Материнские платы полное руководств

У многих людей дома, в школе или на работе есть настольный компьютер. Кто-то ведёт на нём бухучёт, кто-то играет в игры, а кто-то даже сам собирает и ремонтирует их. Но хорошо ли вы знаете, из чего состоит компьютер? Взять к примеру скромную материнскую плату – она сидит себе там тихонечко, спокойно выполняет свою работу, и редко удостаивается такого же внимания, как процессор или видеокарта.

Однако значимость материнских плат, напичканных поистине впечатляющими технологиями, переоценить невозможно. Итак, сейчас мы, как студенты-медики, займёмся изучением анатомии материнской платы. Рассмотрим, какие функции выполняют все её части и чем занимается каждый бит!

Для начала небольшое введение…

Давайте начнем с основной роли материнской платы. По сути, она служит для:

• Обеспечения всех компонентов питанием;
• Обеспечения связи между компонентами.

Также, с помощью материнской платы осуществляется монтаж элементов, реализуется система обратной связи для их тестирования и прочее. Однако основополагающими функциями являются две вышеупомянутых, поскольку почти каждая часть на плате так или иначе зависит от них.

Практически все современные материнские платы для стандартных ПК имеют разъёмы для центрального процессора (CPU socket), модулей памяти (как правило, типа DRAM) дополнительных карт расширения (таких как видеокарта), накопителей, различных входов/выходов и связи с другими компьютерами и устройствами.

Существуют отраслевые стандарты размеров материнских плат, которых стараются придерживаться производители. Основные размеры, которые вы можете встретить, следующие:

• Standard ATX – 12 × 9.6 дюйма (305 × 244 мм);
• Micro ATX – 9.6 × 9.6 дюйма (244 × 244 мм);
• Mini ITX – 6.7 × 6.7 дюйма (170 × 170 мм) /

В Википедии вы можете найти более полный список форм-факторов, но для удобства мы будем придерживаться Standard ATX, потому что различия обычно заключаются лишь в количестве доступных подключений. Чем больше материнская плата, тем больше на ней может быть размещено слотов и разъёмов.

Но что же это всё-таки такое – материнская плата?

Материнская плата – это просто большая печатная плата с множеством контактов и сотнями, если не тысячами, проводников, соединяющих все узлы и компоненты. Теоретически жесткая плата не нужна: можно соединить всё с помощью кучи проводов. Однако производительность у этого клуба проводов будет ужасной, так как сигналы будут мешать друг другу, а сопротивление проводов приведет к существенным потерям мощности. Наше препарирование мы начнем с типичной материнской платы ATX. На фото вы видите Asus Z97-Pro Gamer, и ее внешний вид и функционал схож с десятками подобных плат.

Единственная проблема с этим фото (помимо того, что материнская плата на нём довольно… скажем так, потрёпана) состоит в том, что множество всевозможных мелких деталей усложняет нам понимание работы узлов платы в целом.

Поэтому для начала давайте взглянем на упрощенную схему этой материнской платы.

Так-то лучше, но мы всё ещё видим множество непонятных контактов и разъёмов. Давайте начнём сверху, с самой важной части.

Подключение мозга к компьютеру

В центральной части схемы мы видим компонент, имеющий обозначение LGA1150. Так называется сокет, предназначенный для подключения многих процессоров Intel. Буквы LGA обозначают Land Grid Array – это популярная технология корпусировки процессоров и других чипов.

Системы LGA имеют множество маленьких выводов на материнской плате или в сокете для обеспечения питания процессора и его контакта с другими узлами компьютера. На фото ниже хорошо виден этот массив контактных выводов (пинов).

Металлическая рамка служит для равномерного прижимания процессора, но сейчас она нам мешает рассматривать пины, так что мы её пока уберём.

Желающие могут подсчитать количество пинов и убедиться, что их 1150. Цифровое значение в маркировке сокета LGA1150 означает именно количество выводов. В другой статье мы подробно рассмотрим разъёмы для процессоров, а пока просто отметим, что материнские платы оснащаются разными сокетами, с разным количеством пинов – для разных корпусов процессоров.

В целом, чем производительнее процессор (с точки зрения количества ядер, объема кэш-памяти и т.д.), тем больше потребуется контактных выводов. Бо́льшая часть этих пинов используется для обмена данными со следующей важнейшей частью материнской платы.

Большим мозгам – большая память

Ближе всех к процессору всегда размещаются слоты модулей оперативной памяти DRAM. Они подключены непосредственно к процессору и только к нему. Количество слотов DIMM в основном зависит от процессора, так как контроллер памяти встроен в него.

В нашем примере процессор, который совместим с нашей материнской платой, имеет 2 контроллера памяти, каждый из которых оперирует 2-я модулями – следовательно, 4 слота DRAM поддерживает материнская плата. Вы можете видеть, что слоты памяти на ней окрашены таким образом, чтобы вы знали, какие из них управляются каким контроллером памяти (т.н. каналом памяти). Канал №1 управляет двумя черными слотами, а канал №2 – серыми.

Однако, в данном конкретном случае цветовая маркировка слотов на плате немного сбивает с толку (меня в том числе). Как выяснилось, каналу 1 на ней соответствует ближайшая к процессору пара разноокрашенных слотов, а каналу 2 – дальняя от процессора пара.

Подобная маркировка призвана стимулировать использование материнской платы в так называемом двухканальном режиме – при одновременном использовании обоих контроллеров общая производительность памяти повышается. Допустим, у вас есть два модуля памяти по 8 Гб каждый. Независимо от того, в какую пару слотов вы их вставите – серую или черную, – у вас всегда будет 16 Гб доступной памяти.

Если вы вставите оба модуля в оба черных (или оба серых) слота, процессор будет по сути иметь два пути для доступа к этой памяти. Но стоит только переставить модули в слоты разного цвета, и система будет вынуждена обращаться к памяти только с помощью одного контроллера. Учитывая, что он может управлять только одним каналом, нетрудно понять, что это не идёт на пользу производительности.

Наш пример материнской платы и ЦП использует чипы DDR3 SDRAM (Double Data Rate version 3, Synchronous Dynamic Random Access Memory – «синхронная динамическая память с произвольным доступом и с версией 3 двойной скорости передачи данных»), и каждый слот предназначен для одного SIMM или DIMM. «IMM» обозначает «In-line Memory Module» («рядный модуль памяти»); буквы S и D (Single и Dual) указывают, одна сторона заполнена чипами, или обе (односторонний или двухсторонний модуль памяти).

Вдоль нижнего края модуля памяти располагаются позолоченные контакты, обеспечивающие питание и обмен данными. У данного типа памяти этих контактов 240 (по 120 с каждой стороны).

Одинарный модуль DIMM DDR3 SDRAM. Фото: Crucial

Бо́льшие модули могли бы дать вам больше памяти, но конфигурация устанавливает ограничения контактами на процессоре (почти половина из тех 1150 контактов в нашем примере выделена для обмена данными с модулями памяти) и физическим местом для прокладки всех проводников на материнской плате.

В 2004 году компьютерная индустрия остановилась на использовании 240 контактов в модулях памяти и с тех пор не показывает никаких признаков изменения этого стандарта в ближайшее время. Чтобы улучшить производительность памяти, с каждой новой версией просто ускоряется работа чипов. В нашем примере контроллеры памяти ЦП могут отправлять и получать по 64 бита данных за такт. А поскольку контроллеров у нас два, было бы логично увидеть на планках памяти 128 контактов для обмена данными. Так почему же их 240?

Каждый чип на модуле DIMM (всего их 16, по 8 на каждую сторону) передаёт 8 бит за такт. Это означает, что каждому чипу для обмена данными требуется 8 контактов; однако чипы работают парно, используя одни и те же выводы, поэтому только 64 контакта из 240 являются контактами для данных. Остальные 176 выводов необходимы для контроля и синхронизации, а также для передачи адресов данных (места расположения данных на модуле), управления микросхемами и обеспечения электроэнергией.

Так что, как видите, наличие более 240 контактов не обязательно должно улучшить ситуацию!

Память – не единственное, что подключено к процессору

Системная память подключается напрямую к центральному процессору с целью повысить производительность, но на материнской плате есть и другие разъемы, которые подключены примерно так же (и по той же причине). Это слоты стандарта PCI Express (для краткости PCIe), и все современные процессоры имеют встроенный контроллер PCIe.

Эти контроллеры могут обрабатывать несколько соединений (обычно называемых линиями или лэйнами – lane), несмотря на то, что это система «точка-точка», то есть линии в сокете не используются совместно с любым другим устройством. В нашем примере контроллер PCI Express в процессоре имеет 16 линий.

На фото ниже показаны 3 слота: два верхних – это слоты PCI Express, а нижний – слот гораздо более старого стандарта PCI (родственный PCIe, но намного медленнее). Маленький слот вверху, маркированный как PCIEX1_1, является однолинейным слотом, а под ним – 16-ти линейный слот PCIEX16_1.

Если вы вернетесь в начало статьи и снова взглянете на полную фотографию нашей материнской платы, вы легко найдёте там:

• 2 слота PCI Express (1 lane);
• слота PCI Express (16 lane);
• 2 слота PCI.

Но если контроллер процессора имеет только 16 линий, то что происходит? Во-первых, к центральному процессору подключены только первые два 16-линейных слота: PCIEX16_1 и PCIEX16_2. А третий, и два 1-линейных, подключены к другому процессору на материнской плате (подробнее об этом чуть позже). Во-вторых, если задействованы оба первых слота PCIEX16, то ЦП выделит только по 8 линий для каждого.

Это справедливо для всех современных процессоров. Поскольку число линий у них ограничено, устройствам приходится делить их между собой, и чем больше устройств подключается к ЦП, тем меньше линий выделяется каждому устройству.

Различные конфигурации процессора и материнской платы по-разному реализуют это ограничение. Например, материнская плата Gigabyte B450M Gaming имеет один слот PCIe на 16 линий, один слот PCIe на 4 линии и один разъем стандарта M.2, использующий 4 линии PCIe. При наличии всего 16 линий у ЦП, одновременное использование любых двух слотов приведет к тому, что самый большой, 16-линейный слот будет урезан до 8 линий.

Так какие же устройства используют такие слоты? Наиболее распространенные варианты:

• 16 линий = видеокарта;
• 4 линии = накопители SSD;
• 1 линия = звуковые карты и сетевые адаптеры.

На фото выше легко заметить разницу в разъёмах: видеокарта имеет длинную контактную полосу на 16-линейный слот, в то время как звуковая карта обходится короткой полосой контактов для 1-линейного слота, ведь у ней гораздо меньше данных для обмена, поэтому ей не нужны все эти дополнительные линии.

Наша изучаемая материнская плата, как и любые другие, имеет гораздо больше всевозможных разъёмов и подключений, всеми которыми необходимо управлять, и на помощь центральному процессору приходит другой процессор.

Повернёмся на юг и пройдёмся по мосту

Если взглянуть на материнские платы 15-летней давности, мы увидим на них два дополнительных чипа для поддержки процессора. Вместе они назывались chip set – «набор микросхем» (позже это словосочетание стало одним словом – chipset), а по отдельности они именовались микросхемами Северного моста (Northbridge, NB) и Южного моста (Southbridge, SB).

Северный мост работал с памятью и видеокартой, а Южный обрабатывал данные и инструкции для всего остального.

На фото выше – старенькая материнская плата ASRock 939SLI32, где отчетливо видны микросхемы NB и SB – они обе прячутся под одинаковыми алюминиевыми радиаторами, но Северный мост находится ближе к процессору, почти в середине платы. Пройдёт ещё пару лет после выхода этой платы, и производители откажутся от Северного моста – Intel и AMD выпустят процессоры с интегрированным NB.

А вот Южный мост остаётся отдельным и, вероятно, будет таковым в обозримом будущем. Интересно, что оба производителя процессоров перестали называть его SB и часто называют его чипсетом (собственное название Intel – PCH, Platform Controller Hub – «блок контроллеров платформы»), хотя это всего лишь один чип!

На нашем более современном примере от Asus, SB также оснащен радиатором. Давайте снимем его и взглянем на этот вспомогательный процессор.

Этот чип представляет собой мощный контроллер, управляющий периферией. В нашем случае, мы имеем чипсет Intel Z97, выполняющий следующие функции:

• 8 линий PCI Express (PCIe версии 2.0);
• 14 портов USB (6 для версии 3.0 и 8 для версии 2.0);
• 6 портов Serial ATA (версии 3.0)

Кроме того, в него встроены сетевой адаптер, звуковой контроллер, адаптер VGA и целый ряд других систем синхронизации и управления. Другие материнские платы могут иметь более

упрощенный функционал чипсета или наоборот – усложненный (например, обеспечивающий большее количество линий PCIe), но в целом их функционал мало чем отличается друг от друга.

Конкретно у рассматриваемой нами материнской платы – это процессор, который управляет всеми 1-линейными слотами PCIe, третьим 16-линейным слотом PCIe и разъемом M.2. Как и многие новые чипсеты, он обрабатывает все эти различные соединения, используя набор высокоскоростных портов, которые можно переключать на PCI Express, USB, SATA или сеть, в зависимости от того, что подключено в данный момент. Это, к сожалению, накладывает ограничение на количество устройств, подключенных к материнской плате, несмотря на все эти разъемы.

В случае нашей материнской платы Asus, порты SATA (используемые для подключения жестких дисков, DVD-приводов и т.д.) из-за этого ограничения сгруппированы, как показано выше. Блок из 4 портов использует стандартные USB-соединения чипсета, тогда как отдельно стоящие от него порты слева используют некоторые из этих высокоскоростных соединений.

Так что если вы используете те, что слева, то у чипсета будет меньше соединений для других слотов. Это верно и для портов USB 3.0. Из поддерживаемых 6 устройств на USB 3.0, 2 будут подключены к высокоскоростным соединениям.

Разъем M.2, используемый для подключения SSD накопителя, также высокоскоростной (вместе с третьим 16-линейным слотом PCI Express на этой материнской плате); однако в некоторых комбинациях ЦП и материнской платы разъемы M.2 подключаются непосредственно к ЦП, поскольку многие новые продукты имеют более 16 линий PCIe.

Вдоль левого края нашей материнской платы есть ряд разъемов, обычно называемых «Блок ввода/вывода» (I/O set), и в нашем случае Южный мост (чипсет) управляет лишь некоторыми из них: 

• Разъём PS/2 – для клавиатуры или мыши (вверху слева)
• Разъём VGA – для бюджетных или старых мониторов (верхний в центре)
• Порты USB 2.0 – черные (внизу слева)
• Порты USB 3.0 – синие (внизу в центре)

Встроенный в ЦП графический процессор управляет разъёмами HDMI и DVI-D (внизу в центре), а все остальные управляются дополнительными чипами. Большинство материнских плат имеют множество маленьких процессоров для управления всеми видами устройств, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Вспомогательные микросхемы

ЦП и чипсеты ограничены в возможности подключаемых или поддерживаемых устройств, поэтому большинство производителей материнских плат предлагают продукты с дополнительными функциями благодаря использованию других интегральных микросхем. Например, это могут быть дополнительные порты SATA или разъемы для подключения старых устройств.

Наша материнская плата Asus не исключение. Например, микросхема Nuvoton NCT6791D управляет всеми маленькими разъемами, ведущими к вентиляторам, а также датчиками температуры на плате. Процессор Asmedia ASM1083, расположенный рядом с ним, обеспечивает поддержку двух устаревших разъемов PCI, поскольку у чипа Intel Z97 такой возможности нет.

Хоть в чипсете Intel и предусмотрен сетевой адаптер, Asus посчитала практичным добавить на плату независимый сетевой контроллер от той же Intel (I218V), чтобы разгрузить ценные высокоскоростные соединения чипсета. Этот малюсенький квадратик (6мм) управляет тем красным разъёмом Ethernet, который мы видели в блоке ввода/вывода. 

Овальная металлическая штука рядом с ним – это кварцевый генератор частоты. Он вырабатывает низкочастотные синхронизирующие сигналы для сетевого контроллера.

По тем же причинам на плату добавлен и независимый звуковой контроллер, в обход имеющемуся в чипсете Intel. Как и в случае, когда пользователь предпочитает дискретную видеокарту взамен встроенного в ЦП видеоконтроллера, резон ещё и в том, что независимый контроллер попросту лучше встроенного в чипсет.

Но не все дополнительные чипы на материнской плате призваны лишь заменить некоторые функции основных процессоров. Многие предназначены для обеспечения работоспособности платы в целом.

Эти маленькие микросхемы – свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять 16-лэйновыми слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Материнские платы с возможностью разгона процессоров, чипсетов и памяти стали обычным явлением, и многие теперь поставляются с дополнительными микросхемами для управления разгоном. В нашем примере платы, красным прямоугольником выделен собственный чип Asus под названием TPU («процессор TurboV»), который настраивает тактовые частоты и вольтажи наилучшим образом. 

Рядом с этим чипом находится маленькая микросхема флэш-памяти Pm25LD512, выделенная синим цветом. Она сохраняет все ваши настройки разгона при выключении компьютера.

На любой материнской плате есть как минимум одна микросхема флэш-памяти, и она предназначена для хранения BIOS (Basic Input/Output System – «базовая система ввода-вывода», операционная система инициализации оборудования, которая запускает все перед загрузкой Windows, Linux, macOS и т.д.).

Объём памяти у этой микросхемы Winbond всего 8 Мб, но этого более чем достаточно, чтобы вместить весь необходимый софт. Этот вид флэш-памяти потребляет очень мало энергии и надёжно хранит данные в течение десятилетий.

При включении компьютера, для максимальной производительности содержимое флэш-памяти копируется непосредственно в кэш ЦП или системную память, а затем запускается оттуда. Однако единственное, с чем такой трюк не пройдёт – это время.

Эта материнская плата, как и любая другая, использует батарейку CR2032 для питания простой схемы часов. Конечно, батарейка не вечная, и однажды она придёт в негодность, и тогда материнская плата установит умолчания даты/времени, находящиеся во флэш-памяти.

И раз речь зашла о питании, то тут тоже есть о чём рассказать!

Питание

Для обеспечения материнской платы и многих подключенных к ней устройств необходимыми напряжениями, блок питания (PSU, Power Supply Unit) имеет несколько стандартных разъёмов. Главным из них является 24-пиновый разъём ATX12V версии 2.4.

Выдаваемые напряжения зависят от блока питания, но промышленными стандартами являются напряжения +3,3, +5 и +12 вольт.

Центральный процессор основную часть питания берёт с 12-вольтных контактов, но для современных мощных систем этого недостаточно. Чтобы эту проблему решить, предусмотрен дополнительный 8-пиновый разъем питания, несущий ещё четыре 12-вольтных линии.

Цветная маркировка проводов от блока питания позволяет определить, где какой провод. Но на разъёме материнской платы никаких маркировок нет. Ниже приведена распиновка обоих разъёмов на плате:

Линии +3,3, +5 и +12В обеспечивают питанием различные компоненты самой материнской платы, а также процессор, DRAM и любые устройства, подключенные к разъемам расширения, таким как порты USB или слоты PCI Express. Все, что использует порты SATA, требует электропитания непосредственно от блока питания, а слоты PCI Express не могут предоставить своим устройствам более 75 Вт. Если какому-то устройству недостаточно этой мощности (например, многим видеокартам), то его тоже следует запитать напрямую с блока питания.

Но есть более серьезная проблема, чем наличие достаточного количества линий 12В: процессоры на этом напряжении не работают.

К примеру, процессоры Intel, совместимые с нашей материнской платой Asus Z97, имеют рабочее напряжение от 0,7 до 1,4 вольт. Это не фиксированное напряжение, потому что для экономии энергии и уменьшения нагрева современные процессоры умеют регулировать входное напряжение в зависимости от своей нагрузки. При простое процессор может отключиться,

потребляя при этом менее 0,8 вольт. А затем, при полной нагрузке всех ядер, потребление возрастет до 1,4 или более вольт.

Блок питания предназначен для преобразования переменного тока сети (110 или 220 В, в зависимости от страны) в фиксированные напряжения постоянного тока, поэтому нужны дополнительные элементы цепи для регулировки этих фиксированных напряжений. Они так и называются – модули регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules) и их легко можно найти на любой материнской плате.

Каждый VRM (выделен красным) обычно состоит из 4 деталей:

• 2 мощных управляющих MOSFET-транзистора (синим);
• 1 дроссель (фиолетовым);
• 1 конденсатор (жёлтым). Глубже познакомиться с их работой можно на Wikichip, мы лишь кратко рассмотрим несколько моментов. Каждую VRM принято называют фазой, и чтобы обеспечить достаточное питание современному процессору, таких фаз необходимо несколько. К примеру, наша материнская плата имеет 8 VRM, называемых 8-фазной системой.

VRM обычно управляются специальной микросхемой, которая переключает модули в соответствии с требуемым напряжением того или иного устройства. Такая микросхема называется многофазным ШИМ-контроллером; Asus называет ее EPU (Energy Processing Unit). Транзисторы и чип довольно сильно нагреваются при работе, поэтому часто оснащаются общим радиатором для отвода тепла. Даже стандартный процессор, такой как Intel i7-9700K, может потреблять ток более 100А при полной загрузке. VRM очень эффективны, но они не могут изменять напряжение без некоторых потерь. Нетрудно догадаться, куда лучше всего положить тост, если у вас сломался тостер.

Снова взглянув на полную фотографию нашей платы, можно увидеть и пару модулей VRM для DRAM, но так как там нет таких напряжений, как на ЦП, эти VRM греются не сильно и в радиаторе не нуждаются.

Эти ненавистные перемычки!

Последние разъемы, о которых мы поговорим, – это те, которые управляют основной работой материнской платы и подключают дополнительные устройства. На рисунке ниже показан основной блок разъёмов для выключателей, индикаторов и системных динамиков:

Здесь мы имеем:

• 1 разъём кнопки мягкого выключения
• 1 разъём кнопки ресета
• 2 разъёма LED-индикации
• 1 разъём системных динамиков

«Мягким» выключение питания называется потому, что при нем не происходит простого включения и отключение всей материнской платы. Вместо этого, при замыкании контактов этого разъёма, специальные «недремлющие» узлы платы включают или отключают основное питание платы в зависимости от текущего состояния. То же относится и к кнопке ресета, только в этом случае материнская плата будет всегда выключаться и тут же снова включаться.

Строго говоря, кнопка ресета, индикация и системный динамик не являются критически важными, но они традиционно обеспечивают самое базовое управление и информацию о состоянии системы.

Большинство материнских плат имеют подобный дополнительный блок разъемов, как показано выше. Тут мы имеем следующее (слева направо):

• Разъем аудиопанели – если корпус компьютера оснащен дополнительной фронтальной панелью с разъёмами для наушников и микрофона, то с помощью данных разъёмов на плате они подключаются к встроенному аудиоконтроллеру. § Разъем цифрового аудио – то же, что и обычный аудиоразъём, только в стандарте S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface), обеспечивающем строго цифровую передачу аудиосигналов без промежуточной аналоговизации.
• Перемычка (джампер) сброса BIOS – она позволяет сбросить все настройки BIOS к заводским. За ней также спрятан разъем термозонда. § Разъем криптопроцессора TPM (Trusted Platform Module) – он используется для повышения безопасности материнской платы и системы. § Разъем последовательного порта (COM) – древний интерфейс. Интересно, его кто-нибудь использует вообще? Хоть кто-нибудь?

Остальные подобные разъёмы на этой плате предназначены для подключения кулеров и дополнительных USB портов. Не обязательно каждая материнская плата должна поддерживать все это, но на большинстве из них они есть, как и есть на некоторых платах дополнительные разъёмы, которых на нашей рассматриваемой плате нет – скажем, разъём для RGB-подсветки (VDG).

Соединение соединений

Прежде чем мы закончим наше «вскрытие» материнской платы, кратко поговорим о том, как все эти устройства и разъемы соединены воедино. Мы уже упоминали о проводниках на плате, но что они из себя представляют?

Простым языком, это тонкие медные полоски. На фото ниже они окрашены для красоты в черный цвет со всей платой. Но это лишь маленький фрагмент проводников из тысяч подобных. Видимые нам проводники – лишь проводники на внешнем слое печатной платы, а плата состоит из нескольких слоёв и каждый из них испещрён такими кружевами проводников.

Простые, дешевые или старые материнские платы могут иметь только 4 слоя, но большинство современных плат имеют 6 или 8. Увеличение количества слоев не обязательно автоматически должно означать улучшение. Суть лишь в том, чтобы грамотно расположить все необходимые проводники на достаточном расстоянии друг от д

Разработчики материнских плат используют специальные программы для проектирования монтажа и, соответственно, оптимального вытравливания проводников. Опытные инженеры затем вручную корректируют компьютерный результат, основываясь на имеющейся практике. Это видео наглядно демонстрирует процесс проектирования сети проводников между элементами на печатной плате.

Поскольку материнские платы – это просто большие печатные платы, можно создать свою собственную, и если вы хотите получить представление о том, как это делается, прочитайте это превосходное руководство по изготовлению печатных плат.

Конечно, производство материнских плат в промышленных масштабах – это совсем другая история, поэтому, чтобы представить весь объём этого сложного процесса, посмотрите два видео ниже. Первое – в общих чертах о том, как проектируются и производятся печатные платы; на втором показан основной процесс сборки типичной материнской платы.

Заключение

Итак, мы произвели «вскрытие» современной материнской платы для настольных ПК. Это большие, сложные печатные платы, напичканные процессорами, свитчами, разъемами и микросхемами памяти. Там так много всевозможных интересных технологий, но мы часто забываем о них, когда они сидят в наших системных блоках. 

Но, надеюсь, вы смогли ближе познакомиться с некоторыми из тех, что населяют ваш системный блок и, что более важно, у вас есть куча вопросов о них! Пишите нам, и мы попробуем разобраться

По материалам techspot.com

Каждый компонент любого компьютера выполняет какую-то определенную задачу. Накопители записывают/считывают данные, попутно сохраняя оную на магнитных пластинах или в чипах флэш-памяти. Видеокарта отображает информацию, звуковая карта озвучивает происходящее и т. п. Но есть один элемент, который управляет всем этим хозяйством, начиная с процессора и заканчивая какой-нибудь флешкой. Сегодня разговор о системных платах. Давайте немного углубимся в суть вопроса и разберемся, из чего состоит, какие части имеет, для чего они служат, в общем, какова анатомия материнской платы. Итак, добро пожаловать в нашу прозекторскую.

---

• Разновидности и основные функции материнской платы
• Питание материнской платы
• Процессорный сокет
• Система питания процессора/памяти
  • Фазы питания CPU

• Околосокетное пространство
• Слоты памяти
  • Установка модулей DRAM
  • Разводка шины DRAM

• Система питания DRAM
• Чипсет

• • Что такое линии PCI-Express
  • Возможности разгона

• PCI разъемы
  • Распределение линий PCI-Express

• Разъемы M.2
  • Вновь про линии PCI-E

• Разъемы для накопителей
  • Взаимозависимости разъемов

• Вспомогательные чипы
  • Контроллер Ethernet
  • Контроллер SATA
  • Аудиоконтроллер
  • Мультиплексоры шины PCI-E
  • Мониторинг и управление вентиляторами
  • Управление подсветкой
  • BIOS
  • USB
  • HDMI

• Дополнительные разъемы и коннекторы
  • Разъемы для вентиляторов/помп СЖО
  • Разъемы для светодиодных RGB-лент
  • USB
  • Другие разъемы

• Заключение. Сложная анатомия материнской платы

Разновидности и основные функции материнской платы

Собственно, основных задач у системной платы две:

• Обеспечение электропитанием установленных компонентов (с оговорками, о которых позже).
• Обеспечение связи между компонентами ПК для их успешного функционирования и взаимодействия.

Упрощая, можно сказать, что материнской плате надо накормить/напоить «детей» (установленные компоненты – CPU, модули памяти, видеокарту и т. п.) и отправить их играться самих по себе и всех вместе под собственным внимательным присмотром.

Конечно же, есть и другие функции. Например, материнская плата предоставляет физическое место для установки устройств и их надежную фиксацию. Или не их самих, но хотя бы кабелей, связывающих какой-то девайс с материнкой.

Материнские платы различаются по размеру в зависимости от разнообразия задач, которые требуется выполнять, и соответствующего набора и номенклатуры компонентов, которые могут/должны быть использованы. Обычно говорят, что они имеют такой-то форм-фактор. Наиболее распространенными являются:

• Mini-ITX – размер 170х170 мм.
• MicroATX (mATX, uATX, µATX) – размер 244×244 мм.
• ATX (Advanced Technology Extented) – размер 305х244 мм. Для крепления к корпусу имеют 8-9 отверстий.
• E‑ATX (Extented) – увеличенный вариант «просто» ATX размером 305х330 мм.

Есть и другие форм-факторы, например, Mini-STX, серверные платы и т. п.. Это специфические продукты, и в домашнем или офисном компьютере используются редко. Также не рассматриваю материнские платы для ноутбуков. Классификации они не поддаются и могут иметь самые замысловатые формы и размеры, ибо изготавливаются под конкретную модель переносного ПК.

Размеры накладывают ограничения на функционал. Чем меньше плата, тем сложнее разместить на ней большое количество разъемов и прочих компонентов. Сегодня за основу возьму наиболее ходовой форм-фактор, ATX. Он позволяет разместить почти все, что необходимо.

Для примера буду рассматривать популярную и весьма удачную модель Gigabyte Z390 Aorus Pro. Если чего-то на ней нет, то примеры будут взяты от других материнок, о чем упомяну.

Питание материнской платы

Начну я все же не с разъемов, чипов и проч., а с системы питания. Ибо без электричества материнская плата, как и подключенные к ней остальные комплектующие, просто красивые куски текстолита со множеством блестящих, и не очень, штучек, установленных на них. А вот с электричеством…

Обеспечивает его блок питания (БП), от которого через 24-контактный разъем подаются основные напряжения – это ±12 В, +5 В, +3.3 В. Такой разъем есть на всех материнских платах для настольных ПК. Это не все требуемые напряжения, но о них будет рассказано ниже, в соответствующем разделе, посвященном питанию процессора.

На иллюстрации приведена распиновка разъема. Провода имеют разный цвет, и по ним можно определить, какое напряжение/сигнал они передают.

Материнская плата от этого разъема передает необходимые напряжения на все разъемы и компоненты, но тут есть одна проблема. В первую очередь она связана с питанием дискретных видеокарт, особенно мощных. Дело в том, что через разъем PCI-Express можно обеспечить потребителя мощностью примерно до 75 Вт. Мощность же в 200-300 Вт для видеокарт – обычное дело. С такой нагрузкой материнская плата справиться уже не может.

Приходится звать на помощь БП, который через специальный разъем запитывает видеокарту. Или несколько, если используется более одного графического адаптера в режиме SLI/CrossFire. К сожалению, это не единственный на данный момент случай, когда требуется внешнее питание компьютерного компонента.

Следует добавить, что на современных материнских платах иногда можно встретить еще один разъем питания, чаще всего 6-пиновый. Располагается он чаще всего у нижней грани и предназначен для помощи в питании именно разъемов PCIe. Например, модель MSI MEG Z590 Godlike имеет такой коннектор.

Процессорный сокет

Собственно, процессор – та самая «печка» (в прямом и переносном смысле), от которой часто и начинается сборка и конфигурирование будущего компьютера. С точки зрения анатомия материнской платы его можно назвать сердцем всей системы. У него множество характеристик, но сегодня нас интересует одна – сокет. По сути, это разъем, используемый для установки его в материнскую плату.

Если говорить о современных ПК, то для процессоров Intel используется два сокета, мэйнстримовский 1151v2 и 2066 для построения высокопроизводительных игровых систем и рабочих станций. Наиболее актуальными для CPU AMD являются AM4 для последнего поколения процессоров Ryzen и TRX4 для мощных Ryzen Threadripper.

До сих пор используются и более старые сокеты, 1151 первой версии для процессоров Intel Core 6-го или 7-го поколений, 1155 для еще более старых CPU, AM3+ для процессоров AMD и ряд других. Различаются они только размерами, количеством контактов.

Металлическая скоба фиксирует процессор в сокете, обеспечивая надежный контакт. Следует быть аккуратным и не трогать эти контакты. Повредить их просто, а восстановить может оказаться очень сложно.

Собственно, это все, что необходимо знать. Этот сокет служит только для установки процессора.

Система питания процессора/памяти

И здесь уместно вновь вернуться к вопросу питания. Раньше мы уже говорили про 24-контактный разъем, от которого подаются требуемые напряжения на многие компоненты компьютера. Опять-таки, с точки зрения анатомия материнской платы напрашивается аналогия с кровеносной системой. Также ранее мы уже видели, что для мощных видеокарт необходимо внешнее питание из-за большой потребляемой мощности.

Похожая история и с процессором, с той лишь разницей, что БП просто не имеет необходимого напряжения. Когда речь заходит о мощных многоядерных «камнях», то без дополнительного питания не обойтись. Поэтому, вновь на помощь приходит БП, имеющий соответствующие шлейфы.

Соответственно, на материнской плате находятся разъемы, которые обычно располагаются рядом с процессором для уменьшения длины дорожек, идущих от разъема до CPU. Как правило, используется как минимум один 4-х или 8-контактный разъем. Чаще встречаются два таких разъема – один 8-контактный, а второй имеет либо 4, либо 8 контактов.

Фазы питания CPU

Но важно не только наличие дополнительных разъемов питания. Важно и количество фаз питания, и их конфигурация. В первую очередь на это надо обращать внимание при использовании мощных CPU и их разгоне. По сути, правило «чем больше фаз, тем лучше» вполне себя оправдывает.

О фазах питания более подробно написано в другом моем материале. Сейчас кратко о тех компонентах, которые располагаются вокруг процессорного сокета. Они закрыты двухсекционным радиатором с тепловой трубкой, но если его снять, то увидим такую картину.

Плата Gigabyte Z390 Aorus Pro имеет 13 фаз питания процессора. Если посчитать все элементы (конденсаторы, дроссели и мосфеты), то их будет ровно по 13. Для процессора используются 12 элементов Vishay SiC634 с максимальным током в 50 А каждый. Для питания встроенного видеоядра — один Vishay SiC632.

Управляется это 7-канальным ШИМ-контроллером Intersil ISL69138. Он виден на фото в левом верхнем углу, помеченный розовой точкой. Как же получаются итоговые 13 фаз? Для этого применяются удвоители ISL6617A, которые распаяны на обратной стороне платы. В итоге, 6 фаз на CPU удваиваются, и получаем 12. Подробности работы удвоителей и вообще фаз питания смотрите по ссылке выше.

Это хозяйство, мосфеты в первую очередь, необходимо охлаждать. Чем мощнее CPU, чем выше разгон, тем более внимательно надо следить за температурой этих элементов. Для этого устанавливается специальный радиатор. В экстремальных ситуациях не лишим будет дополнительный обдув этой зоны.

Околосокетное пространство

В данном случае речь именно о пространстве. При взгляде на любую материнскую плату в непосредственной близости от процессорного сокета видим незанятое место. Если там и расположены какие-либо элементы, то необходимо, чтобы они имели как можно меньшую высоту.

Нужно это для того, чтобы ничто не мешало установке процессорного кулера. А ведь он может быть весьма внушительных размеров, когда речь заходит об охлаждении мощных CPU. На плате есть четыре монтажных отверстия.

Т. к. процессорный кулер, порой, громоздок и тяжел, обычно на обратной стороне платы располагается увеличивающая механическую прочность металлическая пластина. Она не позволяет под весом кулера деформироваться плате в районе сокета. Иногда данная пластина бывает большой, выполняя заодно роль дополнительного элемента системы охлаждения.

Слоты памяти

Куда уж без памяти. И опять-таки, следовать правилу «памяти много не бывает» мешают только ограничения платы, собственные финансовые возможности, количество слотов и… околосокетное пространство.

Почему? Если планируется разгон процессора, то скорее всего будет установлен массивный кулер, который справится с высокой нагрузкой. При этом память вряд ли будет бюджетная. Она должна быть способна работать на повышенных частотах, а, соответственно, тоже будет оборудована радиатором, увеличивающим высоту модулей DRAM.

В итоге нередко встречается ситуация, что размеры процессорного кулера не позволяют установить определенные модули памяти в один или даже два разъема. Даже если все же получится поставить модули DRAM, а сверху над ними будет нависать радиатор процессорного охладителя, то на работоспособность это не повлияет, но вот неудобств добавит, если понадобится заменить планку памяти другой.

Если теплорассеиватели памяти снабжены подсветкой, а они частично будут закрыты вентилятором/радиатором массивного охладителя для CPU, эстеты вряд ли этому обрадуются. Избежать проблем поможет система жидкостного охлаждения.

Количество сокетов памяти зависит от процессора, т. к. контроллер памяти находится в нем. В большинстве случаев имеется двухканальный контроллер, с возможностью установки до двух модулей DRAM на каждый канал. Итого – четыре слота. В более дорогих системах слотов может быть до 8 штук, и каналов, соответственно, тоже больше.

Установка модулей DRAM

Рассматриваемая в качестве примера материнка не имеет цветовой дифференциации разъемов оперативной памяти. Просто рядом со слотами есть надписи «DDR4-B1», «DDR4-B2», «DDR4-A1», «DDR4-A1». Что это такое? Это как раз и есть маркировка каналов памяти. Рекомендуется использовать по два одинаковых модуля DRAM в параллельном режиме. Это подразумевает, что один модуль подключается к разъему первого канала памяти, второй – к разъему второго канала памяти. Если есть еще пара модулей, то они ставятся аналогично. Параллельный режим позволяет задействовать сразу два контроллера памяти и несколько увеличить быстродействие.

В случае с подопытной платой, если, например, есть два модуля по 8 ГБ, то их лучше поставить в разъемы, промаркированные как «DDR4-B1» и «DDR4-A1». Это первый и третий, если смотреть со стороны процессора. Или установить в другую пару разъемов, что сути дела не меняет. В любом варианте один модуль будет работать с первым каналом памяти, второй – со вторым.

Разводка шины DRAM

Следует пару слов сказать о том, как процессор связывается с оперативной памятью. Да, есть n-е количество слотов, кучка проводников на плате, идущие к ним, ну и что тут может быть интересного? Кое-что есть.

Все сказанное далее никак не относится к материнским платам, у которых по одному разъему для модулей памяти на канал (Gigabyte Z590 AORUS TACHYON, Asus ROG CROSSHAIR VIII IMPACT, MSI MEG Z590 UNIFY-X и подобные). Речь только о моделях с двумя модулями RAM на каждый канал.

Итак, существуют два способа развести шину DRAM на материнской плате:

• T-топология. Длина проводников до обоих модулей одинаковая, но несколько большая, нежели при иной топологии. Этот вариант хорошо подходит для установки модулей памяти во все слоты, т. е. четырех штук. Разгон, если это позволяет чипсет, также будет лучше при наличии четырех модулей, а вот с двумя рекордов достигнуть вряд ли удастся.
• Daisy Chain. По сути, это последовательное подключение слотов RAM. В отличии от предыдущей топологии, тут обратная ситуация. Разгон лучше, если установлены два модуля, и чуть хуже, если четыре, да и в общем случае длина проводников меньше.

Получается, что для установки четырех модулей предпочтительнее платы с T-топологией, а для двух модулей, да еще с перспективой разгона — Daisy Chain. Осталось только узнать, какой именно вариант используется в той или иной модели платы, и сделать выбор.

И вот тут нас ждет разочарование. В спецификациях эта информация не указывается, да и в красочных описаниях на материнскую плату специфика разводки шины DRAM расписана далеко не всегда. Например, у Gigabyte Z590 GAMING X явно указано, что «Daisy Chain», а вот у Z590 AORUS XTREME того же производителя на этот счет молчок.

Считается, что на топологию «Daisy Chain» косвенно указывает рекомендация производителя в случае использования только двух модулей памяти устанавливать их во второй и четвертый слоты.

Насколько полезно знание о топологии разведения шины DRAM? Для обычного пользователя мало. Разве что вам требуется большой объем памяти, планируется установка четырех модулей, а интересующая модель материнской платы имеет T-топологию, то звезды сошлись в лучшем виде. В теории, стабильность работы будет лучше, частот при разгоне можно достичь больших.

Если же модулей будет скорее всего два, и вы не прочь выжать из них максимум, то чуть лучше себя проявит Daisy Chain.

Если же неизвестно, сколько в итоге будет модулей DRAM, а разгон не интересует совсем, то все эти топологии вам вряд ли будут интересны.

Система питания DRAM

Оперативную память, как и любое другое устройство, надо обеспечивать электричеством, и на материнской плате также присутствуют цепи питания DRAM. Если посмотреть на спецификации модулей памяти, то можно увидеть, что рабочее напряжение у них обычно 1.2 В. Штатный блок питания такого напряжения не предоставляет. Значит, опять его надо сформировать самостоятельно по аналогии с питанием процессора, с той лишь разницей, что большое количество фаз не требуется и часто обходятся одной, редко – двумя.

Возле сокетов для модулей ОЗУ на рассматриваемой в качестве примера плате можно найти несколько чипов Richtek RT8120, которые являются однофазными ШИМ-контроллерами. Они используются для питания памяти, а также сигналов VCCSA и VCCIO. Большой нагрузки тут нет, параллелить незачем, да и греться тоже нечему, поэтому дополнительные средства охлаждения в данном случае не используются.

На других моделях материнок могут быть иные компоненты разных производителей, но суть от этого не меняется.

Чипсет

Это еще один весьма важный компонент материнской платы. Обычно каждый производитель CPU предлагает несколько моделей чипсетов, предоставляющих свой набор возможностей. Так, младшие модификации не имеют функции разгона процессора по множителю, имеют меньшее количество линий PCI- E интерфейса и прочие ограничения.

Топовые модификации предоставляют максимальный функционал. Правильный выбор чипсета не менее важен, чем выбор процессора.

Порой чипсет называют еще набором системной логики. Почему «набор», если микросхема, по сути, одна? Те, кто еще лет 10 назад держал в руках материнскую плату, помнят, что в те былинные времена использовались две микросхемы, которые назывались незатейливо – «северный мост» (Northbridge — NB) и «южный мост» (Southbridge — SB). И это действительно было набором.

Северный мост отвечал за общение процессора с памятью, а также за обмен с видеокартой. Южный мост обеспечивал работу накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и т. п. Ныне функции северного моста переданы процессору, и надобность в дополнительном чипе отпала. В наборе остался только южный мост, коим, по сути, и является чипсет.

Если проводить аналогии с анатомией человека, то ранее мы рассматривали голову, мозг, его кровоснабжение (систему питания) и т. п. Сейчас же добрались до позвоночника. До этакого каркаса, который обеспечивает управление большинством устройств, составляющих компьютерную систему.

Именно на чипсет возложены функции работы с накопителями, подключаемыми по интерфейсам SATA или PCI-E, с USB портами, обеспечение функционирования аудио чипа, сетевого контроллера и т. п. Несколько особняком стоит задача перераспределения линий PCI-Express.

Что такое линии PCI-Express

Что это такое? Более подробно читайте тут, а если кратко, то этот интерфейс предоставляет n-ое количество интерфейсных линий. Каждая из них обеспечивает известную пропускную способность. На данный момент наиболее используемой является 3-я версия PCI-E, имеющая скорость в 8 ГТ/с на каждую линию. Новейшие на данный момент чипсеты AMD X570 и TRX40 поддерживают более скоростную, 4-ю версию этого интерфейса с пропускной способностью каждой линии в 16 ГТ/с.

Количество имеющихся в распоряжении чипсета линий PCI-E разнится в зависимости от модификации этого чипа. Так, самый младший на настоящий момент Intel H310 имеет всего 6 линий, причем уже устаревшей 2-й версии интерфейса, а топовые Z390 и Q370 располагают 24-мя линиями.

Задача системного чипа состоит в распределении их между имеющимися устройствами. Сразу скажем, что вполне реальна ситуация, когда линий может и не хватить. Если возвращаться к рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro, то использующийся чипсет предоставляет 24 линии PCI-E. О распределении их мы поговорим чуть позже.

Возможности разгона

Еще одна важная функция чипсета – возможность разгона процессора по множителю. Не все модификации системной логики позволяют это. По сути, у Intel это только Z390 имеет такую способность. Уже неактуальный Z370 и редко встречающийся Q370 в расчет не берем.

AMD более лояльна к пользователям. Гнать CPU по множителю можно не только на топовом X570. Тем не менее, не следует забывать об этом, и если оверклокинг входит в сферу интересов, то выбор существенно ограничивается.

Чипсеты требуют охлаждения, и как минимум, они закрыты радиаторами. В случае с AMD X570 этот чип работает с шиной нового поколения, позволяет подключать большее количество устройств и из-за этого греется весьма прилично. Неудивительно, что пассивного охлаждения оказалось мало и добавлен специальный небольшой вентилятор.

PCI разъемы

В большинстве случаев используется как минимум одна дискретная видеокарта, т. к. встроенное видеоядро для игр не годится. Значит, материнская плата должна иметь разъем для дополнительного графического адаптера и обеспечить его функционирование. Нередко видеокарт может быть 2 и даже больше.

Но не только видеокартами ограничивается список устройств, которые используются в компьютере. Внешняя звуковая карта, адаптер для SSD M.2 накопителей, RAID-контроллер и т. п. – все они устанавливаются в разъемы PCI-E и забирают себе часть имеющихся ресурсов.

В зависимости от типа устройств, используются разные по физическому размеру разъемы PCI-E. Всего существует 3 типоразмера таких разъемов. Два из них, самый большой и самый маленький, представлены на плате, которая служит нам сегодня в качестве образца.

Возможность использования нескольких плат расширения зависит не только от наличия нужного количества разъемов, но и от чипсета. А если точнее – то от количества линий интерфейса PCI-E и возможности их перераспределения между устройствами.

Для видеокарт и прочих устройств, которым требуется 4 (и более) линии PCI-E применяется самый большой разъем, чаще всего его обозначают как PCI-E x16. В данном случае «x16» показывает количество линий интерфейса. Это максимальное их количество, но не обязательное, и это надо помнить.

Распределение линий PCI-Express

Давайте рассмотрим нашу плату. Хорошо видно, что есть три разъема PCI-E x16. Значит ли это, что все они имеют по 16 линий? Теоретически, они МОГУТ иметь столько линий, но НЕ ОБЯЗАНЫ. Если обратиться к спецификациям на плату, то мы видим, что первый разъем действительно имеет 16 линий PCI-E, которыми ее обеспечивает процессор.

Второй разъем при тех же физических размерах может использовать только 8 интерфейсных линий, а третий – 4. Причем, линии к первым двум разъемам PCI-E x16 поступают от процессора, а к остальным – от чипсета. И этот последний как раз играет тут важную роль.

Если установлена только одна видеокарта в первый PCI-E разъем, то все просто, 16 интерфейсных линий подаются от CPU. Если же установить во второй разъем еще одну видеокарту, то ситуация изменится. 16 процессорных линий поделятся пополам между разъемами, и эту диспетчеризацию выполняет чипсет.

Кстати, то же самое произойдет, если во второй разъем будет установлена любая другая карта расширения. Видеокарта в первом разъеме будет переведена в режим x8. Еще 8 процессорных линий чипсет отдаст второму разъему. Будет ли использовать все предоставленные ресурсы установленная в него плата расширения или нет – не важно, разделение линий пополам все равно произойдет.

Напомню, что в данном случае я рассмотрел пример реализации конкретной модели материнской платы. Распределение интерфейса может варьироваться в зависимости от модели чипсета и даже поколения процессора, что в большей степени актуально для CPU AMD.

Сам же чипсет имеет n-ое количество собственных линий PCI-E, и распоряжается он ими сам. Вернемся к нашей Gigabyte Z390 Aorus Pro. Третий PCIe x16, который располагает 4-ми линиями, и все «маленькие» PCIe x1 (по одной линии PCI-E каждый) подключены к чипсету. Итого, из имеющихся у Z390 24 линий 7 (4+1+1+1) уже заняты. Куда девать остальные – об этом чуть ниже, а сейчас закончим с разъемами PCI-E.

На нашей плате можно заметить, что два из трех разъемов заключены в металлический каркас. Чаще всего его используют там, куда ставится видеокарта. Нужна эта «броня», во-первых, для усиления механической прочности разъема, т. к. мощные видеокарты с громоздкой системой охлаждения могут весить очень прилично. Во-вторых, считается, что металлическая оболочка позволяет снизить влияние помех и улучшить прохождение сигналов.

Сложно сказать, насколько все это справедливо, но если производители так считают – то тут все равно ничего не сделаешь. Зато имеем косвенный признак, сколько видеокарт можно использовать с данной материнской платой.

Разъемы M.2

Практически все современные материнские платы имеют как минимум один разъем M.2 для установки SSD накопителей соответствующего форм-фактора. На рассматриваемой сегодня Gigabyte Z390 Aorus Pro таких разъемов два, но может быть их три, и даже больше в некоторых топовых моделях, использующих специальную переходную плату.

Располагаться разъемы M.2 могут в разных частях, это зависит только от фантазии производителя. Бывает, что один из разъемов размещается на обратной стороне платы. У некоторых моделей материнок ASUS такой разъем расположен вертикально, что позволяет выиграть место за счет перпендикулярного по отношению к плоскости платы расположению накопителя. Насколько этот вариант удобен в пользовании – вопрос спорный.

О том, какой/какие интерфейсы поддерживаются каждым из разъемов, надо смотреть в спецификациях на материнскую плату. Разъемы могут быть универсальными, т. е. позволяют установить как SATA, так и PCIe накопители. Либо может использоваться только один интерфейс.

Также в описании на конкретную модель материнской платы указано, твердотельники какого размера получится установить. В модели, взятой для примера, в первом разъеме можно использовать любые SSD M.2 с размером от 2242 до 22110. Во втором – только до 2280. О том, чем отличаются накопители M.2 и что они из себя представляют, читайте в этом моем материале.

Вновь про линии PCI-E

Еще один важный момент – охлаждение накопителей в этих разъемах. Большинство материнских плат среднего и более высокого уровня уже имеют штатные радиаторы, и как показывают тестирования накопителей M.2, особенно с интерфейсом PCIe, нагрев – проблема, с которой приходится бороться.

Вернемся немного к линиям интерфейса PCI-E. Выше мы уже видели, что 7 линий были задействованы для разъемов PCI-E. В данном случае, если в нашу плату мы установим два накопителя PCIe x4, то нам потребуется еще 8 линий интерфейса, и таким образом, из имеющихся 24 15 уже будут заняты.

На этот момент тоже следует обращать внимание, на количество дополнительного оборудования, которое планируется использовать. Может оказаться, что вам не хватит ресурсов для подключения всего. Например, чипсет Intel B360 имеет всего 12 линий PCI-E 3.0.

Следует также упомянуть, что разъем M.2 используется не только для накопителей. Многие материнские платы снабжены беспроводным адаптером, или предусматривают возможность его установки. Для этого на плату ставят еще один M.2, который имеет ключ E и предназначен только для таких устройств. В данном случае плата поддержки модуля Wi-fi не имеет.

Разъемы для накопителей

Строго говоря, в предыдущем разделе тоже было рассказано о разъемах для накопителей. Сейчас же речь про более традиционные SATA и гораздо менее известные U.2.

Хотя скорость SSD, особенно с интерфейсом PCI-E, впечатляет и радует, сравнение их цен с традиционными жесткими дисками несколько расстраивает. Старые добрые HDD медленные, шумные, но пока что имеют как минимум одно преимущество – емкость. Если точнее, то стоимость единицы емкости. За цену среднестатистического SSD емкостью 1 ТБ можно легко приобрести 4-терабайтный «винчестер».

Для подключения таких накопителей нужен используемый уже не одно десятилетие интерфейс SATA и соответствующий разъем. В настоящее время этот интерфейс имеет 3-ю версию, и служит для подключения как традиционных HDD, так и SSD форм-фактора 2.5 дюйма. Скорость их работы будет ограничена пропускной способностью интерфейса, но далеко не всегда необходимо быстродействие шины PCI-E. А вот для хранения всякой всячины SATA устройства подходят более чем.

В подавляющем большинстве случаев материнские платы имеют как минимум 4, а чаще всего 6, и даже более таких разъемов. Расположение их на плате, ориентация в пространстве (параллельно плоскости платы и перпендикулярно) – это зависит от производителя материнки.

Взаимозависимости разъемов

Здесь вновь следует сказать несколько слов про распределение интерфейсов В данном случае не PCI-E, а SATA. Чипсет позволяет подключить до 6 устройств SATA, но у нас есть возможность установки двух SSD M.2 с таким интерфейсом. Значит ли это, что мы можем в итоге получить 8 накопителей SATA?

Нет, не можем. В мануале на нашу плату написано, что если в первый разъем M.2 установить SSD SATA, то чипсет отключит порт SATA3-2. Если же SSD M.2 SATA будет установлен во второй разъем, от отключатся порты SATA3-4 и SATA3-5. Т. е. в любом случае можно использовать максимум 6 SATA устройств.

Некоторые материнские платы имеют разъем U.2, который пригоден для подключения соответствующих накопителей. Например, у Asus Pro WS X570-ACE такой разъем есть. Устройства для U.2 широкого распространения не имеют, но тем не менее, иногда встречается их поддержка.

Вспомогательные чипы

Чипсет может многое, но не все. Ему требуется помощь других чипов, которые занимаются узкоспециализированными задачами. С рядом таких чипов давайте кратко познакомимся.

Контроллер Ethernet

Сложно сейчас представить компьютер, который не подключен к сети. Хотя все большее распространение получает Wi-fi, старый добрый «кабель» пока чувствует себя уверенно. Мало того, он может предложить скорости, пока что не достижимые для беспроводных альтернатив.

В рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro есть один гигабитный интерфейс на хорошо зарекомендовавшем себя чипе Intel i219-V. Кстати, металлический округлый элемент слева от него – это кварцевый резонатор.

В ряде моделей может использоваться несколько сетевых интерфейсов, в том числе с пропускной способностью до 10 Гб/с. Для каждого из них имеется свой собственный контроллер.

Контроллер SATA

Про порты SATA мы уже говорили, за их работу отвечает чипсет. Какой еще может быть контроллер? Дело в том, что, например, плата ASRock Z390 Extreme4, имеет 8 разъемов SATA. Понятно, что возможностей чипсета не хватит. Поэтому на помощь приходят микросхемы сторонних производителей.

Как правило, используется чип компании ASMedia ASM1061. Этот контроллер позволяет получить два дополнительных порта SATA. Интересно, что плата ASRock X570 Creator имеет аж два таких чипа, хотя всего разъемов SATA здесь 8. Используемый чипсет AMD X570 вполне мог бы справиться с ними самостоятельно. Видимо, такое решение принято для того, чтобы частично разгрузить чипсет, т. к. ему и так есть чем заняться. Заодно получится несколько снизить нагрев этого и так горячего «камушка».

Аудиоконтроллер

Наверное, сейчас нет ни одной материнской платы (за исключением, возможно, серверных), не оснащенной встроенной звуковой картой. Обсуждение качества их звучания не входит в сферу сегодняшнего разговора.

В зависимости от иерархии материнки могут использоваться бюджетные аудиоконтроллеры, либо более «продвинутые», да еще дополнительно снабженные дополнительным усилителем наушников, ЦАП и т. п.

Обычно аудиотракт производители стараются изолировать от остальной части материнской платы для снижения помех, наводок, искажений. Найти все это хозяйство обычно не трудно. В большинстве случаев аудиоконтроллер и вспомогательные элементы расположены в левом нижнем углу платы. Часто выделяется звуковая карта и наличием нескольких блестящих высококачественных конденсаторов, а также подсветкой.

Мультиплексоры шины PCI-E

Выше мы говорили про деление 16 процессорных линий PCI-E поровну между двумя разъемами в случае использования двух видеокарт. Упоминали, что управляет этим действием чипсет. А собственно «перебросом» линий с одного разъема на другой занимаются микросхемы-мультиплексоры. В данном случае, на рассматриваемой плате это чипы ASM1480 производства ASMedia.

Они хорошо видны на фото, располагаются под первым разъемом PCI-E x16. В других моделях материнских плат могут применяться микросхемы других производителей, но принцип работы остается тем же.

Мониторинг и управление вентиляторами

На плате есть специальный чип, который выполняет контроль за состоянием материнки, мониторит температурный режим и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В Gigabyte Z390 Aorus Pro используется чип iTE IT8688E, дополненный контроллером IT8795. Он позволяет подключать восемь устройств охлаждения. Два из них могут иметь потребляемый ток до 2 А каждый, что в результате дает возможность использовать системы жидкостного охлаждения.

Чипы других производителей можно встретить в материнских платах иных брендов, но выполняемые функции аналогичны.

Управление подсветкой

Без лампочек сейчас не жизнь, а иллюминацией также должен кто-то управлять. Грузить этой задачей процессор или чипсет не вполне логично. Зато эту работу отлично выполняют специализированные контроллеры. В нашем случае это микросхема ITE IT8297FN.

BIOS

Компания Gigabyte традиционно применяет функцию DualBIOS. Она заключается в использовании двух микросхем емкостью по 128 Мб для хранения текущей конфигурации и резервной. Расположены эти два чипа в нижнем правом углу.

Материнские платы других производителей могут обходиться одной микросхемой, выпускаться она может разными фирмами.

USB

Чипсет имеет широкие возможности по поддержке самых разнообразных версий USB. Тем не менее, чтобы разгрузить Z390, применяются сторонние контроллеры, концентраторы. К последним относится чип GL850S, который обеспечивает работу 4-х портов USB 2.0 на задней панели.

HDMI

Поддержку протокола HDMI 1.4b осуществляет микросхема обработки графики PTN3360DBS производства NXP. На других платах могут стоять иные чипы. Выводов на монитор может вообще не быть, если не предусмотрена поддержка процессоров со встроенным видеоядром.

Дополнительные разъемы и коннекторы

Не только слотами памяти и процессора, чипсетом, разъемами PCI-E и M.2 богата плата материнская. Она может иметь ряд других разъемов, включая те, что выведены на заднюю панель для подключения самой разнообразной периферии.

Количество и номенклатура этих разъемов довольно широко варьируется у разных моделей материнок. Останавливаться на них смысла особого нет, а вот о тех коннекторах, которыми усыпана сама плата, немного поговорим.

Разъемы для вентиляторов/помп СЖО

Система охлаждения – важная составляющая любого компьютера, и от качества ее работы зависит общее быстродействие системы. В любом ПК есть как минимум один (вентилятор блока питания не в счет) вентилятор – процессорный. Как правило, есть еще несколько коннекторов для подключения корпусных вентиляторов. В данном случае Gigabyte Z390 Aorus Pro позволяет подключить до 8 охладителей.

Возле процессорного сокета находятся два разъема. Один — для вентилятора обычного воздушного кулера CPU. Второй – для помпы водяной системы охлаждения. В левом верхнем углу находится еще один для корпусного вентилятора. на нижней грани есть еще три.

Справа есть еще два разъема, позволяющие подключить системы охлаждения с высокой нагрузкой (ток до 2 А), предназначенные для «водянки».

Разные модели материнских плат имеют разное количество таких коннекторов. Располагаться они могут в разных местах. О их наличии и возможности подключения того или иного вентилятора/помпы следует узнавать из мануала.

Разъемы для светодиодных RGB-лент

Рассматривая для примера плата позволяет подключить по две адресуемые и не адресуемые ленты, для чего имеются соответствующие разъемы. Два располагаются в правом верхнем углу, еще два – на нижней грани.

В других моделях системных плат их расположение и количество может варьироваться. Все подробности – в мануале не плату.

USB

На задней панели есть не все разъемы USB. На плате располагается еще несколько коннекторов.

В данном случае на материнке есть один коннектор для порта USB 3.1 Gen2 Type-C, два коннектора для USB 2.0 на нижней грани платы и один для подключения двух USB 3.1 Gen1 на опциональной фронтальной панели.

Другие разъемы

Помимо перечисленного, на плате есть также разъемы для подключения термодатчиков, аудиокабеля и колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса. Их расположение и порядок подключения описан в мануале на материнскую плату.

Помимо прочего, на дорогих моделях, особенно ориентированных на оверклокеров, могут иметься переключатели режимов настройки системы, кнопки включения и перезагрузки, сброса настроек BIOS к заводским, индикатор POST-кодов и т. п.

Заключение. Сложная анатомия материнской платы

Учитывая, сколько всего понапихано на материнскую плату, совсем не удивляет то, что это едва ли не самый крупный (за исключением корпуса и монитора) компонент компьютера. Круг выполняемых задач у этого компонента любого ПК весьма широк. Это не только обеспечение других частей компьютера питанием и средствами коммуникации между собой. Это еще и механическое крепление процессора, памяти, разнообразных плат, кабелей.

Добавим сюда еще и представительские функции. Корпусов с прозрачной боковиной много, и сейчас модно выставлять внутренности напоказ. Посему желательно, чтобы материнская плата имела интересный дизайн и подсветку.

В результате получается, что это очень непростой компонент, и не самый дешевый в системе. Утверждение, что это самый важный элемент, является спорным. Процессор не менее важен, память – тоже, а разве нельзя того же сказать про блок питания, процессорный кулер? И все же многофункциональность и «широта взглядов» материнской платы вызывает уважение.

Производители предлагают нам большое количество моделей, ориентированные на выполнение разных задач, выполненные на разный эстетический вкус и кошелек. Дело остается за малым – из всего обилия предложений просто выбрать ту единственную, которая максимально полно удовлетворит запросы. А сделать это, порой, весьма непросто.

Хороших и правильных покупок!

Если вы решили собрать компьютер из комплектующих самостоятельно, но вас пугает этот  процесс из-за возможных ошибок или случайных поломок по неопытности, то не нужно волноваться, на самом деле это не сложнее конструктора LEGO — главное, знать нюансы.  Статья поможет пройти все этапы, учесть все подводные камни и прочие грабли.

Рекомендуемый порядок сборки

1. Устанавливаем БП и прокладываем провода.
2. Устанавливаем накопитель SSD M.2, процессор, крепежные элементы для системы охлаждения.
3. Устанавливаем планки оперативной памяти.
4. Устанавливаем материнскую плату в корпус.
5. Подключаем провода питания материнской платы и процессора.
6. Устанавливаем и подключаем корпусные вентиляторы.
7. Устанавливаем систему охлаждения на процессор.
8. Устанавливаем и подключаем жёсткие диски.
9. Подключение RGB-ARGB подсветки.
10. Устанавливаем и подключаем видеокарту.
11. Подключаем переднюю панель корпуса.

Это только рекомендации, процесс сборки в каждом случае уникален. Он зависит от выбранных компонентов, размера корпуса, форм фактора материнской платы и габаритов системы охлаждения.

Если у вас большой корпус, то монтаж можно сразу начать с установки материнской платы
в корпус, но перед этим обязательно установить крепежные элементы для системы охлаждения. Так как не в каждом корпусе можно свободно заменить крепежную пластину системы охлаждения с обратной стороны. Если корпус маленький, лучше придерживаться рекомендаций и установить большую часть компонентов до монтажа материнской платы
в корпус.

Устанавливаем БП и прокладываем провода

В современных корпусах чаще всего отсек для блока питания располагается снизу. 

В таком случае устанавливаем блок питания вентилятором вниз, не забываем прикрутить. Если блок питания модульный, лучше заранее подключить все необходимые провода перед его установкой. Именно необходимые, а не все, что есть в комплекте.

Обычно это кабель питания материнской платы, процессора, один кабель для питания жестких дисков и один кабель питания видеокарты (зависит от видеокарты и ее энергопотребления, об этом будет далее чуть подробнее). 

До установки материнской платы в корпус, желательно определить места вывода питающих проводов из-за поддона и продеть в соответствующее отверстие.

Лучший способ сделать это, так сказать, примерить плату не прикручивая.

Устанавливаем процессор

Начать сборку компьютера лучше всего с установки процессора в сокет материнской платы. Работа несложная, но требует внимания и аккуратности. В зависимости от производителя — AMD или INTEL — будет меняться расположение контактов на процессоре и материнской плате. У процессоров AMD выступающие контакты расположены на подложке процессора, в то время как у Intel контакты находятся непосредственно в сокете материнской платы.

Установка SSD M.2 накопителя

Следующий этап — это установка SSD M.2 накопителя, если таковой имеется. Устанавливается он в специальный разъем на материнской плате. Для установки используется специальная стойка с винтом, иногда она уже вкручена в материнскую плату иногда лежит в пакетике с комплектующими от материнской платы. 

Бывают случи, когда винт настолько туго закручен, что выкручивается вместе со стойкой — тут без плоскогубцев уже не обойтись. В материнской плате для установки стойки есть несколько мест, а более дорогие модели материнских плат оснащены радиатором для M.2-диска. Установка стойки зависит от типоразмера вашего диска M.2. 

Откручиваем винт, вставляем накопитель в разъем и закручиваем винт обратно. Главное не переусердствовать, накопитель просто должен держаться и не болтаться.

Установка оперативной памяти 

Перед установкой оперативной памяти лучше лишний раз глянуть в инструкцию к материнской плате. Не устанавливайте оперативную память абы как.

Большинство современных процессоров AMD и Intel поддерживают двухканальный режим работы оперативной памяти. Чтобы его задействовать, необходимо установить оперативную память в правильные разъемы. 

Обычно при наличии двух модулей памяти их устанавливают во 2 и 4 разъемы от процессора справа. 

В разъеме для оперативной памяти имеется специальная перемычка, которую нужно совместить с ключом в слоте памяти.

Планки памяти фиксируются в слотах при помощи специальных защелок. В некоторых материнских платах защелка может быть только с верхней стороны слота. Сделано это для того, чтобы при замене планки памяти не пришлось снимать видеокарту. В таком случае начать устанавливать память лучше снизу, где нет фиксатора.

Установить оперативную память неправильно достаточно сложно, и вряд ли это получится
без применения физической силы.

Установка материнской платы в корпус

Первым делом устанавливаем комплектную заглушку от материнской платы, она крепится
в вырезе на тыльной стороне корпуса, главное не ошибиться с расположением разъемов. 

В материнских платах верхней ценовой категории данная заглушка является частью самой платы, что несколько упрощает процесс монтажа.

Для крепления материнской платы в корпусе есть специальные стойки, а в самой плате отверстия, с помощью которых она надежно фиксируется в корпус.

В зависимости от размера материнской платы (форм-фактора) расположение стоек может меняться. В некоторых корпусах стойки вовсе могут быть не вкручены, но они обязательно должны быть в комплекте поставки вместе с корпусом. Вам нужно вкрутить недостающие стойки, которые требуются для установки материнской платы, и убрать неиспользуемые.

Сам монтаж лучше проводить положив корпус горизонтально.

Подключение кабелей к материнской плате

Подключением кабелей питания лучше заняться до установки системы охлаждения, т. к.
если используются крупные кулеры, процесс подключение кабеля питания CPU сильно усложнится. Обычно это один 4 или 8 Pin разъем, но бывают материнские платы, где есть сразу два разъема 8 и 4 Pin или даже 8 и 8.

Разъем питания для CPU часто можно спутать с разъемом для видеокарты, поэтому перед подключением желательно убедиться, что это именно он — на колодке подключения есть расшифровка. 

При подключении нужно ориентироваться по защелке на коннекторе и разъеме. Вставляем до характерного щелчка. Кабель должен быть плотно зафиксирован. Затем подключаем 24 пиновый кабель питания материнской платы. Тут также ориентируемся по щелчку. 

При подключении этого разъема нужно быть предельно осторожным, т.к. материнская плата
в этом месте сильно прогибается. Лучше придерживать ее рукой с обратной стороны.

Устанавливаем и подключаем корпусные вентиляторы

Для оптимальной циркуляции воздуха внутри системника устанавливаем минимум два вентилятора: один на вдув в нижней части корпуса спереди, другой на выдув на задней панели корпуса прямо за процессором либо сверху. 

Установка охлаждения CPU

Процесс установки охлаждения для процессора в основном будет зависеть от выбранной вами модели. У каждой свои особенности по монтажу. Лучше ознакомиться с инструкцией
от производителя, в ней обычно подробно указан процесс установки. Он также будет зависеть
и от платформы: AMD или Intel. 

Если используется сторонняя система охлаждения, после установки процессора нужно заменить крепления на материнской плате для ее установки. Бывают случаи, когда крепежные элементы системы охлаждения не позволяют открыть рамку сокета для установки процессора. 

Самое главное перед установкой радиатора не забыть нанести термопасту на процессор. 

Если в качестве системы охлаждения процессора у вас выступает боксовый кулер, будет удобнее его установить сразу после процессора. 

При установке боксового кулера от компании INTEL с пластиковыми фиксаторами обязательно придерживайте материнскую плату с обратной стороны, чтобы она не прогибалась. 

Материнская плата — это технически сложный и многослойный продукт. Прогибы и деформации могут вызвать повреждения контактов внутри текстолита, что приведет ее в негодность даже если внешне никаких дефектов видно не будет

Не забываем подключить к материнской плате вентилятор. Для подключения охлаждения CPU на материнской плате есть специальный 4 Pin разъем, обычно он называется CPU_FAN1. Если сомневаетесь, лучше взглянуть в инструкцию и точно убедиться, где он находится на материнской плате. 

4 Pin разъемов на материнской плате может быть много, но нам нужен именно
с обоснованием CPU. Другие разъемы предназначены для корпусных вентилятором (SYS_FAN) или подключения помпы от кастомной системы охлаждения (PUMP_FAN1)

Установка и подключение накопителей

Для установки жестких дисков в корпусе есть специальные отсеки с корзинами. Жесткий диск винтами прикручивается к корзине, а потом устанавливается в отсек. Затем подключаем питание по интерфейсу Sata Power и гибкий провод SATA. При подключении нужно быть внимательным: у колодок есть небольшой выступ. Такой же есть и у разъемов жесткого диска.

Затем подключаем шнур SATA к материнской плате.

Подключение RGB-ARGB подсветки

Мода и маркетинг диктуют свои условия ­­­— эффективная подсветка компьютера активно входит в обиход пользователей. Сложность подключения заключается в том, что разный тип подсветки RGB и ARGB работает при разном напряжении, неправильное подключение может вывести подсветку из строя и повредить разъемы на материнской плате. Разобраться, что куда подключить поможет снова инструкция от материнской платы и капелька внимательности.

Установка и подключение видеокарты 

Для установки видеокарты в материнской плате есть специальный разъем PCI Express. Подобных разъемов на материнской плате может быть 1-2 и даже 7. В случае, если у вас одна видеокарта, устанавливать нужно в самый верхний слот (ближний к процессору).

На самом разъеме PCI Express справа в конце есть небольшая защелка, после установки видеокарты она защелкнется. Если вам потребуется вдруг вытащить видеокарту, необходимо отогнуть защелку (лучше это сделать отверткой или пальцем, если это возможно), далее можно аккуратно вынимать видеокарту. В этом деле главное не спешить, иначе можно повредить слот PCI Express или, что еще хуже, — саму видеокарту. 

Для питания видеокарты обычно используется один 6 или 8 Pin разъем или два 8 Pin, у особо прожорливых видеокарт может быть и 3*8 Pin разъема.

В зависимости от мощности блока питания количество кабелей для подключения будет меняться. Однако не рекомендуется с одного провода, идущего от блока питания, подключать (запитывать) два разъема у видеокарты. Так же не рекомендуется использовать всякого рода переходники с Sata power/Molex на 6 или 8 Pin в случае отсутствии нужного количества разъемов для питания видеокарты (PCI-E) у блока питания.

Все дело в том, что при продолжительной и серьезной нагрузке оплетка проводов и места соединения могут нагреваться, тут много зависит от блока питания и качества использованных компонентов. Но лучше использовать разные провода для подключения видеокарты с 2х8 pin PCI-E-разъемами.

Подключаем переднюю панель корпуса

На передней панели корпуса обычно располагается:

• кнопка включения;
• кнопка перезагрузки;
• индикаторы активности жесткого диска и индикатор питания (можно не подключать, только мешает);
• USB Type-C (не всегда есть на корпусе и материнской плате);
• порт USB 2.0/USB 3.0;
• вход для наушников и микрофона.

Чтобы было проще, разберем процесс подключения кабелей передней панели на примере материнской платы MSI Z490-A PRO. 

Первым делом открываем инструкцию и ищем страницу с обозначением и расшифровкой всех разъемов на материнской плате.

Сейчас нас интересуют разъемы 

• Front Audio Connector
• Front Panel Connectors
• USB 3.2 Gen 1 Type-C Connector
• USB 3.2 Gen 1 Connectors
• USB 2.0 Connectors 

Ниже отмечены их реальное места расположения на материнской плате.

На материнской плате, как и в выбранном вами корпусе, разъемов может быть больше или меньше в зависимости от стоимости изделия. Однако всегда имеются разъемы Front Panel Connectors, Front Audio Connector, USB 2.0/3.0 Connectors.

Начнем с подключения Front Panel Connectors (кнопок передней панели).

Подключаем коннекторы в соответствии с названием:

• Power LED индикатор работы компьютера
• HDD LED индикатор активности жестких дисков
• Reset Switch кнопка перезагрузка
• Power Switch кнопка включения

Далее подключаем Front Audio Connector —на колодке шнура из корпуса будет написано HD Audio. При установке обратите внимание на распиновку.

Далее подключаем USB 2.0/3.0 Connectors.

Если внимательно изучить инструкцию к материнской плате, то каких-либо сложностей
с самостоятельной сборкой компьютера у вас не возникнет. 

Первое включение

Первый запуск компьютера — процесс достаточно тревожный. Если на экране сразу ничего не появилось, не стоит переживать, попробуйте чуть-чуть подождать. Перезагрузить компьютер несколько раз. Если это не помогает, посмотрите на материнскую плату: там может быть индикатор пост-кодов, который поможет разобраться, в чем дело. У более дешевых плат обычно имеется просто LED-индикатор этапов запуска материнской платы (инициализации устройств), который подскажет, на каком этапе инициализации устройства проблема. 

О наличии индикатора также можно посмотреть в инструкции к материнской плате.

Статья обновлена автором Bats. 

Наше Вам с кисточкой, товарищи дорогие и не очень!

Как Вы знаете на сайте Заметки Сис.Админа проекта [Sonikelf’s Project’s] есть железная рубрика статей , которая обновляется по мере сил и возможностей, которые бывают не всегда.

Сегодня наши руки свободны и мы, с большим удовольствием, вновь заглянем под капот своего железного коня и разберемся с материнской платой, а так же всеми её причиндалами. Первая часть статьи, если Вы помните, уже была «Материнская плата: что к чему и зачем [Часть 1]» и сегодня как раз у нас её продолжение.

Собственно, думаем, что Вы все уже прильнули к голубым экранам мониторов (или чего у Вас там), а посему начинаем.

Материнская плата: что, к чему и почему?

Честно сказать автору этих строк нравится писать железные статьи, ибо они всегда получаются насыщенными, объемными и весьма полезными, впрочем судить Вам и сделать Вы это сможете далее по тексту.

Повествование же хочется начать с одного обывательского разговора двух «системщиков». Так вот, встречаются как-то два перца и один другому говорит: ”У меня вчера мать сдохла, я мозги вынул, заменил и все стало летать”. Случайному слушателю может показаться, что человеки несут какой-то бред и вызвать полицию как такое вообще можно говорить? Однако подумав, таки понимаешь, что встретились два админа и говорят они про материнскую плату, что в простонародье зовут “мать”. Собственно, последней, как Вы уже поняли, и посвящена эта статья.

Материнская плата (motherboard/system board), – альфа и омега любого персонального компьютера. Именно на ней находятся все жизненно-важные компоненты, необходимые для “вдыхания” жизни в Ваш компьютер. Материнка, – это скелет, к которому крепится все остальное, а посему, если он изначально шаткий, то на выходе получается “так себе человек” (слабый комп). Поэтому, если хочется долгое время обладать конкурентно способной машиной, очень важно уметь правильно выбирать и разбираться во всех внутренностях материнской платы. Этим нам и предстоит заняться далее.

Думаю Вы в курсе, что ПК – это комплекс из множества компонентов, каждый со своими ролями и функциями. Так вот, миссия материнки заключается в налаживании взаимодействия (диалога) между огромным количеством разных модулей компьютера. Именно от её характеристик зависит живучесть Вашего железного коня, т.е. как долго он сможет адекватно (без лагов и тормозов) тянуть свою лямку.

К особенностям материнской платы (МП) можно отнести то, что она:

• Позволяет очень сильно варьировать различные компоненты (принцип дополнения и взаимозаменяемости);
• Поддерживает один тип процессора и несколько видов памяти;
• Чтобы работали правильно и сообща МП, корпуса и блоки питания, они должны быть совместимы.

Также необходимо знать, что материнки бывают, условно, двух видов (хотя, как правило, уже давно делают комбо из этих двух):

• Интегрированные (integrated motherboard), – большинство ее компонентов припаяны на борт платы, в отличие от карт расширения, которые являются съемными. Главное преимущество таких плат – это их портативность и более дешевое производство. Недостатком является то, что если один компонент крякнет, придется менять всю плату целиком (привет ноут/нетбукам).
• Неинтегрированные (non-integrated motherboard), – имеет слоты расширения с некоторыми несъемными компонентами (видеокарта, дисковые контроллеры). Основной плюс – гибкость по отношению к замене неисправных компонентов. Когда плата расширения неисправна она может быть легко заменена.

Примечание:
Для более мощного усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы.

Форм-факторы материнской платы
При выборе материнской платы необходимо помнить о таком ее параметре, как форм-фактор. Эта характеристика отвечает за возможность впихнуть мать в корпус своего железного коня. Т.е, — внимание!, — не каждая материнка может быть установлена в Ваш системный блок. Чтобы не происходило плясок с напильником вокруг корпуса и МП, необходимо разбираться в ее антропометрии (размерах). Давайте разберем это подробней.

Форм-фактор – заложенные производителем (в процессе проектирования) линейные размеры и положение компонентов устройства. На данный момент существует следующая классификация основных (наиболее ходовых) форм-факторов.

Вам не обязательно знать конкретные цифры линейных размеров, — просто помните при покупке, что у каждой материнской платы имеется свой форм-фактор и её можно воткнуть только в определенный тип корпуса ПК.

Материнская плата состоит из? Компоненты материнки.
Основной базой, фундаментом, подложкой МП является многослойный текстолит, на котором расположены различные конденсаторы, транзисторы, дорожки для обмена данными и прочие электротехнические элементы. Дорожки располагаются на слоях текстолита, а для их сообщения в последних проделаны специальные отверстия. Современные материнские платы могут содержать до 10-15 слоев.

Вот что собой наглядно представляет текстолит для изготовления мат.плат:

Несмотря на схожесть технологического процесса производства, каждый производитель старается выделится и выпустить свой уникальный продукт. Основными игроками на “рынке мамок” (интересное словосочетание получилось :)) являются: ASUS, Gigabyte, MSI, Intel, Biostar.

Теперь давайте перейдем ближе к телу и рассмотрим внутренности материнки.

Итак, каждый из Вас открыв крышку корпуса своего компьютера может убедиться в наличии внутри платы, надежно закрепленной с помощью маленьких винтов, через предварительно просверленные отверстия. Бегло окинув плату взглядом, мы придем к выводу, что она содержит:

• Порты для подключения всех внутренних компонентов (единый разъем для процессора и несколько слотов под оперативную память);
• Порты для крепления гибких/жестких дисков и оптических дисков с помощью ленточных кабелей;
• Вентиляторы и специальные порты для питания;
• Слоты расширения для подключения периферических карт (видео/звуковые и др. карты);
• Порты для подключения устройств ввода-вывода: монитора, принтера, мышки, клавиатуры, динамиков и сетевых кабелей;
• USB 2.0/3.0 слоты.

Если опустить некоторые детали, то общую схему любой материнской платы можно описать так.

Уверен, что у многих из Вас под капотом находятся материнки не самого последнего образца, а поэтому целесообразнее всего будет рассматривать именно их внутренности, ибо тогда вопросов по типу: “А у меня этого нет” и иже с ними, будет на порядок меньше.

Собственно давайте, для примера, возьмем материнку Asus p8h67-V и опишем все ее видимые составные компоненты (см. изображение, кликабельно).

Это был поверхностный взгляд на системную плату, так сказать вполглаза. Теперь (для особо любопытных и пытливых умов) разберем все внутренности досконально. Также для примера возьмем плату (правда уже по-старей) ASUS P5AD2-E (2006 года выпуска) дабы знать не только, что мы имеем сейчас, но и от чего мы к этому пришли.

Вот как выглядит сама мать:

Согласитесь, довольно приятно, когда ты сам разбираешься во всем своем железе и можешь рассказать про каждый момент свою мини-историю. Это не только огромный плюс в сторону хозяйственности владельца ПК, но и гарантия того, что Вы сможете на адекватном языке объяснить в сервисном центре, что случилось с материнкой, если она выйдет из строя.

Собственно теперь давайте пройдемся по каждому компоненту в отдельности, смакуя все его подробности (перечисление идет по часовой стрелке с верхнего угла).

№1. Слоты расширения
Слоты расширения, – шины на материнке, предназначенные для подключения к ней дополнительных плат. Примерами могут служить:

• PCI, – 32-х разрядная (133 Мбит) шина (также доступна в 64-битном варианте), используемая в ПК конца 90-х начала 2000 годов. Она соответствует стандарту PnP (plug and play) и не требует наличия дополнительных перемычек и микропереключателей. На платах часто описывается, как PCI4, PCI5 и PCI6.
• AGP, — Accelerated Graphics Port, представляет собой выделенный канал “point-to-point”, позволяющий графическому контроллеру получать прямой доступ к системной памяти. Канал AGP составляет 32-бита и работает на частоте 66 МГц. Общая пропускная способность 266 Мбит, что значительно больше, чем ширина полосы PCI;
• PCI Express, – последовательная шина, пришедшая на замену PCI и AGP. Доступна в различных форматах: x1, x2, x4, x8, x12, x16 и x32. Данные, передаваемые по PCI-Express отправляется по проводам, называемым полосы движения в режиме полного дуплекса (в обоих направлениях одновременно). Каждая дорожка обладает пропускной способностью около 250 MBps, а спецификации могут масштабироваться от 1 до 32 полос.

Выглядят все эти слоты так.

№2. 3-х пиновый разъем для подключения питания вентилятора
Корпусный (системный) вентилятор — помогает привести воздух внутрь, а также принять горячий воздух из корпуса. Корпусный вентилятор (fan) чаще всего имеет размеры 80 мм, 92 мм, 120 мм и ширину 25 мм.

№3. Задний блок разъемов (back pane connectors)
Соединение (connect) – это связь м/у вилкой и гнездом. Все периферийные устройства (например, мышь, клавиатура, монитор) подключаются к компьютеру именно таким образом. Вот так выглядит стандартная задняя стенка с блоком разъемов корпуса ПК.

№4. Радиатор (heatsink)
Радиатор, — рассеиватель тепла, предназначен для того, чтобы держать горячий компонент (например, такой как процессор) в прохладе. Есть два типа радиаторов: активные и пассивные. Активные используют мощность воздуха и это обычные охлаждающие устройства в виде вентилятора на шарикоподшипниках и самого радиатора. Пассивные радиаторы же не имеют механических компонентов вообще и рассеивают тепло посредством конвекции. Вот так выглядят разные типы радиаторов (правильнее сказать, — речь идет про системы охлаждения).

№5. 4-х контактный (P4) разъем питания
P4 cable connector — 12V кабель питания имеет 2 черных провода (земля) и два желтых +12VDC.

№6. Индуктор
Электромагнитная катушка – медь в цилиндрической форме вокруг железного сердечника для хранения магнитной энергии (дроссель). Используется для удаления всплесков напряжения и провалов мощности.

№7. Конденсатор (capacitor)
Этот компонент состоит из 2-х (или набора из 2-х) токопроводящих пластин с тонким изолятором м/у ними и завернутый в пластмассовый/керамический контейнер. Когда конденсатор получает постоянный ток (DC), положительный заряд накапливается на одной из пластин (или набор пластин), а отрицательный заряд накапливается на другой. Этот заряд остается в конденсаторе, пока тот не разрядится.

Электролитический конденсатор, – больше по ёмкости, но в меньшем корпусе является другим самым распространенным типом конденсатора. Как и любой компонент ПК он может выйти из строя (выражение конденсатор прошит) и компьютер перестанет быть загрузочным. В таком случае его необходимо заменить, правда своими ручками это могут сделать единицы. Поэтому лучше довериться электронных рук мастеру.

№8. CPU Socket
Сокет, – гнездо подключения процессора к материнской плате. Содержит определенное число ножек, что позволяет установить в мат.плату только “камень” определенного формата (число ножек соответствует числу дырочек сокета). Надо сказать, что по мере развития ПК сокеты менялисьвесьма часто. Вот лишь малая их часть:

№9. Northbridge (северный мост)
Мосты, – этим специфическим термином обозначается набор микросхем, которые отвечают за работу всех компонентов платы и, в том числе, их эффективной связи с процессором. Северный + южный мосты образуют чипсет. Это два отдельных юнита, на которых возложено множество функций, например, управление работой кэш-памяти, системной шины и загрузкой множества периферийных компонентов/устройств. Без мостов, персональный компьютер был бы обычной грудой железа, неспособной выполнить какие-либо действия. Northbridge обеспечивает работу более скоростных устройств, а его визави, южный мост – менее скоростных.

Для более лучшего понимания приведем схему размещения обоих мостов относительно компонентов материнской платы.

Название мосты получили из-за своего географического расположения на материнке. Северный залегает под процессором в верхней части платы и, как правило, использует дополнительное охлаждение. Южный, соответственно внизу (на юге от шины PCI) и обходится без охлаждения. Northbridge больше своего собрата и является самым близким к процессору и памяти. CPU с северным мостом может взаимодействовать по следующим интерфейсам: FSB, DMI, HyperTransport, QPI.

Стоит сказать, что производители постоянно ищут все новые способы улучшения производительности и снижения общей стоимости и, как вариант, они со временем стали переносить контроллер памяти из северного моста в кристалл процессора. В современных процессорах (в частности Core i7) графический контроллер также вшивается в сам камень. Такие технологии позволили отказаться от использования северного моста в принципе и он постепенно канет в лету, оставшись только в наших воспоминаниях :).

№10. Винтовые отверстия (screw hole)
Металлические (реже пластиковые) винты, которые крепят материнскую плату к корпусу. В процессе установки платы в корпус, она устанавливается по месту (дырочки на плате к дырочкам корпуса) и привинчивается винтами. Каждая материнская плата имеет несколько отверстий, которые надежно держат ее на месте.

№11. Слоты под память
Слоты оперативной памяти используются для подключения оперативной памяти, т.е модулей, в которых хранятся выполняемые компьютером операции. В среднем количество слотов под память может достигать от 2 до  (в материнках высокого класса иногда больше). Помимо количества слотов, различают типы памяти. Наиболее распространенными, в настоящее время, типом памяти настольных ПК является DDR за номерами 2, 3 и 4.

При покупке нового компьютера или мат.платы, необходимо обращать самое пристальное внимание на типы поддерживаемой её памяти. В противном случае даже напильник не поможет Вам засунуть память в “не того” типа разъемы (хотя может помочь молоток и скотч). Наличествуемое количество слотов памяти материнской платы говорит о возможности наращивания оперативного потенциала ПК. Поэтому, чем больше слотов и чем свежее поддерживаемый ими стандарт, тем на дольше хватит мощи Вашего железного коня.

Выглядят они по-разному, в нашем случае так:

№12. Super I/O (SIO)
Интегральная схема материнской платы, которая ответственна за обработку более медленных и менее видных устройств ввода/вывода. Сегодня Super I/O по-прежнему используется ПК, чтобы поддерживать старые унаследованные устройства.

К устройствам, обрабатываемым схемой Super I/O относят:

• Контроллеры флоппи-дисков;
• Игровой/инфракрасный порты;
• Клавиатура и мышь (не USB);
• Параллельный/последовательный порты;
• Часы реального времени;
• Датчик температуры и скорости вращения вентилятора.

Найти Super I/O на материнке можно по названию производителя, в частности: Fintek, ITE, National Semiconductor, Nuvoton, SMSC, VIA, и Winbond.

№13. Коннектор для подключения флоппи дисков
Довольно раритетный, но всё еще (прямо чудо какое-то) встречающийся в наше время компонент материнской платы. Гибкий плоский кабель, который позволяет подцепить один или несколько гибких дисков. Дисковод флоппи диска определяется на компьютере как диск А. Стандартный разъем для подключения флоппика содержит 34 штифта-ножки.

№14. ATA (IDE) коннектор
Уже устаревший стандартный интерфейс для подключения жестких дисков к материнской плате. Бывает primary/secondary и позволяет с помощью перемычки задать ведущий и ведомый жесткие диски. На замену ему давно пришел разъем SATA.

№15. 24-пиновый разъем питания ATX
Крупнейший из разъемов, запитывающий материнскую плату (соединяет её с блоком питания). Раньше такой кабель имел 20 дырочек, сейчас, как правило, 24. Источник питания с 24-контактным разъемом можно использовать на материнской плате с 20-контактным разъемом, оставив четыре дополнительных контакта, неподключенными. Если Вы используете блок питания, который не имеет 24-контактного разъема, то Вам необходимо приобрести новый блок.

№16. SATA
Serial ATA – замена параллельного интерфейса ATA (он же вышеупомянутый IDE). Интерфейс SATA (Revision 1.0) обладает пропускной способностью в 150 Mбайт/с и предлагает обратную совместимость для существующих ATA устройств. Отличительной особенностью является отсутствие громоздких кабельных лент (заменены на тонкие кабели), что обеспечивает помимо большей пропускной способности еще и лучшую циркуляцию воздуха в корпусе. Новые ревизии SATA предусматривают пропускную способность до 800 Мбайт/с. Помимо внутреннего решения SATA поддерживает подключение внешних SATA дисков через интерфейс ESATA. Последнее очень удобно и позволяет не вскрывая корпуса подцепить сторонний винт и перекинуть необходимую информацию на высокой скорости.

17. CMOS батарейка
Часы реального времени, энергонезависимая память или CMOS RAM. CMOS (комплементарный металло-оксидный полупроводник) – полупроводниковая микросхема, запитываемая от круглой CMOS батарейки. Она хранит такую информацию, как системные дата и время, а также настройки системы аппаратных компонентов компьютера. Чтобы произвести полный сброс BIOS с восстановлением всех заводских настроек необходимо, либо вынуть батарейку (и затем поставить на место), либо воспользоваться специальным джампером ClearCMOS. Время жизни CMOS-батрейки в среднем составляет 10 лет.

№18. RAID-массив
Специальный избыточный массив из нескольких дисков под управлением контроллера, предназначенный для ускорения производительности дисковой памяти. Обычно используется га серверах и высокопроизводительных ПК. Существует большое количество версий RAID, каждая из которых предназначена для решения задач по увеличению производительности своими методами. Чтобы пользоваться преимуществами увеличенной дисковой производительности, необходимо иметь в наличии, как минимум два диска.

№19. Разъемы системной панели
FPanel или разъемы передней панели. Это то, что управляет работой кнопок питания, сброса, светодиодов LED’s (индикаторы активности ЖД и питания), внутренним динамиком. Кабели передней панели представляют собой системы из цветных и ч/б проводов (черный и белый провода заземления, цветной – питания).

№20. FWH (FirmWare Hub)
Является частью архитектуры Intel Accelerated Hub Architecture, которая содержит в одном компоненте системный BIOS и интегрированный видео BIOS (выделенный BIOS видеокарты компьютера). Концентратор FirmWare Hub подключается непосредственно к I/O Controller Hub.

№21. Southbridge (южный мост)
Южный мост (концентратор ввод-вывода, ICH), – это интегральная схема, которая отвечает за управление жесткими дисками, связь с медленными устройствами, платами расширения и обмен данными с северным мостом. Северный и южный мосты общаются с собой посредством шин DMI, HyperTransport (пришедшим на смену PCI).

Чаще все именно южный мост выходит из строя, принимая первым все удары (в т.ч. тепловые) периферийных компонентов. Если “южанин” выйдет из строя, то, как правило, придется менять целиком всю материнку.

№22. Последовательные (COM) порты
Асинхронный порт, используемый для подключения устройств с последовательным интерфейсом к компьютеру. Передает один бит за один раз.

К наиболее распространенным устройствам, которые можно подключить к последовательным портам, относятся:

• Мышь, не имеющая разъема PS/2 или USB;
• Модем;
• Сеть – которая позволяет соединить два компьютера вместе для передачи данных м/у собой;
• Старые принтеры и плоттеры.

№23. Порт 1394 и порт USB. 1394 header и USB header.
Порт FireWare предназначен для обмена цифровой информации м/у ПК и другими электронными устройствами. Важный порт для людей, увлекающихся видеосъемкой, который позволяет передать на ПК отснятый на камере, материал. Также порт 1394 используется для захвата видео. Может выпускаться как отдельный контроллер PCI IEEE1394, а может быть интегрирован в материнку.

Порт USB (universal serial bus) – универсальная последовательная шина передачи данных для средне/низко скоростных периферийных устройств. Такой порт позволяет подключать периферия без собственного источника питания. В современном ПК их может быть до 10-15 штук.

1394 header и USB header – это “соединительные пальцы” в старых материнских платах, которые предназначались для подключения дополнительных портов, будь то 1394 или USB. На материнке они выглядят так.

№24. Перемычки
Перемычки позволяют компьютеру замыкать электрическую цепь и течь электричеству только в определенные разделы платы. Они состоят из множества мелких штырьков, которые могут быть обернуты в пластиковый футляр. Перемычки также используются для настройки параметров периферийных устройств (жесткие диски, звуковые карты и тп). Сегодня большинству пользователей уже не нужно управлять перемычками на материнской плате, они все чаще используются для задания primary (главного) и secondary (ведомого) диска.

№25. Integrated circuit (интегральная микросхема)
Микрочип – представляет собой площадку, содержащую множество схем, путей, транзисторов и других электронных компонентов, которые работают сообща для выполнения определенной функции или ряда функций. Интегральные схемы – это строительные блоки компьютерного железа. Так выглядит микрочип на печатной плате.

№26. SPDIF
Digital Interconnect Format – интерфейс для передачи цифрового аудио в сжатом виде м/у аудио оборудованием и системами домашнего кинотеатра. Интерфейс, для передачи аудио, может использовать коаксиальный кабель или оптоволоконный кабель. Ноутбуки и качественные звуковые карты имеют этот разъем  в виде отдельного входа/выхода. На материнской плате он подписывается, как SPDIF_IO.

№27. CD-IN
4-х контактный аудио разъем оптического привода. CD-IN позволяет выводить звук напрямую с обычных CD-дисков, привода.

Ну как, Вам наш объемный мануал по начинке материнской платы? По-моему впечатляет. Стоит сказать, что многие разъемы и компоненты платы уже устарели и их теперь редко можно встретить в современных материнках, однако знать их, по меньше мере, будет полезно.

Собственно автор этих строк исчерпался и готов закончить слегка затянувшееся повествование, а посему милости просим к послесловию.

к содержанию ↑

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:

• GearBest, — для тех, кто не боится покупать за рубежом и экономить деньги. Есть много интересных SSD  «китайского» типа, несколько популярных марок, да и вцелом приятный магазин, где идут постоянные акции и прочее;
• JUST, — 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;
• OLDI, — 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).

к содержанию ↑

Послесловие

Очередная техническая заметка готова и, надеемся, что она кому-то действительно пригодится. На этом цикл про мат.платы, пока еще, не заканчивается, равно как и статьи по железу вообще.

Теперь Вы знаете, что у Вас обитает под капотом и можете вполне шустро назвать любой компонент там находящийся, а это сильно поможет Вашему общению с ПК и сделает его по-настоящему персональным.

На сим всё. Оставайтесь с нами!

PS: Как и всегда отписываем комментарии, вопросы и прочее разное, то добро пожаловать в комментарии.
PS2: За существование данной статьи спасибо члену команды 25 КАДР.

Материнская плата, как скелетная система человеческого тела, образует основная структура компьютерного оборудования, состоящий из важнейших элементов, которые можно собрать внутри. Более того, дело не в том, что материнские платы присутствуют только в настольных компьютерах; они даже находятся под крышками ноутбука и смартфона, хотя конструкция их может немного отличаться.

Теперь вы знаете, почему материнские платы считаются настолько важными в компьютерных системах. Итак, не тратя больше времени, давайте перейдем к нашему сегодняшнему руководству, которое поможет вам все понять. Что касается материнской платы, мы также попытаемся пролить свет на основные компоненты Материнская плата.

Типы материнских плат: полное руководство

Здесь у нас есть список различных типов материнских плат, а также их внешний вид и функции, которые они могут предложить.

На материнской плате:

Эти материнские платы являются самыми старыми в своем роде. AT означает разъемы питания Advanced Technology (AT), даже если они есть или нет. Материнские платы AT использовались в середине 80-х годов с размерами 13,8 x 12 дюймов. Эта материнская плата затрудняла установку новых дисков. Когда они использовались в ранних компьютерах 286/236 и 436, при этом выше есть эталонное изображение материнской платы AT.

Материнская плата ATX:

ATX означает Advanced Technology eXtended, поскольку эта конфигурация материнской платы была разработана в середине 90-х и до сих пор используется. Материнская плата ATX является улучшением по сравнению с ранее работавшей материнской платой, такой как AT.

ATX — это наиболее распространенная конструкция материнских плат, которая используется в платах меньшего размера (включая micro-ATX, FlexATX, nano-ITX, Mini-ITX). Размеры полноразмерной стандартной платы ATX составляют 12 x 9,6 дюйма. Материнские платы ATX, похоже, за последнее время претерпели множество обновлений.

Современная материнская плата ATX имеет много преимуществ перед своими предшественниками. Некоторые из функций и использования современных материнских плат ATX следующие.

• Больше фаз питания для более чистого и стабильного питания.
• Больше свободного пространства вокруг сокета ЦП для установки огромных радиаторов, не выпускаемых на рынок.
• Увеличенные промежутки между слотами расширения для лучшего охлаждения видеокарты.

Все вышеперечисленные факторы позволяют добиться превосходных результатов разгона. И давайте не будем забывать о просторных корпусах ATX Mid-Tower и Full-Tower, в которых достаточно места для полдюжины корпусных вентиляторов, систем водяного охлаждения, высоких радиаторов (ЦП и ОЗУ) и всего прочего.

Материнская плата Micro-ATX

Он меньше типичных материнских плат ATX и имеет размер 9,6 x 9,6 дюйма. У некоторых производителей размер уменьшен до 9,6 x 8,1 дюйма. Большинство современных материнских плат ATX имеют до семи PCI или PCI-Express слоты расширения, в то время как платы microATX имеют максимум четыре.

Материнская плата Micro-ATX имеет множество преимуществ перед материнской платой ATX, и они приведены ниже.

• Она компактна и меньше материнской платы ATX, у которой больше портов и слотов, чем у ATX.
• Бюджетная материнская плата по сравнению с другими материнскими платами ATX или ITX.

Материнская плата Mini ITX

Размер Mini ITX составляет 6,7 x 6,7 дюйма, что меньше, чем у любой другой обычной материнской платы. Некоторые особенности и преимущества материнской платы Mini ITX перечислены ниже.

• Меньший размер и охлаждение без вентилятора, что позволяет снизить энергопотребление.
• Плата Mini ITX может использоваться в любых случаях, которые предназначены для ATX, Micro-ATX и других вариантов ATX, если это необходимо.

Материнская плата E-ATX

E-ATX — это материнская плата расширенного формата ATX, и ее размер огромен по сравнению с материнской платой ATX, но она не имеет значения с размером, он имеет множество функций и возможностей, которые любые другие типичные материнские платы недостаток. E-ATX в основном используется для игр. Эта материнская плата может быть расширена для увеличения объема памяти и установки мощного процессора с большим количеством ядер.

Характеристики и преимущества материнской платы E-ATX приведены ниже.

• В нем много слотов PCI и слотов DIMM.
• Эти платы имеют встроенный Wi-Fi, звуковые карты, встроенные функции устранения неполадок и мощный VRM.
• На этой материнской плате можно установить не более 128 ГБ оперативной памяти.

Это типы материнских плат, которые можно использовать традиционно. Кроме того, есть несколько функций, таких как разгон, USB 3.0, USB 3.1, Thunderbolt, расширение жидкостного охлаждения и многие другие. Глядя на это, мы можем сделать вывод, что эти платы являются лучшими материнскими платами, если вы думаете о создании высококлассного ПК с ошеломляющими компонентами под капотом.

Компоненты материнской платы

Материнская плата состоит из различных компонентов, которые играют свою роль при работе с ПК. Ниже приведен рисунок типовой материнской платы, на котором указаны ее компоненты. Мы также подробно рассмотрим каждый компонент ниже.

Слоты расширения

Слоты расширения, как следует из названия, используются для расширения звуковой карты, карты WiFi или сетевой карты и видеопамяти. Ниже вы найдете описание различных слотов расширения.

Слоты ISA

Это были самые старые слоты расширения в истории материнских плат. Они были обнаружены в платах AT и обозначены черным цветом. В эти слоты устанавливались обычные видеокарты или звуковые карты. Полная форма ISA — это стандартная отраслевая архитектура, представляющая собой 16-битную шину.

Слоты PCI

Полная форма PCI Подключение периферийных компонентов. Слот PCI является сегодня одним из важных компонентов материнской платы и широко используется для установки дополнительных карт на материнскую плату. PCI поддерживает 64-битную высокоскоростную шину.

PCI Express

Также известные как PCIe, это новейший и самый быстрый компонент материнской платы для поддержки дополнительных карт. Он поддерживает полнодуплексную последовательную шину.

Слот AGP

Accelerated Graphics Port (AGP) специально используется для установки новейшей видеокарты. AGP работает на 32-битной шине, и для установки высокопроизводительных игровых видеокарт можно использовать как PCIe, так и AGP.

RAM (память) Слоты

Слоты SIMM

Полная форма — это одинарная встроенная память модуль. Эти слоты были найдены на старых материнских платах, вплоть до 486 плат. SIMM поддерживает 32-битную шину.

Слоты DIMM:

Полная форма DIMM — это Двойной встроенный модуль памяти. Это новейшие слоты RAM, которые работают на более быстрой 64-битной шине. Модули DIMM, которые используются на платах ноутбуков, называются SO-DIMM.

Сокеты процессора

Компонент основной материнской платы — это сокет ЦП, который используется для установки процессора на материнскую плату. Некоторые важные разъемы описаны ниже.

Разъем 7: Это 321-контактный разъем, поддерживающий старые процессоры, такие как Intel Pentium 1/2 / MMX, AMD k5 / K6 и Cyrix M2.

Разъем 370:  Это 370-контактный разъем, который поддерживает процессоры Celeron и Pentium-3.

Разъем 775: Это 775-контактный разъем, поддерживающий двухъядерные процессоры Intel, C2D, P-4 и Xeon..

Разъем 1156: Это 1156-контактный разъем, который можно найти на последних типах материнских плат, поддерживает новейшие процессоры Intel i3, i5 и i7.

Разъем 1366: Разъем имеет 1366 контактов и поддерживает новейшие процессоры i7 9900K.

BIOS

Полная форма BIOS — это базовая система ввода-вывода. Это компонент материнской платы в виде интегрированного чипа. Этот чип содержит всю информацию и настройки материнской платы, которые вы можете изменить, введя Режим BIOS с вашего компьютера.

CMOS аккумулятор

Батарея или элемент представляет собой литий-ионный кнопочный элемент на 3,0 В. Ячейка отвечает за хранение информации в BIOS, а полная форма — это дополнительный металлооксидный полупроводник. Обычно батарея CMOS имеет кодовое название CR-2032.

Разъемы питания

Чтобы получить питание от SMPS,на материнских платах установлены разъемы.

Разъем AT: Он состоит из 2-х 6 штекерных разъемов и встречается на старых типах материнских плат.

Разъем ATX: Последние в серии разъемов питания — это 20- или 24-контактные розетки. Встречается во всех последних типах материнских плат.

Разъем IDE

Разъемы Integrated Drive Electronics (IDE) используются для подключения дисководов. 40-контактный штекерный разъем используется для подключения жесткого диска IDE, а 34-контактный штекерный разъем подключается к дисководу гибких дисков.

Разъем SATA

SATA — это интерфейс компьютерной шины, который соединяет адаптеры главной шины с запоминающими устройствами, такими как жесткие диски, оптические и твердотельные накопители. Serial Advanced Technology Attachment (SATA) — это 7-контактные разъемы, которые намного быстрее интерфейса IDE. Базовый интерфейс ввода-вывода материнской платы приведен ниже.

Выбор правильного типа материнской платы, совместимой с другими частями вашего компьютера, очень важен для определения общей скорости вашего ПК. Узнав о различных компонентах материнской платы, вы легко сможете собрать свой собственный компьютер или решить основные проблемы с оборудованием на материнской плате.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что материнская плата является основным компонентом архитектуры компьютера. Более того, оно само по себе очень важно. Мы надеемся, что это руководство поможет вам глубже понять различные типы материнских плат и их компонентов. Если вам это понравилось, не забыть проверить наши другие Обои, Руководства по Windows, Руководства по играм, Социальные медиа, Уловки iPhone, а также Android хитрости для получения дополнительных руководств. Подписка на наши YouTube канал поможет вам выиграть розыгрыш призов на 150 долларов. Если у вас есть какие-либо сомнения или отзывы, оставьте комментарий ниже, указав свое имя вместе с идентификатором электронной почты, и мы ответим в ближайшее время. Спасибо.

Каждый компонент любого компьютера выполняет какую-то определенную задачу. Накопители записывают/считывают данные, попутно сохраняя оную на магнитных пластинах или в чипах флэш-памяти. Видеокарта отображает информацию, звуковая карта озвучивает происходящее и т. п. Но есть один элемент, который управляет всем этим хозяйством, начиная с процессора и заканчивая какой-нибудь флешкой. Сегодня разговор о системных платах. Давайте немного углубимся в суть вопроса и разберемся, из чего состоит, какие части имеет, для чего они служат, в общем, какова анатомия материнской платы. Итак, добро пожаловать в нашу прозекторскую.

---

• Разновидности и основные функции материнской платы
• Питание материнской платы
• Процессорный сокет
• Система питания процессора/памяти
  • Фазы питания CPU

• Околосокетное пространство
• Слоты памяти
  • Установка модулей DRAM
  • Разводка шины DRAM

• Система питания DRAM
• Чипсет

• • Что такое линии PCI-Express
  • Возможности разгона

• PCI разъемы
  • Распределение линий PCI-Express

• Разъемы M.2
  • Вновь про линии PCI-E

• Разъемы для накопителей
  • Взаимозависимости разъемов

• Вспомогательные чипы
  • Контроллер Ethernet
  • Контроллер SATA
  • Аудиоконтроллер
  • Мультиплексоры шины PCI-E
  • Мониторинг и управление вентиляторами
  • Управление подсветкой
  • BIOS
  • USB
  • HDMI

• Дополнительные разъемы и коннекторы
  • Разъемы для вентиляторов/помп СЖО
  • Разъемы для светодиодных RGB-лент
  • USB
  • Другие разъемы

• Заключение. Сложная анатомия материнской платы

Разновидности и основные функции материнской платы

Собственно, основных задач у системной платы две:

• Обеспечение электропитанием установленных компонентов (с оговорками, о которых позже).
• Обеспечение связи между компонентами ПК для их успешного функционирования и взаимодействия.

Упрощая, можно сказать, что материнской плате надо накормить/напоить «детей» (установленные компоненты – CPU, модули памяти, видеокарту и т. п.) и отправить их играться самих по себе и всех вместе под собственным внимательным присмотром.

Конечно же, есть и другие функции. Например, материнская плата предоставляет физическое место для установки устройств и их надежную фиксацию. Или не их самих, но хотя бы кабелей, связывающих какой-то девайс с материнкой.

Материнские платы различаются по размеру в зависимости от разнообразия задач, которые требуется выполнять, и соответствующего набора и номенклатуры компонентов, которые могут/должны быть использованы. Обычно говорят, что они имеют такой-то форм-фактор. Наиболее распространенными являются:

• Mini-ITX – размер 170х170 мм.
• MicroATX (mATX, uATX, µATX) – размер 244×244 мм.
• ATX (Advanced Technology Extented) – размер 305х244 мм. Для крепления к корпусу имеют 8-9 отверстий.
• E‑ATX (Extented) – увеличенный вариант «просто» ATX размером 305х330 мм.

Есть и другие форм-факторы, например, Mini-STX, серверные платы и т. п.. Это специфические продукты, и в домашнем или офисном компьютере используются редко. Также не рассматриваю материнские платы для ноутбуков. Классификации они не поддаются и могут иметь самые замысловатые формы и размеры, ибо изготавливаются под конкретную модель переносного ПК.

Размеры накладывают ограничения на функционал. Чем меньше плата, тем сложнее разместить на ней большое количество разъемов и прочих компонентов. Сегодня за основу возьму наиболее ходовой форм-фактор, ATX. Он позволяет разместить почти все, что необходимо.

Для примера буду рассматривать популярную и весьма удачную модель Gigabyte Z390 Aorus Pro. Если чего-то на ней нет, то примеры будут взяты от других материнок, о чем упомяну.

Питание материнской платы

Начну я все же не с разъемов, чипов и проч., а с системы питания. Ибо без электричества материнская плата, как и подключенные к ней остальные комплектующие, просто красивые куски текстолита со множеством блестящих, и не очень, штучек, установленных на них. А вот с электричеством…

Обеспечивает его блок питания (БП), от которого через 24-контактный разъем подаются основные напряжения – это ±12 В, +5 В, +3.3 В. Такой разъем есть на всех материнских платах для настольных ПК. Это не все требуемые напряжения, но о них будет рассказано ниже, в соответствующем разделе, посвященном питанию процессора.

На иллюстрации приведена распиновка разъема. Провода имеют разный цвет, и по ним можно определить, какое напряжение/сигнал они передают.

Материнская плата от этого разъема передает необходимые напряжения на все разъемы и компоненты, но тут есть одна проблема. В первую очередь она связана с питанием дискретных видеокарт, особенно мощных. Дело в том, что через разъем PCI-Express можно обеспечить потребителя мощностью примерно до 75 Вт. Мощность же в 200-300 Вт для видеокарт – обычное дело. С такой нагрузкой материнская плата справиться уже не может.

Приходится звать на помощь БП, который через специальный разъем запитывает видеокарту. Или несколько, если используется более одного графического адаптера в режиме SLI/CrossFire. К сожалению, это не единственный на данный момент случай, когда требуется внешнее питание компьютерного компонента.

Следует добавить, что на современных материнских платах иногда можно встретить еще один разъем питания, чаще всего 6-пиновый. Располагается он чаще всего у нижней грани и предназначен для помощи в питании именно разъемов PCIe. Например, модель MSI MEG Z590 Godlike имеет такой коннектор.

Процессорный сокет

Собственно, процессор – та самая «печка» (в прямом и переносном смысле), от которой часто и начинается сборка и конфигурирование будущего компьютера. С точки зрения анатомия материнской платы его можно назвать сердцем всей системы. У него множество характеристик, но сегодня нас интересует одна – сокет. По сути, это разъем, используемый для установки его в материнскую плату.

Если говорить о современных ПК, то для процессоров Intel используется два сокета, мэйнстримовский 1151v2 и 2066 для построения высокопроизводительных игровых систем и рабочих станций. Наиболее актуальными для CPU AMD являются AM4 для последнего поколения процессоров Ryzen и TRX4 для мощных Ryzen Threadripper.

До сих пор используются и более старые сокеты, 1151 первой версии для процессоров Intel Core 6-го или 7-го поколений, 1155 для еще более старых CPU, AM3+ для процессоров AMD и ряд других. Различаются они только размерами, количеством контактов.

Металлическая скоба фиксирует процессор в сокете, обеспечивая надежный контакт. Следует быть аккуратным и не трогать эти контакты. Повредить их просто, а восстановить может оказаться очень сложно.

Собственно, это все, что необходимо знать. Этот сокет служит только для установки процессора.

Система питания процессора/памяти

И здесь уместно вновь вернуться к вопросу питания. Раньше мы уже говорили про 24-контактный разъем, от которого подаются требуемые напряжения на многие компоненты компьютера. Опять-таки, с точки зрения анатомия материнской платы напрашивается аналогия с кровеносной системой. Также ранее мы уже видели, что для мощных видеокарт необходимо внешнее питание из-за большой потребляемой мощности.

Похожая история и с процессором, с той лишь разницей, что БП просто не имеет необходимого напряжения. Когда речь заходит о мощных многоядерных «камнях», то без дополнительного питания не обойтись. Поэтому, вновь на помощь приходит БП, имеющий соответствующие шлейфы.

Соответственно, на материнской плате находятся разъемы, которые обычно располагаются рядом с процессором для уменьшения длины дорожек, идущих от разъема до CPU. Как правило, используется как минимум один 4-х или 8-контактный разъем. Чаще встречаются два таких разъема – один 8-контактный, а второй имеет либо 4, либо 8 контактов.

Фазы питания CPU

Но важно не только наличие дополнительных разъемов питания. Важно и количество фаз питания, и их конфигурация. В первую очередь на это надо обращать внимание при использовании мощных CPU и их разгоне. По сути, правило «чем больше фаз, тем лучше» вполне себя оправдывает.

О фазах питания более подробно написано в другом моем материале. Сейчас кратко о тех компонентах, которые располагаются вокруг процессорного сокета. Они закрыты двухсекционным радиатором с тепловой трубкой, но если его снять, то увидим такую картину.

Плата Gigabyte Z390 Aorus Pro имеет 13 фаз питания процессора. Если посчитать все элементы (конденсаторы, дроссели и мосфеты), то их будет ровно по 13. Для процессора используются 12 элементов Vishay SiC634 с максимальным током в 50 А каждый. Для питания встроенного видеоядра — один Vishay SiC632.

Управляется это 7-канальным ШИМ-контроллером Intersil ISL69138. Он виден на фото в левом верхнем углу, помеченный розовой точкой. Как же получаются итоговые 13 фаз? Для этого применяются удвоители ISL6617A, которые распаяны на обратной стороне платы. В итоге, 6 фаз на CPU удваиваются, и получаем 12. Подробности работы удвоителей и вообще фаз питания смотрите по ссылке выше.

Это хозяйство, мосфеты в первую очередь, необходимо охлаждать. Чем мощнее CPU, чем выше разгон, тем более внимательно надо следить за температурой этих элементов. Для этого устанавливается специальный радиатор. В экстремальных ситуациях не лишим будет дополнительный обдув этой зоны.

Околосокетное пространство

В данном случае речь именно о пространстве. При взгляде на любую материнскую плату в непосредственной близости от процессорного сокета видим незанятое место. Если там и расположены какие-либо элементы, то необходимо, чтобы они имели как можно меньшую высоту.

Нужно это для того, чтобы ничто не мешало установке процессорного кулера. А ведь он может быть весьма внушительных размеров, когда речь заходит об охлаждении мощных CPU. На плате есть четыре монтажных отверстия.

Т. к. процессорный кулер, порой, громоздок и тяжел, обычно на обратной стороне платы располагается увеличивающая механическую прочность металлическая пластина. Она не позволяет под весом кулера деформироваться плате в районе сокета. Иногда данная пластина бывает большой, выполняя заодно роль дополнительного элемента системы охлаждения.

Слоты памяти

Куда уж без памяти. И опять-таки, следовать правилу «памяти много не бывает» мешают только ограничения платы, собственные финансовые возможности, количество слотов и… околосокетное пространство.

Почему? Если планируется разгон процессора, то скорее всего будет установлен массивный кулер, который справится с высокой нагрузкой. При этом память вряд ли будет бюджетная. Она должна быть способна работать на повышенных частотах, а, соответственно, тоже будет оборудована радиатором, увеличивающим высоту модулей DRAM.

В итоге нередко встречается ситуация, что размеры процессорного кулера не позволяют установить определенные модули памяти в один или даже два разъема. Даже если все же получится поставить модули DRAM, а сверху над ними будет нависать радиатор процессорного охладителя, то на работоспособность это не повлияет, но вот неудобств добавит, если понадобится заменить планку памяти другой.

Если теплорассеиватели памяти снабжены подсветкой, а они частично будут закрыты вентилятором/радиатором массивного охладителя для CPU, эстеты вряд ли этому обрадуются. Избежать проблем поможет система жидкостного охлаждения.

Количество сокетов памяти зависит от процессора, т. к. контроллер памяти находится в нем. В большинстве случаев имеется двухканальный контроллер, с возможностью установки до двух модулей DRAM на каждый канал. Итого – четыре слота. В более дорогих системах слотов может быть до 8 штук, и каналов, соответственно, тоже больше.

Установка модулей DRAM

Рассматриваемая в качестве примера материнка не имеет цветовой дифференциации разъемов оперативной памяти. Просто рядом со слотами есть надписи «DDR4-B1», «DDR4-B2», «DDR4-A1», «DDR4-A1». Что это такое? Это как раз и есть маркировка каналов памяти. Рекомендуется использовать по два одинаковых модуля DRAM в параллельном режиме. Это подразумевает, что один модуль подключается к разъему первого канала памяти, второй – к разъему второго канала памяти. Если есть еще пара модулей, то они ставятся аналогично. Параллельный режим позволяет задействовать сразу два контроллера памяти и несколько увеличить быстродействие.

В случае с подопытной платой, если, например, есть два модуля по 8 ГБ, то их лучше поставить в разъемы, промаркированные как «DDR4-B1» и «DDR4-A1». Это первый и третий, если смотреть со стороны процессора. Или установить в другую пару разъемов, что сути дела не меняет. В любом варианте один модуль будет работать с первым каналом памяти, второй – со вторым.

Разводка шины DRAM

Следует пару слов сказать о том, как процессор связывается с оперативной памятью. Да, есть n-е количество слотов, кучка проводников на плате, идущие к ним, ну и что тут может быть интересного? Кое-что есть.

Все сказанное далее никак не относится к материнским платам, у которых по одному разъему для модулей памяти на канал (Gigabyte Z590 AORUS TACHYON, Asus ROG CROSSHAIR VIII IMPACT, MSI MEG Z590 UNIFY-X и подобные). Речь только о моделях с двумя модулями RAM на каждый канал.

Итак, существуют два способа развести шину DRAM на материнской плате:

• T-топология. Длина проводников до обоих модулей одинаковая, но несколько большая, нежели при иной топологии. Этот вариант хорошо подходит для установки модулей памяти во все слоты, т. е. четырех штук. Разгон, если это позволяет чипсет, также будет лучше при наличии четырех модулей, а вот с двумя рекордов достигнуть вряд ли удастся.
• Daisy Chain. По сути, это последовательное подключение слотов RAM. В отличии от предыдущей топологии, тут обратная ситуация. Разгон лучше, если установлены два модуля, и чуть хуже, если четыре, да и в общем случае длина проводников меньше.

Получается, что для установки четырех модулей предпочтительнее платы с T-топологией, а для двух модулей, да еще с перспективой разгона — Daisy Chain. Осталось только узнать, какой именно вариант используется в той или иной модели платы, и сделать выбор.

И вот тут нас ждет разочарование. В спецификациях эта информация не указывается, да и в красочных описаниях на материнскую плату специфика разводки шины DRAM расписана далеко не всегда. Например, у Gigabyte Z590 GAMING X явно указано, что «Daisy Chain», а вот у Z590 AORUS XTREME того же производителя на этот счет молчок.

Считается, что на топологию «Daisy Chain» косвенно указывает рекомендация производителя в случае использования только двух модулей памяти устанавливать их во второй и четвертый слоты.

Насколько полезно знание о топологии разведения шины DRAM? Для обычного пользователя мало. Разве что вам требуется большой объем памяти, планируется установка четырех модулей, а интересующая модель материнской платы имеет T-топологию, то звезды сошлись в лучшем виде. В теории, стабильность работы будет лучше, частот при разгоне можно достичь больших.

Если же модулей будет скорее всего два, и вы не прочь выжать из них максимум, то чуть лучше себя проявит Daisy Chain.

Если же неизвестно, сколько в итоге будет модулей DRAM, а разгон не интересует совсем, то все эти топологии вам вряд ли будут интересны.

Система питания DRAM

Оперативную память, как и любое другое устройство, надо обеспечивать электричеством, и на материнской плате также присутствуют цепи питания DRAM. Если посмотреть на спецификации модулей памяти, то можно увидеть, что рабочее напряжение у них обычно 1.2 В. Штатный блок питания такого напряжения не предоставляет. Значит, опять его надо сформировать самостоятельно по аналогии с питанием процессора, с той лишь разницей, что большое количество фаз не требуется и часто обходятся одной, редко – двумя.

Возле сокетов для модулей ОЗУ на рассматриваемой в качестве примера плате можно найти несколько чипов Richtek RT8120, которые являются однофазными ШИМ-контроллерами. Они используются для питания памяти, а также сигналов VCCSA и VCCIO. Большой нагрузки тут нет, параллелить незачем, да и греться тоже нечему, поэтому дополнительные средства охлаждения в данном случае не используются.

На других моделях материнок могут быть иные компоненты разных производителей, но суть от этого не меняется.

Чипсет

Это еще один весьма важный компонент материнской платы. Обычно каждый производитель CPU предлагает несколько моделей чипсетов, предоставляющих свой набор возможностей. Так, младшие модификации не имеют функции разгона процессора по множителю, имеют меньшее количество линий PCI- E интерфейса и прочие ограничения.

Топовые модификации предоставляют максимальный функционал. Правильный выбор чипсета не менее важен, чем выбор процессора.

Порой чипсет называют еще набором системной логики. Почему «набор», если микросхема, по сути, одна? Те, кто еще лет 10 назад держал в руках материнскую плату, помнят, что в те былинные времена использовались две микросхемы, которые назывались незатейливо – «северный мост» (Northbridge — NB) и «южный мост» (Southbridge — SB). И это действительно было набором.

Северный мост отвечал за общение процессора с памятью, а также за обмен с видеокартой. Южный мост обеспечивал работу накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и т. п. Ныне функции северного моста переданы процессору, и надобность в дополнительном чипе отпала. В наборе остался только южный мост, коим, по сути, и является чипсет.

Если проводить аналогии с анатомией человека, то ранее мы рассматривали голову, мозг, его кровоснабжение (систему питания) и т. п. Сейчас же добрались до позвоночника. До этакого каркаса, который обеспечивает управление большинством устройств, составляющих компьютерную систему.

Именно на чипсет возложены функции работы с накопителями, подключаемыми по интерфейсам SATA или PCI-E, с USB портами, обеспечение функционирования аудио чипа, сетевого контроллера и т. п. Несколько особняком стоит задача перераспределения линий PCI-Express.

Что такое линии PCI-Express

Что это такое? Более подробно читайте тут, а если кратко, то этот интерфейс предоставляет n-ое количество интерфейсных линий. Каждая из них обеспечивает известную пропускную способность. На данный момент наиболее используемой является 3-я версия PCI-E, имеющая скорость в 8 ГТ/с на каждую линию. Новейшие на данный момент чипсеты AMD X570 и TRX40 поддерживают более скоростную, 4-ю версию этого интерфейса с пропускной способностью каждой линии в 16 ГТ/с.

Количество имеющихся в распоряжении чипсета линий PCI-E разнится в зависимости от модификации этого чипа. Так, самый младший на настоящий момент Intel H310 имеет всего 6 линий, причем уже устаревшей 2-й версии интерфейса, а топовые Z390 и Q370 располагают 24-мя линиями.

Задача системного чипа состоит в распределении их между имеющимися устройствами. Сразу скажем, что вполне реальна ситуация, когда линий может и не хватить. Если возвращаться к рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro, то использующийся чипсет предоставляет 24 линии PCI-E. О распределении их мы поговорим чуть позже.

Возможности разгона

Еще одна важная функция чипсета – возможность разгона процессора по множителю. Не все модификации системной логики позволяют это. По сути, у Intel это только Z390 имеет такую способность. Уже неактуальный Z370 и редко встречающийся Q370 в расчет не берем.

AMD более лояльна к пользователям. Гнать CPU по множителю можно не только на топовом X570. Тем не менее, не следует забывать об этом, и если оверклокинг входит в сферу интересов, то выбор существенно ограничивается.

Чипсеты требуют охлаждения, и как минимум, они закрыты радиаторами. В случае с AMD X570 этот чип работает с шиной нового поколения, позволяет подключать большее количество устройств и из-за этого греется весьма прилично. Неудивительно, что пассивного охлаждения оказалось мало и добавлен специальный небольшой вентилятор.

PCI разъемы

В большинстве случаев используется как минимум одна дискретная видеокарта, т. к. встроенное видеоядро для игр не годится. Значит, материнская плата должна иметь разъем для дополнительного графического адаптера и обеспечить его функционирование. Нередко видеокарт может быть 2 и даже больше.

Но не только видеокартами ограничивается список устройств, которые используются в компьютере. Внешняя звуковая карта, адаптер для SSD M.2 накопителей, RAID-контроллер и т. п. – все они устанавливаются в разъемы PCI-E и забирают себе часть имеющихся ресурсов.

В зависимости от типа устройств, используются разные по физическому размеру разъемы PCI-E. Всего существует 3 типоразмера таких разъемов. Два из них, самый большой и самый маленький, представлены на плате, которая служит нам сегодня в качестве образца.

Возможность использования нескольких плат расширения зависит не только от наличия нужного количества разъемов, но и от чипсета. А если точнее – то от количества линий интерфейса PCI-E и возможности их перераспределения между устройствами.

Для видеокарт и прочих устройств, которым требуется 4 (и более) линии PCI-E применяется самый большой разъем, чаще всего его обозначают как PCI-E x16. В данном случае «x16» показывает количество линий интерфейса. Это максимальное их количество, но не обязательное, и это надо помнить.

Распределение линий PCI-Express

Давайте рассмотрим нашу плату. Хорошо видно, что есть три разъема PCI-E x16. Значит ли это, что все они имеют по 16 линий? Теоретически, они МОГУТ иметь столько линий, но НЕ ОБЯЗАНЫ. Если обратиться к спецификациям на плату, то мы видим, что первый разъем действительно имеет 16 линий PCI-E, которыми ее обеспечивает процессор.

Второй разъем при тех же физических размерах может использовать только 8 интерфейсных линий, а третий – 4. Причем, линии к первым двум разъемам PCI-E x16 поступают от процессора, а к остальным – от чипсета. И этот последний как раз играет тут важную роль.

Если установлена только одна видеокарта в первый PCI-E разъем, то все просто, 16 интерфейсных линий подаются от CPU. Если же установить во второй разъем еще одну видеокарту, то ситуация изменится. 16 процессорных линий поделятся пополам между разъемами, и эту диспетчеризацию выполняет чипсет.

Кстати, то же самое произойдет, если во второй разъем будет установлена любая другая карта расширения. Видеокарта в первом разъеме будет переведена в режим x8. Еще 8 процессорных линий чипсет отдаст второму разъему. Будет ли использовать все предоставленные ресурсы установленная в него плата расширения или нет – не важно, разделение линий пополам все равно произойдет.

Напомню, что в данном случае я рассмотрел пример реализации конкретной модели материнской платы. Распределение интерфейса может варьироваться в зависимости от модели чипсета и даже поколения процессора, что в большей степени актуально для CPU AMD.

Сам же чипсет имеет n-ое количество собственных линий PCI-E, и распоряжается он ими сам. Вернемся к нашей Gigabyte Z390 Aorus Pro. Третий PCIe x16, который располагает 4-ми линиями, и все «маленькие» PCIe x1 (по одной линии PCI-E каждый) подключены к чипсету. Итого, из имеющихся у Z390 24 линий 7 (4+1+1+1) уже заняты. Куда девать остальные – об этом чуть ниже, а сейчас закончим с разъемами PCI-E.

На нашей плате можно заметить, что два из трех разъемов заключены в металлический каркас. Чаще всего его используют там, куда ставится видеокарта. Нужна эта «броня», во-первых, для усиления механической прочности разъема, т. к. мощные видеокарты с громоздкой системой охлаждения могут весить очень прилично. Во-вторых, считается, что металлическая оболочка позволяет снизить влияние помех и улучшить прохождение сигналов.

Сложно сказать, насколько все это справедливо, но если производители так считают – то тут все равно ничего не сделаешь. Зато имеем косвенный признак, сколько видеокарт можно использовать с данной материнской платой.

Разъемы M.2

Практически все современные материнские платы имеют как минимум один разъем M.2 для установки SSD накопителей соответствующего форм-фактора. На рассматриваемой сегодня Gigabyte Z390 Aorus Pro таких разъемов два, но может быть их три, и даже больше в некоторых топовых моделях, использующих специальную переходную плату.

Располагаться разъемы M.2 могут в разных частях, это зависит только от фантазии производителя. Бывает, что один из разъемов размещается на обратной стороне платы. У некоторых моделей материнок ASUS такой разъем расположен вертикально, что позволяет выиграть место за счет перпендикулярного по отношению к плоскости платы расположению накопителя. Насколько этот вариант удобен в пользовании – вопрос спорный.

О том, какой/какие интерфейсы поддерживаются каждым из разъемов, надо смотреть в спецификациях на материнскую плату. Разъемы могут быть универсальными, т. е. позволяют установить как SATA, так и PCIe накопители. Либо может использоваться только один интерфейс.

Также в описании на конкретную модель материнской платы указано, твердотельники какого размера получится установить. В модели, взятой для примера, в первом разъеме можно использовать любые SSD M.2 с размером от 2242 до 22110. Во втором – только до 2280. О том, чем отличаются накопители M.2 и что они из себя представляют, читайте в этом моем материале.

Вновь про линии PCI-E

Еще один важный момент – охлаждение накопителей в этих разъемах. Большинство материнских плат среднего и более высокого уровня уже имеют штатные радиаторы, и как показывают тестирования накопителей M.2, особенно с интерфейсом PCIe, нагрев – проблема, с которой приходится бороться.

Вернемся немного к линиям интерфейса PCI-E. Выше мы уже видели, что 7 линий были задействованы для разъемов PCI-E. В данном случае, если в нашу плату мы установим два накопителя PCIe x4, то нам потребуется еще 8 линий интерфейса, и таким образом, из имеющихся 24 15 уже будут заняты.

На этот момент тоже следует обращать внимание, на количество дополнительного оборудования, которое планируется использовать. Может оказаться, что вам не хватит ресурсов для подключения всего. Например, чипсет Intel B360 имеет всего 12 линий PCI-E 3.0.

Следует также упомянуть, что разъем M.2 используется не только для накопителей. Многие материнские платы снабжены беспроводным адаптером, или предусматривают возможность его установки. Для этого на плату ставят еще один M.2, который имеет ключ E и предназначен только для таких устройств. В данном случае плата поддержки модуля Wi-fi не имеет.

Разъемы для накопителей

Строго говоря, в предыдущем разделе тоже было рассказано о разъемах для накопителей. Сейчас же речь про более традиционные SATA и гораздо менее известные U.2.

Хотя скорость SSD, особенно с интерфейсом PCI-E, впечатляет и радует, сравнение их цен с традиционными жесткими дисками несколько расстраивает. Старые добрые HDD медленные, шумные, но пока что имеют как минимум одно преимущество – емкость. Если точнее, то стоимость единицы емкости. За цену среднестатистического SSD емкостью 1 ТБ можно легко приобрести 4-терабайтный «винчестер».

Для подключения таких накопителей нужен используемый уже не одно десятилетие интерфейс SATA и соответствующий разъем. В настоящее время этот интерфейс имеет 3-ю версию, и служит для подключения как традиционных HDD, так и SSD форм-фактора 2.5 дюйма. Скорость их работы будет ограничена пропускной способностью интерфейса, но далеко не всегда необходимо быстродействие шины PCI-E. А вот для хранения всякой всячины SATA устройства подходят более чем.

В подавляющем большинстве случаев материнские платы имеют как минимум 4, а чаще всего 6, и даже более таких разъемов. Расположение их на плате, ориентация в пространстве (параллельно плоскости платы и перпендикулярно) – это зависит от производителя материнки.

Взаимозависимости разъемов

Здесь вновь следует сказать несколько слов про распределение интерфейсов В данном случае не PCI-E, а SATA. Чипсет позволяет подключить до 6 устройств SATA, но у нас есть возможность установки двух SSD M.2 с таким интерфейсом. Значит ли это, что мы можем в итоге получить 8 накопителей SATA?

Нет, не можем. В мануале на нашу плату написано, что если в первый разъем M.2 установить SSD SATA, то чипсет отключит порт SATA3-2. Если же SSD M.2 SATA будет установлен во второй разъем, от отключатся порты SATA3-4 и SATA3-5. Т. е. в любом случае можно использовать максимум 6 SATA устройств.

Некоторые материнские платы имеют разъем U.2, который пригоден для подключения соответствующих накопителей. Например, у Asus Pro WS X570-ACE такой разъем есть. Устройства для U.2 широкого распространения не имеют, но тем не менее, иногда встречается их поддержка.

Вспомогательные чипы

Чипсет может многое, но не все. Ему требуется помощь других чипов, которые занимаются узкоспециализированными задачами. С рядом таких чипов давайте кратко познакомимся.

Контроллер Ethernet

Сложно сейчас представить компьютер, который не подключен к сети. Хотя все большее распространение получает Wi-fi, старый добрый «кабель» пока чувствует себя уверенно. Мало того, он может предложить скорости, пока что не достижимые для беспроводных альтернатив.

В рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro есть один гигабитный интерфейс на хорошо зарекомендовавшем себя чипе Intel i219-V. Кстати, металлический округлый элемент слева от него – это кварцевый резонатор.

В ряде моделей может использоваться несколько сетевых интерфейсов, в том числе с пропускной способностью до 10 Гб/с. Для каждого из них имеется свой собственный контроллер.

Контроллер SATA

Про порты SATA мы уже говорили, за их работу отвечает чипсет. Какой еще может быть контроллер? Дело в том, что, например, плата ASRock Z390 Extreme4, имеет 8 разъемов SATA. Понятно, что возможностей чипсета не хватит. Поэтому на помощь приходят микросхемы сторонних производителей.

Как правило, используется чип компании ASMedia ASM1061. Этот контроллер позволяет получить два дополнительных порта SATA. Интересно, что плата ASRock X570 Creator имеет аж два таких чипа, хотя всего разъемов SATA здесь 8. Используемый чипсет AMD X570 вполне мог бы справиться с ними самостоятельно. Видимо, такое решение принято для того, чтобы частично разгрузить чипсет, т. к. ему и так есть чем заняться. Заодно получится несколько снизить нагрев этого и так горячего «камушка».

Аудиоконтроллер

Наверное, сейчас нет ни одной материнской платы (за исключением, возможно, серверных), не оснащенной встроенной звуковой картой. Обсуждение качества их звучания не входит в сферу сегодняшнего разговора.

В зависимости от иерархии материнки могут использоваться бюджетные аудиоконтроллеры, либо более «продвинутые», да еще дополнительно снабженные дополнительным усилителем наушников, ЦАП и т. п.

Обычно аудиотракт производители стараются изолировать от остальной части материнской платы для снижения помех, наводок, искажений. Найти все это хозяйство обычно не трудно. В большинстве случаев аудиоконтроллер и вспомогательные элементы расположены в левом нижнем углу платы. Часто выделяется звуковая карта и наличием нескольких блестящих высококачественных конденсаторов, а также подсветкой.

Мультиплексоры шины PCI-E

Выше мы говорили про деление 16 процессорных линий PCI-E поровну между двумя разъемами в случае использования двух видеокарт. Упоминали, что управляет этим действием чипсет. А собственно «перебросом» линий с одного разъема на другой занимаются микросхемы-мультиплексоры. В данном случае, на рассматриваемой плате это чипы ASM1480 производства ASMedia.

Они хорошо видны на фото, располагаются под первым разъемом PCI-E x16. В других моделях материнских плат могут применяться микросхемы других производителей, но принцип работы остается тем же.

Мониторинг и управление вентиляторами

На плате есть специальный чип, который выполняет контроль за состоянием материнки, мониторит температурный режим и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В Gigabyte Z390 Aorus Pro используется чип iTE IT8688E, дополненный контроллером IT8795. Он позволяет подключать восемь устройств охлаждения. Два из них могут иметь потребляемый ток до 2 А каждый, что в результате дает возможность использовать системы жидкостного охлаждения.

Чипы других производителей можно встретить в материнских платах иных брендов, но выполняемые функции аналогичны.

Управление подсветкой

Без лампочек сейчас не жизнь, а иллюминацией также должен кто-то управлять. Грузить этой задачей процессор или чипсет не вполне логично. Зато эту работу отлично выполняют специализированные контроллеры. В нашем случае это микросхема ITE IT8297FN.

BIOS

Компания Gigabyte традиционно применяет функцию DualBIOS. Она заключается в использовании двух микросхем емкостью по 128 Мб для хранения текущей конфигурации и резервной. Расположены эти два чипа в нижнем правом углу.

Материнские платы других производителей могут обходиться одной микросхемой, выпускаться она может разными фирмами.

USB

Чипсет имеет широкие возможности по поддержке самых разнообразных версий USB. Тем не менее, чтобы разгрузить Z390, применяются сторонние контроллеры, концентраторы. К последним относится чип GL850S, который обеспечивает работу 4-х портов USB 2.0 на задней панели.

HDMI

Поддержку протокола HDMI 1.4b осуществляет микросхема обработки графики PTN3360DBS производства NXP. На других платах могут стоять иные чипы. Выводов на монитор может вообще не быть, если не предусмотрена поддержка процессоров со встроенным видеоядром.

Дополнительные разъемы и коннекторы

Не только слотами памяти и процессора, чипсетом, разъемами PCI-E и M.2 богата плата материнская. Она может иметь ряд других разъемов, включая те, что выведены на заднюю панель для подключения самой разнообразной периферии.

Количество и номенклатура этих разъемов довольно широко варьируется у разных моделей материнок. Останавливаться на них смысла особого нет, а вот о тех коннекторах, которыми усыпана сама плата, немного поговорим.

Разъемы для вентиляторов/помп СЖО

Система охлаждения – важная составляющая любого компьютера, и от качества ее работы зависит общее быстродействие системы. В любом ПК есть как минимум один (вентилятор блока питания не в счет) вентилятор – процессорный. Как правило, есть еще несколько коннекторов для подключения корпусных вентиляторов. В данном случае Gigabyte Z390 Aorus Pro позволяет подключить до 8 охладителей.

Возле процессорного сокета находятся два разъема. Один — для вентилятора обычного воздушного кулера CPU. Второй – для помпы водяной системы охлаждения. В левом верхнем углу находится еще один для корпусного вентилятора. на нижней грани есть еще три.

Справа есть еще два разъема, позволяющие подключить системы охлаждения с высокой нагрузкой (ток до 2 А), предназначенные для «водянки».

Разные модели материнских плат имеют разное количество таких коннекторов. Располагаться они могут в разных местах. О их наличии и возможности подключения того или иного вентилятора/помпы следует узнавать из мануала.

Разъемы для светодиодных RGB-лент

Рассматривая для примера плата позволяет подключить по две адресуемые и не адресуемые ленты, для чего имеются соответствующие разъемы. Два располагаются в правом верхнем углу, еще два – на нижней грани.

В других моделях системных плат их расположение и количество может варьироваться. Все подробности – в мануале не плату.

USB

На задней панели есть не все разъемы USB. На плате располагается еще несколько коннекторов.

В данном случае на материнке есть один коннектор для порта USB 3.1 Gen2 Type-C, два коннектора для USB 2.0 на нижней грани платы и один для подключения двух USB 3.1 Gen1 на опциональной фронтальной панели.

Другие разъемы

Помимо перечисленного, на плате есть также разъемы для подключения термодатчиков, аудиокабеля и колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса. Их расположение и порядок подключения описан в мануале на материнскую плату.

Помимо прочего, на дорогих моделях, особенно ориентированных на оверклокеров, могут иметься переключатели режимов настройки системы, кнопки включения и перезагрузки, сброса настроек BIOS к заводским, индикатор POST-кодов и т. п.

Заключение. Сложная анатомия материнской платы

Учитывая, сколько всего понапихано на материнскую плату, совсем не удивляет то, что это едва ли не самый крупный (за исключением корпуса и монитора) компонент компьютера. Круг выполняемых задач у этого компонента любого ПК весьма широк. Это не только обеспечение других частей компьютера питанием и средствами коммуникации между собой. Это еще и механическое крепление процессора, памяти, разнообразных плат, кабелей.

Добавим сюда еще и представительские функции. Корпусов с прозрачной боковиной много, и сейчас модно выставлять внутренности напоказ. Посему желательно, чтобы материнская плата имела интересный дизайн и подсветку.

В результате получается, что это очень непростой компонент, и не самый дешевый в системе. Утверждение, что это самый важный элемент, является спорным. Процессор не менее важен, память – тоже, а разве нельзя того же сказать про блок питания, процессорный кулер? И все же многофункциональность и «широта взглядов» материнской платы вызывает уважение.

Производители предлагают нам большое количество моделей, ориентированные на выполнение разных задач, выполненные на разный эстетический вкус и кошелек. Дело остается за малым – из всего обилия предложений просто выбрать ту единственную, которая максимально полно удовлетворит запросы. А сделать это, порой, весьма непросто.

Хороших и правильных покупок!

Инструкции по ремонту, Схемы > Материнские платы > Apple, Asus, Compal, Fic, Flex, Foxconn, Gigabyte, Intel, Inventec, Jet Way, MSI, Pegatron, Quanta, Samsung, Topstar, Wistron.