▷ Čo je to základná doska a ako to funguje

Dnes musíme hovoriť o základnej doske počítača. Základná doska je nepochybne základným prvkom na vytvorenie počítača, ostatné komponenty ako CPU alebo RAM sa na nej nainštalujú, aby bol stroj schopný naštartovať a pracovať. Poďme sa teda pozrieť, čo je základná doska a ako to funguje.

Index obsahu

Čo je to základná doska?

Základná doska je nepochybne najdôležitejšou súčasťou počítača. Toto určuje architektúru, ktorú má náš tím v interných komponentoch. Každá základná doska bude navrhnutá na umiestnenie určitých komponentov alebo určitých typov skupín komponentov a tiež bude podporovať určité rýchlosti a kapacity, ktoré tieto komponenty majú.

Všetky alebo takmer všetky komponenty, ktoré sú súčasťou počítača, budú pripojené k základnej doske, bude tiež zodpovedné za vytvorenie komunikačnej zbernice medzi týmito komponentmi (CPU, RAM, grafická karta) a periférnymi zariadeniami, ktoré sú na nej nainštalované (myš, klávesnica, obrazovka atď.)

Jeho fyzickým aspektom je aspekt elektronického obvodu určitých rozmerov, v ktorom je nainštalovaných niekoľko prvkov, ako sú čipy, kondenzátory, konektory komponentov a elektrické vedenia, ktoré spolu tvoria štruktúru počítača.

Takmer všetky musia mať nainštalované štyri základné komponenty:

• Zdroj napájaniaCentrálny procesorRAM memoryStorage units

Základné dosky pozostávajú z rôznych fyzikálnych formátov, ktoré určujú fyzické dimenzie, ktoré budú mať.

Formáty základnej dosky

Formáty, ktoré môžeme nájsť na trhu, sú tieto:

E-ATX

Je to najväčší formový faktor, aký máme na trhu. Jeho rozmery sú 305 x 330 mm. Tieto dosky majú zvyčajne dostatok otvorov pre rozširujúce karty a veľa možností, pokiaľ ide o inštaláciu grafických kariet do SLI alebo Crossfire.

Okrem toho budeme mať k dispozícii až 8 slotov na inštaláciu pamäte RAM

ATX

Tieto dosky sú na trhu od roku 1995 vďaka ich implementácii spoločnosťou Intel. Sú tiež najbežnejšími, aké môžeme nájsť. Jeho rozmery sú 305 x 244 mm, aj keď existujú aj niektoré s mierne odlišnými rozmermi. Otvory pre jeho umiestnenie v podvozku musia byť samozrejme umiestnené presne na štandardizovaných miestach.

Tento typ základných dosiek sa používa takmer vo všetkých typoch systémov, kanceláriách, hrách atď. Je to kvôli jeho širokým možnostiam rozšírenia. Normálne máme 7 rozširujúcich slotov a 4 sloty na inštaláciu pamäte RAM.

Micro ATX

Základné dosky s týmto formátom majú rozmery 244 x 244 mm, takže sú dosť menšie ako predchádzajúce, okolo 25%. Tieto dosky, ktoré sú menšieho formátu, sú určené pre kancelárske pracovné tímy, ktoré nepotrebujú toľko rozširujúcich slotov a tiež zaberajú menšie šasi.

Medzi jeho možnosti rozšírenia má maximálne 5 rozširujúcich slotov, aj keď normálne sú 3 a medzery až 4 pamäte RAM. Tento typ dosiek bude potrebovať podvozok kompatibilný s ich upevnením, pretože poloha skrutiek sa bude líšiť od dosiek ATX.

Mini ITX

Toto je najmenší formát doštičiek, ktorý je k dispozícii pre domáce počítače. Má rozmery 170 x 170 mm. Na upevnenie pozostáva zo štyroch otvorov, ktoré sa zhodujú s otvormi nainštalovanými na doske ATX.

Na týchto doskách nájdeme jeden rozširujúci slot pre grafickú kartu a dva sloty pre pamäť RAM

Existujú aj iné formáty ako XL-ATX, ktoré sa však v dolnom / strednom rozsahu zväčša nevyskytujú. Iba v rade PREMIUM

Fyzické komponenty základnej dosky

Toto bude zďaleka najširšia časť v tomto článku, pretože základná doska obsahuje množstvo komponentov, ktoré sa oplatia pomenovať. Začnime potom.

chipset

Čipová súprava alebo „čipová súprava“ je skupina integrovaných obvodov, ktoré sú určené na nadviazanie komunikácie medzi procesorom a ostatnými komponentmi nainštalovanými na základnej doske. Týmito prvkami môžu byť pamäť RAM, pevné disky, rozširujúce sloty a vstupné a výstupné porty.

S vývojom technológie základnej dosky sú tieto čipy obvykle tvorené jedným centrálnym čipom. Ďalej sú tieto čipy navrhnuté výhradne pre sadu procesorov alebo určitú značku a pre určité pamäťové moduly RAM. Preto je potrebné, aby sme pri získavaní základnej dosky z trhu museli kúpiť aj kompatibilný procesor a moduly RAM.

Staré základné dosky

Čipová sada môže byť integrovaná dvoma čipmi a nazýva sa tiež Severný most alebo Severný most a Južný most alebo Južný most. Každý z týchto čipov je zodpovedný za vykonanie určitých úloh:

North Bridge: Tento čip je priamo pripojený k zbernici procesora a má s ním priamu komunikáciu a pamäť RAM. Táto zbernica sa tiež nazýva Front Side Bus alebo (FSB) a je rozhodujúca pre rýchlosť a výkon počítača. Okrem toho má tiež na starosti komunikáciu s portmi PCI-Express, pretože ide o tie, ktoré podporujú najrýchlejšie komponenty, ako je základná doska alebo nové pevné disky M.2 a PCI-E.

Južný most: Tento čip je priamo spojený so severným mostom prostredníctvom rozhrania Direct Media Interface alebo (DMI). Tento čip má na starosti komunikáciu vstupných a výstupných zariadení a ich prepojenie so severným mostom. Napríklad pevné disky SATA, USB, Fire Wire, sieťová karta, AUDIO atď.

Moderné základné dosky

V súčasnej dobe, keď sa objavili viacjadrové procesory ako Intel Core a AMD FX, bola táto čipová sada výrazne znížená na jeden čip, čím zmizol južný most.

Dôvodom je skutočnosť, že nové procesory integrujú do nich pamäťový radič, takže sú priamo pripojené k pamäťovej zbernici RAM. Povedzme, že most FSB je integrovaný do procesora a zbernica zodpovedná za ďalšie zariadenia sa nazýva Plataform Controller Hub (PCH), ktorý nahrádza zbernicu DMI.

Typy čipovej sady

Existuje veľké množstvo modelov čipovej sady. S každým vývojom procesorov existuje aj vývoj týchto čipov. Rovnako ako vo všetkom, aj tu existujú nízko- výkonné komponenty pre správu komponentov s nižšou alebo nižšou rýchlosťou, stredný a vysoký výkon, ktoré ponúkajú maximálnu rýchlosť a podporu pre rôzne grafické karty a najrýchlejšiu RAM na trhu.

Podľa výrobcu procesorov nájdeme čipsety určené pre procesory AMD a čipsety určené pre procesory Intel.

Ďalšie informácie o najnovších modeloch čipových súprav pre obe technológie a ich porovnanie nájdete v nasledujúcich článkoch:

Zásuvka pre mikroprocesor

Pretože to nemohlo byť inak, na základnej doske je miesto, kde musí byť nainštalovaný mikroprocesor, a preto bude na komunikáciu so základnou doskou potrebná zásuvka s fyzickými konektormi. Existujú dva typy zásuviek:

• PGA (Pid Grid Array): v tejto zásuvke je panel s otvormi na vloženie mikroprocesora dovnútra, ktorý bude mať kontaktné kolíky na vloženie. LGA (Land Grid Array): Zásuvka obsahuje maticu pozlátených kontaktov, ktoré vytvárajú kontakt medzi základnou doskou a procesorovým čipom, ktorá má iba plochý povrch s kontaktnými bodmi.

Technológia vkladania sa nazýva ZIF (Zero Insertion Force) a čip sa do pätice perfektne nehodí, ak v tomto procese musíte vyvinúť silu.

Rovnako ako v prípade procesorov, existuje veľa typov zásuviek pre vašu inštaláciu. To znamená, že pri kúpe základnej dosky určitej architektúry je potrebné získať procesor kompatibilný s touto architektúrou.

Každá základná doska je navyše určená pre výrobcu procesorov, takže zásuvka aj čipová súprava musia byť kompatibilné s príslušnou značkou.

Ak sa chcete dozvedieť viac o tom, ako procesor funguje, odporúčame nasledujúci článok:

• Čo je procesor a ako to funguje?

Pamäťové sloty RAM

Tieto konektory alebo zbernice sú zodpovedné za umiestnenie pamäťových modulov RAM, ktoré sa nainštalujú do zariadenia. Všeobecne majú základné dosky 4 sloty alebo kvalitné základné dosky 8.

Tieto sloty budú zvyčajne navrhnuté tak, aby pracovali s dvojkanálovou technológiou alebo dokonca štvorkanálovou technológiou. Rovnako ako v prípade procesorov bude každá základná doska podporovať určitú architektúru pamäte RAM.

Základné dosky v súčasnosti majú rôzne typy slotov RAM, hoci všetky patria do štandardu DDR. Budeme mať: DDR, DDR2, DDR3 a DDR4

Ak sa chcete dozvedieť viac o tom, ako funguje RAM, odporúčame náš článok:

• Čo je to RAM a ako to funguje?

VRM

Skratka pre modul regulátora napätia. Sú to súpravy komponentov, ktoré transformujú elektrický prúd, ktorý sa dostáva k základnej doske, na napätia rôznych hodnôt a prúdov, takže ich používajú ostatné komponenty, ktoré sú na nej nainštalované. Tento komponent, napriek tomu, že nie je zvlášť pútavý, je nevyhnutný na správne fungovanie komponentov a na zabránenie ich zlomeniu.

Viac informácií o týchto komponentoch nájdete v našom článku:

Rozširujúce sloty

Budú to sloty, ktoré majú funkčnosť rozširovania hardvéru nainštalovaného v našom zariadení. Do nich môžete inštalovať grafické karty, pevné disky, sieťové karty, zvukové karty atď.

Tieto sloty sa v súčasnosti nazývajú PCI-Express alebo PCI-E a nahrádzajú tradičné PCI. Každý rozširujúci slot PCI-E nesie 1, 2, 4, 8, 16 alebo 32 dátové spojenia medzi základnou doskou a pripojenými kartami. Tento počet odkazov kódujeme ako predponu x, napríklad x1 pre jednoduché alebo jednotkové spojenie a x16 pre kartu so 16 odkazmi, ktoré sa používajú pre grafické karty. Každý z týchto odkazov poskytuje rýchlosť 250 MB / s.

Ak máme 32 odkazov, poskytnú maximálnu šírku pásma, tj 8 GB / s v každom smere pre PCIE 1.1. Najbežnejšie používaným je PCI-E x16, ktorý poskytuje šírku pásma 4 GB / s (250 MB / sx 16) v každom smere. Jeden odkaz je približne dvakrát rýchlejší ako bežný odkaz PCI. 8 liniek má šírku pásma porovnateľnú s najrýchlejšou verziou zbernice AGP, čo sú staré sloty pre grafické karty.

BIOS

BIOS alebo základný vstupno-výstupný systém je pamäť ROM, EPROM alebo Flash-RAM, ktorá obsahuje informácie o konfigurácii základnej dosky na najnižšej úrovni.

Vo vnútri systému BIOS sa nachádza aj pamäťový čip s názvom CMOS. Program, ktorý je v ňom uložený, je schopný inicializovať všetky fyzické súčasti dosky, aby sa mohol počítač spustiť. Okrem toho je zodpovedný za ich kontrolu, či neobsahujú chyby alebo chýbajú zariadenia, napríklad nedostatok pamäte RAM, CPU alebo pevného disku.

Pamäť systému BIOS je neustále napájaná z batérie. Týmto spôsobom sa pri vypnutí stroja nestratia údaje a parametre nakonfigurované v počítači. Ak je v každom prípade táto batéria vybitá alebo ju odstránime, informácie systému BIOS sa nastavia na predvolené hodnoty, ale nikdy sa nestratia.

Zvuková karta a sieťová karta

Sú to čipy zodpovedné za spracovanie multimediálneho zvuku nášho zariadenia a sieťové pripojenie. Jeho čipy sa nachádzajú v blízkosti výstupných portov základnej dosky a my ich môžeme pri mnohých príležitostiach identifikovať podľa výrazu RealTek, pretože je výrobcom mnohých z týchto zariadení integrovaných na základnej doske.

Konektory SATA

Toto je komunikačný štandard v dnešných počítačoch na pripojenie mechanických pevných diskov a tiež diskov SSD. V SATA sa na prenos údajov používa namiesto paralelnej sériovej zbernice. Je to oveľa rýchlejšie ako tradičné IDE a efektívnejšie. Okrem toho umožňuje horúce pripojenie zariadení a má oveľa menšie a lepšie spravovateľné autobusy.

Na základnej doske môžeme mať až 6 alebo 10 z týchto portov na inštaláciu pevných diskov. Aktuálny štandard sa nachádza v SATA 3, ktorý umožňuje prenosy až do 600 MB / s

Ak sa chcete dozvedieť viac o tom, ako pevný disk funguje, odporúčame nasledujúci článok:

• Čo je to pevný disk a ako to funguje?

Konektor M.2

Tento port je už nainštalovaný takmer na všetkých doskách. M.2 je nový komunikačný štandard určený na nahradenie spojenia pre disky SATA SSD v strednodobom a krátkodobom horizonte. Používa komunikačné protokoly SATA aj NVMe. M.2 je určený výhradne na inštaláciu pamäťových jednotiek takýmto spôsobom, aby sme zabránili obsadeniu slotov PCI-E. Tento štandard nemá rýchlosť PCI-E, ale je oveľa vyšší ako SATA.

Ak sa chcete dozvedieť viac o tom, ako SSD funguje, odporúčame nasledujúci článok:

• Čo je SSD a ako to funguje?

Napájacie konektory

Základná doska sa musí pripojiť k zdroju napájania, a preto má rôzne typy napájacích konektorov.

ATX

Je to tradičný konektor, ktorý ovláda základnú dosku vo väčšine jej komponentov. Pozostáva z 24 káblov alebo kolíkov a obvykle sa nachádza na pravej strane vedľa slotov RAM.

Výkon CPU

Okrem konektora ATX2 majú takmer všetky nové základné dosky, aspoň ATX, tento typ konektora určený výlučne na napájanie procesora. Tieto typy napájacích zdrojov pomáhajú zvyšovať napájanie základnej dosky, najmä v prípade pretaktovaných procesorov, ktoré potrebujú viac energie na spotrebu.

Nájdeme 4-pinový konektor CPU (starší), jeden z 8 alebo jeden zo 4 + 6 pinov. Jeho funkcie budú prakticky rovnaké a všetko funguje s napätím 12V.

Externé konektory

Tieto konektory budú umiestnené na jednej strane základnej dosky, takmer vždy vľavo. Budete mať na starosti pripojenie periférnych zariadení, ktoré máme v našom nastavení, napríklad tlačiarne, myši, klávesnice, reproduktory, úložné jednotky atď. Môžeme rozlišovať nasledujúce typy:

• PS / 2: Existujú dva porty tohto typu, ktoré sa už prakticky nepoužívajú. Majú 6 pinov a sú určené na pripojenie klávesnice a myši. Prakticky žiadna klávesnica nemá tento typ konektora, takže sa presúva a nahrádza za USB USB (Universal Serial Bus): je to najpoužívanejší štandard sériového pripojenia na svete. Tento konektor je plug and play, takže môžeme pripojiť horúce zariadenie, aby ho operačný systém okamžite rozpoznal. Okrem výmeny údajov umožňuje aj zarovnanie na periférii, vďaka čomu je veľmi pohodlné a univerzálne. V súčasnosti existujú štyri verzie tohto portu, USB 1.1 s rýchlosťou 12 Mb / s, USB 2.0 s 480 Mb / s, USB 3.0 s 4, 8 Gb / sa USB 3.1 s 10 Gb / s FireWire: Je to štandard podobný USB, ale používa sa hlavne v Amerike. Majú prakticky rovnaké funkcie ako USB a má 4 verzie, najrýchlejší je FireWire s3200 s 3, 2 Gb / s HDMI alebo DisplayPort: Tieto porty budú existovať, ak základná doska obsahuje integrovanú grafickú kartu. Je to digitálny multimediálny komunikačný štandard, ktorý umožňuje pripojenie videozariadení s vysokým rozlíšením. Tieto porty prechádzajú obrazové aj zvukové signály, čo ich robí obzvlášť užitočnými. V súčasnej dobe prakticky úplne nahradili port VGA DVI a VGA: porty na pripojenie predchodcu HDMI Ethernet: port pre internetový konektor RJ 45 3, 5 ": konektor pre vstupné alebo výstupné zvukové zariadenia

Ďalšie prvky

• Interné porty pre USB: konektory sú k dispozícii v spodnej časti základnej dosky a rozširujú tak porty USB nášho zariadenia. Dostupné porty USB na šasi sa zvyčajne pripoja. Interné zvukové porty: Rovnako ako pri USB, doska má interný port na pripojenie mikrofónu a reproduktorov z portov usporiadaných v šasi. Hodiny: na synchronizáciu všetkých vnútorných komponentov je potrebný rad hodín, ktoré pracujú pri rôznych frekvenciách, v závislosti od potrieb každej zložky. Konektory ventilátora: Jedná sa o konektory 12 V určené na vloženie ventilátorov, ako sú ventilátory CPU alebo šasi. Majú 4 kolíky. Štartovací panel: jedná sa o rad napájacích konektorov, do ktorých sú zapojené tlačidlá na šasi, ktoré sú zodpovedné za spustenie a resetovanie systému. Pripojené budú aj kontrolky LED pevného disku a napájania.

Prevádzka základnej dosky

Prevádzka základnej dosky je pomerne zložitá, pretože na nej je nainštalovaný veľký počet prvkov a počet autobusov určených na výmenu informácií. Schematicky ju môžeme znázorniť nasledujúcim spôsobom:

V tejto schéme môžeme rozlíšiť hlavné prvky, ktoré zasahujú do prevádzky a riadenia, a ako východiskový bod možno uviesť proces spustenia počítača:

Prvou vecou, ​​ktorú by základná doska mala vykonať pred načítaním operačného systému z pevného disku, je inicializácia komponentov. Program umiestnený v systéme BIOS je zodpovedný za kontrolu všetkých zariadení, ktoré sú k nemu pripojené: CPU, RAM a pevných diskov základným spôsobom. Ak niektorá z nich chýba, je poškodená alebo zistí iné anomálie, základná doska vydá chybový kód preložený do zvukových zvukových signálov alebo tiež prostredníctvom kódu v paneli LED umiestnenom na nej.

Po dokončení fázy overovania sa interná zbernica načíta informáciami z pamäťových jednotiek. Tu zasahuje južný most (ak existuje) a severný most.

Po vyžiadaní informácií od pevných diskov a vstupných / výstupných zariadení a ďalších komponentov je severný most zodpovedný za spojenie procesora s RAM. To sa vykonáva prostredníctvom prednej zbernice alebo prednej bočnej zbernice (FSB). Bude pozostávať zo 64 vlákien alebo 64 + 64 v prípade implementácie dvojkanálovej technológie.

V každom prípade sa už údaje operačného systému načítané do pamäte už nachádzajú na spustenie počítača.

Súčasne severný most odošle grafické signály na grafickú kartu nainštalovanú v slote CPI-E x16, ktorý priamo riadi. Alebo sa vo vašom prípade spojí s grafickou kartou nainštalovanou na základnej doske. To sa vykonáva pomocou zbernice FSB.

V každom prípade sa počítač spustí a výmena údajov na spracovanie bude riadená prvkami pripojenými k zbernici a čipovej sade.

Konečný záver a očakávania týkajúce sa základnej dosky

Ak nám bolo jasné, že je čoraz ťažšie vysvetliť fungovanie komponentov počítača zjednodušeným spôsobom. Technológia napreduje neuveriteľnou rýchlosťou a prvky sú čoraz zložitejšie a funkčnejšie a komplexnejšie.

Pri rýchlosti, ktorú ideme, je možné, že bariéra 5 nm bude dosiahnutá vo veľmi krátkom čase a uvidíme, že veľké spoločnosti sú inžinierske, aby šli ďalej.

Pokiaľ ide o nás, sme potešení týmito pokrokmi, stále rýchlejšie, zložitejším vybavením a za nepretržitú cenu, ak ideme na komponenty strednej triedy, ktoré sú tiež veľmi dobré.

Odporúčame tiež náš článok o kvantových procesoroch

• Čo je to kvantový procesor a ako to funguje?

Dúfame, že v tomto článku ste sa dozvedeli viac o prvkoch základnej dosky a jej základnej činnosti. Ak máte akékoľvek pochybnosti, objasnenie alebo chybu, neváhajte a povedzte nám to.