Устройство и основные разъемы материнской платы

Компоненты материнской платы компьютера

Материнская плата (с англ. Motherboard) представляет собой один из важнейших компонентов компьютера, поскольку соединяет практически все устройства, входящие в его состав.

Любая современная материнская плата является многослойной и изготавливается из стеклотекстолита. Обычно, для ее изготовления используются специальные слои медной фольги (количество которых может изменяться от 2 до 10), соединенных между собой с помощью изоляционного материала — стекловолокна, пропитанного синтетической смолой. Слои меди не сплошные, а представляют собой токопроводящие дорожки, соединяющие элементы электронной схемы, смонтированной на такой плате. Во внутренних слоях печатной платы обычно располагаются линии электропитания и экранирование от наводок и помех, а на внешних — основные соединения элементов схемы.

На материнской плате находятся:

• Наборы больших однокристальных электронных микросхем — чипов (центральный процессор, другие процессоры, интегрированные контроллеры устройств и их интерфейсы)
• Микросхемы оперативной памяти и разъемы их плат;
• Микросхемы электронной логики;
• Простые радиоэлементы (транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.д.);
• Системная шина;
• Слоты для подключения плат расширения (видеокарт или видеоадаптеров, звуковых карт, сетевых карт, интерфейсов периферийных устройств);
• Разъемы портов ввода / вывода.

На материнской плате, как правило, имеются уже встроенные (интегрированные) сетевая и звуковая карты, находятся USB и FireWire разъемы для подключения внешних устройств к системному блоку. Если посмотреть на плату с боковой стороны, то увидим разъемы, которые находятся на обратной стороне системного блока для подключения дополнительных внешних устройств — монитора, клавиатуры и мыши, сетевых, аудио и USB (1.1 / 2.0, 3.0) — устройств и т.п.

В зависимости от размера материнской платы, различают следующие форм-факторы материнских плат. Форм-фактор — это физические параметры платы, которые определяют размеры корпуса компьютера и влияют на количество и тип оборудования, которое может быть к ней подключено. Форм-фактор определяет не только размеры материнской платы, но и места ее крепления к корпусу, расположение интерфейсов шин, портов ввода-вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Таблица 1 — Форм-факторы материнских плат

Форм-фактор	Размер платы, мм	Примечания
ATX	305 x 244
Mini-ATX	284 x 208	Для малых корпусов
FlexATX	229 x 191	Пром. стандарт
Micro-ATX	244 x 244	Для малых корпусов
Mini-ITX	170 x 170	Для сверхмалых ПК
Nano-ITX	120 x 120	Для сверхмалых ПК

Сравнение форм-факторов материнских плат, которые получили широкое распространение

Материнские платы с форм-фактором ATX (Advanced Technology Extended) устанавливаются в настольные компьютеры с корпусами Full-tower и Mini-tower. Данная плата подходит как для любого пользователя ПК так и для серверов, благодаря чему массово выпускается начиная с 2001 года. На плате можно расположить до 7 разъемов для установки карт расширения.

Рассмотрим основные компоненты материнской платы, каждую из данных позиций рассмотрим более подробно далее.

Внешний вид материнской платы: 1 — процессорное гнездо; 2, 3 — чипсет МП; 4 — разъем для подключения модулей оперативной памяти (RAM); 5 — разъем для подключения жестких дисков, CD и DVD-приводов по параллельному интерфейсу; 6 — два разъема PCI Express (PCIe) 16x (один из разъем работает в режиме 4х) 7 — разъем PCIe 1x; 8 — разъем для подключения жестких дисков SATA. 9 — три разъема PCI; 10 — микросхема BIOS с аккумулятором; 11 — разъем для подключения блока питания; 12 — разъемы задней стенки МП (LPT; USB; S / PDIF-Out, COM и др.).

Основные фирмы, изготавливающие материнские платы: Asus, GigaByte, Micro-Star International (MSI), Foxconn, Asrock, ElitGroup, Palit.

Устройство материнской платы

Системная (материнская) плата (англ. — motherboard, mainboard, MB, разг. — мамка, мать, материнка) — это основная плата, к которой подсоединяются все части компьютера (процессор, видеокарта, ОЗУ и др.), устанавливается в системном блоке. Главная задача материнской платы — соединить и обеспечить совместную работу всех элементов компьютера.

Основой любой современной материнской платы является набор системной логики, который чаще называют чипсетом (от англ. chipset). Чипсет — это совокупность микросхем, обеспечивающих согласованную совместную работу составных частей компьютера и их взаимодействие между собой. Чипсет, как правило, состоит из двух основных микросхем, чаще всего называемых «северным» и «южным» мостами.

Северный мост (North bridge, системный контроллер) — это часть системной логики материнской платы, обеспечивающая работу основных узлов компьютера — центрального процессора, оперативной памяти, видеокарты. Именно он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express, к которой подсоединяется видеокарта. В некоторых случаях северный мост может содержать интегрированный графический процессор.

Южный мост (Southbridge, ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер, контроллер ввода-вывода) — обеспечивает подключение к системе менее скоростных устройств, не требующих высокой пропускной способности — жёсткого диска, сетевых плат, аудиоплаты и т.д., а также шин PCI, USB и др., в которые устанавливаются разного рода дополнительные устройства. Клавиатура и мышь также замыкаются на южный мост.

Наличие северного и южного мостов — классическая, общепринятая схема построения чипсета, на котором базируется системная плата. Но существуют также схемы, отличающиеся от традиционных. Это касается в первую очередь компьютеров на базе современных процессоров, содержащих в себе элементы, в большей или меньшей степени выполняющие функции северного моста (чаще всего — контроллер оперативной памяти, интегрированное графическое ядро). На системных платах для таких процессоров северный мост существенно упрощен.

Качеством и возможностями системной логики определяются производительность и стабильность работы компьютера. При выборе материнской платы нужно учитывать в первую очередь то, какой чипсет был взят за основу при ее изготовлении. Основными производителями чипсетов сейчас являются компании Intel, NVidia, ATI/AMD и др., в то время как материнские платы производятся ASUS, MSI, Gigabyte, ASRock, Zotac и др. Системные платы с одинаковым чипсетом у разных производителей называются по-разному. По цене они тоже могут существенно отличаться. При выборе как првило лучше отдать предпочтение материнской плате с более «продвинутым» чипсетом от менее известного производителя, чем наоборот.

Процессор: мозг компьютера

Те разъемы на материнской плате, что снаружи нам не видны, используются для «втыкания» в них основных деталей, которые отвечают за быстродействие компьютера в целом. Наиважнейшим элементом, который крепится к плате, является процессор.

Это мозг компьютера. Его основные характеристики – разрядность и тактовая частота, чем выше эти показатели, тем мощнее процессор. От частоты работы процессора (количество операций в секунду) зависит скорость работы компьютера. Частота измеряется в герцах.

Вентилятор для охлаждения трудяги-процессора

Для того чтобы у процессора «мозги не закипели» от усердной работы, сверху прямо на него устанавливают вентилятор. Вентилятор очень старается охладить процессор и от того, увы, иногда начинает жужжать.

Также вентилятор еще называют кулер: от англ. «cool», что следует понимать не в смысле «круто», а как охлаждать или прохлада.

В старых компьютерах вентиляторов вообще не было, в них не было необходимости. Однако с увеличением мощности компьютеров некоторые элементы, потребляя электрический ток, стали перегреваться и выходить из строя. Возникла потребность в их охлаждении, так в системных блоках появились вентиляторы.

Сейчас кулеры могут быть установлены внутри блока питания, на процессоре, на видеокарте. Дополнительный кулер может быть установлен на системном блоке, для охлаждения всего блока.

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.

Кэш-память

Кэш память представляет собой небольшой блок высокоскоростной энергозависимой памяти, которая ускоряет работу компьютера путем предварительного кэширования данных из более медленной оперативной памяти. Затем данные очень быстро отдаются процессору при необходимости.

Обычно процессоры имеют встроенный чип кэш памяти, который именуется кэш первого уровня или L1, но он также может быть дополнен кэшем второго уровня L2. В современных процессорах кэши L1 и L2 встраиваются в процессор, а кэш третьего уровня реализован в виде внешнего кэша.

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.