SEMINARSAKI RAD - Matična ploča i procesor PC računara

Viša poslovna škola - BlaceViša poslovna škola - BlaceMatična ploča i procesor PC-aMatična ploča i procesor PC-a

Viša poslovna škola-Blace

SEMINARSKI RAD

Tema:Matična ploča i procesor PC računara

Profesor: Student:Zakić Aleksandar

1


Uvod

U ovom seminarskom radu opisane su funkcije matične ploče.Navedeni su osnovni

standardi u dizajnu (ATX i mikro ATX standard).Takođe se govori o plug-and-play

(priključi i radi) načinu rada koji predstavlja skup pravila za interakciju različitih delova

hardvera sa matičnom pločom.Prikazan je izgled matične ploče sa svim delovima preko

kojih komunicira sa ostalim hardverskim uređajima. Opisan je princip rada procesora u

okviru koga se objašnjava kako procesor reaguje na zahteve pojedinih uredjaja i

korisnika PC-a.Upoređivane su performanse različitih tipova procesora, počevši od

procesora 8086 pa sve do poslednje generacije procesora Pentium IV. Data je tabela iz

koje se jasno vide razlike između različitih procesora.

Svaki računar poseduje štampanu ploču, koja predstavlja njegovu osnovu

(logičku, ali najčešće i mehaničku). Ona se, obično, naziva matična ploča. Matična

ploča predstavlja okosnicu PC racunara – deo PC-a sa koga se sve račva i na koji je sve

povezano, obično neposredno, ali povremeno i indirektno (kao što je to slučaj sa USB).

Matična ploča je odgovorna i za postavljanje neophodnih podešavanja koja

omogućavaju rad PC-a. Kao što matična ploča predstavlja "kičmu" PC -a, tako procesor

predstavlja "mozak" računara. Procesor se sastoji iz dva dela: upravljačke jedinice i

aritmetičko logičke jedinice u kojima se obavlja proces obrade podataka. Procesor nije

sastavni deo matične ploče, iako je njegovo podnožje smešteno na matičnu ploču. Veza

između procesora i matične ploče se uspostavlja pomoću ZIF podnožja. U ovom radu su

posmatrani zasebno.

2


MATIČNA PLOČA

Prvi deo logičkog sistema predstavlja matična ploča. To je veliki, obično

zeleni, plastični deo, prekriven bakarnim provodnicima (koji se nazivaju linije ili

putanje), koji sadrži najveći deo čipova PC-a, podnožja i konektora zalemljenih za

ploču. Bakarne linije međusobno povezuju komponente i sisteme na matičnoj ploči.

Matične ploče novijih generacija, podržavaju tzv. plug-and-play (priključi i

radi) način rada.To znači da je ploča dizajnirana da podržava industrijski standard pod

imenom “plug-and play”, koji predstavlja skup pravila za interakciju različitih delova

hardvera sa matičnom pločom, kao i sa ostalim hardverskim uređajima.Pre uvođenja

standarda plug-and-play, svaki proizvođač je samostalno odlučivao o načinu rada svog

proizvoda, tako da većina komponenata nije bila međusobno kompatibilna.

Nekompatibilnost je u velikoj meri ograničavala slobodu izbora korisnika i istovremeno

otežavala konfiguraciju i samu upotrebu PC-a.

Dizajin matičnih ploča savremenih računara prati dva uobičajna standarda:

ATX i mikro ATX Ovi standardi predstavljaju konvenciju koju je prihvatio veliki broj

proizvođjača matičnih ploča. Oni garantuju da će sve matične ploče sa raznim

deskriptivnim nazivima raditi bez problema sa bilo kojom komponentom koja poštuje

ista pravila. Standardi obrađjuju dizajn same matične ploče, zajedno sa definisanjem

načina njene ugradnje, hlađenja i napajanja – računajući i prostor koji je potreban za

dodatne kartice i diskove.

Matična ploča obavezno poseduje podnožje, ili slot konektor za osnovni

procesor, ili CPU, kao i većinu, ili sve memorijske čipove, uz veliki broj dodatnih kola

3


koja jednostavmo preusmeravaju informacije prema drugim kolima na ploči i

konektorima koji vode do dodatnih kartica i disk uređaja i iz njih. Ova dodatna kola se

obično nazivaju set čipova matične ploče

Na slici 1 prikazana je jedna ATX matična ploča. Na slici je prikazana matična ploča

odvojena od kućišta, gledano odozgo.

Slika 1:Matična ploča

Najveći objekat, koji se uzdiže iznad matične ploče, je hladnjk, pričvršćen na CPU

modul. Namenjen je za odvod velike količine toplote koja nastaje tokom normalnog rada

procesora. Bez hladnjaka, procesor bi se jednostavno “skuvao” u toploti koju sam

generiše.Veliki pravougaoni objekti desno procesora predstavljaju I/O(input/output –

ulazno/izlazne) slot konektore. Prikazana matična ploča poseduje tri tipa I/O slotova, što

4


je i uobičajno za današnje računare. Dva crna slota su starijeg tipa, tzv. ISA (Iindustri

Standard Arhitecture) konektori.Ovaj standard predstavlja istoriski prvu vrstu konektora

ove namene. ISA slotovi, koji, po današnjim standardima, poseduju veoma slabe

performanse, mogu istovremeno preneti 16 bitova podataka. Oni se ugradjuju u

savremene računare prvenstveno radi održavanja kompatibilnosti sa starijim karticama

proširenja.Pet, bela konektora prate PCI (Peripheral Component Interconnect)

standard.Oni mogu preneti 32 bita podataka.Crni konektor na levoj strani na slici 1,

predstavlja najnoviji tzv. AGP (Advanced Graphics Processor) slot konektor. Veliki

broj kartica različite namene može biti postavljen u ove slotove.

Ispred CPU modula, na slici se uočava nekoliko ulazno – izlaznih konektora

posebne namene, koji su grupisani na zadnjoj ivici matične ploče. Iza CPU modula se

nalaze tri memorijska modula, utaknuta u posebna DIMM (Dual In-line Memory

Module) podnožja. Iza memorije, sa desne strane, nalaze se konektori koji su deo IDE

(Integrated Drive Electronics) kontrolera matične ploče, koji upravlja radom hard diska,

flopija, i CD ili DVD uređaja. Sa desne strane IDE konektora nalaze se dva konektora

napajanja bele boje, a na samoj prednjoj ivici su još dva crna konektora. Manji od njih je

namenjen kablu koji vodi do prednje ploče računara – konkretno do svetlosnih

indikatora i prekidača napajanja i reset tastera. Drugi konektor je namenjen za

povezivanje flopi diska. Na kraju, u donjem levom uglu se nalaze okrugla baterija i

kratkospojnik. Na ovm prostoru su smeštena kola koja rade čak i kada je PC odvojen od

mreže za napajanje. To je CMOS memorijski čip, koji sadrži podatke o konfiguraciji

računara, kao i sistemski sat, koji čuva podatke o datumu i tačnom vremenu.

5


Savremene matične ploče se mogu lako prepoznati po tome što ne sadrže

nekada uobičajeni veliki broj kratkospojnika. One su specijalno dizajnirane za rad sa

posebnim tipom procesora u određenom opsegu brzina. Većina starijih ploča, kao i ploča

koje pripadaju ekonomskoj klasi, sadrži veliki broj kratkospojnika, tako da se PC moze

podesiti za rad sa raznovrsnim procesorima i memorijskim modulima.

I pored nedostatka kratkospojnika, savremene ploče, takođe, nude mogućnost

podešavanja raznih konfiguracionih parametara. Parametrima se pristupa pomoću

posebnog BIOS konfiguracionog (setup) programa, umesto premeštanjem

kratkospojnika.

Na slici 2 je prikazan izgled matične ploče sa zadnje strane. Na njoj se vide

prednja strana procesorskog modula i ulazno-izlazni konektori opšte namene koji su tu

ugrađeni.

6


Slika 2 Pogled na ATX matičnu ploču sa zadnje strane,

sa naznačenim glavnim delovima

Tri interna audio konektora imaju istu namenu kao i oni eksterni (linija,

mikrofon i zvučnici), ali su namenjeni ugrađenim uređajima, kao što su DVD, ili CD,

odnosno televizijskom tjuneru. Jedna od karakteristika ove ploče jeste da su na nju

integrisani mnogi sklopovi, kao što je audio podrška, koji su ranije dodavani pomoću

posebnih kartica proširenja.

7


PROCESOR

Centralno mesto u PC računaru (mada fizički nije postavljen u samom

centru matične ploče) predstavlja CPU (Central Processing Unit), ili procesor. To može

biti Pentium III, Pentium IV, Athlon, ili bilo koji drugi procesor koji računar koristi za

izvršavanje postavljenog zadatka, od izvršavanja Windowsa, Linuxa do slanja

elektronske pošte, ili komponovanja muzike. Osnovni procesor izvršava i programe koji

su smešteni u BIOS-u.

Tehnički gledano, procesor ne predstavlja sastavni deo matične ploče, mada

je njegovo podnožje smešteno na ploču. Način povezivanja procesora sa pločom je

različit, u zavisnosti od modela. U najvećem broju slučajeva ta veza se uspostavlja

pomoću tzv. ZIF podnožja (Zero Insertion Force – nulta sila umetanja) Takvo podnožje

ne zahteva nikakav pritisak na procesor radi umetanja više stotina nožica u 3podnožje.

Kada se CPU ispravno postavi na svoje mesto, posebna poluga za učvršćivanje sa strane

podnožja dovodi njegove električne kontakte na pravo mesto. Na taj način se

uspostavljaju određene električne veze i procesor se fizički pričvrscuje za matičnu ploču.

Procesor predstavlja “mozak” računara, zajedno sa još nekoliko čipova i

kola na matičnoj ploči. CPU kontroliše najveći deo procesa i pod procesa koji se

odigravaju unutar PC-a Procesor vodi računa da sve PC komponente rade potpuno

sinhronizovano. To se postiže upotrebom posebnog takta (clock), koji predstavlja niz

običnih impulsa, koji definišu mali vremenski interval u kome se odvijaju aktivnosti

unutar računara.

Kada korisnik zatraži od PC-a da uradi nesto (bilo šta), zahtev se pretvara u

niz instrukcija koje procesor može izvršiti. Ove instrukcije se sastoje od koda u

8


mašinskom jeziku, koji procesor može razumeti. Upotrebom različitih metoda današnji

sistemi omogućavaju izvršavanje većeg broja instrukcija za vreme jednog perijoda takta.

Da bi prosledila instrukciju procesoru, svaka komponenta (ili skupina

komponenata) mora da privuče njegovu pažnju. Komponente moraju da poseduju

mogućnost da prekinu rad procesora. Ovi prekidi se generišu pomoću signala koji se

tako i nazivaju (prekidi), a njima upravlja i nadgleda ih deo procesa koji se naziva

rukovodilac prekidima (interrupt handler). Procesori su tako dizajnirani da mogu za

trenutak prekinuti tekući posao, posvetiti se nečemu drugom, a zatim se vratiti

prvobitnom poslu, bez gubljenja podataka. Rukovodilac prekidima jednostavno

nadgleda pojavu prekida, a zatim i prosleđuje ostatku procesora na dalju obradu. Prekidi

se pojavljuju svaki put kada korisnik pritisne neki taster na tastaturi, ili kada se šalju

podaci na ekran, ili hard disk – sve vreme rada računara. Sistemski takt i sam poseduje

sopstveni prekid, pomoću koga procesor postaje svestan svakog pojedinačnog impulsa

takta.

Procesor može izvršavati dva osnovna tipa instrukcija: aritmetičke i

logičke. Aritmetičke instrukcije predstavljaju upravo ono sto im ime kaže: procesor će

izvršiti sabiranje, oduzimanje, množenje i deljenje celobrojnih vrednosti koje su mu

prosleđene. Logičke instrukcije omogućavaju procesoru da međusobno uporedi dva

elementarna podatka i da proračuna da li su određeni uslovi ispunjeni ili nisu. One

omogućavaju i višestruko izražavanje jedne iste instrukcije (loop – petlja) na efikasan

način, kao i “skok” sa jedne na drugu instrukciju (branching – grananje).

Za vreme obrade, podaci se privremeno smeštaju u posebna skladišta u

samom procesoru, koja se nazivaju registri. Današnji procesori mogu obrađivati podatke

mnogo brže nego sto ih glavna memorija može prebacivati ka procesoru i iz procesora.

Da bi se izbegla kašnjenja, današnji procesori, pored registara, poseduju i sopstvenu

veoma brzu memoriju koja je u njih ugrađena. Ova memeorija se naziva keš (cache).

9


CPU predstavlja mikro čip koji se sastoji od više miliona tranzistora, pri

čemu se svaki tranzistor ponaša kao prekidač.Tranzistor može provoditi elektricitet, ili

zaustaviti njegov protok. Pred toga, neki tranzistor može kontrolisati protok elektriciteta

kroz drugi tranzistor, ovaj kroz treći i tako redom. Upravo je zajednički rad tih nekoliko

miliona prekidačkih tranzistora ono što omogućava predstavljanje realnih informacija u

obliku podataka u unutrašnjosti PC-a, koji te podatke može obrađivati i pretvarati ih

ponovo u razumljivu informaciju.

Prvi PC procesori nisu imali veliki broj tranzistora, tako da su im bile

prilično ograničene mogućnosti obrade podataka. Oni su mogli istovremeno premeštati

samo izmeđju 8 i 16 bitova podataka, a tokom jednog perijoda takta su mogli izvršavati

samo jednu instrukciju. Sa daljim razvojem procesora, postalo je moguće izraziti

uvećanu moć obrade kao funkciju broja tranzistora u čipu. Razmotrimo sledeću tabelu.

Godina Naziv procesora Broj tranzistora Brzina takta

1978 8086 29 000 5 – 10 MHz

1982 80286 132 000 6 – 12.5 MHz

1985 80386 DX 275 000 16 - -33 MHz

1989 80486 DX 1.2 Miliona 25 – 50 MHz

1993 Pentium 3.1 Milion 60 – 66 MHz

1997 Pentium II 7.5 Miliona 200 – 300 MHz

2000 Pentium III

Xeon

28 Miliona 866 MHz

2000 Pentium IV 42 Miliona 1500 MHz (1.5

GHz)

10


Dramatično povećanje broja tranzistora u procesoru obično se opisuje kao

fenomen koji je u industriji poznat pod nazivom Mooreov zakon. Gordon Moore je bio

inžinjer, koji je 1965. godine izjavio da će se broj tranzistora u mikroprocesoru duplirati

svakih 18 meseci. On je verovao da će taj trend trajati do 1978. godine, kada će se

dostići konačan prag. Međutim, takvi pragovi su više puta tokom istorije CPU dostizani

i prestizani. Predviđanje ograničenja je bila jedina nerealna pretpostavka u Moorevom

zakonu, koji i danas važi.

Najbolji nacin da se upoznaju današnji procesori jeste da se razmotre

njihovi predhodnici. Predhodnici današnjih Pentium procesora su članovi x86 skupa.

Može se govoriti o tri osnovne i jednoj dodatnoj ne mnogo bitnoj razlici između ovih

skupova procesora. Na prvom mestu, 80386 i 80486 čipovi su imali tzv 32-bitnu

sabirnicu. To znači da su mogli istovremeno da rade samo sa 32 bita podataka (raniji

čipovi 8086 i 80286 mogli su da rade samo sa 16 bitova istovremeno). Pentium

procesori poseduju sabirnicu širine 64 bita, tako da, u principu, mogu raditi sa dvostruko

većom količinom podataka u odnosu na svoje predhodnike. druga razlika se odnosi na

činjenicu da je pentium bio prvi procesor koji je mogao obrađivati više instrukcija u

jednom trenutku. Treća razlika leži u tzv. protočnoj, ili paralelnoj obradi (pipeline).

Najjednostavnije rečeno, protočna obrada garantuje da procesor nikada neće

bespotrebno čekati na nove podatke – drugim rečima, nema gubljenja vremena poznatog

kao izgubljeni ciklus takta. Četvrta promena se odnosi na uključivanje novog seta

instrukcija, koje su znatno unapređivale već zastareli x86 skup. Nove instrukcije su

omogućavale Pentium procesorima efikasan rad u multimedijalnim aplikacijama, u

tehnologiji koja se upravo u to vreme pojavljivala. Nove instrukcije su označavane kao

MMX (Multimedia Extension – dodaci za multi mediju), a postale su sastavni deo i

Intelovih procesora.

11


Pentium PRO

Pentium pro je predstavljao sledeći korak u Intelovom razvoju procesora. On se

sastojao od neznatno poboljšanog Pentium procesora i posebnog čipa, u kome je bila

smeštena Level 2 (L2) keš memorija. Pentium Pro je prvi procesor kod koga je keš

memorija bila fizički smeštena unutar CPU modula.Novi procesor je uveo neke izmene i

u sistem protočne obrade, poznate kao spekulativno izvršavanje, ili, po Intelovoj

terminologiji, dinamičko izvršavanje. Ove izmene su omogućavale veći procenat

zauzetosti logićke jedinice centralnog procesora. Ukoliko naredna instrukcija nije

zahtevala nikakvu aktivnost (primera radi, ako takva instrukcija zahteva podatke koji se

moraju pribaviti iz memorije) logička jedinica je preuzimala narednu instrukciju, čiji su

podaci već pribavljeni, i realizovala je, tako da je njen rezultat ostajao dostupan.

Ovako dobijeni rezultat je čuvan u rezervi i bio je trenutno dostupan ukoliko je

izvršenje instrukcije kasnije zaista bilo potrebno. U suprotnom, rezultat je jednostavno

poništavan, a uloženi rad logičke jedinice je ostajao beskoristan. U svakom slučaju, ova

jedinica bi ionako bila besposlena, tako da, u suštini, ništa nije izgubljeno.

Pentium ΙΙ

Pentium II praktično predstavlja stari Pentium Pro, sa nekim promenama u dizajnu

koje omogućavaju brzi rad 16-bitnih programa, dodajući tome i MMX tehnologiju.

Drugim rečima, on kombinuje najbolje osobine Pentium MMX i Pentium Pro. Jedna od

osnovnih novina koju je Pentium II doneo je u njegovom pakovanju i načinu

povezivanja sa matičnom pločom. Počevsi od modela 386, Intel je svoje procesore x86

skupa pakovao u četvrtasta, crna, tanka kućišta, sa mrežom pozlaćenih izvoda na donjoj

strani. Ovi izvodi su, jednostavno, umetani u odgovarajuće podnožje na matičnoj ploči.

Svaki naredni x86 procesor je dolazio u sve većem kućištu, zahtevajući, istovremeno,

sve veći broj nožica u odnosu na predhodnike. Intel je stalno menjao dizajn novih

kućišta koja bi mogla odgovoriti takvim zahtevima, označavajući ih brojevima u nizu. U

12


vreme pojave Pentium procesora kućišta su nosila oznaku Socket 7. Sa pojavom

procesora Pentium II, Intel je odustao od uobičajenog nacina izgradnje kućišta. Novi

procesor je postavljen u znatno veći modul sa ivičnim konektorom, koji je postavljen u

odgovarajući konektor na matičnoj plči, pod oznakom Slot 1.

Na štampanim pločama su u slučaju Pentiuma II bili smešteni procesor, L2 keš i

nekoliko drugih komponenata (kao što su kondezatori za premošćavanje), koje su

omogućavale rad čitavog sklopa.

Pentium III i IV

Najnoviji članovi skupa x86 su procesori Pentium III i Pentium IV. Njihov dizajn, u

suštini, i ne predstavlja neku novinu. Oni jednostavno predstavljaju izvesno poboljšanje

dizajna Pentiuma II. Danas postoji veliki broj ovih procesora sa različitom brzinom takta

i različitom veličinom keš memorije.

Ugradnja novih registara i pojava novih instrukcija koje proširuju MMX

mogućnosti predstavljaju jedinu pravu novinu u dizajnu procesora Pentiuma III. Pentium

III i Pentium IV, pored toga, poseduju i dodatnu FPU jedinicu (matematičku jedinicu

pokretne tačke) koja omogućava brzo izračunavanje matematičkih operacija u odnosu na

predhodnike.Osnovne razlike između Pentium III i Pentium IV procesora odnose se na

brzinu. Pentium IV podrzava znatno veće sabirnie, a istovremeno znatno brže izvodi

osnovne aritmetičke operacije u odnosu na Pentium III. Pentium IV podržava i novu

Intelovu “NetBrush” arhitekturu, koja ga čini inteligentnijim pri izboru načina

izvršavanja višestrukih procesa. Sve te novine ga čine znatno efikasnijim od

prethodnika.

13


Slika 3 Intelov Pentium 4 je mikroprocesor poslednje generacije

AMD (Advanced Micro Devices)

AMD, osnovni snabdevač Intela za njegove ranije procesore skupa x86, već

godinama nudi brže, jeftinije i potpuno kompatibilne čipove. AMD-ov dizajn procesora

386 je potpuno identičan Intelovom. Procesor AMD 486SX je bio različit, ali

istovremeno i bolji od odgovarajućeg procesora firme Intel, uz vecu brzinu i nižu cenu.

Naredni model AM5x86 je koristio 32-bitnu I/O sabirnicu poput one kod 486, ali je

primenjeni skup instrukcija više podsećao na onaj kod Pentiuma. Ovaj model je

predstavljao početak AMD-ovog razlaza sa Intelovim x86 i njegovog prelaska na

sopstveni dalji razvoj.

Sledeći model firme AMD je nosio oznaku K5, a funkcionalno je bio ekvivalentan

Pentiumu. Nakon njega je usledio K6, koji je koristio radikalno novu arhitekturu, usled

čega je ovaj model bio bolji od Intelovih PentiumPro i Pentium II procesora. Najnoviji

AMD proizvod procesor Athlon XP će, verovatno, biti prvi pravi konkurent Intelu u

poslednjih nekoliko godina. Ovaj procesor, razvijan od samog početka u nameri da bude

14


prilagođen XP operativnom sistemu, optimiziran je tako da može obaviti više posla

tokom jednog perioda u odnosu na Intelove modele koji rade na istoj brzini. Athlon XP

koristi prednosti novog Intelovog sistema protočne obrade. Protočna obrada

podrazumeva podelu linije obrade instrukcija na više stepeni, tako da zasebna logička

kola u čipu obrađuju svaku instrukcuju. Procesor je dizajniran da, dok jedna sekcija

izvršava neku insrukciju, druga sekcija može pribavljati podatke neophodne za rad

naredne instrukcije, dok treća sekcija procenjuje (dekodira) šta treba uraditi da bi bila

izvršena treća instrukcija.

Slika 4 AMD mikroprocesor Slika 5 AMD

k6 – 2 mikroprocesor

15


Slika 5 Via Ciryx 3 mikroprocesor

16


ZAKLJUČAK

Tokom poslednjih desetak godina PC procesori su napredovali u dva pravca:

postajali su brži i složeniji. Današnji čipovi rade znatno većim brzinama u odnosu na

predhodnike. Prvi PC je radio sa frekvencijom takta od 5 MHz, dok današnje mašine

rade na 2 000 MHz ( 2 GHz ), sa realnim izgledima za pojavu još bržih. Slicna je

konstatacija i za matične ploče. I one su imale i danas imaju veoma brz razvoj.

Uopste, razvoj racunarske opreme prati trend porasta potreba korisnika

raćunara,što sa stanovišta korisnika PC-a znači da će računari sa zastarelom opremom

jednostavno nestati sa daljim razvojem.

.

17


Literatura:

1. P. Norton: "Nova unutršnjost PC-a", Kompjuter Biblioteka, Čačak 2003.

2. Grupa autora: "Uvod u informacione sisteme", Viša poslovna škola, Beograd

2000.

3.www.microsoft.com

18


Sadržaj:

Uvod .................................................................................... 1

Matična ploča ...................................................................... 2

Procesor ............................................................................... 6

Pentium PRO ...................................................................... 9

Pentium ΙΙ ........................................................................... 10

Pentium ΙΙΙ i ΙV .................................................................. 10

AMD .................................................................................. 12

Zaključak ........................................................................... 14

Literatura ........................................................................... 15

19

Documents

SEMINARSAKI RAD - Matična ploča i procesor PC računara