Для большинства пользователей именно материнские платы являются наиболее туманным компьютерным компонентом: все они кажутся похожими друг на друга, а по спецификациям кажется, что одна материнская плата не так уж сильно отличается от другой.
Отчасти это связано с тем, что Intel и AMD перенесли несколько важных контролеров в центральный процессор, а ещё отчасти потому, что многие различия о качестве просто не указаны в описании материнских плат.
VRM
Модуль регулятора напряжения или VRM (Voltage Regulator Module) и его вспомогательные компоненты отвечают за стабильность подаваемого напряжения на отдельные узлы. Далее рассмотрим подробнее, как этот модуль взаимодействует с процессором и материнской платой.
Обычно процессор имеет напряжение питания в пределах 1,1 – 1,3 вольта, плюс/минус 25% для автоматических разгона и снижения частоты в простое. При напряжении питания свыше 1,3 вольт превышаются допустимые нагрузки на сам кремний, но улучшается стабильность работы при кратковременных экстремальных нагрузках, которые испытывает процессор, к примеру во время работы в режиме Turbo-boost.
Сам VRM питается напряжением 12 вольт от специализированного разъёма блока питания, но для того, чтобы можно было использовать этот источник, напряжение необходимо преобразовать в пригодное для процессора. Это достигается путём преобразования и фазирования питания.
Понижающий преобразователь напряжения состоит из нескольких фаз, которые призваны уменьшить вероятность просадки напряжения и обеспечить более плавное и стабильное питание. Просадка напряжения – это когда напряжение понижается ниже необходимого для питания ядра. В такие моменты может наблюдаться нестабильная работа всей системы, появления синего экрана смерти или-же BSOD или самопроизвольное отключение компьютера.
Таким образом, чем большее количество фаз преобразует входное питание, тем более ровное и стабильное напряжение получается на выходе для питания системы при экстремальных нагрузках. Модули регулятора напряжения встречаются не только в компьютерах, их также можно найти в радиоприёмниках, телевизорах, автомобилях и прочее. В любом случае, составные части такого модуля всегда остаются неизменны и как же он устроен, рассмотрим ниже.
Что входит в состав VRM
Существует некоторое заблуждение, что VRM – это какая-то отдельная деталь на материнской плате. На самом деле «VRM» - этот термин относится к связке микросхемы-драйвера, полевых ключей, катушек индуктивности, конденсаторов и прочего, которые совместно используются для преобразования и фазирования напряжения. Основные три компонента модуля:
- полевые транзисторы (и микросхема-драйвер), обычно расположены под радиаторами;
- конденсаторы;
- дроссели (катушки индуктивности).
Существует несколько вариантов построения силовой части, либо это 3 отдельных корпуса в виде 1 микросхемы-драйвера и 2 ключей верхнего и нижнего плеча, либо можно встретить микросборки, где в одном корпусе содержатся все эти 3 компонента. Большинство современных материнских плат используют именно такие микросборки. Такой подход не только экономит место на плате, но и создаёт дополнительные удобства для организации теплоотвода и проектирования питания.
Как работает VRM
Как мы указывали ранее, модуль регулятора напряжения физически понижает напряжение до нужного для питания ЦП. Вход для преобразователя расположен на материнской плате рядом с процессором, это 8-пин и/или 4-пин разъём, а иногда и пара таких недалеко от процессора.
Одна фаза работает в 2 такта: в первый такт открывается верхний ключ и начинает заряжать дроссель 12 вольтами. Во второй такт верхний ключ закрывается и открывается нижний ключ. Дроссель начинает разряжаться, возникает обратная ЭДС нужной напряжённости, которая сглаживается выходным конденсатором и питает процессор.
Переключением ключей и фазами управляет специальный контроллер. Контроллер переключает ключи несколько тысяч раз в секунду, соответственно, чем больше фаз, тем быстрее они переключаются, тем более стабильное напряжение на выходе.
Покупая материнскую плату, в описании, скорее всего, сможете найти информацию о количестве фаз. Схема питания обычно указывается как 4+1, 6+2, 8+3 и прочее. Число, которое стоит перед знаком плюс (в наших примерах это 4, 6 и 8), обозначает количество фаз, выделенных для процессора. Число, которое указано после плюса, указывает количество фаз, предназначенных для питания других компонентов, таких как оперативная память или встроенная графика.
Как и в случае с ЦП, большее значение фаз для ОЗУ обеспечивает более стабильное питание при разгоне, однако фазы для памяти оказывают значительно меньшее влияние, чем фазы для процессора.
Если информация о количестве фаз в документации не указана, то можно подсчитать количество дросселей рядом с сокетом, чтобы определить количество фаз для питания процессора.
PCH/Чипсет/мост – для чего нужен чипсет
Если мы заговорили про анатомию, то чипсет можно сравнить со спинным мозгом. Он служит центром почти всех транзакций и взаимодействий между устройствами, включая ввод-вывод, некоторую обработку графики, обмен данными и расширенные функции встроенного ПО BIOS.
В первых компьютерах типа ZX-Spectrum все устройства висели на одной шине, даже оперативная память. У каждого устройства был специальный сигнальный вход, чтобы процессор мог обратиться именно к нему, без этой команды сигналы на общей шине устройством игнорировались. Процессор выбирал нужное ему устройство опрашивал или записывал данные.
В наши дни компьютер состоит из отдельных систем. Шины Sata, PCI-e, USB, устаревшие шины типа RS-232, LPT, PS/2 – всё это отдельные объекты, которые обмениваются данными через полосы и каналы. Эти данные должны попасть в ЦП и быть обработаны инструкциями и запросами на прерывание.
За всю историю чипсетов произошло много изменений в терминологии. В настоящее время Intel называет свой набор микросхем «PCH» Platform Controller Hub (контроллер-концентратор платформы), в то время как AMD по-прежнему использует более традиционную терминологию северного и южного моста. Но как бы обе компании не называли свои современные чипсеты – это унифицированные однокристальные решения.
От выбранного чипсета напрямую зависит способность системы использовать различные функции, такие как разгон, конфигурации с несколькими графическими процессорами (посредством выделения линии PCI-e) или RAID. И Intel и AMD публикуют блок-схемы, показывающие различия между наборами микросхем. Если внимательно их изучить, можно сразу увидеть, какие функции присутствуют в этом экземпляре и найти те, которые действительно нужны и будут использоваться.
Сокет
Дословный перевод этого слова – «розетка». Но мы говорим про сокет материнской платы, ещё одно название – слот ЦП. Это разъём, который используется для соединения процессора с печатной платой без пайки, что позволяет упростить установку или замену ЦП на материнской плате. Сокеты для процессоров, обычно встречающиеся в ПК и серверах, являются полной противоположностью поверхностного монтажа ЦП в ноутбуках, которые экономят место за счет удобства установки или замены.
Общие типы сокетов ЦП включают матрицу классических контактов (PGA) и матрицу поверхностных контактов (LGA). Разница между ними заключается в том, что PGA размещает контакты-штырьки на процессоре, а отверстия — в сокете, тогда как LGA имеет сокет с контактами, на которые вы размещаете процессор. Количество и расположение контактов варьируются в зависимости от типа используемых ЦП, но, в глобальном понимании, большее количество контактов и их плотность позволяют быстрее передавать больше сигналов данных.
Существуют разные сокеты в зависимости от поддерживаемого процессора. Если возникает ситуация, когда ЦП и сокет несовместимы, в лучшем случае ЦП физически не подойдёт в сокет, а в худшем случае может быть нанесён непоправимый ущерб любой части системы.
К счастью, легко проверить, будет ли процессор, на который вы смотрите, работать с конкретной материнской платой. Обычно рекомендуется сначала выбрать процессор, изучить на какой сокет он рассчитан, что упростит выбор материнской платы.
В зависимости от геометрии, некоторые сокеты могут быть совместимы с несколькими поколениями процессоров. Например, сокет Intel LGA 1151, который официально поддерживает процессоры шестого и седьмого поколения, а неофициально еще и восьмого и девятого поколений. Но если процессор физически подходит в сокет, то он может быть несовместим с чипсетом. Без переделок процессоры 7-го поколения будут работать с чипсетами 100- и 200-серий , а процессорам 9-го нужен набор микросхем 300-серии.