Блок питания

Блок питания – представитель внутренних устройств компьютера. Основное его предназначение – преобразование переменного тока высокого напряжения (110–230 В) в постоянный и, самое главное, стабилизированный ток низкого напряжения (12 В и 5 В), который питает все устройства компьютера. Даже если какое-то из устройств работает с другим напряжением, чтобы его получить, используется одно из стандартных напряжений, которое выдает блок питания.

Внешне блок питания выглядит как прямоугольная металлическая коробка (рис. 2.7), в которой расположены все необходимые для правильной работы электронные схемы. Здесь же находится вентилятор или вентиляторы, вытягивающие нагретый воздух из блока питания и, заодно, корпуса. Со стороны, выходящей на заднюю стенку корпуса, вентилятор закрыт решеткой. Это сделано специально, чтобы предотвратить попадание в него посторонних предметов.

Рис. 2.7. Внешний вид блока питания

На задней стенке блока находится разъем для подключения силового кабеля, который, в свою очередь, подключается к электрической розетке с переменным током. Могут также присутствовать выключатель напряжения (иногда переключатель напряжения 110/220 В) и дополнительный разъем для подключения кабеля питания монитора. В последнее время все большую популярность получают блоки питания, у которых имеется регулятор скорости вращения вентилятора. Поэтому к «обычному» набору компонентов на задней стенке блока питания может прибавляться еще и ручка такого регулятора.

На передней стенке блока питания находится отверстие, через которое выходит пучок проводов с группами контактов^[1], на которых присутствуют формируемые блоком питания напряжения 5 В и 12 В. Рядом с этим отверстием располагаются дополнительные вентиляционные отверстия, через которые из корпуса вытягивается теплый воздух и, попадая на вентилятор, выходит наружу.

В дорогих блоках питания вентиляция продумана более рационально: вентиляционная решетка или отверстия находятся не на передней стенке, а на нижней, которая повернута в сторону процессора. Это обеспечивает более эффективное охлаждение процессора путем вытягивания нагретого воздуха непосредственно с его радиатора.

Основными требованиями, предъявляемыми к блоку питания, являются достаточная мощность и стабильность вырабатываемого электропитания, а также низкая шумность вентилятора. Последний фактор на стабильность работы компьютера не влияет, однако он влияет на настроение пользователя, которое может ухудшаться из-за слишком высокого уровня шума. Чтобы такого не случилось, как уже упоминалось выше, используются специальные регуляторы скорости вращения вентилятора, а также модифицированные решетки, которые его прикрывают. Ведь именно эта решетка в большинстве случаев является причиной шума, поскольку встает на пути вырывающегося из блока питания воздуха, что и приводит к появлению шума.

От мощности же блока питания напрямую зависят максимальное количество подключаемых устройств и возможность разгона комплектующих. Ведь каждое устройство использует некоторый запас мощности блока питания, который не является безграничным и очень быстро исчерпывается. А учитывая «прожорливость» современных процессоров, графических адаптеров, оперативной памяти и других устройств, мощность блока питания является очень критичным фактором.

Ниже приведен пример конфигурации компьютера, ориентированного на офисное использование, и подсчитана приблизительная мощность, потребляемая его комплектующими (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Потребление энергии комплектующими компьютера

Если подсчитать, то получается примерно 250 Вт. Блок же питания должен не только обеспечивать такую мощность, но и иметь запас по мощности. Кроме того, не следует еще забывать о подключенных USB-устройствах, которые также отнимают у блока питания часть мощности.

Как правило, в зависимости от типа корпуса, используются блоки питания от 150 Вт (в дешевом корпусе типа Mini Tower устанавливается блок питания 250–300 Вт). Если подходить к выбору блока питания с умом и с учетом того, что конфигурация у компьютера «средняя», то остановиться следует на блоках с минимальной мощностью 300 Вт.

Важно также учесть тот факт, что разгон процессора или видеокарты почти вдвое увеличивает потребляемую ими мощность. Поэтому вполне нормально, если приобретается блок питания мощностью 350 Вт. Но это не означает, что он будет постоянно потреблять 350 Вт, так как используется лишь необходимая в определенный момент часть мощности. Все остальное – запас мощности.

Стабильность электропитания также много значит. Не зря ведь блок питания имеет напряжения 5 В и 12 В, а не 5,7 В или 11,3 В. Некоторые комплектующие (например, процессор) вообще требуют напряжения питания строго определенной величины (например, 1,4 В). Они получают его от стабилизаторов на материнской плате, которые, в свою очередь, получают его путем преобразования питания 5 В. Поэтому если электропитание нестабильно, то это приводит не только к лишней нагрузке на стабилизаторы материнской платы, но и к перебоям в работе других устройств.

Мощный и стабильный блок питания сегодня является обязательным требованием для персонального компьютера. Если напряжение линий блока питания будет нестабильным (или значительно отличаться от эталонных напряжений), системные компоненты могут выйти из строя. В частности, материнские платы и процессоры очень чувствительны к нестабильному питанию.

Материнская плата

Материнская плата (рис. 2.8) – основная составляющая персонального компьютера. Это не только основной элемент, но и самостоятельное устройство, управляющее связями между установленными на него платами расширения, процессором, оперативной памятью и остальными компонентами.

Рис. 2.8. Внешний вид материнской платы

Материнские платы неодинаковы. Они различаются по функциональности, в частности по поддерживаемым типам процессоров и оперативной памяти, наличию быстродействующих портов, наличию и возможностям разного рода контроллеров, количеству слотов и т. д.

Ниже рассмотрены некоторые из таких особенностей и приведено достаточно подробное описание их назначения и возможностей.

Спецификация материнских плат

Спецификация материнской платы определяет не только ее размер, но и функциональные особенности построения, например наличие разного количе ства слотов, интегрированных контроллеров и т. д.

Существуют различные форм-факторы материнских плат, отвечающие определенным спецификациям. На сегодняшний день преобладают такие типоразмеры, как ATX, LPX, NLX, BTX. Кроме того, есть уменьшенные варианты упомянутых форматов: Mini-ATX, microATX, Flex-ATX, MicroNLX, MicroBTX, PicoBTX и т. д.

Нет абсолютно никакой надобности знать, чем они отличаются друг от друга и какие имеют преимущества друг перед другом. Главное, что они самодо статочны и на них можно установить все необходимые платы расширения.

Как уже упоминалось выше, форм-фактор материнской платы определяет не только ее геометрические размеры, но и количество слотов расширения. Например, один AGP– и шесть PCI-слотов могут быть размещены только на платах формата ATX или Extended ATX. На платах меньшего размера количество слотов будет другим (четыре у microATX и три у Flex-ATX). Часто один-два PCI-слота заменяются одним или двумя слотами PCI Express.

Процессорное гнездо

Процессорное гнездо, или, как его еще называют, слот (сокет), служит для установки центрального процессора на материнскую плату (рис. 2.9) и механического соединения его с группой печатных проводников.

Рис. 2.9. Пример процессорных слотов для процессоров AMD

Интерфейс процессорного гнезда напрямую зависит от системной логики, установленной на материнской плате. При этом гнездо имеет уникальную форму, что исключает установку процессора с другим интерфейсом. Более подробно об этом читайте ниже в разд. «Процессор и система охлаждения» данной главы.

Системная логика

Системная логика (чипсет) – главный компонент платы, отвечающий за ее функциональность и, в конечном итоге, за работу всех устройств компьютера. Он имеет небольшие размеры и обычно состоит из нескольких микросхем (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Пример микросхемы системной логики

Как правило, чипсет реализует «мостовую» архитектуру, то есть состоит из двух мостов: северного и южного, за каждый из которых отвечает своя отдельная микросхема (или несколько микросхем).

В северном мосте реализован контроллер памяти, графического порта AGP и шины PCI.

В южном мосте – контроллер ATA (IDE) для жестких дисков и IDE-устройств, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Южный мост соединяется с северным посредством высокоскоростной шины.

От модели чипсета зависят все основные характеристики платы: поддерживаемые типы процессоров и памяти, системной шины, портов для подключения внешних и внутренних устройств и различные дополнительные возможности (например, наличие интегрированного звука или графического ядра). Современные чипсеты включают в себя множество различных встроенных контроллеров (контроллер для подключения жесткого диска, контроллер шины USB и портов ввода и вывода и др.), что удешевляет компьютер и облегчает его сборку и использование. Иногда вообще можно обойтись без каких-либо плат расширения, так как все необходимое уже имеется в микросхемах системной логики.

Все группы чипсетов развиваются практически параллельно и в целом обеспечивают для своих процессоров примерно равные возможности по функциональности. Наибольшую популярность приобрели чипсеты, имеющие поддержку процессоров с интерфейсом Socket 939 (процессоры AMD) и LGA775 (процессоры Intel Pentium D), хотя до сих пор можно встретить чипсеты с поддержкой предыдущих интерфейсов.

Слоты оперативной памяти

Слоты оперативной памяти используются для установки модулей оперативной памяти. Они могут иметь разное количество контактов, которое зависит от типа поддерживаемой оперативной памяти, и снабжаются специальными креплениями, которые удерживают в них модули.

Как правило, на материнской плате имеется не менее двух слотов памяти. На дорогих моделях материнских плат их количество может доходить до четырех-шести (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Внешний вид слотов оперативной памяти

Слоты плат расширений

Слоты плат расширений, или просто слоты шин, используются для установки в них разных плат расширения, например видеокарты, звуковой карты, SCSI-контроллера, аналогово-цифрового модема и т. п.

На сегодняшний день используются PCI-, AGP-слоты и слоты PCI Express (рис. 2.12)^[2].

Рис. 2.12. Слоты PCI Express разных спецификаций (вверху и внизу – 16х, в центре – 1х)

Шина PCI Express наиболее быстродействующая и функциональная из выше перечисленных. Она имеет некоторые преимущества и вносит такие, например, новшества: позволяет использовать одновременно две видеокарты и выводить изображение сразу на два или даже четыре монитора. Существует несколько спецификаций этой шины, последняя из которых – PCI Express 16x – позволяет передавать данные со скоростью до 4 Гбайт/с, чего с избытком хватает для современных потребностей.

В AGP-слот (рис. 2.13), спецификаций шины^[3] которого существует также несколько, устанавливается видеокарта, а в PCI-слот (рис. 2.14) – любое устройство, включая и старые модели видеокарт, хотя в последнее время их встретить очень сложно.

Рис. 2.13. Слот AGP

Рис. 2.14. Слоты PCI

Количество слотов расширения может быть разным и в первую очередь зависит от форм-фактора материнской платы и ее функционального предназначения.

Разъемы

Материнская плата содержит большое количество разнообразнейших разъемов. Они используются для разных целей, например для подключения шлейфов данных и проводов питания устройств, подключения разного рода кабелей от внешней периферии и т. д.

Коннекторы имеют разную форму, соответствующую их типам и предназначению. На материнской плате изначально присутствуют разъемы для подключения IDE– или SCSI-устройств, FDD-разъем (рис. 2.15), разъем для подключения питания материнской платы, разъемы для вентиляторов. Кроме того, могут присутствовать ATA-разъемы, разъемы для подключения сетевого кабеля, разъемы для присоединения выхода звуковой карты и дополнительных портов, средств индикации и т. п.

Рис. 2.15. Сверху вниз: IDE-разъемы, FDD-разъем

Количество разъемов может быть разным и зависит от типа материнской платы и ее назначения (домашний или офисный компьютер, сервер). Например, серверные материнские платы содержат большее количество IDE-, SCSI– или USB-разъемов, нежели материнские платы офисных компьютеров.

Порты

Порты используются для подключения к ним разнообразной периферии, например модема, принтера, сканера и т. п. Количество разных портов зависит от «навороченности» материнской платы, но, как правило, присутствуют порты LPT, COM, USB и др.

LPT. Этот порт, называемый параллельным (рис. 2.16), представляет собой полнодуплексный порт, через который сигнал передается в двух направлениях по восьми параллельным линиям. Скорость передачи данных через LPT-порт составляет от 800 Кбит/с до 16 Мбит/с, что зависит от выбранного в BIOS режима работы порта. Как правило, параллельные порты обозначают индексами LPT1, LPT2 и т. д.

Рис. 2.16. Внешний вид LPT-порта

Этот тип порта уже практически не используется, поскольку ему на смену пришел более скоростной и функциональный USB-порт. Тем не менее к нему можно подключать принтер, сканер, модем и другие устройства. Кроме того, LPT-порт может быть использован для соединения двух компьютеров с помощью нульмодемного кабеля.

COM. Этот порт, называемый последовательным, представляет собой полудуплексный порт, через который данные передаются последовательно или сериями только в одном направлении в каждый момент времени (сначала в одну, потом в другую сторону). Максимальная скорость передачи данных через последовательный порт составляет 115 Кбит/с. Как правило, последовательные порты обозначаются индексами COM1, COM2 и т. д.

Материнские платы раннего выпуска имеют два разных COM-порта, которые различаются количеством контактов. Современные платы содержат лишь один (или два одинаковых) 9-контактный COM-порт (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Внешний вид 9-контактного COM-порта

Этот порт, как и LPT-порт, все реже используется на практике в силу своей функциональной и, самое главное, скоростной ограниченности. Однако, как ни странно, до сих пор выпускаются разного рода контроллеры, подключаемые к COM-порту.

К последовательному порту могут подключаться устройства, которые не требуют высокой скорости передачи, например мышь, модем, джойстик и т. п. Как и в случае с LPT-портом, этот порт также может использоваться для передачи данных между двумя компьютерами.

USB. Этот порт наиболее универсальный и используемый на практике. Это один из современных интерфейсов для подключения внешних устройств. Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме. При этом теоретическая скорость передачи составляет от 12 Мбит/с до 480 Мбит/с (в зависимости от спецификации порта^[4]).

К USB-порту (рис. 2.18) можно подключать разнообразные устройства, начиная с мыши и заканчивая цифровой видеокамерой. Теоретически, используя USB-концентраторы, к одному компьютеру можно подсоединить до 127 USB-устройств разного назначения. На практике подключение большого количества устройств требует достаточного запаса мощности блока питания, поскольку USB-устройства получают питание прямо через USB-разъем. Обычно же к компьютеру подключается одно-два устройства, например принтер и сканер.

Рис. 2.18.