▷ Що таке материнська плата та як вона працює

Сьогодні ми повинні поговорити про материнську плату комп’ютера. Материнська плата, безсумнівно, є основним елементом створення комп'ютера, на ній будуть встановлені інші компоненти, такі як процесор або оперативна пам’ять, щоб машина могла запускатися і працювати. Тому давайте детально розберемося, що таке материнська плата і як вона працює.

Зміст індексу

Що таке материнська плата?

Материнська плата, без сумніву, є найважливішою частиною комп'ютера. Це той, який визначить, яку архітектуру має наша команда у своїх внутрішніх компонентах. Кожна материнська плата буде розроблена для розміщення певних компонентів або певних типів сімейств компонентів, а також підтримуватиме певні швидкості та потужності, які мають ці компоненти.

Всі або майже всі компоненти, що входять до комп'ютера, будуть підключені до материнської плати, вона також буде відповідати за встановлення шини зв'язку між цими компонентами (процесор, оперативна пам'ять, відеокарта) та встановленими на ній периферійними пристроями (миша, клавіатура, екран тощо)

Його фізичний аспект - це електронна схема певних розмірів, в якій встановлено ряд елементів, таких як мікросхеми, конденсатори, компонентні роз'єми та лінії електропередач, які разом утворюють структуру комп'ютера.

Практично на всіх мають бути встановлені чотири основні компоненти:

• Блок живленняЦентральний процесорЗагальна пам'ять ОЗУ

Материнські плати складаються з різних фізичних форматів, які визначають фізичні розміри, які вони матимуть.

Формати материнської плати

Формати, які ми можемо знайти на ринку, наступні:

E-ATX

Це найбільший форм-фактор у нас на ринку. Його розміри - 305 х 330 мм. Зазвичай ці плати мають великі отвори для карт розширення та багато можливостей щодо встановлення відеокарт в SLI або Crossfire.

Крім того, у нас буде до 8 слотів, доступних для установки оперативної пам'яті

ATX

Ці плати з'являються на ринку з 1995 року завдяки їх впровадженню Intel. Вони також є найпоширенішими, які ми можемо знайти. Його розміри - 305 х 244 мм, хоча є і деякі з дещо різними розмірами. Звичайно, отвори для його розміщення в шасі повинні розташовуватися точно в стандартизованих місцях.

Цей тип материнських плат використовується майже для всіх типів систем, офісних, ігрових тощо. Це пов’язано з його широкими можливостями розширення. Зазвичай у нас є 7 слотів для розширення та 4 слота для установки оперативної пам'яті .

Micro ATX

Материнські плати з таким форматом мають розміри 244 х 244 мм, тому вони досить менші, ніж попередні, близько 25%. Ці дошки, будучи меншим форматом, орієнтовані на офісні робочі групи, яким не потрібно стільки слотів для розширення, а також займають менші шасі.

Серед можливостей розширення у нього є максимум 5 слотів розширення, хоча нормальними є 3 і проміжки до 4 оперативної пам'яті. Для цього типу плит знадобиться шасі, сумісне з їх фіксацією, оскільки положення гвинтів буде відрізнятися від пластин ATX.

Міні ITX

Це найменший формат пластин, доступний для домашніх комп'ютерів. Він має розміри 170 х 170 мм. Для фіксації він складається з чотирьох отворів, які збігаються з тими, що встановлені для пластини ATX.

На цих платах ми можемо знайти один слот розширення для відеокарти та два слоти для оперативної пам'яті

Існують і інші, сформовані як XL-ATX, але вони, як правило, не помітні в низькому / середньому діапазоні. Тільки в асортименті PREMIUM

Фізичні компоненти материнської плати

Це буде далеко найширший розділ цієї статті, оскільки материнська плата має безліч компонентів, які варто назвати. Почнемо тоді.

Чіпсет

Чипсет або "чіпсет" - це набір інтегральних мікросхем, призначених для встановлення зв'язку між процесором та іншими компонентами, встановленими на материнській платі. Такими елементами можуть бути оперативна пам’ять, жорсткі диски, слоти розширення та порти введення та виведення.

З розвитком технології материнської плати ці мікросхеми зазвичай складаються з єдиної центральної мікросхеми. Крім того, ці мікросхеми призначені виключно для набору процесорів або певної марки та для певних модулів оперативної пам'яті. Це робить необхідним, що при придбанні материнської плати з ринку ми змушені також купувати сумісний процесор і модулі оперативної пам’яті для неї.

Старі материнські плати

Набір мікросхем може бути інтегрований двома мікросхемами, а також їх називають Північним мостом або Північним бриґдом та Південним мостом або Південним мостом. Кожна з цих фішок відповідає за виконання певних завдань:

Північний міст: Цей чіп безпосередньо приєднаний до процесорної шини і має пряме спілкування з ним та оперативною пам'яттю. Ця шина також називається передньою стороною шиною або (FSB) і є визначальною у швидкості та продуктивності комп'ютера. Крім цього, він також відповідає за зв'язок з портами PCI-Express, оскільки це ті, які підтримують найшвидші компоненти, такі як материнська плата або нові твердотільні накопичувачі M.2 та PCI-E

Південний міст: Ця мікросхема безпосередньо підключена до північного мосту через Direct Media Interface або (DMI) шину. Ця мікросхема відповідає за зв'язок пристроїв введення та виведення та їх з'єднання з північним мостом. Наприклад, жорсткі диски SATA, USB, Fire Wire, мережева карта, AUDIO тощо.

Сучасні материнські плати

В даний час з появою багатоядерних процесорів, таких як Intel Core та AMD FX, цей чіпсет значно скоротився до єдиного чіпа, тим самим зникаючи південний міст.

Це тому, що нові процесори інтегрують контролер пам'яті всередині них, тому вони безпосередньо підключені до шини пам'яті оперативної пам'яті. Скажімо, міст FSB інтегрований в процесор, а шина, що відповідає за інші пристрої, називається концентратором Plataform Controller (PCH), замінюючи шину DMI.

Типи чіпсетів

Існує велика кількість моделей чіпсетів. З кожною еволюцією процесорів відбувається також еволюція цих мікросхем. Як і у всьому, на ринку існують низькі або низькі швидкості управління компонентами, середнього та високого класу, які пропонують максимальну швидкість та підтримку різних графічних карт та найшвидшу оперативну пам’ять на ринку.

За словами виробника процесорів, ми можемо знайти чіпсети, розроблені для процесорів AMD, і набори чіпів, призначені для процесорів Intel.

Для отримання додаткової інформації про останні моделі маркування чіпсетів для обох технологій та їх порівняння відвідайте наступні статті:

Розетка мікропроцесора

Як не могло бути інакше, на материнській платі - це місце, де повинен бути встановлений мікропроцесор, і для цього необхідно мати розетку з фізичними роз'ємами, щоб зв’язати це з материнською платою. Існує два типи розеток:

• PGA (Pid Grid Array): у цій розетці є панель з отворами для вставлення мікропроцесора всередину, на якій будуть контактні штифти для вставки. LGA (Land Grid Array): Розетка має матрицю позолочених контактів, що здійснюють контакт між материнською платою та процесорним чіпом, який має лише плоску поверхню з точками контактів.

Технологія вставки називається ZIF (Zero Insertion Force) і чіп не ідеально вписується в розетку, якщо вам потрібно застосувати силу в процесі.

Як і у процесорів, для вашого встановлення існує багато типів розеток. Це означає, що купуючи материнську плату певної архітектури, необхідно придбати сумісний з нею процесор.

Крім того, кожна материнська плата призначена для виробника процесорів, тому і розетка, і чіпсет повинні бути сумісні з відповідною маркою.

Щоб дізнатися більше про те, як працює процесор, рекомендуємо наступну статтю:

• Що таке процесор і як він працює?

Слоти оперативної пам'яті

Ці роз'єми або шини відповідають за розміщення модулів оперативної пам'яті, які будуть встановлені в обладнанні. Взагалі материнські плати мають 4 слота або материнські плати високого класу мають 8.

Ці слоти зазвичай розробляються для роботи з двоканальною технологією або навіть з чотириканальною технологією. Як і у процесора, кожна материнська плата підтримуватиме певну архітектуру оперативної пам’яті.

Наразі материнські плати мають різні типи слотів оперативної пам’яті, хоча всі вони належать до стандарту DDR. У нас будуть: DDR, DDR2, DDR3 та DDR4

Щоб дізнатися більше про те, як працює оперативна пам'ять, рекомендуємо нашу статтю:

• Що таке оперативна пам'ять і як вона працює?

VRM

Скорочення модуля регулятора напруги. Вони являють собою набір компонентів, які перетворюють електричний струм, який досягає материнської плати, на напруги різних значень і струмів, так що їх використовують інші компоненти, встановлені на ній. Цей компонент, не дивлячись на особливий вигляд, є важливим для правильного функціонування компонентів та уникнення поломки.

Щоб дізнатися більше про ці компоненти, відвідайте нашу статтю:

Слоти для розширення

Це будуть слоти, які мають функціональні можливості розширення обладнання, встановленого на нашому обладнанні. У них можна встановити відеокарти, жорсткі диски, мережеві карти, звукові карти тощо.

Ці слоти в даний час називаються PCI-Express або PCI-E і є замінниками традиційних PCI. Кожен слот розширення PCI-E містить 1, 2, 4, 8, 16 або 32 зв’язки даних між материнською платою та підключеними картками. Ми кодуємо цю кількість посилань як префікс x, наприклад, x1 для одиничного або одиничного посилання та x16 для картки з 16 посиланнями, які використовуються для відеокарт. Кожне з цих посилань дає швидкість 250 Мб / с.

Якщо у нас є 32 посилання, вони дадуть максимальну пропускну здатність, тобто 8 ГБ / с у кожному напрямку для PCIE 1.1. Найчастіше використовується PCI-E x16, який забезпечує пропускну здатність 4 Гб / с (250 МБ / с 16) у кожному напрямку. Одне посилання приблизно вдвічі швидше, ніж звичайне з'єднання PCI. 8 посилань мають пропускну здатність, порівнянну з найшвидшою версією шини AGP, що є старими слотами для відеокарт.

BIOS

BIOS або Basic System Input-Output - це пам'ять ROM, EPROM або Flash-RAM, яка містить інформацію про конфігурацію материнської плати на найнижчому рівні.

Всередині BIOS також є чіп пам'яті під назвою CMOS, програма, яку він зберігає всередині, здатна ініціалізувати всі фізичні компоненти плати, щоб запустити комп'ютер. Крім того, він несе відповідальність за перевірку їх на помилки або відсутність пристроїв, наприклад, відсутність оперативної пам’яті, процесора або жорсткого диска.

Пам'ять BIOS постійно працює від акумулятора. Таким чином, коли машина вимкнена, дані та параметри, налаштовані в комп'ютері, не втрачаються. Якщо в будь-якому випадку цей акумулятор вичерпаний або ми його виймаємо, інформація про BIOS скидається до значень за замовчуванням, але вони ніколи не втрачаються.

Звукова карта та мережева карта

Вони є фішками, відповідальними за обробку мультимедійного звуку нашого обладнання та мережевого підключення. Її мікросхеми розташовані поблизу вихідних портів материнської плати, і ми можемо неодноразово ідентифікувати її за RealTek відмітною, оскільки вона є виробником багатьох таких пристроїв, інтегрованих на материнській платі.

Роз'єми SATA

Це стандарт зв'язку в сучасних ПК для підключення механічних жорстких дисків, а також SSD. У SATA послідовна шина використовується замість паралельної передачі даних. Це набагато швидше, ніж традиційні IDE, і більш ефективне. Крім того, він дозволяє гаряче підключення пристроїв і має набагато менші та керовані шини.

На материнській платі у нас може бути до 6 або 10 таких портів для встановлення жорстких дисків. Поточний стандарт знайдений у SATA 3, що дозволяє передавати до 600 Мб / с

Щоб дізнатися більше про те, як працює жорсткий диск, рекомендуємо наступну статтю:

• Що таке жорсткий диск і як він працює?

М.2 роз'єм

Майже на всіх дошках вже встановлено цей порт. M.2 - новий стандарт зв'язку, призначений замінити з'єднання для накопичувачів SSD SSD в середньо- та короткостроковій перспективі. Він використовує як протоколи зв'язку SATA, так і NVMe. M.2 призначений виключно для установки запам'ятовуючих пристроїв таким чином, щоб ми не зайняли слоти PCI-E. Цей стандарт не має швидкості PCI-E, але набагато вище, ніж SATA.

Щоб дізнатися більше про те, як працює SSD, рекомендуємо наступну статтю:

• Що таке SSD і як він працює?

Роз'єми живлення

Материнська плата повинна підключатися до джерела живлення, і для цього вона має різні типи роз'ємів живлення.

ATX

Саме традиційний роз'єм забезпечує материнську плату в більшості її компонентів. Він складається з 24 кабелів або штифтів і, як правило, розташований з правого боку від нього, поруч з гніздами оперативної пам'яті.

Потужність процесора

Крім роз'єму ATX2, майже всі нові материнські плати, принаймні ATX, також мають цей тип роз'ємів, призначених виключно для живлення процесора. Ці типи джерел живлення допомагають збільшити потужність живлення материнської плати, особливо у випадках розігнаних процесорів, яким потрібно більше енергії для споживання.

Ми можемо знайти 4-контактний роз'єм процесора (старший), один з 8 або один з 4 + 6 контактів. Його функції будуть практично однаковими, і все це йде з напругою 12 В.

Зовнішні з'єднувачі

Ці роз'єми будуть розташовані з одного боку материнської плати, майже завжди зліва. Ви будете відповідальні за підключення периферійних пристроїв, які ми маємо в нашому налаштуванні, наприклад, принтерів, мишей, клавіатур, динаміків, блоків зберігання тощо. Можна виділити наступні типи:

• PS / 2: Є два порти цього типу, які вже практично не використовуються. Вони мають 6 контактів і призначені для з'єднання клавіатури та миші. Практично жодна клавіатура не має такого типу роз'ємів, тому їх переміщують та замінюють USB USB (Universal Serial Bus): це найпоширеніший стандарт серійного з'єднання у всьому світі. Цей роз'єм підключається та грає, тому ми можемо підключити гарячий пристрій, щоб операційна система розпізнала його негайно. Крім обміну даними, він також забезпечує периферійне вирівнювання, що робить його дуже зручним і універсальним. В даний час є чотири версії цього порту, USB 1.1 зі швидкістю 12 Мб / с, USB 2.0 з 480 Мб / с, USB 3.0 з 4, 8 Гбіт / с і USB 3.1 з Firewire 10 Гбіт / с : це стандарт, подібний до USB, але в основному використовується в Америці. Вони мають практично ті ж функції, що і USB, і він має 4 версії, найшвидший - FireWire s3200 з 3, 2 Гбіт / с HDMI або DisplayPort: Ці порти існуватимуть, якщо на материнській платі є вбудована відеокарта. Це стандарт цифрового мультимедійного зв'язку, який дозволяє підключати відеопристрої високої чіткості. І відео, і аудіосигнали проходять через ці порти, що робить їх особливо корисними. В даний час вони практично повністю замінили VGA DVI і VGA- порт : порти для підключення попереднього HDMI-екрана Ethernet: порт, призначений для роз'єму RJ 45 в Інтернеті 3.5 "Гнізд: Роз'єм для аудіо вхідних або вихідних пристроїв

Інші елементи

• Внутрішні порти для USB: роз'єми доступні внизу материнської плати для розширення USB-портів нашого обладнання. Наявні USB-порти на корпусі, як правило, будуть підключені. Внутрішні звукові порти: Як і у USB, на платі є внутрішній порт для підключення мікрофона та динаміків з портів, розташованих у корпусі. Годинники: для синхронізації всіх внутрішніх компонентів необхідна серія годин, що працюють на різних частотах, залежно від потреб кожного компонента. З'єднувачі вентилятора: це 12-роз'ємні роз'єми, призначені для вставки вентиляторів, таких як процесор або вентилятори шасі. У них 4 шпильки. Панель стартера: вони являють собою ряд роз'ємів живлення, де підключені кнопки на корпусі, які відповідають за запуск та скидання системи. Також будуть підключені світлодіодні індикатори жорсткого диска та живлення.

Операційна система материнської плати

Експлуатація материнської плати досить складна, через велику кількість встановлених на ній елементів та кількість шин, призначених для обміну інформацією. Схематично ми можемо представити його наступним чином:

У цій схемі ми можемо виділити основні елементи, що втручаються в експлуатацію та управління, і взяти процес запуску комп'ютера як орієнтир:

Перше, що повинна зробити материнська плата перед завантаженням операційної системи з жорсткого диска - це ініціалізувати компоненти. Програма, розміщена в BIOS, відповідає за основну перевірку всіх підключених до нього пристроїв: процесора, оперативної пам’яті та жорстких дисків. Якщо будь-яка з них відсутня, зламана або виявляє інші аномалії, материнська плата видасть код помилки, перекладений звуковими звуковими сигналами, а також за допомогою коду на світлодіодній панелі, розташованій на ній.

Після завершення етапу перевірки внутрішня шина завантажується інформацією з блоків зберігання. Тут втручаються південний міст (якщо він існує) і північний міст.

Після запиту інформації з жорстких дисків, пристроїв вводу / виводу та інших компонентів, північний міст відповідає за з'єднання процесора з оперативною пам'яттю. Це робиться через передню шину або передню бічну шину (FSB). Це буде складатися з 64 потоків або 64 + 64 у разі впровадження технології двоканалу.

У будь-якому випадку, дані операційної системи, завантажені в пам'ять, вже знайдуться для завантаження комп'ютера.

Одночасно північний міст надсилатиме графічні сигнали на відеокарту, встановлену в слоті CPI-E x16, безпосередньо керованому нею. Або у вашому випадку вона з’єднається з графічною картою, встановленою на самій материнській платі. Це робиться автобусом FSB.

У будь-якому випадку комп'ютер запуститься, а обмін даними для обробки буде керуватися елементами, підключеними до шини та чіпсету.

Остаточний висновок та очікування щодо того, що таке материнська плата

Якщо нам стало зрозуміло одне - це все складніше пояснити роботу компонентів комп’ютера спрощеним способом. Технологія просувається з неймовірною швидкістю, і елементи стають все складнішими, більш функціональними та складними.

Із швидкістю, якою ми йдемо, можливо, 5-нм бар'єр буде досягнутий за дуже короткий час, і ми побачимо, що великі компанії інженерії йдуть далі.

Зі свого боку, ми в захваті від цих досягнень, все швидшого, складнішого обладнання та за вигідною ціною, якщо ми переходимо до компонентів середнього класу, які також дуже хороші.

Ми також рекомендуємо нашу статтю про квантові процесори

• Що таке квантовий процесор і як він працює?

Ми сподіваємось, що з цією статтею ви дізналися більше про компоненти материнської плати та її основні операції. Про будь-які сумніви, роз’яснення чи помилку не соромтеся сказати нам.