Základní deska (mainboard, motherboard)

Transkript

1 Základní deska (mainboard, motherboard) Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a integrovaným součástem na základní desce poskytnout elektrické napájení. Současné základní desky mají integrovány obvody, které byly v minulosti řešeny výhradně formou rozšiřující karty, která se zasouvala do normovaného slotu systémové sběrnice. Jedná se například o řadiče disků, síťové, zvukové a grafické rozhraní, atd. Nejdůležitějším logickým obvodem základní desky je čipová sada, neboli chipset, který umožňuje procesoru komunikovat s ostatními částmi počítače (resp. řídit jejich činnost). V obvodech čipové sady jsou integrovány především řadiče určitých zařízení nebo obvodů a dále tzv. adaptéry sběrnic. Jedná se o tzv. podpůrné obvody procesoru. Popis základní desky Zvukový kodek Síťový adaptér Ethernet Zadní blok konektorů Digitální S/PDIF výstup PCIe x1 PCI sběrnice Speciální konektor pro DPS modul Konektor PCIe x16 pro grafickou kartu Patice pro procesor Soket T Konektory FireWire MCH Baterie řadič RAID ICH7R Dual Bios Konektory SATA Sloty pro moduly operační paměti DDR 2 I/O řadič Konektory předního panelu Konektor PATA Konektor FDD Napájení ATX

2 Příklad konektorů základní desky: Většina současných desek obsahuje tyto důležité součástí: Patici (socket) pro připojení procesoru Obvody čipové sady. V současnosti pouze tzv. jižní most (obvod IOH), FlashROM paměť obsahující BIOS + baterie (uchování navolených parametrů vyžaduje trvalé napájení) Paměťové banky (konektory) pro moduly operační paměti Sloty pro přídavné karty některého ze sběrnicových standardů (PCI, PCI Express, případně AGP) Obvody pro úpravu napájecího napětí procesoru Integrovaná rozhraní: - síťové, grafické, zvukové rozhraní, - rozhraní disků (PATA, SATA, msata, M.2 pro SSD, RAID), - univerzální rozhraní (USB, PS/2, FireWire, RS-232, Centronics atd.) Konektory pro připojení spínaného napájecího zdroje BIOS (Basic Input Output System) Na základní desce se nachází polovodičová paměť FlashROM, ve které je uložen BIOS. Jedná se o základní program počítače (firmware), který zprostředkovává komunikaci mezi hardwarem v počítači a operačním systémem. Ke konfiguraci slouží SETUP. V něm lze nastavit několik základních parametrů hardwaru počítače. Základní funkce BIOSu: detekce základního hardwaru (konfigurace procesoru, operační paměti, pevného disku, základních sběrnic a rozhraní atd.) provedení základních testů a nahlášení případných chyb. Kód případné chyby může být oznámen: - textová zpráva na monitoru, - zvukovým kódem (sekvence akustických tónů) - světelným kódem (série LED na základní desce, blikající LED v klávese CAPS LOCK), - číselným kódem (na desce může být sedmi-segmentový displej.

3 nastavení parametrů integrovaných zařízení (procesor, operační paměť, řadiče disků, zvukové rozhraní, integrované grafické rozhraní, USB rozhraní atd.) nastavení základního zabezpečení počítače formou přístupového hesla monitorování některých parametrů jako např. údaje s teplotních čidel, rychlost otáčení větráčků aktivního chlazení, aktuální hodnoty napětí v jednotlivých větvích atd. správu napájení (tzv. Power management), tedy vypínání nepotřebných zařízení z důvodu úspory elektrické energie Při každém spuštění počítače provede BIOS otestování a nastavení hardware (dle zadaných parametrů) nutného pro spuštění operačního systému (fáze POST, tedy Power On Self Test). Poté se pokusí nalézt zaváděcí záznam operačního systému, jehož spuštěním dojde k zavedení operačního systému. BIOS je tedy v podstatě programové rozhraní mezi obvody základní desky a operačním systémem. Jelikož je BIOS uložen v paměti typu FlashROM (dříve EEPROM), je vhodné sledovat webové stránky výrobce základní desky a v případě vydání nové verze BIOSu jej aktualizovat. Novější verze obvykle opravuje odhalené chyby, popřípadě uživateli nabídne nové funkce. Některé základní desky disponují technologií Dual BIOS. Jedná se o dva identické paměťové čipy s BIOSem na jedné základní desce. Jeden je primární (hlavní) a druhý je záložní Po zapnutí počítače proběhne kontrola stavu hlavního BIOSu. Pokud je poškozený (např. neúspěšnou aktualizací), lze jej obnovit ze záložní kopie. To lze provést i v případě, že hlavní BIOS funguje, ale uživateli nevyhovuje novější aktualizovaná verze hlavního BIOSu. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) Počítač s BIOSem byl poprvé uveden na počátku 80. let 20. století 1. Jedná se o základní program počítače s jednoduchým textovým prostředím SETUPu. Pro současné moderní počítače začal být původní návrh BIOSu omezením. UEFI je moderní standardizované programové rozhraní mezi operačním systémem a firmwarem připojeného hardwaru počítače. Nahrazující starý koncept BIOSu srpna 1981 byl uveden první IBM PC (BIOS byl uložen v paměti typu ROM, oprava BIOSu pouze výměnou čipu)

4 EZ Mode Advanced Mode

5 Základní vlastnosti UEFI rozhraní: Graficky vyspělé a přehledné prostředí s možností ovládání pomocí myši, touchpadu nebo dotykové obrazovky. EZ mode, který přehledně zobrazuje informace o počítači (např. informace o procesoru, operační paměti, teploty, otáčky ventilátorů, úrovně napětí, atd.) a často používaných položkách nastavení, navíc nabízí široké možnosti nastavení parametrů v tzv. rozšířeném (advanced) módu. UEFI může využívat vlastní ovladače připojeného hardwaru, se kterým pak přímo komunikuje. Lze tedy například přímo pracovat se souborovým systémem disku (práce se soubory nebo celými diskovými oddíly), ovládat síťové rozhraní (např. získat přístup k internetu), vytvářet snímky obrazovky, atd. Secure boot je to bezpečnostní rozšíření v UEFI pro start certifikovaných operačních systémů. Se zapnutým Secure Boot nelze spustit před zavedením operačního systému jakýkoliv software (včetně součástí OS), který nemá veřejný šifrovací klíč tvůrce operačního systému uložený v paměti NVRAM 2 na základní desce. Zabrání se tím spouštění škodlivého kódu při startu počítače. Ve většině případů tuto funkci lze vypnout. Rychlejší spouštění a obnovení operačního systému z režimu hibernace. Podpora diskových oddílů větších než 2,2 TB. Podpora moderních ovladačů zařízení s 64 bitovým firmwarem. Možnost načtení (bootování) operačního systému v emulovaném režimu BIOSu. Formáty základních desek Pojem formát základní desky zahrnuje především rozměry a tvar základní desky, rozmístění součástek a otvorů pro uchycení desky v počítačové skříni a také druh počítačového napájecího zdroje (AT/ATX). Mezi základní formáty řadíme: XT byl navržen firmou IBM. První deska pro domácí počítače typu PC (Personal Computer), obsahovala integrovaný procesor Intel 8086, integrovanou operační paměť s kapacitou 640 kb a sloty pro přídavné karty sběrnicového standardu ISA. AT (Advanced Technology) byl navržen firmou IBM. Následovník formátu PC/XT a předchůdce ATX. Velikou odlišností od současného standardu ATX je, že se napájecí zdroj zapínal spínačem přímo napojeným na síť 230 V (dříve 220 V). Nebylo dostupné softwarové zapínání. Starší desky AT měly integrovaný procesor, novější již obsahovaly patici (socket). Operační paměť měla podobu modulů (SIPP, SIMM), které se zapojovaly do patice (paměťové banky). ATX byl navržen firmou Intel v roce Bylo zde dostupné softwarové zapínání. Zapnutí je možné pomocí Power tlačítka na počítačové skříni, síťové karty s funkcí Wake On LAN či jiné periferie připojené k základní desce (záleží na podpoře základní desky). V současné době patří k nejpoužívanějším. MicroATX - zmenšená verze ATX o 25 %, obsahuje méně rozšiřujících slotů, formát desky je vhodný zejména do kancelářských počítačů. 2 NVRAM (Non-Volatile RAM) je energeticky nezávislá paměť s přímým přístupem umožňující čtení i zápis

6 BTX (Balanced Technology Extended) byl navržen firmou Intel. Měl nahradit ATX. Rozmístění prvků na základní desce a v počítačové skříni mělo umožnit lepší chlazení, napájení a také snížit hlučnost. Příliš se neujal. ITX velmi malé rozměry základní desky, omezená výbava slotů pro přídavné karty, moduly operační paměti a malý počet rozhraní. Vhodné pro počítače s velmi malými rozměry (např. mini PC). Specifické formáty neodpovídají popsaným formátům. Většinou jsou vyrobeny na míru pro konkrétní typ počítače. Příkladem jsou desky pro notebooky, tablety, smartphony nebo desky stolních počítačů firmy Compaq, HP atd. Parametry základní desky 1. Čipová sada - Jde o základ každé základní desky. Od ní se odvíjí další parametry, výbava, rychlost a stabilita základní desky a podpora nových technologií. 2. Formát základní desky, rozměry (v současnosti především ATX, ITX, specifický formát) 3. Patice (socket) procesoru - s vývojem nových procesorů dochází ke změně jejich vnitřní struktury, což v praxi znamená také změnu patice procesoru na základní desce. Každý výrobce procesoru (AMD, Intel) vyvíjí své vlastní patice, které nejsou vzájemně kompatibilní. 4. Operační paměti - osazení pamětí vychází z použité čipové sady (resp. řadiče operační paměti). Zajímá nás především: - druh (technologie) paměti DRAM (SDRAM, DDR-DRAM 1 až 4, RDRAM), - podporované taktovací frekvence paměťové sběrnice (MHz), - počet komunikačních kanálů řadiče (1-4 kanály, obvykle 2 kanálové řadiče), - maximální kapacita operační paměti (GB). 5. BIOS, UEFI - pro uživatele je zajímavé především to, jaké parametry mohou nastavovat a v jakém rozsahu, možnost upgrade (flashování) na novější verzi, zda deska obsahuje Dual BIOS atd. 6. Obvody rozhraní - Současné základní desky se vyrábějí s dalšími integrovanými obvody, které již není přímo nutné dokupovat zvlášť. Zajímá nás především typ rozhraní, specifikace a počet portů: - grafické rozhraní (GPU + obrazový výstup DSUB, DVI, HDMI, DisplayPort) - zvukové rozhraní (analogové, digitální SPDIF + počet zvukových kanálů 2+1, 5+1, 7+1) - síťové rozhraní (Ethernet, WiFi, BlueTooth) - rozhraní pevného disku a optické mechaniky (PATA, SATA, RAID, msata, M.2) - univerzální rozhraní (USB, PS/2, FireWire, RS-232, LPT, esata) - sběrnice pro rozšiřující karty (PCI, AGP, PCI-Express 1, 4, 16) 7. Podpora multigpu technologií (SLI, CrossfireX) - možnost připojení více grafických karet