Что такое материнская плата и из чего она состоит
. Характеристики, виды
Материнская плата
Материнская плата — это единая платформа, которая соединяет все части компьютера. Проще говоря, она выступает основой ПК, смартфона и многих других электронных устройств. Без нее гаджет работать не будет. Компоновка, производительность и другие параметры материнских плат многообразны. Выбор зависит от того, какие задачи предстоит решать на ПК. Рассказываем, за что отвечает материнская плата, какой бывает и какие функции выполняет.
Что такое материнская плата
У материнской платы есть еще несколько названий — печатная, системная. Но в разговоре чаще всего можно услышать короткое «мамка»
Материнская плата — это основной электронный компонент персональных компьютеров и смартфонов, который координирует работу всех элементов устройства: память, процессор, жесткий диск, звуковая и видеокарты, порты USB и другой периферии [1]. Она выполняет роль коммутатора, передающего данные и электропитание между отдельными блоками.
Внешне материнская плата выглядит как плоская прямоугольная пластина с резисторами, конденсаторами и медными дорожками; на ней же установлены основные электронные компоненты. Производят платы из многослойного текстолита — прессованного стекловолокна с пропиткой из эпоксидной смолы. Между собой материнские платы отличаются форм-фактором, производительностью и назначением.
Современную архитектуру материнской платы впервые внедрили на персональных компьютерах IBM в 1981 году. Компания поставила задачу разработать более компактные и доступные по цене ПК. На проектирование первой материнской платы у инженеров ушло 40 дней, а потом еще четыре месяца, чтобы создать рабочий прототип [2].
Для чего нужна материнская плата
Материнская плата обеспечивает обмен данными между всеми элементами компьютера. Без нее гаджет нежизнеспособен. Для чего нужна материнская плата [3]:
- Соединяет все компоненты ПК: материнская плата функционирует как основа системы, объединяя все компоненты и облегчая выполнение операций. Она регулирует поток всех данных в компьютерной системе, а также рабочее напряжение.
- Взаимодействует с периферийными устройствами: для этого на материнской плате размещены соответствующие разъемы, например, USB и аудиопорты для подключения внешних накопителей, аудиооборудования.
- Настраивает параметры системы: за это отвечает прошивка, также расположенная на основной плате ПК — BIOS или UEFI. Они отвечают за запуск системы, настройку параметров во время загрузки.
- Управляет потоком данных: на материнской плате установлен набор микросхем, которые отвечают за передачу и распределение потоков данных между центральной памятью, оперативной и другими компонентами.
- Передает изображение, звук: она выводит картинку на экран, передает звук в динамики. Необходимые для этого видео и звуковые карты размещают на плате, но возможна и другая компоновка. Например, дискретная видеокарта — она не интегрирована изначально в плату. Ее подключают через слот. Их используют, когда нужна высокая производительность для обработки изображения, например, на игровых ПК.
- Обеспечивает выход в интернет, подключение Bluetooth: для выхода в Сеть в материнскую плату встроен сетевой адаптер, который обеспечивает соединение с роутером или модемом.
Виды материнских плат
Каждая материнская плата обладает своими характеристиками производительности. Выбор зависит от задач, которые предстоит выполнять на ПК. Для большинства рядовых функций обычного рабочего ПК устанавливают стандартные платы. Но иногда от устройства нужно больше производительности, соответственно и других параметров платы. Вот некоторые примеры.
Игровые материнские платы
У игровых плат обычно больше функций, чем у стандартных, они более производительны и поддерживают возможность разгона процессора и памяти. Например, у игровой материнской платы есть разъем для подключения нескольких процессоров, а также слоты для соединения с периферийными видео и звуковыми картами. В ней также есть слоты для карт расширения и разъемы питания, которые подают электроэнергию напрямую от блока питания на различные части, включая высокоскоростную графическую карту [4].
Профессиональные материнские платы
Их используют в работе высокопроизводительных серверов и профессиональных рабочих станциях. От обычных плат настольных ПК они отличаются большим количеством разъемов и функций. Например, у них обычно два процессора и, следовательно, больше ядер и потоков для обработки данных. Это позволяет справиться с более высокой вычислительной нагрузкой. На них могут использовать ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) с кодом коррекции ошибок (ECC), которое предотвращает повреждение данных. Это особенно важно для работы бесперебойных систем, таких как серверные [5].
Компактные материнские платы
Они предназначены для маленьких корпусов устройств. Проще говоря, их размеры уменьшены по сравнению со стандартными платами. Компактные платы разработаны для максимально эффективного использования пространства внутри устройства, но без ущерба производительности. Помимо ПК, их используют в разных промышленных системах: видеонаблюдение, транспорт, медицинское оборудование и «умные» автоматизации зданий [6].
Из чего состоит материнская плата
На материнской плате размещены все критически важные компоненты компьютера
Материнская плата пронизана медными дорожками для соединения различных компонентов сети, на ней установлены центральный процессор, память, слоты и гнезда для подключения других компонентов. Ее архитектура довольно стандартная, и у каждого элемента на ней, как правило, свое место [3], [7]:
- Гнездо ЦП. Предназначено для размещения процессора. Он соединяет центральный процессор с материнской платой компьютерной системы.
- Слоты RAM. В них размещают планки оперативной памяти. Количество зависит от модели материнской платы и форм-фактора. Важно убедиться, что материнская плата поддерживает тип и режим работы памяти, который вы планируете использовать: двухканальный (dual-channel) или четырехканальнй (quad-channel).
- Разъемы питания. Через них подается питание на материнскую плату, но могут быть дополнительные разъемы для питания процессора.
- Слоты PCI. Это интерфейс периферийных компонентов. Он служит точкой вставки для карт расширения компьютера. Более новое поколение слотов обеспечивает более высокую пропускную способность. К ним относятся PCIe 5.0 и PCIe 6.0.
- Южный мост и северный мост. Это чипсеты (набор микросхем) на материнской плате. Северный мост управляет высокоскоростными соединениями (ОЗУ и графика), южный — более медленными функциями ввода-вывода, такими как USB и SATA (жесткие диски, HDD, или твердотельные накопители SSD).
- Чип BIOS/UEFI. Хранит прошивку и настройки для материнской платы.
Характеристики материнской платы
Одна из основных характеристик материнской платы — форм-фактор, или ее размер. От него зависит возможность интегрировать плату в корпус определенного устройства. Следующий параметр — совместимость с центральным процессором, так называемый тип сокета. Дополнительно нужно учесть количество и вид слотов расширения, поддерживаемую оперативную память и порты ввода-вывода.
Форм-фактор
От форм-фактора материнской платы зависит размер корпуса устройства, в который предстоит ее интегрировать, а также количество слотов расширения, с которыми придется работать, и многие другие аспекты компоновки. Вот некоторые из распространенных форм-факторов материнских плат для настольных ПК [8]:
- ATX (12×9,6»; 305x244 мм): текущий и доминирующий стандарт для полноразмерных материнских плат. Другими словами, это стандартная материнская плата для персональных настольных ПК. ATX обычно имеет семь слотов расширения и четыре слота DIMM для установки оперативной памяти.
- Расширенная ATX, extended ATX, eATX (12x13»; 305x330 мм): более крупный вариант форм-фактора ATX. На ней может быть увеличенное число слотов для памяти и расширений.
- Micro ATX (9,6×9,6»; 244х244 мм): компактный вариант ATX с двумя полноразмерными слотами расширения и четырьмя слотами установки памяти. Используют в домашних или офисных ПК стандартной производительности.
- Mini-ITX (6,7×6,7»; 170х170 мм): малый форм-фактор для компактных компьютеров без вентиляторного охлаждения. Имеет один полноразмерный слот PCIe и обычно два слота DIMM.
Сокет процессора
Это особая часть на материнской плате для установки центрального процессора (ЦП). Он спроектирован так, чтобы обеспечивать контакт для питания [7]. Сокет определяет, какой процессор можно установить на материнскую плату. Производитель материнской платы всегда указывает эту совместимость.
- LGA: конфигурация, в которой штырьки разъема размещаются на материнской плате. Сам процессор имеет только дополнительные точки контакта, которые должны быть идеально выровнены со штырьками в сокете.
- BGA: процессор припаивается непосредственно к материнской плате, поэтому установить другой в этот сокет не выйдет. Чаще всего его используют в мобильных устройствах и ноутбуках.
- PGA: штырьки разъема размещены на процессоре, а не на материнской плате. Считается устаревшим видом, используют только с чипами компании AMD [9].
Чипсет
Это комплекс микросхем, который отвечает за координацию компонентов компьютера. Он определяет набор параметров и функций системы. Чипсеты размещают на материнской плате, а их основная задача — связывать все компоненты и обеспечивать их функционирование. Состоит чипсет из двух мостов (хабов) — южный и северный [7].
- Южный мост чипсета. Получил свое название из-за того, что обычно находится к югу от шины PCI [10]. Он отвечает за контроллер жесткого диска, ввода-вывода и интегрированное оборудование: звуковая и видеокарты, все внешние носители, включая USB, подключенные принтеры, мышки, клавиатура.
- Северный мост чипсета. Отвечает за связь между интерфейсом центрального процессора, ускоренного графического порта и памятью. В отличие от южного моста, северный напрямую подключен к этим компонентам.
