Cesta do hlubin základní desky - vyznejte se v motherboardu

Hardware | 01.12.00

Je-li procesor mozkem počítače, pak základní deska je přibližně jeho páteří. Jeto místo, kde se setkávají všechny technologie v PC. Motherboard neurčuje ani tak výkon, jako spíše ...





Je-li procesor mozkem počítače, pak základní deska je přibližně jeho páteří. Je
to místo, kde se setkávají všechny technologie v PC. Motherboard neurčuje ani
tak výkon, jako spíše kompatibilitu, rozšiřitelnost a variabilitu počítače.


Hlavní skupiny základních desek

Motherboardy se dělí především podle podporovaných procesorů. Vzhledem k tomu,
že existují tři základní skupiny procesorů pro PC, existují také tři velké
rodiny základních desek. Vývojově nejstarší jsou desky s paticí typu Socket 7,
dnes již nahrazenou výkonnější variantou Super7. V nich se používají procesory
AMD K6-2, jejichž životnost už pomalu končí. Druhou skupinou jsou desky pro
procesory rodiny Intel, tedy Pentium III a Celeron, vybavené většinou paticemi
Socket370. A konečně třetí skupinu tvoří motherboardy pro procesory AMD Duron a
Athlon/Thunderbird, nejčastěji se Socketem A.


Čipová sada

Jádrem základní desky je čipová sada, tedy čipset. Ta se stará o komunikaci
mezi jednotlivými částmi motherboardu a zároveň zaručuje spolupráci s dalšími
komponenty počítače. Pro každou ze třech hlavních skupin základních desek je k
dispozici několik čipových sad. Čipset limituje parametry periferií a komponent
počítače, které se připojují k základní desce, a ovlivňuje také výkonnostní
profil sestaveného počítače. Není to ovlivnění nějak radikální, ale svůj vliv
na celkovou rychlost PC rozhodně má.


Sloty

Jakékoliv úzké štěrbiny plné kontaktů se na základní desce nazývají sloty.
Nejčastěji jsou k vidění sloty na rozšiřující karty, ale existují také sloty na
paměťové moduly či sloty na některé typy procesorů. Sloty, tedy jejich
parametry, velikost a elektrické zapojení, jsou hlavní místa, kde se setkávají
v PC technologie různých výrobců, a proto je kladen velký důraz na jejich
standardizaci.

Pro zásuvné rozšiřující karty jsou na základních deskách k dispozici především
sloty PCI. Jejich použití je zcela univerzální a drtivá většina karet pro PC je
k dispozici na sběrnici PCI. Jde o grafické karty, modemy, síťové karty či
řadiče dalších rozhraní (například SCSI). Bohužel rychlost PCI přestala stačit
požadavkům grafických akcelerátorů a vynutila si implementaci nové sběrnice
AGP. Ta je připojena mnohem blíže k procesoru a umí tak lépe využívat jeho
výkon.

Nejnověji se na deskách objevil slot AMR (Audio Modem Riser). Ten nahrazuje
funkci již zastaralé ISA sběrnice a umožňuje rozšiřovat funkčnost PC o
jednoduché modemy či zvukové karty. Vzhledem k nižšímu výkonovému potenciálu
AMR je tato sběrnice využívána především v low-endových řešeních.


Integrované periferie

Během relativně dlouhého vývoje základních desek se ukázalo, že integrované
periferie rozhodně své nezastupitelné místo na motherboardech mají. Přestože
byly zpočátku odmítány, dnes je integrovaný řadič portů a diskového subsystému
nedílnou součástí každé základní desky. Jejich výkonnost se ustálila na vysokém
standardu, a tak se dodatečné karty diskových rozhraní používají pouze ve
speciálních případech.

Všechny nové základní desky disponují diskovým rozhraním nejméně ATA/33 (Ultra
DMA), často však též dalším kanálem podporujícím buď ATA/66, či dokonce ATA/100
s maximální teoretickou přenosovou rychlostí sběrnice až 100 MB/s. Sběrnice
ATA/66 i ATA/100 využívá odlišného datového kabelu k diskům než předchozí
ATA/33, a tak je i na základní desce barevně odlišený konektor, neboť na první
pohled jinak rozdílný není.

Stejnou cestu vykonaly také integrované řadiče portů. Dnešním standardem se
stala kombinace jednoho portu pro tiskárnu standardu IEEE-1284 (známý spíš jako
"paralelní port"), dvou sériových rozhraní RS-232C (sériové porty), dvou portů
PS/2, které jsou určeny pro připojení myši a klávesnice, a dvou USB portů. Ty
jsou sice samostatné, ale uvnitř PC pocházejí z jediného kořenového rozbočovače
USB. Všechna tato rozhraní jsou dnes už napevno integrována na základní desce a
vyvedena na zadní portový panel oddělený od vlastní skříně tzv. ATX shieldem,
tedy kouskem plechu s přesně vykrojenými otvory na jednotlivé konektory.


Nastavení základní desky

Na desce je možné nastavit velké množství parametrů softwarově, pomocí
speciálního programu SETUP, který je uložen v jednom z čipů. K jeho běhu je
však potřeba, aby pracoval už procesor, takže právě k nastavení procesorů se
ještě často využívají hardwarové přepínače na motherboardu. Většinou jsou to
takzvané jumpery, tedy zkratovací propojky. Druhou variantou je použití DIP
přepínačů, tedy miniaturních posuvných spínačů. Jejich funkce je stejná jako u
zkratovacích propojek přesným nastavením podle dokumentace můžeme připravit
základní desku na vložení konkrétního typu procesoru.

Dnes je na trhu také řada desek, jejichž kompletní nastavení se provádí
softwarově, a to včetně správné volby procesoru. Jejich inteligentní firmware
si poradí i s nekorektními parametry a zabezpečí tak bezproblémový start špatně
nastaveného procesoru tím, že jej uvede zpět do továrních hodnot, aniž by došlo
k jeho zničení.


Napájení

Stejně jako kterákoliv jiná aktivní komponenta, musí být i základní deska
napájena. Ve 20pinovém napájecím konektoru, který spojuje motherboard s
napájením zdroje ve skříni PC, jsou nejen napěťové vodiče 5 a 12 voltů, ale
také ovládací spojení pro zjišťování parametrů zdroje, jeho kontrolu a mnohé
další. V této souvislosti je třeba poznamenat, že zapínání počítačů postavených
na bázi ATX (to jsou ty, které povel Start « Vypnout ve Windows opravdu vypne a
ne jen uvede do stavu, kdy čekají na vypnutí hlavním spínačem) se děje také ve
spolupráci s firmwarem základní desky. Z toho vyplývá především to, že i u
vypnutého počítače je deska pod proudem, a v případě jakýchkoliv zásahů uvnitř
otevřeného PC je třeba bezpodmínečně vypnout přívodní napájecí šňůru.

A jako druhý zajímavý poznatek je možné uvést třeba to, že ne všechny funkce
ovládající počítač jsou dostupné okamžitě po jeho zapnutí. Leckdy se stane, že
PC lze vypnout až po několika vteřinách od zapnutí, neboť se ještě nestačily
zaktivovat procesy, které obsluhují softwarové vypínání. Stejně tak se někdy
může stát, že při zvlášť hrubém zamrznutí počítače jej nelze vypnout ani
spínačem na skříni. Nicméně tlačítko Reset by mělo pracovat za všech okolností
a z případných potíží nás vysvobodit.


BIOS software uvnitř motherboardu

O softwarovém vybavení základní desky jsme se již zmínili. Tak složité zařízení
nemůže pracovat bez nějakého programu, který na začátku otestuje její funkčnost
a bude zajišťovat nejzákladnější funkce či inicializovat spolupráci s dalšími
komponentami. Takovým programem na základní desce je BIOS, tedy Basic Input
Output System.

Hned po zapnutí počítače začne probíhat POST Power On Self Test. Zběžnou
kontrolou projde procesor, grafická karta, paměť, diskety, pevné disky a řada
částí základní desky. Vzhledem k tomu, že při kontrole grafické karty a paměti
nemusí být zaručeno, že vůbec půjde případné chybové hlášený vypsat na
obrazovku, používá se k identifikaci problému systémový reproduktor. Pomocí
různých tzv. beep kódů je POST schopen referovat o tom, že nepracuje správně
grafická karta, případně jestli problémy vykazují spíše paměťové čipy, a
dokonce je možné rámcově zjistit i konkrétní příčinu nefunkčnosti jednotlivých
komponent. Je-li vše v pořádku, BIOS zaručí obsluhu klávesnice a zobrazování na
obrazovce.

V tomto momentu můžeme spustit konfigurační program SETUP. Ten je většinou
přístupný po stisknutí klávesy Delete, některé značkové počítače však používají
i jiné volby, např. F2, F10 nebo Ctrl-S. V případě nejasností nám může pomoci
dokumentace k základní desce nebo počítači, případně můžeme kontaktovat
oddělení technické podpory svého dodavatele.

V SETUPu se nastavuje velké množství parametrů, jenž úzce souvisejí s těmi
nejcitlivějšími částmi počítače. Nechybí možnost ovlivnění časování paměťových
modulů, volby týkající se integrovaných periferií i třeba ovládání data a času
systému. Pro nás nejdůležitější a nejčastěji používaná nastavení volí zejména
pořadí jednotek, ze kterých se BIOS pokusí zavést operační systém, parametry
pevných disků, a je-li to možné, také frekvenci procesoru.

BIOS je uložen ve flash paměti, jež je umístěna na základní desce. Všechna
nastavení jsou odkládána do jiné paměti, která je trvale zálohována knoflíkovým
lithiovým napájecím článkem. Když tato baterie dochází, mohou se začít mazat
nastavení BIOSu. Naproti tomu samotný BIOS je, díky použití technologie flash,
tímto způsobem nedotknutelný a nepotřebuje žádný trvalý zdroj napájení. V
případě potřeby jej však je možné nahradit novou verzí firmwaru. K tomu slouží
flash utility umožňující zápis do čipu, ve kterém je ukryt BIOS.


Integrace nebo separace?

Další vývojové cesty základních desek bezesporu povedou dodnes jasně
vyšlapanými pěšinami. Zejména půjde o integraci nových technologií, zrychlování
všech součástí a zároveň snahu odstraňovat ty nejpomalejší či prostorově
nejnáročnější. Ve stejném duchu už se s námi rozloučil velký kulatý DIN
konektor ke klávesnici, a umíráček zvoní také jednomu z posledních pohrobků
minulosti sběrnici ISA. Ta je zcela běžně nahrazována buď AMR sloty pro modemy
či zvukové karty, nebo PCI pro datově náročnější zařízení.

Ale ani mladé rozhraní AMR nemá na růžích ustláno. Z mnoha stran je slyšet
hlasy, že je až příliš konkrétně vázáno na analogový signál modemu či zvukové
karty, a chybí mu tak důležitá podpora připojení k sítím, DSL technologií, USB
nebo bezdrátového přenosu dat.

Právě tyto nedostatky by měl odstranit nový standard CNR Communication Network
Riser. V základních deskách se už nyní pozvolna objevuje a hovoří pro něj nejen
mnohem širší možnosti uplatnění než AMR, ale také zpětná kompatibilita s už
existujícími kartami AMR. Bohužel druhým řešením problémů AMR je standard ACR,
jenž je od CNR odlišný a razí jej skupina pod vedením firem VIA a AMD. Otázkou
zůstává, který ze systémů se v budoucnu prosadí.

Ale zpět k integraci. Zajímavou volbou jsou základní desky s integrovanou
grafickou kartou. Zajímavou ani ne tak z výkonového, ale z cenového hlediska,
neboť ceny takových motherboardů jsou téměř shodné jako ceny základních desek
bez integrované grafiky. A přiznejme si, že pro kancelářský počítač nejsou
Radeon ani GeForce2 GTS tou optimální volbou.

Další snížení cen lze očekávat s příchodem čipových sad, které už budou
integrovat grafický čip v sobě. Doposud je grafická karta logicky od čipsetu
oddělena a dodržuje běžnou strukturu sběrnic v PC. Zanedlouho by se však měly
objevit čipsety, jež budou vyráběny ve spolupráci s producenty čipů pro
grafické karty a měly by přímo integrovat grafickou kartu na jednom kousku
křemíku. Tato varianta rozhodně sníží cenu takto vyrobeného motherboardu a
nabídne řešení do klasických low-cost segmentů trhu, jimiž jsou kancelářské a
domácí počítače.


Přetaktování procesorů

O tom, že procesory lze nechat pracovat na vyšší frekvenci, než je jejich
nominální a většinou budou fungovat bez problémů, není třeba diskutovat.
Samotný proces přetaktování a zejména volba správné frekvence však vyžaduje
notnou dávku trpělivosti.

Předtím, než začneme přetaktovávat, je třeba pochopit jak vůbec vzniká
frekvence procesoru. Zjednodušeně řečeno procesor využívá kmitočet sběrnice
FSB, který vynásobí určitou hodnotou, a výsledkem je pak skutečná vnitřní
frekvence procesoru. Například Duron 800 MHz pracuje s FSB tikající na 100 MHz,
kterou pak vnitřně 8x vynásobí. Tento poměr mezi původní frekvencí FSB a
výsledným kmitočtem procesoru se nazývá multiplikátor či násobitel.

Chceme-li tedy procesor přetaktovat, musíme zvýšit buď frekvenci FSB, nebo
násobitele. Bohužel násobitel bývá u nových procesorů velmi často napevno určen
a měnit jej lze pouze po servisním zásahu do samotného procesoru, což není
rozhodně činnost pro někoho, kdo se z těchto řádek dozvídá, jak vlastně
přetaktování probíhá. Na druhou stranu však lze úspěšně zvyšovat kmitočet FSB a
tím také zvyšovat pracovní frekvenci procesoru. Základní desky, zvlášť ty
kvalitnější, mají možnost regulovat frekvenci, na které pracuje Front Side Bus,
po 1 MHz, a tím velmi ulehčit experimentování s maximálním možným kmitočtem,
při němž je ještě zajištěna stabilita systému.


Nové typy pamětí

Základní desky mohou využívat několik typů paměťových obvodů. Původním typem je
SDRAM DIMM, který pracuje na frekvenci 66 MHz. Vzhledem k nástupu nových
procesorů, jež využívají rychlejší FSB, se nezdá být pravděpodobné, že by se
tyto moduly mohly udržet ještě dlouho na trhu.

SDRAM PC100 je další varianta, speciálně určená pro procesory se 100MHz FSB
sběrnicí. Díky vysokému obratu jsou na tom tyto paměťové čipy cenově stejně
jako 66MHz. Hodláte-li s FSB postoupit nad 100 MHz, bude zřejmě nutné použít
paměťové moduly SDRAM PC133. Těch se prodá méně, a proto jsou o poznání dražší
než jejich pomalejší varianty.

Ještě draží jsou pak verze splňující kritéria kladená na paměti PC 150. Jejich
cílovým zákazníkem jsou majitelé přetaktovaných procesorů s původní sběrnicí
FSB na 133 MHz.

Mimo SDRAM může deska vyžadovat buď paměti DDR SDRAM, nebo RDRAM. DDR SDRAM se
už dnes používají v nejvýkonnějších grafických kartách, neboť jejich výkon je
proti standardním SDRAM téměř dvojnásobný. Vliv na to má především technika
přístupu k paměti nejen na náběžné, ale i na sestupné hraně hodinového pulsu.
Paměti DDR SDRAM pro PC jsou však komerčně velmi obtížně dostupné.

Variantou proti DDR SDRAM je RDRAM čili Rambus. Bohužel přes mnohačetná
ujišťování jak ze strany Intelu, tak společnosti Rambus, není výkonový
potenciál těchto pamětí dostatečný, aby uhájil značně vysokou cenu paměťových
modulů RIMM. Paměti RDRAM jsou užity například v systémech osazených základními
deskami s čipovou sadou Intel820, ale jich výroba (na rozdíl od SDRAM či DDR)
podléhá placení licenčních poplatků za každý prodaný kus majiteli patentů, jímž
je Rambus, Inc.


Záludnosti montáže základní desky

Základní deska je rozhodně nejhůře montovatelná součást počítače v situaci, že
si stavíme PC doma. V naprosté většině případů je nutné pro její instalaci
vyndat ze skříně v podstatě všechny komponenty, a stejně tak po její výměně je
třeba opět postupně všechny kabely správně zapojit. To jednak klade vyšší
nároky na odborné schopnosti člověka, jenž se do takového postupu pouští, a
přirozeně to také zvyšuje riziko chyb a problémů.

Motherboard je poměrně odolný vůči nešetrnému zacházení, ale to vše jen do
doby, než se připojí ke zdroji napětí. Samozřejmě že smrtícímu (alespoň pro
elektroniku) elektrostatickému náboji vzdorovat nemůže, avšak mechanicky má
výdrž vcelku obdivuhodnou.

Při montáži do skříně počítače je třeba dbát zvýšené pozornosti při správné
aplikaci všech distančních podložek. Jejich vynechání v některém z klíčových
míst pod motherboardem má za následek problémy při instalaci rozšiřujících
karet, procesoru či paměťových modulů, a nezřídka vede i ke zničení základní
desky. To nastane v případě, že se její spodní část pokrytá stovkami cínovaných
plošek dotkne kovové desky skříně. Pozor na to!

Ani použití šroubků k připevnění desky k distančním podložkám není zcela bez
rizika. Je třeba použít šrouby se správně velkými hlavami, jinak dojde ke
zkratování některých míst na desce, což může někdy vyústit až v požár PC.

Po správné instalaci desky a zapojení všech kabelů je třeba také zkontrolovat,
zda jsou všechny kontakty správě polohovány (většina z nich už je klíčována a
tak je o problém méně) a jestli jsou také elektricky spojeny. Právě špatně
zapojenými konektory vzniká drtivá většina problémů se základními deskami.




Čipové sady

Základem motherboardu je bezesporu čipová sada. Ale jak funguje a z čeho se
skládá právě čipová sada samotná?


North Bridge

Čipset se dělí na dva základní moduly, z nichž první je tzv. North Bridge a
druhý pak South Bridge. North Bridge, nazývaný též System Controller, je blíže
procesoru a zajišťuje rychlé přesuny dat mezi klíčovými oblastmi počítače.
Nejmohutnější sběrnicí FSB (Front Side Bus) je připojen k procesoru a zajišťuje
tak jeho veškerou interakci s ostatními částmi základní desky i PC samotného.
Rovněž sběrnice AGP je pod silným tlakem na špičkový výkon a dokáže přenášet
264 MB/s v režimu AGP 2x a 528 MB/s v AGP 4x, samozřejmě v případě, že
používáme standardních frekvencí FSB. Frekvence AGP je totiž na kmitočtu FSB

úzce závislá, neboť pro obě se používá stejný frekvenční generátor.

Jako poslední z rychlých se k North Bridge Controlleru připojuje také paměťová
sběrnice. Její rychlost bývá většinou stejná nebo vyšší, než je rychlost FSB, a
proto by frekvenci FSB měly odpovídat také parametry paměťových čipů.


South Bridge

Druhým modulem čipsetu je South Bridge, tedy Peripherial Bus Controller, který
se naopak stará o připojení dalších periferií k základní desce. Mezi North
Bridge a South Bridge je natažena sběrnice PCI. Je to tatáž PCI, jejíž sloty
jsou na motherboardu vyvedeny pro rozšiřující karty.

Bohužel rychlost PCI, která je maximálně kolem 133 MB/s, přestává pro tyto
účely stačit a tak se výrobci čipových sad zaměřují na řešení právě tohoto
problému. Většinou se uchylují k různým proprietárním řešením, která PCI ve
spojení mezi North Bridge a South Bridge nahrazují a poskytují mnohem vyšší
výkon.

K South Bridge je připojen především kompletní diskový subsystém, takže už
samotné parametry South Bridge, resp. celého čipsetu rozhodují například o tom,
jakou přenosovou rychlost budou moci pevné disky připojené k základní desce
využívat. Mimo disků se však South Bridge stará o USB, sériové a paralelní
porty či zajišťuje služby BIOSu.




8 rad pro nákup základní deskyl

1. Nejdříve si zvolte procesor, a až k němu hledejte desku. Pro každý současný
procesor existuje několik čipových sad a řada základních desek.

2. Rozšiřitelnost nesmí být nedotknutelnou modlou velké množství počítačů není
rozšiřováno vůbec, anebo dojde k výměně celé "základní trojky" (základní deska,
procesor, paměti).

3. Za výkon se musí platit. Výborná základní deska stojí téměř 2x tolik než ta
nejjednodušší.

4. Může-li vám někdy v budoucnu přestat stačit integrovaná grafická karta,
vyžadujte desku s volným slotem AGP pro možnost dodatečné montáže výkonnějšího
modelu.

5. Rozumně počítejte potřeby slotů PCI a AMR, ale vždy si nechte nějakou
rezervu. ISA už, vyjma speciálních případů, není potřeba a nahrazuje jí
společně PCI a AMR.

6. V každém případě hledejte desku s ATA/66 nebo ATA/100. Průměrný výkonový
nárůst není v tomto případě oproti ATA/33 enormní, ale jsou situace, kdy rozdíl
opravdu pocítíte.

7. Integrované grafické karty nejsou pro hráče, ale do kanceláří. Na čipu
Intel810 není Quake III žádný rychlík.

8. Více portů USB než standardní dva vám může ušetřit třeba 3 000 Kč za nákup
dodatečného USB hubu.




Slovníček

AMD Duron - levnější procesor od AMD

AMD K6-2 - procesor pinově kompatibilní s Pentiem MMX

ATA/33 (UltraDMA) - rozhraní pro pevné disky EIDE s max. přenosovu rychlostí 33
MB/s

ATX - standard pro ovládání a elektrické "chování" PC. Je schopen například
zapnout či vypnout PC z klávesnice.

DDR SDRAM (double data rate SDRAM) - SDRAM s dvakrát zvýšenou rychlostí přenosu

DIMM - plůtková montáž paměťového modulu se 168 kontakty

GeForce2 - výkonný čip pro grafické karty

Čipset - čipová sada

Mainboard - základní deska

Motherboard - základní deska

PCI - sběrnice pracující nominálně na 33 MHz s přenosovou rychlostí max. 135
MB/s

Pin - nožička elektronické součástky, třeba procesoru

Radeon - výkonný čip pro grafické karty

SCSI - výkonné rozhraní například pro připojení pevných disků

SDRAM - synchronní dynamická RAM v současnosti nejpoužívanější typ paměti

Socket A - patice pro procesory Duron a Athlon/Thunderbird

Socket 7 - patice pro procesory Pentium a další

Socket370 - patice pro Celerony a Pentia III v kapotáži PGA

Super7 - patice Socket 7 vybavená 100MHz sběrnicí

Thunderbird - vývojová varianta Athlonu s rozhraním Socket A

USB - univerzální sériové rozhraní pro připojení téměř libovolných periferií












Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.