1

PANEVROPSKI UNIVERZITET APEIRON

FAKULTET INFORMACIONIH TEHNOLOGIJA

Vanredne studije

Smjer „IT inženjering”

Predmet

ARHITEKTURA RAČUNARSKIH SISTEMA I MREŽA

„MATIČNE PLOČE”

(seminarski rad)

Predmetni nastavnikProf. dr Zoran Ž. Avramović, dipl.inž.elek.

Student

Dario Banjac

Index Index br.br. 13-09/vit 13-09/vit

FAKULTET INFORMACIONIH TEHNOLOGIJA...............................................................................1

Vanredne studije..................................................................................................................................1

Smjer „IT inženjering”............................................................................................................................1

Predmet................................................................................................................................................1

ARHITEKTURA RAČUNARSKIH SISTEMA I MREŽA.................................................................1

1. UVOD...................................................................................................................................................3

2. RAD MATIČNE PLOČE......................................................................................................................4

2.1. Komponente matične ploče..................................................................................................................4

2.1.1 Čipsetovi (Chipsets)...........................................................................................................................4

2.1.2 Slotovi za proširenje...........................................................................................................................5

2.1.3 Slotovi za memoriju i eksterni keš......................................................................................................6

2.1.4 Procesor i procesorski slotovi ili sokete..............................................................................................6

2.1.5 Konektori za napajanje.......................................................................................................................7

2.1.6 Konektori za disk drajvere..................................................................................................................7

2.1.7 Konektori za tasaturu..........................................................................................................................7

2.1.8 Periferni port i konektori....................................................................................................................7

2.1.9 BIOS čip.............................................................................................................................................8

2.1.10 CMOS baterija..................................................................................................................................8

2.1.11 Džamperi ( Jumpers ) i DIP prekidači...............................................................................................8

2.1.12 Firmver (firmware)...........................................................................................................................8

3. MODELI MATIČNIH PLOČA...............................................................................................................9

3.1 Backplane Systems................................................................................................................................9

3.2 Full-size AT.........................................................................................................................................10

3.3 Baby AT..............................................................................................................................................10

3.4 LPX.....................................................................................................................................................10

3.5 ATX.....................................................................................................................................................10

3.6 NLX.....................................................................................................................................................11

4. FORMATI MATIČNIH PLOČA...........................................................................................................11

5. PCI-Express 2.0 matična ploča - Chipset Intel X58...............................................................................12

6. PCI-Express 2.0 matična ploča - Chipset Intel P67 (H67).....................................................................18

7. LITERATURA....................................................................................................................................23

2

1. UVOD

Matična ploča je glavna poluprovodnička ploča koja omogućava komunikaciju između ostalih hardverskih dijelova u računaru.

Ona direktno utiče na performanse računara shodno mogućnostima njenog čipseta, socketa i kvaliteti ostalih dijelova na ploči. Matične ploče su mnogo uznapredovale, tako da je danas sasvim uobičajeno da matična ploča ima već ugrađen zvučni čip, grafički čip, mrežni čip, USB priključke, pa čak i procesor, dok su floppy kontroleri već odavno uobičajeni, iako su prije i oni bili odvojeni.

Slika 1-Matična ploča

3

2. RAD MATIČNE PLOČE

Jedan od najvažnijih dijelova matične ploče je sabirnica. Preko sabirnice idu svi podaci, te tako komponente međusobno komuniciraju. Brzina sabirnice se mjeri u MHz-ima (megahercima). Što je veća brzina to se više podataka istovremeno može prenijeti. Najbitnija sabirnica je FSB sabirnica, koja povezuje Northbridge i CPU, a kako memorija ide preko Northbridge-a FSB-ova brzina može dramatično povećati performanse računara. Osim FSB-a, postoje i druge sabirnice:

Memorijska sabirnica spaja Northbridge sa memorijom IDE sabirnica spaja Southbridge sa hard diskovima ili CD/DVD uređajima AGP sabirnica spaja grafičku kartu sa memorijom i CPU PCI sabirnica spaja PCI slotove sa Southbridge-om, također PCI sabirnicu koristi novi

PCI Express (koji se nameće kao zamjena za PCI i AGP)

2.1. Komponente matične ploče

čipseti slotovi za proširenje slotovi za memoriju i eksterni keš procesor i procesorski slotovi ili sokete konektori za napajanje konektori za disk drajvere konektori za tastaturu periferni port i konektori BIOS čip CMOS baterija džamperi (Jumpers) i DIP prekidači firmver (Firmware)

Ovdje možemo naučiti koji se dijelovi matične ploče najviše koriste, čemu služe i gdje se tačno nalaze na matičnoj ploči.

2.1.1 Čipsetovi (Chipsets)

Čipset je skup čipova ili integrisanih ploča koji veže sve ostale dijelove sa procesorom

Glavni dio koji veže sve ostale dijelove sa procesorom, te šalje glavnom procesoru (CPU) informacije ostalim dijelovima. Sastoji se od dva dijela:

NorthBridge: NorthBridge je direktno povezan sa procesorom preko FSB-a (en. Front Side Bus ili sabirnica) što omogućava brzu dostupnost podataka iz memorije i grafičke kartice. Od njega najviše zavise performanse matične ploče. Integrisan je na matičnu ploču što znači da se ne može mijenjati, ali njegova voltaža i performanse se mogu mijenjati kroz BIOS ili softverski.

4

Southbridge: Southbridge je sporiji od Northbridge-a te sve informacije iz procesor-a idu prvo preko Northbridge-a pa tek onda na Southbridge koji je sabirnicama spojen na PCI, USB, zvučni čip, SATA i PATA konektore itd.

2.1.2 Slotovi za proširenje

To su najvidljiviji dijelovi svake matične ploče. Koriste se kako bi se u njih instalirali razni uređaji za proširenje mogućnosti računara koji se mogu montirati ( video, mrežne, zvučne i interfejs kartice).

Osnovni tipovi slotova za proširenje koji se koriste danas su:

ISA PCI AGP PCI-e AMR CNR

Važno je napomenuti da se svaki od ovih tipova razlikuje po izgledu I funkciji.

ISA slot (Industry Standard Architecture)- lako su prepoznatljivi jer su obično crne boje I sastoje se iz dva dijela: jednog kraćeg i jednog dužeg.

PCI slot (Peripheral Component Interconnect)- lako su prepoznatljivi pošto su kratki (oko 7,5 cm), uglavnom su bijele boje i mogu se naći skoro u svim računarima procesora Pentium proizvodnje i jače.

AGP slotovi (Accelerated Graphics Port)- su veoma popularni za primjenu s video karticama, dizajnirani su da budu direktna veza između grafike i memorije PC-ja. Lako su prepoznatljivi jer su uglavnom braon boje i nalaze se odmah uz PCI slotove na matičnoj ploči i kraći su od njih.

PCIe slot (PCI Express)- je najnoviji slot za proširenje koji se koristi na matičnim pločama. Kreiran je kao zamjena za AGP i PCI. Ima sposobnost da bude brži od AGP-a i u isto vrijeme zadrži fleksibilnost PCI-a. Postoji sedam različitih nivoa PCIe-a i označeni su kao 1X, 2X, 4X, 8X, 12X, 16X i 32X. Grubo se podudaraju sa naznačenim AGP brzinama. PCIe slotove je malo teže identifikovati nego ostale slotove, jer njihova veličina odgovara njihovoj brzini, što je duži slot to mu je i brzina veća. Razlozi za to potiču iz koncepta PCIe staza koje su zapravo umnožene komunikacione jedinice između bilo koje dve PCIe komponente i u direktnoj su vezi sa fizičkim povezivanjem na magistrali.

AMR slotovi (Audio Modem Riser)- 46-pinski slotovi su nekada bili uobičajeni na mnogim Intelovim matičnim pločama.

CNR slotovi (The Communication and Network Riser)- mogu se naći na nekim Intelovim matičnim pločama kao zamjena za Intelove AMR slotove.Ovi 60-pinski slotovi omogućavaju proizvođaču matičnih ploča da ugradi čipset matične ploče sa pojedinim integrisanim karakteristikama. Ukoliko je integrisane opcije čipseta potrebno pojačati može se dodati CNR Riser kartica.

5

2.1.3 Slotovi za memoriju i eksterni keš

To su najkorišteniji slotovi na matičnoj ploči i sadrže module u koji se postavljaju memorijski čipovi koji čine osnovnu memoriju, memoriju u kojoj se čuvaju podaci koji se trenutno koriste kao i instrukcije procesoru.

Većinom, današnji kompjuteri koriste memorijske čipove postavljene na malom štampanom kolu. Neki od ovih štampanih kola nazivaju se Dual Inline Memory Modules ( DIMMs ). DIMM-ovi variraju po broju konduktora, ili pinova koje upotrebljava određena fizička specifikacija. DIMM slotovi suobično crne boje i postavljeni su vrlo blizu jedni drugima.Broj memorijskih slotova varira od jedne do druge matične ploče ali je izgled drugačije ploče i dalje sličan. Ponekad osnovna memorija bude preopterećena zahtjevima koji dolaze od procesora. Da bi postigao zadato RAM, mora da pribavi informaciju od procesora istog trenutka, ali RAM nije brz koliko i procesor i procesor tada mora da sačeka. Zbog toga dolazi do primjetnog usporavanja čitavog sistema. Jedno od rješenja je upotrijebiti prostor na hard disku kao RAM memoriju i to se naziva virtuelni RAM ( VRAM). VRAM je spojen, optimizovan prostor koji informacije isporučuje RAM-u brže nego da dolazi iz glavnog memorijskog prostora na hard disku.

Dodavanjem keš memorije možemo ubrzati rad osnovne memorije. Keš memorija je vrlo brz oblik memorije zasnovan na konceptu statičkog RAM-a. Keš poboljšava rad sistema predviđajući koju će naredbu procesor uputiti slijedeću i pripremajući ovu informaciju prije nego što je zatražena. Ovaj obrazac omogućava kešu da bude manje veličine nego i sam RAM.U kešu se čuvaju samo najskorije korišteni podaci i naredbe, kao i oni za koje se predviđa da će naredno biti upotrebljene. Keš na matičnoj ploči je poznat kao eksterni keš jer se nalazi na samom procesoru. Takođe se naziva i kešom drugog nivoa ( L2) nasuprot L1 kešu prvog nivoa koji je integrisan u procesor.

2.1.4 Procesor i procesorski slotovi ili sokete

„ Mozak“ svakog kompjutera je centralna procesorska jedinica (CPU) ili procesor. On obavlja sve proračune i odgovoran je za 90% funkcije računara. U današnjim kompjuterima procesor je dio koji je najlakše uočiti na matičnoj ploči, to je obično komponenta na kojoj je zakačen ventilator, hladnjak ili oboje. Ovi uređaji se koriste za uklanjanje toplote koju procesor proizvodi. Teoretski, Pentium (ili jači) procesor stvara toliko toplote da bi bez hladjenja izgorio poslije nekoliko sati.

Soketi i slotovi na matičnim pločama su brojni i raznoliki koliko i sam procesor. Soketi su u suštini ravni i imaju nekoliko redova rupica rasporedjeni u kvadratni oblik.

2.1.5 Konektori za napajanje

6

U sve ove sokete i slotove na matičnoj ploči poseban priključak omogućava ploči da se poveže na napajanje i prima električnu struju. U ovaj priključak se uključuje ATX strujni priključak.

2.1.6 Konektori za disk drajvere

Skoro svaki računar koji se danas proizvodi koristi neku vrstu disk drajva za skladištenje podataka i programa. Većini drajvova je potrebna konekcija sa matičnom pločom da bi računar mogao da „razgovara“ sa diskom. Ove konekcije su poznate kao drajv interfejsi i postoje dvije glavne vrste : flopi drajv interfejsi i hard disk interfejsi. Flopi disk interfejsi omogućavaju flopi disk jedinicama ( FDD-ovi ) povezivanja na matičnu ploču i analogno tome hard disk interfejsi čine isto za hard diskove. Interfejsi se sastoje od štampanog kola i porta. Većina matičnih ploča koji se danas koriste sadrže flopi i hard disk interfejs.

2.1.7 Konektori za tasaturu

Najvazniji ulazni uredjaj kod personalni računara je tastatura. Sve matične ploče imaju konektor koji omogućava da se tastatura poveže direktno na matičnu ploču kroz kućište. Postoje dvije glavne vrste konektora za tastaturu. Nekada su to bili AT i PS/2 konektori. U današnje vrijeme PS/2 konektori zadržavaju popularnost, ali ih velikom brzinom zamjenjuju tastature koje se povezuju preko USB priključka. Originalni AT konektor je okrugao, prečnika oko 1, 75 cm sa 5-pinskom DIN konfiguracijom. PS/2 konektor je manji 6-pinski mini-DIN konektor. Većina novih računara koji se danas mogu kupiti posjeduju PS/2 konektor za tastaturu, kao i PS/2 konektor za miš odmah iznad njega na matičnoj ploči.

2.1.8 Periferni port i konektori

Da bi računar bio od koristi i imao najveću moguću funkcionalnost, mora postojati način da se podaci u njega unesu kao i da se mogu iz njega prenijeti. Mnoštvo različitih portova/priključaka je dostupna u te svrhe. Ukratko, sedam najčešćih vrsta portova koje možemo vidjeti na računaru su serijski, paralelni, univerzalna serijska magistrala ( USB-Uneversal Serial Bus ), Ethernet, zvučni ulaz/izlaz i igrački portovi.

Dodaci na matičnoj ploči

Postoje dva načina povezivanja ovih portova na ploču ( pretpostavljajući da električno kolo koje obezbjedjuje ove funkcije integrisanu matičnu ploču ):

Povezivanje sa prednje strane ploče- omogućava povezivanje portova u kućište računara, obično na poledjini kućišta uz pomoć posebnog kabla za prednju stranu matične ploče ili muški konektor koji isključuje tragove matične ploče za tu funkciju.

Metod direktnog lemljenja (DS metod) – portovi su lemljeni direktno na matičnu ploču, najčešće se upotrebljava na integrisanim pločama u brendiranim mašinama.

7

2.1.9 BIOS čip

Pored procesora, najosnovniji čip na ploči je ulazni/izlazni sistem (BIOS) čip. Ovaj posebni memorijski čip sadži BIOS softver koji govori procesoru kako da medjusobno komunicira sa ostatkom hardvera povezanim na računar. BIOS čip se lako prepoznaje : u koliko imate brendirani računar ( Compaq, IBM, HP i slično ), ovaj čip ima na sebi ime proizvodjača i , u glavnom, odštampanu riječ BIOS. Kod klonova ovaj čip obično nosi naljepnicu nekog od glavnih BIOS proizvodjača ( AMI, Phoenix/Award, Winbond, etc ).

2.1.10 CMOS baterija

Svaki PC mora da zadrži pojedina podešavanja kad je isključen i kad je i pri tome isključen strujni kabl. Ova podešavanja uključuju sljedeće: datum, vrijeme, konfiguraciju hard diska i memoriju. Računar čuva ova podešavanja u posebnom memorijskom čipu nazvanom Complimentary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) čip. Zapravo, CMOS ( izgovara se „simos“) je vrsta memorijskog čipa ; to je parametarska memorija za BIOS. Kako bi zadržali svoja podešavanja, memorija mora da ima stalno napajanje. Kad se računar isključi, sve što je ostalo u glavnoj memoriji je izgubljeno zauvijek. Kako bi smo spriječili da CMOS izgubi informacije ( što je veoma važno da se ne desi ) proizvodjači matčnih ploča ugradjuju malu bateriju koja se zove CMOS baterija koja napaja CMOS memoriju. Baterije se prave u različitim oblicima i veličinama, ali sve obavljaju istu funkciju. Većina CMOS baterija izgleda poput velike batreije za sat ili male baterije cilindričnog oblika.

2.1.11 Džamperi ( Jumpers ) i DIP prekidači

Poslednje komponente matične ploče su džamperi i DIP prekidači. Ove dvije komponente se koriste radi konfigurisanja različitih hardverski opcija na ploči. Na primjer, neki procesori koriste različite voltaže ( 1.5, 3.3, ili 5 volti ). Ploča se mora podesiti tako da obezbjedjuje odgovarajuću voltažu za procesor koji koristi. To se čini mjenjajući podešavanja na matičnoj ploči ili uz pomoć džampera ili DIP prekidača. Matične ploče često imaju ili nekoliko džampera ili jedan niz DIP prekidača. Zasebni džamperi su često obilježeni nazivom JPx ( gdje je x broj džampera).

2.1.12 Firmver (firmware)

Firmver je ime koje se daje bilo kojm softveru koji je upisan u čip iz koga se podaci mogu samo čitati ( ROM ) i može se pokrenuti bez dodatnih instrukcija primljenih od operativnog sistema. Većina kompjutera koristi firmver u nekom ograničenom obliku. Najbolji primjer za firmver je kompjuterov CMOS program za podešavanje, koji se koristi za postavljanje opcija BIOS-a ( vrijem/datum, opcije za butovanje ). Takodje, neke kartice za proširenje kao što su SCSI („skazi“) kartice koriste svoj firmver alatke za podešavanje periferala.

8

3. MODELI MATIČNIH PLOČA

Postoji nekoliko modela matičnih ploča, a kada govorimo o modelu matične ploče mislimo na veličinu ploče i na fizičke dimenzije. Taj podatak nam određuje tip kućišta za određenu matičnu ploču. Uopšteno dostupni modeli matičnih ploča su: Backplane Systems LPX, Full-size AT ATX, Baby-AT NLX, LPX, ATX, NLX.

3.1 Backplane Systems

Sve ploče u stvari nemaju matičnu ploču.

U nekim sistemima komponente koje se nalaze na matičnoj ploči su smještene na adapter kartici koja je priključena na utor. U takvim sistemima ploča sa utorima se naziva backplane, a ne matična ploča, a sistemi koji koriste ovu konstrukciju se zovu backplane systems.

Postoje dva tipa backplane ploča: pasivni i aktivni.

Kod pasivnog tipa osnovna ploča ne sadrži nikakve električne spojeve, osim bus konektora i spojeve za drivere i međuspremnik. Svi spojevi nađeni na konvencionalnim matičnim pločama se nalaze na jednoj ili više kartica instaliranih u utore na ploči. Neki backplane sistemi koriste pasivni dizajn kod kojeg se cijeli sistem nalazi na jednoj matičnoj kartici koja se priključi na utor ploče, a to omogućuje lako nadogradnju cijelog sistema po potrebi. Popularni su kod industrijskih sistema koji se često nadograđuju.

Kod aktivnog oblika na ploči postoji više elektronike. Većina aktivnih backplane systema sadrži sve što sadrži i matična ploča, osim procesora. Tako omogućujemo jednostavnu nadogradnju procesora mjenjajući samo jednu karticu, a to je jeftinije nego kad mjenjamo cijele matične kartice kao kod pasivnog backplane systema. Međutim ovakav oblik matičnih ploča nije poželjan jer su cijene mnogo veće nego kod kompletnih matičnih ploča drugih proizvođača.

Oba dizajna, kompletna matična ploča i backplane sistema, imaju svojih prednosti i mana.

Apple i IBM su promjenili tržište u sada tradicionalne sisteme matičnih ploča sa utorima što je jeftinije za masovnu proizvodnju od backplane systema.

Prednost backplane systema je što se može nadograditi novim procesorom s boljim perfomansama mjenjajući samo jednu karticu, dok kod pravih matičnih ploča mora se često mjenjati i sama matična ploča.

3.2 Full-size AT

9

Ove matične ploče su nazvane Full AT matične ploče jer izgledaju kao originalne IBM-ove AT ploče. Ploča je velike dimenzije i stane u Full-size AT i Tower kućišta. One se više ne proizvode zbog sve veće minijaturizacije.

3.3 Baby AT

Baby AT model je isti kao i originalna IBM XT matična ploča s malim prepravkama otvora za vijke da bi pristajala u AT kućišta. Ima specifično smještene konektore za tastaturu, miša i utore koji odgovaraju otvorima na kućištu. Skoro sve Full size i Baby AT modeli imaju 5-pinske DIN konektore za tastaturu. Baby AT model je danas najpopularniji zbog svoje fleksibilnosti.

3.4 LPX

Modele matičnih ploča LPX i Mini-LPX prvi je počeo proizvoditi Westrn Digital. On ih više ne prizvodi, ali su ih preuzeli drugi proizvođači. Smještaju se u Low Profile i Slimline kućišta. Cijena im je niska, ali imaju nekih različitosti s ostalim matičnim pločama. Njihova osobina je ta što su utori za proširivanje smješteni na karticu koja se priključi na matičnu ploču. Kartice se priključuju sa strane što nam omogućuje vodoravan dizajn kućišta. Još jedna osobina LPX modela je standardni smještaj konektora na zadnjem dijelu kućišta. Postoji red konektora za video (VGA 15-pin), jedan paralelni (25-pin) i dva serijska porta (9-pin) i Mini DIN PS /2 konektor za miša i tastaturu.

3.5 ATX

ATX je kombinacija najboljih osobina Baby AT i LPX modela s mnogim dodanim poboljšanim osobinama. ATX model je u stvari Baby AT matična ploča okrenuta sa drugačije smještenim napajanjem. Kod ATX modela potrebna su drugačija kućišta i napajanja od Baby AT i LPX modela. ATX poboljšava Baby AT i LPX modele u nekoliko velikih područija: Ugrađena ploča vanjskih I/O konektora. Zadnji dio matične ploče uključuje područije konektora koji je 6,25 inča širok i 1,75 inča visok. To omogućuje vanjskim konektorima da budu smješteni direktno na ploči i tako nema potrebe za kablovima koji se protežu od unutrašnjih konektora do zadnjeg dijela kućišta kao kod Baby AT modela.

ATX specifikacija uključuje i jednostruki konektor za napajanje koji se ne može nepravilno spojiti kao kod Baby AT ploča. Sadrži pinove za napajanje matične ploče sa 3,3 volta, što znači da ATX ploča nema potrebe za regulatorom napona koji je sklon greškama.

10

CPU i memorijski modeli su premješteni da se ne mješaju s ostalim karticama i može im se lako pristupiti bez potrebe za isključivanjem nekih instaliranih kartica. Premješteni su bliže napajanju tako da hladnjak napajanja propušta zrak preko CPU-a i memorije.

Unutrašnji I/O konektori za disketnu jedinicu i čvrsti disk su premješteni da budu bliže njihovim utorima i dalje od ostalih uređaja. Unutrašnji kablovi mogu biti kraći i prilikom pristupanja konektorima nema potrebe za isključivanjem nekog od uređaja.

CPU i glavna memorija se hlade direktno iz napajanja tako da nisu potrebni posebni hladnjaci.. Može se dodati i filter zraka što smanjuje prljavštinu unutar kućišta.

ATX specifikacija nema potrebe za puno kablova u kućištu, potrebe za dodatnim hladnjacima, regulatorima napona, koristi jedan konektor za napajanje, te je zbog svega ovoga manja cijena matične ploče i cijelog sistema uopšte.

3.6 NLX

NLX je zadnji izum u tehnologiji stolnih matičnih ploča. Sličan je LPX-u, ali je poboljšan sa najnovijom tehnologijom. Primarno ograničenje LPX ploče bila je fizička nemogućnost prihvaćanja novijih procesora zbog njihove veličine, a NLX ploče su specijalno dizajnirane da se nose s tim problemom. Prednosti NLX modela uključuju podrška za trenutne procesorske tehnologije. Ovo je važno kod Pentium II procesora, jer veličina cartridge kojeg koristi ovaj procesor može ograničiti korištenje procesora kod Baby AT i LPX ploča.

Fleksibilnost koju je imao backplane model je uključena u ovaj model što dopušta lako ugradnju novim matičnim pločama bez potrebe za rastavljanjem sistema na sastavne dijelove. Ovo uključuje AGP (Accelerated Graphics Port) rješenje grafike visokih perfomansi. USB (Universal Serial Bus) i visoke memorijske module i DIMM tehnologiju. Međutim ugrađena je i podrška za reprodukciju videa, poboljšane grafike i zvuka.

4. FORMATI MATIČNIH PLOČA

Najrašireniji format (standard) je ATX format matičnie ploče. U ostale poznate formate ubrajaju se: miniATX, microATX, PC/XT, LPX, miniLPX, ITX, NLX, FlexATX.

U narednoj tabeli ću prikazati poređenje nekih formata matičnih ploča:

11

Tabela 1-Poređenje matičnih ploča

Format Dimenzije UtoriATX 305 mm x 244 mm AGP / 6 PCImicroATX 244 mm x 244 mm AGP / 3 PCIMini ATX 284 mm x 208 mm AGP / 4 PCIMini ITX 170 mm x 170 mm 1 PCINano ITX 120 mm x 120 mm 1 MiniPCIBTX 325 mm x 267 mm 7microBTX 264 mm x 267 mm 4picoBTX 203 mm x 267 mm 1FlexATX 229 mm x 191 mm AGP / 2 PCI

Najpoznatiji proizvođači matičnih ploča su:

Intel, Gigabyte, Foxon, Asus, Abit, ECS, Epox, Albatron, ASRock, DFI, MSI i mnogi drugi.

U narednom sadržaju koji slijedi izdv neke od matičnih ploča.

5. PCI-Express 2.0 matična ploča - Chipset Intel X58

Razvoj tehnologije, posebno u smanjivanju jedinične veličine elementarnog tranzistora omogućilo je izradu moćnih procesorskih (CPU) i grafičkih (GPU) integrisanih krugova. Želja da se poveća propustna moć između pojedinih sklopova računara dovela je do unapređenja koncepcije prikazane u ovom poglavlju.

Sve složeniji razvoji igara koji postaju grafički i procesorski zahtjevnije i u novijem dizajnu podržavaju višeprocesorske sisteme jedan je za poticaj prema novom dizajnu. Svemu ovome treba dodati izgled dizajna PC-a kao multimedijske platforme što u stvari znači uspješnu obradu video sadržaja. Uz sve ovo navedeno dobro će doći i aplikacije dizajnirane u znanstvene svrhe kao i sve rašireniji koncept primjene virtualnih računara. Bez dobre procesorske snage simulator mreže i mrežnih uređaja gotovo je neupotrebljiv. Samim tim i ranalna programska podrška kao profesionalna pomagala postaće mnogo uspješnija. Višeprocesorski sistem u jednom kućištu, tačnije više međusobnom povezani procesorskih jezgi u funkcionalnu cjelinu razlog je dalje nemogućnosti uspješnog povećanja radnog takta procesora bez posljedice velikoga pregrijavanja.

12

Novi način dozvoljava povećanja radne prevencije pojedinih komponenti, povećanja radne frekvencije procesora i povećanje radnog napona električnih sklopova u svrhu bržeg prolaza elektrona kroz elemente integrisanog kruga, a samim tim i povećanje perfomansi sistema u cjelini, a taj postupak je nazvan OVERCLOCKING što je usko povezano s načinom hlađenja komponenti. Ovdje je temperatura vrlo važna za ukupno povećanje perfomansi u sistemu što omogućava promjene osnovnih podešavanja u sistemu u BIOS-u.

Dobra podrška mikroprocesora s više jezgri iz porodice Intel za kućnu i kancelarijsku upotrebu je matična ploča sa Chipset-om. Intel X58 za procesore tipa „Core i7“ predviđen za LGA 1366 podnožje, izrađeno u 45 nm tehnologiji s približno 730 miliona tranzistora.

Set logike Cipset-a uglavnom je podjeljen u dva dijela: North Bridge-IOH i South Bridge-ICH

o North Bridge IOH čip (I/O HUB) nema integrisanih grafički podsistem. On podržava

do 36 kondora koji se mogu konfigurisati kao 1x16 2x16 ili 4x8 sistem. On je povezan sa „South Bridge“ hub arhitektura koji vodi brigu o periferijama.

o South Bridge ICH brine o vanjskim uređajima računara (I/O Controler Hub) i izrađuje

se u dvije verzije sa (ICH10R) i bez (ICH10) integrisane podrške za RAID polje diskova. Uz sve ovo navedeno podržava i optičke uređaje kao što su (CD-DVD), USB i više kanalnu podršku za obardu zvuka HDA, te mrežnu podršku LAN komunikacije i vanjske uređaje povezane SATA uz pomoć dodatnih namjenski integrisanih krugova.

Slika 2-Blok shema Intel-X58 chipset-a/Intel-DX58SO PCI-Exspress 2.0 matična ploča

Sama štampana ploča (PCB-Printed Circuit Bord) izrađuje se u osam slojeva, što je čini tehnološki zahtjevnijom u odnosu na starije šestoslojne ploče, a samim tim i u krajnjoj izradi

13

skupljom. Kod nje se ne mogu ni raspoznati vodovi koje slojeve sadrže. Komponente ukomponirane oko Chipset-a uobičajne su za ovu porodicu matičnih ploča. Animirani natpisi nadopunjuju se redosljedom kako bi od prilike odgovorali redosljedu aktiviranja pojedinih sklopova uređaja na matičnoj ploči po uključivanju računara.

Tabelu koju ću prikazati opisuje sistem i mogućnosti prikazane matične ploče.

14

Tabela 2-Sastav i mogućnosti matične ploče

Form Factor ATX (304.80mm x 243.84mm)BIOS Intel® BIOS resident in the SPI Flash deviceProcessor Intel® Core™ i7 processorProcessor socket LGA 1366

ChipsetIntel® X58 Express Chipset:   - Intel® X58 I/O Hub (IOH)   - Intel® 82801IJR I/O Controller Hub (ICH10R)

Advanced Super I/O for Desktop Winbond WPCD376IIntegrated Graphics NoExternal Graphics Full support for ATI CrossfireX technology

Memory - Maximum Supported16 GB (4 x 240 pin DDR3 non-ECC SDRAM socket)

Memory Frequency (refer to TPSfor configuration requirements)

Triple channel Non-ECC DDR3800/1066/1333 MHz (3 DIMM)

Audio

8-channel (7.1) Dolby Home Theater*audio subsystem with five analog audio outputsand two S/PDIF digital audio outputs(coaxial and optical) - RealTek* ALC889 codec

S/PDIF 1 optical port + 1 onboard 3-pin connector

LAN ControllerGigabit (10/100/1000 Mb/s) LAN subsystem(Intel® 82567LM Gigabit Ethernet Controller)

USB Connectors 12 (8 external ports + 4 onboard connectors)PCI slot 1PCI Express 2.0 x16 slot 2PCI Express 2.0 x4 slot 1PCI Express 1.1 x1 slot 2SATA (ports) 6 (3 Gb/s per port)

eSATA port with RAID (ports)2 (RAID 0, RAID 1; Marvell* controller 88SE6121)

PATA (ports) No

IEEE-1394a Ports (OHCI / PHY)1 + 1 onboard connector (Texas Instruments* TSB43AB22A)

Intel® Matrix Storage technologyyes (SATA; RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5) with ICH10R

Hyper-Threading technology support yesIntel® Express BIOS Update yes

Podrška za PATA je skroz izostavljena. Nema ni PS/2 paralelnih i seriskih priključaka. Chipset ili neki dodatni integrisani krug ih ne podržava, što znači da su neke vrste komunikacija sada u mirujućem stanju, ali ima proizvođača koji izrađuju kartice koje sadrže

15

komponente PCI ili PCI-E po nekadašnjim standardima.Ova prikazana matična ploča koristi tri nezavisna kanala s jednim utorom, dok kanal A ima dva utora.

Memorijski upravljač podržava dva moda rada:

Triple/Dual Channel mode- Više kanalni mod koji je moguć ako su tri/dva utora popunjena identičnim memorijskim modulima (utori plave boje sa slike). Drugi utor (crni) prvog kanala se ne koristi. Sistem će raditi i sa jednim memorijskim modulom, ali to sa gledišta kanalnog pristupa memoriji nema smisla.

Single channel mode se koristi kada su raspoloživi memorijski moduli različitog kapaciteta (crni utor i plavi utor do njega sa slike). Inače se ne koristi ako nije baš porebno.

U sledećoj tabeli prikazaću memorijsku mapu:

Tabela 3-Memorijska mapa

Address Range (dec) Address Range (hex) Size Description1024 K - 16777216 K

100000 - 3FFFFFFFF

16382 MB Extended memory

960 K - 1024 K F0000 - FFFFF 64 KB Runtime BIOS896 K - 960 K E0000 - EFFFF 64 KB Reserved800 K - 896 K C8000 - DFFFF 96 KB Potential available

high DOS memory(open to the PCI Conventional bus).Dependent on video adapter used.

640 K - 800 K A0000 - C7FFF 160 KB Video memory and BIOS

639 K - 640 K 9FC00 - 9FFFF 1 KB Extended BIOS data(movable by memory manager software)

512 K - 639 K 80000 - 9FBFF 127 KB Extended conventional memory

0 K - 512 K 00000 - 7FFFF 512 KB Conventional memory

Uporedo sa ovim je razvijen i dizajn matičnih ploča kome nije potreban veći memorijski prostor. Sklopovi X58 matične ploče omogućavaju izbjegavanje preklapanja memorijskih adresa prema mapi koju definiše konvencionalna I/O logička adresna šema.

Izrađuje se nova mapa fizičke memorije koja obuhvata područije nakon konvencionalne granice od 4GB, te se vrši logičko preračunavanje u svrhu dohvata određenoga mjesta nakon navedene granice uz operativni sistem koji može adresirati više od 4GB radne memorije. Osim ovoga navedenog grafičke kartice moraju prepoznavati ispravno navedenu memorijsku šemu kako bi se na monitoru računara mogla ispravno prikazivati stanje aplikacija. U tom

16

smislu grafička karta mora zadovoljiti kompatibilnost s EGA, CGA i MDA standardima. Neke grafičke karte sve ovo navedeno i nezadovoljavaju.

Povećanje broja fizičkih adresa 32 bit-nog operativnog sistema u pogledu memorijski lokacija RAM-a moguće je ako se broj jezgra operativnog sistema proširi sa 32 na 36, a tako se omogući fizička memorija do 64GB. Ovo omogućavaju izdanja Windows Vista OS, Mac OS X, neke novije verzije Linux jezgra, uz upotrebu procesora koji podržava Intel Pentium PRO. Pristup fizičke memorije više 4GB mora omogućiti mikroprocesor, matična ploča (Chipset i BIOS) i operativni sistem. Ako bilo koji od navedenih sklopova računara navedeno ne podržava pristup fizičke memorije preko konvencionalne granice od 4GB nije moguć. Ova mogućnost kod 32 bit-ne verzije WindowsXP operativnog sistema putem Microsoft AWE API-a sistema nije baš od značaja.

Procesor „Intel-Core i7“ u osnovi je četvero jezgreni CPU s podnožjem LGA 1366 izrađen u 45nm tehnologiji. Sadrži po svakoj jezgri 64KB L1 međumemorije i 256KB L2 međumemorije izvršnu logiku jezgre, logiku za predviđanje grananja i ostale dijelove zezgrine arhitekture. Osim nove arhitekture i integrisanog memorijskog uprevljača, Core i7 svoju brzinu može zahvaliti integrisanoj L3 međumemoriji zajedničkoj svim jezgrima procesora i Huper-Threading (HT) tehnologiji, osam simultanih niti na četvero jezgrenom čipu. Navodi se 40% brže kodiranje video sadržaja u odnosu na Core2, u stvari preciznije se radi o mikroprocesorskom sistemu koji može podržati 2 do 8 jezgri i u skladu sa tome 4 do 16 tokova za prenos podataka pomoću SMT, dizajniranom za serverske i moćnije PC platforme, što se operativnom sistemu predstavlja kao dvostruki broj logički jezgri od broja fizičkih jezgri mikroprocesora.

Sa HT se u stvari vrši izvođenje više zadataka od jednom i tako se skraćuje vrijeme za izvršenje nekog određenog zadatka.

Veću otpornost podnožja procesora na savijanje uzrokovano zbog fizičkog naprezanja podloge radi toplote zahtjeva povećan broj kontakata, te je zbog toga inplementirano rješenje s metalnom podlogom s donje strane matične ploče koje je s gornjim dijelom kućišta mikroprocesora povezano sa četiri vijka.

Kućište procesora od 1366 pin-ova zauzima više mjesta u odnosu na dosadašnji dizajn. Zbog toga su potrebni veći hladnjaci, a i pin-ovi nisu okrugli pa to omogućava njihovu veću gustoću i međusobno manji razmak, svega 0,4mm. Visoka temperatura tokom rada uzrokuje savijanje podloge te je zbog toga potreban veći broj pin-ova zbog potrebe povećanja vodova prema memorijskim utorima. Razvijenu toplotu tokom rada treba smanjiti pomoću određenog hladnjaka. Zbog toga se ukazuje potreba za dodatnom mehaničkom kompenzacijom u vidu metalne podloge ispod višeslojne štampane ploče. Novi dizajn nema dobro rješenje pošto je nadogradnja starijih sistema nemoguća. Slabije verzije novodizajniranog mikroprocesora imaju oznaku Core i5 i Core i3, a pripada ima podnožje LGA 1156. Oni koncepcijski napreduju jer sadrže upravljač prema grafičkom podsistemu računara. Intel takođe ima u ponudi verziju procesora Core i7 za podnožje LGA 1156.

17

Core i7 je razvijen s namjerom upotrebe višeprocesorskom i serverskom okruženju i ima sjajnu osnovu. U skladu sa potrežnjom na tržištu broj jezgri ili procesora mikroprocesor će se nuditi s jednom ili više QPI sabirnica koje će povezati procesor s ostalim procesorima u sistemu, ali i procesor sa Chipset-om svaki sa propusnošću od 25GB. Nove verzije operatvnih sistema Windows i OSX dizajniraju se da ovo mogu iskoristiti.

6. PCI-Express 2.0 matična ploča - Chipset Intel P67 (H67)

Svrstava se u drugu generaciju Intel CoreTMi3, CoreTMi7 mikroprocesora. Za razliku od prve (kao za Q57 chipset), razlikuju se u međusobnom povezivanju procesorskog i grafičkog sistema u jedan jedinstveni čip po fizičkoj i logičkoj osnovi i u cijelini su izvedeni u 32nm tehnologiji. Kod primjene 32 nm tehnologije omogućuje se manja veličina tranzistora, te se tako može objediniti mnogo više logičkih sklopova na silicijskoj pločici, a ujedno i poveća funkcionalnost mikroprocesora, pa u odnosu na njihovu prethodnu generaciju novije izdanje sadrži naprednije tehnologije.

Po dimenzijama mikroprocesori novije generacije iste su veličine kao i oni što su bili ranije, samo im je kućište promjenjeno - LGA 1155. Broj nožica je skoro isti, ali su urezi na različitim mjestima, tako da starije mikroprocesore nije moguće staviti u novo kućište i obrnuto.

Pošto je kućište mikroprocesora po osnovnim dimenzijama isto, zadržana je ista udaljenost otvora za montiranje rashladnog uređaja, mogu se upotrijebiti i već postojeći rashladni sistemi za LGA 1156.

“Sandy Bridge” procesori troše mnogo manje energije u odnosu na prethodne, te se zbog stoga i mnogo manje zagrijavaju.

Svemu ovome je povoljnije to što se može pratiti opterećenost pojedinih jezgri, te tako ako se tokom rada neka od jezgri previše optereti, trenutni process se automatski prebaci na hladniju jezgru, a samim tim se korištenost mogućnosti procesora poveća.

U sledećem primjeru prikazana je moćnija matična ploča koju je Intel namijenio igračima i entuzijastima. Riječ o matičnoj ploči punog ATX formata sa mogućnostima i većim potreba prosječnim korisnika.

Intel je ovim modelom pokazao da se može konfigurisati 'Sandy Bridge' PC sistem sa performansama u ravni najjačim LGA 1366 procesora i X58 matičnih ploča. Ovakva konfiguracija se koristi i u mnoge druge svrhe. CAD programska će biti uspješnija, a CT jedinica za snimanje ljudskog organizma, uređaj za kompjutersku tomografiju, koristi

18

računalo ove vrste koje doktoru služi za pregled snimaka na dva velika LCD ekrana uz dodatnu grafičku karticu mogu se velike digitalne snimke pregledati do najsitnijih datalja.

Uspješna podrška mikroprocesora s više jezgra i izmjenjenom grafičkom sistemu iz porodice INTEL “Sandy Bridge” za kancelarijsku upotrebu je matična ploča sa chipset-om Intel P67(H67) za mikroprocesore tipa “CoreTM i7” i “CoreTM i5”, a izrađenim u 32 nm tehnologiji sa ujedinjenim procesorskim i grafičkim sistemom, a koriste LGA 1155 podnožje, a nekadašnji “North Bridge” chipset-a manje je zastupljena kao usluga za CPU.

P67 (H67)- Platform Controller Hub (PCH) brine o vanjskim urađajima računala i izrađuje se sa integrisanom podrškom za RAID polje diskova. Podržava još optičke uređaje (CD-DVD),USB uređaje, nove specifikacije za USB (v 3.b), SATA (6.0. Gb/s), te više kanalnu podršku za obradu zvuka (HAD), mrežnu podršku LAN za komunikaciju i vanjske uređaje.

Slika 3-Blok shema Intel-P67/H67 chipset-a/Intel-DP67BG PCI-Express 2.0 matična ploča

P67 chipset ima podršku za dodatne grafičke kartice i u ovom primjeruje moguće upotrijebiti dvije grafičke kartice međusobno povezane CrossfireX ili SLI tehnologijom.

Uz pomoć “CoreTM i7” procesora s navedenim se dobija velika računska moć, dok chipset H67 u kombinaciji s nekom Mini-ITX matičnom pločom i “CoreTM i3” procesora omogućava dizajn malog i korisnok kancelarijskog računala koristeći GPU mikroprocesora.

Ovakav objedinjeni concept zasnovan na chipset-u H67 povoljan je za izradu jeftinijim i manjih računalnih sistema na matičnim pločama manjim dimenzija s minimalnim mogućnostima dogradnje, kao Mini-ITX format. To je sasvim dovoljno za jednu kancelariju kao što je računovodstveni servis, gdje nema potrebe za moćnim sklopovskim resursima. Samim tim broj značajnih čipova smanjen je na jednog što će omogućiti bolji dizajn računala u manjim kućištima. Stanje sistema ima uvid u mnoštvo senzora i vizualno se predočava

19

pomoću LED diode i POST pokazivač pomaže boljoj dijagnostici sistema po postupku uključivanja računara.

Animirani natpisi opisuju namjeni pojedinih komponenti i nemaju stručni redosljed pojavljivanja kao u primjeru VIII.

Tabela koja slijedi opisuje sistem i mogućnosti prikazane matične ploče na prethodnoj podslici

Tabela 4-Sistem i mogućnosti matične ploče

Form Factor ATX (304.80mm x 243.84mm)BIOS with support for SMBIOS 32 Mb at SPI (Serial Peripheral Interface);

POST code decoderProcessor (Sandy Bridge)with Intel® 64-bit architecture

Intel® Core™ i7-2XXX processor with Intel HD Graphics orIntel® Core™ i5-2XXX processor with Intel HD Graphics

Processor socket LGA 1155Chipset Intel® P67 (H67) Express Chipset - Platform

Controller Hub (PCH)Advanced Super I/O for Desktop Winbond W83677HG-IIntegrated Graphics Yes (for H67 without support for external

multi-card graphics)External Graphics Flexible support for:

   - ATI* CrossfireX* technology   - NVIDIA* SLI* technology

Memory - Maximum Supported 32 GB (4 x 240 pin DDR3 non-ECC SDRAM socket)

Memory Frequency (refer to TPSfor configuration requirements)

Dual Channel Non-ECC DDR31066/1333/1600 MHz (4 DIMM)

Audio 10-channel (7.1) Dolby Home Theater* audio subsystemIntel® High Definition Audio3 (Realtek*ALC892)

S/PDIF S/PDIF Out header (1x4) at Back panel PortLAN Controller Intel® Gigabit Ethernet PHY (82579V)USB Connectors v2.0 14 (8-back, 3 doubled on board)USB Connectors v3.0 2 Back panel Port (NEC D72020DF)PCI slot 2 (with IDT 89HMPEB383ZA PCIe-to-PCI

bridge)PCI Express 2.0 x16 slot 1 (switchable to x8 slot with CrossfireX or SLI)PCI Express 2.0 x8 slot 1PCI Express 2.0 x1 slot 3SATA (3 Gb/s ports) 4SATA (6 Gb/s ports) 2eSATA port without RAID 1 (Marvell* controller 88SE6111-NAA1)PATA (ports) No

20

IEEE-1394a Ports (OHCI / PHY) 1 at Back panel Port (Texas Instruments* TSB43AB22A)

Intel® Rapid Storage technology yes (SATA; RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5)

Hyper-Threading technology yes (Intelligent Power Technology, Shared cache - CHiL chl8326)

Turbo Boost Technology yesIntel® Extreme Tuning yes (only for P67)

Već u promjeru za X58 Chipset, vidi se da prisutnost PS/2 konektora nije potrebno za priključenje tastature i miša, jer je podrška za USB uređaje ujedinjena u BIOS.

Matična ploča u ovom primjeru daje uvjerljivije djelovanje primjene USB konektora “BOOT” sadržaje za održavanje operativnog sistema moguće je pokrenuti i s nekog USB stika.

Intel je uveo obaveznu prisutnost naprednih kontroliranih modula za regulaciju napona, a samim tim pravilno pothranjivanjem CPU-a postala je od važnog značaja za neometan rad kompletnog procesora koji u sebi ima integrirano mnogo različitih uređaja.

Rad digitalnog PWM (Pulse-width modulation) modula za napajanje mikroprocesora nadzire specijalni procesor kojeg proizvodi firma CHiL (CHiL Semiconductor Corporation) koji dinamički snabdjeva CPU + GPU dijelove čipa odgovarajućim naponom u skladu sa operacijama koje se trenutno izvršavaju. U sledećoj slici ću prikazati priključke matične ploče sa zadnje strane.

Slika 4-Priključci za povezivanje uređaja

Povećanje perfomansi modernih mikroprocesora ostvaruju se ugradnjom više procesorskih jezgri u jedno kućište sa objedinjavanjem svih jezgri u jedan jedinstveni čip (AMD).

21

Višeprocesorski sistemi su odavno već u upotrebi, što znači jedno kućište (socret), jedan procesor ali s više procesora na matičnoj ploči. Svrha korištenja više procesora sjednim jezgrom ili jednog procesora s više jezgri je raspodjela aktivnih procesora na više fizičkih ili logičkih mikroprocesora (CoreTM i7) sa čime se dobiva na broju istovremeno obavljanih procesora u jedinici vremena, a ne na brzini njihove pojedinačne obrade. Brzina ovakve obrade zavisi o random taktu mikroprocesora, te je sve teže napraviti mikroprocesor s većim radnim taktom, te je zato napravljen višejezgrin koncept dizajn mikroprocesora.

Korist od ovog koncepta imati će sva programska podrška za obradu videa i CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Modeling) i slično tome, a naravno i igre.

Ujedno uz upotrebu moći grafičkih procesora da preuzmu dio poslova na sebe (GPGPU-General Purpose GPU) može se utvrditi da moć korisničkog radnog okruženja naglo raste.

Nekad se puno trošilo vremena na kodiranje muzike u MP3 format, a danas se to obavlja u vrlo kratkom roku, a slično se dešava i na polju obrade multimedijskih sadržaja.

Kod igara sama procesorska snaga (CPU) nije dovoljna, treba je ujediniti sa snažnom grafičkom podrškom (GPU) kao što opisana matična ploča omogućava CrossFire tehnologijom povezivanja dvije grafičke kartice u paralelni rad. Prilična potrošnja mikroprocesora, matične ploče, jedne ili više grafički karti, radne momorije i drugih uređaja podrazumjeva kvalitetan izvor energije koji nebi smjeo biti ispod 800W raspoložive snage.

Priključci na matičnoj ploči omogućuju dodatno priključivanje konektora za uređaje ukomponiranih na limenom nosaču (bracket) na zadnjoj strain kućišta ili kao system priključaka na početku kućišta računara ili na neki sličan način.

Priključci na prednjoj strain kućišta računara su popularniji zbog lakšeg svakodnevnog rada s brzo izmjenjivim periferijama kao što je USB stik.

22

7. LITERATURA

http://www.zicomp.ba/maticneploce.html

http://www.docstoc.com/docs/201665/Maticne_ploce

http://www.informatika.buzdo.com/s370.htm

http://www.zoki.hr/skola/maticnaploca.htm

23