Материнская плата — что это такое и как работает

Материнская плата является основным компонентом компьютера, без которого другие просто-напросто не будут работать и взаимодействовать между собой.

Приобретая новый компьютер или собирая его вручную — первое, о чем нужно позаботиться, так это о выборе правильной материнки. Но перед этим лучше узнать, что это вообще такое и как работает.

О том, что такое оперативная память мы рассмотрели в предыдущем материале, сегодня же разберем, что такое материнка, ее функции и назначение.

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.

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.

Материнская плата — устройство, из чего состоит

Состав материнской платы довольно обширен, рассмотрим основное, что на ней есть.

1. Сокет для установки процессора. Гнездо куда устанавливается центральный процессор.

2. Сокеты PCI и PCI Express. К ним подключаются видеокарта и ТВ тюнеры.

3. Слоты для подключения оперативной памяти.

4. Разъемы SATA и IDE. Нужны для подключения SSD и жестких дисков.

5. Чипсет системной платы. Южный и северный мост. Северный мост ответственен за скорость с которой будут общаться между собой опереточная память, процессор и видеокарта. Южный отвечает за контроль работы энергосбережения, BIOS. часами и интерфейсами USB, SATA, LAN, ISE и Embed Audio.

6. Микросхема BIOS и питание CMOS. В CMOS хранится память всего БИОС, питает ее проста батарейка.

7. Аудио-адаптер и видеоадаптер. В некоторых моделях интегрированной видеокарты нет.

7. Разъемы USB, LAN, Ethernet, Audio и т.д.

8. Разъем для подключения питания.

Материнская плата — виды

Системные платы выпускаются для компьютеров в нескольких разных видах. Главным отличием является форм-фактор — размер. Производителей же таких плат довольно много. Основными и самыми известными являются: ASUS, Gigabyte, MSI, AS rock.

Standard ATX — 30,5х24,4 см. Стандарт, самая распространенная модель и популярная. На ней собирается большинство игровых машин, офисных ПК.

mATX — 24,4х24,4 см. Довольно интересное решение, чтобы собрать небольшой ПК. На данный момент есть множество видеокарт и других компонентов, которые выпускаются для таких материнок.

Mini-ITX — 17,0х17,0 см. Очень популярный на данный момент формат для сборки мини ПК. Можно собрать себе мини игровую консоль под телевизор. Видеокарт и других устройств для такого форм-фактор выпускается масса.

Есть еще XT, E-ATX, FlexATX, Mini-STX и другие. Их уже чаще используют для специфических задач. Например, E-ATX, конечно отличная штука, имеет размер 30,5×27,2 см. В нее можно установить пару видеокарт — отлично для геймеров. Но цены на такие материнки просто заоблачные.

Как выбрать материнскую плату — характеристики

К выбору материнской платы стоит подходить ответственно, от нее будет зависеть, как будут работать другие компоненты системы. Вот список характеристик, которые нужно изучить в первую очередь.

Форм-фактор. размер материнской платы. Все зависит, какой ПК вы хотите себе собрать — стандартный или мини, определитесь: ATX, mATX или Mini-ITX. С выбором комплектующих на данный момент проблем не возникнет. Но многие ITX версии видеокарт стоят больше, чем их обычные версии — учитывайте это. Стоит отметить, что в корпус mATX вполне себе устанавливаются материнки формата Mini-ITX.

Разъем для процессора. От него будет зависеть, какой процессор можно установить на плату. Более новые модели поддерживают новые процессоры, но они естественно будут дороже.

Частота системной шины. От нее зависит с какой скоростью между собой будут взаимодействовать установленные компоненты системы. Чем выше частота — тем лучше. Смотрите, чтобы она не была меньше, чем у других модулей вашего ПК.

Количество слотов PCI-E x1, PCI-E x16. Если, например, необходимо установить пару видеокарт, стороннюю аудио-плату и т.д. Количество слотов должно соответствовать вашим нуждам.

Количество слотов ОЗУ. Сколько Гб оперативной памяти вы хотите установить. 16 или 32? В планках по 8Гб или пару по 16Гб?

Чипсет. От него зависит, какой процессор поддерживается. Но, обычно сразу пишется какие поддерживаются ЦП, проблем не возникнет с этим пунктом.

Количество гнезд SATA. Сколько накопителей данных вы хотите подключить? Один SSD и жесткий диск?

Количество гнезд USB. Важный параметр, сейчас к ПК подключается множество устройств, лучше выбрать модель с большим кол-ом.

Версия USB. Если у вас есть устройства USB 3.0 то выбирайте модель, который поддерживает ее.

Интегрированная видео-карта и аудио. Зависит от того, будете ли вы подсоединять внешние, например, в офис для простой печати документов — можно взять модель уже со встроенным видеоадаптером и сэкономить. Если вы не меломан, то встроенная звуковая карта, вполне отлично подойдет, звук у неё отличный.

В заключение

Вот и все основные моменты, которые следует знать о материнских платах. Линейка статей об аппаратном обеспечении еще будет продолжена, и мы рассмотри другие компоненты наших компьютеров.

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.

Для чего может быть нужна материнская плата

Значение системной платы недооценить просто невозможно, все составляющие системного блока компьютера взаимодействуют между собой благодаря именно материнской плате, так данные с жёсткого диска не когда не смогут быть обработаны в процессоре до того, как попадут в оперативную память, а графическому адаптеру будет нечего получит от компьютерной системы и впоследствии передать монитору. Самые обыкновенные устройства ввода информации, такие как мышь и клавиатура, также обмениваются информацией через разъёмы на материнской плате.

Хорошим примером будут уже устаревшие разъёмы IDE и все ревизии SATA, ведь к ним подключается дисковод оптических дисков, жёсткий диск или твердотельный накопитель с помощью специальных шлейфов, а впоследствии они участвуют в информационном обмене с процессором, а потом уже и другими устройствами.

Может раньше общая производительность и завесила именно от процессора, то сейчас ситуация изменилась. Нужно ориентироваться на возможности системной платы, на пропускную способность её шины, поддерживаемые объёмы и частоты оперативной памяти, возможность получения максимума производительности от современного разъёма PCI-Express x16 и видеокарты, и т.д.

Используемые форм-факторы материнской платы и разъёмы процессора

Форм-фактор материнской платы, определяет её положение для последующего крепежа к компьютерному корпусу, расположение и тип разъёмов её питания, даже количество интерфейсов подключения устройств и их местоположение. Приведём список основных используемых форм – факторов системной платы:

• Mini ITX — имеет наименьшие в среднем размеры 17 на 17 см., очень часто уже имеет интегрированный процессор, самое наименьшее число интерфейсов подключения, очень редко используется в самостоятельных сборках, чаще продаётся уже в составе готового компьютера.
• mATX (Micro ATX) — достаточно полнофункциональная плата, имеющая приемлемые средние размеры, является лучшей составляющей для бюджетного компьютера, хоть и при достаточно небольшом количестве интерфейсов, для домашнего или же офисного компьютера их должно быть достаточно. Частенько на таких системных платах установлен чипсет, имеющий некоторые ограничения, но которые не главным образом отображаются на работе всего компьютера.
• ATX – также распространён, как и mATX, но имеет больший размер, такие платы могут иметь как полно функциональный чипсет, так и с небольшими ограничениями, обычно имеет наибольшее количество интерфейсов подключение, но это тоже не является обязательным, отличается более удобным монтажом и возможностями подключения.

Размеры материнской платы, нужно учитывать при выборе подходящего корпуса, ведь если рассуждать логически в более крупные корпусы можно установить не большие материнские платы, а вот наоборот никак не получится.

Разъём (Socket) служит для установки центрального процессора или замены. Socket следует учитывать при правильном выборе комплектующих для компьютера.

Разнообразие разъёмов довольно велико и для каждого процессора подойдёт свой, так, например, самые свежие процессорные линейки Intel используют маркировки сокета LGA 1150 или 1155, а их конкуренты от AMD – FX2 и AM3, AM3+. Если же сокеты от AMD AM3 и AM3+ взаимозаменяемы, то есть процессоры AM3+ смогут работать на разъёмах материнских плат AM3, но производительность будет ограничиваться чипсетом, то в Intel такого нет, тут нельзя ошибиться.

Чипсет — основа возможностей материнской платы

Чипсет – это микропроцессорный комплект для взаимодействия центрального процессора с остальной электронной составляющей компьютера. Именно от чипсета зависят все возможности и дальнейшая работа материнской платы.

Сегодняшние чипсеты состоят из двух микросхем, называющиеся южным мостом и северным, их без особого труда можно будет найти, это самые крупные после процессора микросхемы, обычно скрытые под радиаторами охлаждения. Сам чипсет должен быть согласован с процессором, а это может значить то, что не каждая материнская плата сможет раскрыть потенциал процессора и наоборот.

Само знание марки и модели чипсета во многом обуславливает будущую производительность компьютерной системы поэтому при подборе материнской платы, не плохо знать её возможности. Чистоты на которых будет работать система, тоже зависят от чипсета системной платы, а также объёмы памяти, возможность установки и количество дополнительных устройств.

Что же такое BIOS и в чём его необходимость

BIOS (от англ. Basic Input Output System), считается одной из важнейших микросхем системной платы, ведь в ней находятся прямо с завода производителя важные программы, требующиеся для первичной загрузки компьютера. После включения компьютера и поступления питания к процессору, он первым делом обращается к микросхеме BIOS и уже не прекращает с ней работу до самого выключения компьютера.
Что бы увидеть BIOS в работе, при старте компьютера нужно только обратить внимание на белые надписи на чёрном фоне – это и будет BIOS в работе.

Что же делает BIOS? Эта программа необходима для проверки основных систем компьютера сразу же после включения, а также обеспечивает взаимодействие с клавиатурой и мышью, а также с монитором, в случае с ноутбуком — с его дисплеем.

Для восстановления по умолчанию настроек BIOS нужно извлечь батарейку независимого питания или же при помощи специальной перемычки, хоть перемычка и батарейка на разных платах могут находиться в разных местах, но вероятнее всего они находятся середине или же в правом нижнем углу.

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.

Интегрированные компоненты материнской платы

В сегодняшние дни очень много компьютеров, особенное имеющие офисную принадлежность оборудованы интегрированным видеоадаптером, что должным образом сможет сэкономить деньги на покупке техники, конечно если особая видео производительность не будет требоваться в будущем. Благодаря этому на многих материнских платах появились VGA, DVI и HDMI, сетевая и аудио платы, так же стали интегрированной составляющей системной платы.

Перед покупкой материнской платы, обязательно нужно ознакомиться с её спецификацией на сайте производителя, тогда к примеру, у вас не возникнет проблем с максимальной частотой работы и количеством разъёмов модулей оперативной памяти, а может возможность подключения нескольких видеокарт тоже будет не лишней.

Теперь вопрос что такое материнская плата стал менее актуальным, ведь появилось понимание того, что системная плата — основа всего внутреннего механического мира, находящегося в системном блоке. Сами материнские платы с каждым годом меняются, дополняются, а описать все в одной статье просто не возможною, приходится ограничиваться основными моментами.

Материнская плата

Материнская плата (англ.  motherboard, MB , также используется название англ.  mainboard  — главная плата; сленг. мама, мать, материнка) — сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и собственно ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

Содержание

Основные компоненты

Основные компоненты, устанавливаемые на материнской плате:

• Центральный процессор (ЦПУ).
• Набор системной логики (чипсет — англ.  chipset ) — набор микросхем, обеспечивающих подключение ЦПУ к ОЗУ и контроллерам периферийных устройств. Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух СБИС: «северного» и «южного мостов».

(англ.  Northbridge ), MCH (Memory controller hub), системный контроллер — обеспечивает подключение ЦПУ к узлам, использующим высокопроизводительные шины: ОЗУ, графический контроллер.

(англ.  Southbridge ), ICH (I/O controller hub), периферийный контроллер — содержит контроллеры периферийных устройств (жёсткого диска, Ethernet, аудио), контроллеры шин для подключения периферийных устройств (шины PCI, PCI Express и USB), а также контроллеры шин, к которым подключаются устройства, не требующие высокой пропускной способности (LPC — используется для подключения загрузочного ПЗУ; также шина LPC используется для подключения мультиконтроллера (англ.  Super I/O ) — микросхемы, обеспечивающей поддержку исторических низкопроизводительных интерфейсов передачи данных: последовательного и параллельного интерфейсов, контроллера клавиатуры и мыши).

(также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Каждая ячейка оперативной памяти имеет свой индивидуальный адрес. Оперативная память передаёт процессору данные непосредственно, либо через кэш-память. ОЗУ изготавливается как отдельный блок; также может входить в конструкцию однокристальной ЭВМ или микроконтроллера в виде оперативной памяти.
• Загрузочное ПЗУ. Хранит ПО, которое исполняется сразу после включения питания. Как правило, загрузочное ПЗУ содержит BIOS, однако может содержать и ПО, работающие в рамках EFI.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для персонального компьютера, места её крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, разъёма 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. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей.

• Устаревшие: Baby-AT; Mini-ATX; полноразмерная плата AT; LPX.
• Современные: ATX; microATX; FlexATX; NLX; WTX, CEB.
• Внедряемые: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX; BTX, MicroBTX и PicoBTX

Существуют материнские платы, не соответствующие 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 «бренд», например, Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты; кроме того в нынешнем виде распределённый рынок производства сформировался только к 1987 году, когда многие производители уже создали собственные платформы [источник не указан 451 день] ).

Наиболее известными производителями материнских плат на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar, Elitegroup, ASRock [источник не указан 451 день] . В России материнские платы производит компания «Формоза» (использовались компоненты фирм Lucky Star и Albatron) [1] . На Украине — корпорация «Квазар-Микро» [2] .

Определение модели

Определить модель установленной материнской платы можно с помощью DMI. В Linux можно использовать утилиту dmidecode, в Windows — SIW или AIDA64.

Технологии энергосбережения

Повышенное внимание к «зеленым» (энергосберегающим) технологиям (а также традиционно важные для материнских плат надёжность и стабильность питания) вынудило многие компании-производители разрабатывать различные решения в этой области.

Ultra Durable (версии 1, 2 и 3) — технология от Gigabyte [3] , призванная улучшить температурный режим и надежность работы материнской платы, которая подразумевает:

• Увеличенная (удвоенная) толщина медных слоев толщиной 70 мкм (2 унции/кв.фут) как для слоя питания, так и для слоя заземления системной платы снижает полное сопротивление платы на 50 %, что обеспечивает снижение рабочей температуры компьютера, повышение энергоэффективности и улучшение стабильности работы системы в условиях разгона.
• Использование полевых транзисторов, обладающих пониженным сопротивлением в открытом состоянии (RDS(on)). Транзисторы преобразователей питания +12ATX выделяют относительно много тепла и, когда говорят об охлаждении подсистемы питания процессора, то подразумевают именно их.
• Использование дросселей с ферритовым сердечником — помимо большей (по сравнению с традиционными моделями) устойчивостью к окислению, эти дроссели обеспечивают меньшие потери энергии и меньший уровень электромагнитного излучения. [4]

Евросоюзом выдвигаются требования по энергоэффективности ErP (Energy-related Products).

Материнские платы мобильных компьютеров

Материнские платы портативных компьютеров (ноутбуков) существенно отличаются от материнских плат настольных компьютеров: в них встроено множество комплектующих (например, видеокарта), которые на обычных персональных компьютерах просто подключаются к ней. Это обеспечивает компактные габариты и низкое энергопотребление ноутбука, но приводит к меньшей надёжности, проблемами с теплоотводом, значительному увеличению стоимости материнских плат, а также отсутствию взаимозаменяемости.

Источник https://anisim.org/articles/materinskaya-plata-chto-eto/

Источник http://procomputer.su/sostav-kompyutera/30-chto-takoe-materinskaya-plata-ili-sistemnaya-plata-i-dlya-chego-ona-nuzhna

Источник https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/14589