Placă de bază - Motherboard

O placă de bază (numită și placă de bază , placă de circuit principală sau mobo ) este placa principală de circuite imprimate (PCB) din computerele de uz general și alte sisteme extensibile. Păstrează și permite comunicarea între multe dintre componentele electronice cruciale ale unui sistem, cum ar fi unitatea centrală de procesare (CPU) și memoria , și oferă conectori pentru alte periferice . Spre deosebire de un backplane , o placă de bază conține de obicei subsisteme semnificative, cum ar fi procesorul central, intrările / ieșirile și controlerele de memorie ale chipsetului , conectorii de interfață și alte componente integrate pentru uz general.

Placa de bază înseamnă în mod specific un PCB cu capacități de extindere. După cum sugerează și numele, această placă este adesea denumită „mama” tuturor componentelor atașate la aceasta, care includ adesea periferice, plăci de interfață și plăci fișiere : plăci de sunet , plăci video , plăci de rețea , adaptoare de magistrală gazdă , plăci tuner TV , Carduri IEEE 1394 ; și o varietate de alte componente personalizate.

Placă de bază a sistemului Dell Precision T3600, utilizată în stații de lucru CAD profesionale. Fabricat în 2012

În mod similar, termenul de placă principală descrie un dispozitiv cu o singură placă și fără expansiuni sau capacități suplimentare, cum ar fi plăcile de control în imprimante laser, televizoare, mașini de spălat, telefoane mobile și alte sisteme încorporate cu capacități de expansiune limitate.

Placă de bază pentru un computer desktop personal; care prezintă componentele și interfețele tipice care se găsesc pe o placă de bază. Acest model urmează Baby AT (factor de formă) , utilizat în multe computere desktop.

Istorie

Placa principală a unui computer NeXTcube (1990) cu microprocesor Motorola 68040 funcționează la 25 MHz și un procesor digital de semnal Motorola 56001 la 25 MHz, care era accesibil direct printr-un conector din spatele carcasei.

Înainte de invenția microprocesorului , computerul digital consta din mai multe plăci de circuite imprimate într-o cutie cu carduri cu componente conectate printr-un panou de fundal , un set de prize interconectate. În modele foarte vechi, firele de cupru erau conexiunile discrete între pinii conectorilor cardului, dar plăcile cu circuite imprimate au devenit în curând practica standard. Unitatea centrală de procesare (CPU), memoria și perifericele au fost adăpostite pe plăci de circuite imprimate individual, care au fost conectate la panoul de bază. Autobuzul omniprezent S-100 din anii 1970 este un exemplu al acestui tip de sistem de backplane.

Cele mai populare computere din anii 1980, cum ar fi computerele Apple II și IBM au publicat diagrame schematice și alte documente care permiteau ingineria rapidă și plăcile de bază de înlocuire ale unor terți. De obicei destinate construirii de computere noi compatibile cu exemplarele, multe plăci de bază au oferit performanțe suplimentare sau alte caracteristici și au fost utilizate pentru a actualiza echipamentul original al producătorului.

La sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990, a devenit economic să mutați un număr tot mai mare de funcții periferice pe placa de bază. La sfârșitul anilor 1980, plăcile de bază ale computerelor personale au început să includă circuite integrate simple (numite și cipuri Super I / O ) capabile să suporte un set de periferice de viteză redusă: tastatură și mouse PS / 2 , unitate de dischetă , porturi seriale și porturi paralele . Până la sfârșitul anilor 1990, multe plăci de bază ale computerelor personale includeau funcții audio, video, de stocare și de rețea încorporate la nivel de consumator, fără a fi necesare carduri de expansiune ; sistemele de ultimă generație pentru jocuri 3D și grafică pe computer păstrează de obicei doar placa grafică ca componentă separată. PC-urile de afaceri, stațiile de lucru și serverele aveau mai multe șanse să aibă nevoie de carduri de expansiune, fie pentru funcții mai robuste, fie pentru viteze mai mari; aceste sisteme aveau adesea mai puține componente încorporate.

Computerele laptop și notebook care au fost dezvoltate în anii 1990 au integrat cele mai comune periferice. Aceasta a inclus chiar plăci de bază fără componente care pot fi actualizate, o tendință care ar continua ca sisteme mai mici să fie introduse după începutul secolului (cum ar fi computerul tabletă și netbook-ul ). Memoria, procesoarele, controlerele de rețea, sursa de alimentare și stocarea ar fi integrate în unele sisteme.

Proiecta

Placa de bază Octek Jaguar V din 1993. Această placă are câteva periferice la bord, dovadă fiind cele 6 sloturi prevăzute pentru cardurile ISA și lipsa altor conectori de interfață externă încorporați. Rețineți că conectorul mare al tastaturii AT din spatele din dreapta este singura sa interfață periferică.
Placa de bază a unui Samsung Galaxy SII ; aproape toate funcțiile dispozitivului sunt integrate într-o placă foarte mică

O placă de bază asigură conexiunile electrice prin care comunică celelalte componente ale sistemului. Spre deosebire de un backplane, acesta conține și unitatea centrală de procesare și găzduiește alte subsisteme și dispozitive.

Un computer desktop tipic are microprocesorul său , memoria principală și alte componente esențiale conectate la placa de bază. Alte componente, cum ar fi stocarea externă , controlerele pentru afișarea și sunetul video și dispozitivele periferice pot fi atașate la placa de bază ca plăci de conectare sau prin cabluri; în microcomputerele moderne, este din ce în ce mai frecvent să se integreze unele dintre aceste periferice în placa de bază în sine.

O componentă importantă a unei plăci de bază este chipset-ul de suport al microprocesorului , care oferă interfețele de suport între CPU și diferitele magistrale și componente externe. Acest chipset determină, într-o anumită măsură, caracteristicile și capacitățile plăcii de bază.

Plăcile de bază moderne includ:

În plus, aproape toate plăcile de bază includ logică și conectori pentru a suporta dispozitive de intrare utilizate în mod obișnuit, cum ar fi USB pentru dispozitive mouse și tastaturi . Primele computere personale, cum ar fi Apple II sau IBM PC, au inclus doar acest suport minim periferic pe placa de bază. Ocazional, hardware-ul interfeței video a fost, de asemenea, integrat în placa de bază; de exemplu, pe Apple II și mai rar pe computerele compatibile IBM , cum ar fi PC - ul IBM Jr . Periferice suplimentare, cum ar fi controlerele de disc și porturile seriale, au fost furnizate ca plăci de expansiune.

Având în vedere puterea termică ridicată a procesorului și componentelor computerelor de mare viteză, plăcile de bază moderne includ aproape întotdeauna radiatoare și puncte de montare pentru ca ventilatoarele să disipeze căldura în exces.

Factorul de formă

Plăcile de bază sunt produse într-o varietate de dimensiuni și forme numite factor de formă de computer , dintre care unele sunt specifice producătorilor individuali de computere. Cu toate acestea, plăcile de bază utilizate în sistemele compatibile IBM sunt proiectate pentru a se potrivi diferitelor dimensiuni ale carcasei . Începând cu 2005, majoritatea plăcilor de bază ale computerelor desktop utilizează factorul de formă standard ATX - chiar și cele găsite în computerele Macintosh și Sun , care nu au fost construite din componente de marfă. Factorul de formă al plăcii de bază și al sursei de alimentare (PSU) al carcasei trebuie să se potrivească, deși unele plăci de bază mai mici ale aceleiași familii se vor potrivi cu carcase mai mari. De exemplu, o carcasă ATX va găzdui de obicei o placă de bază microATX . Computerele laptop folosesc, în general, plăci de bază extrem de integrate, miniaturizate și personalizate. Acesta este unul dintre motivele pentru care computerele laptop sunt dificil de actualizat și costisitoare de reparat. De multe ori eșecul unei componente laptop necesită înlocuirea întregii plăci de bază, care este de obicei mai scumpă decât o placă de bază desktop

Socluri CPU

O priză CPU (unitate centrală de procesare) sau slot este o componentă electrică care se atașează la o placă de circuit imprimat (PCB) și este proiectată pentru a găzdui un procesor (numit și microprocesor). Este un tip special de soclu pentru circuite integrate conceput pentru un număr foarte mare de pini. O priză CPU oferă multe funcții, inclusiv o structură fizică pentru a susține CPU, suport pentru radiator, facilitând înlocuirea (precum și reducerea costurilor) și, cel mai important, formarea unei interfețe electrice atât cu CPU cât și cu PCB. Soclurile procesorului de pe placa de bază se găsesc cel mai adesea în majoritatea computerelor desktop și server (laptopurile utilizează de obicei procesoare de suprafață), în special cele bazate pe arhitectura Intel x86 . Un tip de soclu CPU și chipset-ul plăcii de bază trebuie să accepte seria CPU și viteza.

Periferice integrate

Schema bloc a unei plăci de bază de la începutul anilor 2000, care acceptă multe funcții periferice la bord, precum și mai multe sloturi de expansiune

Odată cu scăderea constantă a costurilor și a dimensiunii circuitelor integrate , acum este posibil să includem suport pentru multe periferice de pe placa de bază. Prin combinarea mai multor funcții pe un PCB , dimensiunea fizică și costul total al sistemului pot fi reduse; plăcile de bază extrem de integrate sunt astfel deosebit de populare în calculatoarele cu factori de formă mici și cu buget redus.

Sloturi pentru carduri periferice

O placă de bază tipică va avea un număr diferit de conexiuni în funcție de standardul și factorul de formă .

O placă de bază modernă ATX standard va avea de obicei două sau trei conexiuni PCI-Express x16 pentru o placă grafică, unul sau două sloturi PCI vechi pentru diverse plăci de expansiune și unul sau două PCI-E x1 (care a înlocuit PCI ). O placă de bază standard EATX va avea două până la patru conexiuni PCI-E x16 pentru plăci grafice și un număr diferit de sloturi PCI și PCI-E x1. Uneori poate avea și un slot PCI-E x4 (poate varia între mărci și modele).

Unele plăci de bază au două sau mai multe sloturi PCI-E x16, pentru a permite mai mult de 2 monitoare fără hardware special sau utilizează o tehnologie grafică specială numită SLI (pentru Nvidia ) și Crossfire (pentru AMD ). Acestea permit conectarea a 2 până la 4 plăci grafice, pentru a permite performanțe mai bune în sarcini intensive de calcul grafic, cum ar fi jocuri, editare video etc.

În plăcile de bază mai noi, sloturile M.2 sunt pentru SSD și / sau controler de interfață de rețea fără fir .

Temperatură și fiabilitate

O placă de bază a unui laptop din seria E Vaio (dreapta)
O placa de baza microATX cu niste condensatori defecti

Plăcile de bază sunt, în general, răcite cu aer cu radiatoare montate adesea pe cipuri mai mari din plăcile de bază moderne. Răcire insuficientă sau necorespunzătoare poate provoca deteriorarea componentelor interne ale calculatorului, sau poate cauza crash . Răcirea pasivă , sau un singur ventilator montat pe sursa de alimentare , a fost suficientă pentru multe procesoare de computer desktop până la sfârșitul anilor 1990; de atunci, majoritatea au necesitat ventilatoare CPU montate pe și radiatoare , datorită creșterii vitezei ceasului și a consumului de energie. Majoritatea plăcilor de bază au conectori pentru ventilatoare de computer suplimentare și senzori de temperatură integrate pentru a detecta temperaturile plăcii de bază și ale procesorului și conectori de ventilator controlabili pe care BIOS - ul sau sistemul de operare le pot utiliza pentru a regla viteza ventilatorului. Alternativ, computerele pot utiliza un sistem de răcire cu apă în locul multor ventilatoare.

Unele computere cu factor de formă mic și computerele home theater concepute pentru o funcționare silențioasă și eficientă din punct de vedere energetic se mândresc cu designuri fără ventilator. Acest lucru necesită în mod obișnuit utilizarea unui procesor de putere redusă, precum și o dispunere atentă a plăcii de bază și a altor componente pentru a permite amplasarea radiatorului.

Un studiu din 2003 a constatat că unele blocări false ale computerului și probleme generale de fiabilitate, variind de la distorsiuni ale imaginii ecranului la erori de citire / scriere I / O , pot fi atribuite nu software-ului sau hardware-ului periferic, ci condensatorilor îmbătrâniti de pe plăcile de bază ale computerului. În cele din urmă, acest lucru sa dovedit a fi rezultatul unei formulări defectuoase de electroliți, o problemă numită ciuma condensatorului .

Plăcile de bază moderne folosesc condensatori electrolitici pentru a filtra puterea de curent continuu distribuită în jurul plăcii. Acești condensatori îmbătrânesc la o rată dependentă de temperatură, deoarece electroliții lor pe bază de apă se evaporă lent. Acest lucru poate duce la pierderea capacității și a disfuncționalităților ulterioare ale plăcii de bază din cauza instabilităților de tensiune . În timp ce majoritatea condensatoarelor sunt evaluate pentru 2000 de ore de funcționare la 105 ° C (221 ° F), durata lor de viață preconizată se dublează aproximativ la fiecare 10 ° C (18 ° F) sub aceasta. La 65 ° C (149 ° F) se poate aștepta o viață de 3 până la 4 ani. Cu toate acestea, mulți producători livrează condensatori sub standard, care reduc semnificativ speranța de viață. Răcirea inadecvată a carcasei și temperaturile ridicate în jurul soclului procesorului agravează această problemă. Cu suflante superioare, componentele plăcii de bază pot fi păstrate sub 95 ° C (203 ° F), dublând efectiv durata de viață a plăcii de bază.

Pe de altă parte, plăcile de bază mid-range și high-end utilizează exclusiv condensatori solizi. Pentru fiecare 10 ° C mai puțin, durata lor de viață medie este înmulțită aproximativ cu trei, rezultând o speranță de viață de 6 ori mai mare la 65 ° C (149 ° F). Aceste condensatoare pot fi evaluate pentru 5000, 10000 sau 12000 de ore de funcționare la 105 ° C (221 ° F), extinzând durata de viață proiectată în comparație cu condensatoarele solide standard.

În computerele desktop și notebook-urile, soluțiile de răcire și monitorizare ale plăcii de bază se bazează de obicei pe Super I / O sau Embedded Controller .

Bootstrapping folosind sistemul de intrare / ieșire de bază

Plăcile de bază conțin un ROM (și ulterior EPROM , EEPROM , NOR flash ) pentru a inițializa dispozitivele hardware și încarcă un sistem de operare de pe dispozitivul periferic . Microcomputerele precum Apple II și IBM PC foloseau cipuri ROM montate în socluri pe placa de bază. La pornire, unitatea centrală a procesorului își va încărca contorul de programe cu adresa ROM-ului de pornire și ar începe să execute instrucțiuni din ROM-ul de pornire. Aceste instrucțiuni au inițializat și testat hardware-ul sistemului, afișează informații de sistem pe ecran, au efectuat verificări RAM și apoi au încărcat un sistem de operare de pe un dispozitiv periferic. Dacă niciunul nu era disponibil, atunci computerul ar efectua sarcini din alte magazine ROM sau ar afișa un mesaj de eroare, în funcție de modelul și designul computerului. De exemplu, atât Apple II, cât și computerul original IBM au Cassette BASIC (ROM BASIC) și ar începe acest lucru dacă nu ar putea fi încărcat niciun sistem de operare de pe dischetă sau hard disk.

Cele mai multe modele moderne de plăci de bază utilizează un BIOS , stocat într-un cip flash EEPROM sau NOR lipit sau conectat pe placa de bază, pentru a porni un sistem de operare . Când computerul este pornit, firmware-ul BIOS testează și configurează memoria, circuitele și perifericele. Acest test auto- pornire (POST) poate include testarea unora dintre următoarele lucruri:

Multe plăci de bază folosesc acum un succesor la BIOS numit UEFI . A devenit popular după ce Microsoft a început să solicite ca un sistem să fie certificat pentru a rula Windows 8 .

Vezi si

Referințe

linkuri externe