Что входит в материнскую плату компьютера. Основные компоненты материнской платы. Интерфейсы связи с южным мостом

Устройство и назначение материнской платы

Материнская или системная плата – это многослойная печатная плата, являющаяся основой ЭВМ, определяющая ее архитектуру, производительность и осуществляющая связь между всеми подключенными к ней элементами и координацию их работы.

1. Введение.

Материнская плата – это один из важнейших элементов ЭВМ, определяющий ее облик и обеспечивающий взаимодействие всех подключаемых к материнской плате устройств.

На материнской плате размещаются все основные элементы ЭВМ, такие как:

Набор системной логики или чипсет – основной компонент материнской платы, определяющий какой тип процессора, тип ОЗУ, тип системной шины можно использовать;

Слот для установки процессора. Определяет, какой именно тип процессоров можно подсоединить к материнской плате. В процессорах могут использоваться различные интерфейсы системной шины (например, FSB, DMI, QPI и т.д.), какие то процессоры могут иметь встроенную графическую систему или контроллер памяти, может отличаться количество "ножек" и так далее. Соответственно для каждого типа процессора необходимо использовать свой слот для установки. Зачастую производители процессоров и материнских плат злоупотребляют этим, гонясь за дополнительной выгодой, и создают новые процессоры не совместимые с существующими типами слотов, даже если этого можно было избежать. В результате приходится при обновлении компьютера менять не только процессор, но и материнскую плату со всеми вытекающими из этого последствиями.

- центральный процессор – основное устройство ЭВМ, выполняющее математические, логические операции и операции управления всеми остальными элементами ЭВМ;

Контроллер ОЗУ (оперативно запоминающее устройство). Раньше контроллер ОЗУ встраивали в чипсет, но сейчас большинство процессоров имеют встроенный контроллер ОЗУ, что позволяет увеличить общую производительность и разгрузить чипсет.

ОЗУ – набор микросхем для временного хранения данных. В современных материнских платах имеется возможность подключения одновременно нескольких микросхем ОЗУ, обычно четырех или более.

ППЗУ (БИОС), содержащие программное обеспечение, осуществляющее тестирование основных компонентов ЭВМ и настройку материнской платы. И память CMOS хранящая настройки работы BIOS. Часто устанавливают несколько микросхем памяти CMOS для возможности быстрого восстановления работоспособности ЭВМ в экстренном случае, например, неудачной попытки разгона;

Аккумулятор или батарейка, питающая память CMOS;

Контроллеры каналов ввода-вывода: USB, COM, LPT, ATA, SATA, SCSI, FireWire, Ethernet и др. Какие именно каналы ввода-вывода будут поддерживаться, определяется типом используемой материнской платы. В случае необходимости, дополнительные контроллеры ввода-вывода можно устанавливать в виде плат расширения;

Кварцевый генератор, вырабатывающий сигналы, по которым синхронизируется работа всех элементов ЭВМ;

Таймеры;

Контроллер прерываний. Сигналы прерываний от различных устройств поступают не напрямую в процессор, а в контроллер прерываний, который устанавливает сигнал прерывания с соответствующим приоритетом в активное состояние;

Разъемы для установки плат расширения: видеокарт, звуковой карты и т.д.;

Регуляторы напряжения, преобразующие исходное напряжение в требуемое для питания компонентов установленных на материнской плате;

Средства мониторинга, измеряющие скорость вращения вентиляторов, температуру основных элементов ЭВМ, питающее напряжение и т.д.;

Звуковая карта. Практически все материнские платы содержат встроенные звуковые карты, позволяющие получить приличное качество звука. При необходимости можно установить дополнительную дискретную звуковую карту, обеспечивающую лучшее звучание, но в большинстве случаев это не требуется;

Встроенный динамик. Главным образом используется для диагностики работоспособности системы. Так по длительности и последовательности звуковых сигналов при включении ЭВМ можно определить большинство неисправностей аппаратуры;

Шины – проводники для обмена сигналами между компонентами ЭВМ.

2. Печатная плата.

Основу материнской платы составляет печатная плата. На печатной плате располагаются сигнальные линии, часто называемые сигнальными дорожками, соединяющими между собой все элементы материнской платы. Если сигнальные дорожки расположены слишком близко друг к другу, то передаваемые по ним сигналы будут создавать помехи друг для друга. Чем длиннее дорожка и выше скорость передачи данных по ней, тем больше она создает помех для соседних дорожек и тем больше она уязвима для таких помех.

В результате, могут возникать сбои в работе даже сверхнадежных и дорогих компонентов ЭВМ. Поэтому основная задача при производстве печатной платы так разместить сигнальные дорожки, чтобы минимизировать действие помех на передаваемые сигналы. Для этого печатную плату делают многослойной, многократно увеличивая полезную площадь печатной платы и расстояние между дорожками.

Обычно современные материнские платы имеют шесть слоев: три сигнальных слоя, слой заземления и две пластины питания.

Однако количество слоев питания и сигнальных слоев может варьироваться, в зависимости от особенностей материнских плат.

Разметка и длина дорожек крайне важна для нормальной работы всех компонентов ЭВМ, поэтому при выборе материнской платы надо особое внимание уделять качеству печатной платы и разводке дорожек. Особенно это важно, если вы собираетесь использовать компоненты ЭВМ с нестандартными настройками и параметрами работы. Например, разгонять процессор или память.

На печатной плате располагаются все компоненты материнской платы и разъемы для подключения плат расширения и периферийных устройств. Ниже на рисунке изображена структурная схема расположения компонентов на печатной плате.

Рассмотрим более подробно все компоненты материнской платы и начнем с главного компонента – чипсета.

3. Чипсет.

Чипсет или набор системной логики – это основной набор микросхем материнской платы, обеспечивающий совместное функционирование центрального процессора, ОЗУ, видеокарты, контроллеров периферийных устройств и других компонентов, подключаемых к материнской плате. Именно он определяет основные параметры материнской платы: тип поддерживаемого процессора, объем, канальность и тип ОЗУ, частоту и тип системной шины и шины памяти, наборы контроллеров периферийных устройств и так далее.

Как правило, современные наборы системной логики строятся на базе двух компонентов, представляющих собой отдельные чипсеты, связанные друг с другом высокоскоростной шиной.

Однако последнее время появилась тенденция объединения северного и южного моста в единый компонент, так как контроллер памяти все чаще встраивают непосредственно в процессор, тем самым разгружая северный мост, и появляются все более быстрые и быстрые каналы связи с периферийными устройствами и платами расширения. А также развивается технология производства интегральных схем, позволяющая делать их более миниатюрными, дешевыми и потребляющими меньше энергии.

Объединение северного и южного моста в один чипсет позволяет поднять производительность системы, за счет уменьшения времени взаимодействия с периферийными устройствами и внутренними компонентами, ранее подключаемыми к южному мосту, но значительно усложняет конструкцию чипсета, делает его более сложным для модернизации и несколько увеличивает стоимость материнской платы.

Но пока что большинство материнских плат делают на основе чипсета разделенного на два компонента. Называются эти компоненты Северный и Южный мост.

Названия Северный и Южный - исторические. Они означают расположение компонентов чипсета относительно шины PCI: Северный находится выше, а Южный - ниже. Почему мост? Это название дали чипсетам по выполняемым ими функциям: они служат для связи различных шин и интерфейсов.

Причины разделения чипсета на две части следующие:

1.Различия скоростных режимов работы.

Северный мост работает с самыми быстрыми и требующими большой пропускной способности шины компонентами. К числу таких компонентов относится видеокарта и память. Однако сегодня большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, а многие и встроенную графическую систему, хотя и сильно уступающую дискретным видеокартам, но все же часто применяемую в бюджетных персональных компьютерах, ноутбуках и нетбуках. Поэтому, с каждым годом нагрузки на северный мост снижаются, что уменьшает необходимость разделения чипсета на две части.

2. Более частое обновление стандартов периферии, чем основных частей ЭВМ.

Стандарты шин связи с памятью, видеокартой и процессором изменяются гораздо реже, чем стандарты связи с платами расширения и периферийными устройствами. Что позволяет, в случае изменения интерфейса связи с периферийными устройствами или разработки нового канала связи, не изменять весь чипсет, а заменить только южный мост. К тому же северный мост работает с более быстрыми устройствами и устроен сложнее, чем южный мост, так как от его работы во многом зависит общая производительность системы. Поэтому его изменение - дорогая и сложная работа. Но, несмотря на это, наблюдается тенденция объединения северного и южного моста в одну интегральную схему.

3.1. Основные функции Северного моста.

Северный мост, как следует из его названия, выполняет функции контроля и направления потока данных из 4-х шин:

1. Шины связи с процессором или системной шины.
2. Шины связи с памятью.
3. Шины связи с графическим адаптером.
4. Шины связи с южным мостом.

В соответствии с выполняемыми функциями и устроен северный мост. Он состоит из интерфейса системной шины, интерфейса шины связи с южным мостом, контроллера памяти, интерфейса шины связи с графической картой.

На данный момент большинство процессоров имеют встроенный контроллер памяти, так что функцию контроллера памяти можно считать для северного моста устаревшей. И учитывая, что существует множество типов оперативной памяти, для описания памяти и технологии ее взаимодействия с процессором, выделим отдельную статью.

В бюджетных ЭВМ иногда в северный мост встраивают графическую систему. Однако на данный момент более распространенную практику имеет установка графической системы непосредственно в процессор, так что эту функцию северного моста тоже будем считать устаревшей.

Таким образом, основная задача чипсета - грамотно и быстро распределять все запросы от процессора, видеокарты и южного моста, расставлять приоритеты и создавать, если это необходимо, очередность. Причем он должен быть настолько сбалансирован, чтобы как можно сильнее сократить простои при попытке доступа компонентов ЭВМ к тем или иным ресурсам.

Рассмотрим более подробно существующие интерфейсы связи с процессором, графическим адаптером и южным мостом.

3.1.1. Интерфейсы связи с процессором.

На данный момент существуют следующие интерфейсы связи процессора с северным мостом: FSB, DMI, HyperTransport, QPI.

FSB (Front Site Bus) - системная шина, используемая для связи центрального процессора с северным мостом в 1990-х и 2000-х годах. FSB разработана компанией Intel и впервые использовалась в компьютерах на базе процессоров Pentium.

Частота работы шины FSB является одним из важнейших параметров работы ЭВМ и во многом определяет производительность всей системы. Обычно она - в несколько раз меньше частоты работы процессора.

Частоты, на которых работают центральный процессор и системная шина, имеют общую опорную частоту и в упрощенном виде рассчитываются, как Vп = Vo*k, где Vп – частота работы процессора, Vo-опорная частота, k – множитель. Обычно в современных системах опорная частота равняется частоте шины FSB.

Большинство материнских плат позволяют вручную увеличивать частоту системной шины или множитель, изменяя настройки в BIOS. В старых материнских платах подобные настройки изменялись с помощью перестановки перемычек. Увеличение частоты системной шины или множителя увеличивает производительность ЭВМ. Однако в большинстве современных процессоров средней ценовой категории множитель заблокирован, и единственный способ поднять производительность вычислительной системы – это увеличить частоту системной шины.

Частота системной шины FSB постепенно возрастала с 50 МГц, для процессоров класса Intel Pentium и AMD K5 в начале 1990-х годов, до 400 МГц, для процессоров класса Xeon и Core 2 в конце 2000-х. При этом пропусканная способность возрастала с 400 Мбит/с до 12800 Мбит/с.

Шина FSB использовалась в процессорах типа Атом, Celeron, Pentium, Core 2, и Xeon вплоть до 2008 года. На данный момент эта шина вытеснена системными шинами DMI, QPI и Hyper Transport.

HyperTransport – универсальная высокоскоростная шина типа точка-точка с низкой латентностью, используемая для связи процессора с северным мостом. Шина HyperTransport - двунаправленная, то есть для обмена в каждую сторону выделена своя линия связи. К тому же она работает по технологии DDR (Double Data Rate), передавая данные, как по фронту, так и по спаду тактового импульса.

Технология разработана консорциумом HyperTransport Technology во главе с компанией AMD. Стоит отметить, что стандарт HyperTransport - открытый, что позволяет использовать его в своих устройствах различным компаниям.

Первая версия HyperTransport была представлена в 2001 году, и позволяла производить обмен со скоростью 800 МТр/с (800 Мега Транзакций в секунду или 838860800 обменов в секунду) с максимальной пропускной способностью - 12.8 ГБайт/с. Но уже в 2004 году была выпущена новая модификация шины HyperTransport (v.2.0), обеспечивающая 1.4 ГТр/с с максимальной пропускной способностью - 22.4 ГБайт/с, что почти в 14 раз превышало возможности шины FSB.

18 августа 2008 года была выпущена модификация 3.1, работающая со скоростью 3.2 ГТр/с, с пропускной способностью - 51.6 Гбайт/с. На данный момент это - самая быстрая версия шины HyperTransport.

Технология HyperTransport - очень гибкая, и позволяет варьировать, как частоты шины, так и ее разрядность. Это позволяет использовать ее не только для связи процессора с северным мостом и ОЗУ, но и в медленных устройствах. При этом возможность уменьшения разрядности и частоты ведет к экономии энергии.

Минимальная тактовая частота шины – 200 МГц, при этом данных будут передоваться со скоростью - 400 МТр/с, из-за технологии DDR, а минимальная разрядность - 2 бита. При минимальных параметрах максимальная пропускная способность составит 100 Мбайт/с. Все следующие поддерживаемые частоты и разрядности - кратны минимальной тактовой частоте и разрядности вплоть до скорости - 3.2 ГТр/с, и разрядности - 32 бита, для ревизии HyperTransport v 3.1.

DMI (Direct Media Interface) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессора с чипсетом и для связи южного моста чипсета с северным. Разработана компанией Intel в 2004 году.

Для связи процессора с чипсетом обычно используется 4 канала DMI, обеспечивающих максимальную пропускную способность до 10 Гбайт/с, для ревизии DMI 1.0, и 20 Гбайт/с, для ревизии DMI 2.0, представленной в 2011 году. В бюджетных мобильных системах может использоваться шина с двумя каналами DMI, что в два раза снижает пропускную способность по сравнению с 4-х канальным вариантом.

Часто в процессоры, использующие связь с чипсетом по шине DMI, встраивают, наряду с контроллером памяти, контроллер шины PCI Express, обеспечивающий взаимодействие с видеокартой. В этом случае надобность в северном мосте отпадает, и чипсет выполняет только функции взаимодействия с платами расширения и периферийными устройствами. При такой архитектуре материнской платы не требуется высокоскоростного канала для взаимодействия с процессором, и пропускной способности шины DMI хватает с избытком.

QPI (QuickPath Interconnect) – последовательная шина типа точка-точка, используемая для связи процессоров между собой и с чипсетом. Представлена компанией Intel в 2008 году и используется в HiEnd процессорах типа Xeon, Itanium и Core i7.

Шина QPI - двунаправленная, то есть для обмена в каждую сторону предусмотрен свой канал, каждый из которых состоит из 20 линий связи. Следовательно, каждый канал – 20-разрядный, из которых на полезную нагрузку приходится только 16 разрядов. Работает шина QPI со скоростью - 4.8 и 6.4 ГТр/с, при этом максимальная пропускная способность составляет 19,2 и 25,6 ГБайт/с соответственно.

Мы с вами кратко рассмотрели основные интерфейсы связи процессора с чипсетом. Далее рассмотрим интерфейсы связи Северного моста с графическим адаптером.

3.1.2. Интерфейсы связи с графическим адаптером.

Вначале для связи с графическим процессором использовали общую шину ICA, VLB, а затем PCI, но очень быстро пропускной способности этих шин перестало хватать для работы с графикой, тем более после распространения трехмерной графики, требующей огромных мощностей для расчета и высокой пропускной способности шины для передачи текстур и параметров изображения.

На замену общим шинам пришла специализированная шина AGP, оптимизированная для работы с графическим контроллером.

AGP (Accelerated Graphics Port) – специализированная 32-разрядная шина для работы с графическим адаптером, разработанная в 1997 году компанией Intel.

Шина AGP работала на тактовой частоте - 66 МГц, и поддерживала два режима работы: с памятью DMA (Direct Memory Access) и памятью DME (Direct in Memory Execute).

В режиме DMA основной памятью считалась память, встроенная в видеоадаптер, а в режиме DME – память видеокарты, которые вместе с основной памятью находились в едином адресном пространстве, и видеоадаптер мог обращаться, как к встроенной памяти, так и к основной памяти компьютера.

Наличие режима DME позволяло уменьшить объем встраиваемой в видеоадаптер памяти и тем самым уменьшить его стоимость. Режим работы с памятью DME получил название AGP-текстурирование.

Однако очень скоро пропускной способности шины AGP перестало хватать для работы в режиме DME, и производители стали увеличивать объемы встраиваемой памяти. Вскоре и увеличение встраиваемой памяти перестало помогать и пропускной способности шины AGP стало категорически нехватать.

Первая версия шины AGP – AGP 1x, работала на тактовой частоте – 66 МГц, и имела максимальную скорость передачи данных – 266 Мбайт/с, что было недостаточно для полноценной работы в режиме DME и не превышало скорость предшественницы – шины PCI (PCI 2.1 – 266 Мбайт/с). Поэтому практически сразу же шина была доработана и введен режим передачи данных по фронту и спаду тактового импульса, что при той же тактовой частоте в 66 МГц позволило получить пропускную способность в 533 Мбайт/с. Этот режим назывался AGP 2x.

Первая представленная на рынке ревизия AGP 1.0 поддерживала режимы работы AGP 1x и AGP 2x.

В 1998 году была представлена новая ревизия шины – AGP 2.0, поддерживающая режим работы AGP 4x, в котором за один такт передавалось уже 4 блока данных, в результате, пропускная способность достигла 1 ГБайт/с.

При этом опорная тактовая частота шины не изменилась и осталась равной 66 МГц, а для возможности передачи четырех блоков данных за один такт был введен дополнительный сигнал, запускающийся синхронно с опорной тактовой частотой, но с частотой – 133 МГц. Данные передавались по фронту и спаду тактового импульса дополнительного сигнала.

При этом питающее напряжение было снижено с 3.3 В до 1.5 В, в результате, видеокарты, выпущенные только для ревизии AGP 1.0, были несовместимы с видеокартами AGP 2.0 и следующих ревизий шины AGP.

В 2002 году вышла ревизия 3.0 шины AGP. Опорная частота шины по прежнему осталась неизменной, однако дополнительный тактовый импульс, запускающийся синхронно с опорной частотой, составлял уже 266 МГц. При этом за 1 такт опорной частоты передавалось уже 8 блоков, а максимальная скорость составила 2.1 Гбайт/с.

Но, несмотря на все улучшения шины AGP, видеоадаптеры развивались быстрее и требовали более производительной шины. Так на смену шине AGP пришла шина PCI express.

PCI express – последовательная двунаправленная шина типа точка-точка, разработанная в 2002 некоммерческой группой PCI-SIG, в состав которой входили такие кампании, как Intel, Microsoft, IBM, AMD, Sun Microsystems и другие.

Основная задача, стоящая перед шиной PCI express, – это замена графической шины AGP и параллельной универсальной шины PCI.

Ревизия шины PCI express 1.0 работает на тактовой частоте 2.5 ГГц, при этом пропускная суммарная способность одного канала составляет 400 Мбайт/с, так как на каждые переданные 8 бит данных приходится 2 служебных бита и шина двунаправленная, то есть обмен в обе стороны идет одновременно. В шине обычно используется несколько каналов: 1, 2, 4, 8, 16 или 32, в зависимости от требуемой пропускной способности. Таким образом, шины на базе PCI express в общем случае представляют собой набор самостоятельных последовательных каналов передачи данных.

Так при использовании шины PCI express для связи с видеокартами обычно используется 16-ти канальная шина, а для связи с платами расширения – одноканальная шина.

Теоретическая максимальная суммарная пропускная способность 32-х канальной шины составляет 12.8 Гбайт/с. При этом, в отличие от шины PCI, делившей пропускную способность между всеми подключенными устройствами, шина PCI express построена по принципу топологии типа «звезда» и каждому подключаемому устройству в единоличное владение отдается вся пропускная способность шины.

В ревизии PCI express 2.0, представленной 15 января 2007 года, пропускная способность шины была увеличена в 2 раза. Для одного канала шины суммарная пропускная способность составила 800 Мбайт/с, а для 32-х канальной шины – 25.6 Гбайт/с.

В ревизии PCI express 3.0, представленной в ноябре 2010 года, пропускную способность шины еще в 2 раза увеличили, причем максимальное количество транзакций увеличилось с 5 до 8 млрд, а максимальная пропускная способность увеличилась в 2 раза, благодаря изменению принципа кодирования информации, при котором на каждые 129 бит данных приходится всего 2 служебных бита, что в 13 раз меньше, чем в ревизиях 1.0 и 2.0. Таким образом, для одного канала шины суммарная пропускная способность стала 1.6 Гбайт/с, а для 32-х канальной шины – 51.2 Гбайт/с.

Однако PCI express 3.0 только выходит на рынок и первые материнские платы с поддержкой этой шины начали появляться в конце 2011 года, а массовый выпуск устройств с поддержкой шины PCI express 3.0 запланирован на 2012 год.

Стоит отметить, что на данный момент пропускной способности PCI express 2.0 вполне хватает для нормального функционирования видеоадаптеров и переход на PCI express 3.0 не даст существенного прироста производительности в связке процессор – видеокарта. Но, как говорится, поживем – увидим.

В ближайшем будущем планируется выпуск ревизии PCI express 4.0, в котором скорость будет увеличена еще в 2 раза.

В последнее время наметилась тенденция встраивания интерфейса PCI express непосредственно в процессор. Обычно в таких процессорах также встроен контроллер памяти. В результате, надобность в северном мосте отпадает, и чепсет строят на основе одной интегральной схемы, основная задача которой – обеспечение взаимодействия с платами расширения и периферийными устройствами.

На этом закончим обзор интерфейсов связи северного моста с видео адаптером и перейдем к обзору интерфейсов связи северного моста с южным.

3.1.3. Интерфейсы связи с южным мостом.

Довольно долгое время для связи северного моста с южным использовалась шина PCI.

PCI (Peripheral component interconnect) – шина для подключения плат расширения к материнской плате, разработанная в 1992 году компанией Intel. Также долгое время использовалась для связи северного моста с южным. Однако по мере повышения производительности плат расширения ее пропускной способности стало не хватать. Она была вытеснена более производительными шинами вначале из задач связи северного и южного моста, а в последние годы и для связи с платами расширения стали использовать более быструю шину – PCI express.

Основные технические характеристики шины PCI, следующие:

Ревизия	1.0	2.0	2.1	2.2	2.3
Дата релиза	1992 г.	1993 г.	1995 г.	1998 г.	2002 г.
Разрядность	32	32	32/64	32/64	32/64
Частота	33 МГц	33 МГц	33/66 МГц	33/66 МГц	33/66 МГц
Пропускная способность	132 МБайт/с	132 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с	132/264/528 МБайт/с
Сигнальное напряжение	5 В	5 В	5/3.3 В	5/3.3 В	5/3.3 В
Горячая замена	нет	нет	нет	есть	есть

Существуют и другие ревизии шин PCI, например, для использования в ноутбуках и других портативных устройствах, или переходные варианты между основными ревизиями, но так как на данный момент интерфейс PCI практически вытеснен более скоростными шинами, то не буду подробно описывать характеристики всех ревизий.

При использовании шины для связи северного и южного моста структурная схема материнской платы будет выглядеть следующим образом:

Как видно из рисунка, северный и южный мост подключались к шине PCI наравне с платами расширения. Припускная способность шины делилась между всеми подключенными к ней устройствами, а, следовательно, заявленная пиковая пропускная способность уменьшалась не только передаваемой служебной информацией, но и конкурирующими устройствами, подключенными к шине. В результате, со временем пропускной способности шины стало нахватать, и для связи между северным и южным мостом стали использовать такие шины, как: hub link, DMI, HyperTransport, а шина PCI еще ненадолго осталась в качестве связи с платами расширения.

Первой на замену PCI пришла шина hub link.

Шина hublink – 8-битная шина типа точка-точка, разработанная компанией Intel. Шина работает на частоте – 66 МГц, и передает 4 байта за такт, что позволяет получить максимальную пропускную способность – 266 Мбайт/сек.

Ввод шины hublink изменил архитектуру материнской платы и разгрузил шину PCI. Шина PCI стала использоваться только для связи с периферийными устройствами и платами расширения, а шина hublink использовалась только для связи с северным мостом.

Пропускная способность шины hublink была сравнима с пропускной способностью шины PCI, но из-за того, что ей не приходилось делить канал с другими устройствами, а шина PCI разгружалась, то пропускной способности было вполне достаточно. Но вычислительная техника не стоит на месте, и шина hublink на данный момент практически не используется, из-за недостаточного быстродействия. Она была вытеснена такими шинами, как DMI и HyperTransport.

Краткое описание шины DMI и HyperTransport приводилось в разделе , поэтому повторяться не буду.

Были и другие интерфейсы для связи северного моста с южным, но большинство из них уже безнадежно устарели или редко используются, поэтому мы не будем на них заострять внимание. На этом закончим обзор основных функций и устройства северного моста и перейдем к южному мосту.

3.2. Основные функции Южного моста.

Южный мост отвечает за организацию взаимодействия с медленными компонентами ЭВМ: платами расширения, периферийными устройствами, устройствами ввода-вывода, каналами межмашинного обмена и так далее.

То есть, Южный мост ретранслирует данные и запросы от подключенных к нему устройств в северный мост, который передает их в процессор или ОЗУ, и принимает от северного моста команды процессора и данные из ОЗУ, и ретранслирует их в подключенные к нему устройства.

В состав южного моста входят:

Контроллер шины связи с северным мостом (PCI, hublink, DMI, HyperTransport и т.д.);

Контроллер шины связи с платами расширения (PCI, PCIe и т.д.);

Контроллер линий связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ (USB, FireWire, Ethernet и т.д.);

Контроллер шины связи с жесткими дисками (ATA, SATA, SCSI и т.д.);

Контроллер шины связи с медленными устройствами (шины ISA, LPC, SPI и т.д.).

Рассмотрим более подробно интерфейсы связи, используемые южным мостом, и встроенные в него контроллеры периферийных устройств.

Интерфейсы связи северного моста с южным мы уже рассматривали. Поэтому сразу перейдем к интерфейсам связи с платами расширения.

3.2.1. Интерфейсы связи с платами расширения.

На данный момент основными интерфейсами для обмена с платами расширения являются PCI и PCIexpress. Однако интерфейс PCI активно вытесняется, и в ближайшие несколько лет практически уйдет историю, и будет использоваться только в некоторых специализированных ЭВМ.

Описание и краткие характеристики интерфейсов PCI и PCIexpress я уже приводил в этой статье, так что повторяться не буду. Перейдем сразу к рассмотрению интерфейсов связи с периферийными устройствами, устройствами ввода-вывода и другими ЭВМ.

3.2.2. Интерфейсы связи с периферийными устройствами, устройствами ввода - вывода и другими ЭВМ.

Существует большое разнообразие интерфейсов для связи с периферийными устройствами и другими ЭВМ, наиболее распространенные из них встраиваются в материнскую плату, но также можно добавлять любой из интерфейсов с помощью плат расширения, подключаемых к материнской плате через шину PCI или PCIexpress.

Приведу краткое описание и характеристики наиболее популярных интерфейсов.

USB (Universal Serial Bus) – универсальный последовательный канал передачи данных для подключения к ЭВМ среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств.

Шина строго ориентирована и состоит из контроллера канала и подключаемых к нему нескольких оконечных устройств. Обычно контроллеры канала USB встроены в южный мост материнской платы. В современных материнских платах могут размещаться до 12 контроллеров канала USB с двумя портами каждый.

Соединение между собой двух контроллеров канала или двух оконечных устройств невозможно, поэтому напрямую соединить два компьютера или два периферийных устройства между собой по USB-каналу нельзя.

Однако для связи двух контроллеров канала между собой можно использовать дополнительные устройства. Например, эмулятор Ethernet адаптера. Два компьютера подключаются к нему по USB каналу, и оба видят оконечное устройство. Ethernet адаптер ретранслирует данные, получаемые от одного компьютера к другому, эмулируя сетевой протокол Ethernet. Однако при этом необходимо устанавливать специфические драйвера эмулятора Ethernet адаптера на каждый подключаемый компьютер.

Интерфейс USB имеет встроенные линии питания, благодаря чему позволяет использовать устройства без собственного источника питания или одновременно с обменом данными подзаряжать аккумуляторы оконечных устройств, например телефонов.

Однако, если между контроллером канала и оконечным устройством используется размножитель (USB-hub), то он должен обладать дополнительным внешним питанием, чтобы обеспечить все подключаемые к нему устройства питанием, требуемым по стандарту интерфейса USB. Если использовать USB-hub без дополнительного источника питания, то, при подключении нескольких устройств без собственных источников питания, они, скорее всего, работать не будут.

USB поддерживает «горячее» подключение оконечных устройств. Это возможно, из-за более длинного заземляющего контакта, чем сигнальные контакты. Поэтому, при подключении оконечного устройства, вначале замыкаются контакты заземления, и разность потенциала компьютера и оконечного устройства выравнивается. Следовательно, дальнейшее соединение сигнальных проводников не приводит к скачку напряжения.

На данный момент существует три основные ревизии интерфейса USB (1.0, 2.0 и 3.0). Причем они совместимы снизу-вверх, то есть устройства, предназначенные для ревизии 1.0, будут работать с интерфейсом ревизии 2.0, соответственно, устройства, предназначенные для USB 2.0, будут работать с USB 3.0, однако устройства для USB 3.0, скорее всего не будут работать с интерфейсом USB 2.0.

Рассмотрим основные характеристики интерфейса, в зависимости от ревизии.

USB 1.0 – первая версия интерфейса USB, выпущенная в ноябре 1995 года. В 1998 году ревизия была доработана, устранены ошибки и недочеты. Полученная ревизия USB 1.1 первой получила массовое распространение.

Технические характеристики ревизий 1.0 и 1.1 следующие:

Скорость передачи данных – до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Максимальная длина кабеля – 5 метров, для режима Low-Speed, и 3 метра, для режима Full-Speed;

USB 2.0 – ревизия, вышедшая в апреле 2000 года. Основное отличие от предыдущей версии – повышение максимальной скорости передачи данных до 480 Мбит/с. На практике, из-за больших задержек между запросом на передачу данных и началом передачи, скорости в 480 Мбит/с достичь не удается.

Технические характеристики ревизии 2.0 следующие:

Скорость передачи данных – до 480 Мбит/с (Hi-speed), до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или до 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Синхронная передача данных (по запросу);

Полудуплексный обмен (одновременно передача возможна только в одном направлении);

Максимальная длина кабеля – 5 метров;

Максимальное количество подключённых устройств к одному контроллеру (включая размножители) – 127;

Возможно подключение устройств, работающих в режимах с различной пропускной способностью, к одному контроллеру USB;

Напряжение питания для периферийных устройств – 5 В;

Максимальная сила тока – 500 мА;

Кабель состоит из четырех линий связи (две линии – для приема и передачи данных, и две линии – для питания периферийных устройств) и заземляющей оплетки.

USB 3.0 – ревизия, вышедшая в ноябре 2008 года. В новой ревизии на порядок была увеличена скорость, до 4800 Мбит/с, и почти в два раза – сила тока, до 900 мА. При этом сильно изменился внешний вид разъемов и кабелей, но совместимость снизу-вверх осталась. Т.е. устройства, работающие с USB 2.0, смогут подключаться к разъему 3.0, и будут работать.

Технические характеристики ревизии 3.0 следующие:

Скорость передачи данных – до 4800 Мбит/с (режим SuperSpeed), до 480 Мбит/с (режим Hi-speed), до 12 Мбит/с (режим Full-Speed) или до 1,5 Мбит/с (режим Low-Speed);

Двухшинная архитектура (шина Low-Speed/Full-Speed/High-Speed и отдельно шина SuperSpeed);

Асинхронная передача данных;

Дуплексный обмен в режиме SuperSpeed (одновременно возможна передача и прием данных) и симплексный в остальных режимах.

Максимальная длина кабеля – 3 метра;

Максимальное количество подключённых устройств к одному контроллеру (включая размножители) – 127;

Напряжение питания для периферийных устройств – 5 В;

Максимальная сила тока – 900 мА;

Улучшенная система управления питанием, позволяющая экономить энергию при бездействии оконечных устройств;

Кабель состоит из восьми линий связи. Четыре линии связи такие же, как и в USB 2.0. Дополнительные две линии связи – для приема данных, и две – для передачи в режиме SuperSpeed, и две –заземляющие оплетки: одна – для кабелей передачи данных в режиме Low-Speed/Full-Speed/High-Speed, и одна – для кабелей, используемых в режиме SuperSpeed.

IEEE 1394 (Institute of Electrical and Electronic Engineers) – стандарт последовательной высокоскоростной шины, принятый в 1995 году. Различные компании называют шины, разработанные по этому стандарту, по-разному. У Apple – FireWire, у Sony – i.LINK, у Yamaha – mLAN, у Texas Instruments – Lynx, у Creative – SB1394, и так далее. Из-за этого часто возникает путаница, но, несмотря на разные названия, это одна и та же шина, работающая по одному стандарту.

Эта шина предназначена для подключения высокоскоростных периферийных устройств, таких как внешние жесткие диски, цифровые видеокамеры, музыкальные синтезаторы и так далее.

Основные технические характеристики шины следующие:

Максимальная скорость передачи данных изменяется от 400 Мбит/с, у ревизии IEEE 1394, до 3.2 Гбит/с, у ревизии IEEE 1394b;

Максимальная длина связи между двумя устройствами изменяется от 4.5 метров, у ревизии IEEE 1394, до 100 метров, у ревизии IEEE 1394b и старше;

Максимальное количеств устройств, последовательно подключаемых к одному контроллеру, – 64, в том числе и IEEE-концентраторы. При этом все подключаемые устройства делят между собой пропускную способность шины. К каждому IEEE-концентратору можно подключить еще 16 устройств. Вместо подключения устройства можно подключить шинную перемычку, через которую можно будет подключить еще 63 устройства. Всего можно подключить до 1023 шинных перемычек, что позволит организовать сеть из 64 449 устройств. Больше устройств подключить нельзя, так как в стандарте IEEE 1394 каждое устройство имеет 16-разрядный адрес;

Возможность объединения в сеть нескольких компьютеров;

Горячее подключение и отключение устройств;

Возможность использования устройств, питающихся от шины и не имеющих собственного источника питания. При этом максимальная сила тока – до 1.5 Ампер, а напряжение – от 8 до 40 Вольт.

Ethernet – стандарт построения компьютерных сетей на базе технологии пакетной передачи данных, разработанный в 1973 году Робертом Метклафом из корпорации Xerox PARC.

Стандарт определяет виды электрических сигналов и правила проводных соединений, описывает форматы кадров и протоколы передачи данных.

Существуют десятки разных ревизий стандарта, но наиболее распространенными на сегодняшний день является группа стандартов: Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Fast Ethernet обеспечивает передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с. И дальность передачи данных в одном сегменте сети без повторителей – от 100 метров (группа стандартов 100BASE-T, использующая для передачи данных витую пару) до 10 километров (группа стандартов 100BASE-FX, использующая для передачи данных одномодовое оптоволокно).

Gigabit Ethernet обеспечивает передачу данных со скоростью до 1 Гбит/с. И дальность передачи данных в одном сегменте сети без повторителей – от 100 метров (группа стандартов 1000BASE-T, использующая для передачи данных четыре витых пары) до 100 километров (группа стандартов 1000BASE-LH, использующая для передачи данных одномодовое оптоволокно).

Для передачи больших объемов информации существуют стандарты десяти, сорока и ста гигабитного Ethernet, работающего на базе оптоволоконных линий связи. Но более подробно об этих стандартах и вообще о технологии Ethernet будет описано в отдельной статье, посвященной межмашинному взаимодействию.

Wi-Fi – беспроводная линия связи, созданная в 1991 году в Нидерландской компанией NCR Corporation/AT&T. WiFi основывается на стандарте IEEE 802.11. и используется, как для связи с периферийными устройствами, так и для организации локальных сетей.

Wi-Fi позволяет соединять два компьютера или компьютер и периферийное устройство напрямую по технологии точка-точка, либо организовывать сеть с использованием точки доступа, к которой одновременно могут подключаться несколько устройств.

Максимальная скорость передачи данных зависит от используемой ревизии стандарта IEEE 802.11, но на практике будет значительно ниже заявленных параметров, из-за накладных расходов, наличия препятствий на пути распространения сигнала, расстояния между источником сигнала и приемником и других факторов. На практике средняя пропускная способность в лучшем случае будет в 2-3 раза меньше заявленной максимальной пропускной способности.

В зависимости от ревизии стандарта пропускная способность Wi-Fi следующая:

Ревизия стандарта	Тактовая частота	Заявленная максимальная мощность	Средняя скорость передачи данных на практике	Дальность связи в помещении/открытой местности
802.11a	5 ГГц	54 Мбит/с	18.4 Мбит/с	35/120 м
802.11b	2.4 ГГц	11 Мбит/с	3.2 Мбит/с	38/140 м
802.11g	2.4 ГГц	54 Мбит/с	15.2 Мбит/с	38/140 м
802.11n	2.4 или 5 ГГц	600 Мбит/с	59.2 Мбит/с	70/250 м

Существует множество других интерфейсов для связи с периферийными устройствами и организации локальных сетей. Однако они редко встраиваются в материнскую плату и обычно используются в виде плат расширения. Поэтому эти интерфейсы, наравне с описанными выше, будем рассматривать в статье посвященной межмашинному взаимодействию, а сейчас перейдем к описанию интерфейсов связи южного моста с жесткими дисками.

3.2.3. Интерфейсы шин связи южного моста с жесткими дисками.

Первоначально для связи с жесткими дисками использовался интерфейс ATA, но позже он был вытеснен более удобными и современными интерфейсами SATA и SCSI. Приведем краткий обзор этих интерфейсов.

ATA (Advanced Technology Attachment) или PATA (Parallel ATA) – параллельный интерфейс связи, разработанный в 1986 году компанией Western Digital. В то время он назывался IDE (Integrated Drive Electronics), но позже был переименован в ATA, а с появлением в 2003 году интерфейса SATA, PATA был переименован в PATA.

Использование интерфейса PATA подразумевает, что контроллер жесткого диска располагается не на материнской плате или в виде платы расширения, а встроен в сам жесткий диск. На материнской плате, а именно в южном мосте, располагается только контроллер канала PATA.

Для подключения жёстких дисков с интерфейсом PATA обычно используется 40-проводный шлейф. С введением режима PATA/66 появилась его 80-проводная версия. Максимальная длина шлейфа – 46 см. К одному шлейфу можно подключить и два устройства, при этом одно из них обязательно должно быть ведущим, а другое – ведомым.

Существует несколько ревизий интерфейса PATA, отличающиеся скоростью передачи данных, режимами работы и другими особенностями. Ниже приведены основные ревизии интерфейса PATA.

На практике пропускная способность шины гораздо ниже заявленной теоретической пропускной способности, из-за накладных расходов на организацию протокола обмена и других задержек. К тому же, если к шине подключено два жестких диска, то пропускная способность будет делиться между ними.

В 2003 году на замену интерфейса PATA пришел интерфейс SATA.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс связи южного моста с жесткими дисками, разработанный в 2003 году.

При использовании интерфейса SATA каждый накопитель подключается своим кабелем. Причем кабель значительно уже и удобнее кабеля, используемого в интерфейсе PATA, и имеет максимальную длину до 1 метра. Отдельным кабелем на жесткий диск подается питание.

И даже, несмотря на то, что общее количество кабелей увеличивается, по сравнению с интерфейсом PATA, так как каждый накопитель подключается двумя кабелями, свободного места внутри системного блока становится значительно больше. Это приводит к улучшению КПД системы охлаждения, упрощает доступ к различным элементам компьютера, да и выглядит изнутри системный блок более презентабельно.

На данный момент существует три основных ревизии интерфейса SATA. В таблице ниже приведены основные параметры ревизий.

Особняком от этих интерфейсов стоит интерфейс SCSI.

SCSI (Small Computer System Interface) – универсальная шина для подключения высокоскоростных устройств, таких как: жесткие диски, приводы DVD и Blue-Ray, сканеры, принтеры и так далее. Шина обладает высокой пропускной способностью, но сложно устроенная и дорогостоящая. Поэтому в основном применяется в серверах и промышленных вычислительных системах.

Первая ревизия интерфейса была представлена в 1986 году. На данный момент существует около 10 ревизий шины. В таблице ниже приведены основные параметры наиболее популярных ревизий.

Ревизия интерфейса	Разрядность	Частота передачи данных	Макс. пропускная способность	Длина кабеля (м)	Макс. кол-во устройств	Год выхода
SCSI-1	8 бит	5 МГц	40 МБит/с	6	8	1986
SCSI-2	8 бит	10 МГц	80 МБит/с	3	8	1989
SCSI-3	8 бит	20 МГц	160 МБит/с	3	8	1992
Ultra-2 SCSI	8 бит	40 МГц	320 МБит/с	12	8	1997
Ultra-3 SCSI	16 бит	80 МГц	1.25 ГБит/с	12	16	1999
Ultra-320 SCSI	16 бит	160 МГц	2.5 ГБит/с	12	16	2001
Ultra-640 SCSI	16 бит	320 МГц	5 ГБит/с	12	16	2003

Увеличение пропускной способности параллельного интерфейса сопряжено с рядом трудностей и, в первую очередь, это защита от электромагнитных помех. А каждая линия связи является источником электромагнитных помех. Чем больше линий связи будет в параллельной шине, тем больше они будут создавать помех друг для друга. Чем выше частота передачи данных, тем больше электромагнитных помех, и тем сильнее они оказывают влияние на передачу данных.

Кроме этой проблемы есть менее существенные, такие как:

• сложность и высокая цена производства параллельной шины;
• проблемы в синхронной передаче данных по всем линиям шины;
• сложность устройства и высокая цена контроллеров шины;
• сложность организации полнодуплексного устройства;
• сложность обеспечения каждого устройства своей шиной и т.д.

В результате, проще отказаться от параллельного интерфейса в пользу последовательного с большей тактовой частотой. При необходимости можно использовать несколько последовательных линий связи, располагающихся дальше друг от друга и защищенных экранирующей оплеткой. Так поступили при переходе от параллельной шины PCI к последовательной PCI express, от PATA к SATA. По тому же пути развития пошла и шина SCSI. Так в 2004 году появился интерфейс SAS.

SAS (Serial Attached SCSI) – последовательная шина типа точка-точка, заменившая параллельную шину SCSI. Для обмена по шине SAS используется командная модель SCSI, но пропускная способность увеличена до 6 Гбит/с (ревизия SAS 2, вышедшая в 2010 году).

В 2012 году планируется выпуск ревизии SAS 3, обладающей пропускной способностью – 12 Гбит/с, однако устройства, поддерживающие эту ревизию, в массовом порядке начнут появляться не раньше 2014 года.

Также не стоит забывать, что шина SCSI была общая, позволяющая подключать до 16 устройств, и все устройства делили между собой пропускную способность шины. А шина SAS использует топологию точка-точка. А, следовательно, каждое устройство подключается своей линией связи и получает всю пропускную способность шины.

Контроллер SCSI и SAS встраивается в материнскую плату редко, так как они достаточно дорогостоящие. Обычно они подключаются, как платы расширения к шине PCI или PCI express.

3.2.4. Интерфейсы связи с медленными компонентами материнской платы.

Для связи с медленными компонентами материнских плат, например, с пользовательским ПЗУ или контроллерами низкоскоростных интерфейсов, используются специализированные шины, такие как: ISA, MCA, LPS и другие.

Шина ISA (Industry Standard Architecture) – 16-разрядная шина, разработанная в 1981 году. ISA работала на тактовой частоте 8 МГц, и обладала пропускной способностью до 8 Мбайт/с. Шина давно устарела и на практике не используется.

Альтернативой шине ISA была шина MCA (Micro Channel Architecture), разработанная в 1987 году компанией Intel. Эта шина была 32-х разрядная с частотой передачи данных – 10 МГц, и пропускной способностью – до 40 Мбит/с. Поддерживала технологию Plug and Play. Однако закрытость шины и жесткая лицензионная политика компании IBM сделали ее непопулярной. На данный момент шина на практике не используется.

Настоящей заменой для ISA стала шина LPC (Low Pin Count), разработанная компанией Intel в 1998 году и используемая по сей день. Работает шина на тактовой частоте – 33,3 МГц, что обеспечивает пропускную способность в 16,67 МБит/с.

Пропускная способность шины совсем небольшая, но для связи с медленными компонентами материнской платы вполне достаточная. С помощью этой шины к южному мосту подключается многофункциональный контроллер (Super I/O), в состав которого входят контроллеры медленных интерфейсов связи и периферийных устройств:

• параллельного интерфейса;
• последовательного интерфейса;
• инфракрасного порта;
• интерфейса PS/2;
• накопителя на гибком магнитном диске и других устройств.

Также Шина LPC обеспечивает доступ к BIOS’у, о котором мы поговорим в следующей части нашей статьи.

4. BIOS (Basic Input-Output System).

BIOS (Basic Input-Output System - базовая система ввода-вывода) – это программа, прошитая в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В нашем случае ПЗУ встроено в материнскую плату, однако своя версия BIOS присутствует почти во всех элементах ЭВМ (в видеокарте, в сетевой карте, дисковых контроллерах и т.д.), да и вообще почти во всем электронном оборудовании (и в принтере, и в видеокамере, и в модеме, и т.д.).

BIOS материнской платы отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату, и большинства устройств, подключенных к ней (процессора, памяти, видеокарты, жестких дисков и т.д.). Происходит проверка при включении питания компьютера в программе Power-On Self Test (POST).

Далее BIOS производит инициализацию контроллеров, встроенных в материнскую плату, и некоторых подключенных к ним устройств, и устанавливает их базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, процессора, контроллера ОЗУ, параметры работы жестких дисков, контроллеров встроенных в материнскую плату и т.д.

Если проверяемые контроллеры и аппаратура исправны и настроены, то BIOS передает управление операционной системе.

Пользователи могут управлять большинством параметров работы BIOS и даже обновлять его.

Обновление BIOS требуется очень редко, если, например, разработчиками обнаружена и устранена принципиальна ошибка в программе инициализации какого-либо из устройств, либо если требуется поддержка нового устройства (например, новой модели процессора). Но, в большинстве случаев, выход нового типа процессора или памяти требует кардинального «абгрейда» компьютера. Скажем за это производителям электроники «спасибо».

Для настройки параметров BIOS предусмотрено специально меню, войти в которое можно, нажав сочетание клавиш, указанное на экране монитора во время проведения тестов POST. Обычно для входа в меню настройки BIOS требуется нажать клавишу DEL.

В этом меню можно установить системное время, параметры работы дисководов и жестких дисков, увеличить (или уменьшить) тактовую частоту процессора, памяти и системной шины, шин связи и настроить другие параметры работы компьютера. Однако тут стоит быть крайне осторожным, так как неправильно установленные параметры могут привести к ошибкам в работе или даже вывести компьютер из строя.

Все настройки BIOS хранятся в энергозависимой памяти CMOS, работающей от батарейки или аккумулятора, установленного на материнской плате. Если батарейка или аккумулятор разрядились, то компьютер может не включиться или работать с ошибками. Например, будет установлено неверное системное время или параметры работы некоторых устройств.

5. Другие элементы материнской платы.

Кроме описанных выше элементов на материнской плате располагается генератор тактовой частоты, состоящий из кварцевого резонатора и тактового генератора. Генератор тактовой частоты состоит из двух частей, так как кварцевый резонатор, не способен генерировать импульсы с частотой, требуемой для работы современных процессоров, памяти и шин, поэтому тактовую частоту, генерируемую кварцевым резонатором, изменяют с помощью тактового генератора, умножающего или делящего исходные частоты для получения требуемой частоты.

Основная задача тактового генератора материнской платы – это формирование высокостабильного периодического сигнала для синхронизации работы элементов ЭВМ.

Частота тактовых импульсов во многом определяет скорость вычислений. Так как на любую операцию, выполняемую процессором, затрачивается определенное количество тактов, то, следовательно, чем выше тактовая частота, тем выше производительность процессора. Естественно, это верно только для процессоров с одинаковой микроархитектурой, так как в процессорах с различной микроархитектурой для выполнения одной и той же последовательности команду может требоваться разное количество тактов.

Генерируемую тактовую частоту можно увеличивать, тем самым, поднимая производительность ЭВМ. Но этот процесс сопряжен с рядом опасностей. Во-первых, при повышении тактовой частотой снижается стабильность работы компонентов ЭВМ, поэтому после любого «разгона» ЭВМ требуется проводить серьезное тестирования для проверки стабильности ее работы.

Также «разгон» может привести к повреждению элементов ЭВМ. Причем выход из строя элементов будет, скорее всего, не мгновенный. Просто может резко сократиться срок службы элементов, эксплуатируемых в условиях, отличных от рекомендуемых.

Кроме тактового генератора на материнской плате располагается множество конденсаторов, обеспечивающих ровный поток напряжения. Дело в том, что потребление энергии элементами ЭВМ, подключенными к материнской плате, может резко изменяться, особенно при приостановке работы и ее возобновлении. Конденсаторы сглаживают такие скачки напряжения, тем самым, повышая стабильность работы и срок службы всех элементов ЭВМ.

Пожалуй, это все основные компоненты современных материнских плат и на этом обзор устройства материнской платы можно закончить.

Основная печатная плата компьютера называется материнской платой. Она еще называется системной платой или основная плата. Все основные компоненты компьютера размещены на материнской плате, это слоты процессора, памяти и порты расширений. Материнская плата прямо или косвенно связана с каждым компонентом компьютера.

В этой статье мы рассмотрим основные компоненты материнской платы пк, которые играют самую значительную роль в его работе, а также основные порты материнской платы.

Центральный процессор также известен как микропроцессор, процессор или мозг компьютера. Он отвечает за обработку данных, выполнение команд пользователя и программ, а также за выполнение логических и математических вычислений.

Микросхема процессора идентифицируется типом процессора и производителем. Эта информация, как правило, обозначается на самом чипе. Например, Intel 386, AMD 386, Cyrix 486, Pentium MMX, Intel Core 2Duo или iCore 7. Если процессор не подключен, вы можете рассмотреть сокет процессора. Он может быть версии от 1 до 8. Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.

Оперативная память (RAM)

Слоты оперативной памяти - это самые основные части материнской платы. Оперативная память, Random Access Memory или RAM - это чип памяти, в котором временно хранятся определенные данные. Оперативная память работает намного быстрее, чем другие устройства хранения.

Другими словами, это рабочее место вашего компьютера, сюда загружаются все данные и активные программы, а процессор может в любое время получить их и не нужно загружать их с жесткого диска.

Оперативная память энергозависимая, а это значит, что она теряет свое содержимое когда питание отключается. Она отличается от энергозависимой памяти, такой, как жесткие диски, флеш память и не требует источника питания.

Когда компьютер выключается правильно, все данные, находящиеся в оперативной памяти сохраняются на жесткий диск. При следующей загрузке содержимое памяти восстанавливается.

Basic Input / Output System (BIOS)

BIOS расшифровывается как Basic Input Output System . Это часть энергонезависимой памяти, доступной только для чтения, в которой содержится программное обеспечение низкого уровня, которое контролирует все аппаратное обеспечение и выступает связующим звеном между ним и операционной системой.

Все материнские платы включают в себя небольшой блок памяти, которая используется для инициализации оборудования во время загрузки и управления оборудованием во время работы операционной системы. BIOS содержит весь необходимый код для управления клавиатурой, экраном, дисками, портами передачи данных. Все программы BIOS хранятся на энергонезависимой памяти.

Память CMOS RAM

CMOS RAM или Complimentary Metal Oxide Semiconductor Random Access Memory - это небольшой блок энергозависимой памяти, который питается от аккумулятора. Это необходимо, чтобы данные, содержащиеся в этой памяти, не стирались при перезагрузке, но в то же время их можно было обнулить.

CMOS память используется для хранения базовых настроек BIOS, например: первое загрузочное устройство, частоты компонентов компьютера, время и дата, настройки энергопотребления. BIOS и CMOS - это основные части материнской платы, без которых компьютер не запуститься.

Кэш-память

Кэш память представляет собой небольшой блок высокоскоростной энергозависимой памяти, которая ускоряет работу компьютера путем предварительного кэширования данных из более медленной оперативной памяти. Затем данные очень быстро отдаются процессору при необходимости.

Обычно процессоры имеют встроенный чип кэш памяти, который именуется кэш первого уровня или L1, но он также может быть дополнен кэшем второго уровня L2. В современных процессорах кэши L1 и L2 встраиваются в процессор, а кэш третьего уровня реализован в виде внешнего кэша.

Шина расширений

Шина расширений это путь связи между процессором и периферийными устройствами, которые подключены через порты материнской платы. Она состоит из серии слотов на материнской плате. Платы расширений подключаются к шине. Наиболее распространенная шина расширений - это PCI, они используется в персональных компьютерах и других устройствах. Шины способны передавать данные, сигналы, адреса памяти и управляющие сигналы от одного устройства к другому.

Кроме PCI, существуют такие шины расширений, как ISA и EISA. Шины расширений очень важны, поскольку они позволяют пользователям добавлять недостающие функции.

Чипсеты

Чипсет представляет собой группу небольших микросхем, которые координируют поток данных от ключевых компонентов компьютера. Это процессор, оперативная память, вторичный кэш. и все остальные устройства, размещенные на шинах. Чипсет также контролирует передачу данных от жесткого диска и других устройств, подключенных по IDE.

У каждого компьютера есть два чипсета, это очень нужные части материнской платы компьютера:

• Северный мост - также называется контроллер памяти, отвечает за контроль передачи данных между процессором и оперативной памятью. Физически, он находится посередине между ними. Еще иногда можно найти название GMCH (Graphic and Memory Controller Hub);
• Южный мост - еще известен как контроллер расширений, управляет связью между медленными расширениями. Как правило, с помощью него соединяются несколько шин.

Таймер процессора

Таймер процессора синхронизирует работу всех компонентов компьютера и обеспечивает основной сигнал синхронизации для процессора. Таймер процессора вдыхает жизнь в кусок кварца постоянно передавая в него поток импульсов. Например, частота 200 МГц процессора означает 200 млн импульсов в секунду от таймера. 2 ГГц, это уже два миллиарда импульсов. Точно так же для любого устройства данных используется таймер для синхронизации импульсов между отправителем и получателем.

А таймер реального времени или системный таймер отслеживает время суток и делает эти данные доступными для программ. Таймер распределения времени переключает процессор с одной программы на другую, позволяя операционной системе разделить свое время между программами.

Переключатели и перемычки

Переключатели и перемычки - это не такие важные компоненты материнской платы, но у них тоже есть своя функция. С помощью них можно менять различные параметры подключения компонентов.

• Перемычки - это небольшие штырьки на материнской плате. Они используются для короткого замыкания нескольких контактов чтобы реализовать определенную конфигурацию, например, с помощью перемычек можно очистить CMOS, изменить режим питания, и многое другое. Функциональность каждой перемычки описана в документации определенной материнской платы.
• Переключатели - металлические мосты, которые позволяют замыкать электрическую цепь. Как правило, переключатель состоит из двух штырьков и пластиковой заглушки, размещая переключатель по другому, вы можете изменить конфигурацию платы.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели основные компоненты материнской платы компьютера. Все они необходимы для нормальной работы вашей машины и если выйдет из строя хоть что-то, то компьютер не сможет нормально функционировать. Надеюсь, эта информация была для вас полезной.

Инструкция для материнских плат

1. Что такое — материнская плата.

Материнская плата (англ. motherboard, MB, также используется название англ. mainboard - главная плата; сленг. мама, мать, материнка) - сложная многослойная печатная плата, на которой устанавливаются основные компоненты персонального компьютера либо сервера начального уровня (центральный процессор, контроллер оперативной памяти и ОЗУ, загрузочное ПЗУ, контроллеры базовых интерфейсов ввода-вывода). Именно материнская плата объединяет и координирует работу таких различных по своей сути и функциональности комплектующих, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители. Основой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором системной логики или чипсетом. Тип чипсета, на котором построена материнская плата, целиком и полностью определяет тип и количество комплектующих, из которых состоит компьютер, а также его потенциальные возможности.

2. Какие разъёмы на материнской плате.

• Разъём центрального процессора - гнездовой или щелевой разъём (гнездо), предназначенный для установки в него центрального процессора. Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора. Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора.
• слоты DIMM для установки модулей памяти типа SDRAM/DDR/DDR2/DDR3 (разные для каждого типа памяти). Чаще всего их 3-4, хотя на компактных платах можно встретить только 2 таких слота;
• специализированный разъем типа AGP или PCI-Express х16 для установки видеокарты. Впрочем, в последнее время, с повальным переходом на видеоинтерфейс последнего типа, сплошь и рядом встречаются платы с двумя, а то и с тремя видеоразъемами. Также встречаются и системные платы (из самых дешевых) без видеоразъемов вообще — их чипсеты имеют встроенное графическое ядро, и внешняя графическая карта для них необязательна;
• рядом со слотами для видеокарт обычно находятся слоты для подключения дополнительных карт расширения стандартов PCI или PCI-Express х1;
• следующая достаточно важная группа разъемов — интерфейсы (IDE и/или более современный Serial ATA) для подключения дисковых накопителей — жестких дисков и оптических приводов. Также там до сих пор находится разъем для floppy-дисковода (3,5″ дискеты), хотя все идет к тому, что от него в скором времени окончательно откажутся. Все дисковые накопители подключаются к системной плате с помощью специальных кабелей, в разговорной речи также называемых «шлейфами»;
• недалеко от процессора располагаются разъемы для подключения питания (чаще всего двух типов — 24-контактный ATX и 4-контактный ATX12V для дополнительной линии +12В) и двух-, трех- или четырехфазный модуль регулирования напряжения VRM (Voltage Regulation Module), состоящий из силовых транзисторов, дросселей и конденсаторов. Этот модуль преобразует, стабилизирует и фильтрует напряжения, подаваемыее от блока питания;
• заднюю часть системной платы занимает панель с разъемами для подключения дополнительных внешних устройств — монитора, клавиатуры и мыши, сетевых-, аудио и USB-устройств и т.п.
• кроме вышеперечисленных слотов и разъемов, на любой системной плате имеется большое количество вспомогательных джамперов (перемычек) и разъемов. Это могут быть и контакты для подключения системного динамика и кнопок и индикаторов на передней панели корпуса, и разъемы для подключения вентиляторов, и контактные колодки для подключения дополнительных аудиоразъемов и разъемов USB и FireWire.

На каждой системной плате в обязательном порядке имеется специальная микросхема памяти, чаще всего установленная в специальную панельку (на жаргоне 0 «кроватку»); впрочем, отдельные производители, с целью экономии впаивают ее в плату. Микросхема содержит прошивку BIOS, плюс батарейку, которая обеспечивает питание при пропадании внешнего напряжения. Таким образом, с помощью всех этих слотов и разъемов, а также дополнительных контроллеров, системная плата объединяет все устройства, входящие в состав компьютера в единую систему.

3. Виды (форм-факторы) системных плат.

Кроме функционала, материнские платы отличаются и размерами (форм-факторами). Все размеры идут по стандарту.

Форм-фактор определяет не только размеры материнской платы, но и места ее крепления к корпусу, расположение интерфейсов шин, портов ввода/вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. В настоящее время наиболее распространен форм-фактор ATX (Advanced Technology eXtended), достаточно большой размер которого позволяет производителям интегрировать на системную плату большое количество функций. Потенциал вариантов ATX уменьшенного размера, конечно, гораздо ниже, однако в настоящее время, когда прогресс в области интегрированных контроллеров различных типов практически сравнял их основные возможности с дискретными решениями (в первую очередь — сетевые и аудио контроллеры, в меньшей степени — видео), большинству непритязательных пользователей типичных офисных (да и не только) систем большего и не нужно. Хотя варианты плат уменьшенного размера и подходят к стандартным корпусам ATX, наиболее целесообразно использовать их в компактных корпусах типа Micro-ATX.

4. Что такое чипсет.

Чипсет (ChipSet — набор чипов), или набор системной логики, представляет собой одну или несколько микросхем, специально разработанных для обеспечения взаимодействия CPU со всеми остальными компонентами компьютера. Чипсет определяет, какой процессор может работать на данной материнской плате, тип, организацию и максимальный объем используемой оперативной памяти (разве что современные модели процессоров AMD имеют встроенные контроллеры памяти), сколько и какие внешние устройства можно подключить к компьютеру. Основные разработчики чипсетов для компьютеров: Intel, NVIDIA, AMD, VIA. Чаще всего чипсет состоит из 2 интегральных микросхем, называемых северным и южным мостами.
Северный мост обеспечивает взаимосвязь между процессором (по шине FSB — Front Side Bus), оперативной памятью (SDRAM, DDR, DDR2 и DDR3), видеокартой (интерфейсы AGP или PCI Express) и, посредством специальной шины, с южным мостом, в котором расположены большинство контроллеров интерфейсов ввода-вывода. Некоторые северные мосты включают графическое ядро, использующее внутренний интерфейс AGP или PCI Express — такие чипсеты называются интегрированными.
К числу устройств, встроенных в южный мост, относятся контроллеры шин PCI (Peripheral Components Interconnect) и/или PCI Express, дисковых накопителей (IDE и SATA-жестких дисков и оптических приводов), встроенные звуковые, сетевые, USB- и RAID-контроллеры. Южный мост также обеспечивает нормальную работу системных часов (RTC — Real Time Clock) и микросхемы BIOS. Иногда встречаются чипсеты, состоящие только из одной микросхемы (однокомпонентные чипсеты), объединяющим функциональность обоих мостов.

5. Преимущества чипсета и видеокарты от одного производителя.

Хотя производители современных чипсетов и видеокарт (на сегодняшний день таких пока только двое — NVIDIA и AMD) пытаются как-то «привязать» покупателей ко всему спектру своей продукции, предлагая уникальные фирменные функции вроде SLI или CrossFire, большинство пользователей, честно говоря, вряд ли когда ими воспользуются. А в стандартной конфигурации «одна видеокарта на системной плате» любой чипсет прекрасно сочетается с любой видеокартой, независимо от их производителей.

6. Что такое компьютерная шина.

Компьютерная шина служит для передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера и представляет собой совокупность сигнальных линий, которые имеют определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины могут различаться разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные, синхронные или асинхронные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя или интерфейсная).

7. Что такое PCI.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect), несмотря на свой более чем солидный (по компьютерным меркам) возраст, до сих пор является основной шиной для подключения самых разнообразных периферийных устройств к системной плате компьютера. 32-битная шина PCI обеспечивает возможность динамического конфигурирования подключенных устройств, она работает на частоте 33,3 МГц (пиковая пропускная способность 133 Мбит/с). В серверах используется ее расширенные варианты PCI66 и PCI64 (32 бит/66 МГц и 64 бит/33 МГц соответственно), а также PCI-X — 64-битная шина, ускоренная до 133 МГц. Другими вариантами шины PCI являются популярная в недавнем прошлом графическая шина AGP и пара интерфейсов для мобильных компьютеров: внутренняя шина mini-PCI и PCMCIA/Card Bus (16/32-разрядные варианты интерфейса внешних устройств, допускающие «горячее» подключение периферии). Несмотря на широкое распространение, время шины PCI (и ее производных) заканчивается — на смену им идет (пусть и не так быстро, как хотелось бы ее разработчикам) современная высокопроизводительная шина PCI-Express.

8. Что такое PCI-Express.

PCI-Express — это последовательный интерфейс, разработанный организацией PCI-SIG во главе Intel и предназначенный для использования в качестве локальной шины вместо PCI. Характерной особенностью PCI-Express является его организация по принципу «точка-точка», что исключает арбитраж шины и, тем самым, перетасовку ресурсов. Соединение между устройствами PCI-Express называется линками (link) и состоят из одной (называемой 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x или 32x) двунаправленных последовательных линий (lane).
Пропускная способность шины PCI-Express:

9. Что такое BIOS и зачем он нужен.

BIOS (Basic Input/Output System) — основная система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ (отсюда название — ROM BIOS) представляет собой набор программ, необходимых для быстрого тестирования и низкоуровневой настройки компьютерного «железа», а также для организации последующей загрузки операционной системы. Обычно для каждой модели системной платы разрабатывается своя собственная версия (на компьютерном сленге — прошивка) базового BIOS, разработанного одной из специализированных фирм — Phoenix Technologies (Phoenix Award BIOS) или American Megatrends Inc. (AMI BIOS). Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (имеется прозрачное окно на корпусе микросхемы), поэтому его перепрошивка пользователем была практически невозможна. В настоящее время в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ, которые допускают перепрошивку BIOS средствами самой платы, что позволяет оперативно добавлять в систему поддержку новых устройств (или функций), исправлять мелкие огрехи разработчиков, изменять заводские умолчания и пр.

Мое почтение, дорогие читатели, рад всех вас видеть и слышать в добром здравии!

Сегодня мы восполним еще один пробел наших с Вами компьютерных «недознаний» о железной начинке ПК. И прежде чем начать наше повествование, ответим себе на не совсем компьютерный вопрос: «C чего начинается Родина построение дома?». Это легко, и каждый знает, что начинается оно с закладки прочного фундамента, ведь именно от того, каким он будет, зависит вся дальнейшая начинка будущего жилища, а именно, будет ли это крошечное бунгало или же полноценные, добротные хоромы.

Так вот, в некотором смысле подобным образом дела обстоят и с архитектурой компьютера. Прежде чем начать его собирать, необходимо определиться, на какой площадке/платформе он будет базироваться. Название этой площадки - материнская плата или, по-простому, «мамка». О ней, собственно, мы сегодня и поведем нашу задушевную беседу:-).

Итак, разговор нам предстоит долгий, обстоятельный, в общем, как всегда в наших лучших традициях железных обзоров, т.е. Вы узнаете тонну полезного и ценного. Ну и, конечно же, мы расскажем, как покупать сею железяку с умом (правда, наверное, во второй части статьи).

Усаживайтесь поудобнее, мы начинаем..

Вводная

Материнская плата это основа основ в построении Вашего компьютера, именно от нее зависит, насколько (на протяжении какого времени) Ваш "железный конь" будет ретивым, т.е. насколько хватит его прыти в перспективе, ну и как долго он прослужит верой и правдой своему хозяину.

Говоря простыми словами, материнская плата - некий единый транспортный узел, который берет на себя функции развязки (взаимодействия) всех подключенных к компьютеру железок и их централизованной работы, будь то , или флешки, USB -винчестеры и прочие элементы, гаджеты и периферия. По сути это весь каркас=[фундамент+несущие стены+всё прочее] дома, который отвечает за входы, выходы, электричество, воду и прочее, т.е. связывает всё это воедино, образуя сам дом и позволяя Вам в нем существовать и взаимодействовать.

Если выражаться более научно, то материнка (она же системная плата, она же мат.плата, она же мать) - это специальная плата, на которой установлены чипсет и другие сопутствующие.. компоненты (к примеру, контроллер жёстких дисков), связующие всё воедино и реализующие те или иные функции.

Некоторые, по неопытности, очень часто при ответе на вопрос: «Какой самый главный компонент системного блока?», отвечают – что, мол, процессор или видеокарта, однако-таки, если бы не было мат.платы, то все эти железки просто-напросто некуда было бы воткнуть. Поэтому вывод, я думаю, очевиден;)

Таким образом, "облик", мощность и начинка любого компьютера во многом зависят от самого главного его элемента - возможностей материнской платы. Собственно, оная штука выполняет несметное количество функций (и если все их перечислять, то Ваш мозг поднимет серьезный кипиш и откажется воспринимать информацию дальше:-)), однако главная из них, которую Вам следует запомнить, - обеспечивание питания, сопряжение и работа всех устройств/компонентов/комплектующих компьютера/ноутбука/планшета и иже с ними (начиная от процессора и заканчивая мышью).

Собственно, надеюсь, что самое общее представление, что за монстр эта материнская плата, у Вас уже должно сложиться, поэтому двигаем дальше к конкретному примеру.

Материнская плата в разрезе

Дабы Вы могли не только быть теоретическими грамотеями (:)), но и могли разобраться в премудростях любой (ну, или практически любой) материнской платы, мы решили заглянуть внутрь системного блока и разобраться, из каких все-таки элементов состоит материнка. Так сказать, продемонстрировать процесс на живом пациенте.

Примечание:
Для многих пользователей все, что находится под компьютерным столом (а тем более, упаси , внутри системника), так и остается загадкой на всю жизнь, поэтому из-за большой (я бы даже сказал, вселенской) любви к нашим читателям, мы решили приоткрыть шторку в мир «внутренностей» ПК и разложить все по полочкам. Пользуйтесь, уважаемые, все для Вас!

При беглом взгляде на материнской плате можно увидеть великое множество токопроводящих дорожек, конденсаторов, резисторов, транзисторов и прочей электронной начинки. Все это безобразие размещено на специальной подложке – текстолите – и смотрится довольно компактно и одновременно внушительно (см. изображение).

Давайте пробежимся по основным компонентам (известным на сегодняшний момент), которые имеют место быть на материнской плате. Это следующие узлы/разъемы:

• Разъем для установки процессора;
• Разъем для установки BIOS ;
• Разъем для установки чипсета;
• Разъемы памяти;
• Разъемы графической системы;
• Разъемы расширения;
• Разъемы системы охлаждения;
• Разъемы для подключения дисков и приводов;
• Разъемы для периферии.

Рассмотрим каждый в отдельности.

Разъем для процессора

Мегамозгом всей компьютерной системы и ее основным думающим элементом является процессор. Для его установки на материнской плате используется специальное гнездо - сокет (он же Socket , см. изображение). Каждый сокет имеет разные варианты крепления для охлаждения процессора (впрочем, крепления обычно идут в комплекте с самим кулером).

На данный момент в связи с тем, что основными игроками на рынке процессоров являются два ИТ-гиганта, то каждый, соответственно, выпускает свои процессоры под свои сокеты.

Поэтому, выбирая процессор, Вы должны знать, подойдет ли он (встанет) в гнездо Вашей материнки без особых усилий или придется его туда запихивать.. даже если он сопротивляется:). Шутки шутками, но всегда обращайте внимание на соответствие разъема процессора разъему системной платы (у обоих этот параметр указан в характеристиках в прайс-листе), в противном случае – Вы просто купите очередную железку и будете сдувать с нее пыль до лучших времен.

Примечание:
Обратите внимание на такой параметр, как обратная совместимость процессора – т.е. возможность установить его в «неродное гнездо», например, процессор с разъемом AM3 можно вставить в гнездо AM2 , и наоборот.

Дабы Вам было проще ориентироваться, перечислю сокеты для процессоров Intel :

• Socket T (или LGA 775 )
• Socket B (или LGA 1366 )
• Socket H (или LGA 1156 )
• Socket H2 (или LGA 1155 )
• Socket H3 (или LGA 1150 )
• Socket R (или LGA 2011 )
• Socket B 2 (или LGA 1356 )

И сокеты для процессоров AMD :

• Socket AM2
• Socket AM2+
• Socket AM3
• Socket AM3+
• Socket FM1
• Socket FM2

Разъем для установки BIOS и батарейка

После процессора следующий по важности элемент на материнской плате - микросхема BIOS (базовая система ввода-вывода информации). Именно эта малютка отвечает за начальный этап загрузки компьютера и его конфигурации (именно она берет на себя вожжи управления стартом всей компьютерной системы).

При включении питания компьютера BIOS инициализирует устройства, которые подключены к материнской плате, проводит их опрос, проверяет работоспособность. Если всё нормально, то ищет загрузчик на жёстком диске или др. устройствах и уже затем загрузчик передаёт управление операционной системе.

Современные материнские платы все чаще оборудуются двумя микросхемами BIOS , что повышает устойчивость системы в целом (см. изображение).

Микросхема BIOS само по себе энергонезависима, но вот CMOS память, то есть пользовательские настройки (такие как время, пароль на доступ к BIOS и т.п.) питает специальная круглая батарейка, которая после завершения работы хранит все данные о системе и настройках устройств, также она отвечает за сброс настроек BIOS - если сказать проще, то возвращает все на круги своя, т.е. к заводским параметрам.

Следующий на очереди..

Разъем для установки чипсета

Чипсет (chipset ), или набор системной логики, представляет собой связующий компонент платы, обеспечивающий совместную работу подсистем оперативной памяти, процессора, системы ввода-вывода и множества других. Чаще всего чипсет является комбинацией двух микросхем - северного и южного мостов (северный мост (1 ) - обеспечивает связь процессора с памятью, а также с графической шиной; южный мост (2 ) - контролирует работу дисковой подсистемы и отвечает за многочисленные интерфейсные разъемы), (см. изображение).

Северный (1 ) и южный (2 ) мосты, вид сверху (см. изображение).

На данный момент на рынке представлены пять основных производителей чипсетов для материнских плат: Intel, AMD, NVIDIA, VIA Technologies и SIS .

Приводить все наборы системной логики (чипсетов) от всех производителей не имеет смысла, а вот указать наиболее ходовые и массовые (которые Вы можете встретить на прилавках магазинов), пожалуй, стоит.

Чипсеты Intel

Для массового пользователя: Z68, Н67, Р67 и Н61 ; чипсеты бизнес-серии Q67, Q65 и В65 .

Чипсеты AMD

Для массового пользователя (северные мосты): 990FX, 990Х и 970 . В паре с ними работают южные мосты: SB950 и SB850 .

Слоты под оперативную память

Ни один компьютер толком не может обойтись без оперативной памяти, поэтому на материнской плате также предусмотрен специальный разъем (слот) для установки оной (см. изображение).

Количество слотов в основном варьируется от 2 до 4 , однако бывает и больше, правда, в большинстве своем, в серверных или сильно высокопроизводительных вариантах.

Разъемы оперативки обычно расположены рядом с сокетом процессора и микросхемой северного моста. В них вставляются модули оперативной памяти – специальные длинные плашки различного объема (кто хочет освежить свои знания в вопросах ОП, милости просим, статья « » к Вашим услугам).

Слоты графической системы

Большинство современных материнок имеют отдельный слот для подключения графического видеоадаптера (видеокарты), (см. изображение).

Однако можно встретить этакий симбиоз видеокарты и процессора (т.е. встраивание одного в другое).

Некоторые материнские платы позволяют устанавливать до 2 (и даже 4 ) видеокарт в разные слоты и тем самым организовать совместный режим их работы для более шустрой обработки 3D -приложений или прочих радостей жизни. Большинство современных видеокарт подключаются к материнке через последовательную PCI Express (PCI-E ) шину, однако также можно встретить и e-PCI и даже старые AGP -разъемы.

Примечание:
Существует несколько вариантов PCI-E , которые отличаются друг от друга длиной разъема. Чем длиннее разъем – тем быстрее он обрабатывает информацию. В частности, есть различия в версиях этих разъемов, так, например, PCI-E 1.0 и PCI-E 2.0 имеют одну длину, но разное быстродействие.

Слоты расширения

Количество дополнительных слотов расширения зависит от конкретной модели «мамки». Наиболее ходовыми ныне считаются слоты расширения на шине PCI-Express . Эти разъёмы предназначены для подключения к материнской плате видеокарт, аудиокарт, сетевых карт, FM -тюнеров и т.п. железок.

Разъёмы питания, разъёмы системы охлаждения

Материнская плата была бы всего-навсего дорогой железкой, если бы не блок питания, который подает напряжение и питает все ее элементы, вдыхая в них жизнь. БП преобразует переменное напряжение в постоянное и подает по соответствующим линиям определенный ток, тем самым приводя в работу все элементы материнской платы. Блок питания (кто еще не в курсе что это такое, статья " " Вам в помощь) также подключается к системной плате через специальный разъем, чаще всего это 24 –контактный разъём ATX и 4 –контактный дополнительный разъём 12 вольт для питания процессора (см. изображение).

Ещё на системной плате есть несколько разъёмов для подключения различных систем охлаждения, которые представляются в виде вентиляторов (в крышке системного блока, на процессоре, чипсетах) и защищают систему от перегревов.

На рисунке представлены разъемы для подключения вентилятора охлаждения корпуса (1 ) и штекер питания вентилятора процессора (2 ) (см. изображение).

Разъемы для подключения жестких дисков и приводов

На системной плате также расположены штыревые разъёмы для подключения IDE- устройств (1 ) или их же с интерфейсом SATA (2 ) (см. изображение). Под устройствами имеются в виду жесткие диски и всякие там DVD -приводы.

Сейчас системные платы имеют в своём составе в основном разъёмы SATA , так как IDE уже выходят из «моды» и, как правило, максимум на что можно рассчитывать - это на наличие одного разъёма интерфейса IDE , в отличие от SATA , число которых может доходить на системной плате до 6 и более.

Разъемы для периферии

На задней панели любой системной платы располагается большое количество дополнительных разъемов для подключения внешних устройств. Обычно через них можно подключить: монитор, МФУ (принтер+сканер), мышь и клавиатуру, аудиоподсистему и многое другое.

Стандартным набором задней панели являются такие порты, как: USB 2.0/3.0 , сетевой порт RJ-45, eSATA, DVI, HDMI и стандартная «колодка» с пятью разъемами Mini-Jack и одним выходом Tos-Link S/PDIF (см. изображение).

Вроде бы ничего не забыли..

Давайте теперь соберем всю эту мозаику (из разъемов/слотов) воедино и посмотрим, как эти элементы уживаются друг с другом, а точнее, как они выглядят все в совокупности. Собственно, вот что видит среднестатистический пользователь при открытии корпуса системного блока (см. изображение).

Что ж, подытожим.

Мы рассмотрели начинку материнки, условно говоря, под микроскопом, а посему теперь каждый из Вас смело может идти обедать открывать корпус (причем не только свой) и почти как заправский ИТ-шник проводить ликбез всем нуждающимся слоям населения:).

Мы конечно могли бы пойти дальше (и пойдем, правда, позже) и раскрыть критерии выбора и покупки материнской платы в этой статье, но, думаю, от всей этой технической информации Вы и так немного устали. Поэтому предлагаю посвятить практической части (именно критерям выбора, походу в магазин и т.п. вещам) отдельную, вкусную статью.

Где лучше всего купить мат.плату?

Если Вам лень ждать новых статей по мат.платам и вы решили уже бежать покупать, то в первую очередь рекомендуем три магазина, примерно с равной степенью качества:

• , - для тех, кто не боится покупать за рубежом и экономить деньги. Есть много , несколько популярных марок, да и вцелом приятный магазин, где идут постоянные и прочее;
• , - пожалуй, лучший выбор с точки зрения соотношения цена-качество SSD (и не только). Вполне внятные цены, хотя ассортимент не всегда идеален с точки зрения разнообразия. Ключевое преимущество, - гарантия, которая действительно позволяет в течении 14 дней поменять товар без всяких вопросов, а уж в случае гарантийных проблем магазин встанет на Вашу сторону и поможет решить любые проблемы. Автор сайта пользуется им уже лет 10 минимум (еще со времен, когда они были частью Ultra Electoronics ), чего и Вам советует;
• , - один из старейших магазинов на рынке, как компания существует где-то порядка 20 лет. Приличный выбор, средние цены и один из самых удобных сайтов. В общем и целом приятно работать.

Выбор, традиционно, за Вами. Конечно, всякие там Яндекс.Маркет "ы никто не отменял, но из хороших магазинов я бы рекомендовал именно эти, а не какие-нибудь там МВидео и прочие крупные сети (которые зачастую не просто дороги, но ущербны в плане качества обслуживания, работы гарантийки и пр).

Послесловие

Итак, сегодня мы хорошо потрудились и, надо сказать, не зря, ибо, возможно, восполнили еще один пробел в чьих-то "железных знаниях". Теперь Вы в курсе, что за зверюшка (материнская плата) обитает под крышкой Вашего системного блока и что она собой представляет, осталось дело за малым - узнать, как правильно выбрать сию вещицу, однако, как говорилось выше, это уже совсем другая история.

Как и всегда, будем рады услышать Ваши дополнения, вопросы, отзывы и всё такое прочее. Пишите в комментариях.

До скорых встреч и заходите почаще, ибо здесь Вам всегда рады!

PS: Вторая часть статьи готова и живет . Рекомендуется к прочтению! ;)
PSS: За существование данной статьи спасибо члену команды 25 КАДР

Приветствую тебя, дорогой читатель! Сейчас ты читаешь эту статью с экрана своего компьютера или другого гаджета. Вот хотел я бы узнать, а знаешь ли ты, почему системную плату называют материнской? Да и зачем нужна материнская плата в компьютере? Раз уж ты заглянул на эту страничку, предполагаю, что нет. Давай разбираться вместе.

Понятие системной платы

Системная плата - это ключевой элемент ПК, который соединяет и координирует работу , оперативной памяти, видеокарты и внешних интегрированных устройств. Она является связующим звеном в цепочке поддержания работоспособности вашего компьютера. К ней подключаются все компоненты системного блока. Главная плата компьютера (от английского слова mainboard) на сленге компьютерщиков называется материнской. И мы простые пользователи, вслед за ними стали использовать такое же выражение.

Материнская плата представляет собой текстолитовую многослойную пластину с большим количеством проводников в виде дорожек на поверхности. К токоведущим площадкам припаяны чипы и другие радиоэлементы. А остальные электронные компоненты подключаются к плате через различные разъёмы (слоты). Я думаю, что глупо спрашивать: «Где находится материнская плата?». Но все-таки попробуй ответить. Материнская плата всегда скрыта от наших глаз в защищенном корпусе. В стационарном компьютере она крепится к боковой стенке системного блока. В ноутбуке она скрыта под клавиатурой, а в планшете или в – за экраном.

Значение материнской платы

Не стоит преуменьшать роль устройства в поддержании оптимального рабочего состояния компьютера. Даже использование компьютерной мыши возможно только благодаря обмену данными через разъемы на материнской плате. Помимо этого, все процессы, происходящие в системе компьютера, реализуются с ее помощью. Если раньше большинство пользователей при выборе ПК ориентировались на системные показатели процессора, то сегодня рекомендуется особое внимание обратить на возможности платы, а именно:

• пропускную способность шины;
• максимальный объем оперативной памяти, который поддерживается устройством;
• возможность повысить работоспособность видеокарты.

Форм-факторы материнской платы

На рынке компьютерной техники представлено огромное разнообразие системных плат, что может усложнить процесс выбора подходящего устройства. Следовательно, необходимо ознакомиться с основными типоразмерами плат, которые формируют определенный набор технических характеристик для каждого вида:

• ATX – устройство, имеющее большое число разъемов для подключения дополнительных системных интерфейсов (отличается удобством крепления и большими размерами);
• mATX – предельно полноценное устройство, с технической точки зрения, имеющая средние размеры и подойдет при формировании бюджетного персонального компьютера для использования в домашних условиях;
• mITX – наименьшая на рынке плата, которая изначально интегрирована в персональный компьютер, соответственно в редких случаях она продается отдельно.

От выбора типа материнской платы зависят не только функциональные возможности, но и способность подобрать требуемый .

Что такое чипсет?

Оптимальная работа компьютера зависит от чипсета, то есть от набора микросхем, который необходим для налаживания взаимодействия между главным процессором и составляющими системы. Это ключевой элемент материнской платы.

Состоит чипсет из двух микросхем, расположенных в основном под охлаждающим элементом ПК. От того какие бывают модели данного элемента напрямую зависит производительность компьютера, поэтому важно ответственно подойти к выбору материнской платы.

Необходимость микросхемы BIOS

Для первого запуска ПК необходимо наличие БИОС-микросхемы, в которой расположено заводское программное обеспечение. Именно к данному элементу обращается система при первоначальном включении и взаимодействует с ним до полного окончания рабочей сессии. Основными функциями БИОС-микросхемы является контроль корректности работы компьютерных систем, обеспечения взаимодействия с дисплеем, клавиатурой и мышью.

Один мой знакомый человек задал мне вопрос: «В последнее время после включения компьютера я вижу английский текст белого шрифта на черном фоне после запуска системного блока. Чтобы продолжить загрузку мне нужно нажать клавишу F1. Но ведь раньше было все в порядке?» Это и есть Биос в действии. Когда же пользователь заметил такую некорректность работы системы, достаточно обратить внимание на системное время и дату. Если оно после выключения компьютера постоянно сбивается, то пришло время менять батарейку на материнской плате. Ведь она обеспечивает сохранность пользовательских настроек BIOS и системного времени на компьютере.

Понимание основ функционирования вашего компьютера позволит более корректно воспринимать те сигналы, которые посылает вам устройство в случае возникновения неполадок или снижения мощности. Не стоит забывать о связующих элементах (шинах) и об интегрированных компонентах, . Надеюсь, что хотя бы капельку новых знаний ты, дорогой читатель, почерпнул из этой статьи. Если это так, то поделись ее со своими друзьями, а если нет, то всё равно поделись. Возможно, для твоих друзей это будет морем знаний.

Хотите узнать как делают материнские платы? Смотрите видео

Дорогой читатель! Вы посмотрели статью до конца.
Получили вы ответ на свой вопрос? Напишите в комментариях пару слов.
Если ответа не нашли, укажите что искали .