Подробное описание материнской платы и ее работы. Устройство и описание материнской (системной) платы

Если вы видели свой системник изнутри (из чего состоит компьютер ?), то наверняка знаете, как выглядит материнская плата. Это большая микросхема, прикрепленная к боковой стенке блока. Именно на ней расположен процессор , к ней подключается видеокарта и все прочие составляющие «внутренностей» компьютера. Но что такое материнская плата? Из чего она состоит? Какие функции выполняет? Давайте разберемся в этих вопросах сегодня.

Материнская плата компьютера - это сложная многослойная печатная плата, на которую устанавливаются все системные компоненты компьютера: чипсет, центральный процессор, ОЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода. Она содержит несколько портов USB и прочих, необходимых для подсоединения периферийных устройств и внутренних комплектующих системного блока.

Для повышения вашей эрудиции добавлю, что по-английски «материнку» называют двумя именами. Это “Motherboard” и “Mainboard”. Если вы встретите эти обозначения, то будете знать, о чем идет речь.

Одним из главных параметров детали является ее форм-фактор. Он определяет габариты платы, разъемы питания, требования к охлаждающей системе, установочные отверстия. Все это играет большую роль при сборке компьютера.

Самым популярным форм-фактором является “ATX”. Материнская плата компьютера этого вида используется в большинстве домашних компьютеров. Она поддерживает все необходимые слоты и разъемы. Питание подключается через разъем в 20 или 24 контакта. Последние компьютеры используют 24.

Форм-фактор “BTX” постепенно сменяет “ATX”. Это новейший стандарт. При его разработках огромное значение придавалось именно охлаждению составляющих системы. Сейчас такие платы используются для сборки небольших компьютеров.

Добавлю, что форм-факторов существует достаточно большое количество, но есть платы, которые не подходят ни под один из них. Такие детали используются в узкоспециализированных компьютерах, чья задача вполне конкретна и известна заранее.

Что такое материнская плата для обычного пользователя? Какие марки деталей можно встретить на нашем рынке? Самыми популярными являются “Gigabyte”, “Biostar”, “Intel”, “MSI” и другие.

В чем сущность процессов, происходящих на материнской плате? Исходя из того, что все детали крепятся непосредственно к ней, можно сделать вывод о том, что именно плата объединяет всю работу системы и координирует ее.

А теперь давайте более подробно остановимся на устройстве материнской платы и частях, из которых она состоит.

Разумеется, главная ее часть - это центральный процессор. Все современные материнские платы идут со встроенным процессором. Это как плюс, так и минус. Учтите, если сломается что-то одно, менять придется обе детали.
Второй элемент платы - это чипсет (набор системной логики). Данный элемент отвечает за работу ЦПУ и ОЗУ, а также за подключение периферийных устройств. Вся их работа строится на базе двух СБИС (Сверхбольших интегральных схем). Речь идет о северном и южном мостах.
Северный мост отвечает за узлы, использующие высокопроизводительные элементы: ОЗУ, графический контроллер. Он обеспечивает подключение данных узлов к ЦПУ.

Южный мост отвечает за периферийные устройства (жесткий диск, аудиосистемы и так далее). Он же используется в подключении к системе устройств, требующих минимальную пропускную производительность.

Оба моста, чаще всего, представлены в виде отдельных СБИС, но есть и одночиповые решения.

Любая материнская плата компьютера обязательно содержит слоты для ОЗУ. Каждая такая ячейка имеет свой собственный адрес, что важно для компьютера в целом. Сама ОЗУ является отдельным блоком-микросхемой. Стоит помнить, что не всякая ОС видит всю ОЗУ, установленную на компьютер. Например, Windows XP видит всего 3 ГБ (читать о единицах измерении информации), пусть даже установлено 4 или больше. Другими словами, если вы хотите повысить производительность компьютера, то стоит подумать не только о запчастях, но и обновлении программного обеспечения.

Наконец, последняя часть - ПЗУ. Этот важнейший элемент отвечает за хранение всего программного обеспечения, которое начинает функционировать сразу после включения компьютера. Как правило, это “BIOS”, но может быть и другое ПО.

Как определить модель материнской платы

Многих интересует и еще один вопрос. Какая плата установлена на компьютере? Скажу сразу, определить нахрапом это не удастся. Чтобы узнать модель «материнки» понадобится установка дополнительного программного обеспечения. Это может быть любая утилита, дающая возможность следить за системой и ее составляющими. Таких программ целая уйма, поэтому сегодня мы на них подробно останавливаться не станем. Я могу дать лишь один простой совет. Ни в коем случае не выбрасывайте те документы, которые даются во время покупки компьютера. Технический талон, даже истекший, должен быть у вас. Там, в случае необходимости, всегда можно найти перечень всех деталей и устройств, установленных на вашем домашнем компьютере.

Будьте внимательны и аккуратны. Это сильно облегчит жизнь, если появятся проблемы с «железом», в частности – с материнской платой компьютера.

Персональный компьютер состоит из множество комплектующих, однако одним из важнейших элементов является материнская плата (или системная плата, оба названия равносильны). Системная плата является тем «мостом», которая соединяет и размещает на себе физически и электрически устройства компьютера, а так же отвечает за взаимодействие этих устройств с центральным процессором и оперативной памятью. Устройство материнской платы включает в себя следующие узлы.

• Центральным звеном всей компьютерной системы является процессор. Для его установки на материнской плате используется специальное гнездо‐сокет. Cокеты могут иметь различные варианты крепления кулера для охлаждения процессора.
• Одним из важнейших устройств, которое располагается на материнской плате является микросхема BIOS (базовая система ввода‐вывода). В неё зашита программа начальной загрузки компьютера и конфигурация компьютера. При включении питания компьютера BIOS инициализирует устройства, которые подключены к материнской плате, проверяет их работоспособность. Если всё нормально, то ищет загрузчик на носителях информации, таких как «жёсткий» диск, привод компакт‐дисков, 1,4" дисководы, которые ещё встречаются и т. д. А уже загрузчик передаёт управление операционной системе. В новых материнских платах может быть 2 микросхемы, что повышает устойчивость BIOS.
• Вторым из важнейших устройств материнской платы является чипсет. Он представляет из себя набор микросхем, которые по функциональному признаку делятся на северный и южный мост, которые отвечают за связь процессора, памяти и видеокарты, и связь медленных устройств, таких как «жёсткий» диск, сетевая карта, аудиокодек и т. д. А кроме того, северный мост осуществляет связь устройств, входящих в южный мост и процессора. Северный и южный мосты выполнены обычно на двух микросхемах, причём северный мост из‐за нагрева при работе снабжается радиатором и часто с охлаждающим кулером.
• На системной плате расположены разъёмы или слоты оперативной памяти, обычно они расположены рядом с сокетом процессора и микросхемой северного моста. В них вставляются модули оперативной памяти. Количество их может быть разным: от 1 до 6. Эти слоты оперативной памяти по шинам связаны с северным мостом, и через него, с центральным процессором.
• Рядом с северным мостом, перпендикулярно слотам оперативной памяти, расположен слот или разъём для видеокарты. В более старых компьютерах это обычно AGP‐разъём (переводится как порт графического ускорителя), а в современных - это E‐PCI или PCI‐Express. Как и слоты оперативной памяти, AGP или PCI‐E посредством шин связаны с северным мостом, а через него с центральным процессором.
• Рядом и параллельно разъёму AGP или PCI‐E на системной плате расположены разъёмы PCI, которые предназначены для подключения различных внутренних устройств, таких как звуковые платы, платы различных FM‐ и TV‐тюнеров, сетевых карт, внутренних модемов, различных контроллеров нестандартного оборудования, позволяющих применять компьютеры во многих областях деятельности человека. PCI появилась раньше PCI‐E и на базе её появилась последняя. Различаются они прежде всего пропускной способностью и производительностью. У PCI‐E она выше, чем у PCI, да оно и понятно: во‐первых, частота работы шины PCI‐E выше чем у PCI, а во‐вторых, PCI‐E работает с устройствами подключенными к северному мосту, который обладает большим быстродействием, чем южный мост и соответственно, шина PCI, подключенная к южному мосту.
• Собственно южный мост, который расположен на системной плате рядом с разъёмами оперативной памяти и разъёмом AGP или PCI‐E. Как выше говорилось, южный мост связывает медленные устройства и с помощью северного моста эти же устройства связывает с процессором и оперативной памятью. Обычно на материнской плате и северный, и южный мосты состоят из двух отдельных микросхем, которые и образуют чипсет. Микросхема южного моста зачастую также охлаждается радиатором, особенно это часто это встречается на новых материнских платах.
• На системной плате расположены штыревые разъёмы для подключения «жёстких» дисков и оптических приводов с интерфейсом IDE, разъёмы для подключения «жёстких» дисков и оптических приводов с интерфейсом SATA. Сейчас системные платы имеют в своём составе в основном разъёмы SATA, так как IDE уже выходят из «моды» и максимум на что можно расчитывать-это на наличие одного разъёма интерфейса IDE, в отличие от SATA‐шных, число которых может доходить на системной плате до 6.
• Рядом с разъёмами SATA могут находиться маленькие микросхемы - это контроллеры SATA, фирмы могут быть разные, например: Promise, Silicon Image, VIA, Marvel. Одна из основных задач контроллера SATA является создание массива RAID «жёстких» дисков для повышения быстродействия и надёжности хранения данных на дисках.
• На системной плате расположена батарейка BIOS, служащая для постоянного питания микросхемы BIOS, в которой и хранится программа начальной загрузки и конфигурация компьютера.
• На материнской плате могут находиться разъёмы для подключения дополнительных USB‐портов, которые могут, например, находиться на лицевой панели корпуса системного блока.
• На системной плате находятся штырьковый разъём для подключения кнопок лицевой панели системного блока: включения, перезагрузки, индикаторов работы «жёсткого» диска и включеного питания, подключения динамика.
• Звук в материнской плате поддерживается встроенным чипом звукового кодека. Наиболее распространнённые кодеки таких известных фирм, как C‐Media, Realtek. Качество воспроизведения звука встроеными чипами неизмеримо выросло по сравнению с недалёким прошлым, поэтому не слишком требовательному пользователю нет нужды покупать отдельную звуковую плату, как это было в прошлом.
• Сейчас каждая системная плата имеет встроенный сетевой или Ethernet‐контроллер, который обеспечивает работу компьютера в локальной сети. Более того, достаточно дорогие материнские платы могут иметь их два. Наиболее распространённые чипы таких фирм, как: Realtek, Gygabyte, Intel.
• Также на системной плате находится штырьковый джампер (перемычка) для обнуления BIOS, то есть параметры сбрасываются в самый щадящий режим работы. Это иногда помогает при нестабильной работе системной платы.
• Для питания материнской платы и её компонентов и устройств находится 24‐контактный разъём ATX и 4‐контактный дополнительный разъём на 12 вольт. Питается материнская плата от блока питания, находящегося в корпусе системного блока.
• На каждой материнской плате присутствуют порты PS\2 для клавиатуры и «мышки», порты USB, COM‐ и LPT‐порты, которые всё меньше используются, входы для подключения аудиоколонок, микрофона, разъёмы RJ‐45 для подключения сетевого кабеля Ethernet.

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.