▷ Что такое материнская плата и как она работает

Сегодня мы поговорим о материнской плате компьютера. Материнская плата, несомненно, является основным элементом для создания компьютера, остальные компоненты, такие как ЦП или ОЗУ, будут установлены на нем, чтобы машина могла запускаться и работать. Итак, давайте посмотрим подробно, что такое материнская плата и как она работает.

Указатель содержания

Что такое материнская плата?

Материнская плата, без сомнения, самая важная часть компьютера. Это тот, который определит, какая архитектура у нашей команды во внутренних компонентах. Каждая материнская плата будет предназначена для размещения определенных компонентов или определенных типов семейств компонентов, а также будет поддерживать определенные скорости и емкости, которые имеют эти компоненты.

Все или почти все компоненты, которые являются частью компьютера, будут подключены к материнской плате, он также будет отвечать за установление коммуникационной шины между этими компонентами (ЦП, ОЗУ, графической картой) и установленными на нем периферийными устройствами (мышь, клавиатура, экран и т. д.)

Его физический аспект - это электронная схема определенных размеров, в которой установлен ряд элементов, таких как микросхемы, конденсаторы, разъемы компонентов и линии электропередачи, которые вместе образуют структуру компьютера.

Почти на всех из них должно быть установлено четыре основных компонента:

• Блок питанияЦентральный процессорПамять оперативной памятиХранилища

Материнские платы состоят из разных физических форматов, которые определяют физические размеры, которые они будут иметь.

Форматы материнских плат

Форматы, которые мы можем найти на рынке, следующие:

E-ATX

Это самый большой форм-фактор, который у нас есть на рынке. Его размеры 305 х 330 мм. Эти платы обычно имеют множество отверстий для плат расширения и много возможностей с точки зрения установки видеокарт в SLI или Crossfire.

Кроме того, у нас будет до 8 слотов для установки оперативной памяти

ATX

Эти платы появились на рынке с 1995 года благодаря их внедрению Intel. Они также являются наиболее распространенными, которые мы можем найти. Его размеры составляют 305 х 244 мм, хотя есть и такие, которые немного отличаются друг от друга. Разумеется, отверстия для его размещения в шасси должны быть расположены точно в стандартизированных местах.

Этот тип материнских плат используется практически для всех типов систем, офисных, игровых и т. Д. Это связано с его широкими возможностями расширения. Обычно у нас есть 7 слотов расширения и 4 слота для установки памяти RAM.

Micro ATX

Материнские платы с таким форматом имеют размеры 244 х 244 мм, поэтому они значительно меньше предыдущих, около 25%. Эти платы меньшего формата предназначены для офисных рабочих групп, которым не нужно столько слотов расширения, но они также занимают меньшие шасси.

Среди его возможностей расширения он имеет максимум 5 слотов расширения, хотя обычно их 3 и места до 4 ОЗУ. Для этого типа пластин потребуется шасси, совместимое с их креплением, поскольку положение винтов будет отличаться от пластин ATX.

Мини ITX

Это самый маленький формат пластины, доступный для домашних компьютеров. Имеет размеры 170 х 170 мм. Для крепления он состоит из четырех отверстий, которые совпадают с отверстиями, установленными для платы ATX.

На этих платах мы можем найти один слот расширения для видеокарты и два слота для оперативной памяти

Есть другие, сформированные как XL-ATX, но они обычно не замечены в диапазоне низких / средних частот. Только в ассортименте PREMIUM

Физические компоненты материнской платы

Это будет самый широкий раздел в этой статье, так как материнская плата имеет множество компонентов, которые стоит назвать. Давайте начнем тогда.

Набор микросхем

Чипсет или «чипсет» - это набор интегральных микросхем, предназначенных для установления связи между процессором и другими компонентами, установленными на материнской плате. Этими элементами могут быть оперативная память, жесткие диски, слоты расширения, а также порты ввода и вывода.

С развитием технологии материнских плат эти чипы обычно состоят из одного центрального чипа. Кроме того, эти чипы предназначены исключительно для набора процессоров определенной марки и для определенных модулей оперативной памяти. Это делает необходимым, чтобы при приобретении материнской платы с рынка мы были вынуждены также покупать совместимый процессор и модули оперативной памяти для него.

Старые материнские платы

Чипсет может быть интегрирован двумя чипами и также называется Северным мостом или Северным мостом и Южным мостом или Южным мостом. Каждый из этих чипов отвечает за выполнение определенных задач:

Северный мост: этот чип напрямую подключен к процессорной шине и имеет прямую связь с ней и оперативной памятью. Эта шина также называется Front Side Bus или (FSB) и имеет решающее значение для скорости и производительности компьютера. В дополнение к этому, он также отвечает за связь с портами PCI-Express, поскольку они поддерживают высокоскоростные компоненты, такие как материнская плата или новые твердотельные накопители M.2 и PCI-E.

Южный мост. Этот чип напрямую подключен к северному мосту через интерфейс Direct Media Interface или (DMI). Этот чип отвечает за связь устройств ввода и вывода и их связь с северным мостом. Например, жесткие диски SATA, USB, Fire Wire, сетевая карта, AUDIO и т. Д.

Современные материнские платы

В настоящее время с появлением многоядерных процессоров, таких как Intel Core и AMD FX, этот набор микросхем был значительно сокращен до одного чипа, тем самым исчез южный мост.

Это связано с тем, что новые процессоры интегрируют в себя контроллер памяти, поэтому они напрямую подключены к шине оперативной памяти. Скажем, мост FSB встроен в процессор, а шина, отвечающая за другие устройства, называется платой контроллера Plataform (PCH), заменяя шину DMI.

Типы чипсетов

Существует большое количество моделей чипсетов. С каждой эволюцией процессоров также происходит эволюция этих чипов. Как и во всем, существуют низкоуровневые, для управления компонентами с более низкой или низкой скоростью, средние и высокопроизводительные, которые предлагают максимальную скорость и поддержку для различных видеокарт и самую быструю оперативную память на рынке.

По словам производителя процессоров, мы можем найти наборы микросхем, предназначенные для процессоров AMD, и наборы микросхем, предназначенные для процессоров Intel.

Для получения дополнительной информации о последних моделях маркировки чипсета для обеих технологий и их сравнении, посетите наши следующие статьи:

Микропроцессорное гнездо

Так как иначе быть не может, на материнской плате должен быть установлен микропроцессор, и для этого потребуется гнездо с физическими разъемами для связи с материнской платой. Существует два типа розеток:

• PGA (Pid Grid Array): в этом гнезде есть панель с отверстиями для вставки микропроцессора внутрь, которая будет иметь контактные штыри для вставки. LGA (Land Grid Array): Гнездо имеет матрицу позолоченных контактов, которые соприкасаются между материнской платой и чипом процессора, который имеет только плоскую поверхность с точками контакта.

Технология вставки называется ZIF (Zero Insertion Force), и чип не идеально помещается в гнездо, если вам нужно приложить усилие в процессе.

Как и в случае с процессорами, существует множество типов разъемов для вашей установки. Это означает, что при покупке материнской платы определенной архитектуры необходимо приобрести совместимый с ней процессор.

Кроме того, каждая материнская плата предназначена для производителя процессора, поэтому как сокет, так и чипсет должны быть совместимы с данной маркой.

Чтобы узнать больше о том, как работает процессор, мы рекомендуем следующую статью:

• Что такое процессор и как он работает?

Слоты оперативной памяти

Эти разъемы или шины отвечают за размещение модулей памяти RAM, которые будут установлены в оборудовании. В общем, материнские платы имеют 4 слота или материнские платы высокого класса имеют 8.

Эти слоты обычно предназначены для работы с двухканальной или даже четырехканальной технологией. Как и в случае с процессором, каждая материнская плата будет поддерживать определенную архитектуру оперативной памяти.

Материнские платы в настоящее время имеют различные типы слотов оперативной памяти, хотя все они относятся к стандарту DDR. У нас будут: DDR, DDR2, DDR3 и DDR4

Чтобы узнать больше о том, как работает RAM, мы рекомендуем нашу статью:

• Что такое оперативная память и как она работает?

VRM

Акроним для модуля регулятора напряжения. Они представляют собой набор компонентов, которые преобразуют электрический ток, который достигает материнской платы, в напряжения различных значений и токов, чтобы они использовались другими компонентами, установленными на ней. Этот компонент, несмотря на то, что он не особенно привлекателен, необходим для правильной работы компонентов и предотвращения поломок.

Чтобы узнать больше об этих компонентах, посетите нашу статью:

Слоты расширения

Это будут слоты, которые будут расширять оборудование, установленное на нашем оборудовании. В них вы можете установить видеокарты, жесткие диски, сетевые карты, звуковые карты и т. Д.

Эти слоты в настоящее время называются PCI-Express или PCI-E и заменяют традиционные PCI. Каждый слот расширения PCI-E содержит 1, 2, 4, 8, 16 или 32 канала передачи данных между материнской платой и подключенными платами. Мы кодируем это количество ссылок в виде префикса x, например, x1 для одиночной или единичной ссылки и x16 для карты с 16 ссылками, которые используются для графических карт. Каждая из этих ссылок дает скорость 250 МБ / с.

Если у нас 32 канала, они предоставят максимальную пропускную способность, то есть 8 ГБ / с в каждом направлении для PCIE 1.1. Чаще всего используется PCI-E x16, который обеспечивает пропускную способность 4 ГБ / с (250 МБ / с x 16) в каждом направлении. Один канал примерно в два раза быстрее обычного канала PCI. 8 каналов имеют пропускную способность, сопоставимую с самой быстрой версией шины AGP, которые являются старыми слотами для видеокарт.

BIOS

BIOS или базовая система ввода-вывода - это ПЗУ, СППЗУ или флэш-память, которые содержат информацию о конфигурации материнской платы на самом низком уровне.

Внутри BIOS также имеется микросхема памяти под названием CMOS, с программой, которую она хранит внутри, она может инициализировать все физические компоненты платы для запуска компьютера. Кроме того, он отвечает за проверку их на наличие ошибок или отсутствие устройств, например, на отсутствие ОЗУ, ЦП или жесткого диска.

Память BIOS постоянно питается от батареи. Таким образом, когда машина выключена, данные и параметры, настроенные на компьютере, не теряются. Если в любом случае эта батарея разряжена или мы удаляем ее, информация BIOS сбрасывается до значений по умолчанию, но они никогда не теряются.

Звуковая карта и сетевая карта

Это чипы, отвечающие за обработку мультимедийного звука нашего оборудования и сетевого подключения. Его микросхемы расположены рядом с выходными портами материнской платы, и мы можем во многих случаях идентифицировать его по отличительной особенности RealTek, поскольку он является производителем многих из этих устройств, встроенных в материнскую плату.

Разъемы SATA

Это стандарт связи в современных ПК для подключения механических жестких дисков, а также SSD. В SATA последовательная шина используется вместо параллельной для передачи данных. Это намного быстрее, чем традиционная IDE и более эффективно. Кроме того, он допускает горячее подключение устройств и имеет гораздо меньшие и более управляемые шины.

На материнской плате у нас может быть до 6 или 10 таких портов для установки жестких дисков. Текущий стандарт содержится в SATA 3, что позволяет передавать до 600 МБ / с.

Чтобы узнать больше о том, как работает жесткий диск, мы рекомендуем следующую статью:

• Что такое жесткий диск и как он работает?

Разъем M.2

Почти на всех платах этот порт уже установлен. M.2 - это новый стандарт связи, предназначенный для замены соединения для жестких дисков SATA в среднесрочной и краткосрочной перспективе. Он использует протоколы связи SATA и NVMe. M.2 предназначен исключительно для установки модулей хранения, поэтому мы не занимаем слоты PCI-E. Этот стандарт не имеет скорости PCI-E, но намного выше, чем SATA.

Чтобы узнать больше о том, как работает SSD, мы рекомендуем следующую статью:

• Что такое SSD и как он работает?

Разъемы питания

Материнская плата должна подключаться к источнику питания, и для этого она имеет различные типы разъемов питания.

ATX

Это традиционный разъем для питания материнской платы в большинстве ее компонентов. Он состоит из 24 кабелей или контактов и обычно расположен справа от него, рядом со слотами оперативной памяти.

Мощность процессора

В дополнение к разъему ATX2, почти все новые материнские платы, по крайней мере, ATX, также имеют разъем такого типа, предназначенный исключительно для питания процессора. Эти типы блоков питания помогают увеличить блок питания материнской платы, особенно в случае разогнанных процессоров, которым требуется больше энергии для потребления.

Мы можем найти 4-контактный разъем процессора (более старый), один из 8 или один из 4 + 6 контактов. Его функции будут практически одинаковыми, и все это идет с напряжением 12 В.

Внешние разъемы

Эти разъемы будут расположены на одной стороне материнской платы, почти всегда слева. Вы будете отвечать за подключение периферийных устройств, которые есть у нас в настройке, например принтеров, мышей, клавиатур, динамиков, блоков памяти и т. Д. Мы можем выделить следующие типы:

• PS / 2: есть два порта этого типа, которые уже практически не используются. Они имеют 6 контактов и предназначены для подключения клавиатуры и мыши. Практически ни у одной клавиатуры нет разъемов такого типа, поэтому их перемещают и заменяют на USB USB (универсальная последовательная шина): это наиболее широко используемый стандарт последовательных соединений во всем мире. Этот разъем подключен и работает, поэтому мы можем подключить горячее устройство, чтобы операционная система сразу его распознала. В дополнение к обмену данными, он также обеспечивает выравнивание периферийных устройств, что делает его очень удобным и универсальным. В настоящее время существует четыре версии этого порта: USB 1.1 со скоростью 12 Мбит / с, USB 2.0 с 480 Мбит / с, USB 3.0 с 4, 8 Гбит / с и USB 3.1 с 10 Гбит / с. FireWire: стандарт, аналогичный USB, но в основном используется в Америке. Они имеют практически те же функции, что и USB, и имеют 4 версии, самой быстрой из которых является FireWire s3200 с 3, 2 Гбит / с HDMI или DisplayPort: эти порты будут существовать, если в материнскую плату встроена графическая карта. Это цифровой стандарт мультимедийной связи, позволяющий подключать видеоустройства высокой четкости. Через эти порты проходят как видео, так и аудиосигналы, что делает их особенно полезными. В настоящее время они практически полностью заменили порт VGA DVI и VGA: порты для подключения экрана Ethernet предшественника HDMI : порт, предназначенный для разъема RJ 45 в Интернете . Разъем 3, 5 ": разъем для аудиовхода или устройства вывода

Другие элементы

• Внутренние порты для USB: в нижней части материнской платы имеются разъемы для расширения портов USB нашего оборудования. Доступные USB-порты на корпусе обычно подключаются. Внутренние звуковые порты. Как и в случае с USB, на плате имеется внутренний порт для подключения микрофона и динамиков от портов, расположенных в корпусе. Часы: для синхронизации всех внутренних компонентов необходима серия часов, которые работают на разных частотах, в зависимости от потребностей каждого компонента. Разъемы вентиляторов: это разъемы 12 В, предназначенные для установки вентиляторов, таких как вентиляторы процессора или корпуса. У них есть 4 булавки. Стартовая панель: это серия разъемов питания, к которым подключены кнопки на корпусе, которые отвечают за запуск и перезагрузку системы. Индикаторы жесткого диска и питания также будут подключены.

Операционная материнская плата

Работа материнской платы довольно сложна из-за большого количества установленных на ней элементов и количества шин, предназначенных для обмена информацией. Схематически мы можем представить это следующим образом:

В этой схеме мы можем выделить основные элементы, которые вмешиваются в работу и управление, и взять за основу процесс запуска компьютера:

Первое, что должна сделать материнская плата перед загрузкой операционной системы с жесткого диска, - это инициализация компонентов. Программа, расположенная в BIOS, отвечает за проверку всех подключенных к ней устройств: процессора, оперативной памяти и жестких дисков. Если какой-либо из них отсутствует, неисправен или обнаруживает другие аномалии, материнская плата выдаст код ошибки, переведенный в звуковые сигналы или также с помощью кода на расположенной на нем светодиодной панели.

После завершения этапа проверки на внутреннюю шину загружается информация из блоков хранения. Здесь вмешивается южный мост (если он существует) и северный мост.

После запроса информации с жестких дисков, устройств ввода / вывода и других компонентов северный мост отвечает за соединение процессора с оперативной памятью. Это делается через переднюю шину или переднюю боковую шину (FSB). Он будет состоять из 64 потоков или 64 + 64 в случае реализации двухканальной технологии.

В любом случае данные операционной системы, загруженные в память, уже будут найдены для загрузки компьютера.

Одновременно северный мост будет отправлять графические сигналы на графическую карту, установленную в слоте CPI-E x16, непосредственно им управляемом. Или в вашем случае это будет связано с видеокартой, установленной на самой материнской плате. Это делается на автобусе ФСБ.

В любом случае компьютер запустится, и обмен данными для обработки будет осуществляться элементами, подключенными к шине и чипсету.

Окончательный вывод и ожидания о том, что такое материнская плата

Если нам стало ясно, что все сложнее объяснить работу компонентов компьютера в упрощенной форме. Технологии развиваются с невероятной скоростью, а элементы становятся все более сложными, функциональными и сложными.

При скорости, с которой мы идем, возможно, что 5 нм барьер будет достигнут в очень короткое время, и мы увидим, что великие компании придумают пойти дальше.

Мы, со своей стороны, в восторге от этих достижений, все более быстрого, более сложного оборудования и по устойчивой цене, если мы перейдем к компонентам среднего класса, которые также очень хороши.

Мы также рекомендуем нашу статью о квантовых процессорах

• Что такое квантовый процессор и как он работает?

Мы надеемся, что благодаря этой статье вы узнали больше о компонентах материнской платы и ее основных принципах работы. При любых сомнениях, разъяснениях или ошибках, не стесняйтесь, сообщите нам.