Základní desky Anglicky: Motherboard základní komponenta osobního počítače Poskytuje datová a napájecí rozhraní a fyzické uložení pro jednotlivé kompo

Transkript

1 Základní desky

2 Základní desky Anglicky: Motherboard základní komponenta osobního počítače Poskytuje datová a napájecí rozhraní a fyzické uložení pro jednotlivé komponenty Několikavrstevná deska (PCB) osazená elektronickými obvody a konektory

3 PCB Printed Circuit Board, deska tištěných spojů Součást každé základní desky Na PCB se umisťují další elektronické součástky a konektory Podobná struktura u adaptérů

4 PCB schéma

5 PCB schéma

6 PCB funkce 1. mechanická udržuje všechny komponenty fyzicky pohromadě 2. elektronická poskytuje komunikační spojení mezi jednotlivými komponentami na nejnižší fyzické úrovni 3. tepelná slouží k základnímu chlazení komponent

7 PCB struktura Povrchová ochranná vrstva chrání desku před vnějšími vlivy, ochranný film, nástřik Signálová vrstva zajišt uje logickou komunikaci, tvořena tenkou vrstvou vodivého materiálu, většinou měď Izolační vrstva odděluje signálovou a zemnící vrstvu, většinou z Preprogu (sklo-uhlíková výztuž prosycená polymerní matricí) Napájecí-zemnící vrstva zajišt uje zemnění, napájení a odvod tepla, převážně z mědi Nosné jádro zajišt uje mechanické vlastnosti desky

8 Základní desky Odlišnosti v těchto vlastnostech: 1. rozměry desky 2. způsob uchycení a typ napájecích konektorů 3. výrobce 4. vybavenost rozhraními a paticemi procesoru 5. chipset 6. způsob chlazení komponent 7. možnost přetaktování (souvisí s BIOSem základní desky)

9 Form factor (nejobvyklejší typy) Popis specifikací: Nejpoužívanější: ATX (305 x 244 mm): Intel, 1995, standard 1999 micro-atx (244 x 244 mm): zmenšená o 25 %, méně slotů mini-itx (170 x 170 mm): netbooky, procesor přiletován BTX (nekompatibilní s ATX case): Intel, 2004, lepší cirkulace vzduchu

10 Proudění vzduchu ATX

11 Proudění vzduchu BTX

12 Form factor Pro servery EATX (305 x 330 mm): pro servery do racku WTX (355,6 x 425,4 mm): pro tower servery Obsahují více patic pro procesory, SATA porty pro disky, sloty pro paměti

13 Form factor Pro embedded zařízení desky odvozené od ITX: 1. mini-itx (170 x 170 mm) 2. nano-itx (120 x 120 mm) 3. pico-itx (100 x 72 mm) 4. mobile-itx (75 x 45 mm) 5. ETX (95 x 114 mm)

14 Form factor

15 Rozhraní, interfaces Rozšiřují funkce o další možnosti prostřednictvím konektorů připájených na PCB. I/O back panel a front panel Socket, patice (procesor) Slot (rozšiřující karta, paměť) Konektor (USB, COM, LPT)

16 Sběrnice Sběrnice má za účel zajistit přenos dat a řídicích povelů mezi dvěma a více elektronickými zařízeními. Paralelní sběrnice: skupina signálových vodičů, kterou lze rozdělit na skupiny řídicích, adresových a datových vodičů Sériová sběrnice: sdílení dat a řízení na společném vodiči (nebo vodičích)

17 Sběrnice Komunikační linky realizované tištěnými spoji. Na sběrnice se pomocí slotů se připojují rozšiřující karty. Slouží ke komunikaci mezi procesorem a chipsetem, pamětí apod. Je také uvnitř procesoru.

18 Sběrnice Sběrnice (paralelní) má tyto části: řídící: pro řídící signály adresová: přenos adres datová: přenos dat Šířka sběrnice je 32 či 64 bitů

19 Sběrnice Dělíme ji na: systémová sběrnice (CPU bus): propojuje procesor, koprocesor, cache paměť, řadič cache paměti a operační paměti rozšiřující sběrnice: připojuje rozšiřující karty

20 Sběrnice Podle způsobu práce: synchronní: pracuje synchronně s procesorem (většina sběrnic) pseudosynchronní: dovoluje zpozdit přenos údajů o určitý počet taktů lokální sběrnice: náročné operace s daty se provádějí přes rychlou systémovou sběrnici

21 Sběrnice

22 Sběrnice ISA - starší typ pasivní sběrnice PCI - novější typ inteligentní sběrnice AGP - jednoúčelová sběrnice určená pro připojení grafického rozhraní (karty) PCI-X - zpětně kompatibilní rozšíření sběrnice PCI PCI-Express (PCIe) - nová sériová implementace sběrnice PCI USB - sériová polyfunkční sběrnice FireWire - sériová polyfunkční sběrnice

23 ISA, EISA Industry Standard Architekture, od IBM Dříve označována jako AT bus. 8 nebo 16 bitová sběrnice rychlost 8 nebo 16 MB/s Extended ISA 32 bitová s teoretickou rychlostí 33 MB/s Nástupce je PCI

24 PCI Peripheral Component Interconnect, od r Vlastnosti: 32 / 64 bitová šířka sběrnice, 33 či 64 Mhz obnovovací frekvence teoretická přenosová rychlost 133 (32 bit, 33 Mhz), 266 (64 bit, 33 Mhz) a 533 MB/s (64 bit, 64 Mhz) napájecí napětí 3,3-5 V technologie Plug and Play

25 PCI Express, PCIe od r. 2004, momentálně nejpoužívanější rozšiřující sběrnice Sériový přenos (zvyšování frekvence) Komunikační pásmo je rozděleno do kanálů (linky, PCI Express lines) Fyzické rozhraní má 1, 4, 8, 16 linek odlišná délka slotu (označujeme x1, x4, x16 atd.) Propustnost je 250 MB/s na jednu linku u v1. x, v3.0 1 GB/s

26 PCIe

27 PCIe

28 AGP Advanced Graphics Port (Accelerated Graphics Port), od roku 1997 Specializovaná modifikace PCI pro grafické karty Propustnost 2 GB/s

29 AGP AGP 1x MB/s AGP 2x MB/s AGP 4x MB/s AGP 8X MB/s Nestandardní: 64-bit AGP, Ultra-AGP, UltraAGPII, AGP Pro

30 AGP

31 AGP

32 Chipset, čipová sada Integrované obvody, které zajišťují komunikaci mezi jednotlivými komponentami (procesor, paměti, rozšiřující karty, BIOS a konektory) Struktura systémový řadič: řídí spolupráci jednotlivých obvodů základní desky řadič sběrnice: zabezpečuje komunikaci mezi systémovou a rozšiřující sběrnicí buffer dat: slouží k zachycování dat a jejich přepínání mezi datovými sběrnicemi

33 Chipset, čipová sada Výrobci: Intel, Via, nvidia, AMD 2 koncepce: North-South bridge design (starší) One chip design - současné chipsety

34 Chipset, čipová sada

35 Chipset, čipová sada North bridge obstarává vysokorychlostní komunikaci s grafickou kartou, operační pamětí a procesorem. South bridge obstarává komunikaci s relativně pomalými rozšiřujícími kartami, disky, řadiči externích rozhraní a různými mechanikami. Zprostředkovává služby BIOSu.

37 Chipset, čipová sada Pokud je do severního mostu integrována grafika integrovaný grafický procesor (IGP Integrated Graphics Processor) Paměťový řadič (zajišťuje komunikaci procesoru s moduly operační paměti) je přestěhován do pouzdra procesoru

38 Chipset, čipová sada Oba mosty integrovány do jednoho čipu. Výhody: malé rozměry, nižší cena a spotřeba Nevýhody: omezená modularita a nižší výkon Uplatňuje se v: netbooky, routery, print servery atd.

40 Chipset, čipová sada Integrace paměťového řadiče z North bridge do procesoru Navyšování rychlosti sběrnice mezi North bridgem a procesorem Integrace North bridge do pouzdra procesoru Nejedná se o One Chip Design

42 Chipset, čipová sada Současné čipsety - Platform Controller Hub (Intel)

43 Chipset, čipová sada Platform Controller Hub (PCH) centrální rozbočovač Určité funkce severního můstku (řadič paměti, PCIe grafiky) jsou integrovány do procesoru. PCH přijal zbývající funkce (např. systémové hodiny) a přidal je k tradičním funkcím jižního můstku.

44 Chipset, čipová sada Komponenty umístěné na PCB (v samostatném čipu či chipsetu) Vlastnosti: 1. nižší výkon 2. komponenta je užitečná co největšímu počtu uživatelů s nejnižšími náklady

45 Chipset, čipová sada Grafika: 1. integrace grafického čipu do North bridge 2. grafická paměť v části operační paměti Zvuková karta Síťová karta 1. kabelový ethernet (RJ 45) 2. bezdrátová technologie wifi

46 Integrovaná zařízení Komponenty umístěné na PCB (v samostatném čipu či chipsetu) Vlastnosti: 1. nižší výkon 2. komponenta je užitečná co největšímu počtu uživatelů s nejnižšími náklady

47 Integrovaná zařízení Grafika: 1. integrace grafického čipu do North bridge 2. grafická paměť v části operační paměti Zvuková karta Síťová karta kabelový ethernet (RJ 45) bezdrátová technologie wifi

48 Rozhraní a konektory USB (Universal Serial Bus), řadič na mainboardu Vlastnosti: 1. nízká cena řadičů 2. závislost přenosové rychlosti na vytížení procesoru 3. Plug and Play 4. až 127 zařízení 5. zpětná kompatibilita

49 Rozhraní a konektory založeno na USB rozbočovačích (repeater) Typ A: obousměrný tok dat Typ B: tok dat spíše do zařízení (tiskárny)

50 Rozhraní a konektory

54 Rozhraní a konektory - USB v. 2.0: propustnost 480 Mb/s a rychlost 240 Mb/s v. 3.0: propustnost 600 Mb/s a rychlost 300 Mb/s Zařízení s nižšími nároky (až 900 ma u v. 3.0) napájena kabelem. Zařízení s vyššími nároky napájena samostatně.

55 Rozhraní a konektory - USB USB mass storage (sada komunikačních protokolů) pro připojení USB zařízení jako diskové jednotky (flash disky, externí disky, některé fotoaparáty). Bootovatelná USB zařízení (nutná podpora BIOSu)

56 Rozhraní a konektory - USB USB mass storage (sada komunikačních protokolů) pro připojení USB zařízení jako diskové jednotky (flash disky, externí disky, některé fotoaparáty). Bootovatelná USB zařízení (nutná podpora BIOSu)

57 Rozhraní a kon. - FireWire Také i.link či IEEE 1394, sériové rozhraní Konkurence USB Připojení až 63 zařízení, délka kabelu 4,5 m Vyšší cena a spolehlivost FireWire (IEEE 1394b) ,145.7 Mbit/s Možnost napájení zařízení podobná USB

58 Rozhraní a kon. - FireWire podpora technologií Plug and Play a Hot Swap Rozdílné konektory pro verze 400 a 800

59 FireWire vs. USB USB vyžaduje přítomnost masteru sběrnice, obvykle PC, který se spojuje s USB slavem FireWire je v podstatě peer-to-peer síť (kde každé zařízení může sloužit jako host nebo klient) USB před 3.0 je half-duplex (v jednom okamžiku komunikuje pouze jedním směrem) FireWire je full-duplex

60 Thunderbolt Představeno v 2011 f. Intel v počítačích Apple Lze zapojit 7 zařízení za sebou na jeden port, až dvě z těchto zařízení mohou být displeje ve vysokém rozlišení používající DisplayPort. Zařízení do 10 W spotřeby lze napájet Propustnost: 6,25 Gb/s Bez licenčních poplatků

61 Thunderbolt

62 Thunderbolt Thunderbolt spojuje PCI-Express a DisplayPort do sériového datového rozhraní. Řídící čipy Thunderboltu slučují data z těchto dvou zdrojů dohromady a rozdělují je zase zpátky ke zpracování v rámci zařízení, které tyto data obdrží. Tento systém je zpětně kompatibilní s existujícím hardware DisplayPortu.

63 DisplayPort

64 Thunderbolt

65 Thunderbolt

66 Thunderbolt DisplayPort, jenž integruje gigabitový ethernet, Firewire 800, audio and USB řadiče. Teoreticky lze propojit systém, který nemá žádný z těchto konektorů a funkcionalita je zajištěna prostřednictvím displeje

67 LPT Paralelní rozhraní (LPT) původně pro komunikaci s tiskárnami. Případně lze v BIOSu nastavit EPP (Enhanced Parallel Port) pro paměťová zařízení či ECP (Extended Capabilities Port) pro tiskárny a skenery.

68 LPT Využití u: Tiskáren, Zip mechanik, Starších skenerů, Starších webkamer, Některých prvních zvukových karet Hardwarové klíče Uživatelsky definované rozhraní, např. pro řízení krokových motorů

69 LPT

70 COM Sériový port (COM, RS-232) dříve se používal k připojení myši či modemu. Nástupce RS-422 se uplatňuje při zajištění rychlého sériového přenosu dat na velké vzdálenosti v prostředí s výrazným zarušením. A RS-485 se užívá jako průmyslová sběrnice. Add PS/2

71 COM Sériový port (COM, RS-232) dříve se používal k připojení myši či modemu. Nástupce RS-422 se uplatňuje při zajištění rychlého sériového přenosu dat na velké vzdálenosti v prostředí s výrazným zarušením. A RS-485 se užívá jako průmyslová sběrnice. Add PS/2

72 SCSI Small Computer System Integrated 1986, rozhraní disků a dalších zařízení (skenery), používalo se v serverech (drahé). Vysloužilé Lze připojit až 16 zařízení (poslední ukončeno terminátorem). Poslední standard Ultra-640 SCSI 640 MB/s

73 SCSI

74 Rozhranní disků Určuje jakým způsobem disk komunikuje, jaký kabel používá atd. ATA (přejmenováno na PATA Parallel ATA), u starších počítačů ATA-1 (1986) označováno jako IDE Řadič umístěn na pevném disku (platí dodnes) Datové rozhraní je 40 žilový kabel Data jsou organizována po 512 B blocích

75 PATA Na jednom kabelu maximálně dva disky (master a slave) Vylepšené ATA-2 (EIDE Enhanced IDE) je rychlejší a umožňuje připojit i jiná zařízení (CD mechanika), až 4 zařízení na jednom kabelu. V nejnovějších verzích je datová propustnost 1064 Mb/s. Standard ATAPI přinesl podporu mechanik s paměť. medii či S.M.A.R.T.

76 PATA

77 PATA vs. SATA

78 SATA Serial ATA sériové rozhraní k paměťovým zařízením Pouze jedno zařízení na kabelu (7 žilový)

79 SATA Je vybaveno pokročilými funkcemi 1. AHCI (Advanced Host Controller Interface): pokročilý režim práce řadiče, nezávislost na HW, tedy: 1. NCQ (Native Command Queuing): optimalizace dráhy hlavičky disku, zvyšuje výkon při přehrávání videa či hudby 2. Hot-Swap : možnost připojení zařízení za chodu Do WinXP bez podpory OS (v BIOSu IDE disk)

80 SATA Srovnání rychlostí přenosový režim maximální rychlost standard SATA 1-1,5 Gbit/s (150 MB/s) SATA 2-3 Gbit/s (300 MB/s) SATA 3-6 Gbit/s (600 MB/s) SATA Gbit/s Příslušnou specifikaci SATA musí mít shodnou disk i deska (problém může být rychlost přenosu mezi plotnami a vyrovnávací pamětí).

81 esata Specifikace pro připojení externích disků (rychlejší než USB 2.0, možnost napájení zařízení)

82 esata Základní vlastnosti: založeno bylo o něco později než klasická SATA, v roce 2004 konektory jsou robustní - pro časté odpojování maximální délka kabelu jsou 2 metry rychlost 3 Gb/s procesor zatěžuje méně než například sběrnice USB

83 esatap esatap je esata s integrovaným napájením (označováno jako esata power nebo power over esata) esatap vzniklo díky notebookům, u kterých výrobci kombinují porty USB a esata, díky přítomnosti USB je v portu dostupné i napájení, takže při použití správného kabelu a zařízení s podporou esatap není potřeba dalšího napájení

84 v=deszcuon9bu

85 Firmware Firmware je vlastní sw každého zařízení, od výrobce na paměťovém čipu. V některých typech zařízení se nazývá BIOS (např. grafická karta). Slouží k identifikaci zařízení, tzn. k zjištění správných ovladačů. Jeho chyby způsobují chybovost zařízení.

86 BIOS Basic Input/Output system BIOS motherboardu je systém, který zajišťuje základní funkce počítače. Základní firmware počítače resp. rozhraní k firmwaru jednotlivých zařízení. Používán při startu počítače, pak je odstaven OS. BIOS setup

87 BIOS nastavení taktu procesoru a operační paměti, napájecí napětí procesoru nastavení cache detekce harddisků, CD-ROM, DVD-ROM nastavení periferií (integr. zvuková, síťová karta, modem) bootovací sekvence (HDD, CD-ROM, USB, LAN, FDD)

88 BIOS hardware monitor - zobrazuje informace o teplotě procesoru, napětí zdroje, otáčky ventilátorů power management - nastavení možností napájení další služby - u notebooků např. kalibrace baterií

89 BIOS

90 EFI Extensible Firmware Interface Následovník BIOSu s otevřeným kódem Vlastnosti: 1. podpora 64 bitových systému 2. GUI, snadno konfigurovatelný 3. vlastní koncepce ovladačů 4. podpora šifrování a autentizace po síti 5. velikost EFI je mnohem větší než BIOSu

91 EFI

92 EFI

93 EFI

94 EFI Varianty: 1. UEFI (Unified EFI): MSI, Intel a další 2. Aptio (American Megatrends, výrobce AMI BIOSu) Podpora OS: 1. Windows od XP 64bit a Windows Server MacOS X od přechodu na Intel 3. Linux od jádra 2.6.x

95 EFI Zařízení: 1. ovladače zařízení jsou ve vrstvě EFI přístup k zařízení bez OS 2. možnost zabudovat vzdálenou správu zařízení (konfigurace zařízení bez nutnosti spouštět OS) 3. disky musí pracovat s rozdělení GPT (GUID Partition Table), nikoliv MBR 2. EFI shell práce se soubory a adresáři, preboot aplikace spustitelné z EFI, nainstalované na desce či skrytém oddílu

96 UEFI využití schopností nových procesorů a ukončení zpětné kompatibility s 16bitovými procesory 8086 podpora GPT, která umožňuje zavést operační systém z diskových oddílů (resp. pevných disků) větších než 2 TiB (což je limit původního MBR).

97 UEFI Secure boot je metoda, která umožňuje zajistit start počítače tak, že jsou použity jen certifikované softwarové komponenty při startu počítače jsou při zavádění do paměti kontrolovány elektronické podpisy veřejný klíč musí být uložen v čipu UEFI nebo TPM musí být podepsán zavaděč, jádro systému, softwarové moduly a podobně do Windows NT byla zavedena podpora secure bootu u Windows 8.

98 UEFI Secure boot Počítače, které jsou chráněny secure bootem, mohou zavést jen certifikovaný operační systém působí problémy zejména alternativním systémům, jako je Linux. Proto Linux Foundation vytvořila vlastní UEFI Secure Boot system, který secure boot obchází

99 UEFI Linuxové systémy jsou schopné používat EFI pro bootování již od roku 2000 pomocí EFI bootloaderu ELILO nebo později EFI verzí GRUBu HP-UX používá od roku 2002 (U)EFI jako způsob bootování na systémech IA-64. HP OpenVMS používá (U)EFI od svého počátečního ověřovacího vydání v prosinci 2003 a pro produkční vydání od ledna 2005

100 UEFI Apple adoptoval EFI pro svoji linii počítačů Macintosh používající procesory Intel. Itanium ve verzích pro Windows 2000 (Advanced Server Limited Edition a Datacenter Server Limited Edition) podporovalo v roce 2002 EFI Microsoft zavedl podporu UEFI pro operační systém Windows na platformě x64 ve verzích Windows Server 2008 a Windows Vista Service Pack 1.

101 UEFI - kritika EFI je kritizováno kvůli tomu, že zavádí do systému větší komplikovanost, aniž by přineslo významné výhody a staví se zcela proti opensource náhradám BIOSu jako OpenBIOS a Coreboot.

102 Zapnutí počítače 1. Nejdříve je spuštěn BIOS: 1. vynuluje registry procesoru 2. nastaví registr programový čítač na adresu, na které se nachází BIOS 3. je spuštěn BIOS 2. BIOS spustí test POST (Power-on Self-Test). který kontroluje fyzický stav a připojení komponent k desce.

103 Zapnutí počítače 1. Nejdříve je kontrolován procesor 2. Prověřen samotný test POST 3. Přes sběrnici POST kontroluje veškeré obvody, jsou-li funkční 4. Kontrola časovače 5. Kontrola videopaměti, začíná fungovat obrazovka

104 Zapnutí počítače 6. Kontrola paměťových modulů 7. Kontrola klávesnice (mohu vstoupit do BIOSu) 8. Kontrola dalších zařízení

105 Zapnutí počítače Je zajištěna hardwarová konfigurace systému 1. BIOS spustí základní zaváděcí program bootstrap loader 2. Bootstrap loader postupně prověřuje paměťová média dle posloupnosti BIOSu a zvolí první. 3. Bootstrap loader najde zaváděcí záznam na tomto mediu a předá mu řízení (boot manager více OS či ntfs loader, GRUB, LILO). 4. Pracuje zaváděcí záznam příslušného OS