1

Računarski hardver

Matične ploče – 3. deo

Danijel Čabarkapa, Tehnička škola Šabac

2

Sabirnicematičnih ploča

3

Sabirnice matičnih ploča

Sabirnice, magistrale (eng.-bus) su vizički vodovi, veze ilikonekcije među komponentama matične ploče kojima seprenose podaci ili signali

Sabirnice se definišu prema načinu prenosa podataka kaoparalelne ili serijske; Poslednje generacije računara favorizujuserijski prenos podataka

Karakteristike sabirnica su:

o Propusni opseg (ili “brzina”) koja se obično izražava u Gb/s ili GB/s aređe u Mb/s i MB/s

o Frekevencija takt-signala (izražava se u MHz ili GHz)

Savremeni računari imaju najmanje tri tipa sabirnica i svakakomponenta je povezana sa nekom od njih; čipset je “most”među različitim tipovima sabirnica

Sabirnice su hijerarhijski definisane pa postoje one sa vedim imanjim propusnim opsezima, višim i nižim frekvencijama itd....

4

Sabirnice matičnih ploča

Osnovni tipovi sabirnica na današnjim matičnim pličama su:

a) FSB (Front Side Bus) ili CPU sabirnica

b) PCI (Peripheral Component Interconnect) sabirnica

c) *AGP (Accellerated Graphic Port) sabirnica

d) PCIe (PCI Express)

e) *ISA (Industry Stanadard Architecture)

f) *AMR (Audio Modem Riser) i *CNR (Communication NetworkingRiser) i *ACR (Advanced Communication Riser)

Na savremenim matičnim pločama postoje slotovi ili podnožjaza kartice (grafička, zvučna, TV ...) kojima se one povezuju samatičnom pločom putem sabirnica

* - Sabirnice koje predstavljaju zastarele standarde

Današnje matične ploče uglavnom koriste PCIe sabirnice

5

FSB sabirnica

FSB sabirnica je glavna sabirnica matične ploče najvedegpropusnog opsega i često se naziva External Clock

FSB sabirnicu koristi CPU čip za prenos podataka od/ka kešmemoriji, RAM memoriji ili NorthBridge čipu

FSB sabirnica koristi paralelni prenos podatka širine 64-bita,određene frekvencije i propusnog opsega, što jako zavisi odkombinacije CPU-čipset na matičnoj ploči

FSB je tip sabirnice koju koristi Intel na svojim pločama, a porednje Intel koristi još i QPI (QuickPath Interconnect) i DMI (DirectMedia Interface) koje su tip serijskog point-to-point prenosa

AMD na svojim matičnim pločama koristi slične tehnologijesabirnica, sa oznakama HT (Hyper Transport) ili UMI (UnifiedMedia Interface), koju karakterišu slične frekvencije i brzine kaoi kod Intel ploča

6

FSB sabirnica

Najčešde se za komunikaciju keš memorija i CPU jezgra (ilijezgara) koristi ultra-brza back-side magistrala, dok se veza CPUi sporije RAM memorije ostvaruje front-side sabirnicom

7

FSB sabirnica

Glavna karakteristika FSB sabirnice je njen propusni opseg(bandwidth) prenosa podataka ili broj bitova koji se možepreneti u jedinici vremena

FSB propusni opseg se računa kao proizvod širine sabirnice,frekvencije takt-signala (FSB clock) i broja prenosa podatakatokom jednog takt-signala (koji je obično 4 kod Intel CPU a 2kod AMD CPU čipova)

Primer: za Core 2 Quad Mobile CPU, koji koristi 64-bitnu FSB iFSB clock od 266MHz dobija se propusni opseg:

8B x 266MHz x 4/takt = 8512MB/s

Kao drugu karakteristiku FSB sabirnice, proizvođači navodenjenu frekvenciju (FSB clock)

8

FSB sabirnica-propusni opseg

FSB (Front Side Bus) kod Intel procesora se računa kao

System bus*4=Efektivna FSB frekvencija

(400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1066 MHz, 1333 MHz ili 1600 MHz kod novijih matičnih ploča)

Propusni opseg FSB sabirnice se računa kao:FSB (Efektivna)*8 /1024 = XX GB/s

System Bus, FSB Bus i Internal (CPU) Bus nemaju istefrekvencije i funkcije i treba praviti razliku među njima

System Bus je osnovna sabirnica na matičnoj ploči i imafrekvencije 100/133/266MHz, dok se interni CPU takt dobijakao proizvod sistemske sabirnice i množitelja, npr. za CPUinternog takta od 2.5GHz se dobija kao:

2.5GHz=100MHz x 25

DMI sabirnica (Intel)

UMI sabirnica (AMD)

11

PCI sabirnica

PCI sabirnica je bila zamena za spori ISA standard

PCI koristi 32 ili 64-bitni paralelni prenos podataka

Verzije PCI sabirnice:

o PCI 1.0 (1992 g.), 33 MHz, 133MB/s, +5V signalizacija sa slota

o PCI 2.0 (1993 g.) – specifikacije PCI slota i konektora

o PCI 2.1 (1995 g.), 66MHz, 266MB/s

o PCI 2.3 (2002 g.) +3.3V signalizacija sa slota

o PCI-X v.1 i v.2 (za servere), 64-bitna, (266MHz ili 2.15GB/s) i(533MHz ili 4.3GB/s)

o Mini-PCI (za laptop računare)

PCI kartice se koriste kao grafičke, zvučne, mrežne, TV itd....

12

PCI sabirnica

Propusni opseg 32-bitne PCI sabirnice se računa kao

66.6MHz x 4B(32b)=266MB/s

PCI sabirnica koristi 32 ili 64-bitni paralelni prenos podataka

Podržana PnP (Plug&Play) tehnika, svi raspoloživi PCI slotovi naploči su ravnopravni, kartica se može postaviti u bilo koji PCIslot

Nema nikakvih dodatnih podešavanja za PCI kartice (svapodešavanja su iz BIOS-a)

Današnje matične ploče još uvek imaju najčešde jedan ili dvaPCI slota zbog kompatibilnosti sa starijim karticama

PCI sabirnicu de vrlo brzo potpuno zameniti PCIe standard

13

PCI sabirnica-tipovi slotova

Prve generacije PCI kartica koristile su 5V napon za signalizacijusa slota, dok se od PCI 2.3 standarda za napajanje kartica koristinapon od 3.3V, mada najvedi broj PCI kartica koriste obanapona za svoj rad

Razvijeno je nekoliko tipova slotova za PCI kartice, u zavisnostiod toga da li se radi o 32-bitnim ili 64-bitnim karticama, kao i uzavisnosti od toga da li je kartica 3.3V ili 5V

Da bi se obezbedila kompatibilnost oba tipa kartica, usvojen je istandard Universal PCI slota, u koji mogu da se postave karticeoba napona

PCI-X slotovi se koriste na serverima i radnim stanicama i koristiisključivo 64-bitni paralelni prenos podataka

14

PCI -slotovi i kartice

Tipovi slotova za 32/64-bitne PCI kartice

PCI-slotovi i kartice

16

Universal PCI kartica

D-Link mrežna PCI kartica

17

PCI kartica-slotovi

18

PCI kartica-slotovi

Adaptec 32bit 5V PCI SCSI kontrolerska karta

19

PCI-X kartica

PCI-X GigabitEthernet karta

20

AGP sabirnica

AGP sabirnica je bila isključivo namenjena za grafičke karte

AGP koristi 32-bitni paralelni prenos podataka sa frekvencijamado 533MHz

AGP sabirnica je povezana sa MCH ili NorthBridge čipom

Više se ne koristi u današnjim matičnim pločama i zamenjena jebrzom PCIe sabirnicom

Verzije AGP sabirnice:

o AGP x1 (66 MHz, 266MB/s)

o AGP x2 (133MHz, 533MB/s)

o AGP x4 (266MHz, 1GB/s)

o AGP x8 (533MHz, 2.1GB/s), što je 10x brže od PCI sabirnice

21

AGP grafička karta

22

AGP sabirnica

AGP grafičke karte tipa x1 i x2 za svoj rad koristile su napon saslota od 3.3V, dok su kartice x4 i x8 koristile napon od 1.5V

Prve ploče sa AGP slotovima dozvoljavale su postavljanjeisključivo 3.3V kartica, a da bi se rešio problem kopatibilnosti sa1.5V karticama standardizovana su 3 tipa AGP slotova:

• Univerzalni (podržava 3.3V i 1.5V grafičke karte)

• 3.3V slot AGP

• 1.5V slot AGP

1998 g. objavljen je AGP Pro standard za nove 3D grafičke kartevedih snaga, koji se odlikovao dužim slotom i vedim brojempinova; ovaj tip slota bio je kompatibilan sa prethodnimverzijama AGP slotova (bilo koju 3.3/1.5V karticu je bilomogude ubaciti u ovaj slot)

23

AGP grafička kartica - slotovi

24

AGP grafička kartica - slotovi

25

PCIe sabirnica

PCIe predstavlja tredu generaciju razvoja PCI sabirnice i danasje standardno zastupljena na svim matičnim pločama

Za razliku od prethodnih sabirnica, PCIe koristi serijskukomunikaciju velike brzine za prenos podataka tipa point-to-point (komunikacija između dva uređaja)

PCIe prenos se zasniva na linijama, vodovima (lanes) koje semogu grupisati radi vedeg propusnog opsega

PCIe se sastoji od 1-16 linija i broj linija koji se koristi ukomunikaciji obeležava se sa “x” , (npr. PCIe x4 sadrži 4 linije)

Za grafičke karte obično se koristi ultra-brza PCIe x16 sabirnicaili kombinacija dva brza PCIe slota, dok se za sporije kartice(zvučna, mrežna, modem....) koriste sabirnice sa manjih brzina(PCIe x1, x2 ili x4)

26

PCIe sabirnica

PCIe prenos podataka se tokom vremena razvijao kroznekoliko standarda

Verzije PCIe sabirnice su:

PCIe v.1.0 2.5GHz, 250MB/s po liniji (x1)

PCIe v.2.0 5GHz, 500MB/s po liniji (x1)

PCIe v.3.0 8GHz, 1GB/s po liniji (x1)

PCIe v.4.0 16GHz, 2GB/s po liniji (x1)

Primer: PCIe x16 v.3.0 ima maksimalni teorijski propusni opsegod 16GB/s (1GB/s x 16 linija)

Današnje matične ploče najčešde imaju kombinacije PCIeslotova ver.2 i ver.3 (verzija 4 se još uvek u pripremi i njenaprimena se očekuje tokom 2014/15 g.)

27

PCIe sabirnica-način rada

Linija je dvosmerna, full-duplex, serijska komunikacija velikog propusnogopsega; podaci mogu istovremeno da se šalju i primaju, i za svaki smer sedefinise zaseban protok podataka

PCIe x16 i x8 sabirnice se direktno povezuju sa CPU čipom ili NorthBridgečipsetom, dok se PCIe x1, x2 i x4 povezuju sa SouthBridge čipsetom

28

PCIe sabirnica

Ključno poboljšanje koje donosi PCIe sabirnica je vedi propusni opseg,što je postignuto slanjem podataka bit-po-bit mnogo vedim brzinamanego što je to kod paralelnog prenosa; kod serijskog prenosa nemaproblema sa sinhronizacojom podataka, kao što je to slučaj kodparalelnog prenosa

PCIe omogudava hot-plugging i hot-swapping (zamena kartica dok jeračunar uključen), manju potrošnju i manje profile slotova sa manjekontakata (pinova) na njima; PCIe kartica koristi napone sa matičneploče od 3.3V i 12V za napajanje

PCIe slotovi na matičnim pločama su različite dužine i važikompatibilnost “napred” (kartica PCIe x1 se može ubaciti u bilo kojiPCIe slot vede brzine npr. X4, x8 ili x16; kartica x16 ne može sekoristiti na slotu manje brzine npr. X8 ili x1 itd...)

Na boljim matičnim pločama postoje po dva PCIe x16 slota da bi seomogudio CrossFire (AMD) ili SLI (nVidia) uvdojeni režim rada kartica

PCIe x16

PCIe x1

PCIe x1

PCIe x1

PCI

PCIe x4

PCIe x8

30

PCIe sabirnica-slotovi

31

PCIe slotovi - poređenje

Nove matične ploče-instalacija do 4 grafičke karte

33

ISA sabirnica

ISA sabirnica je postojala na prvim generacijama IBM desktopračunara (1981 g.) kao 8-bitna, da bi kasnije bila proširena na16-bitni paralelni prenos podataka

Radila je na frekvenciji od 8.33MHz i propusni opseg joj je zadanašnje pojmove bio izuzetno mali (do 8MB/s)

Kasnije je uveden unapređeni ISA standard (EISA) koje je radiotakođe na 8.33MHz ali je bio 32-bitni, pri čemu je ISA slot imaopo 2 reda pinova

ISA kartice su se napajale naponima od +12V, -12V, +5V i -5V ito su jedine kartice koje su koristile negativne napone

ISA standard je odavno prevaziđen i danas se ne proizvodematične ploče sa ovim slotovima; koriste se jos ponegde uindustrijskim računarima

ISA sabirnica

35

AMR, CNR i ACR sabirnica

AMR, CNR i ACR sabirnice su postojale na pojedinim matičnimpločama ranijih generacija; slotovi su bili malog formata i bili supredviđeni isključivo za mrežne karte, modeme i zvučne karte

Cilj je bio koristiti što jeftinije HSP (Host Signal Processing)kartice koje kontroliše isključivo CPU čip; takve kartice su“softverski kontrolisane” i nemaju na sebi naprednijukontrolersku elektroniku pa su jeftine za proizvodnju; poštoCPU preuzima kontrolu rada ovih kartica, performanse CPU čipasu neznatno slabije

AMR, ACR ili CNR kartice su opcione, i često su se isporučivaleuz same matične ploče

Najčešde su matične ploče imale samo jedan tip ovih slotova,najčešde ili samo CNR ili samo AMR slot

Standardi AMR, CNR i ACR sabirnica danas su prevaziđeni

AMR, CNR i ACR sabirnica

AMR, CNR slotovi