1. Základní deska PC, BIOS & SETUP

Transkript

1 1. Základní deska PC, BIOS & SETUP Základní deska Základní deska (anglicky mainboard či motherboard) je základním hardwarem většiny počítačů. Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a poskytnout jim elektrické napájení. Postupem času se funkce základní desky rozšiřovala v tom, ţe sama začínala obsahovat některé součástky počítače, které se do ní dříve musely zapojovat zvlášť. Základem MB jsou čipové sady (tzv. chipsety) U počítačů třídy PC tento termín obvykle označuje dva čipy na základní desce: o northbridge (česky severní můstek) o southbridge (česky jiţní můstek). V dnešní době někdy výrobce implementuje jak northbridge, tak southbridge do jednoho čipu, neboli funkci zastupuje jeden celistvý čip. Do základní desky se instaluje procesor, paměti a rozšiřující karty. Připojují se k ní také disketové mechaniky, pevné disky a další zařízení. Specifikace Základních desek Základní desky se od sebe liší například svou velikostí nebo tím, jaké procesory a paměti se do nich mohou být instalovány, jaké mají uspořádání komponent a jaké periferie jsou integrovány v rámci základní desky. Kvalita základní desky velmi ovlivňuje stabilitu i výkon vlastního počítače. Důleţitým parametrem pro výběr základní desky je typ chipsetu, jenţ do značné míry ovlivňuje výkon vlastního počítače, a to především datový tok mezi procesorem a ostatními prvky počítače. Rozměry Základních Desek: Obrázek 1 - Chipset 1 Obrázek 2 - Rozměry základních desek

2 Základní dělení desek Nejobecnější dělení základních desek je: o AT o ATX o BTX o ITX Všimněte si, ţe toto dělení bylo jiţ bylo jednou zmiňováno a to v souvislosti s počítačovou skříní a zdrojem, to není náhoda. Volba těchto součástí spolu velmi úzce souvisí. Deska AT Starší formát MB lze uplatnit pouze ve starších počítačových skříních se starším zdrojem napájení. Formu AT vymyslela firma IBM na začátku osmdesátých let a představovala aţ do poloviny devadesátých let převaţující formu vyráběných desek. Pravděpodobně se s tímto typem desky jiţ nesetkáte, ale na dokreslení vlastního vývoje počítačů je vhodné znát základní informace i o této desce. 2

3 Deska ATX Formát základních desek ATX (tj. Advanced Technology Extended) byl vytvořen společností Intel v roce Byla to první velká změna v uspořádání počítačové skříně po mnoha letech. ATX svými přednostmi zcela nahradil zastaralý formát AT. Ostatní standardy pro malé základní desky (jako třeba microatx, FlexATX a mini-itx) obvykle zachovávaly základní koncepci a snaţily se pouze o zredukování velikosti desky a počtu rozšiřujících slotů. Základní desky ATX se liší tím, ţe mají jiné napájení, jsou také vybaveny elektronickým ovládáním zdroje, coţ umoţňuje spustit počítač po stisku klávesy nebo tlačítka na myši. Moţné je téţ buzení počítače na dálku pomocí modemu nebo pomocí síťové karty WOL (Wake on lan). Tuto moţnost ovšem musí základní deska podporovat a nevyplývá pouze z pouţití napájení typu ATX. Deska BTX BTX (balanced technology extended) byl původně byl navrţen na přelomu let 2004 a 2005 jako nástupce stárnoucí formy ATX. Byl zkonstruován tak, aby zmírňoval problémy vzniklé pouţíváním novějších technologií (které často potřebovaly více energie a produkovaly více tepla) na motherboardech vyhovujících ATX specifikacím z roku Intel se však po problémech s Pentiem 4 opět vrátil k vývoji úsporných CPU a další vývoj BTX Intelem byl zastaven. 3

4 Deska ITX Rozměry 17x17 cm. Vyvinutá firmou VIA Technologies v březnu Úsporná, komponenty typicky chlazeny pasivně. Mívá málo rozšiřitelných slotů (typicky jeden). Ideální vyuţití je v HTPC (Home Theater PC). BIOS a SETUP BIOS BIOS (z anglického Basic Input-Output System) implementuje základní vstupně výstupní funkce pro počítače IBM PC kompatibilní a představuje vlastně firmware pro osobní počítače. V současné době se BIOS pouţívá hlavně při startu počítače pro inicializaci a konfiguraci připojených hardwarových zařízení a následnému zavedení operačního systému, kterému je pak předáno další řízení počítače. Některé operační systémy, jako například všechny klony DOSu vyuţívají BIOS pro provádění většiny vstupně výstupních operací (čtení z disku, diskety, klávesnice, výstup znaku na monitor nebo tiskárnu apod.) V roce 1986 byl uveden 32-bitový procesor Intel 80386, avšak vývoj operačních systémů za ním zaostal. Pokročilé programy ovládaly hardware samy (např. editor Text602) nebo vyuţívaly DOS extendery a role BIOSu tak začala ustupovat do pozadí. 4

5 Nové úkoly pro BIOS přineslo ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) které zahrnovalo: o detekci a konfiguraci hardware o řízení spotřeby energie (anglicky power managment) o výměnu zařízení za běhu (anglicky hot swapping) o řízení teploty (anglicky thermal managment) o a spoustu dalších funkcí Programový kód BIOSu je uloţen na základní desce v nevolatilní (stálé) paměti typu ROM, EEPROM nebo modernější flash paměti s moţností jednoduché aktualizace (anglicky upgrade). Power On Self Test (zkráceně POST) je diagnostický program, který kontroluje hardware v zařízení a zároveň i jejich součinnost. Beep kód je označení pro zvukové výstraţné znamení vykonávané speakerem počítače, oznamující určitou zprávu POST na počítači. SETUP K nejstarším počítačům se dodávaly speciální programy, které umoţňovaly měnit jejich nastavení. Později se tzv. setup stal součástí BIOSu a dá se vyvolat stiskem specifické klávesy při startu počítače (klávesa F2, Delete a podobně). Defaultní nastavení se ukládá do nevolatilní BIOS paměti a dá se k němu pomocí spec. postupu vrátit. Uţivatelské nastavení se ukládá do dříve CMOS paměťi dnes EEPROM, nebo flash (zálohováno baterií). Operační paměti Paměti můžeme dělit dle různých kritérií: podle přístupu k buňkám paměti podle moţnosti změny dat podle technologie realizace paměťové buňky nebo technologie výroby podle organizace paměti a podle řady dalších kritérií Primárně paměti dělíme do dvou skupin na paměti: ROM (Read Only Memory) RWM (Read Write Memory) Aby bylo moţné paměť pouţít jako paměť operační, musí umoţňovat čtení i zápis RWM Častěji však vidíme označení RAM (Random Access Memory) Takto se ale obecně označuje libovolná (polovodičová) paměť, do které je moţno libovolně přistupovat a cokoli měnit. Po ztrátě napětí (výpadku proudu) se veškeré informace v ní uloţené ztratí. Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé říkáme ţe paměť je tzv. volatelní. Podle principu činnosti tuto paměť rozdělujeme na: Statickou (Paměťová buňka SRAM je realizována jako bistabilní klopný obvod, tj. obvod, který se můţe nacházet vţdy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uloţena 1 nebo 0) Dynamickou (V paměti DRAM je informace uloţena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Tento náboj má však tendenci se vybíjet, aby nedošlo ke ztrátě uloţené informace, je nutné periodicky provádět tzv. refresh, tj. oţivování paměťové buňky) 5

6 Malá odbočka - paměť typu ROM Paměti typu ROM jsou paměti, u kterých jsou data trvale uloţena Jedná se tedy o statické, energeticky nezávislé paměti, určené pouze ke čtení Data jsou v nich uloţena přímo výrobcem. Existují však varianty, u kterých lze informaci do paměti uloţit aţ podle přání uţivatele o Například: PROM EPROM EEPROM (Flash) Sběrnice pro rozšiřující karty Sběrnice Sběrnice (anglicky bus) je skupina signálových vodičů. Sběrnice má za účel zajistit přenos dat a řídicích povelů mezi dvěma a více elektronickými zařízeními. Jinými slovy sběrnice slouţí pro připojení různých zařízení k základní desce. Základní deska můţe obsahovat různé druhy sběrnic podle toho co je moţné do dané základní desky připojit. Přenos dat na sběrnici se řídí stanoveným protokolem. Sběrnice lze rozdělit na: Sériové Paralelní A dále potom jednotlivé vodiče rozlišujeme na: Řídící Adresové Datové Parametry sběrnic Šířka přenosu Maximální frekvence ISA (Industry Standard Architecture) Sběrnice pro rozšiřující karty, která byla vyvinuta firmou IBM v roce Adresová část, která měla šířku aţ 24 bitů a dokázala tedy adresovat aţ 16 MB paměti. Datová část sběrnice měla šířku 16 bitů. Na trhu se objevily ISA pouţívající jednu z 5 základních frekvencí - 4,77 MHz, 8 MHz, 10 MHz, 12 MHz a 16 MHz. Ačkoliv byla ISA úspěšná a časově nejdéle pouţívaná, dnes je jiţ minulostí a v současné době se základní desky obsahující ISA sloty nevyrábějí. Obrázek 1 - ISA 6

7 EISA(Extended ISA) Sběrnice EISA představuje snahu o sdola kompatibilní rozšíření sběrnice ISA na 32 datových a 32 adresních bitů současně s pouţitím vyšší přenosové rychlosti. Fyzicky jde o přidání druhého konektoru do řady za ISA konektor, do slotu tak lze vloţit jak ISA, tak EISA. Základní rychlost taktu sběrnice EISA je 33MHz. Tvůrci: Gang of Nine: AST Research, Compaq Computer, Epson, HP, NEC, Olivetti, Tandy, WYSE, Zenith Data Systems. Obrázek 2 - EISA VESA Bus(Video Electronics Standards Association Bus) VESA Local Bus byla nejoblíbenější lokální sběrnicí v letech 1992 aţ Za vznik sběrnice stojí výbor VESA Committe, který zaloţila firma NEC jako neziskovou organizaci. Hlavní význam VESA Local Bus bylo zkvalitnění slotu sběrnice pro grafické karty. Tato priorita byla motivována zvýšením prodeje na počítačovém trhu kvalitních displejů a počítačů firmy NEC. VESA vyvinula standard lokální sběrnice nazvaný VESA Local Bus, zkráceně VLBus. Sloty VL-Bus nabízí přímý přístup do systémové paměti rychlostí odpovídající rychlosti procesoru. Data mohou být přesouvaná najednou pomocí 32 bitů, čímţ je umoţněno toku dat mezi CPU a video subsystémem nebo pevným diskem v plné šířce čipu 486. Maximální omezení propustnosti VL-Busu je 128 MB aţ 132 MB/s. Obrázek 3 - VESA PCI 7

8 PCI(Peripheral Component Interconnect) Počítačová sběrnice pro připojení periferií k základní desce od firmy Intel představená v roce Obrázek 4 - PCI Pouţívá paralelní přenos dat (šířka 32 nebo 64 bitů) a je orientovaná na přenos zpráv místo přímé komunikace (anglicky message passing). Od zbytku systému je oddělena pomocí PCI mostů, které zprostředkovávají komunikaci s připojenými kartami, díky čemuţ není omezená platformou osobních počítačů PC. PCI sběrnice používaná v běžných domácích PC Šířka sběrnice 32 bitů Hodiny s kmitočtem 33,33 MHz Maximální teoretická přenosová rychlost 133 MB za sekundu (33,33 MHz 32 bitů 8 bitů/byte = 133 MB/s) PCI sběrnice pro výkonné stanice a servery Šířka sběrnice 64 bitů Hodiny s kmitočtem 66 MHz nebo 133 MHz Maximální teoretická přenosová rychlost 266 MB nebo 532 MB za sekundu. PCI 2.2 Umoţňuje 66 MHz signalizaci (vyţaduje 3,3 V signalizaci - nejvyšší moţná rychlost přenosu 533 MB/s) PCI 2.3 Dovoluje pouţít 3,3 V a univerzální klíčování, ale nedovoluje klíčování pro 5 V PCI 3.0 Konečný oficiální standard pro PCI sběrnici, byla úplně odstraněna moţnost 5 V PCI-X Zpětně kompatibilní s PCI 2.3 a zdvojnásobuje šířku na 64 bitů, upravuje protokol a zvyšuje maximální signalizační frekvenci na 133 MH1z PCI-X 2.0 Povoluje 266 MHz kmitočet (nejvyšší přenosová rychlost 2035 MB/s) a také 533 MHz, rozšiřuje konfigurační prostor na 4096 bajtů, přidává šestnáctibitovou variantu a umoţňuje signalizaci na 1,5 V Mini PCI Nová forma PCI 2.2 pro pouţití v přenosných počítačích CardBus Karta PC pro 32 bitovou, 33 MHz PCI Compact PCI pouţívá moduly velikosti Eurokarty 8

9 Klíčování Běţné PCI karty mají buď jeden, nebo dva klíčovací zářezy podle napěťové signalizace. Karty vyţadující 3,3 V mají zářez vedle přední strany karty (kde se nacházejí externí konektory) zatímco ty, vyţadující 5 voltů mají zářez na druhé straně. Takzvané univerzální karty mají oba zářezy a mohou přijímat oba typy signálů. AGP(Accelerated Graphics Port) Nízká propustnost PCI sběrnice a stále častěji se objevující grafické rozhraní aplikací muselo nutně vést k vytvoření specializovaného portu určeného pro grafické karty. Který by byl je rychlejší neţ PCI sběrnice a zároveň přinesl další vylepšení. Této výzvy se ujala firma Intel, která vyvinula a v roce 1997 představila speciální slot pro připojení grafické karty AGP. AGP slot není v pravém smyslu slova sběrnice, protoţe do AGP lze připojit pouze jedno zařízení. Jedná se o spojení typu point-to-point, které je určeno pro porty k připojení externích zařízení, zejména pro připojení grafických adaptérů a grafických akcelerátorů. Z důvodu zobrazení videa ve velkém rozlišení byl při návrhu AGP kladen důraz na co nejvyšší rychlost přenosu dat s malou latencí. Technologie AGP vznikla úpravou sběrnice PCI, takţe některé řídící signály jsou podobné (adresová a datová část AGP pouţívá stejné vodiče pro přenos jako PCI). Došlo k několika modifikacím, z nichţ nejvýraznější je odstranění arbitráţního obvodu. Z toho plyne jiţ výše zmiňované omezení, ţe je moţné připojit pouze jedno zařízení. AGP 1 Pouţívá 32bitový kanál na 66 MHz umoţňující maximální datový tok 266 MB/s, zdvojnásobený z 133 MB/s rychlosti sběrnice PCI 33 MHz / 32- bitů Napájení 3,3 V AGP 2 Pouţívá 32bitový kanál běţící na 66 MHz (double pumped) na efektivních 133 MHz umoţňující maximální přenosovou rychlost 533 MB/s Napájení 3,3 V Obrázek 5 - AGP 8x 9

10 AGP 4 Pouţívá 32bitový kanál běţící na 66 MHz (quad pumped) na efektivních 266 MHz umoţňující maximální přenosovou rychlost 1066 MB/s (1 GB/s) Napájení 1,5 V AGP 8 Pouţívá 32bitový kanál běţící na 66 MHz (8 bitů za takt) na efektivních 533 MHz umoţňující maximální přenosovou rychlost 2133 MB/s (2 GB/s) Napájení 1,5 V PCI Express Standard systémové sběrnice, který byl vytvořen jako náhrada za starší standardy PCI, PCI-X a AGP firmami Intel, Dell, IBM a HP. Sběrnice PCI-Express komunikuje (oproti svým předchůdcům) sériově, pomocí paketů. To přineslo řadu výhod, mimo jiné moţnost dále zvyšovat frekvenci, na které sběrnice pracuje (paralelní komunikace nezvládá vyšší frekvence kvůli problémům se synchronizací). Podobně jako AGP, tak i PCIe je nesprávně označována jako sběrnice, protoţe se opět (stejně jako u AGP) jedná o dvoubodový spoj a dá se k němu připojit pouze jedno zařízení. PCIe se obecně vyskytuje ve čtyřech variantách a to : 1x 4x Síťové karty, rozšiřující konektory, zvukové karty, modemy, apod 8x 16x (Téměř výhradně grafické karty) Propustnost PCI-Express 1.x MB/s (obousměrně 500 MB/s) 4-1 GB/s (obousměrně 2 GB/s) 8-2 GB/s (obousměrně 4 GB/s) 16-4 GB/s (obousměrně 8 GB/s) Propustnost PCI-Express MB/s (obousměrně 1 GB/s) 4-2 GB/s (obousměrně 4 GB/s) 8-4 GB/s (obousměrně 8 GB/s) 16-8 GB/s (obousměrně 16 GB/s) V roce 2010 měla být uvedena PCIe 3.0 u níţ se předpokládá zhruba dvojnásobek 2.0. Obrázek 6 - PCI Express 10

11 Zařízení integrovaná do MB Základní deska se v průběhu let značně změnila, vzpomeňte si kdyţ jsme se bavili o desce typu AT, kde se téměř kaţdá komponenta musela připojovat do konektoru na rozšiřující kartě, aţ do dnešní doby, kdy je na deskách typu ATX, nebo ITX zase naopak snaha veškerý potřebný HW integrovat do desky tak, aby běţný zákazník koupí základní desky koupil co moţná nejvíce funkční celek. Výrobci desek se dnes předhánějí v tom, jaká zařízení a v jakém počtu na svou desku umístí a na Vás jako na odbornících je vybrat vhodnou desku vzhledem k budoucímu vyuţití PC. Grafická karta Karta umoţňující výstup na zobrazovací zařízení, integrovaná do základní desky Nejsou moc výkonné, ale pro běţné aplikace stačí Síťová karta Modem Karta, která umoţňuje připojit počítač k jiným počítačům pomocí počítačové sítě Dnes běţné 10/100/1000 Mbps Modem je zařízení pro převod mezi analogovým a digitálním signálem Modemy se pouţívají především pro přenos digitálních dat pomocí analogové přenosové trasy Spíše integrováno v základních deskách notebooků, neţ u desktopů Zvuková karta Konektory Karta obsahuje zvukový čip, který provádí digitálně - analogový převod nahraného nebo vygenerovaného digitálního záznamu Růţový - mikrofon Modrý - line in Zelený - Přední levý a pravý reproduktor Šedá - Boční levý a pravý reproduktor Černý - Zadní levý a pravý reproduktor Ţlutá - Centrální reproduktor 11

12 Konektory na MB PS/2 Šesti-kolíkový konektor mini-din, jimiţ se k počítači připojuje myš a klávesnice esata Rozhraní esata se pouţívá pro připojení vnějších datových zařízení Nevýhodou je, ţe konektor neobsahuje Tento problém řeší esatap, coţ je esata s integrovaným napájením 12

13 Composite OUT SPDIF Téţ označován CVBS Pro přenos videa i zvuku přes jeden cinch je zkratka pro Sony/Philips Digital InterFace Jedná se o kolekci nízkoúrovňových a hardwarových protokolů pro přenos digitálně kódovaného zvukového signálu HDMI Zkratka anglického označení High- Definition Multi-media Interface Je to rozhraní pro přenos nekomprimovaného obrazového a zvukového signálu v digitálním formátu Sériový port RS232 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) je univerzální obvod, kolem kterého je vybudován asynchronní sériový port počítače, téţ označován jako RS232 Jedná se obousměrný, plně duplexní sériový dvoubodový interface s přenosovou rychlostí max. 38.4kb/s. Komunikace přes sériový port je ukázána na následujícím obrázku Jedná se o kontinuální přenos sloţený ze start bitu, 5-8 datových bitů, nepovinně z paritního bitu a stop bitů 13

14 Paralelní port - LPT Standardizován v roce 1994 Režimy činnosti SPP (Standard Parallel Port) - tiskárny EPP (Enhanced Parllel Port) - HDD, CD-ROM, ZIP disky ECP (Extended Capability Port) scanery a výkonné tiskárny Původně jednosměrný, poté obousměrný paralelní dvoubodový spoj s rychl. Aţ 800kb/s bez DMA. Délka kabelu 2 5 m Princip komunikace Pro princip komunikace se vţil termín "handshaking" (potřásání rukou), viz. obrázek vpravo Universal Serial Bus - USB Obousměrná, sériová sběrnice je vyráběna ve více rychlostech USB 1.1 low speed (1.5 Mb/s) USB 1.1 full speed (12 Mb/s) USB 2.0 high speed (480 Mb/s) Technologie Plug & Play Jak jiţ bylo řečeno na rozdíl od RS232 a LPT je USB sběrnice jejíţ fyzická topologie je několika úrovňová hvězdice 14

15 USB 3.0 Nová připravovaná verze Universal Serial Bus 3.0 by měla poskytnout přenosové rychlosti aţ 4,8Gb/s. Měla by poskytnout dostatečný výkon pro stále obsáhlejší multimediální data z moderních HD videokamer a jiných zařízení USB 3.0 si přitom má udrţet plnou kompatibilitu s USB 1.1 a USB 2.0 FireWire IEEE1394 Toto vysokorychlostní sériové rozhraní vyvinula firma Apple v polovině devadesátých let s cílem nahradit paralelní rozgraní SCSI Zařízení vybavená sběrnicí IEEE1394 mohou být propojována do stromové struktury bez HUBů a můţeme tak navzájem propojit aţ 63 zařízení Sběrnice IEEE1394 nepotřebuje hlavní řadič - na rozdíl od USB zde není potřeba počítač, ani jiný podobně komplikovaný přístroj jen pro řízení sběrnice Délka kabelu je omezena na 4,5 metry, ale s pomocí aktivních vyrovnávačů je moţné dosáhnout vzdálenosti aţ 72 metru Konektory jsou celkem tři a to 4-pinový, 6- pinový a 9-pinový Rozdělení FireWire 800 Tato specifikace byla představena firmou Apple v roce 2003 jako reakce na USB 2 Rychlost přesunu dat: 800 Mb/s Délka kabelu za pouţití vysoce kvalitního optického kabelu můţe být i přes 100 metrů Zatímco USB 2.0 je schopná prenášet maximálně 2.5W, FireWire je schopná poskytnout aţ 45W FireWire S1600 a S

16 Bezdrátový přenos dat Přenos pomocí infračerveného záření Rychlost max. 115kb/s Rádiové spojení pracující v pásmu 2.4GHz Rychlost aţ 24Mb/s Podobně jako BT i WiFi pracuje pásmu 2.4GHz, ale při rychlosti aţ 54Mb/s 16