Из чего состоит материнская плата: структура, элементная база?

У многих людей дома, в школе или на работе есть настольный компьютер. Кто-то ведёт на нём бухучёт, кто-то играет в игры, а кто-то даже сам собирает и ремонтирует их. Но хорошо ли вы знаете, из чего состоит компьютер? Взять к примеру скромную материнскую плату – она сидит себе там тихонечко, спокойно выполняет свою работу, и редко удостаивается такого же внимания, как процессор или видеокарта.

Однако значимость материнских плат, напичканных поистине впечатляющими технологиями, переоценить невозможно. Итак, сейчас мы, как студенты-медики, займёмся изучением анатомии материнской платы. Рассмотрим, какие функции выполняют все её части и чем занимается каждый бит!

Для начала небольшое введение…

Давайте начнем с основной роли материнской платы. По сути, она служит для:

  • Обеспечения всех компонентов питанием;
  • Обеспечения связи между компонентами.

Также, с помощью материнской платы осуществляется монтаж элементов, реализуется система обратной связи для их тестирования и прочее. Однако основополагающими функциями являются две вышеупомянутых, поскольку почти каждая часть на плате так или иначе зависит от них.

Практически все современные материнские платы для стандартных ПК имеют разъёмы для центрального процессора (CPU socket), модулей памяти (как правило, типа DRAM) дополнительных карт расширения (таких как видеокарта), накопителей, различных входов/выходов и связи с другими компьютерами и устройствами.

Существуют отраслевые стандарты размеров материнских плат, которых стараются придерживаться производители. Основные размеры, которые вы можете встретить, следующие:

  • Standard ATX – 12 × 9.6 дюйма (305 × 244 мм);
  • Micro ATX – 9.6 × 9.6 дюйма (244 × 244 мм);
  • Mini ITX – 6.7 × 6.7 дюйма (170 × 170 мм) /

В Википедии вы можете найти более полный список форм-факторов, но для удобства мы будем придерживаться Standard ATX, потому что различия обычно заключаются лишь в количестве доступных подключений. Чем больше материнская плата, тем больше на ней может быть размещено слотов и разъёмов.

Но что же это всё-таки такое – материнская плата?

Материнская плата – это просто большая печатная плата с множеством контактов и сотнями, если не тысячами, проводников, соединяющих все узлы и компоненты. Теоретически жесткая плата не нужна: можно соединить всё с помощью кучи проводов. Однако производительность у этого клуба проводов будет ужасной, так как сигналы будут мешать друг другу, а сопротивление проводов приведет к существенным потерям мощности. Наше препарирование мы начнем с типичной материнской платы ATX. На фото вы видите Asus Z97-Pro Gamer, и ее внешний вид и функционал схож с десятками подобных плат.

Единственная проблема с этим фото (помимо того, что материнская плата на нём довольно… скажем так, потрёпана) состоит в том, что множество всевозможных мелких деталей усложняет нам понимание работы узлов платы в целом.

Поэтому для начала давайте взглянем на упрощенную схему этой материнской платы.

Так-то лучше, но мы всё ещё видим множество непонятных контактов и разъёмов. Давайте начнём сверху, с самой важной части.

Шины материнской платы

Как же связывается процессор с другими устройствами компьютера? На самом деле, как и вся электроника по проводникам, на системной плате группа проводников называется шинами. Шины различаются по функциональности: шина команд, шина данных, адресная шина.

Для 32 разрядных процессоров — это 32 параллельных проводника, по которым программы посылают команды для обработки их процессором через ОЗУ. Именно адресную шину нужно считать управляющей остальными, ведь она служит для выбора как данных из оперативной памяти, так и команд.

Если не брать в расчёт внешние устройства, то можно сделать вывод, что процессор получает команды от оперативной памяти и обменивается с ней данными. Процессор кроме оперативной памяти считает внешними все остальные устройства, даже если они является частью системного блока. Все шины, связывающие процессор и оперативную память можно рассматривать как одну главную шину – FSB (Front Side Bus). Говоря о том, что материнская плата работает с частотой 2000 МГц, имеется ввиду именно частота главной шины, именно из неё получает свою частоту и процессор умножая её на коэффициент внутреннего умножения.

Шина plug-and-play

Основным и в тоже время важным достоинством данной шины является её высокая производительность и простота установки оборудования, благодаря ей стало возможным создание самоуправляющихся устройств (plug-and-play).

Суть заключается в том, что после подключения к системной плате другой платы расширения – дочерней, происходит автоматическое определение самого устройства и выделение ему необходимых ресурсов, необходимых для его корректной работы.

Шины PCI и PCI Express

Благодаря PCI и в нынешние дни есть возможность расширить возможности своего компьютера, устанавливая тв-тюнеры для просмотра аналогово телевидения, что актуально при отсутствии постоянно подключения к интернету, или аудио плату, для увеличения звукозаписывающего функционала компьютера, а может и PCI-разветвитель увеличения количества разъёмов USB, что ещё более актуально для устаревших или бюджетных материнских плат.

Но компьютерная технология развивается незамедлительными темпами, и привычной шины PCI, а если быть точнее, то именно её пропускной способности стало недостаточно для высокопроизводительных компонентов. Видеокарта, наверное, будет самым самодостаточным представителем устройств, для которого стало необходимым появление PCI Express 16x, хотя и другие устройства, такие как сетевая карта нуждались в увеличение частоты шины.

Частоту шины PCI стало наращивать не выгодно, так как большому количеству параллельных проводников требовалась их высокая точность изготовления что было дорогостоящим. В связи с этим 2004 год стал началом этапа внедрения PCI Express 16X и PCI Express X1. В результате производство системных плат стало проще, а на ряду с этим и дешевле, к тому же PCI Express 16X стала единственно шиной для подключения видеокарт, а PCI Express X1 альтернативой для PCI.

Интерфейс подключения AGP

В своё время шина AGP, обеспечивала высокопроизводительный обмен данных, но со временем производителей видеокарт этот разъём перестал удовлетворять. Этот интерфейс подключения получил широкое распространение, в связи c сдерживанием компьютерной графики обыкновенным PCI. Хоть интерфейс ещё используется на устаревших компьютерах, современные производители отказались от него так же, как и в своё время от PCI в пользу PCI Express.

USB – интерфейс подключения

Каждый пользователь хочет удобства при работе за компьютером, что бы устройства очень легко устанавливались, не пренебрегая к разборке самого системного блока для его установки, это и стало причиной появления универсального последовательного порта шины USB (Universal Serial Port).

Разъём USB в наши времена входит в состав любого компьютера, от стационарного, ноутбука, до планшета и смартфона, а также клавиатуры, мониторы и множество других устройств. Это разъём обуславливает простоту использования, на передней панели системных блоков для ещё большего удобства бывают выведены такие USB разъёмы.

В бюджетных материнских платах бывает так, что разъёмов USB не хватает для подключения всех устройств, но для этого можно воспользоваться разветвителем или по-другому USB концентратором, портов станет значительно больше. Благодаря USB шине к системной плате подключают очень много устройств: 3g/4g модемы, принтеры и сканеры, не говоря уже о компьютерных мыши и клавиатуре.

Современным читается USB 3.0, но также ещё используются USB 2.0, а сама работа USB – это функция южного моста чипсета материнской платы. Как уже стало понятно, вся работа материнской платы завязана на работе её чипсета, а с каждым годом на материнскую плату ложится всё больше и больше функциональных обязанностей.

Подключение мозга к компьютеру

В центральной части схемы мы видим компонент, имеющий обозначение LGA1150. Так называется сокет, предназначенный для подключения многих процессоров Intel. Буквы LGA обозначают Land Grid Array – это популярная технология корпусировки процессоров и других чипов.

Системы LGA имеют множество маленьких выводов на материнской плате или в сокете для обеспечения питания процессора и его контакта с другими узлами компьютера. На фото ниже хорошо виден этот массив контактных выводов (пинов).

Металлическая рамка служит для равномерного прижимания процессора, но сейчас она нам мешает рассматривать пины, так что мы её пока уберём.

Желающие могут подсчитать количество пинов и убедиться, что их 1150. Цифровое значение в маркировке сокета LGA1150 означает именно количество выводов. В другой статье мы подробно рассмотрим разъёмы для процессоров, а пока просто отметим, что материнские платы оснащаются разными сокетами, с разным количеством пинов – для разных корпусов процессоров.

В целом, чем производительнее процессор (с точки зрения количества ядер, объема кэш-памяти и т.д.), тем больше потребуется контактных выводов. Бо́льшая часть этих пинов используется для обмена данными со следующей важнейшей частью материнской платы.

Интегрированные компоненты материнской платы

В сегодняшние дни очень много компьютеров, особенное имеющие офисную принадлежность оборудованы интегрированным видеоадаптером, что должным образом сможет сэкономить деньги на покупке техники, конечно если особая видео производительность не будет требоваться в будущем. Благодаря этому на многих материнских платах появились VGA, DVI и HDMI, сетевая и аудио платы, так же стали интегрированной составляющей системной платы.

Перед покупкой материнской платы, обязательно нужно ознакомиться с её спецификацией на сайте производителя, тогда к примеру, у вас не возникнет проблем с максимальной частотой работы и количеством разъёмов модулей оперативной памяти, а может возможность подключения нескольких видеокарт тоже будет не лишней.

Теперь вопрос что такое материнская плата стал менее актуальным, ведь появилось понимание того, что системная плата — основа всего внутреннего механического мира, находящегося в системном блоке. Сами материнские платы с каждым годом меняются, дополняются, а описать все в одной статье просто не возможною, приходится ограничиваться основными моментами.

  • Назад
  • Вперёд

Комментарии

+3 Сергей 19.11.2015 12:48
Даже и не знал, что каждая материнская плата, подойдёт только для определённого типа центрального процессора.

Ответить Ответить с цитатой Цитировать

+2 profile 31.10.2018 20:57

Need cheap hosting? Try webhosting1st, just $10 for an year.

Ответить Ответить с цитатой Цитировать

Обновить список комментариев

Добавить комментарий

Что такое звуковая карта и для чего она нужна?

Что такое SSD? Твердотельный накопитель

Что такое процессор, центральный процессор, CPU?

Что такое материнская плата или системная плата и для чего она нужна?

Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер

Что такое оперативная память и оперативное запоминающее устройство

Большим мозгам – большая память

Ближе всех к процессору всегда размещаются слоты модулей оперативной памяти DRAM. Они подключены непосредственно к процессору и только к нему. Количество слотов DIMM в основном зависит от процессора, так как контроллер памяти встроен в него.

В нашем примере процессор, который совместим с нашей материнской платой, имеет 2 контроллера памяти, каждый из которых оперирует 2-я модулями – следовательно, 4 слота DRAM поддерживает материнская плата. Вы можете видеть, что слоты памяти на ней окрашены таким образом, чтобы вы знали, какие из них управляются каким контроллером памяти (т.н. каналом памяти). Канал №1 управляет двумя черными слотами, а канал №2 – серыми.

Однако, в данном конкретном случае цветовая маркировка слотов на плате немного сбивает с толку (меня в том числе). Как выяснилось, каналу 1 на ней соответствует ближайшая к процессору пара разноокрашенных слотов, а каналу 2 – дальняя от процессора пара.

Подобная маркировка призвана стимулировать использование материнской платы в так называемом двухканальном режиме – при одновременном использовании обоих контроллеров общая производительность памяти повышается. Допустим, у вас есть два модуля памяти по 8 Гб каждый. Независимо от того, в какую пару слотов вы их вставите – серую или черную, – у вас всегда будет 16 Гб доступной памяти.

Если вы вставите оба модуля в оба черных (или оба серых) слота, процессор будет по сути иметь два пути для доступа к этой памяти. Но стоит только переставить модули в слоты разного цвета, и система будет вынуждена обращаться к памяти только с помощью одного контроллера. Учитывая, что он может управлять только одним каналом, нетрудно понять, что это не идёт на пользу производительности.

Наш пример материнской платы и ЦП использует чипы DDR3 SDRAM (Double Data Rate version 3, Synchronous Dynamic Random Access Memory – «синхронная динамическая память с произвольным доступом и с версией 3 двойной скорости передачи данных»), и каждый слот предназначен для одного SIMM или DIMM. «IMM» обозначает «In-line Memory Module» («рядный модуль памяти»); буквы S и D (Single и Dual) указывают, одна сторона заполнена чипами, или обе (односторонний или двухсторонний модуль памяти).

Вдоль нижнего края модуля памяти располагаются позолоченные контакты, обеспечивающие питание и обмен данными. У данного типа памяти этих контактов 240 (по 120 с каждой стороны).

Одинарный модуль DIMM DDR3 SDRAM. Фото: Crucial

Бо́льшие модули могли бы дать вам больше памяти, но конфигурация устанавливает ограничения контактами на процессоре (почти половина из тех 1150 контактов в нашем примере выделена для обмена данными с модулями памяти) и физическим местом для прокладки всех проводников на материнской плате.

В 2004 году компьютерная индустрия остановилась на использовании 240 контактов в модулях памяти и с тех пор не показывает никаких признаков изменения этого стандарта в ближайшее время. Чтобы улучшить производительность памяти, с каждой новой версией просто ускоряется работа чипов. В нашем примере контроллеры памяти ЦП могут отправлять и получать по 64 бита данных за такт. А поскольку контроллеров у нас два, было бы логично увидеть на планках памяти 128 контактов для обмена данными. Так почему же их 240?

Каждый чип на модуле DIMM (всего их 16, по 8 на каждую сторону) передаёт 8 бит за такт. Это означает, что каждому чипу для обмена данными требуется 8 контактов; однако чипы работают парно, используя одни и те же выводы, поэтому только 64 контакта из 240 являются контактами для данных. Остальные 176 выводов необходимы для контроля и синхронизации, а также для передачи адресов данных (места расположения данных на модуле), управления микросхемами и обеспечения электроэнергией.

Так что, как видите, наличие более 240 контактов не обязательно должно улучшить ситуацию!

Память – не единственное, что подключено к процессору

Системная память подключается напрямую к центральному процессору с целью повысить производительность, но на материнской плате есть и другие разъемы, которые подключены примерно так же (и по той же причине). Это слоты стандарта PCI Express (для краткости PCIe), и все современные процессоры имеют встроенный контроллер PCIe.

Эти контроллеры могут обрабатывать несколько соединений (обычно называемых линиями или лэйнами – lane), несмотря на то, что это система «точка-точка», то есть линии в сокете не используются совместно с любым другим устройством. В нашем примере контроллер PCI Express в процессоре имеет 16 линий.

На фото ниже показаны 3 слота: два верхних – это слоты PCI Express, а нижний – слот гораздо более старого стандарта PCI (родственный PCIe, но намного медленнее). Маленький слот вверху, маркированный как PCIEX1_1, является однолинейным слотом, а под ним – 16-ти линейный слот PCIEX16_1.

Если вы вернетесь в начало статьи и снова взглянете на полную фотографию нашей материнской платы, вы легко найдёте там:

  • 2 слота PCI Express (1 lane);
  • слота PCI Express (16 lane);
  • 2 слота PCI.

Но если контроллер процессора имеет только 16 линий, то что происходит? Во-первых, к центральному процессору подключены только первые два 16-линейных слота: PCIEX16_1 и PCIEX16_2. А третий, и два 1-линейных, подключены к другому процессору на материнской плате (подробнее об этом чуть позже). Во-вторых, если задействованы оба первых слота PCIEX16, то ЦП выделит только по 8 линий для каждого.

Это справедливо для всех современных процессоров. Поскольку число линий у них ограничено, устройствам приходится делить их между собой, и чем больше устройств подключается к ЦП, тем меньше линий выделяется каждому устройству.

Различные конфигурации процессора и материнской платы по-разному реализуют это ограничение. Например, материнская плата Gigabyte B450M Gaming имеет один слот PCIe на 16 линий, один слот PCIe на 4 линии и один разъем стандарта M.2, использующий 4 линии PCIe. При наличии всего 16 линий у ЦП, одновременное использование любых двух слотов приведет к тому, что самый большой, 16-линейный слот будет урезан до 8 линий.

Так какие же устройства используют такие слоты? Наиболее распространенные варианты:

  • 16 линий = видеокарта;
  • 4 линии = накопители SSD;
  • 1 линия = звуковые карты и сетевые адаптеры.

На фото выше легко заметить разницу в разъёмах: видеокарта имеет длинную контактную полосу на 16-линейный слот, в то время как звуковая карта обходится короткой полосой контактов для 1-линейного слота, ведь у ней гораздо меньше данных для обмена, поэтому ей не нужны все эти дополнительные линии.

Наша изучаемая материнская плата, как и любые другие, имеет гораздо больше всевозможных разъёмов и подключений, всеми которыми необходимо управлять, и на помощь центральному процессору приходит другой процессор.

Повернёмся на юг и пройдёмся по мосту

Если взглянуть на материнские платы 15-летней давности, мы увидим на них два дополнительных чипа для поддержки процессора. Вместе они назывались chip set – «набор микросхем» (позже это словосочетание стало одним словом – chipset), а по отдельности они именовались микросхемами Северного моста (Northbridge, NB) и Южного моста (Southbridge, SB).

Северный мост работал с памятью и видеокартой, а Южный обрабатывал данные и инструкции для всего остального.

На фото выше – старенькая материнская плата ASRock 939SLI32, где отчетливо видны микросхемы NB и SB – они обе прячутся под одинаковыми алюминиевыми радиаторами, но Северный мост находится ближе к процессору, почти в середине платы. Пройдёт ещё пару лет после выхода этой платы, и производители откажутся от Северного моста – Intel и AMD выпустят процессоры с интегрированным NB.

А вот Южный мост остаётся отдельным и, вероятно, будет таковым в обозримом будущем. Интересно, что оба производителя процессоров перестали называть его SB и часто называют его чипсетом (собственное название Intel – PCH, Platform Controller Hub – «блок контроллеров платформы»), хотя это всего лишь один чип!

На нашем более современном примере от Asus, SB также оснащен радиатором. Давайте снимем его и взглянем на этот вспомогательный процессор.

Этот чип представляет собой мощный контроллер, управляющий периферией. В нашем случае, мы имеем чипсет Intel Z97, выполняющий следующие функции:

  • 8 линий PCI Express (PCIe версии 2.0);
  • 14 портов USB (6 для версии 3.0 и 8 для версии 2.0);
  • 6 портов Serial ATA (версии 3.0)

Кроме того, в него встроены сетевой адаптер, звуковой контроллер, адаптер VGA и целый ряд других систем синхронизации и управления. Другие материнские платы могут иметь более

упрощенный функционал чипсета или наоборот – усложненный (например, обеспечивающий большее количество линий PCIe), но в целом их функционал мало чем отличается друг от друга.

Конкретно у рассматриваемой нами материнской платы – это процессор, который управляет всеми 1-линейными слотами PCIe, третьим 16-линейным слотом PCIe и разъемом M.2. Как и многие новые чипсеты, он обрабатывает все эти различные соединения, используя набор высокоскоростных портов, которые можно переключать на PCI Express, USB, SATA или сеть, в зависимости от того, что подключено в данный момент. Это, к сожалению, накладывает ограничение на количество устройств, подключенных к материнской плате, несмотря на все эти разъемы.

В случае нашей материнской платы Asus, порты SATA (используемые для подключения жестких дисков, DVD-приводов и т.д.) из-за этого ограничения сгруппированы, как показано выше. Блок из 4 портов использует стандартные USB-соединения чипсета, тогда как отдельно стоящие от него порты слева используют некоторые из этих высокоскоростных соединений.

Так что если вы используете те, что слева, то у чипсета будет меньше соединений для других слотов. Это верно и для портов USB 3.0. Из поддерживаемых 6 устройств на USB 3.0, 2 будут подключены к высокоскоростным соединениям.

Разъем M.2, используемый для подключения SSD накопителя, также высокоскоростной (вместе с третьим 16-линейным слотом PCI Express на этой материнской плате); однако в некоторых комбинациях ЦП и материнской платы разъемы M.2 подключаются непосредственно к ЦП, поскольку многие новые продукты имеют более 16 линий PCIe.

Вдоль левого края нашей материнской платы есть ряд разъемов, обычно называемых «Блок ввода/вывода» (I/O set), и в нашем случае Южный мост (чипсет) управляет лишь некоторыми из них:

  • Разъём PS/2 – для клавиатуры или мыши (вверху слева)
  • Разъём VGA – для бюджетных или старых мониторов (верхний в центре)
  • Порты USB 2.0 – черные (внизу слева)
  • Порты USB 3.0 – синие (внизу в центре)

Встроенный в ЦП графический процессор управляет разъёмами HDMI и DVI-D (внизу в центре), а все остальные управляются дополнительными чипами. Большинство материнских плат имеют множество маленьких процессоров для управления всеми видами устройств, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Как выбрать материнскую плату для ПК?

Первое, на что стоит обратить внимание, — это Socket он же разъём для установки процессора. Не так давно мы рассказывали о процессорах (материал можно прочитать тут). Прежде чем перейти к выбору материнской платы, мы настоятельно рекомендуем выбрать процессор. Каждая модель предназначена для установки в свой уникальный разъём, каждая материнская плата имеет, как правило, только один такой разъём, соответственно, эти устройства во многом подбираются «друг для друга».

Если вопрос с процессором уже решён, то смело можете ставить галочку напротив нужного Socket’а в нашем подборе в колонке сбоку. Это заметно сократит количество товаров.

Не стоит также забывать, что некоторые «материнки» располагают встроенным процессором, как вот эти модели. На них стоит обратить внимание, если необходимо собрать простой офисный компьютер — особенно если их необходимо несколько. Но для современного домашнего компьютера это может оказаться не лучшим решением.

Для каких целей вы выбираете материнскую плату?

Для начала определимся с задачами, в решении которых должен помочь персональный компьютер. Как видно из колонки нашего подбора, все представленные на рынке материнки мы разделили на 4 категории, в зависимости от направления.

Предназначенные для серверов материнские платы часто оборудованы двумя и более разъёмами под процессоры. Модель на фото — Asus Z9PA-D8

Так, если речь идёт о классическом домашнем или офисном компьютере для веб-сёрфинга, работы с документными, просмотра фильмов и прослушивания музыки, а также запуска не слишком требовательных игр, то стоит присмотреться к решениям этой категории. Откровенно говоря, это наиболее распространённым тип материнских плат, поэтому вопрос цены колеблется от небольших 30$ и до более 600$. Уровень характеристик будущего компьютера — от начального к среднему.

С игровыми «материнками» все гораздо сложнее. Стоят они дороже, выглядят агрессивнее, да и функциональные возможности заметно шире. Часто обладают хорошим заделом для разгона в будущем, поддержкой режимов SLI и Crossfire, продвинутым чипсетом и огромным количеством портов на задней панели. Если вы собираетесь построить действительно качественную и быструю игровую машину, то придётся раскошелиться как минимум на 150-200$.

Материнские платы для серверов – совсем другая история. Это единственные материнские платы, которые позволяют устанавливать два и больше процессоров, а также вплоть до 256 ГБ оперативной памяти. Подобные решения обеспечивают огромнейшую вычислительную мощность, которая в бытовом использовании окажется абсолютно незатребованной. На них останавливаться не будем.
Совет.
Все представленные на современном рынке материнские платы на нашем сайте разделены на четыре больших категории, в зависимости от направления: для дома/офиса, для медиацентров, геймерская (overclocking), серверные. Это распределение позволяет быстро вычеркнуть из списка те модели, которые точно вам не подходят, что значительно упрощает выбор.

Форм-фактор или размеры материнской платы

Наиболее популярные форм-факторы: ATX и micro-ATX

Форм-фактор — мировой стандарт, определяющий размеры платы, расположение интерфейсов, место крепления к корпусу и пр. От него напрямую зависит, сможем ли мы установить плату в конкретный корпус или нет. Подбор по этому параметру находится в самом конце нашего подбора в колонке сбоку, поскольку он минимально влияет на возможности самой материнки. Но определится с этим стоит как можно скорее — это позволит ещё больше сократить ассортимент товаров.

Если у вас уже есть корпус для компьютера, тогда сперва стоит присмотреться к платам соответствующего размера. Если корпуса нет — выбираем форм-фактор, а после подбираем понравившейся корпус из этого каталога.

Самыми распространёнными являются варианты ATX (305×244 мм) и его уменьшенная версия micro-ATX (244х244 мм). Micro-ATX оснащён 4 слотами расширения для подключения дополнительных плат (видеокарта, звуковая или сетевая карта и пр.) и может послужить отличным решением для офисных ПК.

Материнские платы ATX очень популярны среди пользователей игровых и домашних систем, они обладают увеличенным числом слотов расширения, а также необходимым свободным пространством для обустройства хорошей системы охлаждения. Мы рекомендуем остановится на этом варианте, особенно, если вы собираете свой первый компьютер.

Совет.

Разница в функциональных возможностях между различными форм-факторами сегодня практически сведена к нулю, но разница в размерах остаётся существенной. Так, компактная плата мicro-ATX имеет 4 слота разрешения, из которых два, как правило, заберёт установка видеокарты с собственной системой охлаждения. То есть для звуковой карты, ТВ-тюнера или дополнительной сетевой карты может попросту не остаться места.

Выбор чипсета или что такое “набор логики”

Сравнение различных чипсетов от Intel

Чипсет (также называется набором системной логики) — это набор микросхем, которые являются связующим центром между оперативной памятью, видеокартой и процессором. Часто для одного Socket производитель выпускает материнки с различным набором логики. Чем более современный чипсет, тем, как правило, более продвинутый список поддержки современных технологий.

Самыми популярными и часто устанавливаемыми на современные материнские платы под процессоры Intel являются чипсеты H77 и Z77. На практике разницу между ними сможете заметить скорее любитель современных компьютерных игр или оверклокер. H77 — младшая модель, обеспечивающая возможность разгона только графического процессора, в то время как старший брат Z77 имеет возможность разгона процессора и оперативной памяти, а также поддерживает режимы SLI и Crossfire.

Что же касается решений под процессоры AMD, то тут наблюдается та же ситуация. Например, AMD 970 в отличие от старших моделей AMD 990FX и AMD 990X не обладает поддержкой нескольких видеокарт в режиме SLI/Crossfire.

Совет.

На чипсет прежде всего стоит обращать внимание в том случае, если вы собираете продвинутый компьютер и желаете оставить как можно больший зазор для разгона на будущее. Так, установка процессора с разблокированным множителем на материнку, набор логики которой не поддерживает возможность разгона процессора, не имеет смысла.

Тип оперативной памяти и количество слотов

DDR3 – самый распространенный и поддерживаемый всеми современными материнскими платами тип памяти

С типом памяти на сегодня все предельно ясно. Все современные материнские платы поддерживают DDR3, который от предшественника DDR2 отличается увеличенной скоростью обмена данными. Если у вас уже есть планка памяти DDR2, то установить её в современную материнскую плату также не получится, т.к. новый стандарт обратной совместимости не имеет. Но даже в таком случае покупать только ради этой памяти материнку, которая может работать только с DDR2 — не лучшее решение.

Максимальный объём одной планки оперативной памяти составляет 8 ГБ. Этого достаточно для выполнения любых повседневных задач, а также большинства ресурсоёмких вычислений, 3D моделирования и современных игр. Исходя из этого, можно сказать, что пользователь вполне может обойтись минимальным количеством разъёмов оперативной памяти, которое равняется двум.

Слоты под ОЗУ разного цвета делят каналы, установленные в одинаковые слоты планки памяти будут работать в двухканальном режиме

Стандартным количеством для форм-фактора ATX является 4 слота, то есть возможность установки до 32 ГБ оперативки. Для любителей запредельных мощностей производители подготовили настоящих «монстров», оснащённых 8 слотами и более с поддержкой четырехканального режима работы. Подобные девайсы позволяют установить от 64 ГБ памяти, но когда обычному пользователю в его повседневных задачах может понадобиться подобный объём, мы сказать не берёмся.

Больше внимание стоит обратить не на объем, а на максимальную частоту ОЗУ, которую в состоянии поддерживать материнская плата. Чем она выше, тем быстрее скорость работы памяти. Часто среди бюджетных материнок встречаются случаи, когда максимальная частота «искусственно» занижена производителем. Так, если плата поддерживает только 1600 МГц (как эти модели), то после установки оперативной памяти на 2400 МГц (к примеру, вот этих планок) скорость работы памяти все равно будет 1600. Для такой оперативки лучше подобрать материнку из этого списка.

Совет.

Чем дальше и выше от разъёма для видеокарты расположены слоты для оперативной памяти – тем лучше. Большая видеокарта может мешать подключению памяти. Обязательно перед покупкой изучите фотографии выбранной материнской платы.

Функции/возможности современной материнской платы

Как мы уже говорили, материнская плата — это связующее звено для всего компьютера. В неё устанавливается процессор, видеокарта, оперативная память, накопители и вся периферия. При этом каждый элемент имеет свой слот подключения. Для процессора — это сокет, для внутреннего накопителя данных — SATA, для видеокарты, звуковой карты, ТВ-тюнера, встраиваемого WI-FI адаптера — PCI-слот.

Современные материнки оснащаются слотами PCI-E x16, PCI-E x8, PCI-E x4, PCI-E x1. Каждый предназначен для подключения определённых комплектующих. Как правило, для дискретной видеокарты отводиться верхний PCI-E x16. Что важно: после подключения видеокарты, её система охлаждения нередко перекрывает доступ к следующему PCI-слоту или даже оперативной памяти — обратите вниманием на расположение слота для видеокарты на фотографиях выбранной материнки и расположение остальных слотов по отношению к нему. Фактор свободного пространства весьма важен, особенно при маленьких форм-факторах.

Как показывают тесты, разница между разъёмами PCI-E 2.0 и 3.0 – минимальна или практически отсутствует

Поддержка PCI Express 3.0 появилась на «материнках» относительно недавно. Главное отличие от предшественника — увеличенная скорость передачи данных. Но вот невооружённым глазом заметить какой-либо прирост пользователь не сможет, соответственно, особого смысла тратить на это деньги нет. С другой стороны — в слот PCI-E 3.0 могут устанавливаться платы и более ранних версий, то есть в качестве покупки «на вырост» это может оказаться хорошим решением.

На встроенный видеочип возлагать особых надежд не стоит, графика интегрированная в материнку не отличается производительностью, как и встроенная графика процессора. Такие решения подойдут для выполнения несложных задач, вроде веб-серфинга или работы с документами.

Совет.

Вопросу встроенной графики стоит уделить особое внимание. Если вы собираетесь ставить дискретную видеокарту, то зачем переплачивать за материнку или процессор со встроенным видео? Более экономный вариант в таком случае — материнские платы без встроенного видео. Если, напротив, собираетесь использовать встроенную графику процессора — тогда стоит подобрать материнку, которая умеет работать с подобными процессорами (из этого списка).

Технология CrossFire от ATI позволяет подключать до 4 видеокарт

Платы с поддержкой режимов SLI/Crossfire — превосходное решение для заядлых геймеров, т.к. позволяет установить несколько видеокарт. Важно понимать, что наличие в материнской плате двух и более слотов PCI-Express 16х не всегда означает поддержку этого режима. Вот все материнки, отвечающие этому требованию.

BIOS — набор базового программного обеспечения, «вшитый» непосредственно в плату. В современных моделях уже практически не встретишь привычный всем БИОС с синим фоном и белыми буквами на нём. Его место занял обновлённый UEFI BIOS, который отличается понятным «кликабельным» интерфейсом, который по внешнему виду представляет собой современную программу с множеством дополнительных возможностей.

Какие разъёмы должны быть на современной материнской плате?

Как правило, большая часть современных материнских плат оснащены набором необходимых для работы портов и интерфейсов, особо останавливаться на этом вопросе не стоит. Но отметим несколько важных моментов.

Для любителей неблокируемых клавиатур, которые используют разъем PS/2, стоит убедиться в наличии соответствующего разъёма на плате, т.к. в последних моделях он отсутствует или находится в единственном экземпляре — либо для клавы, либо для мышки.

Если материнская плата поддерживает работу с интегрированной графикой, то на ней обязательно будут расположены порты VGA, DVI и HDMI. Большинство мониторов для подключения используют DVI-разъём, который совместим с интерфейсом D-Sub (VGA) при применении специального переходника. Интерфейс HDMI мониторы используют реже, но он может оказаться отличным решением для подключения к телевизору.

В современных решениях присутствуют как USB 2.0, так и новые и более быстрые USB 3.0. Отметим, что всё больше современной техники подключается к компьютеру именно через USB: клавиатура, мышка, принтер, сканер, плеер или планшет, поэтому обращаем внимание на количество доступных портов. Многие модели имеют более 5 USB-портов 2.0.

Интерфейсы eSATA, Thunderbolt используются крайне редко. Стоит ли их брать на перспективу — сложно сказать.

Обратим внимание на материнские платы, имеющие более 3 разъёмов для питания кулеров. К ним подключается кулер процессора, а также корпусные вентиляторы, которые улучшают теплообмен системы с внешней средой, выдувая нагретый воздух и подавая снаружи более холодный. Наличие большого количества разъёмов под кулеры важно для мощных систем, которым требуется эффективное охлаждение. Три кулера — это классика: на процессор, на вдув в корпус и на выдув.

Совет.

При выборе материнской платы обратите внимание на её фотографии, а особенно — на расположение радиаторов для охлаждения и количество разъёмов для питания кулеров. Наиболее важное — это охлаждение процессора, видеокарты, а также северного моста. Чем холоднее чипсеты, тем лучше производительность работы всего компьютера.

Разъём SATA3 используется для подключения внутренних накопителей, обеспечивает скорость передачи данных порядка 700 МБ/с, которую, кстати говоря, все ещё не способны поддерживать большая часть тех же накопителей. Но при этом этот интерфейс имеет полную обратную совместимость, то есть позволяет подключать устройства с интерфейсом SATA2. Обратная совместимость — это всегда хорошо.

И в завершение этого обзора — детальная схема слотов и портов материнской платы:

Вспомогательные микросхемы

ЦП и чипсеты ограничены в возможности подключаемых или поддерживаемых устройств, поэтому большинство производителей материнских плат предлагают продукты с дополнительными функциями благодаря использованию других интегральных микросхем. Например, это могут быть дополнительные порты SATA или разъемы для подключения старых устройств.

Наша материнская плата Asus не исключение. Например, микросхема Nuvoton NCT6791D управляет всеми маленькими разъемами, ведущими к вентиляторам, а также датчиками температуры на плате. Процессор Asmedia ASM1083, расположенный рядом с ним, обеспечивает поддержку двух устаревших разъемов PCI, поскольку у чипа Intel Z97 такой возможности нет.

Хоть в чипсете Intel и предусмотрен сетевой адаптер, Asus посчитала практичным добавить на плату независимый сетевой контроллер от той же Intel (I218V), чтобы разгрузить ценные высокоскоростные соединения чипсета. Этот малюсенький квадратик (6мм) управляет тем красным разъёмом Ethernet, который мы видели в блоке ввода/вывода.

Овальная металлическая штука рядом с ним – это кварцевый генератор частоты. Он вырабатывает низкочастотные синхронизирующие сигналы для сетевого контроллера.

По тем же причинам на плату добавлен и независимый звуковой контроллер, в обход имеющемуся в чипсете Intel. Как и в случае, когда пользователь предпочитает дискретную видеокарту взамен встроенного в ЦП видеоконтроллера, резон ещё и в том, что независимый контроллер попросту лучше встроенного в чипсет.

Но не все дополнительные чипы на материнской плате призваны лишь заменить некоторые функции основных процессоров. Многие предназначены для обеспечения работоспособности платы в целом.

Эти маленькие микросхемы – свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять 16-лэйновыми слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Материнские платы с возможностью разгона процессоров, чипсетов и памяти стали обычным явлением, и многие теперь поставляются с дополнительными микросхемами для управления разгоном. В нашем примере платы, красным прямоугольником выделен собственный чип Asus под названием TPU («процессор TurboV»), который настраивает тактовые частоты и вольтажи наилучшим образом.

Рядом с этим чипом находится маленькая микросхема флэш-памяти Pm25LD512, выделенная синим цветом. Она сохраняет все ваши настройки разгона при выключении компьютера.

На любой материнской плате есть как минимум одна микросхема флэш-памяти, и она предназначена для хранения BIOS (Basic Input/Output System – «базовая система ввода-вывода», операционная система инициализации оборудования, которая запускает все перед загрузкой Windows, Linux, macOS и т.д.).

Объём памяти у этой микросхемы Winbond всего 8 Мб, но этого более чем достаточно, чтобы вместить весь необходимый софт. Этот вид флэш-памяти потребляет очень мало энергии и надёжно хранит данные в течение десятилетий.

При включении компьютера, для максимальной производительности содержимое флэш-памяти копируется непосредственно в кэш ЦП или системную память, а затем запускается оттуда. Однако единственное, с чем такой трюк не пройдёт – это время.

Эта материнская плата, как и любая другая, использует батарейку CR2032 для питания простой схемы часов. Конечно, батарейка не вечная, и однажды она придёт в негодность, и тогда материнская плата установит умолчания даты/времени, находящиеся во флэш-памяти.

И раз речь зашла о питании, то тут тоже есть о чём рассказать!

Что же такое BIOS и в чём его необходимость

BIOS (от англ. Basic Input Output System), считается одной из важнейших микросхем системной платы, ведь в ней находятся прямо с завода производителя важные программы, требующиеся для первичной загрузки компьютера. После включения компьютера и поступления питания к процессору, он первым делом обращается к микросхеме BIOS и уже не прекращает с ней работу до самого выключения компьютера. Что бы увидеть BIOS в работе, при старте компьютера нужно только обратить внимание на белые надписи на чёрном фоне – это и будет BIOS в работе.

Что же делает BIOS? Эта программа необходима для проверки основных систем компьютера сразу же после включения, а также обеспечивает взаимодействие с клавиатурой и мышью, а также с монитором, в случае с ноутбуком — с его дисплеем.

Для восстановления по умолчанию настроек BIOS нужно извлечь батарейку независимого питания или же при помощи специальной перемычки, хоть перемычка и батарейка на разных платах могут находиться в разных местах, но вероятнее всего они находятся середине или же в правом нижнем углу.

Питание

Для обеспечения материнской платы и многих подключенных к ней устройств необходимыми напряжениями, блок питания (PSU, Power Supply Unit) имеет несколько стандартных разъёмов. Главным из них является 24-пиновый разъём ATX12V версии 2.4.

Выдаваемые напряжения зависят от блока питания, но промышленными стандартами являются напряжения +3,3, +5 и +12 вольт.

Центральный процессор основную часть питания берёт с 12-вольтных контактов, но для современных мощных систем этого недостаточно. Чтобы эту проблему решить, предусмотрен дополнительный 8-пиновый разъем питания, несущий ещё четыре 12-вольтных линии.

Цветная маркировка проводов от блока питания позволяет определить, где какой провод. Но на разъёме материнской платы никаких маркировок нет. Ниже приведена распиновка обоих разъёмов на плате:

Линии +3,3, +5 и +12В обеспечивают питанием различные компоненты самой материнской платы, а также процессор, DRAM и любые устройства, подключенные к разъемам расширения, таким как порты USB или слоты PCI Express. Все, что использует порты SATA, требует электропитания непосредственно от блока питания, а слоты PCI Express не могут предоставить своим устройствам более 75 Вт. Если какому-то устройству недостаточно этой мощности (например, многим видеокартам), то его тоже следует запитать напрямую с блока питания.

Но есть более серьезная проблема, чем наличие достаточного количества линий 12В: процессоры на этом напряжении не работают.

К примеру, процессоры Intel, совместимые с нашей материнской платой Asus Z97, имеют рабочее напряжение от 0,7 до 1,4 вольт. Это не фиксированное напряжение, потому что для экономии энергии и уменьшения нагрева современные процессоры умеют регулировать входное напряжение в зависимости от своей нагрузки. При простое процессор может отключиться,

потребляя при этом менее 0,8 вольт. А затем, при полной нагрузке всех ядер, потребление возрастет до 1,4 или более вольт.

Блок питания предназначен для преобразования переменного тока сети (110 или 220 В, в зависимости от страны) в фиксированные напряжения постоянного тока, поэтому нужны дополнительные элементы цепи для регулировки этих фиксированных напряжений. Они так и называются – модули регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules) и их легко можно найти на любой материнской плате.

Каждый VRM (выделен красным) обычно состоит из 4 деталей:

  • 2 мощных управляющих MOSFET-транзистора (синим);
  • 1 дроссель (фиолетовым);
  • 1 конденсатор (жёлтым). Глубже познакомиться с их работой можно на Wikichip, мы лишь кратко рассмотрим несколько моментов. Каждую VRM принято называют фазой, и чтобы обеспечить достаточное питание современному процессору, таких фаз необходимо несколько. К примеру, наша материнская плата имеет 8 VRM, называемых 8-фазной системой.

VRM обычно управляются специальной микросхемой, которая переключает модули в соответствии с требуемым напряжением того или иного устройства. Такая микросхема называется многофазным ШИМ-контроллером; Asus называет ее EPU (Energy Processing Unit). Транзисторы и чип довольно сильно нагреваются при работе, поэтому часто оснащаются общим радиатором для отвода тепла. Даже стандартный процессор, такой как Intel i7-9700K, может потреблять ток более 100А при полной загрузке. VRM очень эффективны, но они не могут изменять напряжение без некоторых потерь. Нетрудно догадаться, куда лучше всего положить тост, если у вас сломался тостер.

Снова взглянув на полную фотографию нашей платы, можно увидеть и пару модулей VRM для DRAM, но так как там нет таких напряжений, как на ЦП, эти VRM греются не сильно и в радиаторе не нуждаются.

Эти ненавистные перемычки!

Последние разъемы, о которых мы поговорим, – это те, которые управляют основной работой материнской платы и подключают дополнительные устройства. На рисунке ниже показан основной блок разъёмов для выключателей, индикаторов и системных динамиков:

Здесь мы имеем:

  • 1 разъём кнопки мягкого выключения
  • 1 разъём кнопки ресета
  • 2 разъёма LED-индикации
  • 1 разъём системных динамиков

«Мягким» выключение питания называется потому, что при нем не происходит простого включения и отключение всей материнской платы. Вместо этого, при замыкании контактов этого разъёма, специальные «недремлющие» узлы платы включают или отключают основное питание платы в зависимости от текущего состояния. То же относится и к кнопке ресета, только в этом случае материнская плата будет всегда выключаться и тут же снова включаться.

Строго говоря, кнопка ресета, индикация и системный динамик не являются критически важными, но они традиционно обеспечивают самое базовое управление и информацию о состоянии системы.

Большинство материнских плат имеют подобный дополнительный блок разъемов, как показано выше. Тут мы имеем следующее (слева направо):

  • Разъем аудиопанели – если корпус компьютера оснащен дополнительной фронтальной панелью с разъёмами для наушников и микрофона, то с помощью данных разъёмов на плате они подключаются к встроенному аудиоконтроллеру. § Разъем цифрового аудио – то же, что и обычный аудиоразъём, только в стандарте S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface), обеспечивающем строго цифровую передачу аудиосигналов без промежуточной аналоговизации.
  • Перемычка (джампер) сброса BIOS – она позволяет сбросить все настройки BIOS к заводским. За ней также спрятан разъем термозонда. § Разъем криптопроцессора TPM (Trusted Platform Module) – он используется для повышения безопасности материнской платы и системы. § Разъем последовательного порта (COM) – древний интерфейс. Интересно, его кто-нибудь использует вообще? Хоть кто-нибудь?

Остальные подобные разъёмы на этой плате предназначены для подключения кулеров и дополнительных USB портов. Не обязательно каждая материнская плата должна поддерживать все это, но на большинстве из них они есть, как и есть на некоторых платах дополнительные разъёмы, которых на нашей рассматриваемой плате нет – скажем, разъём для RGB-подсветки (VDG).

Чипсет — основа возможностей материнской платы

Чипсет – это микропроцессорный комплект для взаимодействия центрального процессора с остальной электронной составляющей компьютера. Именно от чипсета зависят все возможности и дальнейшая работа материнской платы.

Сегодняшние чипсеты состоят из двух микросхем, называющиеся южным мостом и северным, их без особого труда можно будет найти, это самые крупные после процессора микросхемы, обычно скрытые под радиаторами охлаждения. Сам чипсет должен быть согласован с процессором, а это может значить то, что не каждая материнская плата сможет раскрыть потенциал процессора и наоборот.

Само знание марки и модели чипсета во многом обуславливает будущую производительность компьютерной системы поэтому при подборе материнской платы, не плохо знать её возможности. Чистоты на которых будет работать система, тоже зависят от чипсета системной платы, а также объёмы памяти, возможность установки и количество дополнительных устройств.

Соединение соединений

Прежде чем мы закончим наше «вскрытие» материнской платы, кратко поговорим о том, как все эти устройства и разъемы соединены воедино. Мы уже упоминали о проводниках на плате, но что они из себя представляют?

Простым языком, это тонкие медные полоски. На фото ниже они окрашены для красоты в черный цвет со всей платой. Но это лишь маленький фрагмент проводников из тысяч подобных. Видимые нам проводники – лишь проводники на внешнем слое печатной платы, а плата состоит из нескольких слоёв и каждый из них испещрён такими кружевами проводников.

Простые, дешевые или старые материнские платы могут иметь только 4 слоя, но большинство современных плат имеют 6 или 8. Увеличение количества слоев не обязательно автоматически должно означать улучшение. Суть лишь в том, чтобы грамотно расположить все необходимые проводники на достаточном расстоянии друг от д

Разработчики материнских плат используют специальные программы для проектирования монтажа и, соответственно, оптимального вытравливания проводников. Опытные инженеры затем вручную корректируют компьютерный результат, основываясь на имеющейся практике. Это видео наглядно демонстрирует процесс проектирования сети проводников между элементами на печатной плате.

Поскольку материнские платы – это просто большие печатные платы, можно создать свою собственную, и если вы хотите получить представление о том, как это делается, прочитайте это превосходное руководство по изготовлению печатных плат.

Конечно, производство материнских плат в промышленных масштабах – это совсем другая история, поэтому, чтобы представить весь объём этого сложного процесса, посмотрите два видео ниже. Первое – в общих чертах о том, как проектируются и производятся печатные платы; на втором показан основной процесс сборки типичной материнской платы.

Источник: komvidpro.ru

getccleaner