Motherboardy včera, dnes a zítra

Základní desky jsou pravděpodobně nejdůležitější částí počítače, spojují
všechny karty a kabely systému, má na nich svou parcelu procesor, obsahují
čipset a další stovky součástek. V mnoha ohledech se od sebe liší počínaje
rozměry a barevným provedením a konče množstvím moderních technických
vymožeností.
Základní deska je mezi počítačovými komponentami Popelkou, o které se málokdy
mluví, bez níž byste ale neotevřeli jediný program, neupravili jediný
dokument, ani si neprohlédli jedinou webovou stránku. Nabízíme vám proto
bližší pohled na tuto nepostradatelnou součást každého počítačového systému.
I když se možná na první pohled tváří nenápadně, dá se říci, že základní deska
je vůbec nejdůležitější součástí počítače. Představuje páteř celého systému,
ke které jsou ostatní komponenty připojeny a skrze niž spolu komunikují.
Základní deska obsahuje sloty a sockety pro procesor, paměť a přídavné karty,
kontroléry pro celou řadu interních disků, porty pro připojení nejrůznějších
externích zařízení, a v neposlední řadě i propojení tlačítek a diod na přední
straně počítače.
Co je však ještě důležitější, motherboard také umožňuje výměnu dat mezi všemi
těmito součástmi. Může jít o ukládaný soubor, který je třeba přenést z
operační paměti na pevný disk, výsledek složitého výpočtu posílaný grafické
kartě, nebo třeba o jednoduchý stisk klávesy či pohyb myši v každém z těchto
případů je za správnou koordinaci zodpovědný právě motherboard.
Povíme vám o základních deskách všechno, co potřebujete vědět, od jejich
historie a vývoje až po současnou situaci na trhu a vyhlídky do budoucna.
Nejnovějším hitem jsou miniaturní motherboardy pro mini PC a takzvané barebone
systémy usnadňují práci těm, kdo si chtějí postavit počítač sami. Společnost
Intel má navíc v úmyslu prosadit v tomto odvětví nový design, takže právě teď
je ta správná doba seznámit se blíže s touto nadmíru důležitou součástí
každého počítače.

Pohled do historie
Motherboard stolního počítače je v podstatě asi 2 mm silná deska formátu A4,
pokrytá plošnými obvody. Je připevněna ke spodní straně krytu počítače a k ní
se potom připojují všechny další komponenty, karty a kabely.
První základní deska pro stolní počítač se objevila v roce 1981 spolu s
počítači IBM. Firma IBM vyvinula nový druh sběrnice a nazvala ho Industry
Standard Architecture, zkráceně ISA.
V roce 1984 způsobil přelom v odvětví nástup další architektury z dílny
společnosti IBM, zvané AT (Advanced Technology), která byla navržena pro
16bitové procesory 80286 od Intelu a vyznačovala se širšími 16bitovými sloty,
které se na motherboardech objevovaly ještě na konci devadesátých let minulého
století.
V polovině osmdesátých let byly pevné disky připojeny ke složitým
kontrolérům, dokud společnosti Compaq a Western Digital neobjevily způsob,
jak integrovat tyto kontroléry přímo do pevného disku. Toto řešení se objevilo
v roce 1986 pod názvem Integrated Drive Electronics standard, zkráceně IDE.
Takovéto disky se také staly součástí standardu ATA AT Attachment který
používají disky a základní desky ještě dnes, i když v mnohem rychlejší formě.
S rozvojem počítačových komponent se objevovaly nové a nové druhy sběrnic,
ale jen málokterým z nich se podařilo uchytit na delší dobu. Teprve v roce
1993 přišla společnost Intel se svou PCI (Peripheral Component Interconnect)
sběrnicí, která byla navržena tak, aby si dokázala poradit s 32 bity dat a
komunikovala přímo s hlavní pamětí a procesorem. Netrvalo dlouho a nové krátké
bílé PCI sloty se staly standardní součástí motherboardu.
Požadavky na výkon se neustále zvyšovaly a neustále se objevovaly nové
komponenty, proto v roce 1995 vyvinul Intel inovovaný design základní desky.
Vzal existující AT design, otočil ho o devadesát stupňů, všechny externí porty
sjednotil do jednoho bloku a připojil desku k novému typu zdroje. Výsledná
architektura byla nazvána AT extended, neboli ATX.
Zatím poslední výraznou změnu přinesl rok 1997, kdy sběrnice PCI přestaly
stačit nárokům 3D grafiky. Intel opět vyvinul novou vysokorychlostní sběrnici
věnovanou výhradně grafice a nazval ji AGP, Accelerated Graphics Port.
Architektura ATX s jedním AGP a několika PCI sloty se potom stala standardním
typem základní desky, který je používán dodnes.
Nejvýraznější výhodou tohoto designu je skutečnost, že většinu ATXových
motherboardů lze použít s jakoukoliv ATX skříní a připojit k jakémukoliv ATX
zdroji. I když některé nejnovější komponenty jsou velice náročné a vyžadují
proto silnější zdroj, ve většině případů je výměna starého ATXového
motherboardu za nový jednoduchou záležitostí, což přináší větší flexibilitu a
snadnou podporu a konektivitu nových komponent.

Současnost
Přestože se základy architektury ATX od konce devadesátých let téměř
nezměnily, některé její součásti procházejí neustálým vývojem. Patice hlavního
procesoru mění tvar zhruba jednou do roka, jak se objevují nové čipy od
Intelu a AMD. Obě tyto společnosti vyžadují pro současnou nabídku procesorů
množství vzájemně nekompatibilních patic, což znamená, že každá základní deska
nutně podporuje jenom jednu řadu procesorů.
Aby udržely krok se stále rychlejšími procesory, jsou pravidelně vylepšovány
i paměťové sběrnice a sběrnice AGP, a to s sebou většinou nese i modernější
sloty. Koordinaci dat mezi všemi těmito součástmi, včetně podpory disků a
externích portů, má na starosti čipset.
Existuje mnoho druhů čipsetů s nejrůznějšími funkcemi, ale každý z nich je
navržen tak, aby fungoval jen s jedním typem procesoru. Firmy Intel, VIA, ATI
a SiS vyrábějí čipsety pro procesory Intel, zatímco VIA a nVidia produkují
rovněž čipsety pro procesory AMD.
Většina čipsetů je rozdělena na dvě poloviny Northbridge, která má na starosti
procesor, paměť a grafiku, a skromnější Southbridge, která obstarává diskové
kontroléry a externí porty. Výrobci základních desek volí čipset tak, aby se
co nejlépe hodil pro daný procesor a požadované funkce.
Novější generace procesorů, grafických karet a pamětí vyžadují čipset
Northbridge a většina výrobců základních desek využívá této příležitosti, aby
ho doplnili modernějším čipsetem Southbridge s podporou nejnovějších portů a
disků, například USB 2.0 a Serial ATA.
Nový čipset proto znamená významné zlepšení výkonu, nemůžete ho ale bohužel
jen tak vyměnit, protože je neoddělitelně svázán s příslušnými porty a
sockety a pevně připájen k základní desce, výměna čipsetu znamená výměnu
celého motherboardu.

Co najdeme na motherboardu?
Zatímco k výraznějším změnám procesorů dochází zhruba jenom jednou do roka,
výrobci základních desek a čipsetů neustále přicházejí s novými funkcemi, a
trh v této oblasti se tak nepřetržitě vyvíjí. Budeme-li zde tedy popisovat
vzhled motherboardů, opravdu tím myslíme jejich současný vzhled.
Typická základní deska vychází z architektury ATX s jedním AGP slotem a zhruba
pěti PCI sloty. Většina současných modelů podporuje jeden ze standardů AGP 4x
a 8x, které dokáží přenášet data až osmkrát rychleji než původní sběrnice AGP.
Některé motherboardy mají pro větší pohodlnost a úsporu nákladů vestavěnou
AGP grafiku. I když se vestavěná grafika také zdokonaluje, pořád zůstává jednu
až dvě generace pozadu za nejlepšími AGP kartami. Většinu desek s vestavěnou
grafikou je možné doplnit AGP kartou, ale vždy je lepší se ujistit, že tomu
tak v daném případě opravdu je.
Na desce také najdeme dva až čtyři sloty pro paměťové moduly, ve valné většině
případů 184pinové DIMM čipy s technologií DDR (Double Data Rate). Technologie
DDR se také zrychluje, poslední oficiální verze (také známá jako PC3200)
funguje na 400 MHz a běží párově na nejrychlejších dvojkanálových čipsetech.
Celkové množství a typ podporované paměti závisí na čipsetu i na architektuře
motherboardu.
Moderní základní desky většinou podporují čtyři až osm interních disků, včetně
pevných disků a CD/DVD mechanik. Zařízení RAID (Redundant Array of Independent
Disks) využívají dvou či více disků pro rychlejší nebo spolehlivější výkon a
začínají se také stále více rozšiřovat. Zatímco na většině základních desek
stále najdeme staré široké konektory, čím dál častěji bývají střídány
standardem Serial ATA (SATA) s užšími kabely usnadňujícími manipulaci a
proudění vzduchu ve skříni. Většina nových motherboardů je vybavena oběma typy
konektorů.
Také nabídka externích portů se neustále rozšiřuje, mnoho základních desek už
dnes nabízí čtyři až osm USB 2.0 portů, multikanálové audio a ethernetový
port s rychlostí až 100 nebo dokonce 1 000 megabitů za sekundu. Častá je i
podpora firewireových portů.

Patice
Nakonec, a to je ze všeho nejdůležitější, najdeme na motherboardu patici pro
procesor a odpovídající čipset. Jak jsme si již řekli dříve, každá kombinace
patice a čipsetu podporuje jenom určitou řadu procesorů. Současné procesory
Intel Pentium 4 a Celeron používají Socket 478 (se 478 piny), zatímco Athlon
XP od AMD používá Socket 462 (také zvaný Socket A).
Nové 64bitové procesory Athlon existují ve dvou variantách, z nichž každá
vyžaduje jiný socket a tedy i jinou základní desku. Athlon 64 používá Socket
754, zatímco Athlon 64 FX vyžaduje Socket 940. Společnost AMD nedávno
oznámila, že během léta 2004 přejdou oba čipy na 939pinovou patici, což bude
opět vyžadovat jiný motherboard. Později v průběhu roku by se měly objevit
nové procesory P4 pro 775pinový socket. Po určité přechodné období budou ale
stále v nabídce i nové procesory a motherboardy podporující starší typy patic.
Přestože trhu se základními deskami v současné době dominuje architektura
ATX, existují i alternativní, menší uspořádání. Samotné ATX se nabízí v
menších formách Micro-ATX a Flex-ATX, a průkopnická firma Shuttle vyvinula
dokonce vlastní design (viz barebone systémy).
Vůbec nejmenší základní deskou je v současnosti motherboard Mini-ITX o
rozměrech pouze 17 x 17 cm. Existují i Mini-ITX desky pro Pentium 4, většinou
se však tato architektura používá se skromnějšími procesory bez možnosti
upgradu, například s čipy C3.
Pokud jde o cenu, pohybují se základní desky většinou v rozmezí 1 200 až 8
000 korun, v závislosti na tom, zda podporují nejnovější procesory, jakými
paměťovými a AGP technologiemi jsou vybaveny, a na množství integrovaných
zařízení. Podpora procesoru, pamětí a AGP je důležitá, protože se většinou
odvíjí od použitého čipsetu a není možné ji změnit bez výměny celé desky.
Integrovaná zařízení, jako audio nebo FireWire, nejsou tak podstatná, protože
jenom málo z nich nelze k běžnému motherboardu dodat pomocí přídavných PCI
karet. Je však obvykle levnější použít integrovaná zařízení, nežli dokupovat
další karty, a v případě potřeby lze integrovaná zařízení deaktivovat. Při
volbě motherboardu je tedy nejdůležitější se nejprve rozhodnout, jaký procesor
budeme chtít použít.
Také je dobré si zjistit, zda bude možné danou základní desku použít s
následujícími generacemi našeho procesoru, abychom si nezavřeli dveře před
případným upgradem. Například většina nových motherboardů pro P4 by měla
podporovat novou verzi "Prescott" bez nutných úprav, případně s jednoduchým
updatem BIOSu. Někdy se ale nová verze procesoru může natolik lišit, že ji
nelze kombinovat s předchozí verzí motherboardu tak už to bohužel na trhu
chodí.
Kromě podpory procesoru závisí volba základní desky na nabízených funkcích,
integrované konektivitě a ceně. Výkon motherboardů se stejným čipsetem je
většinou zcela srovnatelný.

Architektury budoucnosti
Současnému trhu se základními deskami dominuje architektura ATX, ale nebude
tomu tak navždycky. Možná nejdůležitější nastupující konkurencí je
architektura BTX, nedávno představená Intelem, která řeší problémy s hlukem a
přehříváním (viz vložený článek). Menší typy motherboardů jsou neustále
populárnější a stále více výrobců se vydává cestou, kterou vytyčila firma
Shuttle, a nabízí miniaturní motherboardy spolu s odpovídajícími skříněmi v
podobě tzv. barebone systémů.
Dají se očekávat i opravdu malé motherboardy, umožňující stavbu systémů, které
bychom dříve považovali za nemožné. Vedoucí firmou na trhu je v tomto oboru
společnost VIA, jež nedávno představila svou architekturu Nano-ITX. Při
vskutku miniaturních rozměrech 12 x 12 cm jde o zatím nejmenší PC-kompatibilní
motherboard, který by se měl objevit během roku 2004. Bez ohledu na velikost
budou motherboardy vybaveny nejnovějšími možnostmi komunikace a i v této
oblasti se v roce 2004 dočkáme změn. Nejdůležitější z nich bude nahrazení PCI
sběrnic, které po deseti letech existence už přestávají stačit nárokům
gigabitových sítí a USB 2.0.
Následníkem PCI bude takzvaná sběrnice PCI Express, která by se měla s novým
čipsetem objevit na základních deskách ke konci roku 2004. Zatímco staré PCI
sběrnice nabízely maximální propustnost 132 megabytů za sekundu (MB/s), PCI
Express zvládne až 200 megabytů. Co je však důležitější, PCI Express zvládá
tuto rychlost již ve specifikaci 1x a standard počítá s implementací v podobě
2x, 4x, 8x, 16x a 32x, čímž se celková propustnost mohutně zvýší. Protože je
16x PCI Express dvakrát rychlejší než AGP 8x, nahradí vbrzku coby hlavní
grafická sběrnice i AGP. První motherboardy s PCI Express budou nejspíš
vybaveny několika PCI sběrnicemi staršího typu, několika 1x PCI Express
sběrnicemi a jednou 16x PCI Express sběrnicí pro grafiku.
Časem by se mělo odebrat na věčnost také několik zastaralých externích portů.
Rozloučíme se s parelelními, sériovými a časem i PS/2 porty, které vystřídá
větší množství USB. Pro interní disky bude standardem Serial ATA a na
základních deskách (a později v čipsetech) se budeme stále častěji setkávat s
integrovanými zařízeními pro bezdrátové sítě.
Co tedy chybí motherboardům na kráse, je bohatě vynahrazeno množstvím
pokročilých technologií, které nám umožňují dostat z našich počítačů co nejvíc.

Architektura BTX

Společnost Intel se domnívá, že architektura ATX již brzy přestane dostačovat
požadavkům nových, rychlejších komponent, které vyžadují vyšší stupeň
chlazení. Vyvinula proto následovníka ATXových motherboardů.
Nová architektura nazvaná BTX (Balanced Technology eXtended) optimalizuje
vzduchové chlazení nejvíce zahřívaných komponent. Procesor byl přesunut na
přední stranu počítače, kde plně využívá vzduchu nasávaného větrákem.
Speciálně vyvinutá "kapota", nazývaná termální modul, usměrňuje proudění
vzduchu přímo k čipu a od něj pak k dalším zahřívaným součástem motherboardu,
například napěťovým regulátorům a čipsetu. Architektura je navržena tak, aby
byly dostatečně vzduchově chlazeny i grafické a paměťové subsystémy.
Sloty pro karty zůstaly umístěny v zadní části desky. BTXové motherboardy jsou
také vůbec poprvé umístěny poněkud výše, aby i malé komponenty na spodní části
desky měly dostatek chladného vzduchu.
Kromě běžných BTXových motherboardů budou k dostání i menší verze, microBTX a
picoBTX. Nejmenší z nich by měla umožnit konstrukci systémů o vnitřním objemu
šest až sedm litrů, které by měly na rozdíl od přibližně stejně velikých
počítačů firmy Shuttle zvládnout chlazení tepelně náročnějších komponent
budoucnosti.
Intel považuje BTX za následníka ATXových desek, tyto desky však budou
vyžadovat nové skříně a v ideálním případě i nové zdroje. První modely můžeme
očekávat v průběhu tohoto roku. Společnost AMD zatím neoznámila, že by měla v
úmyslu přejít k architektuře BTX, výrobci počítačů tedy budou muset v
budoucnu volit odlišné druhy skříní pro systémy s procesory Intel a AMD. Více
informací o této problematice najdete například na stránkách
http://www.formfactors.org.

Barebone systémy

S rostoucím počtem zařízení integrovaných přímo na základní desce mnoho
systémů nevyužije plný počet PCI slotů často ani jediný. Jejich odstraněním
bylo umožněno vyvinout menší motherboardy, pro které však nebylo snadné najít
odpovídající skříně.
Proto tchajwanský výrobce motherboardů Shuttle přišel s chytrým plánem:
vyrábět kompaktní skříně a zdroje navržené speciálně pro miniaturní
motherboardy z jejich produkce a prodávat je dohromady jako jedno zařízení.
Tento koncept je označován jako barebone. Koupíte si malý motherboard, který
už je zabudován v odpovídající malé skříni vybavené patřičným zdrojem.
Kombinace motherboardu přímo s určitým designem skříně také firmě Shuttle
umožnila vybavit přední panel počítače celou řadou portů připojených k desce
už při výrobě. Stačí tedy dodat paměť, disky a procesor, a počítač je
kompletní.
Nejnovější barebone systémy firmy Shuttle jsou malé, mají ale celkem všechno,
co si uživatel může přát, podporují nejmodernější procesory a paměťové moduly,
jsou vybaveny širokou řadou portů včetně Ethernetu, USB 2.0, digitálního audia
a FireWire. Najdeme v nich i po jednom PCI a AGP slotu pro další rozšíření, a
mají pochopitelně příslušnou skříň a zdroj. Ceny jednotlivých modelů se
pohybují mezi 9 000 a 14 000 korunami, což již stojí za zvážení.
Trh se systémy barebone prosperuje natolik, že celá řada tradičních výrobců
základních desek se rozhodla nezůstat pozadu, a dnes už tak můžete sehnat
modely od firem FIC, MSI, Epox, Soltek, Iwill nebo Abit.