených do panelů a celá servisní logika byla postavena na mikroobvodech s nízkým stupněm integrace. Konfigurace byla změněna pomocí jumperů nebo DIP přepínačů. Kromě rozšiřujících slotů ISA měla deska pouze konektory pro připojení klávesnice a magnetofonu . Všechna ostatní zařízení ( grafický adaptér , řadič disket a pevných disků , COM a LPT porty) byla umístěna na rozšiřujících kartách ;
- S příchodem IBM PC/AT byly velikost desky a pozice montážních bodů standardizovány jako „ AT form factor “. Bylo rozhodnuto opustit konektor magnetofonu , protože tento způsob ukládání dat se pro PC ukázal jako neperspektivní. Na desce se objevily hodiny reálného času a energeticky nezávislá paměť , kam se přenesly některé funkce nastavení systému.
- Jak architektura IBM PC získala na popularitě, začaly se vyrábět specializované mikroobvody nazývané čipová sada pro propojení procesoru s ostatními součástmi počítače . To umožnilo zlevnit základní desky a zároveň na ně přenést některé funkce, které dříve fungovaly přes rozšiřující desky – řadiče disků, komunikační porty atp.
- Pro zvýšení spolehlivosti, usnadnění upgradů a úsporu místa na základní desce se čipy RAM začaly spojovat do modulů, které se instalovaly na desku vertikálně - nejprve to byly moduly SIPP , které se však ukázaly jako nedostatečně spolehlivé a brzy byly nahrazena SIMM a poté - DIMM .
- S rostoucím výkonem procesorů rostla spotřeba energie a tím i odvod tepla. Pozdější modely procesorů 80486 již vyžadovaly aktivní chlazení, které je nutné připevnit k základní desce. Aby se snížila spotřeba energie, logické úrovně a tím i napájecí napětí procesoru byly nejprve sníženy na 3,3 V a poté ještě nižší - až na napětí přibližně voltu. Pro zajištění takto nízkého napětí je potřeba umístit sekundární zdroj (tzv. VRM , angl. Voltage regulator module - voltage regulator module) v těsné blízkosti procesoru na základní desce.
- Od roku 1995 byl standard ISA nahrazen pokročilejší sběrnicí PCI . Brzy však šířka pásma této sběrnice přestala stačit pro provoz vysoce výkonných grafických karet a speciálně pro to byl v roce 1996 vyvinut port AGP , který byl instalován na základní desky současně s PCI a někdy i ISA sloty.
- V polovině 90. let byl standard AT pro základní desky zastaralý a měl být nahrazen novým standardem ATX vyvinutým v roce 1995 . Kvůli nekompatibilitě šasi a napájení s AT se však desky typu AT vyráběly až do konce 90. let. Nový standard zahrnoval ovládací kolíky napájení na napájecím bloku. Na skříni by také nemělo chybět obdélníkové okénko pro další konektory, které se uzavírá krytkou dodávanou se základní deskou - počet a umístění konektorů v této zóně není omezeno pouze jejími geometrickými rozměry.
- V roce 1995 byl vyvinut standard USB , do základních desek se však začal zabudovávat až koncem 90. let – částečně díky společnosti Apple , která v té době prodávala počítače, které nebyly x86 kompatibilní , ale přispěla k vývoji periferních zařízení pro nový přístav. V důsledku toho se standardy ATX a USB rozšířily téměř současně na počátku roku 2000: téměř všechny základní desky ATX podporovaly USB, zatímco základní desky AT obvykle ne.
- procesorové patice do Socketu 7 byly univerzální - umožňovaly instalovat procesory stejné generace jak od Intelu , tak od AMD a Cyrixu . V budoucnu začaly Intel a AMD vyrábět procesory, které jsou vzájemně mechanicky a elektricky nekompatibilní.
- Procesor Pentium II a některé další byly připájeny na samostatnou desku spolu s mezipamětí a instalovány vertikálně do speciálního slotu , jako jsou rozšiřující karty, ale v budoucnu toto uspořádání nebylo široce používáno a nachází se hlavně na průmyslových a vestavěných počítačích.
- S růstem výkonu procesorů a grafických karet rostla i jejich spotřeba, a proto se na základních deskách začaly objevovat další konektory pro napájení procesoru. Pro zvýšení stability a omezení zvlnění začaly být měniče napětí pro napájení procesoru a dalších komponent vícefázové.
- Od poloviny roku 2000 se konektor ATA začal nahrazovat konektorem SATA (po nějakou dobu existujícím paralelně). SATA konektor je mnohem kompaktnější a na základní desce je jich umístěno do desítky, někdy i více. Pouze s IDE konektorem zmizely disketové konektory , které se nadále používaly, přestože jejich objem byl již na počátku 90. let nedostatečný.
- Od poloviny 21. století se také na sběrnici PCI Express začaly objevovat základní desky , které měly nahradit PCI i AGP . A pokud bylo AGP nahrazeno poměrně rychle, pak se pro PCI vyrobilo dostatečně velké množství zařízení, takže konektory PCI (a někdy i ISA ) jsou stále někdy instalovány na základní desky více než deset let po příchodu PCI Express.
- Také kvůli snížení hlučnosti při nízké zátěži a zvýšení účinnosti při vysoké zátěži se základní desky začaly vybavovat tepelnými senzory a obvody pro řízení ventilátorů. Také teplotní senzory se začaly zabudovávat přímo do procesorů. To bylo důležité zejména pro nadšence do přetaktování .
- Pokud byla dřívější aktualizace systému BIOS možná pouze pomocí programátoru , pak od poloviny roku 2000 bylo možné aktualizovat přímo z operačního systému, což poskytlo více příležitostí pro přetaktování a také umožnilo opravit chyby v systému BIOS.
- V roce 2013 byl představen nový formát rozšiřující karty - M.2 . Takové karty jsou malé velikosti a jsou instalovány vodorovně na základní desce. V zásadě se karty formátu M.2 používají pro vysokorychlostní SSD disky a síťové adaptéry Wi-Fi . Hlavní výhodou M.2 karet pro SSD disky je možnost použít místo AHCI protokol NVMe , což může díky paralelizaci výrazně zvýšit jak rychlost sekvenčního, tak náhodného čtení/zápisu. Karty M.2 SSD se navíc instalují na desku bez nutnosti dalších kabelů a upevňovacích prvků, což může být v malých sestavách velmi pohodlné.
- Na konci roku 2010 jsou v módě počítače s průhlednou stěnou skříně k předvedení obsahu. Výrobci základních desek začali na desky aplikovat sítotisk, instalovat fantazijní chladiče určené nejen k odvodu tepla, ale často čistě k dekorativním účelům. Také základní desky pro nadšence mohou být vybaveny dekorativním osvětlením.
- Také v roce 2010 si miniaturní základní desky microATX a mini-ITX začaly získávat oblibu pro sestavování vysoce výkonných systémů v kompaktním balení.
Běžné součásti základní desky počítače
Jako hlavní (neodnímatelné) části má základní deska:
Základní deska s přidruženými zařízeními je osazena uvnitř skříně s napájecím a chladicím systémem , společně tvoří počítačovou systémovou jednotku .
Klasifikace základních desek podle tvarového faktoru
Form factor základní desky - norma, která určuje rozměry základní desky pro počítač, místo jejího připevnění k šasi ; umístění sběrnicových rozhraní, I/O portů , patice procesoru , slotů pro RAM a také typ konektoru pro připojení napájecího zdroje .
Tvarový faktor (stejně jako jakékoli jiné normy) má poradní charakter. Specifikace tvarového faktoru definuje požadované a volitelné součásti. Naprostá většina výrobců však preferuje dodržení specifikace, jelikož cenou za splnění stávajících norem je kompatibilita základní desky a standardizovaného vybavení (periferie, rozšiřující karty) od jiných výrobců (což je klíčové pro snížení nákladů na vlastnictví , anglické TCO ).
Existují základní desky, které neodpovídají žádnému z existujících tvarových faktorů ( viz tabulka ). Jde o zásadní rozhodnutí výrobce, vzhledem k touze vytvořit „značku“ nekompatibilní se stávajícími produkty na trhu ( Apple , Commodore , Silicon Graphics , Hewlett-Packard , Compaq častěji než ostatní ignorovaly standardy) a vyrábět výhradně periferní zařízení a příslušenství k němu.
Určení počítače (obchodní, osobní, herní) do značné míry ovlivňuje výběr dodavatele základní desky.
- Pro SOHO nebo firemní potřeby je výhodnější pořídit si hotový počítač (nebo řešení, např. „ klient-server “ nebo blade server s nákupem či pronájmem hotového řešení).
- Pro osobní použití je jako hlavní zařízení umístěn přenosný počítač[ proč? ] . Základní desky pro notebooky se výrazně liší od základních desek pro stolní počítače : pro zmenšení velikosti počítače je do původní desky s plošnými spoji zabudováno (integrováno) mnoho samostatných periferních desek (například je v ní zabudovaná grafická karta ) - to zajišťuje kompaktní rozměry a nízká spotřeba energie notebooku, ale vede k menší spolehlivosti, problémům s chladičem , výraznému zvýšení nákladů na základní desky a také k nedostatečné zaměnitelnosti.
Nákup samostatné základní desky je tedy odůvodněn vytvořením počítače se „speciální“ konfigurací, například nízkou hlučností nebo hraním her .
Definice modelu
Můžete určit model nainstalované základní desky
- vizuálně pomocí továrních štítků a nápisů na desce
- pomocí softwarových nástrojů, jako je DMI
- programově pomocí nástroje jako CPU-Z . Na Linuxu můžete použít utilitu dmidecode, na Windows můžete použít SIW nebo AIDA64
Technologie úspory energie
Zvýšená pozornost věnovaná „zeleným“ technologiím, které vyžadují energeticky úsporná a ekologická řešení a zajištění důležitých vlastností pro základní desky, přimělo mnoho výrobních společností k vývoji různých řešení v této oblasti.
Se stále rostoucí popularitou elektronických zařízení v průběhu příštích 20–30 let se Evropská unie rozhodla zavést účinnou strategii pro řešení problémů se spotřebou energie. K tomu byly vydány požadavky na energetickou účinnost – ErP (Energy-related Products) a EuP (Energy Using Product). Norma je určena ke stanovení spotřeby energie hotových systémů. Podle požadavků ErP/EuP musí systém ve vypnutém stavu spotřebovávat méně než 1 W energie.
Specifikace ErP/EuP 2.0 jsou mnohem přísnější než u první verze. V souladu s ErP/EuP 2.0 (vstoupila v platnost v roce 2013) nesmí celková spotřeba počítače ve vypnutém stavu překročit 0,5 wattu.
- Motor EPU
- Ultra Durable (verze 1, 2 a 3) je technologie od Gigabyte [2] navržená pro zlepšení teploty a spolehlivosti základní desky, která zahrnuje:
- Zvýšená (zdvojnásobená) tloušťka 70 µm (2 oz/ft²) měděných vrstev na napájecí i zemnící ploše systémové desky snižuje impedanci desky o 50 %, což vede k nižším provozním teplotám počítače, lepší energetické účinnosti a lepší stabilitě systému pod podmínky zrychlení.
- Použití tranzistorů s efektem pole se sníženým zapínacím odporem (RDS(on)). Tranzistory +12voltových měničů vydávají relativně hodně tepla, a když mluví o chlazení subsystému napájení procesoru, myslí přesně je.
- Použití tlumivek s feritovým jádrem – tyto tlumivky poskytují menší ztráty energie a méně elektromagnetického záření . [3]
- Použití bezolovnaté pájky.
- Opětovné použití kartonových i plastových obalů.
Viz také
Poznámky
- ↑ IBM patentovala kód firmwaru BIOS , ale ne programovací rozhraní, což umožnilo obejít patent pomocí metody „čisté místnosti“ .
- ↑ Technologie CU 29 Archivováno 10. ledna 2013 na Wayback Machine // gigabyte.ru
- ↑ Ultra Durable 3 Archivováno 27. dubna 2012 na Wayback Machine Ferra.ru
Literatura
- Scott Mueller. Upgrading and Repairing PCs = Upgrade and Repairing PCs. - 17. vyd. - M .: Williams , 2007. - S. 241-443. — ISBN 0-7897-3404-4 .
Odkazy