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, разных 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 продуктивность 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.

Как выбрать материнскую плату

Материнская плата — вещь весьма специфическая. Покупать первую попавшуюся нельзя. Как правильно выбрать столь важный для ПК компонент, рассказал программист Даниил Косягин. Он обращает внимание на следующие особенности.

Совместимость

Материнская плата не будет работать на компьютере, с которым она не совместима. Поэтому здесь, в первую очередь, все зависит от сокета — он должен быть такой же, как и у процессора, чтобы установка стала возможной. Сокет часто обновляется, поэтому для бесперебойной работы лучше брать устройства с самым современным. Производителей процессоров для компьютеров два — АМD и Intel. Сокетов столько же. Самые современные у Intel — 1151, 1151-v2, 2066, у AMD — AM4, TR4. Но здесь не уследить за временем, лучше уточнять у продавцов — они могут подсказать более новые и подходящие вам варианты. И не забывайте перед покупкой платы посмотреть в ее характеристиках совместимость с процессором, обычно такие вещи указываются.

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 продуктивность 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 комментарийЧто такое звуковая карта и для чего она нужна?Что такое SSD? Твердотельный накопительЧто такое процессор, центральный процессор, CPU?Что такое материнская плата или системная плата и для чего она нужна?Что такое HDD, жёсткий диск и винчестерЧто 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 продуктивность 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 продуктивность 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.

Материнская плата компьютера, для чего она предназначена и как выглядит

Материнская плата компьютера это тот фундамент, на котором выстроены все компоненты системного блока.

Роль материнской платы компьютера нельзя переоценить. Ведь только от нее зависит сможете ли Вы в будущем расширить функциональность Вашего ПК или нет? Увеличить количество оперативной памяти, поставить более производительную видеокарту? Будет ли позволять дальнейшее расширение («upgrade» — апгрейд) всей системы наличие дополнительных, первоначально не используемых, слотов и разъемов? Это как фундамент дома: сделаете его не качественно и, со временем, конструкция может обрушиться.

Материнская плата представляет собой многослойный «пирог» из однослойных (односторонних или двусторонних) печатных плат. Каждый из слоев и представляет собой такую отдельную плату. Многослойность, прежде всего, нужна для борьбы с перекрестными наводками и помехами, создаваемыми сигнальными линиями (дорожками) платы, близко друг к другу расположенными. Чтобы увеличить это расстояние и изолировать сигнальные линии одного слоя от другого и придумывался весь этот «бутерброд». Каждый слой отделяется друг от друга специальными прокладками из стеклоткани (адгезивом) и после все это дело запрессовывается в специальной печи.

Графически внутренне строение изделия можно изобразить примерно так:

Как бонус, дополнительно возрастает и общая механическая прочность подобной конструкции. Количество отдельных слоев в современных брендовых продуктах может доходить до десяти, а то и больше! После чего уже почти готовую материнскую плату с обеих сторон покрывают диэлектрическим защитным лаком нужного цвета, просушивают, насверливают в ней необходимые отверстия под крепеж, установку разъемов и других компонентов, металлизируют отверстия по краям и изделие практически готово! Конечно, после этого нужно установить сами разъемы и всю элементную базу радиоэлектронных компонентов, осуществить их пайку, контроль качества, произвести всеобъемлющее тестирование под нагрузкой, но этот процесс наглядно показан в видео под статьей, поэтому не вижу смысла лишний раз его описывать.

Примечание: печатная плата или PCP (Printed Circuit Board) — пластина из диэлектрика на которой химическим или механическим способом сформированы электропроводящие дорожки. Они могут формироваться как классическим методом их травления на плате, так и с применением разработки лазерной гравировки.

Поскольку нас, в первую очередь, интересуют именно качественные материнские платы компьютера, давайте обратим свое внимание на полноразмерную плату от фирмы-. Большое количество расположенных на ней элементов и слотов расширений позволяет нам надеяться на хорошую перспективу апгрейда, а качественная элементная база компонентов и разводка платы, — на длительный срок ее эксплуатации.

Давайте, как обычно, пройдемся по порядку по всем обозначениям и выясним, из каких компонентов состоит материнская плата компьютера:

1. сокет CPU (разъем, куда устанавливается процессор компьютера)
2. обозначены два слота под PCI Express видеокарты (в дорогих материнских платах можно устанавливать две дискретные видеокарты одновременно)
3. четыре слота под оперативную память стандарта DDR2
4. северный мост чипсета материнской платы компьютера
5. южный мост чипсета материнской платы
6. радиаторы системы охлаждения для цепей питания (фаз питания) процессора
7. четыре USB выхода (выводятся на заднюю стенку корпуса компьютера)
8. выходы встроенной звуковой карты
9. интерфейс флоппи диска 3,5 (дисковода) FDC controller
10. четыре выхода SATA для подключения жестких дисков
11. три PCI слота для подключения дополнительных плат расширения (ТВ тюнера, сетевой или звуковой карты, платы видеозахвата и т.д)
12. батарейка «BIOS»
13. четырех-контактный 12-ти вольтовый разъем питания процессора
14. 24-х контактный разъем для подключения блока питания и подачи напряжения на материнскую плату
15. два разъема для подключения жестких дисков или CD-DVD-ROM старого образца «IDE»
16. сама микросхема «BIOS»

Давайте остановимся с Вами на наиболее важных моментах, требующих отдельных комментариев. На изображении мы четко видим систему охлаждения в центре, с расходящимися от него медными трубками. Центральный радиатор прикрывает собой «северную» микросхему чипсета платы. Она включает в себя такие немаловажные компоненты как встроенная видеокарта, контроллер оперативной памяти и контроллер системной шины (сейчас эти элементы активно переносятся в ЦПУ) и, естественно, поддерживает интерфейс взаимодействия с «южной» микросхемой.

Названия «северный» и «южный» мост обозначают лишь географическое расположение этих элементов относительно слотов PCI (севернее — выше или южнее — ниже). Микросхема южного «моста» также прикрыта радиатором. Она, как правило, содержит в себе контроллер встроенной сетевой карты компьютера, шины USB, интегрированный звук, отвечает за работу шины PCI, разных датчиков на плате и т.д.

Примечание: чипсет (chipset) — набор микросхем, спроектированных для совместной работы по выполнению каких-либо задач. Второе название — набор системной логики.

Применимо к компьютерам, классический чипсет на материнской плате состоит из двух больших микросхем:

• северный мост (Northbridge)
• южный мост (Southbridge)

Северный «мост» связывает (посредством интегрированных в него контроллеров) ЦПУ с высокопроизводительными устройствами, расположенными на материнской плате компьютера (память, видеоадаптер). Южный «мост» отвечает за поддержку более «медленных» периферийных устройств (USB, звуковая и сетевая карта, жесткие диски, различные платы расширения и т.д.)

Вот, к примеру, как выглядит набор системной логики («северный» — больший и «южный» — меньший мост) производства .

Двигаемся дальше. Под номерами «6» (см. первое фото статьи) на материнской плате у нас — два радиатора, которые охлаждают цепи питания процессора. Элементы, расположенные под радиаторами (конденсаторы и транзисторы) предотвращают сильные перепады напряжения питания CPU при изменении его нагрузки. Качественное их исполнение — один из показателей хорошей материнской платы. Согласитесь, если работа компьютера окажется нестабильной просто по причине некачественного электропитания — будет обидно!

Отдельно отметим, что элементная база цепей питания на современных материнских платах достаточно разнообразна: в нее входят ШИМ-контроллер, преобразователи напряжения, транзисторы, резисторы, дроссели, конденсаторы и т.д.

На фото ниже представлена типовая многофазная схема питания современного процессора:

Например, преобразователи напряжения нужны для того, чтобы подавать на тот или иной элемент строго нужное для его штатной работы питание. Одно дело, что на входе преобразователя от блока питания «приходит» 12 вольт, но не всем элементам именно двенадцать нужно! Вот преобразователи и понижают его до нужного значения и «отдают» конечному «потребителю» (конкретной микросхеме, или другому элементу).

Предлагаю более подробно поговорить о том, для чего все эти фазы нужны и как они работают? Считаю, что это нужно знать! В роли понижающего преобразователя может выступать VRM (Voltage Regulation Module — модуль регулирования напряжения) или VRD (Voltage Regulator Down — модуль понижения напряжения). Особо не зацикливайтесь на этом, достаточно будет, если запомните эти аббревиатуры и будете знать, к чему они относятся.

Как правило, в схему преобразователя также включены несколько полевых МОП-транзисторов. Они управляются электрическим полем, поэтому их называют «полевыми» (полевиками). Аббревиатура МОП происходит от «металл-оксид-полупроводник», в английском варианте: «metal-oxide-semiconductor field effect transistor» или сокращенно — MOSFET. Поэтому можно встретить название, как mosfet-транзисторы (в народе — «мосфеты»).

В основе управления фазами питания на материнской плате компьютера, как правило, находится PWM-контроллер. У аббревиатуры PWM тоже есть свое значение и это «Pulse Wide Modulation» — широтно-импульсная модуляция, по русски ШИМ. Поэтому подобные компоненты часто называют ШИМ-контроллерами.

Вот как он может выглядеть:

О требуемом для процессора в данный момент питании ШИМ-контроллер «узнает» с помощью специального 8-ми битного сигнала, который и «говорит» ему о том, какое напряжение нужно подать на ЦП в тот или иной момент времени.

В очень старых компьютерах все схемы регуляторов напряжения были однофазными, однако со временем (с ростом потребляемой процессорами мощности) они стали неэффективными и производителям пришлось использовать несколько фаз для регулировки напряжения, подаваемого на ЦП. Отсюда и появилось понятие «многофазности». Четырехфазное питание восьмифазное и т.д.. Сейчас есть, вроде бы, даже 24-х фазное!

Что же стоит за этим понятием? Попробуем разобраться! В чем основное ограничение однофазного регулятора? Прежде всего, в максимальном токе, который можно пропустить через те элементы, которые его формируют: мосфеты, катушки индуктивности (дроссели), конденсаторы. Их ограничение составляет около тридцати ампер, в то время, как современные CPU могут потреблять ток свыше ста ампер! Понятно, что при таких «запросах» одна фаза «закипит» очень быстро Вот именно для компенсации этого ограничения, на материнских платах и начали использовать многофазное питание.

При использовании многофазного регулятора общий ток нагрузки можно распределить по N-ному количеству отдельных фаз, которые в сумме будут выдавать нужную (номинальную) мощность! Например: при шестифазном питании на каждую из шести фаз будет приходиться по 30 Ампер (помним про ограничение по максимальному току), в то время, как суммарно все наши фазы могут при пиковой нагрузке «пропустить» через себя целых180 Ампер!

Примечание: для процессоров Intel поколения Core i7 с энергопотреблением свыше 130-ти Ватт (даже учитывая возможность разгона), вполне достаточно шестифазного питания! Все что больше — от лукавого маркетолога

Также нужно иметь в виду, что элементная база не стоит на месте и вместо обычных электролитических конденсаторов сейчас широко используются, так называемые, твердотельные полимерные, срок службы которых превышает 50 000 часов, дроссели с ферритовым сердечником и т.д. Все это вкупе, позволяет пропускать через них максимальный ток уже не 30, а 40 Ампер. Поэтому такая шестифазная схема (цепь) питания процессора вполне сможет обеспечить ток на процессор около 240 Ампер (энергопотребление более 200 Ватт)! Какой домашний CPU такое потребляет, кроме AMD ?!

Последнее что хотелось бы добавить, сейчас на материнских платах компьютеров часто применяется такая вещь, как динамическое переключение фаз питания. Это значит, что по мере необходимости (потреблении процессором большего тока) в работу включается все большее количество фаз, а при снижении нагрузки некоторые из них отключаются. По идее, слабенький ЦП можно запустить только при одной рабочей фазе. Другое дело, долго ли он так протянет? Но для старта в режиме тестирования этот метод может вполне сгодиться!

Итак, возвращаемся к нашему основному материалу! Если попытаться схематично изобразить расположение всех основных элементов и разъемов на материнской плате компьютера, то получится приблизительно вот такая картина:

Как видите, все начинается с CPU и дальше (через системную шину) — данные передаются на все узлы компьютера.

Вот еще одно (графическое) воплощение этой идеи:

Давайте несколько слов скажем о системной шине платы — FSB (Front Side Bus — фронтальная системная шина). Это скоростной интерфейс взаимодействия между процессором и северным «мостом» чипсета материнской платы. Чем больше ее частота, тем выше скорость передачи данных и скорость всей системы в целом. Частота FSB измеряется в мегагерцах.

Примечание: что такое частота, какие значения может принимать и в чем измеряется мы с Вами разбирали вот в этой статье.

Непосредственно к самой системной шине подключен только ЦПУ, остальные устройства подключаются к ней через специализированные контроллеры, которые интегрированы в микросхему северного «моста».

Справедливости ради стоит отметить, что сейчас наблюдается тенденция к высокой интеграции основных контроллеров и даже целых устройств (графический ускоритель) непосредственно в ядро центрального процессора.

Одним из первых из чипсета был перенесен контроллер оперативной памяти, что позволило сократить временные задержки, неизбежные при передаче данных и команд по системной шине. К примеру, в процессор на базе «Intel LGA1156» были перенесены практически все основные контроллеры, до этого располагавшиеся на материнской плате. В результате, FSB в ней, фактически, отсутствует!

Разработчики используют свою фирменную технологию для замены системной шины. Она называется «Hyper Transport». Данная разработка пережила уже несколько ревизий и успешно используется не только в персональных компьютерах, но и в таких высокопроизводительных устройствах, как сетевые маршрутизаторы .

Еще одним из «кандидатов» на перенос непосредственно в ядро CPU оказалось встроенное видео, которое раньше весьма комфортно «чувствовало» себя в северном мосту чипсета материнской платы. И, казалось, куда оно оттуда может деться?! А прошло некоторое время и — пожалуйста: видеоядро на одном кристалле с процессором. Фантастика!

Как подобное стало возможным? Прежде всего, в силу того, что постоянно уменьшается техпроцесс изготовления всех основных элементов компьютера. К примеру, процессор семейства Intel Core i7 сделан с использованием 22-х нанометрового техпроцесса, что позволило разместить на той же площади кристалла примерно 1,4 миллиарда транзисторов!

Примечание: 22 нанометра соответствуют, в данном случае, линейному разрешению литографического оборудования, которое используется при изготовлении конечного устройства. А «нанометр» (нм или nm) — это одна миллиардная часть метра (миллимикрон)!

Что у нас получается? С уменьшением техпроцесса уменьшается и размер основных элементов (транзисторов), которые мы можем разместить на кристалле. Следовательно, этих самых транзисторов на той же площади мы можем разместить больше! И, как результат, — построить на их базе встроенное в ЦП графическое ядро или любой другой элемент. Собственно, этим активно и пользуются разработчики, стараясь постоянно уменьшать технологический процесс производства.

Со временем, это привело к тому, что все основные высокоскоростные интерфейсы и контроллеры «перекочевали» под крышку процессора, а многие материнские платы современных компьютеров лишились не только южного, но иногда и северного моста! Так как все контроллеры периферии переместились в северный мост, то южный просто отпал за ненадобностью. Сегодня еще можно встретить материнские платы с классическим расположением элементов системной логики (чипсета), но это происходит все реже.

Итак, продолжим! Для более дешевых материнских плат характерна ситуация, когда производители набирают все ее элементы на уже укороченной (снизу или — сбоку) пластине текстолита. В результате, все элементы материнской платы расположены очень близко друг к другу и о каких-то дополнительных разъемах или выходах приходится забыть (тут бы основное все уместилось!).

Запомните: соотношение сторон у хорошей материнской платы должно быть таким же, как на фото (она не должна быть маленькой квадратной или прямоугольно-вытянутой) и места на ней должно быть много! До сих пор — это мое ИМХО, несмотря на 2015-й год Хорошо зарекомендовавшими себя производителями материнских плат для десктопных компьютеров являются , «Asus» «Gigabyte» и «Intel».

Например, дополнительно «прокладывает» между слоями печатной платы несколько тонких слоев меди. Эта фирменная технология даже получила собственное название: «Ultra Durable» (фото в начале статьи). Медь выступает дополнительным радиатором, отводящим тепло от самых горячих зон материнской платы: процессора с его цепями питания и микросхем чипсета.

Также разные производители плат чтобы выделить свою продукцию добавляют к ней всякие улучшения: наподобие двойного биоса (чтобы в случае сбоя не использовать программатор), датчика пост-кодов, кнопок включения и перезагрузки на самой плате и т.д.

Вот — один из примеров того, как на качественные материнские платы устанавливают дополнительные улучшения.

Внизу красным обведен датчик POST кодов, о котором мы упоминали выше. Он может «сказать» нам о проблеме в работе компьютера посредством цифровых комбинаций на табло. Их расшифровка, как правило, прилагается к самой материнской плате в виде маленькой книжки.

А вот какие еще бывают материнские платы. Фото ниже — форм фактор «micro ATX» с процессором «Atom 550» на пассивном охлаждении.

В завершении статьи, хочу показать Вам свое рабочее место и, как тестируется на нем очередная материнская плата:

Сейчас я устанавливаю Windows. Подобный вариант подключения позволяет исключить случаи короткого замыкания платы на корпус компьютера, да и визуальный осмотр и общий контроль за процессом намного удобнее.

Бывают и серверные материнские платы. Чем отличаются серверные решения от обычных (десктопных)? Прежде всего, повышенной надежностью! Ведь серверам приходится работать в режиме 24/7 (как супермаркету) Сервера обычно комплектуются дорого регистровой оперативной памяти с контролем четности (ECC), также они могут поддерживать несколько физических процессоров. На фото ниже мы видим плату, в которую может быть установлено четыре физических ЦПУ.

Это уже продукция никак не относящаяся к сегменту SOHO (Small Office/Home Office — малый офис/домашний офис), а серьезные корпоративные решения. Естественно, здесь тоже есть свои Lov-End (дешевые) и Hi-End (дорогие) продукты, но это уже другая история. Также на серверах, как правило, устанавливаются аппаратные рейд (RAID) контроллеры, выполненные в виде отдельной печатной платы, на десктопах подобный функционал можно получить только программным способом.

Примечание: RAID (Redundant Array of Independent Disks — избыточный массив независимых дисков). Технология надежного хранения данных основанная на избыточности хранимой информации. Когда несколько жестких дисков объединяются в один виртуальный логический элемент для обеспечения надежности и повышения производительности.

Отдельно можно выделить геймерский сегмент материнских плат. Как правило, подобные решения стоят на порядок дороже и имеют кучу дополнительных опций: в виде продвинутых возможностей по разгону, расширенного управления питанием и охлаждением, разных датчиков индикации соcтояний, усиленной элементной базы и т.д. Одним из таких примеров являетcя изделие от фирмы Asus (Asus Maximus 7):

Крутая «игрушка», правда? Напоследок, — мысль статьи, сформированная на основе личного опыта: хорошая (качественная) вещь не может стоить 30-50 долларов. Ну, вот не может и все тут!

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, гарантирует 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 гарантирует 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.

Мать-героиня. Как устроена современная системная плата

В этом номере “Игромании”

стартует цикл статей, посвященных анатомии компьютерного железа. Материнские платы, видеокарты, процессоры и винчестеры… как они устроены? Почему работают? Что у них внутри? Словом, будем говорить о том, что полагается знать каждому порядочному железячнику. А начнем с обзора современных системных плат, в котором окинем пытливым взором их устройство, различные форм-факторы и основные интерфейсы. Размер имеет значение! Все существующие материнки можно классифицировать по одному существенному признаку — форм-фактору. Форм-фактор определяет геометрические размеры, расположение компонентов, вид питания, а также корпус, в который может быть установлена системная плата. Самыми древними в этом отношении выступают платы стандарта AT . В зависимости от их размеров различают:

Вот так будут выглядеть платы спецификации BTX 1.0.

обычные АТ (280×220 мм), 3/4 АТ (230×220 мм), 1/2 Baby АТ (190×220 мм), 2/3 Baby АТ (245×220 мм), 3/4 Baby АТ (270×220 мм). На ступень выше расположены платы спецификации ATX . По аналогии с AT-платами ATX бывает нескольких видов: Full ATX , Mini ATX , Micro ATX и Flex ATX . Из них наибольшее распространение получили два — Full и Micro ATX. Причем на сегодняшний день б о льшая часть продаваемых компьютеров базируется на платах Micro ATX. Сейчас уже очевидно, что стандарт ATX слишком велик. И необходимость в переходе к новому форм-фактору системных плат — отнюдь не прихоть или каприз производителей. Причина тому — появление новых шин и интерфейсов, которым попросту неуютно в узких рамках нынешних спецификаций ATX. Кроме того, давным-давно изменились требования к температурному режиму систем, габаритам корпусов и их шумовым характеристикам. Все это скопище проблем подталкивало разработчиков на проектирование форм-фактора нового поколения. И вот момент настал: минувшей осенью появились финальные спецификации системных

Вся семейка нового форм- фактора BTX.

плат форм-фактора BTX (Balanced Technology Extended; подробно о новом форм-факторе мы писали в январском номере “Игромании” ). В настоящее время разработано несколько разных модификаций BTX. По сути, их главное отличие кроется в ширине платы: ширина стандартного BTX чуть больше, чем у ATX, — 325,12 мм; ширина microBTX —264,16 мм; низкопрофильный picoBTX — всего 203,20 мм. Рассмотрим ряд важнейших преимуществ форм-фактора BTX: — поддержка низкопрофильных системных плат (microBTX и picoBTX); — оптимизированное расположение компонентов на плате; — поддержка новых шин и интерфейсов; — продуманная вентиляция системы; — возможность применения миниатюрных блоков питания; — надежная структура крепления плат.

Внешний вид Thermal Module.

Немаловажно отметить еще одно ключевое нововведение: в спецификации BTX устройства охлаждения именуются “модулями термического баланса” — ThermalModule . Скорее всего, под этим термином подразумевается комплект из системы охлаждения процессора и направляющих для потока воздуха внутри корпуса. В спецификации BTX им отводится главная роль в охлаждении жизненно важных компонентов системы.

Топология платы

Вне зависимости от своего размера любая материнская плата несет на борту стандартный набор элементов: массу всяческих контроллеров, интерфейсов, стабилизаторов и чипов. Попробуем в этом разобраться. Плотью и кровью любой материнской платы является ее чипсет . Иногда чипсет называют набором системной логики , но, по сути, это одно и то же. Обычно чипсет представляет собой набор разнообразных микросхем, соединенных в один — а чаще в два — кремниевых чипа. Именно здесь определяется весь спектр характеристик, а также продуктивность нашей “матери”. В классическом варианте чипсет состоит из двух основных контроллеров: северного и южного мостов. Эти термины были приняты среди изготовителей чипсетов материнских плат довольно давно. Тем не менее некоторое время спустя корпорация Intel с легкой руки переименовала упомянутые мосты в хабы. Получился самый настоящий винегрет: в то время как интеловские чипсеты объединяются хабовой архитектурой, системная логика от сторонних производителей по-прежнему состоит из двух мостов. Хотя, сказать по правде, мало что изменилось: интеловские хабы по старинке именуют мостами.

Для справки Термины “северный и южный мосты” сложились исторически. По сути, они означают расположение контроллера относительно шины PCI: северный мост находится выше, а южный — ниже. Почему “мост”? Все просто! Название чипсетов произошло от их назначения: северный и южный мосты служат для связи разных шин и интерфейсов.Классическая реализация чипсета с двумя мостами.

Однако не будем отходить от темы. Как мы уже говорили, чипсет состоит из двух взаимосвязанных контроллеров — мостов. Северный мост несет на себе функции управления системной памятью, графической подсистемой компьютера (будь то встроенное графическое ядро или внешняя AGP -видеокарта — неважно), а также гарантирует связь всех компонентов системы с процессором. Или, проще говоря, выступает в роли связующего звена между процессором, оперативной памятью, видеокартой и южным мостом. В свою очередь, юг чипсета призван обеспечить работу более медленных и менее важных компонентов системы. Обычно в состав южного моста входят контроллеры шины PCI , шины USB , RAID -массивов, интерфейсов SATA и PATA . Плюс ко всему не стоит забывать об интегрированных сетевых и аудиоконтроллерах, которые также умещаются под кремниевой оболочкой южного моста. Думаю, разница в строении “полюсов” чипсета ясна как день. Непонятно лишь одно: зачем понадобилось разделять чипсет на две части? Ответ прост. Во-первых, северный мост работает гораздо быстрее южного, а потому логично вынести его в отдельную микросхему; во-вторых, реализация всего количества контроллеров на одном кристалле влетела бы производителям в копеечку.

Одночиповое решение на примере NVidia nForce3 150.

В наши дни 64-битной архитектурой процессора уже никого не удивишь. И уже сейчас можно смело сказать, что в ногу с тотальной 64-битностью (в первую очередь это касается процессоров от AMD, хотя Intel тоже не собирается отставать) в нашу жизнь войдут чипсеты нового поколения, которые будут использовать форм-фактор BTX и шину PCI Express . Уже сегодня мы имеем вполне реальный тому пример — набор системной логики NVidia nForce3 150 . Именно в этом чипсете северный и южный мосты объединены в одну микросхему. Почему так произошло? Попробуем объяснить, что называется, на пальцах. Одна из важнейших особенностей архитектуры Athlon64 состоит в том, что отныне контроллер памяти интегрирован в ядро процессора. Подобная хитрость позволяет процессору напрямую работать с

Так выглядит типичный герой нашей статьи.

памятью компьютера. Однако мы знаем, что работа с памятью — прямая обязанность чипсета материнской платы, а точнее, ее северного моста. Получается, что необходимость разделения чипсета на две части (быструю и медленную) отпадает сама собой. Но, сказать честно, не все производители решились на столь радикальные преобразования. Возьмем хотя бы свежеиспеченный чипсет от VIA Technologies K8T800 , который, в отличие от nForce3, построен по классической схеме с разделением на северный и южный мосты. Какая идеология будет более жизнеспособной, покажет только время. Мы же не будем заострять на этом внимание и, разобравшись в этом вопросе, пойдем дальше. Помимо чипсета с большим алюминиевым радиатором, на поверхности рядовой материнской платы можно обнаружить так называемый BIOS (Basic Input/Output System; см. также наш “Словарь железячника” ). Или, точнее, маленькую микросхему, в которой и находится программная среда BIOS. Зачем материнской плате необходим BIOS? Ответим: для того, чтобы компьютер смог разобраться в подключенных к нему устройствах и загрузить операционную систему. Иными словами, программа BIOS загружается из специально отведенного участка памяти CMOS и предоставляет информацию для корректного запуска операционной системы.

Компактность vs. скорость Сегодня людям не нужны громоздкие внутрикомпьютерные конструкции — на первое место выходят миниатюризация и снижение шума. Под эгидой этого принципа родился новый миниатюрный форм-фактор материнских плат ITX , который был спроектирован исключительно для платформы VIAEPIA . Основное преимущество EPIA заключается в компактных размерах платы и низком энергопотреблении. Главный же и, по сути, самый значительный ее недостаток — платформы на основе EPIA обладают очень низкой производительностью. Однако производитель с уверенностью отвечает, что в обозримом будущем платформа EPIA будет иметь богатый спектр возможностей в сочетании с высокой производительностью. Кроме того, представители VIA утверждают, что EPIA смогут заменить настольные ПК в завтрашних домах и офисах. Что же, поживем — увидим… Сравнение ATX с другими форматами Размеры платыATXMicro ATXFlex ATXMini ITXМаксимум, мм305×244244×244229×191170×170Относительно ATX, %100805939

Также на любой “мамке” присутствует масса всяческих разъемов, конденсаторов, стабилизаторов, слотов и перемычек. Начнем, пожалуй, с простых и незамысловатых разъемов. Порты для мышки и клавиатуры, последовательные и параллельные, а также USB-порты — все это подпадает под общее и всеобъемлющее слово “разъем”. Для удобства восприятия разъемы окрашены в разные цвета. Например, одинаковые по конструкции порты PS/2 для мышки и клавиатуры, как правило, окрашены разными цветами. По аналогии с портами в разные цвета также окрашиваются и слоты расширения, находящиеся непосредственно на поверхности материнской платы. Обычно группа слотов PCI имеет один цвет, графический порт AGP — другой, слоты памяти — третий. В один из таких слотов можно установить видеокарту, а в другой — память. Однако разные компоненты системы — такие как процессор, память и видеокарта, — работают на разных уровнях напряжения. И, как следствие, для стабильной работы всего спектра устройств необходим специальный регулятор напряжения. На данный момент на всех материнских платах присутствует автоматический модуль регуляции напряжений VRM (Voltage Regulator Module). Именно за счет этого оверклокеры повышают напряжение на своих процессорах, а впоследствии разгоняют их. Хотя не каждый оверклокер знает, что чрезмерно большое напряжение может повредить процессор. Потому как скачки напряжения, а в особенности повышенного, могут вывести процессор из строя. Уберечь чудо инженерной мысли от его величества случая помогают специальные конденсаторы, которые обеспечивают ровный поток напряжения на плате . Это очень важно потому, что потребление энергии процессором может меняться мгновенно — от низкого к высокому и наоборот.

Словарь железячника BIOS(Basic Input/Output System) — основная система ввода/вывода. Программное обеспечение низкого уровня, необходимое для загрузки компьютера. По сути, BIOS содержит коды управления клавиатурой, экраном, дисководами, последовательной связью и другими первоочередными функциями. CMOS — память хранения параметров BIOS, необходимых для загрузки компьютера. Эти свойства хранят информацию о типе дисководов, количестве памяти, а также время и календарную дату. FSB(Front Side Bus) — внешняя (системная) шина, связывающая центральный процессор с чипсетом (в частности, с северным мостом) на материнской плате. Контроллер IDE — шинная технология, позволяющая подключать винчестеры и CD/DVD-приводы. Контроллер Serial ATA (SATA) — устройство, позволяющее подключать винчестеры стандарта Serial ATA. Контроллер RAID — позволяет объединить два или иногда четыре жестких диска в дисковый массив для обеспечения большей скорости работы или же большей надежности. Порты USB — разъемы, позволяющие подключать периферию: джойстики, мыши, принтеры, сканеры, носители информации и т.п. В большинстве современных плат уже имеются порты стандарта USB 2.0 с пропускной способностью 480 Мбит/с. Роадмэп (от англ. road — “путь”, map — “карта”). В действительности значений у этого термина масса. Между тем в нашем материале роадмэп можно перефразировать так: схема разводки элементов материнской платы. Сетевой контроллер — вариант сетевой карты, встроенной в чипсет или реализованной прямо на материнской плате. Позволяет подключаться к сети Ethernet (10 или 100 Мбит/с). Удобен для домашних и офисных сетей. В некоторых материнках контроллер позволяет подключиться также к сети Ethernet со скоростью 1 Гбит/с. В самых современных платах иногда встречаются контроллеры Wi-Fi , позволяющие подключать устройства для беспроводной работы в сети. Слот AGP — позволяет подключить внешнюю видеокарту. На сегодняшний день распространены AGP 4X (1,07 Гб/с) и 8X (2,1 Гб/с). Цифра в обозначении определяет скорость передачи данных. Слот 8X обратно совместим с AGP 4X, но может спровоцировать серьезные проблемы при использовании AGP 2x (533 Мб/с) и 1x (266 Мб/с) видеокарт. Слоты PCI — места для установки карт расширения: модемов, сетевых карт, SCSI-контроллеров и т.п. По спецификации ATX на плате их должно быть пять, но если плата малоформатная — то меньше. Форм-фактор — это, по сути дела, стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу, расположение интерфейсов шин, портов ввода/вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также вид разъема для подключения блока питания.

Гляди, работает! В завершение нашего материала попытаемся понять принцип работы материнской платы. Выясним, какими путями, а главное — откуда и куда идут потоки информации в наших компьютерах. Итак, представим себе программу, которой требуется отобразить на экране некий ландшафт в 3D. Первым шагом программка затребует необходимые для этого файлы и библиотеки. После этого процессор перенаправит их с жесткого диска по путям южного и северного мостов напрямик в оперативную память компьютера. Дальше программка решит создать модель будущего ландшафта, черпая информацию из оперативной памяти и подкрепляясь недостающими данными с жесткого диска. То есть, в переводе на общедоступный язык, к процессору устремится два потока данных — из памяти и с жесткого диска. Дальше — больше. Наша программа решит прорисовать рассчитанную модель ландшафта и отправит необходимую информацию видеокарте. Само собой, с жесткого диска придется подгрузить необходимые текстуры, а это уже третий поток информации. Конечно, в результате долгожданная картинка на экране все-таки прорисуется, но за какое время это произойдет — на 50% зависит от скоростных характеристик материнской платы. Как можно убедиться, все компоненты компьютера сильно связаны не только друг с другом, но и с материнской платой. Даже если у вас будет мощный процессор, 1 Гб DDR SDRAM-памяти, видеокарта за 500 у.е. и RAID-массив с двумя HDD Serial ATA, но при этом устаревшая материнская плата — все эти чудеса технической мысли окажутся не при деле. Если вы хотите получить от компьютера максимальную производительность, в первую очередь обратите внимание на материнскую плату. Но при этом не стоит забывать, что система должна быть сбалансирована в целом. Каждый компонент вносит свой, весьма заметный вклад в общую мощность вашего РС. И все же, если вы решили апгрейдить систему постепенно, в первую очередь купите хорошую материнскую плату. А потом докупайте к ней все остальное. В награду вы получите высокую продуктивность и надежность системы в целом.

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).

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: https://technotruth.ru/dlya-byta/materinskie-platy.html