MATINE PLOE

Prevod sa engleskog: dr Radomir Jankovi

Matina ploa je glavna tampana ploa unutar personalnog raunara koja sadri procesor, memoriju i slotove za proirenje, i koja, direktno ili indirektno, povezuje sve delove raunara. Napravljena je od skupa ipova (poznatih kao "lepak logika"), neto kda u ROM-u i razliitih meusobnih veza, poznatih kao magistrale. Projekti personalnih raunara danas koriste mnogo razliitih magistrala da bi povezali njihove sastavne delove. iroke magistrale, velikih brzina, teko je i skupo proizvoditi: signali putuju takvom brzinom da ak i razdaljine od nekoliko centimetara stvaraju vremenske probleme, dok metalni provodnici na tampanim ploama deluju kao minijaturne zraee antene, emitujui elektromagnetski um koji uvodi interferenciju sa signalima drugde u sistemu. Iz tih razloga inenjeri-projektanti personalnih raunara pokuavaju da zadre najbre magistrale zatvorene na najmanjim povrinama matine ploe i da iskoriste sporije, robustnije magistrale za povezivanje ostalih delova. Ovaj odeljak se usredsreuje na osnovnu funkcionalnost i raspored - razliiti interfejsi matinih ploa, magistrale i skupovi ipova pokriveni su na drugim mestima.

EvolucijaOriginalni PC imao je minimum integrisanih ureaja, samo prikljuke za tastaturu i kasetofon (za memoriju). Sve drugo, ukljuujui adapter displeja, diskete ili kontroler tvrdog diska, predstavljalo je dodatne komponente, prikljuene pomou slotova za proirenje. Vremenom je sve vie ureaja bilo integrisano u matinu plou. To je ipak bio spor trend, jer su ulazno/izlazni (I/O) prikljuci (portovi) i kontroleri diskova esto montirani na karticama za proirenje sve do 1995. godine. Druge komponente - obino su vezane za grafiku, umreavanje, SCSI i zvuk - esto ostaju odvojene. Mnogi proizvoai su eksperimentisali sa razliitim nivoima integracije, ugraujui neke od tih komponenti u matinu plou ili ak sve. Ipak, postoje i mane takvog pristupa. Teko je poboljati specifikaciju ako integrisane komponente ne mogu da se uklanjaju, a veoma integrisane matine ploe esto zahtevaju nestandardna kuita. tavie, zamena jedne neispravne komponente moe da znai kupovinu cele nove matine ploe.

Prema tome, oni delovi sistema ija se specifikacija najbre menja - RAM, CPU i grafika - tee da ostanu u prikljuku ili slotu kako bi se lake zamenjivali. Isto tako, delovi koji nisu potrebni svim korisnicima, kao to su komponente za umreavanje ili SCSI, obino se izostavljaju iz osnovne specifikacije, da bi se oborila njena cena. Osnovne promene u standardizovanom obliku matine ploe kroz protekle godine pokrivene su kasnije u ovom odeljku - slike koje slede daju detaljni izgled razliitih komponenata na dve matine ploe. Prva je konstrukcija Baby AT, sa sveprisutnim procesorskim konektorom Socket 7, koji je preovladavao tamo negde do 1995. godine. Druga je konstrukcija ATX sa procesorskim konektorom Pentium II Slot 1, to je bilo tipino za matine ploe na tritu krajem 1998. godine.

Razvoj matinih ploa iao je uglavnom ka razdvajanju komponenata kritinih za performanse od onih sporijih komponenata. Kada ureaji veih brzina postanu dostupni, oni se povezuju brim magistralama, a sporije magistrale se posveuju ulogama podrke.

BIOSSve matine ploe imaju mali blok memorije samo za itanje (ROM), odvojen od glavne memorije sistema koja se koristi za punjenje i rad softvera. Taj ROM sadri osnovni ulazno/izlazni sistem - BIOS (Basic Input/Output System). To nudi dve prednosti: kd i podaci u ROM BIOS-u ne treba ponovo da se pune svaki put kada se pokrene raunar i njih ne moe otetiti loe uraen aplikativni softver koji moe neto da upie u pogrenom delu memorije. Fle nadogradivi BIOS moe da se aurira putem diskete kako bi se osigurala budua kompatibilnost sa novim ipovima, dodatnim karticama itd.

BIOS obuhvata vie posebnih rutina koje slue razliitim funkcijama. Prvi njihov deo se izvrava im se raunar ukljui. On ispituje raunar da bi odredio o kakvom se hardveru radi, a zatim sprovodi nekoliko jednostavnih testova kako bi proverio da li sve normalno funkcionie - to je proces koji se naziva samotestiranje po ukljuivanju napajanja - POST (Power-on self test). Ako postoji bilo koji od periferijskih ureaja tipa "ukljui i radi" (Plug and Play), to je trenutak kada BIOS dodeljuje njihove resurse. Prisutna je i mogunost ulaska u program za rekonfigurisanje. To omoguava korisniku da kae personalnom raunaru o kakvom se hardveru radi, ali zahvaljujui BIOS-ima za automatsko samokonfigurisanje, ova osobina se sada ne koristi mnogo. Ako svi testovi prou, ROM pokuava da podigne mainu sa tvrdog diska. Ukoliko to ne uspe, pokuae da je podigne sa CD-ROM ureaja, zatim sa disketne jedinice, da bi se konano prikazala poruka da je potreban sistemski disk. Jednom kada je maina podignuta, BIOS slui drugoj svrsi - on predstavlja DOS sa standardnim programskim interfejsom aplikacije za hardver personalnog raunara. U danima pre operativnog sistema Windows, to je bila vitalna funkcija, ali kako 32-bitni zatieni reim ne koristi BIOS, danas od ovoga nema mnogo koristi.

CMOS RAMMatine ploe takoe sadre poseban blok memorije napravljen od RAM ipova vrlo male potronje u tehnologiji CMOS (komplementarni metal-oksid-silicijum) koji se "odrava u ivotu" pomou baterije ak i kada je napajanje personalnog raunara iskljueno. Ta memorija se koristi da se uvaju osnovni podaci o konfiguraciji personalnog raunara: broj i tipovi vrstih i fleksibilnih diskova, koliko ima memorije, koje vrste itd. Sve se ovo nekad unosilo runo, ali moderni samokonfiguriui BIOS-i urade vei deo tog posla, pa su najvanija podeavanja ona naprednija, na primer vremensko podeavanje dinamikog RAM-a. Drugi vani podaci koji se dre u CMOS memoriji jesu vreme i datum i oni se auriraju pomou asovnika realnog vremena - RTC (Real Time Clock). asovnik, CMOS RAM i baterija obino su integrisani u jedan ip. Personalni raunar ita vreme iz asovnika realnog vremena kada se podie, posle ega centralna procesorska jedinica (CPU) odrava vreme, i to je razlog to su sistemski

asovnici ponekad van sinhronizacije. Ponovno podizanje personalnog raunara prouzrokuje novo itanje asovnika realnog vremena, poveavajui njihovu tanost.

Faktor oblikaRani personalni raunari koristili su AT oblik kuita i matine ploe irine 12 ina. Veliina AT matine ploe izazivala je probleme u nadogradnji personalnih raunara i nije dozvoljavala upotrebu sve traenijih tankih stonih kuita. Ovi problemi su bili prevazilaeni pomou manje verzije punog AT oblika kuita, Baby AT, uvedenog 1989. godine. Mada je to ostao najei oblik kuita, naroito za matine ploe sa konektorom Socket 7, od tog vremena bilo je vie razliitih poboljanja. Sve konstrukcije su otvoreni standardi, a od njih se ne zahteva da budu zvanino priznati. Kao posledica toga, postoje veoma velike varijacije u detaljima konstrukcija izmeu razliitih proizvoaa matinih ploa.

BATOblik Baby AT (BAT) smanjio je dimenzije matine ploe na tipinih 9 ina irine puta 10 ina duine, to ini BAT matine ploe karakteristinim po svom obliku, sa konektorom tastature u AT-stilu zalemljenim na plou i konektorima serijskih i paralelnih prikljuaka spojenim pomou kablova izmeu fizikih prikljuaka montiranih na kuitu sistema i odgovarajuih konektora na matinoj ploi.

Kod BAT konstrukcije procesorsko podnoje se nalazi na prednjem delu matine ploe, a predvieno je da se kartice za proirenje pune duine prostiru preko njega. To znai da uklanjanje procesora zahteva prethodno uklanjanje nekih ili svih kartica za proirenje. Problemi su se pogorali sa poveanjem brzina procesora klase Pentijum. Hlaenje sistema se oslanjalo na ventilator izvora elektrinog napajanja koji je izduvavao vazduh iz kuita pa je, zbog vee razdaljine izmeu izvora elektrinog napajanja i centralnog procesora, za odravanje dobre vazdune struje preko centralnog procesora postao potreban dodatni ventilator na asiji ili aktivni rashladni element.. AT izvori elektrinog napajanja obezbeuju matinoj ploi samo izlazne napone od 12V i 5V, to zahteva dodatne regulatore na matinoj ploi ukoliko se koriste sastavni delovi kojima treba napon od 3,3V (PCI kartice ili centralni procesori). Ponekad se traio i drugi rashladni element na tim naponskim regulatorima, to je, zajedno sa razliitim dodatnim komponentama koje odaju toplotu, predstavljalo ozbiljnu prepreku slotovima za proirenje. Neke BAT konstrukcije doputaju upotrebu AT ili ATX izvora elektrinog napajanja, dok neke ATX konstrukcije doputaju upotrebu Baby AT matine ploe.

ATXMatina ploa Intel Advanced/ML, uvedena 1996. godine, bila je projektovana da bi reila ova pitanja i ona je oznaila novo doba u projektovanju matinih ploa. Njena veliina i raspored potpuno su drugaiji od BAT formata, prema novoj emi poznatoj kao ATX. Dimenzije standardne ATX ploe iznose 12 ina irine puta 9,6 ina duine; mini varijanta ATX tipino ima dimenzije 11,2 ina puta 8,2 ina.

ATX konstrukcija reava problem pomeranjem podnoja centralne procesorske jedinice na desnu stranu magistrale za proirenje. Prostor za centralnu procesorsku jedinicu napravljen je izradom neto ire kartice i smanjivanjem ili integracijom komponenti kao to su Fle BIOS, ulazno/izlazna logika i kontroler tastature. To znai da ploa treba da bude duboka samo kao polovina cele ploe Baby AT i da na njoj ne sme postojati nikakva prepreka za est slotova za proirenje (dva ISA, jedan ISA/PCI, tri PCI). ATX koristi novu specifikaciju izvora elektrinog napajanja, koja se moe ukljuivati ili iskljuivati pomou signala sa matine ploe. To omoguava upravljanje napajanjem u stilu prenosnih raunara i softverski kontrolisano ukljuivanje i iskljuivanje raunara. Izlazni napon od 3,3V takoe je obezbeen direktno iz izvora elektrinog napajanja. Pristupanje procesorskim i memorijskim modulima znaajno je olakano, a premetanje konektora periferijskih ureaja dozvoljava da se upotrebe krai kablovi. To takoe pomae smanjivanju elektromagnetske interferencije. ATX izvor elektrinog napajanja ima boni ventilator koji duva vazduh iz spoljanje sredine direktno preko procesorskih i memorijskih modula, dozvoljavajui da se u najveem broju sluajeva koriste pasivni rashladni elementi, ime se smanjuje um sistema. Mini-ATX je, jednostavno, manja verzija ATX ploe pune veliine. Na obe konstrukcije paralelni, serijski, PS/2 prikljuci, kao i prikljuci za tastaturu i mia, smeteni su na ulazno/izlaznoj ploici dvostruke visine na zadnjoj strani. Poto su direktno zalemljeni na plou, u optem sluaju nema potrebe za povezivanjem pomou kablova sa

ulazno/izlaznim portovima na ploi. Ovo je dovelo do toga da je za ATX konstrukciju bilo potrebno projektovati novo kuite, sa korektno postavljenim prorezima za prikljuke. Takoe, ni ATX ni Mini-ATX ploe ne mogu se upotrebiti u AT kuitima.

MicroATXNajnovija specifikacija firme Intel predstavlja u osnovi manju verziju ATX konstrukcije, namenjena kompaktnim, jeftinijim potroakim sistemima, sa ogranienim mogunostima za proirenje.

Maksimalna veliina ploe iznosi 9,6 ina na kvadrat i projektovana je tako da stane ili u standardno ATX kuite ili u jednu od novih mikrotauer stonih konstrukcija. Dvospratna ulazno/izlazna ploica ista je kao na ATX konstrukciji, ali ima mogunosti da primi samo do etiri slota za proirenje, nasuprot sedam slotova koliko dozvoljava ATX. MicroATX takoe dozvoljava upotrebu manjeg izvora elektrinog napajanja, kao to je na primer SFX konstrukcija, koja je smanjena i po veliini i po izlaznoj snazi.

LPX

Oblik LPX predstavlja specijalizovanu varijantu Baby-AT kuita. Korien je kod stonih sistema niske visine i predstavlja labavu specifikaciju sa irokim spektrom specijalnih primena.

Slotovi za proirenje smeteni su na centralnoj uspravnoj kartici, to dozvoljava da se kartice mogu montirati horizontalno. Ipak, taj raspored moe da uini tekim vaenje matine ploe, a sloenija konstrukcija poveava cenu sistema. Kako vertikalna centralna kartica spreava dobro strujanje vazduha, skoro uvek su potrebni dodatni ventilatori na asiji.

NLXIntelova NLX konstrukcija, uvedena 1997. godine, predstavlja poboljanje konstrukcije LPX za sisteme niske visine, sa naglaskom na lakoi odravanja. NLX format je manji, tipino 8,8 ina irine puta 13 ina duine, pa je tako pogodan za niska kuita stonih sistema.

Svi slotovi za proirenje, energetski kablovi i periferijski konektori smeteni su na uspravnoj kartici montiranoj na ivici, to dozvoljava jednostavno vaenje glavne matine ploe koja je montirana na inama u asiji. Koristi se ulazno/izlazna ploica pune irine, da bi se dozvolile razliite kombinacije ulaza/izlaza sa zadnje strane. Konstrukcija dozvoljava upotrebu jedne AGP kartice, ali slot mora biti na matinoj ploi, to oteava odravanje kada je ugraena takva kartica.