Компьютер новичкам. Разбор на составляющие. Материнская плата — часть 1
Материнская плата — важнейшая часть компьютера. Её главное назначение — соединение всех
узлов компьютера в единое целое. По сути — это «конструктор», а материнская плата — его
основная и главная деталь. Вся информация, которую обрабатывает компьютер с момента
включения и до его выключения, проходит через материнскую плату. К ней физически подключены
все устройства компьютера, хотя по большому счёту — материнка является переходником между
процессором, модулями памяти и остальными комплектующими. Соответственно и особенности
разных видов материнских плат состоят в том, что и как к ним можно подключить. Конструктивно
материнская плата изготовлена из многослойного фольгированного текстолита. Число слоёв
обычно в диапазоне от 6 до 8.
Главным параметром всех материнских плат является форм-фактор. Форм-фактор определяет
физические параметры платы и тип корпуса, в который её можно будет установить.
Понтие форм-фактора появилось на заре развития персональных компьютеров, когда в 1981 году компания IBM заложила фундамент для развития IBM PC-совместимых компьютеров, выпустив первый персональный компьютер. Напомню, что все IBM PC-совместимые компьютеры имеют открытую архитектуру, т.е. предполагают использование комплектующих различных производителей с полной гарантией их совместимости.
Но для обеспечения такой совместимости необходимо, чтобы все производители следовали одним
правилам при разработке комплектующих. Именно эти правила и формируют понятие форм-фактора
материнской платы. Так что же сегодня понимается под словом «форм-фактор»? Если быть
кратким, то под этим понятием сегодня подразумевается совокупность принятых стандартов для
построения компьютеров.
В него включают:
• размеры корпуса
• тип блока питания
• размеры материнской платы
• расположение слотов оперативной памяти и процессорного сокета
• тип и механизм охлаждения
Первый форм-фактор как стандарт был разработан в 1983 году компанией IBM получил название
XT (eXtended Technology). В 1984 году на его смену пришёл AT (Advanced Technology), где
определялись размеры материнок (30,5×33 см), которые устанавливались в корпуса типа Desktop
и Tower.
Продолжение AT стал стандарт Baby AT, принятый в 1990 году. Этот форм-фактор предусматривал уменьшение размеров плат (22,5х33 см) и обладал совместьимостью с AT. Существовала ещё одна разработка — LPX (Low Profile eXtended), но она относилась к стандарту оригинальных конструкций, хотя и довольно распространённый в своё время. В компьютерах для корпуса Slimline (тонкий корпус) используется материнская плата особой конструкции стандарта LPX. Разьёмы расширения смонтированы на отдельной плате, которая вертикально вставляется в разъём материнской платы. Благодаря этому удалось уменьшить высоту корпуса.
Следует отметить, что хотя форм-фактор AT в настоящее время морально устарел, компьютеры,
собранные по этому стандарту служат до сих пор в качестве «печатных машинок» для набора и
правки текста, принт-серверов в компьютерных классах. Некоторые материнские платы AT
переходного периода имели два разъёма для подключения питания согласно стандартам AT и ATX.
В середине 1995 года компания Intel предложила новый форм-фактор — ATX
(Advanced Technology eXtended) В новом стандарте, в частности, определялось, что все разъемы
портов ввода-вывода должны быть расположены в левом верхнем углу платы. Изменилось и
расположение процессорного гнезда и слотов памяти. Кроме того, в платах ATX изменился разъём
для подключения блока питания.
Стандарт ATX определяет следующие характеристики:
• геометрические размеры материнских плат (30,5х24,4 см)
• общие требования по положению разъёмов и отверстий на корпусе
• положние блока питания в корпусе
• геометрические размеры блока питания
• электрические характеристики бока питания
• форму и положение ряда разъёмов (преимущественно питания)
Существует несколько вариантов ATX:
1.ATX — стандартные настольные компьютеры в корпусах Mini-tower и Full-tower. Это наиболее приемлемая конструкция как для
новичков, так и для опытных пользователей. Платы ATX поддерживают до семи слотов расширения.
5.NLX — корпоративные настольные или вертикальные системы Mini-tower, отличающиеся удобством обслуживания и простотой
изготовления.
Последний вариант форм-фактора рассматривать не будем, поскольку разрабатывался он для серверов и интереса для простого
пользователя не представляет. Основная разница между указанными вариантами — количество слотов расширения и конфигурация
разъёмов интерфейса. Крепление платы к корпусу, расположение слотов во всех вариантах ATX одинаковое.
Как мы уже отмечали, впервые о конструкции ATX компания Intel заявила в середине 1995 года. Но первые материнские платы ATX появились на год позже. В начале 1997 года появилась первая версия спецификации 2.01 стандарта ATX. В мае 2000 года появилась спецификация 2.03, которая просуществовала до 2004 года без изменений.
Блоки питания, соответствующие новой спецификации ATX 2.03, которая учитывала потребности высокопроизводительных процессов,
имеют выходную мощность более 400 Вт. БП обеспечивают следующие выходные напряжения: +3,3В, +/- 5В, +/- 12В. Кроме того, БП
стандарта ATX 2.03, помимо основного 20-контактного разъёма питания для плат ATX, имеют дополнительный 4-контактный разъём
для 5 и 12 В питания, поскольку основной разъём не способен обеспечить повышенные требования к электропитанию системной
платы. В БП системы ATX используются управляющие сигналы Power_on и 5v_StandBy. Первый из них обеспечивает включение системы
программным путём, а второй — предоставляет возможность поддерживать систему в «спящем» режиме вместо её полного отключения.
Различные версии отличаются ещё и компоновкой элементов на материнской плате, что определяет особенности конструкции
корпуса. Это выражается во взаимном расположении узлов корпуса по отношению к узлам материнской платы. В последних
модификациях 4-контактный и 20-контактный разъёмы питания предоставляют собой единую 24-контактную конструкцию.
Двухпроцессорные материнские платы выпускаются в форм-факторе, называмом Extendet ATX. Как правило, в таких случаях
присутствует ещё и дополнительный 8-контактный разъём для питания процессоров.
Летом 2004 года был представлен новый форм-фактор BTX, который раньше имел рабочее название Big Water. Фактически новый стандарт сменил стандарт ATX. Необходимость появления нового стандарта стала очевидной с 2000 года. Нужда перехода к
новому форм-фактору была вызвана, прежде всего, появлением новых шин (USB 2.0, SATA, PCI Express), а также изменившимися требованиями к энергопотреблению ПК (соответственно, и к теплоотводу) и к акустическим характеристикам ПК. Подмечу, что BTX
обратно совместим с ATX, т.е. плату со стандартом BTX можно установить и в старый корпус стандарта ATX, а вот обратное невозможно.
Стандарт BTX существует в трёх вариантах —
BTX — длинна платы — 325,12 мм. Он допускает наличие семи слотов PCI-Express и десяти отверстий для монтажа платы к шасси
Платы стандарта BTX, micro-BTX, pico-BTX имеют иное, по сравнению с платами стандарта ATX, расположение основных компонентов — слотов для установки модулей памяти, процессорного сокета, Северного и Южного мостов чипсета (о них я расскажу позже) и т.д. Такое глобальное изменение дизайна было необходимо для создания нормального термобаланса.
С помощью всего одного вентилятора удаётся осуществить теплоотвод и от процессора, и от видеокарты, и от модулей памяти. Такая конструкция носит название Thermal Module или Модуль термического баланса, представляющего собой систему охлаждения из кулера и пласмассовой трубы-кожуха, направляющего воздушные потоки внутри корпуса компьютера.
Кроме того, платы указанных стандартов иначе (по сравнению с ATX) крепятся к корпусу. Во-первых, если ATX предусматривал минимальное расстояние между шасси корпуса и материнской платой 0.25 дюйма, то в BTX это расстояние увеличено до 0.4 дюйма.
Крепление плат стандарта BTX к шасси в последнее время производится с помощью модуля SRM вместо шестигранных винтов-стоек. Сам SRM обеспечивает поддержку оптимального охлаждения компонентов системы, особенно, а кроме того, предотвращает возможный изгиб материнской платы.
Основные устройства при подключении к материнке
1. Закрепление материнской платы на корпусе. Обычно есть 4 стойки (иногда больше, но 4 будет достаточно), на которые и нужно закрепить материнскую плату болтами. С этой процедурой проблем возникнуть не может, т. к. главное и единственное условие – уметь пользоваться отвёрткой. Затягивать болты нужно плотно, но без прикладывания чрезмерных усилий, чтобы не сломать материнскую плату. Если устройство будет стабильно держаться в корпусе и не «ездить», этого более чем достаточно.
Стойки нужны, чтобы отделить материнскую плату от корпуса: они защищают её от замыкания, способствуют дополнительному охлаждению и т. п.
2. Питание. Первым делом, касательно устройств, следует подключить блок питания. Его установка на корпусе не вызывает проблем. Так как множество оставшихся кабелей будут подключаться к другим устройствам, помимо самой материнской платы. Это обеспечит беспрепятственный доступ к присоединению остальных устройств.
Подключить блок питания следует коннектором на 24 контакта (иногда 20). Перепутать его с другими шлейфами не получится (он такой один). Выглядит этот коннектор следующим образом:
Гнездо для блока питания обычно находится на краю материнской платы. Перепутать его невозможно – это единственный разъём такой ширины на два ряда. Никакое другое устройство подключить туда не получится. При подсоединении следует делать это аккуратно, слегка надавливая – до щелчка, чтобы защёлка на разъёме и шлейфе совпадали. Таким же образом закрепляются остальные шлейфы, имеющие фиксаторы.
Все остальные шлейфы от блока питания полностью отличаются друг от друга, поэтому не возникнет вопросов, какой именно кабель к какому устройству предназначается. Если сомневаетесь, ищите направляющие элементы и обозначения. Или воспользуйтесь документацией к приобретённому блоку питания/материнской плате.
Ни в коем случае не подсоединяйте шлейф на 20 контактов в разъём на 24 контакта и наоборот. Это вызовет необратимые повреждения, ремонт которых будет стоить очень дорого. Правило номер один – всегда проверяйте, подойдёт ли конкретный блок питания к используемой модели материнской платы перед покупкой. Это касается любых других устройств, кроме USB 3.0.
3. Винчестер. Шлейф от жёсткого диска бывает широким и не очень. Всё зависит от штекера. Различают две разновидности: IDE и SATA.
Выглядит IDE шлейф следующим образом:
Чёрный разъём (слева) вставляется в жёсткий диск, а синий (справа) – в материнскую плату. Вот так выглядит место на материнской плате, куда нужно вставлять IDE штекер от шлейфа (синий разъём, между двумя чёрными сверху и снизу).
Касательно SATA шлейфа, он размером значительно меньше и вставляется в разъём с обозначением «SATA1», «SATA3» и т. д. Обозначения могут быть любыми, но всегда содержат в себе ключевое слово SATA. Всё зависит от модели материнской платы.
Дисковод, кстати, устанавливается в плату полностью идентичным образом. Но его IDE шлейф присоединяется в более короткий разъём (на предыдущей картинке он чёрного цвета, находится чуть выше синего). В остальном, включая SATA коннектор, подключение дисковода в материнскую плату идентично подсоединению жёсткого диска.
SATA разъём на «материнке» выглядит так:
Это лишь пример, так как подобные разъёмы могут быть разной формы (вертикальные, горизонтальные) и располагаться в разных частях материнских плат.
Также нужно подключить коннектор от блока питания, учитывая направляющие элементы. Проблем с этим, обычно, не возникает. На этом подключение винчестера к материнской плате окончено.
4. Видеокарта. Подключение видеокарты к материнской плате – совершенно не сложный процесс, но с конкретными хитростями, знать которые нужно, чтобы не сломать фиксаторы. На большинстве материнских плат есть зажимы на подобии таких:
Они полностью идентичны фиксаторам на оперативной памяти. Но иногда бывают не совсем очевидные фиксаторы, знать о существовании и принципах работы которых нужно каждому пользователю. Прежде чем подключать видеокарту, внимательно изучите работу фиксаторов. При необходимости отсоединить (или присоединить, если зажимы механического типа) устройство могут возникнуть проблемы.
Сам разъём для видеокарты изображен под цифрой 8:
Вертикальный разъём синего цвета и есть то место, куда вставляется видеокарта. Выпирающий снизу кусочек – стандартный фиксатор. Ошибиться невозможно, так как вставить видеокарту неправильной стороной не получится из-за направляющего среза на разъёме.
Далее к видеокарте подключается (для подавляющего большинства современных моделей) дополнительный источник питания в виде кабеля от блока питания. Зачастую, это коннектор с 4 контактами, но бывают и 2 провода по 2 контакта или 1 провод, но на 8 контактов. Всё зависит от модели и производителя как видеокарты, так и блока питания. В конце с наружной стороны системного блока подсоединяется кабель от монитора – видеокарта полностью готова к пользованию.
5. Корпусные вентиляторы (кулеры). Для подключения данных устройств достаточно закрепить их болтами в надлежащих местах (выбираются индивидуально или следуя документации) и подключить к материнской плате:
- CPU_FAN (CPU – центральный процессор; FAN – вентилятор). Гнездо предназначено для подключения кулера на процессор. Не пытайтесь подсоединить в него шлейф на 4 контакта, если отверстий под них только 3 и наоборот, лучше приобретите подходящий для данного разъёма вентилятор. При неправильном подключении кулер может быстро перегореть или перестать работать, а это грозит перегревом и поломкой центрального процессора. Который, кстати, является самым дорогим устройством в компьютере.
- SYS_FAN (system fan – системный вентилятор). Гнездо создано для всех остальных вентиляторов в корпусе. Кулеры на выдув и прочее охлаждение в системном блоке стоит подключать именно в этот тип разъёмов (последовательность не имеет никакого значения, можно подключать в любой из них). Обычно таких разъёмов несколько, в зависимости от модели материнской платы (SYS_FAN1/2/3 и т. д.). Все они подписаны на «материнке», найти не составит труда.
Установка видеокарты
Ниже, под процессором можно увидеть некоторое количество слотов разной длины. Это разъемы PCI express. Раньше в этой части платы был разъем AGP, но он морально устарел и сейчас практически не используется.
PCI Express на сегодняшний день подразделяется на х1, х4, х16. Видеокарту вставляют в PCI Express x16, остальные сейчас используются достаточно редко, но, тем не менее, присутствуют на многих моделях материнских плат. В них устанавливается дополнительные карты, такие как звуковая, сетевая и т.п.
Разъемы подключения видеокарты
Питание
Все современные платы записываются по схеме 24+8 pin. Есть и более дешевые варианты на чипсетах A320 (AMD) и H310 (Intel), которые изначально не рассчитаны на разгон, а потому не нуждаются в дополнительном питании для комплектующих. Вы их и разогнать то не сможете. Здесь компоновка меняется на 24+4 pin соответственно.
- 24 контакта – сама материнская плата;
- 8 (4) контактов – процессор.
Разъемы на задней стенке системного блока
На задней части системника расположено много разъемов, некоторые из которых полностью дублируют те, что расположены спереди. Их количество может быть абсолютно разным, опять же, все зависит от модели материнской платы.
На сегодня данный разъем считается устаревшим, однако на многих материнках он до сих пор присутствует и неплохо себя чувствует, так сказать. Используется для подключения мышки или клавиатуры. Примечательно, что существуют переходники с USB на PS/2.
COM порт
На современных системных платах встретить разъем COM практически нельзя. Ранее, он использовался для подключения всяких принтеров и других периферийных устройств, которые сейчас уже подключаются по USB. У COM порта есть аналог — LPT, который еще менее распространен, он имеет продолговатую форму и окрашен в розовый цвет.
USB порты
В основном, если спереди этих разъемов 4 штуки, то сзади — их как минимум не меньше. Опять же, все сделано для того, чтобы вы могли подключить сразу как можно больше устройств к своему компьютеру. И если передние порты в основном заняты всякого рода флешками, то к задним чаще подключают «долгоиграющие» устройства, то есть которые вы не будете постоянно присоединятьотсоединять. Ну, к примеру, это может быть клава с мышью, а также принтеры, сканеры.
Есть две основных разновидности этих портов:
Разумеется же, третья версия — предпочтительнее по причине более высокой пропускной способности, такой порт даже помечается другим цветом — синим.
USB 2.0 и 3.0 — совместимы между собой.
Сеть и интернет
За сеть и за интернет отвечает один единственный разъем — «Ethernet», который еще порой называют «RJ 45». Если присмотреться, то можно заметить, что на этом разъеме есть маленькие «окошки» — это индикаторы работы сети, когда идет передача данных они сигнализируют об этом. Если индикаторы не горят, скорее всего коннектор перестал работать и его необходимо переобжать (с помощью специальной обжимки).
Видео
Любой монитор соединяется с компом.(материнской платой) при помощи видео разъемов, которые как раз располагаются сзади. Их разновидностей довольно много, про каждый рассказывать тут будет не совсем уместно, тем более, что на сайте уже имеется отдельная запись про видео разъемы. По моему мнению, самыми востребованными видео портами можно назвать лишь три из них:
- Аналоговый порт VGA;
- Цифровой DVI;
- Цифровой HDMI.
Остальные — не столь популярны и встречаются редко.
Аудио
В основном — три или шесть входов для подключения нескольких колонок и микрофона. На платах бюджетного сегмента количество аудио разъемов в основном не превышает трех, но при этом, весь необходимый функционал присутствует, а это:
- Красный — для микрофона;
- Зеленый — для колонок;
- Голубой — для подключения внешних источников, типа телек., плеера или радио.
Если на вашей материнке шесть аудио выходов, то знайте, что остальные три используются для подключения дополнительных колонок и сабвуфера.
Чипсет. Северный и южный мосты
Чипсет (ChipSet — набор микросхем) — основа материнской платы, представляет собой одну или несколько микросхем, специально разработанных для обеспечения взаимодействия центрального процессора (CPU — Central Processing Unit) со всеми другими компонентами компьютера. Чипсет определяет, какой процессор может работать на данной материнской плате, тип, организацию и максимальный объем используемой оперативной памяти (некоторые современные модели процессоров имеют встроенные контроллеры памяти), сколько и какие внешние устройства можно подключить к компьютеру.
Разработкой чипсетов для материнских плат занимаются компании: Intel, NVIDIА, AMD, VIА и SIS.
Чаще всего чипсет состоит из 2 интегральных микросхем, называемых северным и южным мостами. В процессе эволюции компьютерной схемотехники разработчики пришли к следующей структуре: процессор, затем идет связующее звено или «мост», обеспечивающий работу процессора с оперативной памятью (RAM) и каналом PCIe — « Северный мост », а дальше блок контроллеров интерфейсов дисковых систем, последовательных и параллельных портов, PCI-шины, USB, FireWire -« Южный мост ».
Характерной особенностью северного моста является высокая (по сравнению с южным мостом) скорость обработки данных и обеспечения выполнения большинства вычислений самим процессором. Поэтому на нем смонтировано дополнительное охлаждение: пассивный радиатор или радиатор с активным охлаждением в виде небольшого вентилятора.
Южный мост контролирует работу более медленных устройств, подключение которых происходит с использованием интерфейсов IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio, PCI, PCIe, обеспечивая возможность передачи из них информации к северному мосту. Южный мост также обеспечивает нормальную работу микросхемы BIOS.
Ранее связь северного и южного мостов выполнялся путем интерфейса PCI на смену которой пришла шина Direct Media Interface (DMI) — последовательная шина, разработанная фирмой Intel для соединения южного моста с северным. Впервые DMI использована в чипсетах семейства Intel 915 с южным мостом ICH6 в 2004 году. Пропускная способность шины DMI первого поколения составляет 2 ГБ/сек, что значительно выше, чем пропускная способность шины Hub Link (266 МБ/сек) (пришла на смену PCI), которая используется для связи между северным и южным мостами в чипсетах Intel 815/845/848/850/865/875. Вместе с этим, полоса пропускания 2 ГБ/сек (по 1 ГБ/сек в каждом направлении) делится с другими устройствами (например, PCI Express x1, PCI, HD Audio, жесткие диски).
В материнских платах для процессоров с разъемом LGA 1155 (то есть для Core i3, Core i5 и некоторых серий Core i7 и Xeon) и со встроенным контроллером памяти, DMI используется для подключения чипсета (PCH) непосредственно к процессору. (Серверные процессоры серии Core i7 для LGA 1366 подсоединяются к чипсета через шину QPI).
