Устройство материнской платы и характеристика ее основных устройств

Что такое материнская плата компьютера — зачем она нужна

В состав персонального компьютера входит множество компонентов, которые обмениваются данными, обрабатывают их и передают пользователю. Каждый узел наделен определенным узкоспециализированным функционалом. Большая часть таких элементов располагается в одной конструктивно законченной системе – материнской плате (материнке).

Все компоненты персонального компьютера подключаются к главной плате напрямую, либо с помощью стандартных кабелей. В большинстве моделей системных блоков плата размещена в вертикальном положении. Конструкцию фиксируют к одной из стенок блока.

К основным функциям материнской платы относят:

• транспортировка сигналов управления от центрального процессора к различным узлам;
• информационный обмен между процессором и памятью, включая постоянную и оперативную;
• организация устройств долгосрочного хранения данных, включая жесткие диски и другие внешние носители, обеспечение их доступности;
• взаимодействие с внешними устройствами (видеокарты, средства обработки звука, внешняя память, сетевые адаптеры, принтеры);
• обеспечение ввода данных со стороны пользователя или другого ПК;
• функционирование процессора и некоторых внешних устройств за счет обеспечения дополнительного электропитания.

Системная плата представляет собой связующее звено, точнее комплекс из таких звеньев, без которого персональный компьютер не может функционировать. Конструкция включает разъемы для подключения:

• процессора;
• модулей памяти;
• видеокарты;
• звуковой карты;
• любых других устройств, обладающих стандартными интерфейсами материнской платы, включая сетевые адаптеры, устройства обработки видео.

Устройства, с помощью которых осуществляется хранение информации (жесткие диски, BlueRay и др.), подключают к главной плате не напрямую, а с помощью стандартных кабелей. В данное время такие устройства применяют в комплексе с интерфейсом SATA. Также есть подобные разъемы, которые позволяют подключить резервные хранилища информации, находящиеся вне системного блока.

Разные периферийные устройства, включая клавиатуру, мышь, принтер, флешки, подключают к материнке с помощью интерфейса USB. Разъемы такого типа могут располагаться на плате, либо соединяться с ней кабелями. Допускается применение интерфейса PS/2, чтобы обеспечить совместимость материнской платы с определенными модификациями клавиатур и мышей.

Такой разъем расположен на конструкции. Материнки с видеоадаптерами встроенного типа обладают разъемом для подключения к монитору.

Из чего состоит материнская плата, основные компоненты

Компоненты материнской платы надежно фиксируют на конструкции, используя пайку, клей или какой-то другой способ соединения. Нередко материалы комбинируют. В теории для простого пользователя материнка представляет собой неразборный узел. Все работы по сборке или ремонту выполняют квалифицированные специалисты. Главные составляющие основной платы:

• разъем, в который подключают ЦП, или сокет;
• специализированный крепеж для фиксации охлаждения центрального процессора;
• некоторое количество разъемов, в которые подключают оперативную память;
• микросхемы постоянной памяти;
• микросхемы чипсета;
• формирователи стандартных интерфейсов в виде шин, обеспечивающих работу с внешними устройствами;
• разъемы, в которые подключают внешние устройства к шинам, то есть слоты расширения;
• контроллеры и разъемы, с помощью которых подключают периферийные устройства;
• разъемы под основное и дополнительное электропитание;
• формирователи питающих напряжений, предназначенные для процессора, памяти и шин;
• простые звуковые адаптеры, которые являются компонентами большинства современных материнских плат;
• разъемы, предназначенные для кнопки включения и сброса персонального компьютера, а также индикаторов передней панели;
• прочие опциональные устройства индикации и отладки.

Как правило, группировка компонентов на плате осуществляется в зависимости от их функционала. К примеру, чипсет, модули памяти и система электропитания обычно расположены на небольшом удалении от центрального процессора. Большая часть свободной поверхности может быть отведена для слотов расширения, что обеспечивает достаточно простое размещение крупногабаритных устройств, таких как видеокарта, на материнской плате.

Разъемы, предназначенные для подключения периферийных устройств, расположены по периметру материнки. Такой порядок существенно упрощает процесс подключения. Частично разъемы размещают в отдельном месте на задней панели разъемов. Под данное оборудование в системных блоках специально отведено отверстие с габаритами 6,25 на 1,75 дюйма с допусками 0,08 дюйма.

Задняя панель материнской платы дополнена следующими разъемами:

• PS/2 под мышь и клавиатуру;
• от 4 до 8 разъемов интерфейса USB;
• от 3 до 6 разъемов mini-jack под звуковые устройства;
• RJ45 под локальную сеть.

Подключение материнской платы к источнику питания можно выполнить с помощью стандартного 24-контактного разъема питания. Иногда его дополняют одним или несколькими 4-, 8- или 12-контактными разъемами дополнительного питания +12 Вольт.

Блок питания выдает напряжение +3,3 В при напряжении 5 В и 12 В обеих полярностей. Такие параметры характерны для большинства устройств внутри персонального компьютера. Но центральный процессор работает на напряжениях от 1 до 2 В, что позволяет оптимизировать распределение потребляемой мощности.

Питание процессора осуществляется с помощью преобразователей напряжения, размещенных на материнской плате. Данные устройства являются небольшими микросхемами, которые располагают близко к ЦП. Кроме того, что они преобразуют напряжение, микросхемы стабилизируют его. Таким образом, напряжение становится постоянным во времени, не зависит от степени загрузки процессора. Каждый стабилизатор представляет собой миниатюрный импульсный источник питания, функционирующий за счет конденсаторов. Данные компоненты размещают недалеко от стабилизатора.

Чипсет является главной деталью любой системной платы. С его помощью центральный процессор выполняет программы и обрабатывает информацию. Взаимодействие процессора со всеми устройствами, за исключением оперативной памяти и основных шин, осуществляется посредством чипсета.

Каждая материнская плата обладает микросхемой постоянной памяти, в которой содержится набор процедур для обеспечения запуска компьютера и подготовки к запуску операционной системы. Комплекс таких процедур называют BIOS или базовой системой ввода/вывода. Также BIOS необходима для более тонкой настройки параметров и главной платы, и всего персонального компьютера. Также базовая система позволяет:

• ускорить или замедлить процессор;
• определить метод загрузки операционной системы;
• изменить системное время.

Данные настройки хранятся частично на устройстве CMOS, которое является небольшим объемом энергонезависимой памяти, питающейся с помощью сменной батарейки. Когда выключается питание персонального компьютера, заданные параметры не изменяются и используются во время следующего включения. Батарейка обладает эксплуатационным ресурсом от 3 до 10 лет.

Все материнские платы дополнены опцией сброса параметров CMOS. Данная функция предназначена для использования при неработоспособности компьютера. Такое «обнуление» запускают с помощью специальной кнопки или джампера.

Виды материнских плат по форм-фактору

Так называемые, материнки с аналогичными чипсетами для одинаковых модификаций процессоров могут отличаться некоторыми характеристиками. К таким параметрам относят конструктивные варианты исполнения. Главным признаком является размер.

Существует понятие «форм-фактор» или типоразмер материнской платы, которое обозначает геометрические размеры платы для унификации используемых системных блоков и различных периферийных устройств.

EATX

Данная разновидность материнской платы характеризуется размерами 12 на 13 дюймов или 305 на 300 миллиметров. Подобная модель, как правило, предназначена для серверного оборудования. Также устройство применяют для оснащения персональных компьютеров.

Такое решение целесообразно при необходимости подключения нескольких крупных периферийных устройств. Стоимость данных материнских плат существенно выше, чем цена обычного оборудования. В комплекте имеется до четырех больших слотов расширения, которые поддерживают шину PCIE-16.

Standard ATX

Это стандартные материнские платы характеризуются размерами 12 на 9,6 дюймов, то есть 305 на 244 миллиметров. Устройства предназначены для подключения к большинству современных персональных компьютеров. Такие материнки совместимы с любыми корпусами типа Tower и обладают слотами расширения в количестве до трех штук.

MicroATX

Материнские платы данного типа имеют размеры 9,6 на 9,6 дюймов или 244 на 244 миллиметров. Такая модификация считается упрощенной версией АТХ. Конструкция дополнена одним слотом расширения. Следует учитывать определенные ограничения на число портов USB. Модели отличаются демократичной стоимостью и экономичным потреблением электроэнергии.

Mini-ITX

Специализированные модификации главных плат размером 6,7 на 6,7 дюймов или 170 на 170 миллиметров устанавливают на небольшие системные блоки, которые преимущественно используют для офисного оснащения. В данном случае используется урезанная версия слота расширения, либо он отсутствует.

Особенность конструкции заключается в наличии встроенного процессора, который в случае поломки не подлежит замене. Такие платы отличаются экономичным потреблением электроэнергии. Мощность блока питания составляет 100 Вт. Если сравнить данную модель с наиболее простой платой microATX, то во втором случае требуется источник питания мощностью от 300 Вт.

Mini-STX

Специализированная материнская плата размером 5,7 на 5,5 дюймов или 147 на 140 миллиметров предназначена для оснащения микрокомпьютеров. В данном случае отсутствуют слоты расширения, а процессор при необходимости можно заменить. Конструкция дополнена встроенной видеосистемой. Такая модель чаще всего устанавливается на офисные и мобильные ПК.

В том случае, когда требуется определить тип установленной материнской платы, можно воспользоваться данными методами:

• программы диагностики, включая CPU-Z, AIDA, PC Wizard;
• с помощью DMI;
• разбор системного блока и осмотр надписи на плате, которая находится между слотами расширения.

Первый способ является наиболее предпочтительным. Это связано с отсутствием необходимости разбирать оборудование, так как зачастую подобные действия выполнить невозможно из-за конструктивных особенностей или действующей гарантии.

Материнские платы мобильных компьютеров, чем отличаются

Ноутбук представляет собой уменьшенную копию обычного персонального компьютера. В действительности данные типы компьютерной техники обладают общим функционалом и похожи по внутреннему устройству. Однако материнские платы ноутбуков характеризуются рядом отличий от аналогов оборудования, устанавливаемого на стационарные ПК.

К примеру, главные платы обычных ПК обладают дополнительными слотами, что обеспечивает их мобильность. Пользователь может при необходимости заменить материнку, звуковую или видеокарту, а также видеоконтроллер и другие устройства.

Материнские платы для мобильных компьютеров миниатюрны и компактны. Устройства интегрируют в себе максимальное количество всех необходимых комплектующих для обеспечения полноценной работы техники. Следует отметить, что в случае выхода из строя какого-то компонента ноутбука, заменить его достаточно сложно.

Наряду с некоторыми недостатками, существует множество достоинств подобного решения. Системные карты ноутбука занимают минимальное пространство в конструкции. Материнка для мобильной техники отличается экономичным потреблением электроэнергии.

Стоимость ремонта материнской платы ноутбука несколько выше, чем восстановление аналогов оборудования в обычных ПК. Также подобные устройства проигрывают в качестве теплоотводов.

Характеристики материнских плат, на что обращать внимание при выборе

При сборке персонального компьютера следует соблюдать основные принципы и внимательно подойти к выбору материнской платы, обратить внимание на тип и число портов, включая SATA, USB, интерфейсы встроенного в процессор видеоадаптера (VGA, DVI, HDMI), количество разъемов для оперативной памяти.

Данные характеристики определяют структуру и возможность подключения жестких дисков в разъем SATA и их количество, наличие USB 3, планок оперативной памяти и их допустимое число.

Одним из ключевых критериев выбора является чипсет, который определяет скорость работ компьютера. Популярностью пользуются материнские платы компаний Intel или AMD. С их помощью удается существенно увеличить эффективность ПК.

Платы, которые обладают большими габаритными размерами, отличаются увеличенным функционалом. Исходя и сокета, определяют модель процессора, которая совместима с приобретенной материнской платой. Не рекомендуется выбирать сокеты для устаревших модификаций техники.

Мощность компьютера и возможности для улучшения его рабочих характеристик определяются наличием слотов под оперативную память. Чем больше их количество, тем более современные карты памяти они поддерживают, что положительно сказывается на быстродействии техники.

Большим спросом пользуются материнские платы с поддержкой DDR4. Также следует обратить внимание на описание разъемов под видеокарту. Для обычных компьютеров будет достаточно хотя бы одного дополнительного разъема. К таким устройствам можно подключить ТВ-тюнер, звуковую карту, модем.

Характеристики спецификации материнской платы в зависимости от назначения и особенностей компьютера:

• если требуется сборка бюджетного персонального компьютера, то материнская плата может обладать рабочей частотой процессора 2600 МГц, чипсетом В150 для материнок Intel и А320 для плат АМD;
• производительные компьютеры оснащают платами В350 от АМD или В250 от Intel, со слотами для оперативной памяти DDR4;
• игровые ПК характеризуются большой мощностью и рабочей частотой процессора от 3000 МГц, оснащены материнскими платами не менее Х379 от AMD или Z270 от Intel.

Основные критерии выбора материнской платы:

• совместимость с процессором;
• поддержка имеющегося оборудования, включая определенные виды модулей памяти, видеокарт, жестких дисков, периферийных устройств;
• совпадение форм-фактора с имеющимся корпусом;
• соответствие энергопотребления блоку питания;
• обеспечение нормальной вентиляции за счет отсутствия препятствий на конструкции материнской платы;
• наличие двух микросхем BIOS основного и резервного типа;
• универсальный разъем питания с минимальным количеством контактов 24+4 и дополнительным питанием процессора;
• удобное расположение разъемов под жесткие диски.