Функции материнской платы. Устройство и назначение материнской платы Дайте характеристику соединителя процессора и системной платы

Дата: 25.11.2022

Системная плата (System board) - второй по важности компонент в . Кроме термина «системная плата», используется название «материнская плата» (Motherboard) . Основное назначение системной платы - соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название «контроллер», но даже в этом случае его назначение- выполнение вспомогательных функций.

Конструктивно системная плата ПК выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы.Количество слоев может достигать 12, но чаще всего используют 8 (если не считать краски и лака). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги (может использоваться метод осаждения или напыления), которые соединяют контактные выводы микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой. Ниже показан разрез системной платы производства компании Gigabyte, которая предложила увеличить толщину медных слоев для питания и заземления до 70 мкм.

Как правило, толщина проводников в два раза меньше, поэтому увеличение толщины медных шин улучшает охлаждение элементов системной платы, но при этом возникает масса технологических сложностей. Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ- устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль.

Между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет (chipset)- набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое - вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях. Поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только буферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть даже в идеале и в один такт системной шины. Для современных компьютерных систем подобная задержка- это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл . При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы. Существуют и другие варианты построения системных плат, которые зависят от архитектуры процессора. Например, в последнее время становится популярным перенос интерфейса (для PCI-E) с чипсета на цепи, расположенные на кристалле процессора, что ускоряет работу графической подсистемы. В частности, допустимо все контролеры внешних устройств смонтировать на кристалле процессора, заметим, что подобная схема применяется еще со времен процессоров Intel 80186, но в настольных компьютерах не прижилась.

Форм-фактор АТХ

Как это ни странно, самое постоянное у персональных компьютеров PC - это форм-фактор (габаритные размеры и расположение элементов), который как бы роднит между собой новые и старые модели. Благодаря тому, что все разработчики системных плат и периферии придерживаются единых правил крепления плат и расположения узлов в корпусе, пользователи могут самостоятельно модернизировать свой компьютер, устанавливая нужные периферийные устройства, меняя старый процессор на новый и т. д. Существуют два основных стандарта на системные платы - AT и АТХ. Первый - форм-фактор AT- это плата для компьютера с морально устаревшим процессором. Второй - форм-фактор АТХ- это стандарт, в соответствии с которым разрабатываются новые компьютеры. Разница между двумя этими стандартами в расположении процессора и разъемов интерфейсов, что влечет необходимость использования различных корпусов. А вот все остальное - крепление системной платы к корпусу, расположение слотов и пр. - так или иначе совпадает. В качестве переходного варианта между AT и АТХ, например, выпускались системные платы, которые можно было устанавливать как в корпус с блоком питания AT, так и в корпус АТХ.

Ниже приведено расположение главных элементов персонального компьютера согласно спецификации АТХ, включая версию 2.2. В частности, одно из основных отличий данной версии спецификации АТХ заключается в том, что выведен за контур системной платы, что оказалось необходимым из-за огромных размеров охлаждающей системы современного процессора. Обратите внимание, что в предыдущих версиях спецификации допускалась установка блока питания над процессором, но это приводило к огромным проблемам с охлаждением процессора.

Несколько сложнее обстоит дело с малогабаритными и фирменными компьютерами, в которых используются системные платы, габариты которых отличаются от стандартных (используются другие форм-факторы, которые разработаны на основе форм-фактора АТХ). Для уменьшения размеров используются различные приемы, например, уменьшение числа слотов для периферийных устройств, применение различных переходников, чтобы иметь возможность расположить периферийные платы не вертикально, а горизонтально, параллельно плоскости системной платы. Для таких системных плат и корпусов всегда существует проблема модернизации, часто приводящая к тому, что проще купить новый компьютер, нежели заниматься поисками подходящих элементов к старому. Ниже приведены максимальные габариты системных плат персональных компьютеров, которые наиболее распространены в России.

Форм-фактор ВТХ

Корпорация Intel опубликовала в 2004 г. спецификацию ВТХ (Balanced Technology Extended), которая является развитием стандарта АТХ для новых высокопроизводительных процессоров. Основное назначение спецификации - это улучшение охлаждения и увеличение механической прочности системной платы; как это определяет спецификация ВТХ. Кроме того, спецификация стандартизирует способы подключения к системной плате интерфейсов ввода/выврда, конструкцию корпуса. Так как появление компьютеров, выполненных по спецификации ВТХ, подразумевает разработку и выпуск новых системных плат, то и спустя пять лет до сколь-нибудь существенного промышленного выпуска дело пока не дошло. Тут можно отметить, что переделка материнской платы ПК - это большой труд разработчиков и инженеров, плюс огромный объем по тестированию изделия, исправлению ошибок и проблем. Правда, сегодня, когда разработчики процессоров наконец-то озаботились проблемой уменьшения тепловыделения, внедрение форм-фактора ВТХ оказалось не столь актуально, как это было необходимо для последних версий процессоров Intel Pentium 4 Prescott и для ряда четырехъядерных процессоров Intel и AMD.

Сокеты

Затри десятилетия выпущено множество самых разнообразных процессоров, предназначенных для использования в персональных компьютерах PC. Некоторые типы процессоров оказывались настолько удачными, что выпускались для самых разнообразных применений, например, для установки в ноутбуки и промышленные устройства. При изменении типа процессора или его назначения кремниевый кристалл с миллионами транзисторов монтировался в новый корпус, имеющий другие габариты и способы крепления к системной плате. К сожалению, магистральный путь современной микроэлектроники идет в направлении увеличения числа контактов, которыми снабжается корпус процессора. Естественно, при изменении количества контактов изменяется и конструкция разъема для процессора, который устанавливается на системной плате. Если родоначальник нынешних процессоров имел всего 16 контактов и устанавливался в очень простой разъем - «кроватку», то модели современных процессоров преодолели рубеж в тысячу контактов. Разъем для установки современных процессоров носит название сокет (socket). Его еще называют разъемом для установки микросхем с нулевым усилием (ZIF- Zero Insertion Force), а цифры в маркировке, начиная с модели Socket 370, говорят о числе контактов. В недавнем прошлом наиболее популярным разъемом для установки процессоров был Socket 7, предназначенный для процессоров Pentium, и Socket 370, в который устанавливались процессоры Pentium III. Можно отметить, что в Socket 7 было допустимо устанавливать как процессоры корпорации Intel, так и процессоры корпорации AMD. Некоторое время выпускались процессоры, монтируемые на печатных платах, которые были предназначены для установки в специальные слоты, напоминающие слоты для модулей памяти. Для процессоров корпорации Intel такой разъем назывался Slot 1, а для AMD - Slot А. Самые ранние модели процессоров Pentium 4 были предназначены для установки в Socket 423. В дальнейшем для процессоров Pentium 4 стал использоваться Socket 478 (mPGA478),

Процессоры Intel Core 2 и последние версии Pentium 4 выпускаются с плоскими выводами («безножковые») и устанавливаются в разъем Socket LGA 775.

В новых процессорах Intel Core i7, выпущенных в конце 2008 г., используется такая же конструкция выводов процессора и сокета, только число контактов значительно увеличено, а название сокета LGA 1366. В 2009 г. был предложен сокет LGA 1156 для процессоров Intel Core i5

Процессоры Athlon устанавливают в Socket 462, он же Socket А. Для процессоров Opteron и Athlon 64 разработан Socket 940 (и его модернизация Socket 939), а первые процессоры Athlon 64 выпускались для Socket 754 (выпуск процессоров под этот сокет продолжается до сих пор). сокет 940 и АМ2, для уточнения сокета, смонтированного на системной плате, лучше смотреть на надпись на пластмассовом корпусе сокета.

Системная (материнская) плата является основой системного блока и определяет всю архитектуру ПК. На ней устанавливаются следующие обязательные компоненты:

микропроцессорили несколько процессоров

память: постоянная (ROM), оперативная (ОЗУ,DRAM),кэш-память(SRAM)

шины расширения

кварцевый генератор тактовой частоты

источник питания (литиевая батарейка) для поддержания работоспособности внутренних часов

разъемы для подключения питания от блока питания ПК

разъем клавиатуры

разъем для кнопок управления

разъем для светодиодов на лицевой панели корпуса

разъем системного динамика

регулятор напряжения питания

разъемы для подключения гибких и жестких дисков

адаптеры последовательных сом-портов иlpt-портов

Характеристиками системной платы являются:

размер платы(Форм фактор)

тип поддерживаемых процессоров и соответствующий тип разъема под процессор

Chipset - набор сверхбольших микросхем, на которых реализована вся архитектура платы

Тип и число слотов шины расширения (3xISA, 4xPCI, AGP).

Тип и объем поддерживаемой динамической памяти и наличие соответствующих разъемов под модули памяти

Объем и тип кэш-памяти.

14.Процессор, назначение, основные характеристики.

Центральный процессор - электронный блок либо микросхема - исполнитель машинных инструкций (кода программ) , главная часть аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Иногда называют микропроцессором или просто процессором.

Главными характеристиками ЦПУ являются: тактовая частота, производительность, энергопотребление, нормы литографического процесса используемого при производстве (для микропроцессоров) и архитектура.

Внутренняя память: организация и основные характеристики, аппаратное исполнение.

Внутренняя память компьютера предназначена для хранения программ и данных, с которыми процессор непосредственно работает, пока включен компьютер. В современных компьютерах элементы внутренней памяти изготавливаются на микросхемах. Различают оперативную и постоянную внутреннюю память. В оперативной памяти хранятся те программы и данные, с которыми вы работаете в данный момент. При выключении компьютера информация в оперативной памяти не сохраняется.Например, вы работаете с учебной программой по русскому языку, записанной на лазерном диске. Процессор загружает программу и все необходимые данные с этого диска в оперативную память и только после этого может их обработать. Процессор считывает команды и данные из оперативной памяти и записывает в нее результаты. После окончания работы с программой и выключения компьютера все данные из оперативной памяти исчезнут. Таким образом, основное свойство оперативной памяти - то, что она является энергозависимой, т. к. при отключении энергии данные в ней не сохраняются. Существуют программы для управления основными устройствами компьютера, которые не должны теряться при отключении энергии. Они хранятся в постоянной внутренней памяти компьютера. Эту информацию процессор может считывать, а изменять не может. Основное свойство постоянной памяти то, что она является энергонезависимой, т. к. при отключении энергии все данные в ней сохраняются.

Системная (материанская) плата - печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard - главная плата.

Компоненты системной платы

Современные персональные компьютеры имеют шинную архитектуру. Непосредственно на системной плате размещается лишь минимальный набор микросхем, а все остальные объединяются при помощи системной шины. Для этого используются специальные платы расширения и разъемы (слоты). Таким образом, на системной плате обычно расположены:

звуковой платы

Контроллеры жестких дисков

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

SATA(Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жёсткими дисками). SATA является развитием интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

SATA/150. Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 Мб/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной.

SATA/300, работающий на частоте 3 ГГц и обеспечивающий пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 Мб/с) впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы Nvidia. Весьма часто стандарт SATA/300 называют SATA II. Теоретически SATA/150 и SATA/300 устройства должны быть совместимы (как SATA/300 контроллер и SATA/150 устройство, так и SATA/150 контроллер и SATA/300 устройство), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300 для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер). Стандарт SATA предусматривает возможность увеличения скорости работы до 600Мб/с (6 ГГц).

Разновидности системных плат

Имеется много видов системных плат. Обычно тип системной платы определяется базовым микропроцессором, типоразмером (форм-фактором), чипсетом, набором слотов для оперативной памяти и карт расширения, программой BIOS и др. Рассмотрим эти особенности подробнее …

Базовый микропроцессор, процессорные разъемы и частота

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер, однако подавляющее большинство производителей предпочитают его соблюдать, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшими считаются: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX. Современными считаются: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX. Внедряемыми считаются: Mini-ITX и Nano-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX Существуют материнские платы несоответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «брэнд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 г., когда многие производители уже создали собственные платформы).

Чипсет - набор микросхем (может быть и в одной микросхеме), являющийся интерфейсом между составными частями компьютера, такими, как ЦП, ОЗУ, ПЗУ, Порты ввода/вывода.

Набор интергальных схем, как правило состоит из трех основны: северный мост(обеспечивает взаимодействие между ЦП и памятью, шиной AGP ит.д.), южный мост(обеспечивает взаимодействие между ЦП и контроллером жесткого диска, шины PCI, USB ит.д.), Super I\O(отвечает за порты Com,lpt, ps/2).

Северный мост - является одим из основных элементов чипсета компьютера и отвечает за работу с процессором, памятью и видео адаптером. Северный Мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти (SDRAM, DDR, другие), ее максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от Северного Моста зависит наличие шины видео адаптера, её тип и быстродействие. Для компьютерных систем нижнего ценового уровня в Северный Мост нередко встраивают и графическое ядро. Во многих случаях именно Северный Мост определяет тип и быстродействие шины расширения системы (PCI, PCI Experess, другое). Северный Мост является одим из основных элементов чипсета компьютера и отвечает за работу с процессором, памятью и видео адаптером. Северный Мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти (SDRAM, DDR, другие), ее максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от Северного Моста зависит наличие шины видео адаптера, её тип и быстродействие. Для компьютерных систем нижнего ценового уровня в Северный Мост нередко встраивают и графическое ядро. Во многих случаях именно Северный Мост определяет тип и быстродействие шины расширения системы (PCI, PCI Experess, другое).

Микросхема южного моста (South Bridge) с помощью встроенных средств и внешних элементов обеспечивает контроль за работой большого числа сравнительно медленных периферийных устройств.

Оперативная память (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) - в информатике - память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

В современных вычислительных устройствах, оперативная память представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом (RAM) и может изготавливаться как отдельный блок, или может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ.

Виды ОЗУ:

SIMM (англ. Single In-line Memory Module) - модули памяти, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы. Имели несколько модификаций, среди которых наибольшее распространение получили три. С появлением Pentium, по причине низкого быстродействия динамической памяти SIMM-модулей, их спецификация претерпела изменения, в результате чего более новые модули (их называли EDO) стали несовместимы со старыми (FPM), обладая немного большим быстродействием. Платы Pentium, как правило, поддерживали оба типа памяти, в то время как большинство 486 машин поддерживали только старый (FPM) тип. Отличить по внешнему виду их было невозможно и только «метод научного тыка» помогал определить их тип. Установка «неправильного» типа памяти не приводила к неисправностям - система просто не видела памяти. Так как на платах Pentium с 64-разрядной шиной данных уже 72-контактные модули потребовалось ставить парами, постепенно и их попарно «объединили», результатом чего стало появлением первых модулей DIMM.

DDR SDRAM (от англ. «Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory» - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - это тип оперативной памяти используемой в компьютерах. При использовании DDR SDRAM достигается большая полоса пропускания, нежели в обыкновенной SDRAM, за счет передачи данных по обоим фронтам сигнала. За счет этого фактически почти удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионах передач в секунду через один вывод данных».

DDR2 SDRAM (от англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - это тип оперативной памяти используемой в компьютерах. Как и DDR SDRAM DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, за счет чего при такой-же частоте шины памяти как и в обычной SDRAM можно фактически удвоить скорость передачи данных (например при работе DDR и DDR2 на частоте 100 МГц эффективная частота получается 200МГц). Основное отличие DDR2 от DDR - способность работать на намного болшей тактовой частоте, благодаря усовершенствованиям в конструкции. Но измененная схема работы буфера предвыборки данных, позволяющая добиться высоких тактовых частот, в то-же время увеличивает задержки (latency) при работе с памятью.

Слоты карт расширения:

ISA (от англ. Industry Standart Architecture, ISA bus) - 8-ми или 16-ти разрядная системная шина IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате. С появлением материнских плат формата ATX - шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах. Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами - шина PC/104.

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) - на сегодняшний день de facto стандартная системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Стандарт на шину PCI определяет:

физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

электрические параметры (например, напряжения);

логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);

Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.

AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) - разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.

PCI Express или PCIe или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) - компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

BIOS (англ. Basic Input-Output System - базовая система ввода-вывода, БСВВ) - программа, находящаяся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве) персонального компьютера и исполняющаяся при включении питания. Основная функция BIOS - подготовить машину к тому, чтобы основное программное обеспечение (в большинстве случаев это операционная система), записанное на различных носителях (жёсткий диск, дискета или компакт-диск, доступное через сеть), могло загрузиться и получить контроль над компьютером. Обозначение подобного базового ПО термином BIOS присуще для персональных компьютеров на базе процессоров с архитектурой x86. Для компьютеров на базе процессоров других типов для обозначения ПО, выполняющего подобные функции используются другие термины: например базовое ПО машин с процессором архитектуры SPARC называется PROM. BIOS выполняет самотестирование (POST) устройств, затем ищет загрузчик операционной системы (англ. Boot Loader) на доступных дисках. Если загрузчик не найден, BIOS выдаёт сообщение об ошибке. Многие старые персональные компьютеры, которые не имели полноценной операционной системы, либо её загрузка не была необходимой пользователю, вызывали встроенный интерпретатор языка Бейсик. Также BIOS содержит минимальный набор сервисных функций, например, для вывода сообщений на экран или приёма символов с клавиатуры, что и обусловливает расшифровку её названия: Basic Input-Output System - Базовая система ввода-вывода. В современных персональных компьютерах, BIOS также предоставляет интерфейс для низкоуровневого конфигурирования компонентов системы, а также позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные, в том числе USB и IEEE 1394. Также возможна загрузка по сети (применяется на "тонких клиентах"). В некоторых BIOS"ах релизуется дополнительная функциональность (например, воспроизведение DVD-дисков), поддержка встроенной рабочей среды (например, интерпретатор языка Basic).

Материнская плата - основной компонент каждого ПК. Называется главной, или системной , платой. Это самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и взаимодействует с внешними устройствами. Материнская плата является основным элементом внутри ПК, влияющим на производительность компьютера в целом.

Конструктивно материнская плата является главной платой ПК, на которой размещены все его основные элементы, линии соединения и разъемы для подключения внешних устройств.

Тип установленной материнской платы определяет общую производительность системы, а также возможности модернизации ПК и подключения дополнительных устройств.

Наиболее известными среди фирм - производителей материнских плат в настоящее время являются Intel, FICO, LackyStar, ASUStec.

Структура типовой материнской платы:

процессор, установленный в специальный разъем и охлаждаемый радиатором с вентилятором;

микросхемы кэш-памяти второго уровня (внешней). В современных процессорах эти микросхемы устанавливаются на плату картриджа центрального процессора;

слоты для установки модулей оперативной памяти;

слоты для установки карт расширения. Как правило, на материнских платах имеются разъемы для карт стандарта ISA и PCI. Современные модели материнских плат оборудованы дополнительно слотом АGР. Наличие слотов и возможность установки в них любых карт расширения (видеоадаптера, звуковой карты, модема, карты АЦП и других) определяет открытую архитектуру ПК;

микросхема перепрограммируемой памяти, в которой хранятся программы ВIOS, программы тестирования ПК, загрузки операционной системы, драйверы устройств, начальные установки;

разъемы для подключения накопителей HDD, FDD.

Все компоненты материнской платы связаны между собой системой проводников (линий), по которым происходит обмен информацией. Эту совокупность линий называют информационной ш и н о й, или просто шиной.

Взаимодействие между компонентами и устройствами ПК, подключенными к разным шинам, осуществляется с помощью так называемых мостов, реализованных на одной из микросхем Chipset.

Размеры материнской платы, а также отверстия внутри платы, которые соединяют ее с дном корпуса, стандартизованы.

При выборе материнской платы необходимо согласовать ее размеры с типом корпуса ПК, а при ее установке следует исключить контакт с дном и боковыми металлическими панелями корпуса во избежание короткого замыкания.

Формфактор материнской платы - общая стратегия расположения на ней основных микросхем, слотов, ее форма и размер.

Формат материнских плат типоразмера ВаЬу-АТ появился в 1982 г. Материнские платы данного формата могут быть установлены практически в любой корпус, за исключением корпусов уменьшенной высоты. Именно поэтому они получили наибольшее распространение. В настоящее время корпорация Intel сняла с производства материнские платы ВаЬу-АТ и перешла на выпуск материнских плат спецификации АТХ.

В 1995 г. корпорация Intel предложила новую спецификацию АТХ для материнской платы и корпуса ПК.

В 1997 г. Корпорацией Intel был предложен новый стандарт NLX, который стал дальнейшим развитием стандарта АТХ. Согласно стандарту, в ПК устанавливается так называемая ризер-карта , имеющая стандартные слоты PCI и ISA, в которые устанавливаются все необходимые карты расширения. Основное отличие ризер-карты состоит в том, что материнская плата устанавливается в специальный слот, называемый NLX. Этот разъем содержит не только информационную шину, но и шину питания. Таким образом, после установки материнская плата автоматически оказывается подключенной к шине питания. На ризер-карте располагаются различные разъемы, которые раньше располагались на материнской плате, - IDE, FDD, USB, блока питания и др. Преимущества стандарта NLX:

гарантированная возможность замены материнской платы;

удобный доступ к кабелям, картам расширения, модулям памяти;

существенное сокращение длины кабелей;

возможность замены CPU;

возможность применения двухпроцессорных систем.

Персональный компьютер (ПК) состоит из множества узлов, передающих друг другу информацию, обрабатывающих её и обменивающихся ею с пользователем. Каждый узел выполняет свою узкоспециализированную функцию. Большинство этих узлов расположены в одном конструктивно законченном элементе – материнской плате. Постараемся разобраться, зачем нужна материнская плата.

Эта плата, также называемая системной, «материнкой» и т.д. является основой любого ПК. Её иногда называют MB – английской аббревиатурой, произошедшей от слова «motherboard», материнская плата.

Другая расшифровка аббревиатуры MB – «mainboard», главная плата. И она действительно главная, поскольку все элементы ПК подключены к ней либо непосредственно, либо через стандартные кабели.

В большинстве системных блоков плата располагается вертикально. Её прикручивают к одной из его стенок.

Понятие материнской платы ее функции

С точки зрения обычного пользователя материнская плата представляет собой прямоугольное изделие из стеклотекстолита. На ней размещаются множество деталей и разъёмов, соединённых проводящими элементами.

Основных функций у материнской платы несколько:

передача управляющих сигналов от центрального процессора (ЦП) к различным устройствам;
обмен данными между процессором и памятью (постоянной и оперативной);
организация устройств долгосрочного хранения информации (жестких дисков и других внешних носителей) и обеспечение доступа к ним;
подключение внешних устройств (видеокарт, средств обработки звука, внешней памяти, сетевых адаптеров, принтеров и т.д.);
обеспечение ввода информации от пользователя или другого компьютера.

Важно! Отдельно следует отметить ещё одну важную функцию, не касающуюся обработки информацией напрямую, но обеспечивающую функционирование процессора и некоторых внешних устройств: обеспечение их дополнительным электропитанием.

Ответ на вопрос, что такое материнская плата компьютера, следует из описания её функций. Системная плата является тем самым связующим звеном (точнее, целым комплексом связующих звеньев), без которого работа ПК в целом будет невозможной.

Непосредственно в разъёмы на материнской плате вставляются следующие устройства:

процессор;
модули памяти;
видеокарта;
звуковая карта;
любые другие устройства со стандартными интерфейсами материнки (сетевые адаптеры, устройства обработки видео и т.д.)

Устройства хранения информации (жёсткие диски, BlueRay и прочие) подключаются к материнке не непосредственно, а при помощи стандартных кабелей. В настоящее время для таких устройств используется интерфейс SATA. Кроме того, существуют такие же разъёмы для подключения резервных хранилищ информации, располагающихся вне системного блока.

Различные периферийные устройства (клавиатура, мышь, принтер, флешки и пр.) могут быть подключены к плате при помощи интерфейса USB. Разъёмы USB могут находиться как непосредственно на плате, так и подключены к ней при помощи кабелей.

Иногда на материнках для обеспечения совместимости с некоторыми моделями клавиатур и мышей может использоваться интерфейс PS/2, разъём которого также расположен на ней.

Платы со встроенными видеоадаптерами имеют разъём видеоадаптера, предназначенный для подключения к монитору.

Все компоненты, входящие в состав материнки жестко закреплены на ней при помощи пайки, клея или какого-либо другого способа соединения, а иногда и их комбинации. Теоретически для обычного пользователя материнка является неразборной.

К её главным составляющим относят:

разъём для подключения ЦП, т.н. «сокет»;
специальные крепёжные элементы для подключения системы охлаждения ЦП;
несколько разъёмов для подключения оперативной памяти;
микросхемы постоянной памяти;
микросхемы чипсета;
формирователи стандартных интерфейсов т.н. «шин» для работы с внешними устройствами;
разъёмы для подключения внешних устройств к шинам (т.н. слоты расширения);
контроллеры и разъёмы для подключения периферийных устройств;
разъёмы для подключения основного и дополнительного электропитания;
формирователи питающих напряжений для процессора, памяти и шин;
простые звуковые адаптеры (на большинстве современных материнок);
разъёмы для подключения кнопки включения и сброса ПК и индикаторов передней панели;
другие устройства индикации и отладки (опционально);

Обычно, компоненты на плате группируются по своим функциям. Например, чипсет, модули памяти и систему электропитания располагают поближе к ЦП. Под слоты расширения отводят большую часть свободной поверхности материнки, чтобы крупногабаритные устройства (например, видеокарты) разместились там без проблем.

Разъёмы для подключения периферии располагаются по периметру материнской платы, считается, что такое расположение упрощает подключение устройств к ним.

Часть разъёмов специально располагается в отдельном месте материнской платы, на так называемой задней панели разъёмов. Под заднюю панель в любом системном блоке сделано отверстие размерами 6,25 на 1,75 дюйма с допусками 0,08 дюйма (в среднем 159 на 45 мм).

Внимание! Все стандарты на размеры материнских плат, и вообще, всех комплектующих идут в дюймах. Поэтому не стоит удивляться «некруглым» цифрам в размерах тех или иных деталей, выраженных в миллиметрах.

На задней панели обязательно есть такие разъёмы:

PS/2 для подключения мыши и клавиатуры;
4-8 разъёмов интерфейса USB;
3-6 разъёмов mini-jack для подключения звуковых устройств;
RJ45 для подключения локальной сети.

Перечисленный набор присутствует практически у всех плат, но иногда к нему добавляются дополнительные разъёмы.

Разъёмы электропитания

Подключать материнскую плату к источнику питания можно через стандартный 24-контактный разъём питания. Иногда к нему добавляется один или несколько 4, 8 или 12 контактных разъёмов дополнительного питания +12В.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Блок питания выдаёт напряжение +3.3 В, а также напряжения 5 В и 12 В обеих полярностей. Их использует большинство устройств внутри ПК. Однако ЦП требует других напряжений питания – от 1 до 2 В. Связано это с оптимизацией распределения потребляемой мощности.

Для того чтобы обеспечить питание процессора, на системной плате размещают преобразователи напряжения. Они представляют собой небольшие микросхемы, расположенные в непосредственной близости от ЦП. Помимо функций преобразования напряжения, эти микросхемы обеспечивают его стабилизацию – то есть постоянство во времени, в не зависимости от степени загруженности процессора. Каждый стабилизатор является миниатюрным импульсным источником питания, для работы которого нужны конденсаторы. Эти элементы устанавливаются рядом со стабилизаторами.

Внимание! Импульсные стабилизаторы потребляют столько же мощности, сколько и процессор. Поэтому радом с ними не должно быть никаких препятствий, мешающих циркуляции воздуха, обеспечивающего их охлаждение.

Чипсет

Главная деталь любой системной платы. Именно благодаря ему ЦП может выполнять программы и обрабатывать данные. В настоящее время со всеми устройствами, кроме оперативной памяти и основных шин, процессор «общается» только через чипсет.

До 2011 года чипсет физически разделялся на две микросхемы – северный и южный мосты. Северный мост использовался для связи с быстрыми устройствами, сопоставимых по быстродействию с процессором. Южный мост – с более медленными, быстродействие которых было в десятки, а то и в тысячи раз меньше, чем быстродействие процессора.

Но впоследствии, практически все составляющие компоненты северного моста были перенесены с материнской платы в процессор, что позволило примерно на треть увеличить общее быстродействие системы. Поэтому в настоящее время чипсет используется для обмена данными с медленными шинами и другими периферийными устройствами.

BIOS и CMOS

На каждой материнской плате располагается микросхема постоянной памяти, содержащая набор процедур, обеспечивающих запуск компьютера и подготовку его к загрузке операционной системы. Набор этих процедур называется BIOS. Это также аббревиатура от английского «basic input/output system» — базовая система ввода/вывода.

Кроме этих функций BIOS позволяет проводить более тонкую настройку параметров как материнской платы, так всего ПК. С её помощью можно ускорить/замедлить процессор, выбрать способ загрузки операционной системы, поменять системное время и так далее.

Хранение этих настроек частично возложено на устройство CMOS – небольшой объём энергонезависимой памяти, питающейся от сменной батарейки. При выключении питания ПК эти настройки сохраняются и используются при следующем включении. Срок службы батарейки составляет от 3 до 10 лет.

Внимание! По окончании ресурса батарейки система выдаст соответствующее сообщение. При его появлении батарейку рекомендуется заменить.

На всех без исключения материнках предусмотрено «обнуление» CMOS. Делается это для тех случаев, когда выбранные настройки приводят к неработоспособности компьютера. Обнуление может быть сделано при помощи специальной кнопки или джампера.

Разновидности плат

Материнские платы, подходящие для одних и тех же процессоров и имеющие одинаковые чипсеты могут быть произведены в различных конструктивных вариантах исполнения. В первую очередь это касается их размеров. Существует понятие форм-фактора или типоразмера материнской платы; разберемся, что это такое.

Геометрические размеры платы имеют стандартные значения для унификации используемых системных блоков и различных периферийных устройств. Рассмотрим их подробнее:

EATX

Размер: 12 на 13 дюймов (305 на 300 мм).

Преимущественно применяется для серверного, т.н. «стоечного» исполнения. Однако, могут применяться и для ПК, в случае, если необходимо подключить несколько крупных устройств, например, видеокарт. Обладают максимальным набором периферийных устройств, однако их стоимость может на порядок превышать стоимость обычных материнок. Число больших слотов расширения, поддерживающих шину PCIE-16 – до 4.

Standard ATX

Размер: 12 на 9,6 дюймов (305 на 244 мм).

Обычные платы, использующиеся в большинстве современных ПК. Подходят для любых корпусов типа Tower. Число слотов расширения – до 3.

microATX

Размер: 9,6 на 9,6 дюймов (244 на 244 мм).

Урезанная версия ATX. Используют один слот расширения, имеют ограничение на количество портов USB. При этом они дешевле стандартных и потребляют меньше электроэнергии.

Mini-ITX

Размер: 6,7 на 6,7 дюймов (170 на 170 мм).

Специализированные платы для небольших системных блоков, преимущественно используемых для офисных решений. Слот расширения либо отсутствует, либо имеется его урезанная версия. Процессор встроен в материнку и не подлежит замене. Обладают очень низким энергопотреблением. Блок питания ограничивается мощностью в 100 Вт. Для сравнения, питание самой «лёгкой» платы microATX требует источника питания минимум 300 Вт.

Mini-STX

Размер: 5,7 на 5,5 дюймов (147 на 140 мм).

Также специализированные платы для микрокомпьютеров. Слотов расширения нет, однако, процессор может быть заменен. Видеосистема встроенная. Применяется преимущественно для офисных и мобильных решений.

Как определить, какая материка установлена

Существует три способа определения типа системной платы, установленной в ПК:

При помощи программ диагностики. Таковыми могут быть CPU-Z, AIDA, PC Wizard и прочее.
При помощи DMI. Этот способ, скорее, применим для программистов. Частично он реализован в «Свойствах системы» ОС Windows, но тип материнской платы там отображается не всегда.
Визуальный. Разобрать системный блок и посмотреть надпись на плате. Традиционно, она находится между слотами расширения.

Первый способ самый простой и предпочтительный. Кроме того, он абсолютно безопасен и может применяться, когда вскрыть системный блок невозможно. Например, если ПК находится на гарантии.

Как выбрать хорошую материнскую плату

Выбор хорошей материнской платы должен производиться по следующим критериям:

Совместимость её с имеющимся процессором.
Возможность поддерживать всё имеющиеся в распоряжении оборудование. Это относится к типам модулей памяти, видеокарте, количеству жестких дисков и периферийных устройств.
Форм-фактор должен совпадать с имеющимся корпусом, а энергопотребление – с блоком питания.
Расположение элементов на материнке не должно создавать препятствия для её нормальной вентиляции. Подобным часто грешат производители дешевых комплектующих.
По возможности на материнке должны быть две микросхемы BIOS – основная и резервная.
Разъём питания должен быть универсальным – минимум 24+4 контакта. Обязательно наличие дополнительного питания процессора.
Место положения разъёмов для жестких дисков должно быть удобным и не мешать платам расширения.

Так же вы можете посмотреть статьи на темы и .