Объединительные платы

🕛 05.10.2009, 11:00

Системные платы в полном комплекте установлены не во всех компьютерах. В некоторых системах компоненты, которые обычно находятся на системной плате, устанавливаются в плату расширения.
В таких компьютерах главная плата с разъемами называется объединительной платой, а компьютеры, использующие такую конструкцию, - компьютерами с объединительной платой.
Существует два основных типа систем с объединительными платами: пассивные и активные. Пассивные объединительные платы вообще не содержат никакой электроники, кроме разве что разъемов шины и нескольких буферов и драйверных схем. Все остальные схемы обычных системных плат размещены на платах расширения. Есть пассивные системы, в которых вся системная электроника находится на единственной плате расширения. Практически это настоящая системная плата, но она должна быть вставлена в разъем на пассивной объединительной плате. Такая конструкция была разработана для того, чтобы как можно более упростить модернизацию системы и замену в ней любых плат. Но из-за высокой стоимости системных плат нужного типа подобные конструкции очень редко встречаются в ПК, хотя были чрезвычайно популярны в системах на базе процессоров 286/386 от целого ряда поставщиков, например компании Zenith Data Systems. А вот в промышленных системах
пассивные объединительные платы весьма популярны. И еще их можно встретить в некоторых мощных серверах. показан типичный одноплатный компьютер на базе процессора Pentium 4. приведен пример корпуса пассивной системы.

1 - гнездо для процессора Pentium 4
2 - интерфейс PICMG объедительной платы
3 - разъем для установки модулей памяти DIMM (3)
4 - северный мост/MCH
5 - графический процессор SiS 315
6 - хост-адаптеры ATA/IDE
7 - южный мост/ICH
8 - системная BIOS
9 - разъем JEDEC Disk On Chip
10 - хост-адаптеры SATA RAID
11 - контроллер гибких дисков
12 - разъем параллельного порта
13 - порт VGA
14 - порт 10/100 Ethernet
15 - порт 10/100 Ethernet
16 - порты PS/2 для подключения
клавиатуры и мыши
17 - батарея CR-2032
18 - разъем порта USB (2)
19 - разъем питания
20 - разъем последовательного порта (2)

Одноплатная система Pentium 4 IPICMG и ее основные компоненты. Как видите, плата обеспечивает согласование шин PCI и ISA с системной платой, содержит интегрированный AGP-видео-адаптер, два сетевых разъема Ethernet, ATA RAID, а также интерфейсы параллельного и последовательного портов, жестких дисков ATA/IDE, USB и накопителя на гибких дисках

Системы (иногда называемые одноплатными компьютерами), содержащие в себе системные и пассивные объединительные платы, являются наиболее распространенной конструкцией подобного исполнения. Обычно они используются в промышленных или лабораторных системах стоечного типа. Эти системы отличаются большим количеством разъемов, сверхмощными источниками питания и высокой производительностью; для таких систем характерна обратная схема охлаждения, используемая для нагнетания давления внутри корпуса с помощью охлажденного фильтрованного воздуха. Многие пассивные объединительные системы созданы на основе стандартов пассивной объединительной платы PCI/ISA и формфак-тора CompactPCI, представленных группой PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). Более подробная информация, относящаяся к указанным стандартам, представлена на Web-сайте PICMG по адресу: www.picmg.org.
Замечание
Еще одним популярным стандартом одноплатных компьютеров является PISA, разработанный компаниями JUMPtec и Kontron. Стандарт PISA предполагает использование объединительных плат вдвое меньшей длины, которые вставляются в разъем, очень похожий на разъем EISA. Объединительные платы PISA также поддерживают установку плат PCI и ISA. Более подробные сведения на данную тему вы найдете на Web-сайте http://www.kontron-em.com/?lang=e.
Активные объединительные платы включают в себя схемы управления шиной и множество других компонентов. Большинство таких плат содержат всю электронику обычной системной платы, кроме процессорного комплекса. Процессорным комплексом называют ту часть схемы платы, которая включает в себя сам процессор и непосредственно связанные с ним компоненты - тактовый генератор, кэш и т.д. Если процессорный комплекс расположен на отдельной плате, то упрощается операция замены процессора более новым. В такой системе достаточно заменить только эту плату, а системную плату менять не обязательно. Получается, что у вас как бы модульная системная плата с заменяемым процессорным комплексом. Большинство современных компьютеров с объединительной платой используют именно активную плату с отдельным процессорным комплексом. Компании Compaq и IBM используют такую конструкцию в своих самых мощных системах серверного класса. Активные объединительные платы позволяют легко и с наименьшими затратами модернизировать систему, поскольку плата процессорного комплекса гораздо дешевле системной. К сожалению, интерфейс процессорных комплексов до сих пор не стандартизирован, поэтому такие платы рекомендуется покупать только у производителя системы. Это сужает рынок и, естественно, приводит к росту цен, так что в результате полная системная плата другого производителя может оказаться даже дешевле.
Обе конструкции имеют преимущества и недостатки. В конце 1970-х годов в большинстве компьютеров известных производителей использовались объединительные платы. Позже Apple и IBM перешли к системным платам, поскольку при массовом производстве такая конструкция оказалась дешевле. Однако теоретически преимуществом систем с объединительной платой остается то, что их легче модернизировать до нового процессора и нового уровня производительности (для этого требуется заменить лишь небольшую второстепенную плату). В компьютерах с системной платой для замены процессора часто приходится менять всю системную плату, что намного сложнее. Но модернизация систем с объединительной платой может обойтись гораздо дороже.
Еще одним “гвоздем в крышку гроба” объединительных плат оказалась возможность модернизации процессора. Начиная с процессоров 486, компании Intel и AMD начали стандартизировать гнезда и разъемы для установки процессоров, что позволило использовать одну плату для установки процессоров с разной тактовой частотой. Поскольку дизайн системных плат может быть достаточно универсальным, замена процессора на более быстрый (при этом также возможно применение специальных комплектов для модернизации) стала достаточно эффективным способом повысить быстродействие системы без замены системной платы.
Ограниченные поставки системных или процессорных плат приводят к тому, что они оказываются дороже новых системных плат промышленного стандарта. Системные платы объе-Глава 4. Системные платы и шины
динительной конструкции обычно используются в высокопроизводительных промышленных или лабораторных системах, чаще всего стоечного исполнения. Для обычных компьютеров лучше воспользоваться стандартными платами формфактора ATX, что гораздо дешевле.
Замечание
Некоторые компании предлагают сменные процессорные платы, которые, по сути, отключают главный процессор и память, перекладывая на себя их функции и тем самым превращая существующую системную плату в активную объединительную плату. Стоимость сменных плат значительно выше стоимости новой системной платы или процессора. В такой конструкции обычно используется более дорогая память SO-DIMM и отсутствует поддержка видеоадаптеров AGP.

Гнезда для процессоров

Процессоры можно устанавливать в гнезда типа Socket или Slot.
Процессоры, разрабатываемые Intel (начиная с 486-го), пользователь может устанавливать и заменять самостоятельно. Были разработаны стандарты для гнезд типа Socket, в которые можно установить различные модели конкретного процессора. Каждый тип гнезда Socket или Slot имеет свой номер. Любая системная плата содержит гнездо типа Socket или Slot; по номеру можно точно определить, какие типы процессоров могут быть установлены в данное гнездо. Более подробно гнезда процессоров описываются в главе 3.
Гнезда для процессоров до 486-го не были пронумерованы; их взаимозаменяемость ограниченна. В табл. 4.9 указаны микросхемы, которые можно установить в различные гнезда типа Socket или Slot.

Изначально процессоры всех типов устанавливались в гнезда (или впаивались непосредственно в системную плату). С появлением Pentium II и первых версий процессоров Athlon компании Intel и AMD перешли к другой конструкции, разработанной вследствие того, что в процессоры была включена встроенная кэш-память второго уровня, приобретаемая в виде отдельных микросхем памяти Static RAM (SRAM) у сторонних производителей. Таким образом, процессор содержал в себе уже несколько различных микросхем, установленных на дочерней плате, которая, в свою очередь, была подключена в разъем системной платы. Основным недостатком этой весьма неплохой конструкции являются дополнительные расходы, связанные с приобретением микросхем кэш-памяти, дочерней платы, разъема, корпуса или упаковки, механизмов поддержки и подставок для установки процессора и радиатора. В результате себестоимость процессора, монтируемого на отдельной плате, оказалась значительно выше по сравнению с предшествующими “гнездовыми” версиями процессоров.
С появлением второго поколения процессоров Celeron компания Intel начала интегрировать кэш-память второго уровня непосредственно в кристалл процессора, не добавляя в схему процессора каких-либо дополнительных микросхем. Второе поколение процессоров Pentium III (кодовое имя Coppermine), процессоры K6-3, Duron (кодовое имя Spitfire) и второе поколение процессоров Athlon (кодовое имя Thunderbird) компании AMD (ранние версии процессора Thunderbird Athlon имеют конфигурацию Slot A) также содержат встроенную кэш-память второго уровня. Появление встроенного кэша позволило вернуться к однокристальной конструкции процессора, отказавшись от его установки на отдельной плате. В результате интеграции кэш-памяти второго уровня производители вернулись к гнездовой конструкции процессора, которая сохранится, вероятно, в обозримом будущем. В настоящее время гнездовая конструкция процессоров используется практически во всех современных моделях. Кроме того, интеграция кэш-памяти позволила повысить рабочую частоту кэша второго уровня с половины или одной трети до полной тактовой частоты процессора.