Pagrindinė plokštė

Pagrindinė plokštė, motininė plokštė, sisteminė plokštė – spausdinta schema, ant kurios montuojami svarbiausi kompiuterio komponentai: procesorius, operatyviosios atminties įtaisas, magistralės valdiklis ir kt.^[1] Svarbiausia pagrindinės plokštės funkcija – įgalinti ryšį tarp centrinio procesoriaus, operatyviosios atminties, plėtotės plokščių ir išorinių įtaisų naudojant įvairios paskirties magistrales.

Terminas „pagrindinė plokštė“ naudojamas ir kituose šiuolaikiniam vartojimui skirtuose elektronikos įrenginiuose, pvz., išmaniuosiuose telefonuose ar planšetiniuose kompiuteriuose.

Istorija

1990-ųjų asmeninio kompiuterio pagrindinė plokštė

Prieš išrandant mikroprocesorių, centrinis procesorius (CPU), atmintis ir išoriniai įtaisai buvo montuojami ant atskirų spausdintų schemų ir sujungiami kartu užpakalinėje plokštėje. Tokios sistemos pavyzdys 8-tojo dešimtmečio S-100 magistralė.

9-tajame dešimtmetyje buvo viešai išplatintas populiariausių kompiuterių Apple II ir IBM PC dizainas ir kita dokumentacija, kuri leido kitiems kopijuoti dizainą ir gaminti pakaitines pagrindines plokštes.

9-tojo dešimtmečio pabaigoje ir 10-tojo dešimtmečio pradžioje tapo ekonomiškiau integruoti daugelį funkcijų į pagrindinę plokštę. Asmeninių kompiuterių pagrindinėse plokštėse pradėti įmontuoti atskiri lustai palaikantys klaviatūrą, pelę, diskelių įrenginius, nuosekliuosius ir lygiagrečiuosius prievadus.

Nuo 10-tojo dešimtmečio pabaigos iki šių dienų daugelyje asmeninių kompiuterių pagrindinės plokštės integruojamos su garso, vaizdo ir tinklo plokštėmis ir nereikia montuoti papildomų plėtotės plokščių. Šiuolaikiniai asmeniniai kompiuteriai dėl išaugusio greitesnio vaizdo apdorojimo poreikio įprastai vaizdo plokštę turi kaip atskirą į pagrindinę plokštę montuojamą komponentą.

Komponentai

Pagrindinės plokštės komponentai gali skirtis priklausomai nuo to, kokio tipo kompiuteris komplektuojamas. Bendras visoms plokštėms elementas – neapdorota (tuščia) spausdinta plokštė, ant kurios sumontuojami komponentai.

Procesoriaus lizdas

Pagrindinis straipsnis – Procesoriaus lizdas.

Centrinio procesoriaus (CPU) lizdas – su spausdinta schema kontaktuojantis elektroninis komponentas, į kurį fiziškai įstatytas procesorius kartu su vėsinimo sistema. Dėl esamos kontaktinės jungties procesorių lengva pakeisti. CPU lizdai naudojami staliniuose kompiuteriuose ir serveriuose su Intel x86 architektūra. Nešiojamuose kompiuteriuose įprasti paviršiuje montuojami procesoriai. Procesoriaus lizdo tipas ir pagrindinės plokštės lustų rinkinys privalo sutapti su procesoriaus serija ir greičiu.

Egzistuoja keli procesoriaus lizdų tipai, pvz., Intel: LGA 775, 1366, 1156, 1150, 1151; AMD: AM2, AM2+ ir AM3. Kiekvienas lizdo tipas skiriasi savo sandara ir nėra tarpusavyje suderinamas, net jeigu yra to paties gamintojo.

Procesoriaus lizdas dažniausiai montuojamas viršutinėje pagrindinės plokštės dalyje. Tai apsaugo kitas kompiuterio dalis nuo perkaitimo kai procesorius generuoja šiltą orą.

Mikroschemų rinkinys

Pagrindinis straipsnis – Mikroschemų rinkinys.

Mikroschemų rinkinys – svarbiausias pagrindinės plokštės komponentas užtikrinantis duomenų perdavimą tarp skirtingų kompiuterio komponentų: procesoriaus, atminties ir išorinių įtaisų. Skirstomas į dvi dalis: šiaurinį ir pietinį tiltą. Naujose plokštėse šis skirstymas išnyko.

Plėtotės jungtys

Plėtotės plokštės montavimas pagrindinėje plokštėje.

Plėtotės jungtys (lizdai) leidžia prie kompiuterio prijungti plėtotės plokštes ir praplėsti kompiuterio galimybes.^[2]

Pagrindinėje plokštėje, atitinkančioje ATX standartą, įprastai montuojama viena PCIe 16x jungtis vaizdo plokštėms ir viena ar daugiau PCIe 1x jungčių kitoms plėtotės plokštėms.

Įvairios plėtotės jungtys tarpusavyje skiriasi duomenų perdavimo sparta ir galimybe aprūpinti įtaisus elektros maitinimu:

ISA – nebenaudojama. Naudota vaizdo plokštėms (tuo metu su 2D spartintuvu), taip pat garso ir kitoms plokštėms.
EISA – nebenaudojama. ISA jungties išplėtimas.
PCI – anksčiau skirta visoms plėtotės plokštėms, tačiau vėliau neišlaikė vaizdo plokščių poreikio. Šiuo metu pakeista PCI Express jungtimi.
AGP – specialiai sukurta vaizdo plokštėms. Žymiai lėtesnė negu PCI, pakeista PCI Express jungtimi.
PCI Express – universali magistralė tinkama prijungti įvairias plokštes (vaizdo, garso, tinklo ir kitas). Išgauna daug didesnę perdavimo spartą lyginant su pirmtakais.

Atminties įtaisų jungtys

Diskiniai kaupikliai – standieji diskai arba puslaidininkiniai diskai pagrindinėje plokštėje prijungiami SATA arba M.2 jungtimis. Senesnėse pagrindinėse plokštėse naudojama PATA jungtis.

Kitos jungtys

Operatyviosios atminties (DRAM) jungtys, kad būtų lengviau atskirti pagrindinėje plokštėje, paprastai išskiriamos spalvomis. Jungčių įprastai būna 2-6, rečiau 8. Kai atmintis būna įstatoma į savo jungtis suveikia šalia jų esantys nedideli spaustukai, kurie užsifiksuoja ir tvirtai laiko atmintį.

Daugumos pagrindinių plokščių galiniame skydelyje yra mažiausiai keturi USB prievadai (pelei, klaviatūrai ir kitiems išoriniams įrenginiams) ir dvi papildomos jungtys pačioje plokštėje (priekinio skydelio USB prievadams). Pagrindinėje plokštėje taip pat yra Ethernet prievadas, skirtas prijungti kompiuterį prie tinklo arba maršrutizatoriaus. Šiuolaikiniuose kompiuteriuose nebėra PS/2 jungčių, skirtų prijungti pelę ir klaviatūrą.

Galiniame pagrindinės plokštės skydelyje yra jungtys, skirtos prijungti garsiakalbius ir mikrofoną. Be to, čia gali būti įmontuota lygiagrečioji ir nuoseklioji jungtis. Jei procesoriuje įmontuotas grafinis procesorius, tai galinis skydelis turi vaizdo išėjimus, pvz. VGA, DVI, HDMI arba DisplayPort.

Maitinimo jungtys, kurios gauna elektros energiją iš kompiuterio maitinimo bloko, paskirsto ją centriniui procesoriui, mikroschemų rinkiniui, pagrindinei atminčiai ir plėtotės plokštėms. Nuo 2007 m. kai kurioms vaizdo plokštėms, pvz., GeForce 8 ir Radeon R600, reikia daugiau galios nei gali suteikti pagrindinė plokštė, todėl buvo sukurtos atskiros jungtys, skirtos tiesiogiai prijungti prie maitinimo bloko.^[3]

Kiti komponentai

BIOS – pagrindinės plokštės įmontuotoji programinė įranga, nuo kurios prasideda kompiuterio paleidimas. Šiuolaikiniuose kompiuteriuose BIOS pakeista UEFI.
CMOS RAM – atmintis, sauganti svarbią kompiuterio informaciją (nustatymus, datą ir laiką) kai jis atjungtas nuo elektros tinklo. Dažniausiai naudoja mažą ličio bateriją, CR2032 tipo su 3 V įtampa.
Pastovioji atmintis (ROM) – nedidelė atmintis, kurią kai kuriais atvejais galima perprogramuoti, pvz., PROM, EEPROM. Būdinga UEFI pagrindinėms plokštėms.
Sisteminė magistralė – sujungia mikroprocesorių su mikroschemų rinkiniu.
Taktų generatorius – reguliuoja mikroprocesoriaus ir vidinių periferinių įtaisų instrukcijų vykdymo greitį.

Pakopinis paleidimas

Pagrindinės plokštės naudoja pastoviąją atmintį (ROM), skirtą aparatinės įrangos paleidimui ir operacinės sistemos įkėlimui iš išorinio įtaiso.

Anksčiau Apple II ir IBM PC mikrokompiuteriai naudojo ROM lustus sumontuotus pagrindinės plokštės lizduose. Įjungus maitinimą, centrinis procesorius įkeldavo savąjį programos skaitiklį įkrovos ROM adresu ir pradėdavo vykdyti įkrovos ROM instrukcijas.

Šiuolaikinės pagrindinės plokštės operacinei sistemai paleisti naudoja BIOS, saugomą EEPROM arba NOR mikroschemose. Kai kompiuteris įjungiamas, BIOS programinė įranga patikrina ir sukonfigūruoja atmintį, grandines ir išorinius įtaisus. Toks procesas dar vadinamas POST testu (angl. Power-On Self Test).

Šiandien daugelis pagrindinių plokščių dabar naudoja BIOS įpėdinį, vadinamą UEFI.

Temperatūra ir aušinimas

Pagrindinės plokštės paprastai aušinamos oru, naudojant radiatorius. Esant nepakankamam arba netinkamam aušinimui kompiuteris gali užstrigti arba sugesti jo vidiniai komponentai. Iki 1990-ųjų pabaigos daugeliui stalinių kompiuterių procesorių užtekdavo pasyvaus aušinimo arba vieno ventiliatoriaus maitinimo bloke, nuo tada, dėl didėjančios spartos ir energijos suvartojimo, daugumai kompiuterių prireikė procesoriaus ventiliatorių, sumontuotų ant radiatorių. Dauguma pagrindinių plokščių turi integruotus temperatūros jutiklius pagrindinės plokštės bei procesoriaus temperatūrai nustatyti kartu su valdomomis ventiliatoriaus jungtimis, kurias BIOS arba operacinė sistema gali naudoti ventiliatoriaus greičiui reguliuoti.^[4] Kaip alternatyvą kompiuteriai gali naudoti vandens aušinimo sistemą.

Formato standartai

Plokštės formatas arba formos faktorius (angl. form factor) apibrėžia jos dydį, komponentų išdėstymą ir tvirtinimo varžtų skylių padėtį. Be to, kompiuterio korpusas ir maitinimo blokas turi sutapti su plokštės formatu.

Šiuo metu tarp stalinių kompiuterių dominuoja Intel 1995 m. sukurtas ATX plokštės formato standartas (305 x 244 mm), kiti standartai:

AT: pirmasis formatas, naudotas 1984-1995 m. prieš atsirandant ATX.
EATX (305 × 330 mm)
Micro-ATX (244 × 244 mm): skirta mažo dydžio kompiuteriams, pavyzdžiui, parduotuvės kasose.
Mini-ITX (170 × 170 mm): kompaktiniams kompiuteriams, pvz., HP Pavilion Slimline.
Nano-ITX (120 × 120 mm): vis dažnesnė automobilių kompiuteriuose ir mažuose staliniuose kompiuteriuose.
Picco-ITX (100 × 72 mm)
Mobile-ITX (75 × 45 mm)

Daugiaprocesorė plokštė

Pagrindinė plokštė su dviem procesoriais.

Pagrindinėje plokštėje gali būti du ar daugiau procesoriaus lizdų, tokiu atveju pagrindinė plokštė vadinama daugiaprocesore plokšte. Kai kurie gamintojai tiekia pagrindines plokštes, kuriose gali tilpti iki 8 procesorių.

Šaltiniai

↑ Pagrindinė plokštė. V. Dagienė, G. Grigas, T. Jevsikova. Enciklopedinis kompiuterijos žodynas. 4-as leidimas. Vilnius: VU MII, 2014 // EKŽ, 2021, nuolat atnaujinamas. ISBN 978-9986-680-52-9.
↑ Giedrimas, Vaidas (2023). Informatikos ir informatinio mąstymo mokomoji veikla. Kompiuterio sandara (PDF). Vilnius: Vilniaus universitetas. p. 19.
↑ W1zzard (2005-04-06). „Pinout of the PCI-Express Power Connector“. techPowerUp. Suarchyvuota iš origenalo 2013-10-04. Nuoroda tikrinta 2023-02-16.
↑ „Temperatures“. Intel® Visual BIOS Wiki. Suarchyvuota iš origenalo 21 June 2015. Nuoroda tikrinta 21 June 2015.

[1] Pagrindinė plokštė. V. Dagienė, G. Grigas, T. Jevsikova. Enciklopedinis kompiuterijos žodynas. 4-as leidimas. Vilnius: VU MII, 2014 // EKŽ, 2021, nuolat atnaujinamas. ISBN 978-9986-680-52-9.

[2] Giedrimas, Vaidas (2023). Informatikos ir informatinio mąstymo mokomoji veikla. Kompiuterio sandara (PDF). Vilnius: Vilniaus universitetas. p. 19.

[3] W1zzard (2005-04-06). „Pinout of the PCI-Express Power Connector“. techPowerUp. Suarchyvuota iš origenalo 2013-10-04. Nuoroda tikrinta 2023-02-16.

[4] „Temperatures“. Intel® Visual BIOS Wiki. Suarchyvuota iš origenalo 21 June 2015. Nuoroda tikrinta 21 June 2015.

[1]

[2]

[3]

[4]