Процесс производства материнских плат – как создают компьютеры

Устройство материнской платы и характеристика ее основных устройств

В состав персонального компьютера входит множество компонентов, которые обмениваются данными, обрабатывают их и передают пользователю. Каждый узел наделен определенным узкоспециализированным функционалом. Большая часть таких элементов располагается в одной конструктивно законченной системе – материнской плате (материнке).

Такая плата носит название системной, представляет собой основу любого компьютера. Можно встретить обозначение МВ – английская аббревиатура от слова «motherboard».

Все компоненты персонального компьютера подключаются к главной плате напрямую, либо с помощью стандартных кабелей. В большинстве моделей системных блоков плата размещена в вертикальном положении. Конструкцию фиксируют к одной из стенок блока.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Материнская плата является прямоугольным изделием из стеклотекстолита с множеством деталей и разъемов, соединенных с помощью проводящих элементов.

К основным функциям материнской платы относят:

• транспортировка сигналов управления от центрального процессора к различным узлам;
• информационный обмен между процессором и памятью, включая постоянную и оперативную;
• организация устройств долгосрочного хранения данных, включая жесткие диски и другие внешние носители, обеспечение их доступности;
• взаимодействие с внешними устройствами (видеокарты, средства обработки звука, внешняя память, сетевые адаптеры, принтеры);
• обеспечение ввода данных со стороны пользователя или другого ПК;
• функционирование процессора и некоторых внешних устройств за счет обеспечения дополнительного электропитания.

Системная плата представляет собой связующее звено, точнее комплекс из таких звеньев, без которого персональный компьютер не может функционировать. Конструкция включает разъемы для подключения:

• процессора;
• модулей памяти;
• видеокарты;
• звуковой карты;
• любых других устройств, обладающих стандартными интерфейсами материнской платы, включая сетевые адаптеры, устройства обработки видео.

Устройства, с помощью которых осуществляется хранение информации (жесткие диски, BlueRay и др.), подключают к главной плате не напрямую, а с помощью стандартных кабелей. В данное время такие устройства применяют в комплексе с интерфейсом SATA. Также есть подобные разъемы, которые позволяют подключить резервные хранилища информации, находящиеся вне системного блока.

Разные периферийные устройства, включая клавиатуру, мышь, принтер, флешки, подключают к материнке с помощью интерфейса USB. Разъемы такого типа могут располагаться на плате, либо соединяться с ней кабелями. Допускается применение интерфейса PS/2, чтобы обеспечить совместимость материнской платы с определенными модификациями клавиатур и мышей.

Такой разъем расположен на конструкции. Материнки с видеоадаптерами встроенного типа обладают разъемом для подключения к монитору.

Что такое материнская плата?

Эта статья, на самом деле, не о том, для чего нужны материнские платы, поэтому мы будем говорить проще. Материнская плата объединяет и передает сигналы между периферийными устройствами, такими как клавиатура, мышь и монитор. То же самое можно сказать и о ваших компонентах, таких как процессор, видеокарта, оперативная память и другие.

Материнская плата – это, по сути, большая печатная плата, а различные линии, которые вы видите, представляют собой встроенные медные дорожки. Эти медные дорожки отвечают за соединение различных компонентов и позволяют установить связь между ними.

Думайте о материнской плате как о дирежёре оркестра, объединяющем различные части в прекрасной гармонии. На материнской плате вы можете увидеть стандартные компоненты, такие как конденсаторы, резисторы и VRM, которые управляют электрическим током.

Что делает материнская плата

Как я писал уже выше, материнка объединяет между собой другие компоненты, установленные на нее, позволяя им общаться между собой. Выделим основные моменты:

1. Обеспечивает взаимодействие между собой компонентам, подключаемым к ней. Это может быть: процессор, оперативная память, видеокарта и т.д.

2. От нее зависит с какой скоростью будут обмениваться между собой устройства, к примеру, видеокарта и процессор.

3. Отвечает за звук. В большинство современных материнок по умолчанию встроена звуковая карта.

4. Отвечает за видео. Во множество системных плат есть уже интегрированные видеокарты.

5. Ответственная за сетевую составляющую, т.к. имеет интегрированный сетевой адаптер.

Из чего состоит материнская плата

Разобравшись с предыдущими вопросами, время посмотреть из чего состоит материнка. И основными ее элементами можно назвать:

• Сокет CPU. Это разъем для установки процессора. Физически воплощен в виде площадки с контактами, на которую устанавливается процессор, после чего прижимается специальным фиксатором. Тип сокета имеет важное значение при сборке компьютера, но об этом позже ;
• Слоты PCI Express – р азъемы для подключения комплектующих к ПК . Это могут быть: видео , сетевые, звуковые карты, Wi-Fi модули , SSD накопители и т.п. ;
• Слоты подОЗУ– сюда вы устанавливаете планки оперативной памяти;
• SATAразъемы — служат для подключения жестких дисков, SSD накопителей или привода оптических дисков;
• Чипсет — это микросхема или группа микросхем, обеспечивающ ая обмен данны ми между процессором, оперативной памятью, устройствами хранения данных , а также периферией и другим оборудованием. На материнской плате м ожет быть воплощён в виде северного и южного мостов , либо только южного моста ;
• Микросхема BIOS и батарейка питания CMOS памяти. В этой микросхеме хранится прошивка BIOS (EFI) – набор микропрограмм, работающих с аппаратурой компьютера. В CMOS хранятся настройки BIOS, а для того чтобы они не сбивались когда вы выключаете компьютер (данная память энергозависима), используется специальная батарейка, которая ее питает;
• Внешние разъемы — как правило это USB разъемы, VGA и HDMI выходы для вывода изображения на монитор, Ethernet разъем для подключения интернета, а также аудио входы/выходы для подключения колонок и микрофона ;
• Разъемы питания. Собственно, как сама материнка – процессор и система охлаждения также требуют питания;
• Гнезда подключения USB разъемов с корпуса ПК. Сюда же можно отнести контакты для подключения PC спикера, кнопки питания и индикатора работы ЖД, расположенных на одной из панелей системного блока.

В принципе это основной набор который можно встретить на типичной материнской плате, но также необходимо помнить, что у разных производителей и моделей он может отличаться , поэтому переходим к следующему пункту.

Шины материнской платы

Как же связывается процессор с другими устройствами компьютера? На самом деле, как и вся электроника по проводникам, на системной плате группа проводников называется шинами. Шины различаются по функциональности: шина команд, шина данных, адресная шина.

Для 32 разрядных процессоров — это 32 параллельных проводника, по которым программы посылают команды для обработки их процессором через ОЗУ. Именно адресную шину нужно считать управляющей остальными, ведь она служит для выбора как данных из оперативной памяти, так и команд.

Если не брать в расчёт внешние устройства, то можно сделать вывод, что процессор получает команды от оперативной памяти и обменивается с ней данными. Процессор кроме оперативной памяти считает внешними все остальные устройства, даже если они является частью системного блока. Все шины, связывающие процессор и оперативную память можно рассматривать как одну главную шину – FSB (Front Side Bus). Говоря о том, что материнская плата работает с частотой 2000 МГц, имеется ввиду именно частота главной шины, именно из неё получает свою частоту и процессор умножая её на коэффициент внутреннего умножения.

Шина plug-and-play

Основным и в тоже время важным достоинством данной шины является её высокая производительность и простота установки оборудования, благодаря ей стало возможным создание самоуправляющихся устройств (plug-and-play).

Суть заключается в том, что после подключения к системной плате другой платы расширения – дочерней, происходит автоматическое определение самого устройства и выделение ему необходимых ресурсов, необходимых для его корректной работы.

Шины PCI и PCI Express

Благодаря PCI и в нынешние дни есть возможность расширить возможности своего компьютера, устанавливая тв-тюнеры для просмотра аналогово телевидения, что актуально при отсутствии постоянно подключения к интернету, или аудио плату, для увеличения звукозаписывающего функционала компьютера, а может и PCI-разветвитель увеличения количества разъёмов USB, что ещё более актуально для устаревших или бюджетных материнских плат.

Но компьютерная технология развивается незамедлительными темпами, и привычной шины PCI, а если быть точнее, то именно её пропускной способности стало недостаточно для высокопроизводительных компонентов. Видеокарта, наверное, будет самым самодостаточным представителем устройств, для которого стало необходимым появление PCI Express 16x, хотя и другие устройства, такие как сетевая карта нуждались в увеличение частоты шины.

Частоту шины PCI стало наращивать не выгодно, так как большому количеству параллельных проводников требовалась их высокая точность изготовления что было дорогостоящим. В связи с этим 2004 год стал началом этапа внедрения PCI Express 16X и PCI Express X1. В результате производство системных плат стало проще, а на ряду с этим и дешевле, к тому же PCI Express 16X стала единственно шиной для подключения видеокарт, а PCI Express X1 альтернативой для PCI.

Интерфейс подключения AGP

В своё время шина AGP, обеспечивала высокопроизводительный обмен данных, но со временем производителей видеокарт этот разъём перестал удовлетворять. Этот интерфейс подключения получил широкое распространение, в связи c сдерживанием компьютерной графики обыкновенным PCI. Хоть интерфейс ещё используется на устаревших компьютерах, современные производители отказались от него так же, как и в своё время от PCI в пользу PCI Express.

USB – интерфейс подключения

Каждый пользователь хочет удобства при работе за компьютером, что бы устройства очень легко устанавливались, не пренебрегая к разборке самого системного блока для его установки, это и стало причиной появления универсального последовательного порта шины USB (Universal Serial Port).

Разъём USB в наши времена входит в состав любого компьютера, от стационарного, ноутбука, до планшета и смартфона, а также клавиатуры, мониторы и множество других устройств. Это разъём обуславливает простоту использования, на передней панели системных блоков для ещё большего удобства бывают выведены такие USB разъёмы.

В бюджетных материнских платах бывает так, что разъёмов USB не хватает для подключения всех устройств, но для этого можно воспользоваться разветвителем или по-другому USB концентратором, портов станет значительно больше. Благодаря USB шине к системной плате подключают очень много устройств: 3g/4g модемы, принтеры и сканеры, не говоря уже о компьютерных мыши и клавиатуре.

Современным читается USB 3.0, но также ещё используются USB 2.0, а сама работа USB – это функция южного моста чипсета материнской платы. Как уже стало понятно, вся работа материнской платы завязана на работе её чипсета, а с каждым годом на материнскую плату ложится всё больше и больше функциональных обязанностей.

Из чего состоит материнская плата

Разобравшись с предыдущими вопросами, время посмотреть из чего состоит материнка. И основными ее элементами можно назвать:

• Разъем для установки процессора (сокет CPU) — простыми словами — это гнездо для установки процессора;
• Слоты PCI и PCI Express — первые из-за своей низкой производительности используют для подключения ТВ-тюнеров, аудио и сетевых карт, а также других устройств, которым достаточно пропускной способности данного интерфейса. PCI Express, как правило, используется для подключения к ПК видеокарт;
• Слоты под ОЗУ — сюда вы устанавливаете планки оперативной памяти;
• SATA и IDE разъемы — они служат для подключения к компьютеру различных накопителей (жестких дисков, SSD). Также они используются для подключения привода оптических дисков;
• Чипсет — это набор микросхем, так называемые северный и южный мосты. Северный мост осуществляет контроль над взаимосвязью между системной платой с ОЗУ, графическим ускорителем, ЦП. А также регулирует быстроту их работы и подсоединяет к южному мосту, который осуществляет контроль над сбережением энергии, BIOS, часами системы, интерфейсами IDE, SATA, USB, LAN, Embeded Audio;
• Микросхема BIOS и батарейка питания CMOS памяти — здесь находится ПО для запуска компьютера и его тестирования. В CMOS хранятся настройки BIOS, а для того, чтобы они не сбивались когда вы выключаете компьютер (данная память энергозависима) используется специальная батарейка, которая и питает память.
• Внешние разъемы — это все возможные выходы на наушники, микрофон, Ethernet, HDMI, USB и т.п;
• Разъемы для подключения питания — собственно, как сама материнка, так и процессор и система охлаждения требуют питания.

В принципе это основной набор, который можно встретить, но также необходимо помнить, что у разных производителей и моделей он может отличаться, поэтому переходим к следующему пункту.

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.