Материнские платы

Бытовая электроника / Компьютеры, комплектующие - бытовая электроника
Administrator
784
23-02-2018, 16:02
0

О структурных схемах материнских плат существует множество статей. Сейчас стало популярно в инструкции к материнской плате печатать структурные схемы. Несмотря на это, я надеюсь, что в этом разделе многие узнают для себя много нового. Речь здесь пойдет только материнских платах, выпушенных на чипсетах, начиная с I430 до I815. Брать в расчёт материнские платы на чипсетах других производителей (не Intel) я не буду, не потому, что нет информации о них, а потому, что они до сих пор являются клонами. Я надеюсь, что фирма VIA дорастет, благодаря AMD, и выпустит что-то оригинальное. Архитектуру материнских плат можно разделить на две группы до I810 и после I810. Материнские платы до I810 можно разделить на две группы: с кэшем на плате и вне неё. Но это разбиение условно, принцип от этого существенно не меняется.

1. Как было до I810

Любая материнская плата состоит из двух процессоров: Южного и Северного моста. К северному мосту непосредственно подсоединен процессор, ОЗУ (у мостов для Socket7 еще контроллер кэша второго уровня и сам кэш). К южному мосту подключена вся периферия (ISA и IDE). С использованием сигналов ISA, к южному мосту подключен BIOS (именно то, без чего никогда не загрузится ни одна MB). К ISA так же подключен MIO, к которому подключены: COMA, COMB, LPT, KEY, PS/2, FDD. Если быть честным, то MIO обычно состоит как бы из трех частей: контроллер клавиатуры, часы реального времени (обычно внутри них находятся ячейки CMOS) и контроллер всего остального. Контроллер всего остального - это как бы обычная мультикарта, которые были широко распространены в допентиумную эпоху. Шина PCI находится между южным и северным мостом. Обычно, когда изображают структурную схему MB, на этом и останавливаются.

Всё на плате синхронизируется от опорного генератора, который вырабатывает опорные частоты для PCI, ISA, Host BUS, USB. Так же на плате всегда имеется источник вторичного напряжения, который используется для питания всего того, что питается 3.3 вольтами, и для питания ядра процессора. Но, к сожалению, кроме этих структур есть некоторые хитрости, я перечислю только те, которые известны мне. У центрального процессора для совместимости со старыми процессорами существует нога GATE A20, которая определяет режим адресации процессора. Для процессора этот сигнал является входным. Формирует его либо южный мост, либо контроллер клавиатуры. Сигнал INIT (служит для мягкой перезагрузки) вообще имеет довольно сложную схему подключения к процессору, он устанавливается при подаче сигналов от южного моста и контроллера клавиатуры одновременно. Так же ряд других сигналов на CPU подаётся непосредственно с южного моста:
1. INTR – вход прерывания для локального контроллера прерываний.
2. NMI - вход прерывания для локального контроллера прерываний.
3. IGNNE – Ignore Numeric Error игнорирование ошибки сопроцессора.
4. SMI – System Management Interrupt сигнал прерывания для перехода в SMM
5. STOPCLK – Сигнал, переводящий процессор в режим энергосбережения.
6. FERR – Сигнал ошибки математического сопроцессора.
Также есть сигналы, которые поступают на PCI только с южного моста, и сигналы которые идут между южным и северным мостом, минуя PCI разъемы. Так что эта схема, мягко говоря, условна и лишь отражает общую концепцию, а не механизм работы.

2. Как стало после I810

Южный и северный мост переименовали в хабы. Шину PCI подключили к южному хабу, как раньше ISA, а ISA вообще устранили. Для подсоединения MIO стали использовать специальную шину LPC, появилась поддержка AC'97 (дешевый звук). Для BIOS разработан специальный интерфейс FWH Interface. Теперь BIOS стал 4 Мбит или 8 Мбит. Для связи между мостами работает специальный Hub интерфейс.

В общем, нужно сказать, что это качественный скачек, который пока проигнорировали VIA и тд. Но я думаю, что они скоро опомнятся, ведь I815EP уже вышел. У плат на I810 и старше, скорее всего, есть такие же нюансы, но я пока просто не достаточно “разжевал” их схемы. Теперь от схем виртуальных перейдем к реальным. На рисунке 1,2,3 я показал реальное положение вещей. На первом рисунке изображена схема подключения южного моста. На втором схема подключения северного моста. На третьем схема разводки питания. Все схемы показывают, как это было у I430VX. Если проанализировать эту конструкцию с точки зрения надежности, то можно прийти к интересным выводам. В материнской плате программа POST (Power ON Self Test- само тест по включении) почти бессмысленна. Материнская плата не сможет загрузить BIOS почти при любой неисправности. Данные из BIOS проходят в процессор почти через все узлы материнской платы. Материнская плата - очень ненадежное устройство, и то, что они вообще работают - исключительно заслуга производителей. Материнские платы - это как бы борьба между рациональностью и совместимостью. Пока что побеждает совместимость.