Moderkort - Motherboard

För annan användning, se Moderkort (disambiguation) .

En moderkort (också kallad moderkort , huvudkretskort , eller mobo ) är den främsta tryckta kretskortet (PCB) i allmänt ändamål datorer och andra expanderbara system. Den rymmer och tillåter kommunikation mellan många av de avgörande elektroniska komponenterna i ett system, till exempel den centrala processorenheten (CPU) och minnet , och tillhandahåller kontakter för andra kringutrustning . Till skillnad från ett bakplan innehåller ett moderkort vanligtvis betydande delsystem, såsom den centrala processorn, chipsetets ingångs-/utgångs- och minneskontroller, gränssnittskontakter och andra komponenter integrerade för allmänt bruk.

Moderkortet betyder specifikt ett kretskort med expansionskapacitet. Som namnet antyder kallas detta kort ofta "modern" för alla komponenter som är anslutna till det, som ofta inkluderar kringutrustning, gränssnittskort och dotterkort : ljudkort , grafikkort , nätverkskort , värdbussadaptrar , TV -tunerkort , IEEE 1394 kort; och en mängd andra anpassade komponenter.

Dell Precision T3600 System moderkort, används i professionella CAD -arbetsstationer. Tillverkad 2012

På samma sätt beskriver termen moderkort en enhet med ett enda kort och inga ytterligare expansioner eller kapacitet, till exempel styrkort i laserskrivare, tv -apparater, tvättmaskiner, mobiltelefoner och andra inbyggda system med begränsade expansionsförmågor.

Moderkort för en personlig stationär dator; visar de typiska komponenterna och gränssnitten som finns på ett moderkort. Denna modell följer Baby AT (formfaktor) , som används i många stationära datorer.

Historia

Moderkort i en NeXTcube -dator (1990) med mikroprocessor Motorola 68040 som drivs vid 25 MHz och en digital signalprocessor Motorola 56001 vid 25 MHz, som var direkt åtkomlig via en kontakt på baksidan av höljet.

Före uppfinningen av mikroprocessorn bestod den digitala datorn av flera kretskort i ett kortlåda med komponenter anslutna med ett bakplan , en uppsättning sammankopplade uttag. I mycket gamla utföranden var koppartrådar de diskreta anslutningarna mellan kortanslutningsstift, men kretskort blev snart standardpraxis. Den centrala processorenheten (CPU), minnet och kringutrustningen fanns på individuellt tryckta kretskort, som var anslutna till bakplanet. Den allestädes närvarande S-100-bussen på 1970-talet är ett exempel på denna typ av backplane-system.

De mest populära datorerna på 1980-talet, till exempel Apple II och IBM PC, hade publicerat schematiska diagram och annan dokumentation som möjliggjorde snabb omvänd konstruktion och utbyte av moderkort från tredje part. Vanligtvis avsedda för att bygga nya datorer som är kompatibla med exemplen, erbjöd många moderkort ytterligare prestanda eller andra funktioner och användes för att uppgradera tillverkarens originalutrustning.

Under slutet av 1980 -talet och början av 1990 -talet blev det ekonomiskt att flytta ett ökande antal perifera funktioner till moderkortet. I slutet av 1980-talet började moderkort för persondatorer inkludera enstaka IC: er (även kallade Super I/O- chips) som kan stödja en uppsättning låghastighetsutrustning: PS/2- tangentbord och mus , diskett , seriella portar och parallellportar . I slutet av 1990-talet inkluderade många moderkort för persondatorer inbyggda ljud-, video-, lagrings- och nätverksfunktioner av konsumentkvalitet utan att behöva några expansionskort alls; avancerade system för 3D- spel och datorgrafik behåller vanligtvis bara grafikkortet som en separat komponent. Företagsdatorer, arbetsstationer och servrar hade större sannolikhet att behöva expansionskort, antingen för mer robusta funktioner eller för högre hastigheter; dessa system hade ofta färre inbäddade komponenter.

Bärbara och bärbara datorer som utvecklades på 1990 -talet integrerade de vanligaste kringutrustningen. Detta inkluderade även moderkort utan uppgraderbara komponenter, en trend som skulle fortsätta när mindre system introducerades efter sekelskiftet (som surfplattan och netbook ). Minne, processorer, nätverkskontroller, strömkälla och lagring skulle integreras i vissa system.

Design

Octek Jaguar V moderkort från 1993. Detta kort har få inbyggda kringutrustning, vilket framgår av de 6 kortplatser som tillhandahålls för ISA- kort och bristen på andra inbyggda externa gränssnittskontakter. Observera att den stora AT -tangentbordskontakten längst till höger är dess enda perifera gränssnitt.
Moderkortet till en Samsung Galaxy SII ; nästan alla funktioner i enheten är integrerade i ett mycket litet kort

Ett moderkort tillhandahåller de elektriska anslutningar genom vilka de andra komponenterna i systemet kommunicerar. Till skillnad från ett bakplan innehåller den också den centrala processorenheten och är värd för andra delsystem och enheter.

En typisk stationär dator har sin mikroprocessor , huvudminne och andra viktiga komponenter anslutna till moderkortet. Andra komponenter såsom extern lagring , regulatorer för videodisplayen och ljud , och perifera anordningar kan fästas till moderkortet som instickskort eller via kablar; i moderna mikrodatorer är det allt vanligare att integrera några av dessa kringutrustning i själva moderkortet.

En viktig komponent i ett moderkort är mikroprocessorns stödjande chipset , som tillhandahåller stödjande gränssnitt mellan CPU: n och de olika bussarna och externa komponenter. Denna kretsuppsättning avgör i viss mån moderkortets funktioner och kapacitet.

Moderna moderkort inkluderar:

Dessutom innehåller nästan alla moderkort logik och kontakter för att stödja vanliga inmatningsenheter, till exempel USB för musenheter och tangentbord . Tidiga persondatorer som Apple II eller IBM PC inkluderade endast detta minimala perifera stöd på moderkortet. Ibland integrerades även videogränssnittshårdvara i moderkortet; till exempel på Apple II och sällan på IBM-kompatibla datorer som IBM PC Jr . Ytterligare kringutrustning som diskkontroller och seriella portar tillhandahålls som expansionskort.

Med tanke på den höga termiska designkraften hos höghastighetsdatorprocessorer och komponenter innehåller moderna moderkort nästan alltid kylflänsar och monteringspunkter för fläktar för att släppa ut överskottsvärme.

Formfaktor

Huvudartikel: Jämförelse av datorformfaktorer

Moderkort produceras i olika storlekar och former som kallas datorformfaktor , varav några är specifika för enskilda datortillverkare. Men moderkort som används i IBM-kompatibla system är utformade för att passa olika fall storlekar. Från och med 2005 använder de flesta moderkort för stationära datorer ATX -standardformfaktorn - även de som finns i Macintosh- och Sun -datorer, som inte har byggts av råvarukomponenter. Ett foders moderkort och strömförsörjningsenhet (PSU) formfaktor måste alla matcha, även om vissa mindre formfaktormoderkort i samma familj passar större fodral. Till exempel kommer ett ATX -fodral vanligtvis att rymma ett microATX -moderkort. Bärbara datorer använder vanligtvis mycket integrerade, miniatyriserade och anpassade moderkort. Detta är en av anledningarna till att bärbara datorer är svåra att uppgradera och dyra att reparera. Ofta kräver fel på en bärbar komponent att hela moderkortet byts ut, vilket vanligtvis är dyrare än ett stationärt moderkort

CPU -uttag

Ett CPU -uttag (central processorenhet) eller kortplats är en elektrisk komponent som ansluts till ett kretskort (PCB) och är utformad för att rymma en CPU (även kallad en mikroprocessor). Det är en speciell typ av integrerat kretsuttag utformat för mycket höga stiftantal. Ett CPU -uttag ger många funktioner, inklusive en fysisk struktur för att stödja CPU: n, stöd för en kylfläns, underlättar byte (samt minskar kostnaderna), och viktigast av allt, bildar ett elektriskt gränssnitt både med CPU: n och kretskortet. CPU -uttag på moderkortet kan oftast hittas i de flesta stationära och serverdatorer (bärbara datorer använder vanligtvis ytmonterade processorer), särskilt de som är baserade på Intel x86 -arkitekturen. En CPU -sockeltyp och moderkortchipset måste stödja CPU -serien och hastigheten.

Integrerade kringutrustning

Blockdiagram över ett moderkort från början av 2000-talet, som stöder många inbyggda perifera funktioner samt flera expansionsplatser

Med de stadigt sjunkande kostnaderna och storleken på integrerade kretsar är det nu möjligt att inkludera stöd för många kringutrustning på moderkortet. Genom att kombinera många funktioner på ett kretskort kan den fysiska storleken och totalkostnaden för systemet minskas. mycket integrerade moderkort är därför särskilt populära i små formfaktorer och budgetdatorer.

Perifera kortplatser

Ett typiskt moderkort kommer att ha olika antal anslutningar beroende på dess standard och formfaktor .

Ett vanligt, modernt ATX-moderkort har vanligtvis två eller tre PCI-Express x16-anslutningar för ett grafikkort, en eller två äldre PCI-kortplatser för olika expansionskort och en eller två PCI-E x1 (som har ersatt PCI ). Ett vanligt EATX- moderkort kommer att ha två till fyra PCI-E x16-anslutningar för grafikkort och ett varierande antal PCI- och PCI-E x1-kortplatser. Det kan ibland också ha en PCI-E x4-kortplats (varierar mellan märken och modeller).

Vissa moderkort har två eller flera PCI-E x16-kortplatser, för att tillåta mer än 2 bildskärmar utan speciell hårdvara, eller använda en speciell grafikteknik som kallas SLI (för Nvidia ) och Crossfire (för AMD ). Dessa gör att två till fyra grafikkort kan kopplas ihop, för att möjliggöra bättre prestanda vid intensiva grafiska datauppgifter, till exempel spel, videoredigering, etc.

I nyare moderkort är M.2 -kortplatserna för SSD och/eller trådlös nätverksgränssnittskontroller .

Temperatur och tillförlitlighet

Ett moderkort till en bärbar dator i Vaio E -serien (höger)
Ett microATX -moderkort med några defekta kondensatorer
Huvudartikel: Datorkylning

Moderkort är vanligtvis luftkylda med kylflänsar som ofta är monterade på större chips i moderna moderkort. Otillräcklig eller felaktig kylning kan skada datorns interna komponenter eller krascha . Passiv kylning , eller en enda fläkt monterad på strömförsörjningen , var tillräcklig för många stationära datorprocessorer fram till slutet av 1990 -talet; sedan dess har de flesta krävt CPU -fläktar monterade på och kylflänsar , på grund av stigande klockhastigheter och strömförbrukning. De flesta moderkort har kontakter för ytterligare datorfläktar och integrerade temperatursensorer för att upptäcka moderkort- och CPU -temperaturer och kontrollerbara fläktkontakter som BIOS eller operativsystemet kan använda för att reglera fläkthastigheten. Alternativt kan datorer använda ett vattenkylsystem istället för många fläktar.

Vissa datorer med liten formfaktor och hemmabio-datorer som är utformade för tyst och energieffektiv drift har fläktfria mönster. Detta kräver vanligtvis användning av en lågeffekts-CPU, samt en noggrann layout av moderkortet och andra komponenter för att möjliggöra placering av kylfläns.

En studie från 2003 visade att en del falska datorn kraschar och allmänna tillförlitlighetsproblem, från skärmen bild snedvridning av I / O läsa / skriva fel, kan hänföras inte programvara eller perifer hårdvara men åldrande kondensatorer på PC-moderkort. I slutändan visade sig detta vara resultatet av en defekt elektrolytformulering, ett problem som kallas kondensatorpest .

Moderna moderkort använder elektrolytkondensatorer för att filtrera likströmmen fördelad runt kortet. Dessa kondensatorer åldras med en temperaturberoende hastighet, eftersom deras vattenbaserade elektrolyter långsamt avdunstar. Detta kan leda till förlust av kapacitans och efterföljande moderkortfel på grund av spänningsinstabilitet . Medan de flesta kondensatorer är klassade för 2000 driftstimmar vid 105 ° C (221 ° F), fördubblas deras förväntade designliv ungefär för varje 10 ° C (18 ° F) under detta. Vid 65 ° C (149 ° F) kan en livslängd på 3 till 4 år förväntas. Många tillverkare levererar dock undermåliga kondensatorer, vilket avsevärt minskar livslängden. Otillräcklig kylning och höga temperaturer runt CPU -uttaget förvärrar detta problem. Med toppblåsare kan moderkortets komponenter hållas under 95 ° C (203 ° F), vilket effektivt fördubblar moderkortets livslängd.

Mellanklass och avancerade moderkort använder å andra sidan uteslutande solida kondensatorer. För varje 10 ° C mindre multipliceras deras genomsnittliga livslängd ungefär med tre, vilket resulterar i en 6 gånger högre livslängd vid 65 ° C (149 ° F). Dessa kondensatorer kan vara klassade för 5000, 10000 eller 12000 driftstimmar vid 105 ° C (221 ° F), vilket förlänger den förväntade livslängden i jämförelse med vanliga fasta kondensatorer.

I stationära datorer och bärbara datorer är moderkortets kyl- och övervakningslösningar vanligtvis baserade på Super I/O eller Embedded Controller .

Bootstrapping med Basic Input/Output System

Moderkort innehåller en ROM (och senare EPROM , EEPROM , NOR flash ) för att initialisera hårdvaruenheter och laddar ett operativsystem från kringutrustningen . Mikrodatorer som Apple II och IBM PC använde ROM -chips monterade i uttag på moderkortet. Vid uppstart laddar den centrala processorenheten sin programräknare med adressen för Boot ROM och börjar köra instruktioner från Boot ROM. Dessa instruktioner initierade och testade systemhårdvaran, visar systeminformation på skärmen, utförde RAM -kontroller och laddade sedan ett operativsystem från en kringutrustning. Om ingen var tillgänglig, skulle datorn utföra uppgifter från andra ROM -butiker eller visa ett felmeddelande, beroende på datorns modell och design. Till exempel hade både Apple II och den ursprungliga IBM -datorn Cassette BASIC (ROM BASIC) och skulle starta det om inget operativsystem kunde laddas från disketten eller hårddisken.

De flesta moderna moderkortdesigner använder ett BIOS , lagrat i ett EEPROM- eller NOR -flashchip som är lödt på eller hylsat på moderkortet, för att starta ett operativsystem . När datorn är påslagen testar och konfigurerar BIOS -firmware den minne, kretsar och kringutrustning. Detta Power-On Self Test (POST) kan innehålla testning av några av följande saker:

Många moderkort använder nu en efterföljare till BIOS som heter UEFI . Det blev populärt efter att Microsoft började kräva att ett system skulle certifieras för att köra Windows 8 .

Se även

Referenser

externa länkar