Материнская плата – самая главная плата любого компьютера, которая выполняет фундаментальные задачи. Современные компьютеры построены по модульной схеме, родоначальником таких конструкций стала американская компания IBM. Разберемся в подробностях про устройство материнской платы, возможно, кому-то это будет интересно. Постараемся упомянуть как современные, так и уже устаревшие технологии.
Чипсет
По факту, чипсет является мозгом материнской платы (не считая, конечно, процессора, он как бы отдельный компонент). По факту, чипсет состоит из двух важных компонентов – северного и южного моста.
Северный мост управляет ключевыми компонентами (ОЗУ, GPU), а южный мост отвечает за низкоскоростными устройствами (периферия, USB, SATA). В связи с тем, что скорости обмена данными, которые происходят внутри компьютера, постоянно повышаются, в современных материнских платах функции северного моста возложены на центральный процессор. Южный же остается в виде отдельной микросхемы. По факту, в современных платах чипсет это есть южный мост.
BIOS/UEFI
Вторая по важности микросхема в любой материнской плате. BIOS/UEFI содержит все нужные инструкции для запуска компьютера. С помощью BIOS/UEFI выполняется первичная проверка оборудования, загрузка сохраненных данных (разгон, приоритет дисков), загрузка самой ОС.
Внутри микросхемы “тикают” часы – именно поэтому компьютер запоминает время. Питается микросхема от собственного элемента питания – круглой батарейки CR2032: это нужно как для работы часов, так и для сохранения настроек компьютера.
Сокет процессора
Представляет собой специальный разъем для установки самой главной микросхемы – процессора. Выделяют два типа сокетов:
LGA (Land Grid Array) – представляет собой посадочное место с ножками. В этом случае на процессоре находится контактная группа, куда эти ножки прижимаются. Используется в CPU Intel (LGA 1700 для 12–14-го поколений) и некоторых серверных процессорах AMD.
PGA (Pin Grid Array) – представляет собой массив гнезд, куда вставляются ножки процессора. Этот слот обладает минусом – в процессе установки ножки процессора можно случайно погнуть. Как правило, используется для процессоров AMD Ryzen.
Также сокет процессора снабжается специальными креплениями для системы охлаждения – радиатора с вентилятором. Сокет должен соответствовать процессору: Ryzen 7000 серии требуют AM5, а Intel Core 13-го поколения — LGA 1700. Вставить процессор в неподходящий сокет не получится. Когда-то, пару десятков лет какое-то время выпускались двухпроцессорные материнские платы – сейчас же такая конструкция не актуальна: процессоры сильно продвинулись и уже содержат в себе сразу несколько ядер.
Подсистема питания (VRM)
VRM (Voltage Regulator Module) представляет собой сборный компонент, который понижает напряжение с блока питания (12 В, 3,3 В) до нужного другим устройствам показателя. Включает в себя ШИМ\-контроллер для регулировки напряжения, фазы питания (чем больше фаз, тем стабильнее работа CPU), а также им в помощь идут полевые транзисторы, дроссели и конденсаторы – вся нужная обвязка для работы компонента. Система VRM нагревается, и некоторые платы имеют радиаторы под ключевые компоненты.
Оперативная память
А точнее слоты под ОЗУ. Материнская плата, как правило, имеет от 2-х до 8-ми слотов под оперативную память. Слоты располагаются всегда ближе к процессору – для снижения задержек электрических сигналов. Современные “материнки” поддерживают слоты DDR4 и DDR5. Слоты имеют защелки, с помощью которых плату памяти можно легко “утопить” внутрь или извлечь.
Слоты расширения
PCI Express (PCIe) — для видеокарт, SSD NVMe и других устройств. Раньше видеокарта имела свой слот AGP, также вместо PCIe ранее использовалась шина ISA. Сейчас к PCIe можно подключать самые различные платы расширения компьютера – скорость здесь самая высокая. Современный стандарт PCIe 6.0, вышедший в 2022 году, имеет скорость на линию 64 гигатранзакции в секунду, а общая полоса пропускания составляет 126 гигабайт в секунду. В PCIe 5.0 эти параметры были 32 и 63 соответственно.
SATA – классический разъем для подключения HDD или SSD накопителя, располагается на материнской плате. Таких портов может быть несколько. Скорость до 6 Гбит/сек. Ранее использовался стандарт IDE.
M.2 – современный слот для подключения накопителя соответствующего формата. Поддерживает как режим PCIe со всеми вытекающими скоростями, так и классический и уже медленный режим SATA.
Дополнительные элементы
На материнской плате, как правило, уже есть аудиокодек, который занимается обработкой звука. Представляет собой ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь в обе стороны. Преобразует аналоговый звук в цифровой и наоборот. Как правило, кодек низкого качества, а меломаны и аудиофилы используют отдельные внешние (USB) или внутренние (PCIe).
Также есть чип, который обеспечивает интернет-соединение через Ethernet. Современные материнские платы даже недорогие могут иметь уже гигабитную сетевую карту. Некоторые материнские платы могут комплектоваться также модулями беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth, а если их нет, то есть решения под слот PCIe или USB.
Контроллеры USB – количество зависит от модели материнской платы. Как правило, USB есть на задней части платы, и есть на самой плате для подключения внешних портов со стороны передней части корпуса.
24-контактный ATX обеспечивает основное питание материнской платы, 8-контактный EPS подает питание на процессор, а 6/8-контактные PCIe разъемы предназначены для дополнительного питания мощных видеокарт.
Какие бывают материнские платы по формату
Форм-фактор ATX (305×244 мм) представляет собой полноразмерные материнские платы с максимальным количеством слотов PCIe (до 7). Более компактный Micro-ATX (244×244 мм) сохраняет совместимость с ATX, но предлагает меньше слотов расширения, тогда как Mini-ITX (170×170 мм) - это ультракомпактный стандарт для мини-ПК, часто используется пассивное охлаждение и всего один слот PCIe.
Эти стандарты определяют не только физические размеры платы, но и расположение крепежных отверстий, разъемов и компонентов. Под материнскую плату подбирается и корпус будущего компьютера.
Какой вывод?
Материнская плата – очень сложное радиотехническое устройство, которое занимается всей работой компьютера. От качества материнской платы зависит многое. Например, если поставить мощный процессор в недорогую плату, то компоненты могут перегреваться, а скорость работы такой системы может быть сильно занижена. Подбирать компоненты компьютера нужно разумно – если, допустим, вы берете последний Intel Core i9, то и, соответственно, материнская плата должна быть не из дешевых.
