Каково назначение системной материнской платы. Назначение материнской платы. Материнская плата: что, к чему и почему

Продолжением этой серии будет и данная статья. Сегодня мы ответим на часто задаваемые вопросы о материнской плате. Вы узнаете что такое материнка, для чего она нужна, из чего состоит, а также характеристики, на которые стоит обращать внимание при ее выборе. Давайте по порядку.

Что такое материнская плата компьютера

Материнская плата (мать, материка, системная плата, главная плата) – это основная плата системного блока. На ней находятся разъемы для подключения всех остальных деталей – видеокарты, оперативной памяти, процессора и др.

Откидывая компьютерную терминологию, системная плата – база всего компьютера. Как мы говорили раньше — и оперативная память, и процессор играют главную роль в работе компьютера. Тем не менее, чтобы они полностью раскрыли свой потенциал, необходимо связывающее звено, коим и является материнская плата. Давайте более подробно разберем, для чего компьютеру нужна системная плата.

Зачем компьютеру материнская плата

Без лишних слов перечислим основные функции материнской платы:

Объединяет все «внутренности» компьютера между собой (на ней установлен сокет для процессора, разъёмы под ОЗУ и графический адаптер и т.д).
Материнка превращает мышку, дисплей, системный блок, клавиатуру и другие компоненты – в единую рабочую экосистему.
Отвечает за то, чтобы ЦП контролировал работу других частей компьютера. То есть материнская плата не только превращает все компоненты ПК в одно целое, но еще и поддерживает связь между ними.
Материнская плата отвечает за передачу картинки на монитор (в случае интегрирования в нее графической карты).
Системная плата отвечает за звук компьютера, поскольку в настоящее время огромное число моделей плат имеет встроенную звуковую карту.
Обеспечение доступа в интернет — современные материнки обладают встроенным сетевым адаптером.

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 ( , 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.

Виды материнских плат и их производители

Сегодня вы можете увидеть множество системных плат от разных производителей: ASUS, MSI, GIGABYTE, Asrock, Esonic, при этом все они делятся на множество видов. Например, под какой из типов процессоров они ориентированы – AMD, или Intel. Каждый из классов конкурирующих ЦП уникален и требует индивидуальный сокет. У AMD это: AM1, AM3+, АM4, FM2, FM2+. Системные платы, предназначенные для ЦП от Intel имеют разъемы: LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011, LGA 2011-3. Еще материнские платы делятся по типу поддерживаемой памяти – DRR3 или DDR4.

Тем не менее самое известное разделение материнок на виды идет по форм-фактору — параметр определяющий площадь платы, а также места крепления и гнезда для снабжения электропитанием. Основные представители: E-ATX, Micro-ATX, Mini-ITX, Mini-STX, Standard-ATX:

Standard-ATX — самый распространенный среди пользователей форм-фактор, отлично подходит, для игровых машин и для рабочей системы. Средние размеры — 305/244 миллиметров. Хорошо совместим с большинством типов корпусов. Достаточно объемная площадь снижает вероятность перегрева, поскольку места для остальных деталей больше и им не придется быть зажатыми в ограниченном по размеру корпусе, что положительно сказывается на потоке воздуха между ними. Позволяет установить две видеокарты;
Micro-ATX уступают в размерах оригиналу (244/244 миллиметра). У них меньше PCI гнезд. В основном пригодны только для работы, но бывают образцы, подходящие для игр, но их меньше, чем у предыдущего представителя;
Mini-ITX — одни из наиболее компактных материнок, имеющие габариты 170/170 миллиметров. Больше годятся, как рабочие и мультимедийные решения, потому что разъем для графической платы может отсутствовать, следовательно, довольствуемся интегрированным вариантом. Гнезд под модули ОЗУ — одна пара;
E-ATX — отличное решение геймерам. Присутствует возможность установки сразу нескольких графических ускорителей, а на определенные модели можно поставить даже пару ЦП. Средние размеры 305/272 миллиметров. Также данные модели могут стать хорошим вариантом для серверной машины;
Mini-STX — решение для мини-ПК, не подходят для игр, но зато вполне приемлемый вариант для учебы и работы. Гнезд, куда будет установлено графический ускоритель нет, а под ОЗУ только два гнезда. Средний размер 140/147 миллиметров.

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.

Выводы

Подводя итог, можно сказать, что на сегодняшний день материнская плата — сложное устройство, которое соединяет между собой все компоненты компьютера, управляет их работой, а также отвечает за количество дополнительно подключаемого оборудования. Эта плата определяет характеристики вашего ПК и устанавливает ограничения по его апгрейду.

Системная плата (System board) - второй по важности компонент в . Кроме термина «системная плата», используется название «материнская плата» (Motherboard) . Основное назначение системной платы - соединение всех узлов компьютера в одно устройство, так что, по большому счету, это всего лишь набор проводов между контактами процессора и контактами модулей памяти и периферийных устройств. Все остальные расположенные на ней элементы носят второстепенные функции, служа только для развязки и согласования сигналов. Конечно, какой-то блок на системной плате может носить гордое название «контроллер», но даже в этом случае его назначение- выполнение вспомогательных функций.

Конструктивно системная плата ПК выполняется в виде многослойной текстолитовой печатной платы.Количество слоев может достигать 12, но чаще всего используют 8 (если не считать краски и лака). Между каждым слоем располагаются печатные проводники, выполненные из металлической фольги (может использоваться метод осаждения или напыления), которые соединяют контактные выводы микросхем, резисторов, конденсаторов и разъемов между собой. Ниже показан разрез системной платы производства компании Gigabyte, которая предложила увеличить толщину медных слоев для питания и заземления до 70 мкм.

Как правило, толщина проводников в два раза меньше, поэтому увеличение толщины медных шин улучшает охлаждение элементов системной платы, но при этом возникает масса технологических сложностей. Так как современные процессоры работают с внешними устройствами на частоте в несколько сотен мегагерц, то длина и расположение печатных проводников теперь рассчитывается по тем же принципам, что и для СВЧ- устройств, когда каждый лишний сантиметр проводника играет огромную роль.

Между процессором, модулями оперативной памяти и внешними устройствами расположен чипсет (chipset)- набор микросхем, которые выполняют служебные функции по распределению сигналов между всеми блоками. При подаче напряжения питания чипсет вырабатывает определенную последовательность команд, которая активизирует процессор. Процессор, в свою очередь, по программе BIOS тестирует и активизирует остальные устройства, установленные и подключенные к системной плате. Если старт компьютера прошел успешно, то микросхемы чипсета связывают процессор, память и периферийные устройства в единое целое - вычислительное устройство, готовое выполнить команды пользователя или определенным образом реагировать на появление сигналов в интерфейсных линиях. Поток информации от процессора к оперативной памяти и обратно проходит через электронику чипсета. Даже если в чипсете есть только буферные цепи, то и они, увы, вносят небольшую задержку времени, пусть даже в идеале и в один такт системной шины. Для современных компьютерных систем подобная задержка- это уже много, поэтому сначала корпорация AMD, а потом и Intel перенесли контроллер памяти на кристалл . При таком принципе построения процессор работает с памятью непосредственно, и ликвидируются лишние звенья, что повышает общую производительность системы. Существуют и другие варианты построения системных плат, которые зависят от архитектуры процессора. Например, в последнее время становится популярным перенос интерфейса (для PCI-E) с чипсета на цепи, расположенные на кристалле процессора, что ускоряет работу графической подсистемы. В частности, допустимо все контролеры внешних устройств смонтировать на кристалле процессора, заметим, что подобная схема применяется еще со времен процессоров Intel 80186, но в настольных компьютерах не прижилась.

Форм-фактор АТХ

Как это ни странно, самое постоянное у персональных компьютеров PC - это форм-фактор (габаритные размеры и расположение элементов), который как бы роднит между собой новые и старые модели. Благодаря тому, что все разработчики системных плат и периферии придерживаются единых правил крепления плат и расположения узлов в корпусе, пользователи могут самостоятельно модернизировать свой компьютер, устанавливая нужные периферийные устройства, меняя старый процессор на новый и т. д. Существуют два основных стандарта на системные платы - AT и АТХ. Первый - форм-фактор AT- это плата для компьютера с морально устаревшим процессором. Второй - форм-фактор АТХ- это стандарт, в соответствии с которым разрабатываются новые компьютеры. Разница между двумя этими стандартами в расположении процессора и разъемов интерфейсов, что влечет необходимость использования различных корпусов. А вот все остальное - крепление системной платы к корпусу, расположение слотов и пр. - так или иначе совпадает. В качестве переходного варианта между AT и АТХ, например, выпускались системные платы, которые можно было устанавливать как в корпус с блоком питания AT, так и в корпус АТХ.

Ниже приведено расположение главных элементов персонального компьютера согласно спецификации АТХ, включая версию 2.2. В частности, одно из основных отличий данной версии спецификации АТХ заключается в том, что выведен за контур системной платы, что оказалось необходимым из-за огромных размеров охлаждающей системы современного процессора. Обратите внимание, что в предыдущих версиях спецификации допускалась установка блока питания над процессором, но это приводило к огромным проблемам с охлаждением процессора.

Несколько сложнее обстоит дело с малогабаритными и фирменными компьютерами, в которых используются системные платы, габариты которых отличаются от стандартных (используются другие форм-факторы, которые разработаны на основе форм-фактора АТХ). Для уменьшения размеров используются различные приемы, например, уменьшение числа слотов для периферийных устройств, применение различных переходников, чтобы иметь возможность расположить периферийные платы не вертикально, а горизонтально, параллельно плоскости системной платы. Для таких системных плат и корпусов всегда существует проблема модернизации, часто приводящая к тому, что проще купить новый компьютер, нежели заниматься поисками подходящих элементов к старому. Ниже приведены максимальные габариты системных плат персональных компьютеров, которые наиболее распространены в России.

Форм-фактор ВТХ

Корпорация Intel опубликовала в 2004 г. спецификацию ВТХ (Balanced Technology Extended), которая является развитием стандарта АТХ для новых высокопроизводительных процессоров. Основное назначение спецификации - это улучшение охлаждения и увеличение механической прочности системной платы; как это определяет спецификация ВТХ. Кроме того, спецификация стандартизирует способы подключения к системной плате интерфейсов ввода/выврда, конструкцию корпуса. Так как появление компьютеров, выполненных по спецификации ВТХ, подразумевает разработку и выпуск новых системных плат, то и спустя пять лет до сколь-нибудь существенного промышленного выпуска дело пока не дошло. Тут можно отметить, что переделка материнской платы ПК - это большой труд разработчиков и инженеров, плюс огромный объем по тестированию изделия, исправлению ошибок и проблем. Правда, сегодня, когда разработчики процессоров наконец-то озаботились проблемой уменьшения тепловыделения, внедрение форм-фактора ВТХ оказалось не столь актуально, как это было необходимо для последних версий процессоров Intel Pentium 4 Prescott и для ряда четырехъядерных процессоров Intel и AMD.

Сокеты

Затри десятилетия выпущено множество самых разнообразных процессоров, предназначенных для использования в персональных компьютерах PC. Некоторые типы процессоров оказывались настолько удачными, что выпускались для самых разнообразных применений, например, для установки в ноутбуки и промышленные устройства. При изменении типа процессора или его назначения кремниевый кристалл с миллионами транзисторов монтировался в новый корпус, имеющий другие габариты и способы крепления к системной плате. К сожалению, магистральный путь современной микроэлектроники идет в направлении увеличения числа контактов, которыми снабжается корпус процессора. Естественно, при изменении количества контактов изменяется и конструкция разъема для процессора, который устанавливается на системной плате. Если родоначальник нынешних процессоров имел всего 16 контактов и устанавливался в очень простой разъем - «кроватку», то модели современных процессоров преодолели рубеж в тысячу контактов. Разъем для установки современных процессоров носит название сокет (socket). Его еще называют разъемом для установки микросхем с нулевым усилием (ZIF- Zero Insertion Force), а цифры в маркировке, начиная с модели Socket 370, говорят о числе контактов. В недавнем прошлом наиболее популярным разъемом для установки процессоров был Socket 7, предназначенный для процессоров Pentium, и Socket 370, в который устанавливались процессоры Pentium III. Можно отметить, что в Socket 7 было допустимо устанавливать как процессоры корпорации Intel, так и процессоры корпорации AMD. Некоторое время выпускались процессоры, монтируемые на печатных платах, которые были предназначены для установки в специальные слоты, напоминающие слоты для модулей памяти. Для процессоров корпорации Intel такой разъем назывался Slot 1, а для AMD - Slot А. Самые ранние модели процессоров Pentium 4 были предназначены для установки в Socket 423. В дальнейшем для процессоров Pentium 4 стал использоваться Socket 478 (mPGA478),

Процессоры Intel Core 2 и последние версии Pentium 4 выпускаются с плоскими выводами («безножковые») и устанавливаются в разъем Socket LGA 775.

В новых процессорах Intel Core i7, выпущенных в конце 2008 г., используется такая же конструкция выводов процессора и сокета, только число контактов значительно увеличено, а название сокета LGA 1366. В 2009 г. был предложен сокет LGA 1156 для процессоров Intel Core i5

Процессоры Athlon устанавливают в Socket 462, он же Socket А. Для процессоров Opteron и Athlon 64 разработан Socket 940 (и его модернизация Socket 939), а первые процессоры Athlon 64 выпускались для Socket 754 (выпуск процессоров под этот сокет продолжается до сих пор). сокет 940 и АМ2, для уточнения сокета, смонтированного на системной плате, лучше смотреть на надпись на пластмассовом корпусе сокета.

Материнская плата–это главная монтажная деталь, к которой подключаются внутренние компоненты и внешние, периферийные устройства. Она является базовым элементом любого настольного, переносного, планшетного или карманного компьютера. В этой публикации будет рассмотрено устройство материнской платы, а также назначение ее основных компонентов.

Материнская плата обеспечивает взаимодействие различных устройств ПК. Обязательными ее элементами являются разъем или socket процессора (ЦП), чип-сет, коннекторы для модулей памяти. Кроме этого, обязательными элементами ПК являются: микросхема BIOS, контролеры, различные разъемы для подачи питания, коннекторы подключения элементов и устройств компьютера.

BIOS представляет собой микросхему, с определенными тестовыми и загрузочными программами для ЦП, ведь на начальном этапе процессор еще не знает, как работать со всеми устройствами, расположенными в ПК. Находится эта микросхема в непосредственной близости от ЦП и запитана от отдельной батарейки — «таблетки», расположенной на плате, рядом со слотами расширения.

Первоначальное тестирование происходит без участия процессора. Только после проверки электронных элементов компьютера на предмет отсутствия короткого замыкания, и соответствия токов в БП, BIOS «разрешает» подавать блоку питания необходимый ток на плату и процессор.
После, ЦП считывает с БИОС определенный алгоритм действий, благодаря которым происходит тестирование работоспособности всех компонентов ПК. Если все в порядке, то производится запуск операционной системы, расположенной на «винчестере». После этого, все управление ПК передается исключительно операционной системе.

Благодаря своей работе, BIOS незаметно для пользователя выполняет одну из важнейших функций в компьютере.

Разъем центрального процессора

Разъем или socket процессора, на материнской плате самый большой. Модели разъемов ЦП различаются по внешнему виду, расположению и числу контактов. В зависимости от модели процессора, они бывают двух типов:

Сокетный, от анг. «гнездо». Он представляет собой прямоугольный или квадратный коннектор с множеством отверстий-контактов, расположенным по его периметру. Монтируется процессор в такой разъем – горизонтально.
Слотовый разъем, (от анг. «щель») представляет собой длинный ряд контактов, расположенных в пластмассовом корпусе. Он предназначен для вертикального монтажа ЦП. На сегодняшний день, такой тип разъемов практически не используется.

Назначение и конструктивные особенности чипсета

Чипсет материнской платы обычно представляет собой две разные микросхемы, именуемые «северным» и «южным» мостом. Свои названия они получили исключительно из расположения: северный мост находится возле ЦП, а южный – ниже, возле разъема видеокарты и слотов расширения. Они являются важнейшим связующим звеном между аппаратной частью и процессором ПК. В некоторых современных моделях системных плат может использоваться чипсет, состоящий из одной микросхемы. Это связано с конструктивными особенностями процессора, взявшего на себя функции южного моста.

Северный мост осуществляет связь ЦП с наиболее быстрыми компонентами ПК и с южным мостом. Из-за высокой нагрузки, мост достаточно сильно нагревается, поэтому, чаще всего, его оснащают радиатором для лучшего охлаждения.

Северный мост связан с ЦП высокоскоростной шиной. Наиболее современной, на сегодняшний день, считается шина QPI, от компании Intel.
Для связи моста с видеоадаптером, может использоваться шина AGP 3.0, или PCI Еxpress 3.0, массовый выпуск которой начался с 2012 г.
Микросхемы мостов между собой по одному из представленных интерфейсов: PCI, Hub Link, DMI или HyperTransport.

Южная часть чипсета, согласовывает работу более медленных компонентов ПК, а также обеспечивает передачу данных с этих компонентов на северный чип.

Южный мост состоит из контроллеров: для связи с северной частью чипсета, платами расширения, периферийными устройствами и компонентами, жесткими дисками и другими медленными устройствами

Наиболее распространенными интерфейсами, в современных ПК считаются: USB 2.0 — 3.0; WI-FI и Ethernet. Для связи южного моста с жесткими дисками используются шины PCI, а также более современные шины с SATA и SCSI и SAS. Для согласования работы моста с BIOS чаще всего используется шина LPС с тактовой частотой 33,3 МГц.

Коннекторы модулей памяти и других плат расширения

В любом компьютере существует временное хранилище информации, именуемое оперативной памятью. Она представляет собой модуль с несколькими микросхемами на борту, который монтируется в специальные разъемы, так называемые слоты. Как правило, они расположены рядом с процессором и северной частью чипсета. Слоты модулей памяти оснащены замками, которые изготовлены с защитой от неправильного монтажа. Количество их варьируется от 2-х до 6,в зависимости от стоимости «материнки» и ее форм-фактора.

Важными компонентом материнской платы является слот PCI-Express, для подключения дискретного видеоадаптера, без которого невозможен вывод изображения на монитор (если только в компьютере нет интегрированной видеокарты).

Кроме вышеперечисленных слотов, на плате расположены штыревые разъемы для подключения шин передачи данных жестких дисков. Раньше, для этого использовался интерфейс IDE. На современных ПК, чаще всего используется интерфейс SATA.

На любой «материнке» в обязательном порядке есть порты, для подключения дополнительных периферийных устройств. Как правило, основной набор включает в себя: разъемы питания вентиляторов и кнопок, расположенных на панели системного блока; светодиодов, сигнализирующих о работе «винчестера» и наличии питания. Кроме того, на задней части платы находится: несколько портов USB; разъем LAN для подключения кабеля к сетевой карте; коннекторы аудиовхода и выхода; разъем HDMI и пр. В большинстве моделей можно встретить разъемы PS/2для подключения клавиатуры и манипулятора.

Для питания материнской платы, а также всех электронных и механических компонентов, на ней установлен 20 или 24 контактный разъем, на который приходит напряжение от блока питания, расположенного в корпусе ПК.

Не уверенны в выборе модели МП — ! Подберем оптимальную модель.

Типы системной платы

Форм фактор материнской платы – это определенный стандарт, благодаря которому определяется размер системной платы, ее способ крепления в корпусе ПК, наличие и расположение портов и интерфейсов шин, а также разъемов ЦП и оперативной памяти.

В настоящее время существует несколько форм-факторов системных плат:

ATX – самая большая по величине материнская плата, которая имеет много слотов и удобное расположение портов вода — вывода.
EATX – это системная плата ничем не отличающаяся от АТХ, кроме размеров, которые составляют 30,5 см. х33 см.
MicroATX – это уменьшенный вариант материнской платы АТХ. Она была разработана для ПК, которым не требуется изменение конфигурации, поэтому она имеет 4 слота расширения. Как правило, такие платы оснащены 24 пиновым разъемом питания и имеют размеры, 24, 5 см. х 24,5 см.
BTX – материнская плата, разработанная для создания небольших системных блоков. Тем не менее, она имеет 7 слотов расширения при размерах 26.7 х 32.5 см.
Мicro BTX является уменьшенной копией «материнки» ВТХ, которая имеет 4 слота расширения и размеры 26.7 х 26.4 см.
MiniITX – самая маленькая, из современных системных плат для компьютера. Ее размеры составляют 17 см на 17 см.
SSIEEB и SSIСEB. Материнские платы этих форм-факторов применяются для создания серверов. Размеры составляют: 30.5 x 33.0 см. и соответственно 30.5 x 25.9 см.

Если вы решили собрать ПК, то мы рекомендуем использовать для этого материнскую плату, форм-фактора АТХ. Много свободного пространства и возможностей для изменения конфигурации, позволит в полной мере получить удовольствие от сборки и использования домашнего ПК.

Системная (материанская) плата - печатная плата, на которой осуществляется монтаж большинства компонентов компьютерной системы. Название происходит от английского motherboard, иногда используется сокращение MB или слово mainboard - главная плата.

Компоненты системной платы

Современные персональные компьютеры имеют шинную архитектуру. Непосредственно на системной плате размещается лишь минимальный набор микросхем, а все остальные объединяются при помощи системной шины. Для этого используются специальные платы расширения и разъемы (слоты). Таким образом, на системной плате обычно расположены:

звуковой платы

Контроллеры жестких дисков

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный кабель (именуемый также шлейфом). Каждый шлейф обычно имеет два или три разъёма, один из которых подключается к разъёму контроллера на материнской плате (в более старых компьютерах этот контроллер размещался на отдельной плате расширения), а один или два других подключаются к дискам. В один момент времени шлейф P-ATA передаёт 16 бит данных. Иногда встречаются шлейфы IDE, позволяющие подключение трёх дисков к одному IDE каналу, но в этом случае один из дисков работает в режиме read-only.

SATA(Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жёсткими дисками). SATA является развитием интерфейса ATA (IDE), который после появления SATA был переименован в PATA (Parallel ATA).

SATA/150. Первоначально стандарт SATA предусматривал работу шины на частоте 1,5 ГГц, обеспечивающей пропускную способность приблизительно в 1,2 Гбит/с (150 Мб/с). (20%-я потеря производительности объясняется использованием системы кодирования 8B/10B, при которой на каждые 8 бит полезной информации приходится 2 служебных бита). Пропускная способность SATA/150 незначительно выше пропускной способности шины Ultra ATA (UDMA/133). Главным преимуществом SATA перед PATA является использование последовательной шины вместо параллельной.

SATA/300, работающий на частоте 3 ГГц и обеспечивающий пропускную способность до 2,4 Гбит/с (300 Мб/с) впервые был реализован в контроллере чипсета nForce 4 фирмы Nvidia. Весьма часто стандарт SATA/300 называют SATA II. Теоретически SATA/150 и SATA/300 устройства должны быть совместимы (как SATA/300 контроллер и SATA/150 устройство, так и SATA/150 контроллер и SATA/300 устройство), однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное выставление режима работы (например, на НЖМД фирмы Seagate, поддерживающих SATA/300 для принудительного включения режима SATA/150 предусмотрен специальный джампер). Стандарт SATA предусматривает возможность увеличения скорости работы до 600Мб/с (6 ГГц).

Разновидности системных плат

Имеется много видов системных плат. Обычно тип системной платы определяется базовым микропроцессором, типоразмером (форм-фактором), чипсетом, набором слотов для оперативной памяти и карт расширения, программой BIOS и др. Рассмотрим эти особенности подробнее …

Базовый микропроцессор, процессорные разъемы и частота

Форм-фактор материнской платы - стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, сокета центрального процессора (если он есть) и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер, однако подавляющее большинство производителей предпочитают его соблюдать, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

Устаревшими считаются: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX. Современными считаются: АТХ; microATX; Flex-АТХ; NLX; WTX. Внедряемыми считаются: Mini-ITX и Nano-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX Существуют материнские платы несоответствующие никаким из существующих форм-факторов (см. таблицу). Обычно это обусловлено либо тем, что производимый компьютер узкоспециализирован, либо желанием производителя материнской платы самостоятельно производить и периферийные устройства к ней, либо невозможностью использования стандартных компонентов (так называемый «брэнд», например Apple Computer, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 г., когда многие производители уже создали собственные платформы).

Чипсет - набор микросхем (может быть и в одной микросхеме), являющийся интерфейсом между составными частями компьютера, такими, как ЦП, ОЗУ, ПЗУ, Порты ввода/вывода.

Набор интергальных схем, как правило состоит из трех основны: северный мост(обеспечивает взаимодействие между ЦП и памятью, шиной AGP ит.д.), южный мост(обеспечивает взаимодействие между ЦП и контроллером жесткого диска, шины PCI, USB ит.д.), Super I\O(отвечает за порты Com,lpt, ps/2).

Северный мост - является одим из основных элементов чипсета компьютера и отвечает за работу с процессором, памятью и видео адаптером. Северный Мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти (SDRAM, DDR, другие), ее максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от Северного Моста зависит наличие шины видео адаптера, её тип и быстродействие. Для компьютерных систем нижнего ценового уровня в Северный Мост нередко встраивают и графическое ядро. Во многих случаях именно Северный Мост определяет тип и быстродействие шины расширения системы (PCI, PCI Experess, другое). Северный Мост является одим из основных элементов чипсета компьютера и отвечает за работу с процессором, памятью и видео адаптером. Северный Мост определяет частоту системной шины, возможный тип оперативной памяти (SDRAM, DDR, другие), ее максимальный объем и скорость обмена информацией с процессором. Кроме того, от Северного Моста зависит наличие шины видео адаптера, её тип и быстродействие. Для компьютерных систем нижнего ценового уровня в Северный Мост нередко встраивают и графическое ядро. Во многих случаях именно Северный Мост определяет тип и быстродействие шины расширения системы (PCI, PCI Experess, другое).

Микросхема южного моста (South Bridge) с помощью встроенных средств и внешних элементов обеспечивает контроль за работой большого числа сравнительно медленных периферийных устройств.

Оперативная память (ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) - в информатике - память, предназначенная для временного хранения данных и команд, необходимых процессору для выполнения им операций. Оперативная память передаёт процессору команды и данные непосредственно, либо через кэш-память. Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес.

В современных вычислительных устройствах, оперативная память представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом (RAM) и может изготавливаться как отдельный блок, или может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ.

Виды ОЗУ:

SIMM (англ. Single In-line Memory Module) - модули памяти, широко применявшиеся в компьютерных системах в 1990-е годы. Имели несколько модификаций, среди которых наибольшее распространение получили три. С появлением Pentium, по причине низкого быстродействия динамической памяти SIMM-модулей, их спецификация претерпела изменения, в результате чего более новые модули (их называли EDO) стали несовместимы со старыми (FPM), обладая немного большим быстродействием. Платы Pentium, как правило, поддерживали оба типа памяти, в то время как большинство 486 машин поддерживали только старый (FPM) тип. Отличить по внешнему виду их было невозможно и только «метод научного тыка» помогал определить их тип. Установка «неправильного» типа памяти не приводила к неисправностям - система просто не видела памяти. Так как на платах Pentium с 64-разрядной шиной данных уже 72-контактные модули потребовалось ставить парами, постепенно и их попарно «объединили», результатом чего стало появлением первых модулей DIMM.

DDR SDRAM (от англ. «Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory» - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - это тип оперативной памяти используемой в компьютерах. При использовании DDR SDRAM достигается большая полоса пропускания, нежели в обыкновенной SDRAM, за счет передачи данных по обоим фронтам сигнала. За счет этого фактически почти удваивается скорость передачи данных, не увеличивая при этом частоты шины памяти. Таким образом, при работе DDR на частоте 100 МГц мы получим эффективную частоту 200МГц (при сравнении с аналогом SDR SDRAM). В спецификации JEDEC есть замечание, что использовать термин «МГц» в DDR некорректно, правильно указывать скорость «миллионах передач в секунду через один вывод данных».

DDR2 SDRAM (от англ. double-data-rate two synchronous dynamic random access memory - удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом) - это тип оперативной памяти используемой в компьютерах. Как и DDR SDRAM DDR2 SDRAM использует передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, за счет чего при такой-же частоте шины памяти как и в обычной SDRAM можно фактически удвоить скорость передачи данных (например при работе DDR и DDR2 на частоте 100 МГц эффективная частота получается 200МГц). Основное отличие DDR2 от DDR - способность работать на намного болшей тактовой частоте, благодаря усовершенствованиям в конструкции. Но измененная схема работы буфера предвыборки данных, позволяющая добиться высоких тактовых частот, в то-же время увеличивает задержки (latency) при работе с памятью.

Слоты карт расширения:

ISA (от англ. Industry Standart Architecture, ISA bus) - 8-ми или 16-ти разрядная системная шина IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате. С появлением материнских плат формата ATX - шина ISA перестала широко использоваться в компьютерах. Но пока её ещё можно встретить в старых AT-компьютерах, а также в промышленных компьютерах. Для встроенных систем существует вариант компоновки шины ISA, отличающийся применяемыми разъёмами - шина PC/104.

PCI (англ. Peripheral component interconnect, дословно: взаимосвязь периферийных компонентов) - на сегодняшний день de facto стандартная системная шина для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Стандарт на шину PCI определяет:

физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);

электрические параметры (например, напряжения);

логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине);

Развитием стандарта PCI занимается организация PCI Special Interest Group.

AGP (от англ. Accelerated Graphics Port, ускоренный графический порт) - разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты. Появилась одновременно с чипсетами для процессора Intel Pentium II. Основной задачей разработчиков было увеличение производительности и уменьшение стоимости видеокарты, за счёт уменьшения количества встроенной видеопамяти. По замыслу Intel большие объёмы видеопамяти для AGP-карт были бы не нужны, поскольку технология предусматривала высокоскоростной доступ к общей памяти.

PCI Express или PCIe или PCI-E, (также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O; не путать с PCI-X или PXI) - компьютерная шина, использующая программную модель шины PCI и высокопроизводительный физический протокол, основанный на последовательной передаче данных.

BIOS (англ. Basic Input-Output System - базовая система ввода-вывода, БСВВ) - программа, находящаяся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве) персонального компьютера и исполняющаяся при включении питания. Основная функция BIOS - подготовить машину к тому, чтобы основное программное обеспечение (в большинстве случаев это операционная система), записанное на различных носителях (жёсткий диск, дискета или компакт-диск, доступное через сеть), могло загрузиться и получить контроль над компьютером. Обозначение подобного базового ПО термином BIOS присуще для персональных компьютеров на базе процессоров с архитектурой x86. Для компьютеров на базе процессоров других типов для обозначения ПО, выполняющего подобные функции используются другие термины: например базовое ПО машин с процессором архитектуры SPARC называется PROM. BIOS выполняет самотестирование (POST) устройств, затем ищет загрузчик операционной системы (англ. Boot Loader) на доступных дисках. Если загрузчик не найден, BIOS выдаёт сообщение об ошибке. Многие старые персональные компьютеры, которые не имели полноценной операционной системы, либо её загрузка не была необходимой пользователю, вызывали встроенный интерпретатор языка Бейсик. Также BIOS содержит минимальный набор сервисных функций, например, для вывода сообщений на экран или приёма символов с клавиатуры, что и обусловливает расшифровку её названия: Basic Input-Output System - Базовая система ввода-вывода. В современных персональных компьютерах, BIOS также предоставляет интерфейс для низкоуровневого конфигурирования компонентов системы, а также позволяет производить загрузку операционной системы через интерфейсы, изначально для этого не предназначенные, в том числе USB и IEEE 1394. Также возможна загрузка по сети (применяется на "тонких клиентах"). В некоторых BIOS"ах релизуется дополнительная функциональность (например, воспроизведение DVD-дисков), поддержка встроенной рабочей среды (например, интерпретатор языка Basic).

Системная плата – основа компьютера. На ней находятся основные электронные элементы: процессор, память, BIOS, набор микросхем и др.

Типы системных плат

All-In-One – плата, на которой размещены все необходимые для работы компьютера элементы. Motherboard (материнская) – плата, содержащая основные узлы и разъемы расширения для установки дочерних плат.

Состав материнской платы

На материнской плате расположены:

1. Наборы больших однокристальных электронных микросхем – чипов (центральный процессор, другие процессоры, интегрированные контроллеры устройств и их интерфейсы)

2. Микросхемы оперативной памяти и разъемы их плат

3. Микросхемы электронной логики

4. Простые радиоэлементы (транзисторы, конденсаторы, сопротивления и др.)

5. Разъемы системной шины (стандартов ISA, EISA, VESA, PCI и др.)

6. Слоты для подключения плат расширений (видеокарт или видеоадаптеров, звуковых карт, сетевых карт, интерфейсов периферийных устройств IDE, EIDE, SCSI…)

7. Разъемы портов ввода/вывода (COM, LPT)

Общая характеристика

Материнская плата предназначена для размещения или подключений всех остальных внутренних устройств компьютера – служит своеобразной платформой, на базе которой строится конфигурация всей системы.

Тип и характеристики различных элементов и устройств материнской платы, как правило, определяется типом и архитектурой центрального процессора (материнские платы на базе процессоров фирм Intel, AMD, Cyrix и др. – 8086/8088/80188, 286, 386, 486/586/686, Pentium, Pentium II-V. Как правило, именно центральный процессор или процессоры, их семейство, тип, архитектура и исполнение определяют тот или иной вариант архитектурного исполнения материнской платы.

По числу процессоров, составляющих центральный процессор, различают однопроцессорные и многопроцессорные (мультипроцессорные) материнские платы. Большинство персональных компьютеров являются однопроцессорными системами и комплектуются однопроцессорными материнскими платами.

Настройка материнской платы на конкретные электронные компоненты осуществляется с помощью перемычек (jumpers). В частности, этими перемычками устанавливается настройка на конкретную модель процессора – регулируются тактовая частота и напряжение питания.

Материнская плата крепится к шасси корпуса системного блока, как правило, двумя винтами с изолирующими пластмассовыми креплениями.

Современные требования к материнским платам

Современные материнские платы соответствуют требованиям программы Energy Star. Это энергосберегающая программа, введенная американским Агенством защиты окружающей среды (EPA – Environment Protection Agency). Согласно этим требованиям, плату относят к разряду "зеленых" (green motherboard), если ее энергопотребление в режиме холостого хода не более 30 Вт, в ней не используются токсичные материалы, допускается 100-процентная утилизация после истечения срока службы.

Рассмотрим устройство типичной материнской платы Pentium-класса с набором микросхем 430HX (плата АSUS P55T2P4).

1 – разъем USB (USB header), 2 – установочное отверстие, 3 – контроллер клавиатуры (keyboard controller), 4 – микросхема BIOS (flash BIOS ROM), 5 – разъем шины ISA (ISA bus slot), 6 – разъем шины PCI (PCI bus slot), 7 – разъем расширения мультимедиа (mediabus slot), 8 – установочное отверстие, 9 – микросхема часов с элементом питания (real-time clock/CMOS), 10 – разъем процессора (CPU socket),

11 – регулятор напряжения, 12 – разъемы подключения индикаторов корпуса,

13 – конденсаторы, 14 – антистатическое покрытие, 15 – переключатели (jumpers),

16 – микросхемы Кэш-памяти 2 уровня (cache chips), 17 – разъем расширения Кэш-памяти, 18 – разъем расширения Tag-памяти (Tag RAM expansion socket), 19 – набор микросхем Intel 430 HX (chipset chips), 20 – разъемы модулей памяти (SIMM sockets), 21 – разъем дисковода (floppy header), 22 – разьем первого IDE устройства (primary IDE header), 23 – разъем второго IDE устройства (secondary IDE header), 24 – разъем питания (power connector), 25 – контроллер ввода-вывода (I/O controller), 26 – разъем параллельного порта (LPT header), 27 – разъем 1 последовательного порта (COM1 header), 28 – разъем 2 последовательного порта (COM2 header), 29 – разъем порта PS2 (PS2 mouse header), 30 – разъем клавиатуры (keyboard connector)