Материнская плата — что это такое и как работает

Материнская плата компьютера и как она работает.

Материнская плата – это самая важная часть в компьютере, которая содержит несколько компонентов компьютерной системы, включая центральный процессор или ЦП, память – ОЗУ и различные разъемы для устройств ввода-вывода. Первая МП была разработана IBM, и на ней был установлен только процессор и различные слоты для карт памяти. Но теперь технология намного усовершенствована, и для правильного функционирования в одну материнскую плату могут быть помещены крупные компоненты системы. Она изготовлена из пластика, который содержит схемы, разъемы и слоты, что позволяет подключать различные компоненты системы. Разъёмы и слоты помогут вам подключить процессор, жёсткие диски, USB и многое другое.

Материнская плата считается основной платой компьютерной системы, которая содержит все разъемы и схемы для подключения нескольких компонентов системы. Она также включает в себя слоты расширения и разъемы, которые также подключаются к другим компонентам. Её основной принцип работы – подключение компонентов к компьютеру, чтобы вы могли легко работать. Она содержит микропроцессорную микросхему, на которой работает компьютер, и повышает производительность благодаря другим разъемам для подключения необходимых компонентов. Форма и структура материнской платы разработаны таким образом, чтобы она могла соответствовать всем компонентам. Прежде чем перейти к работе с материнской платой, вы должны знать о нескольких частях, которые помогают функционировать компьютеру. Некоторые из основных частей материнской платы:

• Сокет для микропроцессора описывает тип используемого процессора, а также содержит радиаторы и точки крепления вентиляторов для охлаждения процессора при его нагреве.
• Чипсет с северным мостом и южным мостом, который соединяет процессор с различными частями компьютера.
• BIOS (базовая система ввода/вывода) – это микросхема ПЗУ (постоянная память), которая контролирует основные функции компьютера и позволяет выполнять тестирование при каждом запуске системы.
• Чип часов реального времени обеспечивает базовые настройки и системное время.
• PCI (peripheral component interconnect) используется в соединениях для видео, звука, видеокарт и сетевых карт. Но теперь используется PCIe или Peripheral component interconnect express.
• AGP (ускоренный графический порт) в основном предназначен для видео и видеокарт.
• Разъёмы IDE (Integrated drive electronics) или SATA (serial advanced technology attachment) для подключения жесткого диска для хранения данных.
• Универсальный последовательный порт или Firewire используется для подключения к внешним периферийным устройствам, таким как мышь, клавиатура, принтер и т. д.
• Слоты памяти с ОЗУ (оперативным запоминающим устройством), DRAM, определяющим скорость и производительность компьютерной системы.
• Разъем питания обеспечивает питание процессора и других компонентов.
• Доступны дополнительные слоты в виде PCI для подключения к другим аппаратным компонентам.

Что такое материнская плата

Материнская плата (системная плата, материнка) — это основная системная плата, на которой строится модульное устройство: компьютер, ноутбук, смартфон, планшет и т.д. Т.е. это плата, на которую устанавливаются различные компоненты-модули: процессор, оперативная память, видеочип и другие. Она обеспечивает их взаимодействие и работу. На английском пишется, как — motherboard, mainboard.

Не зря ее назвали — материнская плата, ведь она по сути и является матерью для всех других компонентов системы. Важно понимать, что системные платы могут быть не только у компьютеров и ноутбуков, но и других устройств. Это общее название плат, для устройств, которые собираются из модулей-компонентов.

Чипсет — основа возможностей материнской платы

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

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

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

Материнские платы мобильных компьютеров, чем отличаются

Ноутбук представляет собой уменьшенную копию обычного персонального компьютера. В действительности данные типы компьютерной техники обладают общим функционалом и похожи по внутреннему устройству. Однако материнские платы ноутбуков характеризуются рядом отличий от аналогов оборудования, устанавливаемого на стационарные ПК.

К примеру, главные платы обычных ПК обладают дополнительными слотами, что обеспечивает их мобильность. Пользователь может при необходимости заменить материнку, звуковую или видеокарту, а также видеоконтроллер и другие устройства.

Материнские платы для мобильных компьютеров миниатюрны и компактны. Устройства интегрируют в себе максимальное количество всех необходимых комплектующих для обеспечения полноценной работы техники. Следует отметить, что в случае выхода из строя какого-то компонента ноутбука, заменить его достаточно сложно.

Наряду с некоторыми недостатками, существует множество достоинств подобного решения. Системные карты ноутбука занимают минимальное пространство в конструкции. Материнка для мобильной техники отличается экономичным потреблением электроэнергии.

Стоимость ремонта материнской платы ноутбука несколько выше, чем восстановление аналогов оборудования в обычных ПК. Также подобные устройства проигрывают в качестве теплоотводов.

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:

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.

Части материнской платы

Теперь, когда у вас есть общее представление о процессе изготовления материнской платы, мы рассмотрим части, которые формируют материнскую плату.

BIOS и CMOS

BIOS или Basic Input Output System – это место, где хранится вся информация и настройки для материнской платы. Он может быть доступен, обновлен и изменен в режиме BIOS.

Батарея CMOS (дополнительный металлооксидный полупроводник) – это то, что отвечает за сохранение всей информации в целости и сохранности, когда вся система выключена. Батарея CMOS может быть удалена для сброса BIOS после неудачного обновления или если вы разгоняете свою оперативную память сверх её возможностей.

Порты ввода / вывода

Эти порты расположены на задней панели компьютера и часто имеют цветовую кодировку.

Ниже приведены порты ввода / вывода и цвета, которыми они представлены:

– розовый разъём на 3,5 мм и наушники – зеленый разъём 3,5 мм – старые материнские платы оснащены синим VGA-портом на задней панели, но более новые материнские платы используют HDMI, DisplayPort и черный или белый DVI-порт в качестве стандарта
• Сетевой кабель Ethernet – бесцветный порт и мышь – порт PS/2 (клавиатура – фиолетовый; мышь – зелёный)
• USB-устройства – бесцветный порт USB 2.0; синий порт USB 3.0/3.1 (да, порты VGA аналогичного цвета, но это показывает, насколько устарел VGA). Некоторые современные материнские платы оснащены разъемами типа USB C

Разъёмы IDE и SATA (для устройств хранения)

Внутренние разъемы запоминающих устройств – это «розетки», к которым вы будете подключать свои запоминающие устройства, такие как механические жесткие диски и твердотельные накопители. Эти устройства хранения должны быть подключены к материнской плате для передачи и извлечения данных.

Не забывайте: хотя жесткие диски и твердотельные накопители выполняют одну и ту же функцию (хранят данные), существует большая разница между тем, как жесткие диски и твердотельные накопители выполняют это.

IDE или Integrated Drive Electronics используется для подключения дисководов, дискет и жестких дисков HDD. Это 40-контактный разъём.

По мере развития технологий разъёмы IDE устарели. Сегодня разъём SATA (Serial Advanced Technology Attachment) является стандартным разъемом с 7-контактным интерфейсом. Несмотря устранение 33 контактов, он намного быстрее, чем разъёмы IDE.

Разъемы питания

Разъём ATX (Advanced Technology eXtended) (встречается в более поздних материнских платах) имеет 20- или 24-контактные гнезда. Это самый большой разъем на материнской плате, поскольку он потребляет питание непосредственно от блока питания.

SMPS (импульсный источник питания) использует эту мощность для поддержания работоспособности материнской платы.

Передние разъёмы ввода / вывода

Здесь вы подключаете выключатель питания, светодиодный индикатор питания, переключатель сброса и кабели светодиодов жесткого диска. Передний аудиопорт и передний USB также подключаются здесь. Эти соединения обычно расположены в нижней части материнской платы.

Разъём процессора

Сокет CPU – это то место, куда устанавливается процессор. Здесь происходит обработка и передача данных. Центральный процессор является одной из наиболее важных частей вашего компьютера, поэтому материнскую плату часто выбирают в зависимости от совместимости с ЦП, который вы намереваетесь использовать. Процессор должен быть на 100% совместим с разъемом материнской платы.

Слоты для карт расширения

Слоты для карт расширения – это разъёмы, в которые подключаются дополнительные компоненты, такие как видеокарта, сетевая карта, звуковая карта или PCIe SSD. Слоты расположены в нижней половине материнской платы под разъёмом процессора.

Слоты RAM (оперативная память)

Слоты ОЗУ или оперативной памяти являются одной из самых важных частей на материнской плате.

Слоты оперативной памяти, что неудивительно, это место куда подключаются модули оперативной памяти. Существует слот SIMM (модуль памяти с одним входом), который поддерживает только 32-битную шину, и слот DIMM (модуль памяти с двумя входами), который может работать с 64-битной шиной.

DDR3 (удвоенная скорость передачи данных 3-го поколения) когда-то был стандартом ОЗУ, но его постепенно заменил DDR4 (удвоенная скорость передачи данных 4-го поколения). Не за горами распространение стандарта DDR5.

В этом же разделе следует упомянуть о слоте M.2. Слот M.2 считается заменой стандарта mSATA и ранее назывался форм-фактором следующего поколения (NGFF). Когда устройства M.2 используют шину PCI вместо шины SATA, они могут передавать данные в шесть раз быстрее, чем стандартный SSD.

Чип северного и южного мостов

Чип северного моста будет подключен непосредственно к центральному процессору и обеспечивает быструю связь между процессором и чувствительными компонентами, такими как видеокарта и системная память.

Он также подключен к чипу южного моста, который выступает в качестве коммуникационного узла. Но, южный мост взаимодействует с менее чувствительными к производительности компонентами, такими как порты USB, устройства хранения данных, бортовые сети и аудиочипы.

В настоящее время современные процессоры имеют северный мост внутри, поэтому вы не найдёте северный мост на современных материнских платах. Это более быстрая и более отзывчивая система, которая имеет меньшую задержку по сравнению со старым бортовым северным мостом.

Чип южного моста находится на материнской плате, но обычно покрыт радиатором, на котором выгравирован логотип бренда материнской платы.

Мы рассмотрели различные разделы материнской платы, с которыми вы можете взаимодействовать во время сборки вашего ПК. Конечно, на материнской плате гораздо больше элементов, которые играет важную роль в работе различных компонентов.

Другие части, такие как наборы микросхем, выступают в качестве коммуникационного узла или центра управления трафиком и управляют потоком данных между процессором, памятью и периферийными устройствами.

Функции с точки зрения принципа работы ПК

Во время работы компьютер обрабатывает огромное количество информации. Центром вычислительной логики является CPU – центральный процессор. Он получает данные из оперативной памяти, выполняет необходимые операции над ними и возвращает обратно в оперативную память. Часть данных, которые необходимо сохранить, поступают на жесткий диск. Данные для вывода обрабатываются видеоадаптером и передаются на монитор. Такие процессы, как отправка данных, выполнение процедур, запись и вывод, выполняются в огромных количествах постоянно внутри системного блока. Если бы отдельные компоненты системы не могли взаимодействовать друг с другом, компьютер не смог бы работать.

Таким образом, материнская плата играет роль связующего звена между основными компонентами системы. Она обеспечивает их подключение и взаимодействие друг с другом.

Шины материнской платы

Говоря просто, это набор собранных в пучок электропроводов, которые соединяют между собой элементы компьютера. В зависимости от метода, согласно которому шины передают информации, они бывают последовательными и параллельными. В первом случае используется только один проводник. Другими словами, за раз обрабатывается только 1 бит. Во втором варианте применяется несколько проводников, поэтому за раз передается больше данных.

В зависимости от соединения с комплектующими:

1. Внутренние — служат для соединения процессора с основными элементами ПК.

2. Ввода/вывода — для периферии. Такие варианты подсоединяются в внутреннему проводнику через микросхемы CPU — мост.

Интересно: у TUF_X299_MARK_1 есть активное охлаждение. Она не перегревается даже при серьезных нагрузках.

По назначению проводники делят на шины:

• Данных — предназначены для передачи информации между ЦП и периферией. Здесь может применяться как последовательный, так и параллельный методы передачи. В зависимости от количества битов информации, которые проводник способен передать за раз, они бывают 8-64 битные.
• Адресные — дают возможность записывать, прочитывать данные с RAM.
• Питания — направляют начинке ток.
• Таймера — для синхронизации различных периферийных девайсов.
• Расширений — для аудиокарт и прочих подобных аксессуаров.

Понимая, за что отвечает материнка, зная, какие бывают платы, отыскать оптимальный вариант для ПК не составит большого труда.