Moderkort
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från
versionen som granskades den 11 november 2021; kontroller kräver
33 redigeringar .
Moderkort (system) board ( engelska moderkort , vardagligt: "moderkort", "mamma") - kretskort , som är grunden för att bygga en modulär elektronisk enhet, till exempel - en dator .
Moderkortet innehåller huvuddelen av enheten, till exempel i fallet med en dator - processorn , systembussen eller bussar , RAM , "inbyggda" kringutrustningskontroller, servicelogik - och kontakter för att ansluta ytterligare utbytbara kort, kallade expansionskort , vanligtvis anslutna till en vanlig buss eller bussar - till exempel i början av 2000-talet bar moderkortet på en IBM PC-kompatibel dator som regel kontakter för tre olika bussar - ISA , PCI och AGP . Till skillnad från bakplanet/kortet , som helt enkelt ansluter expansionskortens kontakter med varandra, har moderkortet alltid aktiva komponenter eller kontakter för installationen. I den engelskspråkiga litteraturen är det också vanligt att dela in moderkort i själva moderkort ("moderkort"), som har möjlighet att expandera och modifiera, och "huvudkort" ("moderkort"), som inte har sådana möjligheter och representerar ett fullständigt oföränderligt system.
Historik
De allra första digitala datorerna var nästan aldrig modulära och bestod ofta av en mängd komponenter kopplade med individuella ledningar. Ändå, i slutet av 40-talet, började modulprincipen, som gjorde det möjligt att avsevärt underlätta felsökning och reparation av de då extremt opålitliga lampmaskinerna, användas flitigt i branschen. Till exempel byggdes den populära serien av rördatorer IBM 700 av moduler med standarddimensioner innehållande 4-8 lampor och passiva element, och anslutna genom ytmontering . Sådana moduler implementerade en standardkomponent - till exempel en flip- flop - och använde standardkontakter, de installerades i ett bakplan , vars kontakter var anslutna genom trådlindning . Påskruvad och speciellt gångjärnsmontering ersattes mycket snabbt av tryckta ledningar , som var mycket billigare att tillverka och lättare att automatisera; i början av 60-talet hade användningen av tryckta kretskort blivit allmänt accepterad. Men de flesta elektroniska enheter – inte bara datorer utan analoga system, kommunikations- och kontrollutrustning och liknande – bestod fortfarande av ett stort antal diskreta komponenter utspridda över flera kort.
Processorn i en minidator kan bestå av ett dussin eller två olika kort installerade i en rackmonterad korg och anslutna med ett bakplan som bär en systembuss . Andra enheter kan också uppta en separat korg, eller installeras i en gemensam med processorn, som moderna expansionskort. Konceptet med "moderkort" och "förlängningskort" började ta form i slutet av 70-talet, då spridningen av mikroprocessorer gjorde det möjligt att skapa kompakta enkortsdatorer. I den här typen av maskiner placerades vanligen centralenheten , minnet och kringutrustningen på separata kretskort som var anslutna till den bakre panelen . Det mycket använda S-100-däcket från 1970-talet är ett exempel på denna typ av system.
Därefter, med utvecklingen av mikroelektronik, kom tillverkare av hemdatorer och persondatorer till slutsatsen att det var mer lönsamt att överföra huvudkomponenterna i systemet från separata kort till bakplanet - detta gjorde det möjligt att minska produktionskostnaderna och tillhandahålla bättre marknadskontroll. En av de första populära hemdatorerna, Apple II , var också den första som hade ett riktigt moderkort, på vilket centralenheten och RAM- minnet installerades , och resten av funktionerna togs ut på ytterligare kort som installerades i sju tillgängliga expansionsplatser. IBM Corporation följde samma princip när de lanserade sin IBM PC på marknaden . Båda företagen använde, förutom den modulära principen, även principen om öppen arkitektur , publicerade schematiska diagram, programmeringsgränssnitt och annan dokumentation som möjliggjorde skapandet av expansionskort och sedan alternativa moderkort (när det gäller IBM PC-kompatibla maskiner , Apples moderkort patenterades [1] ) till tredjepartstillverkare. Vanligtvis avsedda att skapa nya, provkompatibla datorer, många moderkort erbjöd ytterligare prestanda eller andra funktioner och användes för att uppgradera tillverkarens originalutrustning.
I slutet av 1980-talet och början av 1990-talet blev det ekonomiskt genomförbart att flytta ett ökande antal perifera funktioner till moderkortet. I slutet av 1980-talet började moderkort för persondatorer att inkludera enstaka IC:er (även kallade Super I/O -chips) som kunde stödja en uppsättning låghastighets kringutrustning: tangentbord , möss , diskettenheter , seriella och parallella portar. I slutet av 1990-talet inkluderade många moderkort för persondatorer inbyggd ljud-, video-, lagrings- och nätverksfunktionalitet av konsumentkvalitet utan behov av några tilläggskort, förutom kanske för avancerade 3D -spel och grafikkort för datorgrafik . Dessutom fortsätter expansionskort att användas i professionella datorer, arbetsstationer och servrar för att tillhandahålla specifika funktioner, ökad tillförlitlighet eller ökad prestanda.
Bärbara datorer , utvecklade på 1990-talet, kombinerade de vanligaste kringutrustningarna. De inkluderade till och med moderkort utan uppgraderingsbara komponenter, en trend som kommer att fortsätta även när mindre enheter (som surfplattor och netbooks) uppfinns.
- Den första modellen av IBM PC innehöll ett minimum av enheter på moderkortet: processor , matematisk coprocessor , RAM , ROM med BIOS , ISA -buss , tangentbordskontroller och servicelogik. Minnet skrevs in i separata mikrokretsar som satts in i panelerna och hela servicelogiken byggdes på mikrokretsar med låg integrationsgrad. Konfigurationen ändrades med byglar eller DIP-switchar. Utöver ISA-expansionsplatserna hade kortet endast kontakter för anslutning av ett tangentbord och en bandspelare . Alla andra enheter ( videoadapter , diskett- och hårddiskkontroller , COM- och LPT- portar ) fanns på expansionskort ;
- Med tillkomsten av IBM PC/AT standardiserades kortstorlek och monteringspunktspositioner som " AT-formfaktorn ". Det beslutades att överge bandspelarens kontakt , eftersom denna metod för datalagring visade sig vara föga lovande för en PC. En realtidsklocka och ett icke-flyktigt minne dök upp på kortet , dit några av systeminställningarnas funktioner överfördes.
- När IBM PC-arkitekturen blev populär började specialiserade mikrokretsar som kallas chipset tillverkas för att koppla processorn till andra datorkomponenter . Detta gjorde det möjligt att minska kostnaderna för moderkort och samtidigt överföra till dem några av de funktioner som tidigare fungerade via expansionskort - diskkontroller, kommunikationsportar, etc.
- För att öka tillförlitligheten, underlätta uppgraderingar och spara utrymme på moderkortet började RAM -chips kombineras till moduler som installerades vertikalt på kortet - först var det SIPP - moduler, som dock visade sig vara otillräckligt tillförlitliga och snart var ersätts av SIMM och sedan - DIMM .
- När processorernas prestanda ökade ökade strömförbrukningen och följaktligen värmeavledningen. Senare modeller av 80486-processorer krävde redan aktiv kylning, som måste kopplas till moderkortet. För att minska energiförbrukningen reducerades logiknivåerna, och därmed processorns matningsspänning, först till 3,3V och sedan ännu lägre - ner till spänningar på cirka en volt. För att säkerställa en så låg spänning krävs det att en sekundär strömkälla (den så kallade VRM , eng. Spänningsregulatormodul - spänningsregulatormodul) placeras i nära anslutning till processorn på moderkortet.
- Sedan 1995 har ISA- standarden ersatts av den mer avancerade PCI-bussen . Men snart räckte bandbredden på denna buss inte längre till för drift av högpresterande grafikkort , och specifikt för detta utvecklades en AGP - port 1996 , som installerades på moderkort samtidigt med PCI och ibland även ISA-platser.
- I mitten av 1990-talet var AT-moderkortsstandarden föråldrad och skulle ersättas av den nya ATX- standarden som utvecklades 1995 . Men på grund av dess chassi och strömförsörjnings inkompatibilitet med AT, fortsatte AT-typkort att tillverkas fram till slutet av 1990-talet. Den nya standarden inkluderade kontrollstift för strömförsörjning på strömblocket. Också på fallet bör det finnas ett rektangulärt fönster för ytterligare kontakter, som är stängt med ett lock som levereras med moderkortet - antalet och placeringen av kontakter i denna zon begränsas inte bara av dess geometriska dimensioner.
- 1995 utvecklades USB- standarden , men den började byggas in i moderkort först i slutet av 1990-talet - delvis tack vare Apple , som på den tiden sålde datorer som inte var x86 -kompatibla , men bidrog till utvecklingen av kringutrustning för den nya hamnen. Som ett resultat blev ATX- och USB- standarderna utbredda nästan samtidigt i början av 2000-talet: nästan alla ATX-moderkort stödde USB, medan AT-moderkort vanligtvis inte gjorde det.
- processorsocklar upp till Socket 7 var universella - de tillät att installera processorer av samma generation från både Intel och AMD och Cyrix . I framtiden började Intel och AMD tillverka processorer som är mekaniskt och elektriskt inkompatibla med varandra.
- Pentium II-processorn och några andra löddes på ett separat kort tillsammans med cachen och installerades vertikalt i en speciell kortplats , som expansionskort, men i framtiden användes detta arrangemang inte i stor utsträckning och finns främst på industriella och inbyggda datorer.
- I takt med att prestanda hos processorer och grafikkort växte växte också deras strömförbrukning, varför ytterligare kontakter började dyka upp på moderkort för att driva processorn. För att öka stabiliteten och minska rippel började spänningsomvandlare för att driva processorn och andra komponenter vara flerfasiga.
- Sedan mitten av 2000-talet har ATA -kontakten börjat ersättas av SATA -kontakten (sedan en tid existerande parallellt). SATA-kontakten är mycket mer kompakt och på moderkortet är de placerade upp till ett dussin, ibland fler. Endast med IDE-kontakten är diskettkontakterna borta , som fortsatte att användas, trots att deras volym redan var otillräcklig för tidigt 90-tal.
- Sedan mitten av 2000-talet började moderkort dyka upp på PCI Express-bussen , designade för att ersätta både PCI och AGP . Och om AGP ersattes ganska snabbt, så tillverkades ett tillräckligt stort antal enheter för PCI, så PCI (och ibland till och med ISA )-kontakter fortsätter att ibland installeras på moderkort mer än ett decennium efter tillkomsten av PCI Express.
- För att minska buller vid låga belastningar och öka effektiviteten vid höga belastningar började moderkort också att utrustas med termiska sensorer och fläktkontrollkretsar. Dessutom började termiska sensorer byggas in direkt i processorer. Detta var särskilt viktigt för överklockningsentusiaster .
- Om tidigare uppdatering av BIOS endast var möjlig med hjälp av en programmerare , har det sedan mitten av 2000-talet blivit möjligt att uppdatera direkt från operativsystemet, vilket gav fler möjligheter till överklockning och även gjorde det möjligt att korrigera fel i BIOS.
- 2013 introducerades ett nytt expansionskortformat - M.2 . Sådana kort är små i storlek och installeras horisontellt på moderkortet. I grund och botten används kort i M.2-format för höghastighets SSD-enheter och Wi-Fi-nätverksadaptrar . Den största fördelen med M.2-kort för SSD-enheter är möjligheten att använda NVMe- protokollet istället för AHCI , vilket avsevärt kan öka både hastigheten för sekventiell och slumpmässig läsning/skrivning på grund av parallellisering. Dessutom installeras M.2 SSD-kort på kortet utan behov av ytterligare kablar och fästen, vilket kan vara mycket praktiskt i små sammansättningar.
- I slutet av 2010-talet är datorer med en genomskinlig vägg för att visa upp innehållet på modet. Moderkortstillverkarna började använda silkescreentryck på skivorna, för att installera fantasifulla kylflänsar som inte bara var utformade för att avleda värme, utan ofta enbart för dekorativa ändamål. Även moderkort för entusiaster kan utrustas med dekorativ belysning.
- Även på 2010-talet började miniatyr - microATX- och mini-ITX-moderkort bli populära för att montera högpresterande system i ett kompakt paket.
Vanliga komponenter i ett datormoderkort
Moderkortet har som huvuddelar (ej borttagbara):
Moderkortet med tillhörande enheter är monterat inuti höljet med strömförsörjning och kylsystem som tillsammans bildar en datorsystemenhet .
Klassificering av moderkort efter formfaktor
Moderkortsformfaktor - en standard som bestämmer dimensionerna på moderkortet för en dator, platsen för dess anslutning till chassit ; platsen på den för bussgränssnitt, I/O-portar , processorsockel , kortplatser för RAM , samt typen av kontakt för anslutning av strömförsörjningen .
Formfaktorn (som alla andra standarder) är av rådgivande karaktär. Formfaktorspecifikationen definierar nödvändiga och valfria komponenter. De allra flesta tillverkare föredrar dock att följa specifikationen, eftersom priset för överensstämmelse med befintliga standarder är kompatibiliteten för moderkortet och standardiserad utrustning (kringutrustning, expansionskort) från andra tillverkare (vilket är nyckeln till att minska ägandekostnaderna , engelska TCO ).
Det finns moderkort som inte matchar någon av de befintliga formfaktorerna ( se tabell ). Detta är ett grundläggande beslut från tillverkaren, på grund av önskan att skapa ett "varumärke" som är inkompatibelt med befintliga produkter på marknaden ( Apple , Commodore , Silicon Graphics , Hewlett-Packard , Compaq oftare än andra ignorerade standarder) och uteslutande producera kringutrustning enheter och tillbehör för den.
Syftet med datorn (företag, privat, spel) påverkar till stor del valet av moderkortsleverantör.
- För SOHO- eller företagsbehov är det mer lönsamt att köpa en färdig dator (eller en lösning, till exempel en " klient-server " eller en bladserver med köp eller leasing av en färdig lösning).
- För personligt bruk är en bärbar dator placerad som huvudenhet[ varför? ] . Bärbara moderkort skiljer sig markant från moderkort för stationära datorer : för att minska storleken på datorn är många separata kringutrustningskort inbäddade (integrerade) i det ursprungliga kretskortet (till exempel ett grafikkort är inbyggt ) - detta säkerställer kompakta dimensioner och låg strömförbrukning för den bärbara datorn, men leder till mindre tillförlitlighet, problem med en kylfläns , en betydande ökning av kostnaden för moderkort, såväl som bristen på utbytbarhet.
Således är köpet av ett separat moderkort motiverat av skapandet av en dator med en "speciell" konfiguration, till exempel lågt brus eller spel .
Modelldefinition
Du kan bestämma modellen för det installerade moderkortet
- visuellt med hjälp av fabriksetiketter och inskriptioner på tavlan
- med hjälp av mjukvaruverktyg som DMI
- programmatiskt med hjälp av ett verktyg som CPU-Z . På Linux kan du använda verktyget dmidecode, på Windows kan du använda SIW eller AIDA64
Energisparteknik
Ökad uppmärksamhet på "gröna" tekniker som kräver energibesparande och miljövänliga lösningar, och tillhandahållandet av viktiga egenskaper för moderkort, har tvingat många tillverkande företag att utveckla olika lösningar inom detta område.
Med den ständigt ökande populariteten för elektroniska enheter under de kommande 20-30 åren, beslutade Europeiska unionen att införa en effektiv strategi för att ta itu med energiförbrukningsfrågor. För detta utfärdades energieffektivitetskrav - ErP (Energy-related Products) och EuP (Energy Using Product). Standarden är utformad för att bestämma energiförbrukningen för färdiga system. Som krävs av ErP/EuP måste systemet förbruka mindre än 1 W ström i avstängt läge.
ErP/EuP 2.0-specifikationerna är mycket strängare än den första versionen. För att uppfylla ErP/EuP 2.0 (trädde i kraft 2013) får datorns totala strömförbrukning när den är avstängd inte överstiga 0,5 watt.
- EPU motor
- Ultra Durable (versionerna 1, 2 och 3) är en teknologi från Gigabyte [2] utformad för att förbättra moderkortets temperatur och tillförlitlighet, vilket inkluderar:
- Ökad (dubblerad) tjocklek på 70 µm (2 oz/ft²) kopparlager på både ström- och jordplanen på moderkortet minskar kortets impedans med 50 %, vilket resulterar i lägre datordriftstemperaturer, förbättrad energieffektivitet och förbättrad systemstabilitet under accelerationsförhållanden.
- Användning av fälteffekttransistorer med reducerat på-motstånd (RDS(on)). Transistorer av +12 volts effektomvandlare avger relativt mycket värme, och när de pratar om att kyla processorkraftsubsystemet menar de exakt dem.
- Användning av ferritkärna chokes - dessa chokes ger mindre energiförlust och mindre elektromagnetisk strålning . [3]
- Användning av blyfritt lod.
- Återanvändning av både kartong och plastförpackningar.
Se även
Anteckningar
- ↑ IBM patenterade BIOS -firmware-koden , men inte programmeringsgränssnittet, vilket gjorde det möjligt att kringgå patentet med "rent rum"-metoden .
- ↑ CU 29 -teknik Arkiverad 10 januari 2013 på Wayback Machine // gigabyte.ru
- ↑ Ultra Durable 3 Arkiverad 27 april 2012 på Wayback Machine Ferra.ru
Litteratur
- Scott Mueller. Uppgradera och reparera datorer = Uppgradera och reparera datorer. - 17:e upplagan. - M. : Williams , 2007. - S. 241-443. — ISBN 0-7897-3404-4 .
Länkar