Из чего состоит материнская плата

Из чего состоит материнская плата

При перечислении характеристик компьютера в первую очередь указывается центральный процессор, оперативная память, видеокарта и накопители. Именно они определяют его мощность в конкретных задачах. Но главная деталь, которая всех их связывает, часто упоминается лишь мельком, хотя роль в работе ПК она играет такую же важную. Это — материнская плата. Из чего она состоит? Расскажем в этом материале.

Материнская плата, от английского «motherboard» — печатная плата, представляющая собой основу построения любого модульного электронного устройства. Именно посредством нее соединяются и «общаются» между собой другие компоненты электронной системы.

Визуально материнская плата домашнего компьютера — это достаточно сложное устройство с большим количеством электронных компонентов и различных разъемов. Из каких же частей она состоит, и за что отвечает каждая из них?

Чипсет

Чипсет — от английского «chipset», дословно «набор микросхем». Это «мозг» материнской платы, благодаря которому осуществляются коммуникации между всеми компонентами системы: такими, как процессор, оперативная память, видеокарта и накопители. На ранних материнских платах чипсетом действительно был набор нескольких различных микросхем, чуть позже их стали объединять в две — северный и южный мост.

Северный мост отвечает за коммуникации основных компонентов системы с центральным процессором — в первую очередь видеокарт и оперативной памяти.

Южный мост соединяется по специальному каналу с северным мостом и отвечает за подключение менее требовательных к скорости «общения» компонентов системы и периферии: таких, как накопители, слоты расширения, звуковой кодек и порты USB.

В 2009 году компания Intel представила первую платформу, где все функции северного моста полностью переехали в центральный процессор. Процессоры первого поколения Core i7 и Core i5 под кодовым названием Lynnfield работали с новыми материнскими платами на базе чипсета P55. Вместо двух микросхем на материнских платах нового поколения осталась одна. И если в более старых платформах чипсетом называли северный мост, то с того времени и до сих пор под чипсетом материнской платы подразумевается именно микросхема южного моста. На данный момент это касается всех современных платформ как Intel, так и AMD. Последняя пришла к такой компоновке с выходом первого поколения процессоров Ryzen.

Дополнительные микросхемы

Чипсет включает в себя львиную долю управляющей электроники материнской платы, но далеко не всю. Помимо него на плате имеются еще несколько микросхем, которые обеспечивают работу встроенных устройств:

Звуковой кодек. Чип, отвечающий за воспроизведение и запись звука. Часто рядом с ним распаяны специальные звуковые конденсаторы, отличающиеся от других на плате. На топовых платах в помощь звуковому кодеку распаивается чип звукового усилителя.

Чип сетевой карты. Отвечает за сетевые функции и работу встроенного разъема RJ-45.

Мультиконтроллер. Микросхема, отвечающая за мониторинг напряжений, температур и работу с периферийными устройствами.

Контроллер VRM. Отвечает за управление подсистемой питания, подробнее о которой далее по тексту.

Микросхемы BIOS. Флеш-память, содержащая в себе базовую систему ввода-вывода. На плате может быть распаян как один такой чип, так и два. В последнем случае второй чип используется в качестве резервного на случай неисправности или неудачного обновления первой микросхемы BIOS.

На некоторых платах для обеспечения дополнительных функций применяются и другие разновидности чипов:

Контроллер USB. Используется для обеспечения работы дополнительных высокоскоростных портов USB помимо тех, что реализованы самим чипсетом. Подключается к PCI-E линиям чипсета.

Контроллер SATA. Аналогично предыдущему используется для увеличения количества доступных SATA-портов и тоже подключается к чипсету по PCI-E.

Свитчи и мосты PCI-Express. Используются для более гибкого управления периферическими возможностями и реализации большего количества скоростных слотов: например, PCI-E или M2. Данные микросхемы умеют «разделять» линии PCI-E, идущие от чипсета или процессора. Как пример, на современных платах это дает возможность разделить линии одного слота видеокарты x16 на два слота x8. Или вместо трех полноскоростных слотов NVME, поддерживаемых чипсетом, реализовать четыре или пять.

Также на плате присутствует еще один дополнительный элемент — батарея CMOS формата 2032. Благодаря ей после обесточивания питания сохраняются пользовательские настройки BIOS. На продвинутых моделях, предназначенных для разгона, могут быть и кнопки включения, перезагрузки и сброса настроек BIOS, а также индикатор пост-кодов.

Подсистема питания

VRM — сокращение от английского Voltage Regulator Module, в переводе «модуль управления напряжением». Компьютерный блок питания формирует напряжения 12, 5 и 3.3 В. Любого из них слишком много для процессора и оперативной памяти, которые обычно работают от напряжения чуть больше 1 В. И тут в дело вступает VRM. Он преобразовывает поступающие на него 12 В в более низкое напряжение для процессора, встроенной графики и оперативной памяти.

VRM состоит из полевых транзисторов, дросселей, драйверов и конденсаторов. Так как одна сборка вышеперечисленных компонентов не способна обеспечить процессор нужной мощностью, их устанавливается несколько. Называют их фазами питания. Управляет ими специальный контроллер, который отвечает за распределение нагрузки между сборками.

Мощность подсистемы питания зависит от ценовой категории материнской платы. У бюджетных плат обычно 3-4 такие сборки, каждая из которых рассчитана на относительно малый ток 35-45 А. У плат среднего ценового диапазона встречаются 6-8 фаз питания процессора на 50-60 А. У топовых их количество может достигать и двух десятков с максимальным током до 90-120 А. Это только процессорные фазы. Помимо них, VRM также включает фазы питания, формирующие напряжение для оперативной памяти и встроенной графики процессора. Их количество чаще всего не превышает одной-двух для каждого из этих компонентов.

Поверх сборок для лучшего рассеивания выделяемого тепла часто устанавливается радиатор. Чем мощнее VRM, тем массивнее и монструознее выглядит радиатор. На современных игровых платах его часто снабжают разнообразной подсветкой и надписями. У редких плат радиатор VRM даже оснащается собственными миниатюрными вентиляторами для лучшего охлаждения.

Питание VRM получает от специального разъема ATX 12V. На бюджетных платах он может быть четырехконтактным, но на подавляющем большинстве плат контактов у него восемь. Встречаются и комбинированные варианты с обоими разновидностями разъемов. На материнских платах, предназначенных для разгона, восьмиконтактных разъемов может быть несколько, вплоть до трех — это позволяет обеспечить больше мощности для стабильного питания ЦП.

Помимо разъема ATX 12V, к материнской плате подключается еще один — главный ATX. Он состоит из 24 контактов и питает оставшиеся части материнской платы. Кроме напряжения 12 В, через него передаются и более низкие 5 и 3.3 В. У устаревших плат можно встретить разновидность разъема с 20 контактами.

Процессорный сокет

Процессорный сокет — разъем для установки центрального процессора. Обладает наибольшим количеством контактов среди всех разъемов материнской платы. Имеет квадратную или прямоугольную форму.

Сокеты современных процессоров бывают двух видов — LGA и PGA. LGA состоит из так называемых «ножек» — упругих контактов. Процессоры, предназначаемые для сокета типа LGA, обладают плоской контактной поверхностью. Таким типом сокетов с 2004-2005 годов оснащаются все платы для процессоров Intel. AMD тоже использует LGA в серверном и высокопроизводительном сегменте. В сегменте массовых компьютеров LGA у них появится уже в этом году — в сокете AM5 для новых платформ под процессоры архитектуры Zen 4.

С сокетом LGA нужно обращаться осторожно: контактные «ножки» очень мягкие и могут быть помяты от любого, даже легкого физического воздействия. В противовес этому, сокеты типа PGA внешних воздействий не боятся. Секрет прост: такие сокеты имеют пластиковый корпус и большое количество контактных отверстий для процессорных ножек. А вот с процессорами в PGA упаковке наоборот нужно быть осторожными, так как велика вероятность эти самые ножки погнуть. Таким типом сокета оснащались процессоры Intel до 2004 года. Cреди современных представителей им пользуются представители семейства AMD Ryzen, а также все более ранние модели AMD.

Внутренние слоты и разъемы

Помимо сокета, куда вставляется процессор, материнская плата оснащена большим количеством разъемов для внутренних устройств, которые находятся в системном блоке, и, собственно, формируют собой персональный компьютер.

Длинные продолговатые слоты — это слоты для оперативной памяти. Чаще всего они расположены вертикально, с правой стороны от процессорного сокета, но бывают и исключения. В зависимости от модели и поколения материнской платы, их может быть два, четыре, шесть и даже восемь. Большее количество слотов тоже встречается, но только в серверных моделях. Современные платы оснащены слотами для ОЗУ поколения DDR4 или DDR5, более старые — слотами под предыдущие поколения DDR.

Ниже процессорного сокета находятся слоты расширения. В современных платах все они относятся к типу PCI-Express, в более старых платах можно встретить и классический PCI, в совсем старых — предшествующий PCI-E разъем AGP. Слоты PCI-E отличаются как по физической длине, так и по ширине используемого внутри них электрического интерфейса. Самый большой слот — полноразмерный PCI-E x16. Он предназначен в первую очередь для видеокарты, но может быть использован и для другого оборудования. Любая материнская плата имеет в своем составе хотя бы один такой слот.

Платы среднего и высокого ценового диапазона имеют несколько физических слотов PCI-E x16. Однако электрическая разводка в них часто не на все линии, так как у чипсетов плат есть на них ограничение. В подавляющем большинстве случаев самый верхний слот PCI-E x16 имеет полные 16 линий, остальные могут иметь как 8, так и 4 линии. Это касается плат на массовых чипсетах. В HEDT-сегменте число поддерживаемых чипсетом линий больше, поэтому на таких платах можно встретить несколько полноскоростных слотов PCI-E.

Кроме полноразмерных слотов PCI-E, на платах также имеются и более мелкие. Это разъемы PCI-E x1, предназначенные для карт расширения, не требующих высокоскоростного обмена информацией. К ним относятся сетевые платы, звуковые карты, платы с дополнительными портами USB и SATA, ТВ-тюнеры, карты захвата и прочее. Иногда встречаются и более крупные PCI-E x4 и PCI-E x8, но на современных платах это скорее исключение, чем правило.

Через протокол PCI-E работают и другие слоты — M2. Они предназначены для SSD-накопителей этого формата. Такие слоты могут быть и переключаемыми, поддерживая параллельно режиму PCI-E дополнительный режим SATA для соответствующих SSD. В зависимости от модели и ценовой категории платы, количество таких разъемов может достигать 4-5 штук. Однако в самых бюджетных моделях их может и не быть вовсе.

Для классических накопителей формата 2.5 и 3.5 дюйма, таких как соответствующие SSD и жесткие диски, на любой современной материнской плате присутствуют SATA-разъемы. Также к ним можно подключить внутренние DVD-приводы. Обычно количество таких разъемов составляет не менее 4, но на некоторых моделях встречается и до 10-12 штук.

В старых платах можно встретить предшествующие SATA порты IDE, тоже предназначенные для подключения жестких дисков и оптических приводов. А также похожий разъем поменьше — он используется для подключения устаревших Floppy-дисководов.

В самой нижней части платы расположены разъемы для подключения передней панели компьютерного корпуса. В их число входят кнопки включения и перезагрузки, индикаторы питания и активности накопителей, разъемы для вывода USB 2.0 / 3.0 и передних аудиоджеков. А также дополнительные разъемы — например, для COM-порта или модуля TPM. На современных моделях также присутствуют коннекторы для подключения RGB-лент подсветки. В некоторых моделях часть этих разъемов переносится с нижней стороны платы на правый край.

Помимо этого, на любой материнской плате есть еще одна категория внутренних разъемов — для вентиляторов охлаждения. Обычно их бывает несколько, но в редких случаях может быть и один. Такие разъемы могут быть расположены практически в любой точке текстолита без привязки к конкретному месту, в зависимости от модели платы. В современных платах эти разъемы имеют четыре контакта и могут управлять скоростью подключаемых вентиляторов. В старых моделях иногда встречаются и трехконтактные разъемы без такой возможности.

Один из разъемов в обязательном порядке предназначен для процессорного кулера, остальные — для корпусных вентиляторов. Бывает и специальный разъем для подключения помпы водяного охлаждения, рассчитанный на более высокий максимальный ток. Однако и в него при желании можно подключить обычный вентилятор, физически коннектор такой же.

Внешние разъемы задней панели

Чтобы подключать компьютер к внешней периферии, все нужные разъемы выводятся на заднюю панель материнской платы.

При наличии дискретной видеокарты монитор непосредственно к материнской плате не подключается. Но при использовании встроенного видео, для вывода изображения используются именно порты самой платы. В зависимости от модели, их может быть от одного до четырех, и все разного стандарта — VGA, DVI, HDMI и DisplayPort.

Аудиоджеки формата 3.5 мм используются для подключения акустики, микрофона или для подачи звука на линейный вход. Иногда встречается и альтернативный оптический аудиовыход. Разъем сетевой карты RJ-45 нужен для подключения сетевого кабеля от роутера или свитча. Порты PS/2 устарели, но часто до сих пор встречаются на современных моделях. Их задача — подключение к компьютеру клавиатуры и мыши с соответствующим разъемом.

Впрочем, на сегодня куда более актуальны порты USB, в том числе и для клавиатуры с мышью. Принтеры, внешние жесткие диски, флешки, а также огромное количество другой периферии тоже подключаются именно к ним. Поэтому на задних панелях современных плат основное пространство отдано как раз под USB-порты. В основном, это классические порты типа USB-A, но иногда встречаются и универсальные типа USB-C.

У плат со встроенным беспроводным адаптером на заднюю панель выводятся и коннекторы для его внешней антенны. На топовых платах, помимо вышеперечисленного, там можно встретить разъемы Thundebolt, а также кнопки перезагрузки и сброса CMOS.

Итоги

Материнская плата — это сложное электронное устройство. На платах очень много различной электроники и разъемов, благодаря которым компьютер является по-настоящему модульным устройством, с возможностью собрать конфигурацию от тихого офисного системника до ультимативной геймерской машины или мощной рабочей станции.

Именно материнские платы составляют основу персонального компьютера. Подбирать процессор, оперативную память и накопители при сборке нужно обязательно с учетом их совместимости с платой. Помните об этом при выборе и покупке данного вида электронных изделий.

https://club.dns-shop.ru/blog/t-102-materinskie-platyi/75573-iz-chego-sostoit-materinskaya-plata/