Материнская плата исполняет функции координатора и связующего звена всех других устройств компьютера. Cодержит компоненты, определяющие архитектуру компьютера: центральный процессор, внутреннюю память — постоянную, оперативную (в виде отдельных модулей), кэшпамять, интерфейсные схемы шин, обязательные системные средства ввода-вывода и др. Материнская плата (англ. motherboard, MB) — это сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера. Для того чтобы процессор мог обрабатывать информацию и выдавать результаты обработки, а также чтобы записывать результат в память компьютера, процессор должен иметь линии связи с остальными устройствами компьютера. Эти линии связи называются шинами. По проводникам шины идут электрические потоки от всех элементов компьютерной системы. Этими потоками надо управлять, для чего в состав шины введены различные преобразователи и специальные управляющие микросхемы - контроллеры. Контроллеры управляют работой подключаемых к ним устройств, таких, как жесткий диск, мышь и т.д. Материнские платы выполняются на основе наборов микросхем, которые называются чипсетами. На платах устанавливают контроллеры накопителей, видеоадаптер, контроллеры портов и т. д. В гнезда расширения системной платы устанавливаются платы таких внешних устройств, как сетевая плата, видеоплата и т. Д. С целью снижения шума при малых нагрузках и увеличения эффективности при больших, материнские платы оснащатся термодатчиками и цепями управления вентиляторами. Также термодатчики встраивают непосредственно в процессоры. --------------Основные компоненты материнской платы компьютера В качестве основных (несъёмных) частей материнская плата имеет: разъём процессора (ЦПУ), разъёмы оперативной памяти (ОЗУ), микросхемы чипсета (подробнее см. северный мост, южный мост), загрузочное ПЗУ, контроллеры шин (в настоящее время — практически всегда в составе чипсета или даже непосредственно процессора) и их слоты расширения, контроллеры и интерфейсы периферийных устройств. Так, часто отдельными устройствами, не входящими в чипсет, являются звуковые и сетевые контроллеры. --------------Размеры Существуют отраслевые стандарты по размерам материнских плат, которых придерживаются производители. Вот основные из них: Standard ATX — 12 × 9,6 дюйма (305 × 244 мм); Micro ATX — 9,6 × 9,6 дюйма (244 × 244 мм); Mini ITX — 5,9 × 5,9 дюйма (150 × 150 мм). ------------Процессорный разъем (сокет). Изначально процессорный сокет был внедрен в устройство платы для повышения мобильности системы и обеспечения возможности замены процессора. Актуальные: Intel LGA 1200 (по количеству контактов процессора) Intel LGA 1700 (по количеству контактов процессора) AMD AM 4 (имеет 1331 контакт) AMD AM 5 (имеет 1718 контактов) -------------Разъемы памяти, многоканальный режим Ближе всего к ЦП находятся разъемы (слоты) для подключения ОЗУ. Они подключены напрямую к процессору. Количество слотов ОЗУ зависит от ЦП, так как контроллер памяти встроены в него. Сам разъем для установки памяти представляет собой набор контактов, по краям имеет фиксаторы крепления, а также имеет специальный ключ для правильной установки памяти в слот. В настоящий момент в платах используются слоты для памяти DDR4 и DDR5. Так же в описаниях к материнской плате можно встретить обозначение PC4 и PC5. Многоканальная архитектура памяти (например, двухканальный, трёхканальный или четырехканальный режимы) позволяет увеличить скорость передачи данных к процессору за счёт использования сразу нескольких каналов доступа к объединённому банку памяти. Таким образом, система при использовании, например, двух модулей памяти в двухканальном режиме может работать быстрее, чем при использовании одного модуля, равного их суммарному объёму. -------------Чипсет (от англ. ChipSet), который иногда называют системной логикой или набором микросхем, обеспечивает совместную работу оперативной памяти, процессора, системы ввода-вывода и внешними устройствами. Практически, чипсет является комбинацией двух микросхем — северного и южного мостов. Северный мост (контроллер памяти) отвечает за работу центрального процессора (CPU) с ОЗУ (оперативной памятью, RAM), видеоадаптером и южным мостом. Происхождение названия Контроллер назван «северным» благодаря «географическому» расположению в верхней части системной (материнской) платы, расположен обычно под процессором и представляет собой квадратный или прямоугольный микрочип. В терминологии Intel обозначается как MCH - контроллер-концентратор памяти (англ. Memory Controller Hub[2]). При использовании встроенного в северный мост видеоадаптера называется GMCH (от англ. Chipset Graphics and Memory Controller Hub). Эволюция Исторически сложилось так, что разделение функций между процессором, микросхемами northbridge и southbridge было необходимо из-за сложности интеграции всех компонентов на одной матрице чипа. Однако по мере увеличения скорости процессора со временем возникло узкое место из-за ограничений, вызванных передачей данных между процессором и поддерживаемым им чипсетом. Общее направление в дизайне процессоров шло к реализации все большего количества функций меньшим набором компонентов. Это позволяло снижать общую стоимость материнских плат и улучшало производительность. Так, контроллер памяти, отвечавший за общение ЦПУ с оперативной памятью, был перемещен на кристалл процессора в процессорах AMD начиная с AMD64 (2004 г.), и в процессорах Intel начиная с архитектуры Nehalem (ноябрь 2008 г.). В микроархитектуре Intel Sandy Bridge (2011 г.) северный мост был полностью заменен «системным агентом» (system agent), который фактически выполнял все функции северного моста и при этом был интегрирован в кристалл процессора, находясь на одной подложке вместе с ядрами процессора, контроллером памяти и графическим процессором. Благодаря переносу северного моста внутрь процессора уменьшились задержки при обращении процессора к памяти, а также количество активных компонентов системной (материнской) платы, из-за чего упростилось её проектирование. Южный мост (контроллер ввода-вывода) занимается обеспечением связи между процессором и периферийными устройствами ввода-вывода (среди них жесткий диск, дисковод, USB и иные периферийные устройства). Также известен как контроллер-концентратор ввода-вывода (от англ. I/O Controller Hub, ICH). Обычно это одна микросхема, которая связывает «медленные» (по сравнению со связкой «Центральный процессор-ОЗУ») взаимодействия на материнской плате с ЦПУ. Функционально южный мост включает в себя: контроллеры шин PCI, SMBus, I2C, LPC, Super I/O DMA контроллер; контроллер прерываний; PATA (IDE) и SATA контроллеры; часы реального времени (Real Time Clock); управление питанием (Power management, APM и ACPI); энергонезависимую память BIOS (CMOS); звуковой контроллер (обычно AC'97 или Intel HDA). Опционально южный мост также может включать в себя контроллер Ethernet, RAID-контроллеры, контроллеры USB, контроллеры FireWire и аудиокодек. Поддержка шины PCI включает в себя традиционную спецификацию PCI, но может также обеспечивать поддержку шины PCI-X и PCI Express. Шина SM используется для связи с другими устройствами на материнской плате (например, для управления вентиляторами). Контроллер DMA позволяет устройствам на шине ISA или LPC получать прямой доступ к оперативной памяти, обходясь без помощи центрального процессора. Контроллер прерываний обеспечивает механизм информирования ПО, исполняющегося на ЦПУ, о событиях в периферийных устройствах. IDE-интерфейс позволяет системе использовать жёсткие диски. Шина LPC обеспечивает передачу данных и управление Super I/O (это такие устройства, как клавиатура, мышь, параллельный, последовательный порт, инфракрасный порт и НГМДконтроллер) и BIOS ROM (флэш). APM или ACPI-функции позволяют перевести компьютер в «спящий режим» или выключить его. Системная память CMOS, поддерживаемая питанием от батареи, позволяет создать ограниченную по объёму область памяти для хранения системных настроек (настроек BIOS). -------------------PCI, PCIe PCI – это компьютерная параллельная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. PCI используется для подключения: видеокарт, звуковых карт, сетевых карт, TV-тюнеров и других устройств. Интерфейс PCI является устаревшим, поэтому найти, например, современную видеокарту, которая подключается через PCI, наверное, не получится. PCI Express (PCIe или PCI-E) — это компьютерная последовательная шина ввода-вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера. Т.е. используется двунаправленное последовательное соединение, которое может иметь несколько линий (x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32) чем больше таких линий, тем выше пропускная способность у шины PCI-E. Интерфейс PCI Express используется для подключения таких устройств как: видеокарты, звуковые карты, сетевые карты, SSD накопители и другие. Существует несколько версий интерфейса PCI-E, актуальные сейчас 4 и 5 версии. Обозначается данный интерфейс обычно, например, вот так PCI-E 3.0 x16, что означает версия PCI Express 3.0 с 16 линиями. Коммуникация с самым важным потребителем линий PCI-E — видеокартой — у всех современных ЦП осуществляется напрямую. Помимо выделенных линий для видеокарты, у большинства актуальных процессоров имеются отдельные линии для подключения NVME SSD. Напрямую с ЦП по линиям PCI-E общается и чипсет (в прошлом — южный мост), находящийся на материнской плате. Он играет роль коммутатора, через который проходят данные от всех периферийных устройств, за исключением слота видеокарты и первого слота для NVME SSD на некоторых чипсетах. Общее количество линий, которое способна предложить система, складывается из линий процессора и линий чипсета — то есть, именно комбинация процессора и материнской платы определяет, сколько свободных линий PCI-E будет доступно пользователю. Версия PCI-E/ линии 1x 2x 1.0 ~ 0,25 ГБ/c 2.0 4x 8x 16x ~ 0,5 ГБ/c ~ 1 ГБ/c ~ 2 ГБ/c ~ 4 ГБ/c ~ 0,5 ГБ/c ~ 1 ГБ/c ~ 2 ГБ/c ~ 4 ГБ/c ~ 8 ГБ/c 3.0 ~ 1 ГБ/c ~ 2 ГБ/c ~ 3.9 ГБ/c ~ 7.9 ГБ/c ~ 15.8 ГБ/c 4.0 ~ 2 ГБ/c ~ 3.9 ГБ/c ~ 7.9 ГБ/c ~ 15.8 ГБ/c ~ 31.5 ГБ/c 5.0 ~ 3.9 ГБ/c ~ 7.9 ГБ/c ~ 15.8 ГБ/c ~ 31.5 ГБ/c ~ 63 ГБ/c Если говорить о том будет ли работать, например, видеокарта, которая имеет интерфейс PCI-E 3.0 на материнской плате, которая поддерживает только PCI-E 2.0 или 1.0, так вот разработчики заявляют, что все работать будет, только конечно учтите, что пропускная способность будет ограничена возможностями материнской платы. Также и наоборот допустим, у Вас материнская плата поддерживает версию PCI Express 3.0, а видеокарта версию скажем 1.0, то такая конфигурация также должна работать, но только с возможностями PCI-E 1.0, т.е. здесь никакого ограничения нет, так как видеокарта в этом случае будет работать на пределе своих возможностей. Отличия PCI Express от PCI Основное отличие в характеристиках — это пропускная способность, у PCI Express она значительно выше, например, у PCI на частоте 66 МГц пропускная способность 266 Мб/сек, а у PCI-E 3.0 (x16) 32 Гб/сек. Внешне интерфейсы также отличаются, поэтому подключить видеокарту PCI Express в слот расширения PCI не получится. ------------VRM-блок - этот модуль отвечает за стабилизацию и регулировку напряжения питания процессора. С развитием энергосберегающих технологий производители материнских плат улучшают качества электрокомпонентов. Вместо обычных конденсаторов на базе жидкого электролита внедрены новые конденсаторы на базе твердотельного полимерного электролита. Это позволило увеличить срок службы компонентов до 7—8 лет беспрерывной работы. Кроме того, система работает более стабильно и допускает меньше сбоев. (Вздутые конденсаторы) VRM-блок обладает характеристикой количества фаз. Визуально их число можно определить, посчитав дроссели. На современных платах они выглядят как небольшие кубической формы компоненты, расположенные вокруг процессорного сокета. Каждый VRM обычно состоит из 4 компонентов: 2 MOSFET — сильноточные управляющие транзисторы; 1 дроссель; 1 конденсатор. VRM обычно управляются отдельной микросхемой, которая контролирует устройство и переключает модули в соответствии с требуемым напряжением. Такие схемы называются многофазными контроллерами широтно-импульсных модуляторов; Asus именует их EPU. Такие вещи сильно нагреваются при работе, поэтому их часто накрывают металлическим радиатором, который помогает рассеивать ненужную энергию. ------------Разъемы питания На материнской плате разъемы питания находятся в двух местах: рядом с оперативной памятью (24-28 контактный разъем) и чуть выше процессорного сокета. На старых материнских платах (до 2001–2002 г.) основной разъем имел всего 20 контактов. По мере роста производительности процессоров и видеокарт, их энергопотребление также росло, из-за чего на материнских платах начали появляться дополнительные разъёмы для питания процессора. Для повышения стабильности и снижения пульсаций преобразователи напряжения для питания процессора и других компонент стали выполнять многофазными. ---------Аппаратные (внешние, периферийные) порты Для подключения периферийного оборудования в компьютере имеются специализированные разъемы — аппаратные порты. USB (англ. Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) — универсальный последовательный порт, который позволяет подключать практически любые периферийные устройства. Важной особенностью USB портов является то, что они поддерживают технологию Plug and Play, т.е. при подключении устройства автоматически определяется системой и при необходимости ОС автоматически устанавливает драйвер для него. Кроме того, порты USB поддерживают возможность «горячего подключения» — подключения при работающем компьютере. Белый цвет разъема – стандарт 1.0. Максимальная скорость - до 12 Мбит/с. Черный цвет разъема – стандарт 2.0. Поддерживает скорость до 480 Мбит/с Синий цвет разъема – стандарт 3.0. Максимальная скорость может достигать 5 Гбит/с. Поддерживает двустороннюю связь, то есть может одновременно считывать данные и записывать их. Бирюзовый цвет разъема – стандарт 3.1 – это вторая версия стандарта 3.0. Его скорость достигает 10 Гбит/с. Красный цвет разъема – указывает на то, что этот порт работает на повышенном напряжении, обеспечивая передачу тока свыше 500 мА Желтый цвет разъема – позволяет передавать ток при выключенном компьютере или активированном спящем режиме. Через него можно заряжать гаджеты, даже если устройство в данный момент не работает. Аудиоразъемы — один для звуковых колонок или наушников, другой для микрофона. Их бывает и больше, и они служат для подключения другого аудиооборудования. На многих компьютерах они специально сделаны разных цветов, чтобы было понятнее, куда какой шнур вставлять. Ethernet (RJ45) — служит для подключения к компьютерной сети или проводному интернету. HDMI (англ. High Definition Multimedia Interface — интерфейс для мультимедиа высокой четкости) — используется для передачи высококачественного видео. Через него можно соединить компьютер и современный телевизор, домашний кинотеатр или проектор. DVI (англ. Digital Visual Interface — цифровой видеоинтерфейс) — порт для передачи видео с компьютера на аналоговые или цифровые устройства (мониторы, телевизоры, проекторы). VGA-порт — 15-контактный разъем для подключения мониторов или проекторов. Устаревшие, но еще встречающиеся: PS/2 — разъем, применяемый для подключения клавиатуры и мыши. Последовательный порт (или COM-порт, от англ. Communication Port ) — порт, предназначенный для обмена информацией, через который сигнал передается в двух направлениях. Последовательным данный порт называется потому, что информация через него передается по одному биту, бит за битом (в отличие от параллельного порта). LPT (англ. Line Print Terminal — международный стандарт параллельного интерфейса, порт принтера) — для подключения периферийного оборудования (принтеров, сканеров и т.д.). --------------Разъем подключения органов управления и индикации передней панели. Обычно справа внизу материнской платы. Основной блок разъемов содержит контакты для подключения: выключатель питания; кнопка сброса; светодиод питания; светодиод индикации работы жесткого диска; динамик звуковой индикации. На МП также присутствуют отдельные разъемы для подключения USB, Audio на передней панели. -----------------Разъемы подключения вентиляторов CPU_FAN – вентилятор охлаждения процессора SYS_FAN или CHA_FAN – корпусные вентиляторы охлаждения Могут быть 2, 3 и 4 проводными. ----------------Батарейка БИОСа
