Emolevy - Motherboard

Katso muita käyttötapoja kohdasta Emolevy (täsmennys) .

Emolevy (kutsutaan myös emolevyn , tärkein piirilevy , tai mobo ) on tärkein painettu piirilevy (PCB) yleiskäyttöisten tietokoneiden ja muiden laajennettavissa järjestelmiin. Se pitää ja mahdollistaa kommunikaation monien järjestelmän tärkeiden elektronisten komponenttien, kuten keskusyksikön (CPU) ja muistin , välillä ja tarjoaa liitännät muille oheislaitteille . Toisin kuin taustalevy , emolevy sisältää yleensä merkittäviä alijärjestelmiä, kuten keskusprosessorin, piirisarjan tulo-/lähtö- ja muistiohjaimet, liitäntäliittimet ja muut yleiseen käyttöön integroidut komponentit.

Emolevy tarkoittaa erityisesti piirilevyä, jossa on laajennusmahdollisuuksia. Kuten nimestä voi päätellä, tätä korttia kutsutaan usein kaikkien siihen liitettyjen komponenttien "äidiksi", joihin kuuluvat usein oheislaitteet, liitäntäkortit ja tytärlevyt : äänikortit , näytönohjaimet , verkkokortit , isäntäväylän sovittimet , TV -viritinkortit , IEEE 1394 -kortit; ja monia muita mukautettuja komponentteja.

Dell Precision T3600 -järjestelmän emolevy, jota käytetään ammattimaisissa CAD -työasemissa. Valmistettu vuonna 2012

Samoin termi emolevy kuvaa laitetta, jossa on yksi levy ja jossa ei ole muita laajennuksia tai ominaisuuksia, kuten ohjainkortteja lasertulostimissa, televisioissa, pesukoneissa, matkapuhelimissa ja muissa sulautetuissa järjestelmissä, joilla on rajoitetut laajennusmahdollisuudet.

Emolevy henkilökohtaiselle pöytätietokoneelle; näyttää tyypilliset komponentit ja käyttöliittymät, jotka löytyvät emolevystä. Tämä malli noudattaa Baby AT: tä (muotoilua) , jota käytetään monissa pöytätietokoneissa.

Historia

NeXTcube -tietokoneen (1990) emolevy, jossa on mikroprosessori Motorola 68040 ja jota käytetään 25 MHz: llä ja digitaalinen signaaliprosessori Motorola 56001 25 MHz: llä, johon pääsi suoraan kotelon takana olevan liittimen kautta.

Ennen mikroprosessorin keksimistä digitaalinen tietokone koostui useista painetuista piirilevyistä korttikotelossa, jossa oli komponentit, jotka on liitetty taustalevyyn , joukko toisiinsa liitettyjä pistorasioita. Hyvin vanhoissa malleissa kuparilangat olivat erillisiä yhteyksiä kortin liittimien nastojen välillä, mutta piirilevyistä tuli pian vakiokäytäntö. Keskusyksikkö (CPU), muistin, ja oheislaitteet sijoitettiin yksilöllisesti painettujen piirilevyjen, jotka on kytketty takalevyn. 1970-luvun kaikkialla läsnä oleva S-100-väylä on esimerkki tällaisesta taustalevyjärjestelmästä.

1980-luvun suosituimmat tietokoneet, kuten Apple II ja IBM PC, olivat julkaisseet kaavioita ja muita asiakirjoja, jotka mahdollistivat nopean käänteisen suunnittelun ja kolmannen osapuolen korvaavat emolevyt. Useimmat emolevyt, jotka on yleensä tarkoitettu uusien esimerkkien kanssa yhteensopivien tietokoneiden rakentamiseen, tarjoavat lisäsuorituskykyä tai muita ominaisuuksia, ja niitä käytettiin valmistajan alkuperäisten laitteiden päivittämiseen.

1980 -luvun lopulla ja 1990 -luvun alussa tuli taloudelliseksi siirtää yhä useampia lisälaitteita emolevyyn. 1980-luvun lopulla henkilökohtaisten tietokoneiden emolevyihin alkoi sisältyä yksittäisiä mikropiirejä (joita kutsutaan myös Super I/O -piireiksi), jotka kykenevät tukemaan joukkoa hitaita oheislaitteita: PS/2- näppäimistö ja hiiri , levykeasema , sarjaportit ja rinnakkaisportit . 1990-luvun loppuun mennessä monet henkilökohtaisten tietokoneiden emolevyt sisälsivät kuluttajatason upotettuja ääni-, video-, tallennus- ja verkkotoimintoja ilman lisäkortteja . 3D- pelaamiseen ja tietokonegrafiikkaan tarkoitetut huippuluokan järjestelmät säilyttävät tyypillisesti vain näytönohjaimen erillisenä osana. Yritystietokoneet, työasemat ja palvelimet tarvitsivat todennäköisemmin laajennuskortteja joko tehokkaampien toimintojen tai nopeamman käytön vuoksi. näissä järjestelmissä oli usein vähemmän upotettuja komponentteja.

1990 -luvulla kehitetyt kannettavat ja kannettavat tietokoneet sisälsivät yleisimmät oheislaitteet. Tämä sisälsi jopa emolevyt, joissa ei ollut päivitettäviä komponentteja, ja tämä suuntaus jatkuisi pienempien järjestelmien käyttöönoton jälkeen vuosisadan vaihteen jälkeen (kuten tabletti ja netbook ). Muisti, prosessorit, verkko -ohjaimet, virtalähde ja tallennustila olisi integroitu joihinkin järjestelmiin.

Design

Octek Jaguar V -emolevy vuodelta 1993. Tässä kortissa on vähän oheislaitteita, mistä on osoituksena 6 ISA- korttipaikkaa ja muiden sisäänrakennettujen ulkoisten liittimien puuttuminen. Huomaa, että oikea AT -näppäimistön liitin oikealla takana on sen ainoa oheisliitäntä.
Samsung Galaxy SII: n emolevy ; lähes kaikki laitteen toiminnot on integroitu hyvin pieneen korttiin

Emolevy tarjoaa sähköiset liitännät, joiden avulla järjestelmän muut komponentit kommunikoivat. Toisin kuin taustalevy, se sisältää myös keskusyksikön ja isännöi muita osajärjestelmiä ja laitteita.

Tyypillisessä pöytätietokoneessa on mikroprosessori , keskusmuisti ja muut olennaiset komponentit kytketty emolevyyn. Muut komponentit, kuten ulkoinen tallennustila , videonäytön ja äänen ohjaimet ja oheislaitteet, voidaan liittää emolevyyn laajennuskortteina tai kaapeleilla; nykyaikaisissa mikrotietokoneissa on yhä yleisempi integroida joitakin näistä oheislaitteista itse emolevyyn.

Emolevyn tärkeä osa on mikroprosessorin tukeva piirisarja , joka tarjoaa tukiliitännät suorittimen ja eri väylien ja ulkoisten komponenttien välillä. Tämä piirisarja määrittää jossain määrin emolevyn ominaisuudet ja ominaisuudet.

Nykyaikaisia ​​emolevyjä ovat:

Lisäksi lähes kaikki emolevyt sisältävät logiikan ja liittimet tukemaan yleisesti käytettyjä syöttölaitteita, kuten USB varten hiirilaitteet ja näppäimistöt . Varhaiset henkilökohtaiset tietokoneet , kuten Apple II tai IBM PC, sisälsivät vain tämän vähäisen oheislaitteiden tuen emolevyllä. Joskus videoliitäntälaitteisto integroitiin myös emolevyyn; Esimerkiksi Apple II ja harvoin IBM-yhteensopivissa tietokoneissa, kuten IBM PC Jr . Lisälaitteita, kuten levyohjaimet ja sarjaportit, toimitettiin laajennuskortteina.

Nopeiden tietokoneiden suorittimien ja komponenttien suuren lämpösuunnittelutehon vuoksi nykyaikaisissa emolevyissä on lähes aina jäähdytyselementit ja kiinnityspisteet tuulettimille ylimääräisen lämmön poistamiseksi.

Muotoseikka

Pääartikkeli: Tietokoneen muotoilutekijöiden vertailu

Emolevy tuotetaan eri kokoja ja muoto kutsutaan tietokoneen muodossa tekijä , joista jotkut ovat yksittäisille tietokoneiden valmistajat. Kuitenkin emolevy käytössä IBM-yhteensopivia järjestelmiä on suunniteltu sopimaan erilaisiin tapauksessa kokoja. Vuodesta 2005 lähtien useimmat pöytätietokoneiden emolevyt käyttävät ATX -vakiomuotoa - myös niitä, joita löytyy Macintosh- ja Sun -tietokoneista, joita ei ole valmistettu hyödykekomponenteista. Kotelon emolevyn ja virtalähteen (PSU) muodon on oltava kaikki yhteensopivat, vaikka jotkut saman perheen pienemmät emolevyt sopivat suurempiin koteloihin. Esimerkiksi ATX -koteloon mahtuu yleensä microATX -emolevy. Kannettavat tietokoneet käyttävät yleensä erittäin integroituja, pienikokoisia ja räätälöityjä emolevyjä. Tämä on yksi syy siihen, että kannettavia tietokoneita on vaikea päivittää ja kalliita korjata. Usein yhden kannettavan tietokoneen vika edellyttää koko emolevyn vaihtamista, mikä on yleensä kalliimpaa kuin pöytäkoneen emolevy

CPU -liitännät

CPU pistorasia (keskusyksikkö) tai rako on sähköinen komponentti, joka kiinnittyy piirilevyyn (PCB) ja se on suunniteltu sisältämään CPU: n (kutsutaan myös mikroprosessori). Se on erikoistyyppinen integroitu piiripistorasia, joka on suunniteltu erittäin suurille nastamäärille. CPU -pistorasiassa on monia toimintoja, kuten fyysinen rakenne CPU: n tukemiseksi, jäähdytyselementin tuki, vaihtamisen helpottaminen (sekä kustannusten alentaminen) ja mikä tärkeintä, sähköisen rajapinnan muodostaminen sekä CPU: n että PCB: n kanssa. Emolevyn CPU -liitännät löytyvät useimmiten useimmista pöytätietokoneista ja palvelintietokoneista (kannettavat tietokoneet käyttävät yleensä pinta -asennettavia suorittimia), erityisesti Intel x86 -arkkitehtuuriin perustuvia. CPU -pistorasiatyypin ja emolevyn piirisarjan on tuettava CPU -sarjaa ja nopeutta.

Integroidut oheislaitteet

Lohkokaavio 2000-luvun alkupuolen emolevystä, joka tukee monia sisäisiä oheisominaisuuksia sekä useita laajennuspaikkoja

Kun integroitujen piirien kustannukset ja koko pienenevät jatkuvasti , on nyt mahdollista sisällyttää tuki monille emolevyn oheislaitteille . Yhdistämällä monia toimintoja yhdelle piirilevylle voidaan pienentää järjestelmän fyysistä kokoa ja kokonaiskustannuksia. erittäin integroidut emolevyt ovat siis erityisen suosittuja pienikokoisissa ja edullisissa tietokoneissa.

Oheislaitteiden korttipaikat

Tyypillisessä emolevyssä on eri määrä liitäntöjä sen standardin ja muodon mukaan .

Normaalissa, modernissa ATX-emolevyssä on tyypillisesti kaksi tai kolme PCI-Express x16 -liitäntää näytönohjaimelle, yksi tai kaksi vanhaa PCI-paikkaa eri laajennuskorteille ja yksi tai kaksi PCI-E x1 (joka on korvannut PCI: n ). Tavallisessa EATX- emolevyssä on 2-4 PCI-E x16 -liitäntää näytönohjaimille ja vaihteleva määrä PCI- ja PCI-E x1 -paikkoja. Siinä voi joskus olla myös PCI-E x4 -paikka (vaihtelee eri merkkien ja mallien mukaan).

Joissakin emolevyissä on kaksi tai useampia PCI-E x16 -paikkoja, jotka sallivat enemmän kuin kaksi näyttöä ilman erikoislaitteistoa, tai käytetään erityistä grafiikkatekniikkaa nimeltä SLI ( Nvidia ) ja Crossfire ( AMD ). Näiden avulla 2-4 näytönohjainta voidaan yhdistää toisiinsa, mikä parantaa suorituskykyä intensiivisissä graafisissa laskennatehtävissä, kuten pelaamisessa, videon editoinnissa jne.

Uudemmissa emolevyissä M.2 -paikat on tarkoitettu SSD- ja/tai langattoman verkkokortin ohjaimelle .

Lämpötila ja luotettavuus

Vaio E -sarjan kannettavan emolevy (oikealla)
MicroATX -emolevy, jossa on viallisia kondensaattoreita
Pääartikkeli: Tietokoneen jäähdytys

Emolevyt ovat yleensä ilmajäähdytteisiä, ja jäähdytyselementit on usein asennettu suurempiin siruihin nykyaikaisissa emolevyissä. Riittämätön tai väärä jäähdytys voi vahingoittaa tietokoneen sisäisiä osia tai aiheuttaa sen kaatumisen . Passiivinen jäähdytys tai yksi virtalähteeseen asennettu tuuletin riitti monille pöytätietokoneiden suorittimille 1990 -luvun loppuun saakka; Siitä lähtien useimmat ovat vaatineet CPU -tuulettimia asennettuna ja jäähdytyselementtejä kellonopeuden ja virrankulutuksen kasvun vuoksi. Useimmissa emolevyissä on liittimet tietokoneen lisätuulettimille ja integroidut lämpötila -anturit, jotka havaitsevat emolevyn ja suorittimen lämpötilat, sekä ohjattavat tuulettimen liittimet, joita BIOS tai käyttöjärjestelmä voi käyttää tuulettimen nopeuden säätämiseen. Vaihtoehtoisesti tietokoneet voivat käyttää vesijäähdytysjärjestelmää monien tuulettimien sijaan.

Joissakin pienikokoisissa tietokoneissa ja kotiteatteritietokoneissa, jotka on suunniteltu hiljaiseen ja energiatehokkaaseen käyttöön, on tuulettimeton muotoilu. Tämä edellyttää tyypillisesti pienitehoisen suorittimen käyttöä sekä emolevyn ja muiden osien huolellista sijoittelua jäähdytyselementin sijoittamisen mahdollistamiseksi.

Vuonna 2003 tutkimuksessa todettiin, että jotkut vääriä tietokone kaatuu ja yleinen luotettavuus asioita, jotka vaihtelevat näytön kuvan vääristymistä I / O lukea / kirjoittaa virheitä, voidaan katsoa, ettei ohjelmistoa tai perifeerinen laitteisto vaan ikääntymisen kondensaattorit PC emolevyillä. Lopulta tämän osoitettiin johtuvan viallisesta elektrolyyttiformulaatiosta, jota kutsutaan kondensaattoriruttoksi .

Nykyaikaiset emolevyt käyttävät elektrolyyttikondensaattoreita suodattamaan piirilevyn ympärille jaetun tasavirran . Nämä kondensaattorit vanhenevat lämpötilasta riippuvaisella nopeudella, koska niiden vesipohjaiset elektrolyytit haihtuvat hitaasti. Tämä voi johtaa kapasitanssin menetykseen ja emolevyn toimintahäiriöihin jännitteen epävakauden vuoksi. Vaikka useimpien kondensaattoreiden käyttöikä on 2000 tuntia 105 ° C: ssa (221 ° F), niiden odotettu käyttöikä on noin kaksinkertainen jokaista 10 ° C (18 ° F) alapuolella. 65 ° C (149 ° F) lämpötilassa voidaan odottaa 3-4 vuoden käyttöikä. Monet valmistajat toimittavat kuitenkin huonompia kondensaattoreita, mikä lyhentää merkittävästi elinajanodotetta. Kotelon riittämätön jäähdytys ja korkeat lämpötilat CPU -liitännän ympärillä pahentavat tätä ongelmaa. Yläpuhaltimien avulla emolevyn komponentit voidaan pitää alle 95 ° C: ssa (203 ° F), mikä kaksinkertaistaa emolevyn käyttöiän.

Keski- ja huippuluokan emolevyt puolestaan ​​käyttävät yksinomaan kiinteitä kondensaattoreita. Jokaista 10 ° C vähemmän kohden niiden keskimääräinen käyttöikä kerrotaan noin kolmella, mikä johtaa 6-kertaiseen elinajanodoteeseen 65 ° C: ssa (149 ° F). Nämä kondensaattorit voivat kestää 5000, 10000 tai 12000 käyttötuntia 105 ° C: ssa (221 ° F), mikä pidentää arvioitua käyttöikää verrattuna vakio -kiinteisiin kondensaattoreihin.

Pöytätietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa emolevyn jäähdytys- ja valvontaratkaisut perustuvat yleensä Super I/O- tai Embedded Controller -ohjaimeen .

Bootstrapping käyttäen Basic Input/Output -järjestelmää

Emolevy sisältää ROM (ja myöhemmin EPROM , EEPROM , NOR flash ) alustaa laitteita, ja kuormilla käytettävä käyttöjärjestelmä päässä oheislaite . Mikrotietokoneet, kuten Apple II ja IBM PC, käyttivät emolevyn pistorasioihin asennettuja ROM -siruja. Käynnistyksen yhteydessä keskusyksikkö lataa ohjelmalaskurinsa käynnistyslevyn osoitteen ja alkaa suorittaa ohjeita käynnistyslevyltä. Nämä ohjeet alustivat ja testasivat järjestelmän laitteiston, näyttävät järjestelmätiedot näytöllä, suorittivat RAM -tarkistuksia ja latasivat sitten käyttöjärjestelmän oheislaitteesta. Jos mitään ei ollut saatavilla, tietokone suorittaa tehtäviä muista ROM -myymälöistä tai näyttää virheilmoituksen tietokoneen mallista ja mallista riippuen. Esimerkiksi sekä Apple II: ssa että alkuperäisessä IBM PC: ssä oli Cassette BASIC (ROM BASIC) ja se käynnistyy, jos mitään käyttöjärjestelmää ei voida ladata levykkeeltä tai kiintolevyltä.

Useimmat nykyaikaiset emolevy malleja käyttää BIOS , tallennetaan EEPROM: iin tai NOR flash- siru on juotettu tai socketed emolevyn, ja käynnistää käyttöjärjestelmä . Kun tietokoneeseen kytketään virta, BIOS -laiteohjelmisto testaa ja määrittää muistin, piirit ja oheislaitteet. Tämä käynnistyksen itsetesti (POST) voi sisältää joidenkin seuraavien asioiden testaamisen:

Monet emolevyt käyttävät nyt BIOSin seuraajaa nimeltä UEFI . Siitä tuli suosittu sen jälkeen, kun Microsoft alkoi vaatia sitä, että järjestelmä on sertifioitu toimimaan Windows 8: ssa .

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit