Материнская плата — что это такое и как работает

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

Основные и наиболее важные элементы персонального компьютера, а если быть точнее, то именно системного блока: видеокарта, центральный процессор, модули ОЗУ и большое количество микросхем располагаются именно на системной плате, а её более широко распространённое название – материнская плата.

Подходя в плотную к вопросу что такое материнская плата, можно ответить так — это основная системная плата компьютера, имеющая разъёмы для установки дополнительных плат расширения и служащая механической основой всей электронной схемы компьютера. Благодаря материнской плате обеспечивается полное взаимодействие компонентов компьютерной системы.

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.

Структура

Любая материнская плата разделяется на две основные взаимодействующие части — северный и южный мост.

Южный мост — это единая микросхема, которая связывает между собой большинство медленных взаимодействий в компьютере, а также связывает их с процессором посредством северного моста. Физически южный мост состоит из таких частей:

• контроллеры PCI, LPC, Super I/O;
• DMA;
• IDE и SATA контроллеры;
• часы;
• Bios;
• управление питанием;
• звук;
• управление сетевыми картами.

В некоторых случаях может напрямую управлять мышью, клавиатурой, внешними портами, хотя зачастую они управляются через специальный контроллер ввода-вывода Super I/O.

Северный мост, иначе называемый контроллером-концентратором памяти, включает в себя:

• процессор;
• оперативную память, в случае если она не подключена напрямую к процессору;
• видеоадаптер.

Именно северный мост в составе материнской платы выделяет наибольшее количество тепла, вследствие чего в большинстве случаев при реализации архитектуры компьютера для него требуется индивидуальная система охлаждения.

С развитием компьютерных технологий некоторые производители стали отказываться от северного моста в составе архитектуры. Например, материнские платы Intel, начиная с Intel Nehalem, убрали северный мост, перенеся часть его функций на центральный процессор, сократив, таким образом, количество активных компонентов материнской платы.

Чем занимаются преобразователи напряжения?

Они контролируют напряжение и подают его таким, каким оно необходимо для нормальной работы каждого элемента. Мы уже знаем, что питание приходит в 12 вольт. Однако не для всех элементов нужно именно такое напряжение. Поэтому его требуется понизить, что и делает преобразователь и потом перенаправляет к микросхеме или элементу, который в нем нуждается.

Вообще, это важная тема и здесь нужно остановиться подробнее. Есть модуль регулирования напряжения или Voltage Regulation Module. Сокращенно его называют VRM. Он и понижает напряжение. Но чаще этим занимается другой модуль VRD или Voltage Regulator Down. Обычному пользователю информации достаточно. Глубже вникать нет необходимости. Просто знайте, аббревиатуры и понимайте для чего они.

Преобразователь напряжения, обычно в своей схеме имеет еще и полевые МОП-транзисторы. Полевые от различных электрических полей. Этими полями они и управляются. Что значит МОП? По-английски это звучит как metal-oxide-semiconductor field effect transistor, а по-русски металл-оксид-полупроводник. Можно еще встретить сокращенную английскую версию MOSFET или мосфеты.

Основной контроль и управление фазами питания сосредоточено на материнской плате на PWM-контролере. Расшифровывается аббревиатура как Pulse Wide Modulation , переводится «широтно-импульсная модуляция» или ШИМ. Проще, это ШИМ-контролеры.

Как ШИМ-контролер понимает, какое напряжение необходимо подавать в центральный процессор? Ему об этом сигнализирует восьмибитный знак. В разные моменты напряжение должно быть разным и поэтому такой сигнал необходим.

Сейчас все компьютеры многофазные. Они имеют до 24 фаз. Но обычно можно увидеть и четырехфазные и восьмифазные компьютеры. А вот однофазные теперь редкость. Но когда-то только они и были на службе у человека. Теперь они признаны неэффективными.

Части и работа материнской платы компьютера:

СОКЕТЫ:

Наиболее важной частью материнской платы компьютера является процессор, поскольку он генерирует скорость и производительность для различных операций. Процессор подключен к материнской плате через разъём, в который можно вставить микропроцессор. Все процессоры спроектированы с набором выводов, называемых массивом выводов, которые легко вписываются в слой Socket материнской платы. Гнезда расположены в соответствии с количеством контактов в решетке. Некоторые из сокетов, такие как сокет 478, которые используются для более старых процессоров Pentium и Celeron, сокет 754 для процессоров AMD Athlon, Socket 939 для более быстрых процессоров AMD Athlon и т. д. Поскольку сокет для новых процессоров Intel не имеет PGA, но имеет LGA, который известен как массив сетки, где контакты фактически являются частью сокета.

Чипсеты:

Чипсет также является основной частью, которая соединяет процессор с другими компонентами материнской платы, а также с другими частями компьютера. Чипсет состоит из двух основных частей: северного моста и южного моста, что упрощает подключение к различным частям компьютера. Его нельзя удалить или обновить, поскольку он прикреплен к материнской плате и предназначен для работы только с процессором.

Северный мост подключается напрямую к процессору через шину FSB, а также к графическому порту, PCI Express и памяти. На северном мосту установлен контроллер памяти, который позволяет процессору быстро получить доступ к памяти.

Шины на материнской плате соединяют южный мост с шиной PCI, портами USB и жёсткими дисками IDE или SATA . Информация от CPU должна пройти через северный мост, прежде чем достигнуть южного моста, что делает его медленнее.

Шина представляет собой электрическую схему, которая обменивается данными между различными компонентами материнской платы для обработки данных и более быстрой передачи данных. Скорость шины измеряется в МГц (мегагерц), которая определяет объём передаваемых данных. Чем больше объем данных, тем больше будет скорость шины и производительность. Есть несколько шин, таких как: –

Передняя боковая шина, соединяющая процессор с северным мостом, частота которого колеблется от 66 до 800 МГц, что, безусловно, влияет на производительность компьютеров.

Задняя боковая шина подключается к ЦП с кешем L2 (уровень 2), также известным как внешняя кеш-память, которая определяет скорость.

Шина памяти соединяет северный мост с памятью с контроллером памяти для быстрого доступа к памяти.

Шина IDE или ATA соединяет южный мост с компьютером жесткого диска.

AGP Bus соединяет видео или видеокарту с памятью и процессором.

Шина PCI соединяет слоты PCI с южным мостом, а скорость измеряется как 33 МГц.

ОБЪЕМ ПАМЯТИ:

Память также является неотъемлемой частью материнской платы, поскольку она контролирует объем данных, доступных на компьютере. ОЗУ или оперативное запоминающее устройство определяет скорость и контролирует более быстрый доступ к данным и инструкциям на компьютере. Это оказывает большое влияние на производительность системы, так как увеличение оперативной памяти и быстрый процессор улучшат производительность вашей системы. На материнской плате есть слоты памяти, которые подключаются к северному мосту через двойную шину для более быстрого доступа к информации из памяти. Он имеет несколько встроенных аксессуаров, таких как поддержка локальной сети, видео, звук и RAID-контроллеры. Жёсткие диски, привод CD/DVD и блок питания также добавляются на одной плате.

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.

Как работает материнская плата

Материнская плата (системная) – это фундамент любого ПК, включая настольные системы, ноутбуки, карманные и планшетные варианты. В них материнская плата осуществляет взаимодействие ОЗУ, процессора, накопителей, а также плат расширения. Самой крупной частью компьютера является материнская плата. Она расположена в корпусе и при замене требует полного демонтажа компьютера.

Основной функцией платы является возможность присоединения к компьютеру разнообразных периферийных устройств и дополнительных компонентов, которые способны расширить возможности персонального компьютера. На всех материнских платах расположены некоторые компоненты:

– Процессорный сокет, в который устанавливается процессор, а над ним вентилятор.

– Системная шина. Это проводники, расположенные по внутренней поверхности материнской платы.

– Определенные слоты для установки памяти компьютера.

– Слоты для плат расширения. Предназначены для установки дополнительных плат, к примеру, карт памяти. Каждая материнская плата обладает определенным количеством, в зависимости от модели платы, разъемов ввода и вывода.

Характеристики материнских плат

Как обычно, не забываем затронуть вопрос основных характеристик материнской платы. Итак, начнем:

• Форм-фактор – как было уже сказано, этот параметр, включает в себя размер, места крепления материнки, а также разъемы для дополнительных устройств;
• Тип сокета материнской платы – гнездо, куда устанавливается ЦП. Важный параметр, поскольку мы знаем, что конкретный вид процессоров требует определенный разъем;
• Число слотов и поддерживаемый тип ОЗУ — первое указывает на возможности увеличения объема оперативной памяти, второе — на скорость ее работы;
• Частота системной шины — напрямую влияет на производительность компьютера. Чем больше — тем выше будет производительность ПК. Естественно, это не единственный фактор, влияющий на скорость работы компьютера, однако необходимо подбирать компоненты так, чтобы частота системной шины не была меньше, чем у других элементов;
• Чипсет — один из главнейших пунктов при выборе материнской платы. По-большому счету, именно от него зависит тип процессора, который можно будет использовать, памяти, поддержка различной периферии и т.д;
• Количество слотов PCI и PCI Express — от этого будет зависеть количество и возможность подключения как видеокарт, так и других плат расширений используемых данный интерфейс;
• Число гнезд SATA – позволит понять сколько HDD, SDD, и приводов оптических дисков возможно подключить;
• Наличие и характеристики интегрированных: сетевой, графической и звуковой карт — позволит понять на что будет способен ваш ПК без покупки их дискретных аналогов;
• Наличие и количество внешних разъемов — как для стационарного компьютера, так и для ноутбука важно наличие хотя бы 3 USB портов, выхода на наушники и входа для микрофона. Кроме того зачастую также необходим Ethernet порт, VGA (уже довольно старый), HDMI. Хотя здесь больше необходимо отталкиваться от собственных потребностей.