Дънни платки, устройство на дънна платка, форм фактор, чипсет

Дънни платки, устройство на дънна платка, форм фактор, чипсет. В персоналния компютър дънната платка е носител на основната електроника, като чипсет, памет, процесор, както и шините за връзка между тях. На нея са монтирани и редица слотове за включване на периферни компоненти.

В момента е общоприето дъната да имат вградени: LPT порт, COM порт, портове за мишка и клавиатура, контролер за твърди дискове SATA,  контролер за USB. Наличието на звукова карта, Ethernet мрежова карта, контролер за IEEE1394 превръщат компютъра ни в мултимедия.
Вграждането на Wireless адаптори, оптични изходи, PCIe SSD дискове, тепърва ще промени облика на съвременните дънни платки.

Устройство на дънна платка

Повечето операции с дънната платка могат да се извършат преди да я монтираме в кутията, като е желателно предварително да поставим нашите дънни платки върху някакъв материал – например дунапрен или анти-статичния найлон, в който е опакована.

Целта е да не се повредят елементите от другата страна на дъното. Добре е да прегледаме техническата документация на дънната платка, преди да монтираме различните компоненти на компютъра.

Съвременните дънни платки рядко изискват настройване на превключватели (jumpers).

Съдържание на дънни платки

Дънната платка съдържа чипове като CPU, RAM, ROM – BIOS, CHIPSET, слотове за разширение, входно-изходни портове и др.

Видове дънни платки

Популярни са три типа дънни платки:

• Backplane – шинно ориентирани платки, при които на дънната платка има една шина с много сигнали, а всички компоненти са в допълнителни платки.

• Едноплаткови – на дънната платка са разположени всички компоненти.

• Processor comlex design – на дънната платка са разположени CPU, RAM, ROM – BIOS и разширителни слотове, в които се поставят разширителни платки с останалите компоненти (видеоконтролери, контролери на твърди дискове, мрежови карти, звукови карти и др.)

Най – добре е да разполагаме с платка и кутия с форм – фактор АТХ. Това значително опростява работата по сглобяване на персоналния компютър и премахва необходимостта да се заемат слотовете за разширение със стандартните изводи COM и LPT.

Ако се сглобява евтина система без намерение да се ъпгрейдва допълнително, може да се използва дънна платка с вградена аудио или видео карта. Този вариант е подходящ за офисни нужди.

Трябва да обърнем внимание на наличните върху дънната платка слотове за разширение. Задължително е наличието на PCI Express слотове за допълнително монтиране на видео карта или допълнителен модул. На дъното са налични и USB, PS2, в някой случаи IEEE 1394, оптичен изход, eSATA и други. Без тях не може да се работи със скенер, мишка, клавиатура и др.

• PCI (Peripheral connect interface) – интерфейс за свързване на периферни компоненти;
• AGP (Accelerated Graphigs Port) – ускорен графичен порт за видеокарта;
• USB (Universal Serial Bus)- универсална серийна шинаНаличието на повече допълнителни модули зависи от това какъв бюджет е определен за закупуване на дънната платка. Изборът на дънна платка е от съществено значение, защото от нея зависи типа на още няколко компонента: процесор, памет, видеокарта, твърд диск и т.н. Определящ е и производителят на процесора, Intel или AMD, тъй като това са основните два конкурента. За процесори Intel се наложи цокъл 1150 и 1151, при AMD в момента актуални са цокъл АМ3 и АМ4. Като основен недостатък на дъната на AMD е липсата на поддръжка на последната памет на пазара DDR4, която е по-производителна поради по-високата си честота, достигаща до 3200MHz.

Като цяло производителността на Intel машините е по-голяма от тази на AMD. Това е и основната причина сървърните конфигурации масово да залагат на Intel.

Форм фактор и дънни платки

Това, което разделя дъната на различни видове е т.н. формфактор. Формфакторът определя с какъв размер и разположение на по-важните компоненти е дънната платка или по-просто казано – в каква кутия ще може да влезе тази платка и с какво захранване ще работи. Примерно не може да „натъпчете“ АТХ дъно в кутия за АТ дъна. Днес най-разпространени са т.н. АТХ дъна, или дъна с АТХ формфактор. Нека разгледаме всички останали формфактори.

• PC/XT дъна – това е стандарта на първите дъна, които се опитаха да поставят такъв. Те бяха въведени с първите IBM PC дъна. Благодарение на отворения си стандарт бяха лесни за копиране и благодарение на това веднага се появиха множество клонинги. Сигурно се питате защо някой ще иска да създаде дъно, което да не се копира и то с отворен стандарт – ами просто често това е един от най-лесните начини да се направи един стандарт популярен.

• АТ дъна (Advanced Technology) – тези дъна бяха проектирани за наследника на PC/XT – също се наричаха пълни АТ – били доста популярни по време на 386 ерата.
  
• Baby AT дъна – IBM взеха стандартното АТ дъно и внесоха в него подобрения – намалиха размерите и внесоха поддръжка за по-нови процесори. Всички дъна от второто поколение Pentium I до Pentium II са такива.
  
• АТХ дъна – Това е подобрена версия на Baby АТ дъната – те позволиха добавяне на PCI и AGP слотове, а процесорът бил изместен по-близо до захранването, за да ползва неговия въздушен поток.
  
• Mini-ATX дъна – Същите като ATX, но с намалени размери.
  
• microATX – АТХ дъна с още по-малък размер. Главно за т.н. bare bone системи – често те нямат цокъл за процесор и идват със запоен такъв. Имат малки възможности за надграждане и най-често се ползват в мултимедийните системи.
  
• FlexATX – По-гъвкав вариант на microATX системата
  
• LPX – Вече остарял дизайн – състои се от една платка с процесора и паметта и другите компоненти и още една платка – платка-за-надграждане, която съдържа разширителните слотове. Монтират се най-вече  в хоризонтални кутии
  
• Mini LPX – по-малък вариант на LPX спецификациятаЮ
  
• NLX – Още една платка, нуждаеща се от платка за надграждане. Никак не е популярна вече.
  
• BТX (Balanced Technology Extended) – разработка на Intel, за която се предполагаше, че ще е наследник на АТХ. Но не успя да се наложи над техническите нововъведения при ATX дъната. Това налага през 2007 година Intel да я изтеглят от пазара.
  
• micro- и picoBTX – по-малки варианти на BTX
  
• MiniITX – Разработка на VIA – изключително малки платки за сет-топ устройства и други подобни.
  
• WTX (Workstation Technology Extended) – Голяма по размер платка за работни станции с голяма мощност.

Чипсет

Архитектурата на съвременните компютърни системи е неразривно свързана с чипсетите. Всички основни схеми на дънната платка се съдържат в чипсета (буквалният превод на chipset e схемен набор). Чипсетът съдържа интерфейса към процесорната шина (наречена предна шина – front-side bus или FSB), контролерите на паметта, контролерите на шините, контролерите за вход/изход и други. В РС-то чипсетът представлява връзката между процесора и всичко останало.

Чипсетът е най-важният компонент в компютърната система дори по-важен и от самия процесор. Той определя функционалността на дънната платка:
какви могат да бъдат процесорът, паметта, входа/изхода и възможностите за разширение. Затова при сглобяване на една система първо се подбира подходящият чипсет.

Схемният набор (чипсетът) е претърпял дълга еволюция преди да достигне вида, в който го познаваме днес.

Когато IBM създават първите дънни платки за PC, те използват няколко отделни чипа, за да комплектуват конструкцията. Освен процесора/копроцесора, за реализирането на основната схема на дънната платка в оригиналните PC и XT системи се използва набор от 6 чипа:

Генератор на тактова честота, контролер на шината, системен таймер, контролер на прекъсванията, DMA контролер, и клавиатурен контролер. Използват се и допълнителни чипове с проста логика, за да се завърши цялата схема на дънната платка.

По-късно при AT и по-новите системи IBM разширяват този набор до 9 чипа, като добавят още по един DMA контролер и контролер на прекъсванията плюс чип за CMOSRAM/часовник за реално време.

Всички тези компоненти се произвеждат от Intel или от лицензирани от Intel производители, с изключение на CMOS чипа с часовника, който се произвежда от Motorola.

За построяването на клонинг или за копиране на някоя от системите на IBM се изискват всички тези чипове плюс множество по-малки чипове с най-различна логика, чрез които да се сглоби цялостната конструкция, като общият брой на отделните чипове надхвърля 100.

Резултатът е висока цена на дънни платки и съвсем малко място за интегриране на други функции.

През 1986 година компанията Chips and Technologies представя революционен компонент – 82С206, който е главната част на първия чипсет за дънна платка за PC.

Това е един самостоятелен чип, който интегрира в себе си всички функции на чиповете на дънни платки за АТ-съвместима система. Той включва функциите на тактовия генератор 82284, контролера на шината 82288,  системния таймер 8254, два контролера на прекъсванията 8259, два DMA контролера 8237 и дори чипа МС146818, съдържащ CMOS/часовник.

Освен процесора, на практика всички главни чипове в една дънна платка за PC вече могат да се заменят с един-единствен чип. 82С206 се подпомага от други четири чипа, действащи като буфери и контролери на паметта, като по този начин цялостната схема на дънната платка се реализира само с пет чипа.

Това е революционна концепция в производството на дънни платки за РС-та. He само че разходите за производство се свиват значително, но и проектирането на една дънна платка става много по-лесно.

Намаленият брой компоненти означава, че на дънните платки има място за интегриране на други функции, които по-рано са се разполагали на разширителни карти. По-късно четирите помощни чипа, поддържащи 82С206, са заменени от нов набор от само три чипа, като целият набор е наречен NEAT (New Enhanced AT – нов разширен AT).

По-късно той е последван от едночиповия (SCAT – Single Chip AT) чипсет 82С836, който най-накрая събира всички чипове в един. Идеята за интегриран чипсет бързо е копирана от други производители на чипове.
Компании като Acer, Erso, Opti, Suntac, Symphony, UMC и VLSI се сдобиват с дял от този пазар. За съжаление на много от тях пазарът на чипсети е непостоянен и голяма част от компаниите отдавна са се разделили с този бизнес.

След 1994 доминираща сила в пазара на чипсети стават Intel.
Основна причина за намесата на Intel е желанието им за съкращаване на периода между представянето на нов процесор и появата на дънни платки за него, а оттам и създаването на компютърни системи с този процесор. Разработването на чипсета се извършва успоредно с разработването на процесора и дънната платка е готова още на датата на представяне на процесора.

От появата на оригиналния Pentium процесор насам вече можем да си купуваме готови системи още в деня на презентиране на новия процесор. При това грешките са намалени до минимум, тъй като разработчикът и на двете устройства е един и същ и той може най-добре да съгласува връзката между тях.

Печели се както от бързото внедряване на новия процесор, така и от завладяването на огромния пазар на чипсети.

North bridge – South bridge

Intel разработва чипсета като разделя неговите функции на две групи. Една група функции се интегрират в микросхема, наречена Northbridge (Северен мост), а другата група функции се интегрира в микросхема наречена Southbridge (Южен мост).

Тези две микросхеми се свързват помежду си посредством стандартната шина PCI. В съвременните РС връзката между CPU и оперативната памет се осъществява посредством по-бърза и широка шина за данни, отколкото шината PCI.

Тази бърза шина се нарича вътрешна (системна) шина или FSB(Front Side Bus) шина. CPU не може непосредствено да се включва към отделните модули памет. За това са необходими буфери и декодери за адресите на паметта.

По същия начин той не може да се свързва и с шината PCI. Електронните схеми, използвани за решаване на задачите за свързване на CPU с паметта и шините, се наричат свързваща логика на дънната платка и са интегрирани в голяма интегрална схема Северен мост (Northbridge).

В процеса на разработката на тази микросхема възникнала идеята да се реализира поддръжката и на една допълнителна бързодействаща шина за данни със специално предназначение. Тази шина е наречена усъвършенстван графичен порт (Advanced Graphics Port – AGP).

Шината AGP е нова шина, способна да работи с честотата на вътрешната шина на дънната платка и има същото количество линии за пренос на данни. Тя осъществява връзкатa на схемата Northbridge със слота на графическия ускорител (видеокарта). В този случай, върху платката на графическия ускорител се вгражда банка с локална памет, до която има достъп ускорителят и се използва като буфер за подготовка на изображението върху дисплея.

Микросхемата Южен мост се намира на другия край на PCI шината и в него са интегрирани голяма част от контролерите на входно-изходните устройства. В него се намира контролерът за ISA шината, както и CMOS RAM памет и системният часовник на компютъра. Типична архитектура с мостова организация на схемните набори е показана на фиг.1 за компютърни системи с Pentium II и Celeron микропроцесори.

В схемата Южен мост е вградена цялата интерфейсна логика за предаване на информация от шината PCI на значително по-бавната шина ISA (8.33 MHz) и на другите интерфейси.

Към Южният мост се включват контролерите на дисковите запомнящи устройства, клавиатурата и посочващото устройство (мишка), паралелният порт и няколко стандартни последователни портове. Тази микросхема осигурява и поддръжката на универсалните серийни портове (USB).

Разделянето на чипсета на две електронни схеми Northbridge и Southbridge позволява на Intel (съществуват и схемни набори само с една микросхема) да осигури една интересна допълнителна възможност. Тя се състои в това, че към РС може да бъде свързан допълнителен РС (например Laptop), посредством специална стиковъчна станция (интерфейс).

Другото предимство на този начин на конфигуриране на схемния набор е възможността тези схеми да бъдат произвеждани от различни производители.

Освен с архитектура северен и южен мост напоследък се разработват чипсети с хъбова архитектура. При нея, вместо северен мост се разработва специализиран чип, който се нарича хъб на контролера на паметта MCH (Memory Controller Hub).

Вместо южен мост се използва хъб на контролера за вход/изход ICH (I/O Controller Hub). Двете схеми не се свързват помежду си с PCI шината, а със специализиран интерфейс, който е два пъти по-бърз от PCI шината (66 MHz) така наречената Вътрешна шина (Internal Bus).

Дизайнът с хъбов интерфейс е много икономичен, тъй като ширината на шината за данни е само 8 бита. За реализацията на този интерфейс са необходими само 15 сигнала за разлика от 64–те сигнала на 32-битовия PCI интерфейс. Това означава по-малко писти на дънната платка, по-малко шум и грешки при синхронизацията, а чиповете имат по-малко изводи и са по-изгодни за производство.

Чипсетът Intel X58 (Tylerburg)

Чипсетът Intel X58 (Tylerburg) e създаден, за да свързва процесорите на Intel с шината QPI(Quick Path Interconnect) интерфейс за паралелни у-ва. Архитектурата QuickPath се различава значително от предишните Intel архитектури , и е много по – близо до HyperTransport архитектурата на AMD . Освен за липсата на интерфейс за паметта , на X58 е сходна с традиционния северен мост.

Той комуникира с процесора чрез високо честотна лента (QuickPath Interconnect), с южния мост чрез Direct Media Interface (DMI ) и с бързата периферия чрез PCI Express ( PCIe ).

X58 не е хъб на контролера на паметта ( MCH ), защото няма интерфейс към паметта , така че Intel го нарича I / O хъб. Той не бива да се бърка с подобния му I / O controller hub( ICH ), който традиционно се използва за обозначаване на  южния мост. Intel нарича вече южния мост  Legacy I / O Controller Hub.
X58 разполага с 40 PCIe линий , които са подредени в две × 16 връзки, DMI връзка и “ резервни „  връзки.

Когато се използва с ICH10 I / O Controller Hub на с × 4 DMI връзки, “ резервните “ връзки се разделят на × 4 PCIe връзки. Бъдещите чипове Southbridge DMI можеда се подържат по-широка DMI.

Всеки X58 QuickPath Interconnect използва 21 еднопосочни диференциални двойки във всяка посока, в продължение на общо 84 пина на QPI. На най-високо честотна лента,  всеки QPI може да прехвърли до 12.8 GB / в двете посоки едновременно, използвайки протокола QPI.

Информацията за протоколни трансфери в единици от 80 бита (наречени “ прехода“), които съдържат 8 бита на коригиране на грешки , 8 бита на QPI, необходими  за маршрутизиране и 64 бита за данни.

За разлика от FSB, QPI е интерфейс от точка до точка и поддържа не само процесор – чипсет интерфейс, но и процесор до процесор връзка и връзка чип до чип.  X58 разполага с две QPI шини и може директно да се свърже с два процесора на мулти – цокъл на дънни платки или да образуват връзка, подобна на пръстен ( процесор 1 до X58 до процесор 2 и обратно към процесор 1 ). Когато се използва с Intel Core i7 , втората QPI е обикновено не се използва.

Когато се използва с “ Gainestown “ DP процесор, който ще има две QPI шини,  X58 и два процесора, могат да бъдат свързани в триъгълник или пръстен. За MP процесорите като “ Beckton “ с повече от две QPI шини,  X58 може да бъде свързан или с два процесора, които от своя страна са свързани в “ решетката “ на QPI шините  с други процесори или прикрепени “ по двойки “ към два различни процесора.

Процесорите от рода Intel Core i3,5,7 използват чипсета  Intel P55 Express.  От фиг.3 се вижда и една друга разлика спрямо хай-енд  платформата, базирана на X58, а именно, че връзката на Lynnfield процесорите със системната логика се осъществява посредством DMI шината.

Както знаем, при Nehalem и X58 това се осъществява посредством  QPI шината.

Реално основните функции на северния мост (контролера на паметта и PCI Express контролера) са иззети от самия процесор, като по този начин системната логика (в лицето на  Intel Express P55) е просто версия на познатия ни ICH10 чип (южен мост).

Връзката между северен и южен мост при Intel  се осъществява именно посредством DMI интерфейса. Всъщност интересното е, че с тази архитектура се слага и край на съществуването на чипсета като понятие (или поне какъвто го познавахме досега), защото реално такъв вече няма при Lynnfield.  Intel са останали верни на себе си и  са пренесли цялата графична концепция позната от  Core 2 платформата – P45.  Тоест Lynnfield притежава също 16  линии  PCI Express 2.0, което позволява  работа на графичната подсистема  при два сценария.   Единият е  1x 16x (единична видеокарта), a другият е 2x 8x  (две графични карти свързани посредством технологията Crossfire или SLi).

Чипсети на AMD

AMD поеха риск със своите процесори Athlon и Duron. Компанията за пръв път реши да създаде чип, който е софтуерно съвместим с процесорите на Intel, но не е директно съвместим нито хардуерно, нито по изводи.

Докато процесорите от К6 серията се инс-талираха в същия Socket 7, който Intel проектираха за линията от Pentium процесори, Athlon и Duron не са съвместими по изводи с Pentium II/III и Celeron чиповете. AMD не можеха да се възползват от съществуващите преди това чипсети и дънни платки, когато щеше да дойде моментът на представянето на новите им чипове.

Вместо това компанията трябваше или да проектира свои собствени чипсети и дъна или да намери друга компания, която да направи това. Изглежда, че рискът си заслужаваше.

AMD атакуваха пазара самостоятелно, като пред-ставиха свой собствен чипсет, наричан AMD-750, чието кодово име беше Irongate. Чипсетът AMD-750 се състои от контролера на системната шина 751 (северният мост) и контролера на шината за периферия 756 (южният мост).

Скоро след това AMD представиха чипсета AMD-760 за процесорите Athlon/Duron, който е първият значителен чипсет на пазара, поддържащ DDR SDRAM памет. Той се състои от два чипа – контролерът на системната шина AMD-761 (северният мост) и контролерът на шината за периферия (южният мост).

Други компании като VIA Technologies, NVIDIA и SiS също представиха чипсети, проектирани специално за Socket/Slot А процесорите на AMD. Това даде възможност на производителите на дъна да конструират голямо многообразие от платки, поддържащи тези чипове, като по време на този процес Athlon и Duron завзеха значителен пазарен дял от  Intel.

Чипсети на Intel

Днес е невъзможно да се говори за чипсети, без да се спомене Intel, защото именно те притежават огромното мнозинство от пазара на чипсети и дънни платки. Интересно е да се отбележи, че на първо място трябва да благодарим на Compaq за това, че принудиха Intel да нав-лязат в бизнеса с чипсети!

След това от Intel осъзнаха, че вече произвеждат както процесори, така и чипсети, които представляват 90% от компонентите на една типична дънна платка. Какъв по-добър начин да гарантират, че ще има налични дънни платки за техния Pentium процесор при представянето му, от това сами да си произведат дънна платка, а на всичкото отгоре тя да е готова още на датата на представяне на процесора.

Когато първият Pentium процесор дебютира през 1993 година, едновременно с него Intel представиха чипсета 430LX, както и напълно завършена дънна платка. Intel беше както основен доставчик на части (процесори и чипсети) за изграждане на завършени дънни платки, така и производител на такива платки.

През 1994 година Intel завладя пазара не само на процесори и чипсети, но и този на дънни платки.

Номериране на чипсетите на Intel

• 420xx – 486
• 430xx – Pentium
• 440xx – Pentium Pro , P2 , P3
• 8xx – P2 , P3 , P4 с хъбова архитектура
• 450xx – Pentium Pro , P2 , P3 , Xeon
  

7. Чипсети B85, H87 и Z87

Трите чипсета: B85, H87 и Z87

Има пет версии на новата 8-ма серия чипсети : Z87, Н87, Q87, Q85 и B85. Q моделите  са предназначени за бизнес системи и помощни програми като Intel Active Management Technology. За потребителите Z87, Н87 и B85 са най- интересните от тях..

Тъй като Intel премина към нов производствен процес ( според сведенията от 65nm към 32nm ) и добави повече функции към процесора, новите чипове са по-малки и по-ефективни, отколкото техните предшественици.

Най-важната промяна е фактът, че новите чипсети поддържат до шест Serial ATA 600 порта и до шест USB 3.0 порта. Thunderbolt все още не е интегрирана за Haswell поколението, но може да се добави с отделен контролер от производителите.

Подобно на предишното поколение където трябва да сте с най- луксозния Z чипсет, за да се възползвате от всички функции на овърклока на K процесори. С другите чипсети повишаването на множителя на процесора е по-ограничен. Друга разлика между Z87 и другите модели е, че 16-те PCI -Express 3.0 линии от процесора могат да бъдат разделени на два пъти по осем линии или 8 +4 +4. Това може да се използва за SLI или Crossfire .

Ако не овърклоквате или  използвате повече от една графична карта, на Z87 е малко по-добър от Н87. Производителите са склонни да правят платките Z87 от най- висок клас с най-добрите характеристики, а платките с Н87 са останали по- утилитарни .

B85 е бюджетният чипсет на Intel. Няма овърклок и Crossfire / SLI разбира се, a другитe ограничения включват не повече от четири Serial ATA 600 порта, четири USB 3.0 и без RAID с-ма. За бюджетен компютър 4x Serial ATA 600 и 4x USB 3.0 е добре, така че B85 е далеч по- интересен, отколкото своя предшественик, B75.

Най-вероятно ще мине известно време, преди платките B85да се оттеглят от пазара като бюджетни Haswell процесори ( Core i3 , Pentium и Celeron ) все още не са вън от пазара.