CAPITOLUL III

UNIVERSITATEA PETROL I GAZE PLOIETI

FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC I ELECTRIC

AUTOMATIC III IFR

ARHITECTURA CALCULATOARELOR

LUCRARE DE PROIECT

PLACA DE BAZ

PLACA DE BAZ

Putem spune fr s greim c, piesa central a unui calculator este placa de baz. Aceasta este de fapt coloana vertebral a ntregului sistem, toate PC-urile avnd aceeai trstur de baz: sunt construite pe o plac de dimensiuni mari, numit mother board (plac de baz).Fiind o component primar, placa de baz definete PC-ul i caracteristicile acestuia. Toate componentele sistemului se conecteaz pe sau la aceasta. Productorii construiesc sistemele de calcul n jurul plcii de baz (MB). MB este cu dimensiunile cele mai mari din UC, montat de regul pe partea de jos a carcasei la sistemele pe orizontal sau pe lateral la cele pe vertical. Constructiv, aproape toate plcile de baz arat cam la fel, ns productorii se strduiesc s le echipeze ct mai bine, pentru a putea oferi posibiliti de extindere a performanelor PC-ului ulterioare. Exist tendina de a oferi plci de baz echipate cu aproape toate tipurile de subansamble, eliminnd din start necesitatea unei adugri ulterioare, mod de proiectare foarte economicos, dar care are un dezavantaj evident: elimin posibilitatea unei abordri modulare a echiprii unui sistem de calcul.Modelul de baz al PC-ului este o comparaie ntre dou filozofii de proiectare complet diferite: una axat pe diversivitate, adaptabilitate i dezvoltare, obinute prin montarea elementelor funcionale individuale (procesor, memorie, circuite I/O), pe plci diferite instalate n conectori ai plcii de baz legate printr-o magistral; cealalt concentrat asupra economiei i simplitii, reunind toate componentele principale ale sistemului pe o singur plac de baz.

Fiecare din aceste metode are avantaje i dezavantaje proprii.

Calculatoare orientate pe magistral

La apariia primelor PC-uri, modelul orientat pe magistral era considerat nvechit, acesta fiind de fapt total opus modelului cu plac de baz. Numele original al magistralei de date BUS, a fost folosit deoarece semnalele magistralei cltoresc mpreun i se opresc la aceeai conectori ntlnii n drum.Modelul orientat pe magistral permite configurarea personalizat a fiecrui calculator dup scop i destinaie. Acest mod de proiectare modular permite sistemului s conecteze la magistral componente mai puternice sau mai multe de acelai tip (ex. procesoare) i extensia sistemului odat cu dezvoltarea activitilor deservite.Calculatoare pe o singur placApariia circuitelor integrate miniaturizate a dus la reducerea masiv a numrului de plci necesare pentru construirea unui PC. Reducerea calculatorului la o singur plac a fost necesar datorit cerinelor de reducere a preului i de cretere a fiabilitii.Principalul dezavantaj este reducerea flexibilitii, caracteristicile din fabricaie nemaiputnd fi schimbate ulterior. Aceast metod este utilizat n general la calculatoarele portabile i notebook, datorit avantajului de a fi compacte, de economisire a spaiului i de reducere a greutii.Modele mixtePentru a beneficia de avantajele ambelor tehnologii, au fost produse plci mixte. ntlnim n prezent plci orientate pe magistral cu anumite componente ncorporate (de ex. placa de sunet sau placa video), astfel nct se obine o reducere apreciabil a costului, conectorii de extensie existeni n numr mai mic permind totodat i o extindere ulterioar a anumitor tipuri de performane.Terminologien sistemele de calcul ntlnim urmtoarele tipuri de plci: plci fiic, legate de placa de baz numite i doughterboard sau doughtercard; plci de extensie, difereniate dup standardul interfeei de conectare; plci de sistem, de fapt plci de baz numite astfel de firme mari care impun o anumit terminologie (IBM); plci planare, termen promovat de IBM odat cu introducerea seriei PS2; plci de baz, nume dat de Intel plcilor mam (motherboards) numite i base board; plci principale, termen neutru semnificnd de fapt placa mam, numit i main board; plci logice, denumit astfel de Apple, descriu de fapt acelai elemente de baz; plci fund de sertar sau backplane, descriu plcile culisante prin panoul frontal al calculatoarelor, obligatoriu planar.

TIPODIMENSIUNILE PLCILOR DE BAZ

Plcile de baz moderne pot avea orice form sau dimensiuni, n funcie de modelul de PC. Primele standarde ale plcilor de baz au fost stabilite de firma IBM prin duplicarea dimensiunilor celor mai populare maini IBM. Pentru a micora costurile, majoritatea productorilor au meninut compatibilitatea cu plcile IBM, pstrndu-i poziiile gurilor de montare, lucru perpetuat pn astzi.n prezent, standardele de baz ale plcilor de baz sunt cele promulgate de Intel, mergnd pn la specificarea poziiei conectorilor. Pentru productorii de sisteme cu profil redus a aprut standardul LPX, care a micorat nlimea sistemului pirn instalarea orizontal a plcilor de extensie.Principalele tipodimensiuni ale plcilor de baz sunt:

a) placa de baz pentru PC, cuprinde 5 sloturi de extensie ISA pe 8 bii, un conector pentru tastatur i unul pentru caset, dimensiune 8.5 x 11 inci;

b) placa de baz pentru XT, de 8.5 x 12 inci, sloturile de extensie la 0.8 inci, montate n linie pentru a permite i magistrale de mare vitez PCI:

c) placa de baz AT, cel mai popular model de plac IBM, lansat n 1984. Este cea mai mare plac de baz 12 x 13.5 inci, are 8 sloturi la 0.8 inci, memoria i procesorul fiind puse oriunde pe plac:

d) placa mini AT, de 13 x 8.66 inci, compatibil cu AT, conine conectori pentru legarea porturilor prin panglic, se poate adapta la multe tipuri de carcase:

e) placa de baz LPX, pentru PC-uri mai puin nalte, are 8.66 x 13 inci, latura din spate a asiului paralel cu latura mic a plcii i conine conectorii I/O. Are un conector de extensie principal n care se afl o plac fiic cu unul sau mai muli conectori standard:

f) placa mini LPX, de 10 x 8.66 inci, pentru economisirea spaiului n carcas:

g) placa ATX pstreaz dimensiunile plcii mini-AT, versiunea 1.1. introdus de Intel n 1996. Dimensiunea 12 x 9.6 inci este impus pentru a putea tia 2 plci dintr-un panou brut imprimat de 18 x 24 inci. Au un altfel de conector de alimentare:

h) placa mini ATX, de 8.2 x 11.2 inci, are conectorii pentru porturi montai

direct fr cabluri, realizeaz o reducere de costuri de 30%:

Avantajele plcilor de baz ATX: conectorii pentru tastatur i mouse sunt plasai ntr-o carcas de metal i au formatul PS/2;

sloturile SIMM sunt aezate n aa fel nct plcile de extensie nu le deranjeaz i sunt mai uor accesibile;

sloturile pentru cablurile harddisk-urilor i floppy-urilor sunt mai apropiate de uniti;

porturile seriale i paralele se gsesc n partea din spate a PC-ului; un nou tip de conector de alimentare pentru placa de baz, cu dou avantaje: conectoarele nu mai pot fi puse greit i exista o funcie nou prin care PC-ul se poate opri cu ajutorul software-ului;

soclul ZIF pentru CPU nu se mai afl n spatele plcilor de extensie, ci n dreapta lor; locul din spatele plcilor de extensie nu conine componente nalte, care s mpiedice instalarea de plci lungi;

pe unele motherboard-uri noi se afl deja chipset-uri n capsule BGA.

MAGISTRALELE DE DATE DE PE PLACA DE BAZ

Magistrala de extensie a PC-ului permite dezvoltarea sistemului, asigurnd o conexiune de mare vitez pentru dispozitivele periferice interne care mresc puterea acestuia.Scopul magistralei de extensie este de a permite instalarea unor plci suplimentare. Prin circuitele acesteia, calculatorul transfer informaii definite printr-o codificare special, bazat pe ordinea i combinaia biilor. Conexiunea realizat de magistral trebuie s transfere fr eroare aceste date. Pentru evitarea erorilor sunt incluse semnale suplimentare ce controleaz fluxul informaiilor i ajusteaz ratele de transfer n funcie de viteza limit a PC-ului i viteza de lucru a accesoriilor de extensie.Configuraiile moderne includ dou magistrale de extensie: una de compatibilitate i una local de mare vitez. Prima permite instalarea plcilor mai vechi, este numit ISA, cea de mare vitez permite plcilor de extensie s lucreze la viteze apropiate de cea a microprocesorului.PC-urile notebook au probleme proprii de extensie, legate de conexiune i de alimentarea cu energie, pentru care s-au dezvoltat standarde proprii. Cele mai moderne folosesc sloturi de extensie de tip PC Card sau CardBus. Primul se aseamn cu ISA, al doilea este mai rapid, pentru plci de extensie mai noi.Magistrala este o cale prin care pot circula datele n interiorul unui calculator. Aceast cale este utilizat pentru comunicaie i se stabilete ntre dou sau mai multe elemente ale calculatorului. Un PC are multe feluri de magistrale, ntre care se afla urmoarele:

magistrala procesorului

magistrala de adrese

magistrala memoriei

magistrala I/O

Magistrala I/O

Este numit i magistral de extensie i este magistrala principal a sistemului si cea pe care circul cele mal multe date. Magistrala I/O este o ,,autostrad" pentru cele mai multe date din sistem. Tot ce vine sau pleac de la orice dispozitiv, cum ar fi sistemul video, unitile de disc i imprimanta, cltoreste" pe aceast magistral. Cea mai ncrcat cale de intrare/ieire este spre si dinspre placa video.

Magistrala procesorului

Este calea de comunicaie ntre CPU (unitatea central de prelucrare) i cipurile cu care lucreaz direct. Aceast magistral este folosit pentru a transfera date ntre CPU i magistrala principal a sistemului sau ntre CPU i memoria cache extern.Deoarece scopul magistralei procesorului este transmiterea i primirea datelor de la CPU cu cea mai mare vitez posibil, aceast magistral lucreaz la o vitez mult mai mare dect orice alt magistral din sistem neexistnd strangulri.Magistrala este compus din circuite electrice pentru date, pentru adrese i pentru comenzi.n cele mai multe dintre sistemete, frecvena real de lucru a procesorulul este un multiplu (de 1,5 ori, de 2 ori, de 2,5 ori etc.) al frecvenei magistralei procesorului.Magistrala procesorului este legat la pinii procesorului i poate transfera un bit de date pe o linie de date la fiecare perioad sau la dou perioade ale ceasului. Astfel, un sistem 486 poate transfera 32 bii de date simultan, n timp ce un sistem Pentium sau Pentium Pro poate transfera 64 biti de date la un moment dat.Pentru a determina viteza de transfer pe magistrala procesorului, se multiplic limea datelor (32 de bii pentru 486 sau 64 de biti pentru Pentium i Pentium Pro) cu frecvena ceasului magistralei (aceeai cu frecvena ceasului de baz al procesorului). Dac folosim un Pentium sau Pentium Pro de 66/100/133/166/200 MHz care ruleaz la 66 MHz i poate transfera un bit de date la flecare perioada de ceas pe fiecare linie de date, vom obine o viteza maxima instantanee de transfer de 528M pe secunda. Acest rezultat se obtine folosind urmatoarea formula:

66 MHz x 64 biti = 4,224 megabiti/secunda

4,224 megabiti/secunda : 8 = 528 M/secunda

Aceasta viteza de transfer, este numita lime de band a magistralei i reprezint o valoare maxima. Ca toate valorile maxime, aceast viteza nu reprezint limea de banda n functionarea normala.Magistrala memoriei

Este utilizata la transferul informatiilor ntre CPU i memoria principala memoria RAM a sistemului. Aceasta magistrala este o parte din magistrala procesorului sau, de cele mai multe ori, este implementata separat cu un set special de cipuri, care este responsabil cu transferul informatiilor intre magistrala procesorului i memorie.

Sistemele cu frecvena placii de baza de 16 MHz sau mai mare lucreaz la viteze care depasesc posibilitile cipurilor DRAM standard. n astfel de sisteme este utilizat un set de cipuri (controllerul memoriei) care realizeaz interfaa ntre magistrala rapida a procesorulul i memoria principala, mai lenta. Acest set de cipuri este in general acelai cu setul de cipuri responsabil cu gestionarea magistralei I/O.Informaia care circula prin magistrala memoriei este transferata la o viteza mult mai mic dect viteza de transfer a informatiei pe magistrala procesorului.Soclurile cipurilor sau conectorii modulelor SIMM sunt conectati la magistrala

memoriei la fel cum sunt legati conectorii de extensie la magistrala I/O.

Magistrala de adrese

Este n realitate o parte a magistralei procesorului i a celei de memorie i este folosita pentru a indica adresa de memorie sau adresa de pe magistala sistemului care va fi utilizata n cadrul operaiei de transfer al datelor. Magistrala de adrese indic precis locul n care va avea loc urmatorul transfer: n memorie sau pe magistrala.Dimensiunea ei determin mrimea memoriei pe care CPU o poate adresa direct.Funciile magistraleiCea mai important funcie este de a asigura o cale de date ce leag componentele PC-ului i o modalitate de a ajunge datele la destinaie. De asemenea, trebuie s asigure semnale speciale care s sincronizeze semnalele circuitelor de pe plci cu cele din restul calculatorului.Principalele funcii sunt:

liniile de date, este de fapt cea mai important. Conexiunile folosite pentru transferarea datelor pe magistrala de extensie se numesc linii de date. Principalul element de descriere a magistralei este numrul acestor linii. Magistralele de date folosesc transferul paralel al informaiilor deoarece este mai rapid dect cel serial;

liniile de adrese, pentru a fi mai flexibil, magistrala trebuie s transmit i informaii referitoare la adresle de memorie, pentru a permite transferarea informaiilor mapate n memorie i accesul aleator la acestea i transportul biilor de date la o adres exact. Acestea determin domeniul maxim de memorie ce poate fi adresat: ex. ISA are 24 de linii de adrese deci acceseaz maxim 16 MB de memorie;

alimentarea cu energie, magistrala de extensie alimenteaz celelalte dispozitive la tensiuni ntre 3.3 i 5 V C.C. Pot asigura att tensiuni negative ct i pozitive, de pn la 12 V;

sincronizarea, multe plci de extensie lucreaz sincronizat cu circuitele calculatorului gazd. O magistral sincronizat cu ceasul calculatorului se numete sincron. Cele avansate sunt mai flexibile ca vitez i pot opera asincron, existnd o relaie matematic ntre frecvena de ceas a sistemului i cea a magistralei;

controlul fluxului, pentru evitarea unor pierderi de date la apariia unor diferene de vitez ntre plcile de extensie i calculatorul gazd. Magistrala trimite un semnal NOT READY, cernd sistemului s atepte pn la recuperarea ntrzierilor. Magistralele moderne trec la moduri de vitez mai mari burst mode (n rafale) unde datele sunt transferate dup un ciclu de transferare;

controlul sistemului, echipamentele periferice trebuie deseori s comunice cu microprocesorul, pentru aceasta asigurndu-se una sau mai multe linii pentru semnale de ntrerupere. PC-urile moderne permit partajarea ntreruperilor, ba chiar i accesul direct la memorie;

controlul i arbitrarea magistralei, la primele sisteme magistrala era controlat de microprocesorul sistemului, cele mai noi transfer controlul unor circuite logice controlere de magistral. Dispozitivul care preia controlul magistralei se numete master de magistral, iar cel care primete date slave;

semnale specifice sloturilor, sunt legate mpreun, conectate direct prin cablare, pot astfel s utilizez orice slot. La cele mai noi exist semnale specifice pentru sloturi;

punile, utilizate odat cu introducerea magistralei PCI pentru legarea acestora. Cele mai importante aspecte fizice ale magistralelor sunt:

tipurile de conectori

organizarea conectorilor

dimensiunile plcilor

spaiul ntre plci

limitele sloturilor.Un element foarte important este compatibilitatea magistralei de date cu plcile de extensie. Cel mai important este nivelul de compatibilitate cu plcile de extensie ale PC-urilor obinuite.

TIPURI DE MAGISTRALE I/O I SLOTURI DE EXTENSIE

n cadrul unui sistem de calcul ntlnim urmtoarele tipuri de sloturi de

extensie (magistrale I/O):

ISA pe 8, 16, 32 sau 64 bii

MCA

EISA

VLBus

PCI

PCMCIA

CIPSETUL, CREIERUL PLCII DE BAZ

Cel mai important lucru care se afla pe o placa de baza este setul de cipuri, care face toata munca, inclusiv pe cea de a furniza procesorului informatiile pe care acesta le solicita. Chipset-ul are grija sa trimita date spre placa grafica, procesor i bus-ul PCI, sa sincronizeze transferurile de la memorie la periferice, sa fac remprosptarea memoriei i multe altele.Marea majoritate a chipset-urilor au doua componente, numite Northbridge i Southbridge. Northbridge-ul este cel mai important, deoarece el determina majoritatea caracteristicilor setului de cipuri. El se ocupa de controlul procesorului i al cache-ului Level 2, al memoriei RAM, de curgerea corecta a informaiilor pe magistrale i de multe alte asemenea job-uri de importanta majora. Southbridge este componenta care se ocupa de partea de intrare/ieire. Ea are in grija interfetele spre tastatura, floppy, bus-urile EIDE I USB, porturile seriale i paralele.Practic, chipset-ul controleaz fiecare bit care trece spre procesor, memorie, harddisk, placa grafica etc. El este in centrul retelei de date care constituie un calculator. Tot setul de cipuri dicteaza i viteza procesorului i a bus-ului extern (Front Side Bus - FSB).

Chipset-ul arbitreaz i bus-urile perifericelor, pe langa cele amintite pn acum mai ramnnd PCI, ISA i AGP. Astfel, in cazul unui transfer de date intre procesor i hard-disk, setul de cipuri blocheaza celelalte transferuri de pe magistrala PCI, de exemplu intre memorie i placa de retea.Funciile principale ale cipseturilor sunt:

controller de sistem

controller de periferice

controller de memorie.

Controllerul de sistem

ndeplinete urmtoarele funcii:

contoare de timp i oscilatoare

controler de ntreruperi

controler DMA

gestionarea energiei

Controlerul pentru dispozitive periferice

Are urmtoarele funcii de baz:

interfaa cu magistrala

interfaa unitilor de dischete

interfaa cu HDD

controllerul de tastatur

controllerul pentru porturile I/O

Controlerul de memorie

Are rolul de a asigura adresarea memoriei RAM, remprosptarea memoriei, tratarea erorilor i lucrul cu memoria cache.

n lume sunt foarte muli productori de plci de baz, cele mai cunoscute nume fiind Intel, Abit, SiS, MSI, Soyo, Asus, Soltek etc. multe dintre ele folosind chipset-uri Intel, Via sau SiS, viteza lor de funcionare (FSB-ul) variind de la un productor la altul dar n concordan cu tipul de procesor ce urmeaz a fii instalat pe placa de baza. Lider mondial in tehnologia plcilor de baz este Intel dar preul ridicat o fac s fie achiziionata doar de un anumit segment de comparatori, ns stabilitatea sistemului care o incorporeaz este foarte bun. De aceea mult lume la achiziionarea unui sistem i alege o placa de baza low-end (pret scazut- calitate scazuta).O moda noua care a invadat lumea pasionailor de calculatoare este termenul de overclocking. Overcloking-ul este posibilitatea de a multiplica viteza de rulare a procesorului multiplicnd voltajul procesorului din BIOS cat si frecventa de lucru prin anumii multiplicatori suportai de placa de baza.PAGE 2 din 11