Motherboard part 3

Sabirnice: povijest i način rada

Utori za ugradnju kartica za proširenje dio su PC računala od njegova nastanka. IBM je razvio PC računala gledajući dugoročno, stoga je i prvi IBM PC imao utore za ugradnju dodatnih kartica kako bi korisnici mogli dodavati nove uređaje i time povećati funkcionalnost računala. Iako se danas postojanje ovih utora uzima zdravo za gotovo, 80-tih godina prošlog stoljeća potencialni proizvođaći kartica (a i računala) morali su prevladati 3 velika problema povezana s ovakvim konceptom nadogradnje računala.

·         Prvi problem je da svaka kartica za proširenje treba biti napravljena specifično za utor u koji se ugrađuje – što povlači potrebu za jedinstvenim standardom za pojedini utor.

·         Drugi problem je da je trebalo osmisliti način komunikacije kartice za proširenje procesorom

·         Treći problem je da unutar samog operacijskog sustava trebalo ugraditi podršku za upravljanje novougrađenim karticama, kako bi korisnici mogli iskoristit njezine mogućnosti.

Drugim riječima, radi se o:

• Fizičkoj povezanosti

•  Međusobnoj komunikaciji

• Upravljačkim programima

Kominukacija računalnih komponenti odvija se preko sabirnica (engl. bus). U računalu postoji više vrsta sabirnica, svaka namijenjena određenom uređaju. Sabirnice prenose podatke (podatkovna sabirnica) ili memorijske adrese (adresna sabirnica) u koje uređaji mogu zapisivati ili iz njih čitati podatke. Najvažnija sabirnica je prednja ili sistemska sabirnica (FSB – front side bus), i preko nje komuniciraju procesor, radna memorija(RAM) i northbridge. Ponekad se ova sabirnica naziva i vanjska sabirnica

Svaka komponenta u računalu – bez obzira je li zalemljena direktno na matičnu ili ugrađena u neki utor – spaja se na vanjsku podatkovnu ili na adresnu sabirnicu. Kartice za proširenje nisu iznimka. S ostakom računala ih povezuje chipset. Razlika u samom mjestu spajanja na chipset ovisi o modelu chipseta. Na nekim chipssetima kartice se povezuju s northbridge čipom, a na nekima sa southbridge čipom. Na nekim matičnim pločama koristi se više vrsta sabirnica za kartice za proširenje, pa se dio njih može spajati na northbridge, a dio na southbridge.

U svakom računalu nalazi se kristal kvarca koji se zove generator takta. Uloga ovog kristala je upravljanje svim komponentama, tj. Određivanje stanja aktivnosti ili neaktivnosti u računalu. Svaka komponenta integrirana na matičnu ploču dizajnirana je za rad prema taktu generatora takta. Npr. 133 MHz matična ploča ima bar 133MHz-ne notrthbridge i southbridge čipove, a svi rade na osnovnom taktu od 133MHz određenom sustavskim kvarcnim kristalom.

Ovakvi kristali ne koriste se samo za središnji mikroprocesor ili chipset. Praktički svaki čip ima ulaz za CLK signal (ovaj signal, generiran od strane kvarcnog signala, najčešće se zove signal vremenskog navođenja – clock) kojim upravlja generator takta. Ista je situacija s karticama u utorima za proširenje.

Predpostavimo da ste kupili karticu s čipom koji nemate integriran na matičnoj ploči – npr. Zvučnu karticu. Da je računalo dizajnirano za rad sa samo jednom frekvencijom signala vremenskog vođenja, proizvođači zvučnih kartica morali bi proizvoditi modele kartica za sve moguće frekvencije takta. Drugim riječima, morali bi kupiti 100 MHz-nu zvučnu karticu za rad sa 100 MHz-nim generatorom takta u računalu, ili 133 MHz-nu zvučnu karticu za rad sa 133MHz-nim generatorom takta. Očito, ovakav koncept bio bi potpuno promašen, što je IBM uvidio prilikom dizajniranja prvog PC-a. Morali su se pobrinuti da sabirnica za utore kartica za proširenje radi na svojoj vlastitoj, standardiziranoj frekvenciji sigala vremenskog navođenja. Rješenje je vrlo jednostavno: ugradnja novog dodatnog kvarcnog kristala, koji će upravljati samo sabirnicom za proširenje. Ova sabirnica (a i kristal) rade na nižim frekvencijama od ostalih sabirnica (sustavske podatkovne ili adresne sabirnice). Uloga chipseta je da služi kao posrednik između sabirnica, kompezirajući razliku u frekvenciji pomoću specijalnih međuspremnika (engl. Buffer). Ovim konceptom postignuta je nezavisnost sabirnice (a i kartica) utora za proširenje o radnom taktu matične ploče. Vrijednosti u orginalnom IBM-ovu PC računalu bile su 14,318 MHz za glavnu adresnu i podatkovnu sabirnicu, dok je sabirnica utora za proširenje imala duplo manju vrijednost 7,16 MHz. U današnjim računalima te su vrijednosti mnogo veće.