Základní desky Motherboard Autor: Kulhánek Zdeněk Škola: Hotelová škola, Obchodní akademie a Střední průmyslová škola Teplice, Benešovo náměstí 1, příspěvková organizace Kód: VY_32_INOVACE_ICT_824 1.11.2012 1
Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a poskytnout jim elektrické napájení. Postupem času se funkce základní desky rozšiřovala a sama začínala obsahovat některé součástky počítače, jako například řadiče disků, grafické čipy, řadiče portů apod., které se do ní dříve musely zapojovat zvlášť. Typická základní deska umožňuje zapojení procesoru, operačních pamětí. Další komponenty jako jsou grafické karty, zvukové karty, pevné disky, mechaniky, atd. se 2
připojují pomocí rozšiřujících slotů nebo kabelů, které se připojují do příslušných konektorů. Na základní desce je dále umístěna energeticky nezávislá paměť ROM, ve které je uložen systém BIOS, který slouží k oživení a nastavení počítače ihned po spuštění. Existuje několik typů / velikostí základních desek, kde nejběžnější je od roku 1995 (firma Intel) ATX formát a dále o 25% kratší microatx - která obsahuje menší počet rozšiřujících slotů (ale naopak má velmi často integrovanou grafickou kartu). 1.1 Nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány přímo v čipové sadě (anglicky chipset). Fyzicky může jít buď jenom o jeden čip fyzicky, nebo dva (v tom případě se označují jako Northbridge (česky severní můstek) a Southbridge (česky jižní můstek)). Čipová sada rozhoduje / udává, jaký procesor a operační paměť je možné k základní desce připojit a používat. 3
Čipová sada je jeden nebo více integrovaných obvodů (čipů), které jsou navrženy ke vzájemné spolupráci a jsou obvykle,,prodávány jako jediný výrobek. A dnes se stará o komunikaci mezi procesorem, sběrnicemi, sloty, řadiči a dalšími součástmi na základní desce. Mezi nejznámější producenty čipů patří firmy jako NVIDIA, AMD, VIA Technologies, SiS a Intel. 1.2 Rozšiřující sloty Rozšiřující sloty umožňují připojit k počítači další zařízení. Postupem času se vyvinul velký počet druhů. Odlišují se zejména přenosovými rychlostmi a schopnostmi napájet připojená zařízení. 4
ISA (*1981 IBM Industry Standard Architecture) Dnes se již nepoužívá. Dřív se používala pro připojení třeba grafických karet (v té době 2D akcelerátorů), zvukových karet, síťových a karet s řadiči jako je např. PATA. Je to pasivní typ sběrnice, šířka 8 nebo 16 bitů, přenosová rychlost < 8 MB/s. PCI (*1993 Intel Peripheral Component Interconnect) Dříve běžně používaný slot pro všechny rozšiřující karty, později už nestačil požadavkům grafických karet. Inteligentní typ sběrnice, šířka 32 nebo 64 bitů, přenosová rychlost < 133 MB/s (266 MB/s). V současnosti je vytlačován PCI Express slotem, ale i nadále se používá. AGP (*1997 Intel Accelerated / Advanced Graphics Port) Navržen speciálně pro grafické karty = jednoúčelová sběrnice, přenosová rychlost 266 MB/s - 2133 MB/s (1x - 8x). Je tedy výrazně rychlejší než PCI, v roce 2009 se ale vyskytuje už jen u starých základních desek (Socket A, Socket 478 ). V nových se používá modernější PCI Express. Existuje několik verzí (AGP 3,3V jedna přepážka na začátku/ AGP 1,5V jedna přepážka na konci slotu a AGP Universal bez přepážky viz. obrázek) slotu a několik rychlostí (1x; 2x; 4x a 8x). PCI Express (Původní návrh AWG (Arapaho Work Group) zpočátku zaměstnanci firmy Intel) *2004 finální verze byla výsledek několika firem jako např. DELL, IBM a Hewlett-Packard) Nástupce PCI a AGP. Funguje jako univerzální slot pro připojení jakéhokoliv standardního typu přídavných karet (grafické, zvukové, síťové a další karty). Dosahuje mnohem vyšších přenosových rychlostí než předchůdci (až 16GB/s jednosměrně resp. 32GB/s obousměrně). Zařízení určená pro PCI Express nejsou zpětně kompatibilní s žádným předchozím slotem (AGP, PCI,...) a to konec konců ani jiné běžné starší sloty. 5
Propustnost PCI-Express verze 1.x Typ slotu Maximální přenosová rychlost jednosměrně obousměrně 1x 250 MB/s 500MB/s 4x 1GB/s 2 GB/s 8x 2GB/s 4GB/s 16x 4GB/s 8GB/s Propustnost PCI-Express verze 2.0 1x 500 MB/s 1GB/s 4x 2GB/s 4GB/s 8x 4GB/s 8GB/s 16x 8GB/s 16GB/s Propustnost PCI-Express verze 3.0 1x 1GB/s 2GB/s 4x 4GB/s 8GB/s 8x 8GB/s 16GB/s 16x 16GB/s 32GB/s PCI-E 1x PCI-E 4x PCI-E 8x na první pohled může vypadat jako 16x, ale kontakty jsou pouze do cca ½!! 6
PCI-E 16x 1.3 Sloty pro operační paměti: SDRAM 2 přepážky DDR 1 přepážka Dle typu operačních pamětí je dělíme na SDRAM mají celkem dvě přepážky a DDR (I, II a III) kde je jen jeden zářez různě posunut dle verze pamětí viz. obr. Dále se dnes běžně tyto paměti zapojují do tzv. duálního zapojení = zapojení dvou nejlépe stejných operačních pamětí do "spárovaných" paměťových banků (slotů) a tím lze zvýšit propustnost na dvojnásobek. 7
1.4 Patice procesoru = konektor pro připojení procesoru na základní desku Dělíme je na dva (resp. tři) typy: 1. Pin Grid Array (PGA) - krátké piny procesoru jsou uspořádány do čtvercového pole tak, aby souhlasily s otvory v patici. Vrchní část patice je posuvná ovládaná páčkou a slouží pro pevné uchycení procesoru. 2. Land Grid Arry (LGA) - zde se pracuje s dotykem kontaktních plošek. Dnes pouze pro procesory od firmy Intel (1. cca v roce 2007 patice typu 775 Intel Pentium 4) 8
3. V pozdních 90. letech se využívaly častěji sloty než sockety. Procesorové sloty jsou podobné klasickým rozšiřujícím kartám, tzn. podlouhlá deska s plošnými spoji. Tyto sloty ostatně připomínají vzhledem například AGP. Řešení se sloty mělo některé výhody, umožňovalo doinstalovaní další L2 Cache na desku slotu a často bývala instalace slotu jednodušší než v případě socketu. (Např. Slot 1 pro Intel Pentium 2) 4. Existuje ještě 4 možnost a to integrované přímo na základní desce používá se například u velmi malých desek. 9
Nejznámější typy patic: Pro procesory od firmy AMD: Socket A (označován také jako 462) Socket 754 Socket 939 Socket AM2 (později AM2+) Socket AM3 (AM3+) G34 FM1 FM2 Pro procesory od firmy Intel: Slot 1 Socket 370 Socket 423 Socket 478 Socket T (ale znám jako 775 první LGA patice ) Socket H ( opět ale znám jako LGA1156) LGA 1155 LGA 1366 LGA 2011 A mnoho dalších převážně pak pro servery. 10
1.5 Konektory pro připojení dalších zařízení Běžně používané konektory je možné je dělit na: 1.3.1 Interní nachází se na ploše základní desky a připojovaná zařízení obvykle uvnitř počítačové skříně. Datové konektory: ATA (PATA (Parallel ATA), IDE) Advanced Technology Attachment standardní počítačová sběrnice pro připojení zařízení sloužící k uchovávání dat - 40 pinový konektor pro zapojení HDD a CD / DVD mechanik (Přenosová rychlost až 133MB/s) a na jednom datovém vodiči mohou být dvě zařízení tzv. Master a Slave (případně Cable Select). FLOPPY 34 pinový konektor pro připojení disketové mechaniky (Opět až dvě zařízení) SATA (Serial ATA) jako ATA slouží pro připojení HDD / SDD a CD / DVD Generace SATA Označení Datová propustnost Frekvence 1. Sata 1,5 Gb/s 150 MB/s 1,5 GHz 2. Sata 3 Gb/s 300 MB/s 3 GHz 3. Sata 6 Gb/s 600 MB/s 6 GHz 11
Napájecí konektory hlavní napájecí konektor (20 resp. 24 pinový) přídavné napájení (4 pinové) Konektory pro připojení napájení ventilátorů 3-4 pinový Konektory zvukové karty zapojení čelního panelu případně analogové stereo vstupy Rozšiřující konektory USB a FireWire zapojení čelního panelu USB (verze 1.0 (1.1) a 2.0) bývá stejné FireWire!! USB 3.0 12
esata konektor Konektory k připojení kabelů od předního krytu (indikační LED diody (zapnuto, HDD) + startovací a resetovaní tlačítko + PC speaker 1.3.2. Externí nachází se na zadním integrovaném panelu základní desky - Interface USB (Universal Serial Bus) (*1995) hl. výhoda připojení zařízení tzv. Plug & Play bez nutnosti restartování počítače. Existují různé verze s různými rychlostmi: Verze USB 1.0 (1.1) USB 2.0 USB 3.0 Maximální přenosová rychlost 12Mb/s (1,5MB/s) 480Mb/s (60MB/s) 5Gbit/s (625MB/s) 13
PS/2 6-kolíkový konektor typu mini-din - myš (zelená) a klávesnice (fialová) FireWire (i.link, IEEE1394) (*1995) vytvořeno převážně pro přenos dat z digitálních kamer a oproti USB poskytuje stabilnější datový tok a méně zatěžuje systém díky konstrukci řadiče. Další použití je např. zapojení externího disku nebo čtečky karet. Verze FireWire 400 / IEEE 1394a FireWire 800 / IEEE 1394b IEEE 1394c Maximální přenosová rychlost 400Mbit/s 800Mbit/s 3200Mbit/s esata slouží pro externí připojení HDD apod. 14
COM (RS 232) sériový port 9 pinový D-sub konektor používá se jako komunikační rozhraní počítače a další elektroniky LPT (Line Printer Terminal) paralelní port navržen převážně pro komunikaci s tiskárnami. Pokud máme integrovanou grafickou kartu: D-SUB = VGA (Video Graphics Array, *1987) analogový grafický výstup 15
DVI (Digital Visual Interface) digitální grafický výstup Existují 3 typy DVI konektorů (závisí na implementovaných signálech): DVI-A (analog only) - pro kompatibilitu s analogovými monitory DVI-I (digital & analog) - digitální i analogový signál (přechodka na VGA) DVI-D (digital only) - pouze digitální signál (přechodka na HDMI, (VGA již nelze!!)) Konektory mohou mít druhý datový spoj (tzv. link ) určený pro přenos obrazu s vysokým rozlišením. 16
HDMI (High-Definition Multimedia Interface) slouží pro přenos videa ve standardní, rozšířené nebo high-definition kvalitě, a až 8-kanálový digitální zvuk. Existuje několik verzí/ typů (dnes se používají převážně 1.3) HDMI 1.0 Jednokabelový digitální audio/video konektor s maximální propustností 4.9 Gbit/s. Až 3.96 Gbit/s u HDTV a 192 khz/24-bit audio. HDMI 1.1 Přidána podpora pro DVD-Audio. HDMI 1.2 Přidána podpora pro One Bit Audio používaná u Super Audio CD. Možnost HDMI konektoru v PC. Schopnost převodu RGB na YCbCr v PC. HDMI 1.3 Zvýšení šířky pásma na 340 MHz (10.6 Gbit/s). Možnost zvolit barevnou hloubku z 30-bit, 36-bit, a 48-bit xvycc, srgb, nebo YCbCr na rozdíl od 24-bit srgb nebo YCbCr v předešlých verzích. Podporuje možnost automatické zvukové synchronizace (Audio video sync). Volitelně podporuje výstup Dolby TrueHD a DTS-HD Master Audio pro externí dekódování pomocí AV přijímače. TrueHD a DTS-HD jsou audio formáty použité v Bluray discích a HD DVD. Pokud přehrávač podporuje nekomprimovaný zvuk není verze 1.3 nutná. Dostupnost typu C mini-konektor pro přenosná zařízení. HDMI 1.4 Přidána podpora pro 3D. Přidán kanál pro Ethernet. Přidán kanál pro zpětnou komunikaci. Přidána podpora pro rozlišení 3840x2160 24 Hz / 25 Hz / 30 Hz a 4096x2160 24 Hz Konektor D Výhody HDMI Přenos nekomprimovaných dat. Potřeba jen jednoho kabelu pro přenos obrazu i zvuku. 17
Obraz v maximálním rozlišení (HD) je celkově 2 až 5 podrobnější než obraz ve standardním rozlišení, mezery mezi řádky jsou menší nebo nepostřehnutelné. Jeho větší podrobnost umožňuje pohodlné sledování na větších úhlopříčkách. Možnost přenosu až 8-kanálového nekomprimovaného digitálního zvuku Nevýhody HDMI Konektory jsou "nezátěžové" (nelze je téměř vůbec ohýbat). Délka kabelu HDMI nedefinuje maximální délku kabelu. Jediným omezením je útlum signálu. Délka tudíž závisí na konstrukci a kvalitě materiálů, které byly použity. Display port je digitální konektor sloužící k přenosu nekomprimovaného digitálního obsahu s podporou až 8kanálového zvuku a ochrany DPCP (DisplayPort Content Protection) využívající 128bitové šifrování AES. Podporuje rychlost přenosu 10,8 Gbit/s, na vzdálenost do tří metrů zvládá rozlišení WQXGA (2560 1600 pixelů), na vzdálenost až 15 metrů zobrazí rozlišení 1920 1080 pixelů. Analogové/ digitální konektory zvukové karty zapojení reproduktorů či až 7.1 sestav, sluchátek, mikrofonu apod. Jsou zde použity 3,5mm stereo zdířky v rozdílných barvách pro snažší zapojení. (Dnes můžeme softwarově jednotlivé zdířky měnit). Standardní barevné značení analogových zdířek: Zelená - přední stereo reproduktory Modrá - analogový vstup Růžová - mikrofon Černá - zadní reproduktory Žlutá - Subwoofer + Centrální reproduktor Stříbrná (šedivá) zadní boční reproduktory 18
Digitální výstupy: S/PDIF Sony/Philips Digital InterFace (Sony/Philips Digital Interconnect Format) Je to digitální zvukový výstup, kde se používá optický kabel nebo koaxiální (je v podobě kompozitní zdířky (obdoba,,cinche,,)). - analogový vstup + zadní reproduktory - hlavní stereo signál + centrál a subwoofer - vstup na mikrofon + S/PDIF = digitální výstup Gameport dříve sloužil pro zapojení analogových herních zařízení a býval převážně součástí zvukové karty 19
LAN (RJ-45) slouží k připojení počítače do počítačové sítě. (8 kontaktů pro 4 páry kroucené dvoulinky) Dnes běžně o maximální přenosové rychlosti až 1Gbit/s. (10/100/1000 Mb/s) 1.4 Zařízení, která se dnes běžně integrují do základních desek Zvuková karta Grafická karta zejména u kancelářských počítačů a notebooků Síťová karta Input / Output čip řadiče pevných disků 1.5 Výrobci základních desek Asus Intel Gigabyte Sapphire MSI ASRock 20
Obrázky: Dostupný pod licencí GNU Free Documentation License na WWW: Čipset http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:typical_intel_chipset.jpg, 21.9.2009 Rozměry základních desek http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:motherboards_form_factors.svg, 21.9.2009 Typy DVI konektoru http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:dvi_connector_types.svg, 10.9.2011 Ostatní výše neodkazované obrázky / fotografie jsou z autorova archivu. Citace: - 21