Cesta do hlubin základní desky - vyznejte se v motherboardu

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 8× 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 2× a 528 MB/s v AGP 4×, 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 2× 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