Matična ploča

Poznata još i kao osnovna, glavna ili samo ploča, matična ploča predstavlja zbirni naziv skupa komponenti koje čine neophodnu osnovu svakog PC računara. Pokušaćemo da pojasnimo koja je tačno njena uloga u računaru, od čega se sastoji i kako kvalitet matične ploče utiče na rad računara

U svojoj suštini, matična ploča predstavlja veoma komplikovanu elektronsku štampanu ploču. Kao što znamo, štampane ploče predstavljaju jednostavan i pouzdan način povezivanja više elektronskih komponenti koje se nalaze u praktično svim modernim uređajima. Kao i sve ostale štampane ploče, matična ploča sastoji se od plastične podloge presvučene tankim slojem bakra, koji je nekim od već davno razvijenih tehnoloških postupaka pretvoren u mrežu nezavisnih provodnika, izuzetno zanimljivih (ako ništa drugo) za posmatranje prosečnom klincu koji tek počinje da se zanima za hardver i elektroniku.

Prve razlike koje se uočavaju između matičnih ploča i njihovih najčešće jednostavnijih štampanih srodnika jeste to što sadrže izuzetno veliki broj gusto napakovanih provodnika, zbog čega ih je neophodno izrađivati u višeslojnoj tehnologiji (nekoliko slojeva plastike i bakra). Razloge za ovako komplikovan dizajn treba potražiti u ulozi koju matična ploča ima u računaru.

Kada se pomene termin „mozak računara”, često je najlakše povući paralelu sa samim procesorom, koji predstavlja jedinu komponentu koja zaista obrađuje korisnikove podatke i izvršava programe. U ovakvom poređenju matična ploča bi se mogla predstaviti i kao ostatak nervnog sistema, počev od malog mozga i produžene moždine, pa sve do samih nervnih završetaka. Počev od procesora pa do uređaja za čuvanje podataka, sve komponente računara direktno se povezuju isključivo sa matičnom pločom i koriste je za međusobnu komunikaciju, razmenu podataka, usklađivanje rada, a često i za napajanje. Kako bi obavljala ove funkcije, matična ploča sadrži niz komponenti sa precizno definisanim ulogama.

Šta matična ploča sadrži?

Iako matične ploče (pogotovo novije) sadrže mnogo komponenti koje kao da se takmiče u tome da nam što pre „upadnu u oči”, pri opisivanju pojedinačnih sastavnih delova ploče krenućemo od najjednostavnijih.

Kao što smo već rekli, osnova svake štampane ploče jesu provodnici, koji povezuju komponente. Kod matične ploče situacija je nešto komplikovanija pošto za vezu između većine komponenti nije dovoljno koristiti jedan ili dva provodnika. Računarske komponente među sobom komuniciraju preko tzv. magistrala.

Jedna magistrala sastoji se od grupe provodnika. Razlike između različitih varijanti magistrala, o kojima često govorimo, svode se na širinu magistrale (broj provodnika koji je čine), takt na kome rade, kao i na protokole koje koriste za signalizaciju (što nije preterano bitno za našu temu). Magistrale na ploči lako se prepoznaju u vidu grupa paralelnih vodova, koji često krivudaju po površini ploče. Ovo krivudanje za cilj ima obezbeđivanje odgovarajućih električnih osobina provodnika kako bi se smanjio uticaj izobličenja signala koja se javljaju pri visokim frekvencijama koje koriste moderni računari. Radom magistrala, kao i svih ostalih delova matične ploče, upravlja skup komponenti koji nazivamo čipset.

Svi putevi vode u čipset

Pod pojmom čipset podrazumevamo dva lako uočljiva integrisana kola koja nazivamo severnim i južnim mostom (north bridge i south bridge). Iako sâm čipset ne mora nužno da se sastoji od dva čipa, ova dva pojma predstavljaju podesnu logičku podelu poslova koje čipset obavlja.

Da bi obavljali ovaj posao, čipovi u čipsetu, pored kontrolera za rad sa svim podržanim tipovima magistrala, sadrže i interapt kontrolere koji, najjednostavnije rečeno, imaju ulogu signalizacije u saobraćaju na magistralama, zatim integrisane periferije, najčešće u vidu zvučnih kartica i mrežnih adaptera. Na kraju, ne smemo zaboraviti da pomenemo i DMA kontrolere, koji upravljaju transportom podataka od perifernih uređaja do memorije bez učešća procesora.

Prema nepisanom pravilu, u jednom čipsetu osnovna namena severnog mosta je upravljanje radom RAM-a, kao i radom brzih magistrala. U ove magistrale spadaju memorijska magistrala, grafička magistrala i veze ka južnom mostu i samom procesoru. Zbog veće brzine, severni most je uvek postavljen blizu procesora, memorije, i grafičkog slota, a ujedno predstavlja i jedinu vezu procesora sa ostatkom računara. Kvalitet severnog mosta, kao i magistrala kojom on upravlja direktno utiču na performanse računara. U novijim arhitekturama (prvo AMD, a potom i Intel) odlučili su da deo, a ponekad i ceo severni most inkorporiraju u sam procesor. Razlog je to što je AMD prvo inkorporirao memorijski kontroler u svoje procesore, a Intel je sa Core i7 procesorima otišao korak dalje i u Core familiju procesora ubacio i PCI-Express magistralu. Na prvi pogled, ovo se nije činilo kao preterano dobra ideja, s obzirom na to da bi prelazak na novu grafičku magistralu ili na novi standard za RAM značio neophodnu zamenu čitavog procesora. Međutim, praksa je pokazala nekoliko stvari. Pre svega, standardi za grafičke kartice i RAM ne menjaju se toliko često i svakako ne mimo standarda za procesore, tako da se situacija da korisnik želi da zadrži procesor a promeni ploču sve ređe dešava (a i svako pametan je izbegava kako god zna i ume, prim. aut.). Drugo, smanjuje se zavisnost od proizvođača matičnih ploča u pogledu kvaliteta implementacije nekog čipseta. Kontrola nad izvedbom interfejsa ka memoriji i grafičkoj kartici u rukama je proizvođača samog procesora.

Naspram severnog mosta, južni most deluje prilično neupadljivo, pogotovu zbog toga što se uglavnom ni ne navodi u oznaci čipseta u recenzijama. Međutim, to uopšte ne znači da je južni most manje važan. Naprotiv, iako je severni most zapravo najodgovorniji za ostvarene performanse računara, južni most tim performansama daje smisao pošto upravlja radom svih ostalih magistrala i uređaja koji se nalaze na ploči. Za početak, dovoljno je reći da južni most upravlja radom RTC-a (Real Time Clock), USB uređajima, mrežnim i audio kontrolerima, kao i starom PCI magistralom, a ponekad i sporijim delom PCI-Express magistrale. Posredno, južni most upravlja radom svih uređaja koje koristimo za komunikaciju i čuvanje podataka.

Magistrale i pojedinačni provodnici povezuju čipset sa komponentama koje inače znamo kao:

Socket, slotovi, portovi i konektori

Objašnjavanje ovih pojmova nije neophodno. Najzad, svako ko je sam sastavljao svoj računar pažnju je, osim samom čipsetu, posvetio i ovim komponentama. Sam socket, tačnije podnožje procesora, predstavlja jednu od najupadljivijih komponenti ploče i ukazuje na to kojoj je familiji procesora ploča namenjena.

Familije procesora, osim po mogućnostima, razlikuju se i po arhitekturi, kao i po načinu primene iste arhitekture. Ovo ih čini međusobno nekompatibilnim, čak i kada se radi o pojedinim familijama istog proizvođača. Sve ove razlike ogledaju se u podnožju procesora, koje razlikujemo pre svega u broju nožica i njihovom rasporedu.

Slično važi i za slotove, portove i konektore, koji se međusobno razlikuju za svaki standard uređaja koji ploča podržava. Razlog je očigledan – potrebno je sprečiti slučajno povezivanje uređaja koji rade po različitim standardima. Usled toga, važno pravilo za sve koji se upuštaju u prvo samostalno sklapanje računara glasi: „Ako izgleda isto, ima istu boju i označeno je na isti način, svejedno je u koji ćeš da staviš”. Doduše, ovo ne važi uvek za socket, pa treba proveriti da li je ploča predviđena da radi sa određenim tipom procesora, čak i kada on odgovara tom socketu)

Raznolikost ovih komponenti, kao i broj priključaka nude direktan uvid u mogućnosti i namenu same ploče. Primera radi, imamo matične ploče koje imaju više SATA portova, pa čak i više SATA kontrolera, što prevashodno ukazuje na to da su predviđene za računare koji raspolažu velikim brojem hard diskova, kao što su fajl serveri. Neke ploče raspolažu većim brojem USB konektora, FireWireom i S/PDIF konektorom, a odskora i HDMI konektorom, što ukazuje na to da su pogodne za pravljenje kućnih bioskopa i slično. Naravno, nema potrebe da navodimo čemu su namenjene ploče sa više PCI-E 16x slotova (naravno, brzoj paralelnoj obradi podataka upotrebom šejdera, koga briga za igre). Među konektorima na ploči jedan od najupadljivijih je ujedno i najbitniji – konektor za...

Napajanje

Pored toga što ploča služi svim računarskim komponentama za komunikaciju, mnogim komponentama ploča služi i kao izvor napajanja. Do pre desetak godina, naponski stepen ploče nije predstavljao preterano važnu komponentu. Potrošnja električne energije nije bila velika, dok su niži taktovi činili komponente otpornim na eventualne smetnje.

Situacija u modernim računarima, kao što znamo, malo je drugačija. Velika snaga pojedinih komponenti i visoke frekvencije na kojima rade uzrokovale su to da stabilizacija napona kojim se snabdevaju komponente postane izuzetno važan faktor u ostvarivanju maksimalnih performansi računara. Kako bi se sprečila zavisnost od kvaliteta napajanja koje se stavlja u računare, proizvođači matičnih ploča počeli su da prave kompleksnije sisteme za pretvaranje i stabilizaciju dobijenog napona. Ovu grupu komponenti možemo videti oko samog procesora i raspoznajemo je po velikom broju kondenzatora, kao i po velikom broju filterskih zavojnica. S obzirom na to da pojedine komponente računara rade na različitim taktovima, kao i da imaju drugačije zahteve za napajanjem, nije neuobičajeno to da proizvođači ploča odluče da pojedinim grupama komponenti obezbede posebne naponske grupe. Zavisno od potrebnog kvaliteta, filtriranje i stabilizacija napona mogu biti izvedeni iz jednog ili više stepena, tj. faza. Tako se najkvalitetnije matične ploče reklamiraju sa dvocifrenim brojem „faza” u napajanju, na primer osam za procesor, dva za memorijski kontroler, dve za PCI-Express magistralu i nekoliko za ostale komponente.

Ostale komponente

Do sada samo pobrojali najbitnije funkcionalne celine matične ploče. Međutim, postoji još nekoliko komponenti koje ne smemo da previdimo. Na prvom mestu to je čip koji sadrži BIOS.

O BIOS-u smo do sada više puta pričali posmatrajući ga kao parče softvera koje nudi osnovnu funkcionalnost sistema. Sa hardverske strane, BIOS predstavlja jedan fleš memorijski čip u koji je smešten BIOS program. Konfiguracija BIOS-a, međutim, čuva se u CMOS memoriji nalik onoj koju vidimo na DDR modulima. Razlog za to je očigledan: konfiguracija BIOS-a ima mnogo veću verovatnoću promene od samog softvera koji čini BIOS, dok je tu i tamo poželjno na jednostavan način izbrisati sadržaj te konfiguracije. Pošto CMOS memorija zahteva konstantno napajanje kako bi sačuvala svoj sadržaj, brisanje se lako obavlja isključivanjem „iz struje”. Direktno na CMOS memoriju vezana je i dugmasta CR2032 baterija koja obezbeđuje napajanje CMOS memoriji dok je računar isključen.

Druga komponenta koju treba da pomenemo jeste časovnik realnog vremena (Real-Time Clock), čija je jedina uloga u tome da meri vreme. RTC obezbeđuje dovoljno finu rezoluciju merenja vremena i njegovo predstavljanje u formatu koji ljudi mogu da pročitaju. Podaci o proteklom vremenu takođe se čuvaju i u CMOS memoriji i služe za sinhronizaciju softverskog časovnika operativnog sistema.

Treba napomenuti i to da RTC ne treba mešati sa komponentom koju nazivamo hardverski časovnik (hardware clock). Iako je pominjemo poslednju, ova komponenta je možda i najvažnija u celom računaru. Naime, svrha hardverskog časovnika jeste generisanje takt signala. Ovi signali, osim što određuju radne taktove svih pojedinačnih komponenti, služe i za određivanje redosleda etapa kroz koje se odvijaju osnovne operacije kao što su upis u RAM ili čitanje iz bafera hard diska.

• • •

I, ovde zastajemo. Kao što možemo videti, matične ploče predstavljaju najosnovniju i najkompleksniju komponentu računara, a isto tako imaju i najveći uticaj na mogućnosti i performanse računara. Nadamo se da smo u ovom broju uspeli da u najkraćim crtama predstavimo najbitnije delove matičnih ploča. Detaljno predstavljanje pojedinačnih delova matičnih ploča, kao i razmatranje njihovog uticaja na rad celokupnog računara biće tema nekoliko sledećih brojeva.

Bojan ŽIVKOVIĆ