ОБЪЕДИНИТЕЛЬНАЯ ПЛАТА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УСТАНОВКИ МОДУЛЯ ПРОЦЕССОРА И ПЛАТ РАСШИРЕНИЯ

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована в компактных многофункциональных вычислительных устройствах.
Известна объединительная плата, входящая в состав промышленного компьютера (US 6147863, G06F 1/16, Н05К 1/14, Nov. 14, 2000). Данная плата предназначена для подключения модуля процессора и плат расширения. Недостатком данной платы является то, что процессорный модуль и платы расширения устанавливаются в разъемы объединительной платы перпендикулярно к ней, что увеличивает размеры компьютера.
Известна также объединительная плата, содержащая разъемы для подключения модуля процессора и плат расширения, разъемы питания, интерфейсные разъемы, преобразователь напряжения, аудиоконтроллер.
Недостатком приведенной платы является то, что используемые разъемы допускают установку модуля процессора и плат расширения только перпендикулярно плате объединительной, что занимает большой пространственный объем. (US 5852725, G06F 13/00, Dec. 22, 1998).
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) предложенной полезной модели является объединительная (материнская) плата, входящая в состав компьютера (US 20030123221 Al, G06F 1/16, 03.07.2003). Плата содержит: разъем для подключения модуля процессора, разъем (порт) для подключения переходного устройства для установки плат расширения, электронные компоненты, разъемы питания и интерфейса.
Применение данной объединительной платы совместно с переходным устройством для установки плат расширения позволяет устанавливать модуль процессора и платы расширения параллельно объединительной плате, что снижает пространственный объем компьютера (вычислительного узла) относительно вышеприведенных аналогов.
Недостатком применения данной объединительной платы является то, что, в переходном устройстве разъемы для установки плат расширения расположены один над другим, поэтому даже две платы расширения, установленные через переходное устройство в объединительную плату, располагаются не в одной плоскости, а в параллельных плоскостях, одна над другой. Увеличение количества плат расширения приводит к увеличению пространственного объема (высоты) вычислительного узла.
Подключение плат расширения к объединительной плате через переходное устройство снижает надежность вычислительного узла, вследствие увеличения числа контактных сочленений.
Увеличение числа плат расширения, подключаемых к объединительной плате через переходное устройство, являющееся просто группой электрически соединенных разъемов, приводит к ухудшению электрических параметров сигналов из-за большого числа нагрузок, что также снижает надежность вычислительного узла.
Технической задачей полезной модели является уменьшение пространственного объема и повышение надежности вычислительных узлов, создаваемых на базе объединительной платы.
Техническая задача решается тем, что в объединительную плату с возможностью установки модуля процессора и плат расширения, содержащую разъем для подключения модуля процессора, преобразователь напряжения, разъем питания, интерфейсные разъемы, причем вход преобразователя напряжения соединен с контактами разъема питания, первая группа выходов преобразователя напряжения соединена с контактами питания разъема для подключения модуля процессора, контакты интерфейсных сигналов разъема для подключения модуля процессора соединены с соответствующими контактами интерфейсных разъемов, введены усилитель - преобразователь шинных сигналов и группа мезонинных разъемов для подключения плат расширения, причем контакты шинных сигналов разъема для подключения модуля процессора через усилитель - преобразователь шинных сигналов соединены с контактами шинных сигналов группы мезонинных разъемов для подключения плат расширения, второй выход преобразователя напряжения соединен со входом питания усилителя - преобразователя шинных сигналов, третья группа выходов преобразователя напряжения соединена с контактами питания группы мезонинных разъемов для подключения плат расширения; разъем для подключения модуля процессора является мезонинным.
Применение предложенной объединительной платы при построении вычислительных узлов позволяет уменьшить их пространственный объем за счет установки модуля процессора и не менее четырех плат расширения непосредственно в мезонинные разъемы объединительной платы, в одной плоскости, параллельной объединительной плате.
Установка плат расширения в мезонинные разъемы объединительной платы без переходного устройства позволяет уменьшить количество контактных сочленений, что повышает надежность вычислительного узла.
Передача шинных сигналов от контактов разъема для подключения модуля процессора до соответствующих контактов группы мезонинных разъемов для подключения плат расширения через формирователь-усилитель сигналов (мост) улучшает электрические характеристики сигналов (в частности - нагрузочную способность), что также повышает надежность функционирования вычислительного узла.
Вычислительные узлы, построенные с применением предлагаемой объединительной платы, выполняют все функции типичные для персональных и промышленных компьютеров, а также имеют компактный пространственный объем (являются плоскими) и обладают высокой надежностью.
Возможность использования процессорных модулей различной производительности, а также широкого ряда плат расширения позволяет строить вычислительные узлы с различной производительностью и функциональными возможностями.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) на которых изображены:
на фиг. 1 - структурная схема объединительной платы;
на фиг. 2 - примерный внешний вид объединительной платы;
на фиг. 3 - примерный внешний вид объединительной платы с установленными: модулем процессора и четырьмя платами расширения (вид сверху);
на фиг. 4 - примерный внешний вид объединительной платы с установленными: модулем процессора и четырьмя платами расширения (вид сбоку).
Компоненты, изображенные на чертежах (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) имеют общую нумерацию.
На фиг.1 обозначены:
1 - плата объединительная;
2 - разъем для подключения модуля процессора;
3 - интерфейсные разъемы;
4 - преобразователь напряжения;
5 - разъем питания;
6 - усилитель-формирователь шинных сигналов;
7 - группа мезонинных разъемов для подключения плат расширения.
Согласно фиг. 1, контакты шинных сигналов разъема для подключения модуля процессора 2 через усилитель - преобразователь шинных сигналов 6 соединены с контактами шинных сигналов группы мезонинных разъемов для подключения плат расширения 7, контакты интерфейсных сигналов разъема для подключения модуля процессора 2 соединены с соответствующими контактами интерфейсных разъемов 3, вход преобразователя напряжения 4 соединен с контактами разъема питания 5, первая группа выходов преобразователя напряжения 4 соединена с контактами питания разъема для подключения модуля процессора 2, второй выход преобразователя напряжения 4 соединен со входом питания усилителя - преобразователя шинных сигналов 6, третья группа выходов преобразователя напряжения 4 соединена с контактами питания группы мезонинных разъемов для подключения плат расширения 7.
На фиг. 2 обозначены:
1 - плата объединительная;
2 - разъем для подключения модуля процессора;
3 - интерфейсные разъемы;
4 - преобразователь напряжения;
5 - разъем питания;
6 - усилитель-формирователь шинных сигналов;
7 - группа мезонинных разъемов для подключения плат расширения.
На фиг. 3 обозначены:
1 - плата объединительная;
3 - интерфейсные разъемы;
4 - преобразователь напряжения;
5 - разъем питания;
6 - усилитель-формирователь шинных сигналов;
8 - модуль процессора;
9 - платы расширения.
Примечание: Разъем для подключения модуля процессора 2 и группа разъемов для подключения плат расширения 7 на фиг. 3 не обозначены, так как закрыты модулем процессора 8 и платами расширения 9 соответственно.
На фиг. 4 обозначены:
1 - плата объединительная;
2 - разъем для подключения модуля процессора;
3 - интерфейсные разъемы;
6 - усилитель-формирователь шинных сигналов;
8 - модуль процессора;
9 - платы расширения.
Примечание: Преобразователь напряжения 4 и разъем питания 5 на фиг. 3 не обозначены, так как закрыты модулем процессора 8.
Предложенная объединительная плата 1 функционирует в составе вычислительного узла следующим образом.
Производится включение питания вычислителя. С блока питания вычислителя, подключенного к разъему питания 5 платы 1, напряжение поступает на преобразователь напряжения 4, с выхода которого необходимые номиналы напряжений разводятся для питания основных электронных компонентов вычислительного узла. Далее производится автоматическое тестирование и инициализации оборудования вычислительного узла под управлением программы BIOS, записанной в ПЗУ модуля процессора 8, подключенного к мезонинному разъему 2 платы 1 (для подключения модуля процессора может быть использован стандартный интерфейс COM Express, что позволяет применять в вычислительном узле широкую номенклатуру готовых процессорных модулей различной производительности).
После инициализации оборудования, фрагменты операционной системы, хранящиеся на внешнем накопителе, подключенном к одному из интерфейсных разъемов 3 платы 1 по интерфейсу SATA, загружаются в оперативную память модуля процессора 8. Под управлением модуля процессора 8 производятся выполнение вычислительного процесса, включающего в себя:
- выполнение вычислительных операций;
- обмен данными с внешним накопителем;
- оперативное отображение видеоинформации на экран (через видеоадаптер, подключенный к одному из интерфейсных разъемов 3 платы 1 по интерфейсу VGA);
- связь вычислительного узла с другими узлами по локальной сети Ethernet через кабели, подключенные к сетевым разъемам, входящим в состав интерфейсных разъемов 3 платы 1;
- вывод звуковых сигналов на колонки или наушники (через аудио контроллер, подключенный к одному из интерфейсных разъемов 3 платы 1);
- ввод пользователем алфавитно-цифровой информации с клавиатуры и графических целеуказаний с манипулятора (мышь), подключенных к разъемам USB, входящим в состав интерфейсных разъемов 3 платы 1.
Для определенности предположим, что в мезонинные разъемы для подключения плат расширения, входящие в группу разъемов 7 платы 1и электрически связанные с разъемом 2 платы 1 через усилитель-формирователь шинных сигналов 6 (в качестве которого может служить стандартный мост PCI-PCI), установлены четыре платы расширения 9. В качестве интерфейсов для подключения плат расширения могут быть использованы стандартные интерфейсы PCI Mezzanine Card и Express Mezzanine Card. Это позволяет применять в вычислительном узле широкую номенклатуру готовых плат расширения различного функционального назначения.
В нашем примере вычислительного узла, в группу мезонинных разъемов 7 платы 1 установлены следующие платы расширения 9:
- два адаптера изолированного дискретного ввода/вывода, с 16 оптически-изолированными каналами дискретного ввода и 16 каналами релейного вывода в каждом;
- два адаптера мультиплексных каналов, каждый из которых обеспечивает обмен данными по двум независимым мультиплексным каналам информационного обмена (МКИО) в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003 (MIL-STD-1553 В).
При такой конфигурации вычислительный узел представляет собой промышленный компьютер, позволяющий решать задачи автоматического управления промышленным оборудованием.
Два адаптера изолированного дискретного ввода/вывода 9, под управлением модуля процессора 8, осуществляют (по каналам релейного обмена) автоматическое управление 32 независимыми исполнительными механизмами объектов управления, а также непрерывный автоматический контроль (через гальванически изолированные оптопары) за состоянием 32 независимых сигнализаторов (датчиков) объектов управления.
Два адаптера мультиплексных каналов 9, под управлением модуля процессора 8, по независимым мультиплексным каналам информационного обмена (МКИО) обеспечивают обмен данными с четырьмя локальными автоматизированными рабочими местами, решающими текущие задачи автоматического управления объектами.