Hovedkort - Motherboard

Et hovedkort (også kalt hovedkort , hovedkort eller mobo ) er hovedkortet (PCB) i generelle datamaskiner og andre utvidbare systemer. Den holder og tillater kommunikasjon mellom mange av de avgjørende elektroniske komponentene i et system, for eksempel den sentrale behandlingsenheten (CPU) og minnet , og gir kontakter for andre eksterne enheter . I motsetning til et bakplan inneholder et hovedkort vanligvis betydelige undersystemer, for eksempel den sentrale prosessoren, brikkesettets inngangs-/utgangs- og minnekontrollere, grensesnittkontakter og andre komponenter integrert for generell bruk.

Hovedkort betyr spesielt et PCB med utvidelsesmuligheter. Som navnet antyder, blir dette kortet ofte referert til som "moren" til alle komponentene som er festet til det, som ofte inkluderer periferiutstyr, grensesnittkort og datterkort : lydkort , skjermkort , nettverkskort , vertsbussadaptere , TV -tunerkort , IEEE 1394 kort; og en rekke andre tilpassede komponenter.

Dell Precision T3600 System hovedkort, brukt i profesjonelle CAD -arbeidsstasjoner. Produsert i 2012

På samme måte beskriver begrepet hovedkort en enhet med et enkelt kort og uten ytterligere utvidelser eller muligheter, for eksempel kontrollkort i laserskrivere, fjernsynsapparater, vaskemaskiner, mobiltelefoner og andre innebygde systemer med begrensede ekspansjonsevner.

Hovedkort for en personlig stasjonær datamaskin; viser de typiske komponentene og grensesnittene som finnes på et hovedkort. Denne modellen følger Baby AT (formfaktor) , som brukes på mange stasjonære PCer.

Historie

Hovedkortet til en NeXTcube -datamaskin (1990) med mikroprosessor Motorola 68040 drevet ved 25 MHz og en digital signalprosessor Motorola 56001 ved 25 MHz, som var direkte tilgjengelig via en kontakt på baksiden av foringsrøret.

Før oppfinnelsen av mikroprosessoren , besto den digitale datamaskinen av flere kretskort i et kortburetui med komponenter koblet til med et bakplan , et sett med sammenkoblede stikkontakter. I veldig gamle design var kobbertråder de diskrete forbindelsene mellom kortkontaktstifter, men kretskort ble snart standard praksis. Den sentrale behandlingsenheten (CPU), minnet og eksterne enheter ble plassert på individuelt trykte kretskort, som ble plugget inn i bakplanet. Den allestedsnærværende S-100-bussen på 1970-tallet er et eksempel på denne typen bakplansystem.

De mest populære datamaskinene på 1980-tallet, for eksempel Apple II og IBM PC, hadde publisert skjematiske diagrammer og annen dokumentasjon som muliggjorde hurtig reversering og erstatning av hovedkort fra tredjeparter. Vanligvis beregnet på å bygge nye datamaskiner som er kompatible med eksemplene, tilbød mange hovedkort ekstra ytelse eller andre funksjoner og ble brukt til å oppgradere produsentens originale utstyr.

På slutten av 1980 -tallet og begynnelsen av 1990 -tallet ble det økonomisk å flytte et økende antall perifere funksjoner til hovedkortet. På slutten av 1980-tallet begynte hovedkortene for personlige datamaskiner å inkludere enkelt IC-er (også kalt Super I/O- brikker) som kan støtte et sett med lavhastighetsutstyr: PS/2- tastatur og mus , diskettstasjon , serielle porter og parallelle porter . På slutten av 1990-tallet inkluderte mange hovedkort for personlige datamaskiner innebygde lyd-, video-, lagrings- og nettverksfunksjoner av forbrukerkvalitet uten behov for utvidelseskort i det hele tatt; avanserte systemer for 3D- spill og datagrafikk beholdt vanligvis bare grafikkortet som en separat komponent. Forretnings -PCer, arbeidsstasjoner og servere trengte mer sannsynlig utvidelseskort, enten for mer robuste funksjoner eller for høyere hastigheter; disse systemene hadde ofte færre innebygde komponenter.

Bærbare og bærbare datamaskiner som ble utviklet på 1990 -tallet integrerte de vanligste eksterne enhetene. Dette inkluderte til og med hovedkort uten komponenter som kan oppgraderes, en trend som ville fortsette ettersom mindre systemer ble introdusert etter århundreskiftet (som nettbrettet og nettboken ). Minne, prosessorer, nettverkskontrollere, strømkilde og lagring vil bli integrert i noen systemer.

Design

Octek Jaguar V hovedkort fra 1993. Dette kortet har få eksterne enheter ombord, noe som fremgår av de 6 sporene som er gitt for ISA- kort og mangel på andre innebygde eksterne grensesnittkontakter. Vær oppmerksom på at den store AT -tastaturkontakten bak til høyre er det eneste perifere grensesnittet.
Hovedkortet til en Samsung Galaxy SII ; nesten alle funksjoner på enheten er integrert i et veldig lite bord

Et hovedkort gir de elektriske tilkoblingene som de andre komponentene i systemet kommuniserer med. I motsetning til et bakplan inneholder den også den sentrale behandlingsenheten og er vert for andre delsystemer og enheter.

En typisk stasjonær datamaskin har sin mikroprosessor , hovedminne og andre viktige komponenter koblet til hovedkortet. Andre komponenter som ekstern lagring , kontrollere for videodisplay og lyd og eksterne enheter kan festes til hovedkortet som plug-in-kort eller via kabler; i moderne mikrodatamaskiner er det stadig mer vanlig å integrere noen av disse eksterne enhetene i selve hovedkortet.

En viktig komponent i et hovedkort er mikroprosessorens støttende brikkesett , som gir støttende grensesnitt mellom CPU og de forskjellige bussene og eksterne komponenter. Dette brikkesettet bestemmer til en viss grad funksjonene og mulighetene til hovedkortet.

Moderne hovedkort inkluderer:

I tillegg inneholder nesten alle hovedkort logikk og kontakter for å støtte vanlige inndataenheter, for eksempel USB for musenheter og tastaturer . Tidlige personlige datamaskiner som Apple II eller IBM PC inkluderte bare denne minimale eksterne støtten på hovedkortet. Noen ganger ble maskinvare for videogrensesnitt også integrert i hovedkortet; for eksempel, på Apple II og sjelden på IBM-kompatible datamaskiner som IBM PC Jr . Ytterligere eksterne enheter som diskkontrollere og serielle porter ble levert som utvidelseskort.

Gitt den høye termiske designkraften til høyhastighets datamaskin-CPUer og komponenter, inkluderer moderne hovedkort nesten alltid kjøleribber og festepunkter for vifter for å spre overflødig varme.

Formfaktor

Hovedkort er produsert i en rekke størrelser og fasonger kalt datamaskinens formfaktor , hvorav noen er spesifikke for individuelle datamaskinprodusenter. Men hovedkort som brukes i IBM-kompatible systemer er designet for å passe ulike case størrelser. Fra og med 2005 bruker de fleste stasjonære datamaskinens hovedkort ATX -standardformfaktoren - selv de som finnes på Macintosh- og Sun -datamaskiner, som ikke er bygget av varekomponenter. En sak hovedkort og strømforsyningsenhet (PSU) formfaktor må alle matche, selv om noen mindre formfaktor hovedkort i samme familie vil passe til større etuier. For eksempel vil et ATX -tilfelle vanligvis inneholde et microATX -hovedkort . Bærbare datamaskiner bruker vanligvis svært integrerte, miniatyriserte og tilpassede hovedkort. Dette er en av grunnene til at bærbare datamaskiner er vanskelige å oppgradere og dyre å reparere. Ofte krever feil på en bærbar komponent utskifting av hele hovedkortet, som vanligvis er dyrere enn et stasjonært hovedkort

CPU -kontakter

En CPU -kontakt (sentral prosessorenhet) eller et spor er en elektrisk komponent som kobles til et kretskort (PCB) og er designet for å huse en CPU (også kalt en mikroprosessor). Det er en spesiell type integrert kretskontakt designet for svært høye teller. En CPU -sokkel gir mange funksjoner, inkludert en fysisk struktur for å støtte CPU, støtte for en kjøleribbe, forenkle utskifting (samt redusere kostnader), og viktigst av alt, danne et elektrisk grensesnitt både med CPU og PCB. CPU -kontakter på hovedkortet kan oftest finnes på de fleste stasjonære og server -datamaskiner (bærbare datamaskiner bruker vanligvis overflatemonterte CPUer), spesielt de som er basert på Intel x86 -arkitekturen. En CPU -sokkeltype og hovedkortbrikkesett må støtte CPU -serien og hastigheten.

Integrerte eksterne enheter

Blokkdiagram over et hovedkort fra begynnelsen av 2000-tallet, som støtter mange perifere funksjoner om bord, samt flere utvidelsesspor

Med de stadig reduserte kostnadene og størrelsen på integrerte kretser , er det nå mulig å inkludere støtte for mange eksterne enheter på hovedkortet. Ved å kombinere mange funksjoner på en PCB , kan den fysiske størrelsen og totale kostnaden for systemet reduseres; svært integrerte hovedkort er derfor spesielt populære på datamaskiner med liten formfaktor og budsjett.

Perifere kortspor

Et typisk hovedkort vil ha et annet antall tilkoblinger avhengig av standard og formfaktor .

Et standard, moderne ATX-hovedkort vil vanligvis ha to eller tre PCI-Express x16-tilkoblinger for et grafikkort, en eller to eldre PCI-spor for forskjellige ekspansjonskort og en eller to PCI-E x1 (som har erstattet PCI ). Et standard EATX- hovedkort vil ha to til fire PCI-E x16-tilkoblinger for grafikkort, og et varierende antall PCI- og PCI-E x1-spor. Noen ganger kan den også ha et PCI-E x4-spor (kan variere mellom merker og modeller).

Noen hovedkort har to eller flere PCI-E x16-spor for å tillate mer enn 2 skjermer uten spesiell maskinvare, eller bruk en spesiell grafikkteknologi kalt SLI (for Nvidia ) og Crossfire (for AMD ). Disse tillater at 2 til 4 grafikkort kobles sammen, for å gi bedre ytelse i intensive grafiske databehandlingsoppgaver, for eksempel spill, videoredigering, etc.

I nyere hovedkort er M.2 -sporene for SSD og/eller trådløs nettverksgrensesnittkontroller .

Temperatur og pålitelighet

Et hovedkort til en bærbar PC i serien Vaio E (høyre)
Et microATX hovedkort med noen defekte kondensatorer

Hovedkort er generelt luftkjølt med kjøleribber som ofte er montert på større chips i moderne hovedkort. Utilstrekkelig eller feil kjøling kan forårsake skade på de interne komponentene i datamaskinen, eller føre til at den krasjer . Passiv kjøling , eller en enkelt vifte montert på strømforsyningen , var tilstrekkelig for mange stasjonære PC -er frem til slutten av 1990 -tallet; siden den gang har de fleste krevd CPU -vifter montert på og kjøleribber , på grunn av stigende klokkehastigheter og strømforbruk. De fleste hovedkort har kontakter for ekstra datamaskinvifter og integrerte temperatursensorer for å oppdage hovedkort- og CPU -temperaturer og kontrollerbare viftekontakter som BIOS eller operativsystemet kan bruke til å regulere viftehastigheten. Alternativt kan datamaskiner bruke et vannkjølesystem i stedet for mange vifter.

Noen datamaskiner med liten formfaktor og hjemmekino-PCer designet for stille og energieffektiv drift, har design uten vifte. Dette krever vanligvis bruk av en lav-effekt-CPU, samt en nøye utforming av hovedkortet og andre komponenter for å tillate plassering av kjøleribbe.

En studie fra 2003 fant at noen falske PC-krasj og generelle stabilitetsproblemer, alt fra skjermen bildeforstyrrelser til I / O lese / skrivefeil kan tilskrives ikke til programvare eller perifer maskinvare , men til aldring kondensatorer på PC hovedkort. Til syvende og sist viste dette seg å være et resultat av en defekt elektrolyttformulering, et problem som ble kalt kondensatorpest .

Moderne hovedkort bruker elektrolytiske kondensatorer for å filtrere likestrømmen fordelt rundt brettet. Disse kondensatorene eldes med en temperaturavhengig hastighet, ettersom deres vannbaserte elektrolytter sakte fordamper. Dette kan føre til tap av kapasitans og påfølgende hovedkortfeil på grunn av ustabilitet i spenningen . Selv om de fleste kondensatorer er klassifisert for 2000 driftstimer ved 105 ° C (221 ° F), fordobles deres forventede designlevetid omtrent for hver 10 ° C (18 ° F) under dette. Ved 65 ° C (149 ° F) kan en levetid på 3 til 4 år forventes. Mange produsenter leverer imidlertid substandard kondensatorer, noe som reduserer forventet levetid betydelig. Utilstrekkelig kjøling og forhøyede temperaturer rundt CPU -kontakten forverrer dette problemet. Med toppblåsere kan hovedkortkomponentene holdes under 95 ° C (203 ° F), noe som effektivt dobler hovedkortets levetid.

Mellomklasse og high-end hovedkort bruker derimot utelukkende solide kondensatorer. For hver 10 ° C mindre multipliseres gjennomsnittlig levetid omtrent med tre, noe som resulterer i en 6 ganger høyere levetid ved 65 ° C (149 ° F). Disse kondensatorene kan være klassifisert for 5000, 10000 eller 12000 driftstimer ved 105 ° C (221 ° F), noe som forlenger den forventede levetiden i forhold til vanlige faste kondensatorer.

På stasjonære PCer og bærbare datamaskiner er hovedkortets kjøle- og overvåkingsløsninger vanligvis basert på Super I/O eller Embedded Controller .

Bootstrapping ved hjelp av Basic Input/Output System

Hovedkort inneholder en ROM (og senere EPROM , EEPROM , NOR flash ) for å initialisere maskinvareenheter, og laster et operativsystem fra den eksterne enheten . Mikrodatamaskiner som Apple II og IBM PC brukte ROM -brikker montert i stikkontakter på hovedkortet. Ved oppstart vil den sentrale prosessorenheten laste programtelleren med adressen til Boot ROM og begynne å utføre instruksjoner fra Boot ROM. Disse instruksjonene initialiserte og testet systemmaskinvaren, viser systeminformasjon på skjermen, utførte RAM -kontroller og lastet deretter et operativsystem fra en perifer enhet. Hvis ingen var tilgjengelig, ville datamaskinen utføre oppgaver fra andre ROM -butikker eller vise en feilmelding, avhengig av datamaskinens modell og design. For eksempel hadde både Apple II og den opprinnelige IBM -PCen Cassette BASIC (ROM BASIC) og ville starte det hvis ikke noe operativsystem kunne lastes fra disketten eller harddisken.

De fleste moderne hovedkortdesigner bruker et BIOS , lagret i en EEPROM- eller NOR -flashbrikke loddet til eller festet på hovedkortet, for å starte et operativsystem . Når datamaskinen er slått på, tester og konfigurerer BIOS -fastvaren minne, kretser og eksterne enheter. Denne Power-On Self Test (POST) kan inneholde testing av noen av følgende ting:

Mange hovedkort bruker nå en etterfølger til BIOS kalt UEFI . Det ble populært etter at Microsoft begynte å kreve at et system skulle bli sertifisert for å kjøre Windows 8 .

Se også

Referanser

Eksterne linker