Материнские платы

Главным узлом, определяющим возможности компьютера, является системная, или материнская (от англ. слова motherboard), плата. На ней обычно размещаются микропроцессор, оперативная память, кэш-память, системный BIOS, шины, контроллеры различных устройств, кварцевые резонаторы, набор вспомогательных микросхем (чипсет), аккумулятор, разъемы расширения и питания, разъем для подключения клавиатуры и ряд других компонентов. Для подключения индикаторов, кнопок и динамика, расположенных на корпусе системного блока, на материнской плате имеются миниатюрные специальные разъемы-вилки. Подобные же разъемы служат как контакты для перемычек (jumpers) при задании конфигурации системы. Если на системной плате сосредоточены все элементы, необходимые для его работы, то она называется АП-In-0ne. У большинства персональных компьютеров системные платы содержат лишь основные узлы, а элементы связи, например с монитором, расположены на отдельной печатной плате, называемой дочерней, или платой расширения.

Основные характеристики материнских плат

Форм-фактор - определяет форму, размеры материнских плат, расположение компонент на плате. Важно: форм-фактор платы определяет, в какой тип корпуса вы можете ее поставить. На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат — АТ(35,5 х 30,5см), АТХ (30,5 х 24,4см), LPX (33 х 22,9см) и NLX (24,4 х 24,4см). Кроме того, есть уменьшенные варианты формата АТ (Baby-АТ), АТХ (Mini-АТХ, micro-ATX) и NLX (micro-NLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации micro-ATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор — Flex-ATX

Корпуса соответственно бывают АТ/АТХ. АТХ стоит дороже, но предоставляет дополнительные возможности: программное включение/выключение компьютера, более надежный разъем питания, лучшая вентиляция корпуса. Существуют платы, которые одновременно поддерживают оба форм-фактора.

Полноразмерная плата AT

Плата AT по своим габаритам соответствует системной плате оригинального компьютера IBM AT. Это большая плата, разъемы клавиатуры и слотов которой должны совпадать с отверстиями в корпусе. Такая плата помещается только в полноразмерный корпус AT или Tower. Поскольку их невозможно установить в корпусах Mini-Tower (и по причине уменьшения размеров других узлов), производство таких плат практически прекратилось.

Baby-AT

Расположение разъемов клавиатуры и слотов на этих системных платах также должно соответствовать отверстиям в корпусе. Заметим, что почти во всех полноразмерных платах и платах Baby-AT для подключения клавиатуры используется стандартный 5-контактный разъем DIN. Системные платы Baby-AT можно установить практически в любой корпус, за исключением корпусов с уменьшенной высотой и Slimline. Именно поэтому они получили сейчас наибольшее распространение.

LPX

Другой популярной платой является плата LPX (и Mini-LPX). Этот вариант первоначально был разработан фирмой Western Digital для некоторых ее плат. Хотя такие системные платы сами по себе уже не выпускаются, их конструкции используются другими производителями. Они применяются в корпусах с уменьшенной высотой и Slimline. Платы LPX во многом отличаются от остальных. Например, слоты расширения смонтированы на отдельной выносной плате, которая вставляется в системную плату. Платы расширения вставляются в выносную плату, и их плоскости оказываются параллельными системной плате, что позволяет уменьшить высоту корпуса компьютера. Слоты расширения в зависимости от конструкции могут располагаться как на одной, так и на обеих сторонах выносной платы. Еще одно отличие плат LPX состоит в том, что все разъемы установлены на задней панели платы. Имеются в виду разъемы для монитора VGA (15 контактов), параллельного порта (25 контактов), двух последовательных портов (по 9 контактов) и разъемов Mini-DIN для клавиатуры и мыши стандарта PS/2. Все эти разъемы смонтированы на самой плате и после установки оказываются расположенными напротив соответствующих отверстий в корпусе. На некоторых системных платах LPX устанавливаются дополнительные встроенные разъемы, например для сетевого или SCSI-адаптера.

АТХ

В новой конструкции АТХ сочетаются наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. По существу, АТХ - это "лежащая на боку" плата Baby-AT с измененным разъемом и местоположением источника питания. Главное, что необходимо знать о конструкции АТХ, - это то, что она физически несовместима ни с конструкцией Baby-AT, ни с конструкцией LPX. Другими словами, для системной платы АТХ нужны особый корпус и источник питания.

Особенности АТХ:

• Наличие встроенной двойной панели разъемов ввода-вывода (Built-in double high external I/O connector panel). На тыльной стороне системной платы есть область с разъемами ввода-вывода. Это позволяет расположить внешние разъемы непосредственно на плате и исключает необходимость использования кабелей, соединяющих внутренние разъемы и заднюю панель корпуса, как в конструкции Baby-AT.

• Наличие одноключевого внутреннего разъема источника питания. Спецификация АТХ содержит одноключевой разъем источника питания, который легко вставляется и который невозможно установить неправильно. Этот разъем имеет контакты для подвода к системной плате напряжения 3,3 В, а это означает, что для системной платы АТХ не нужны встроенные регуляторы напряжения, которые часто выходят из строя.

• Перемещены CPU и модули памяти. Изменены места расположения CPU и модулей памяти: теперь они не мешают картам расширения, и их легко заменить новыми, не вынимая при этом ни одного из установленных адаптеров. CPU и модули памяти расположены рядом с источником питания и обдуваются одним вентилятором, устраняя, таким образом, необходимость в специальном процессорном вентиляторе. Есть также место и для большого пассивного теплоотвода.

• Перемещены внутренние разъемы ввода-вывода. Внутренние разъемы ввода-вывода для накопителей на гибких и жестких дисках смещены и находятся рядом с этими накопителями, а не под слотами расширения или самими накопителями. Это означает, что внутренние кабели к накопителям могут стать значительно короче, а для доступа к разъемам не потребуется убирать одну из плат или накопитель.

• Интенсивное охлаждение. CPU и модули памяти охлаждаются тем же вентилятором, что и источник питания. Кроме того, в конструкции АТХ вентилятор источника питания направляет поток воздуха ВНУТРЬ корпуса, увеличивая в нем давление и препятствуя проникновению в компьютер пыли и грязи. Можно поставить фильтр и сделать компьютер еще более защищенным.

NLX

Последней разработкой в области системных плат для настольных ПК стала технология NLX, и, возможно, именно она окажется ведущей технологией ближайшего будущего. Платы этого стандарта, на первый взгляд, напоминают платы LPX, но на самом деле они значительно усовершенствованы. Если на платы LPX нельзя установить самые новые процессоры из-за их более крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти проблемы прекрасно разрешены.

Системная плата NLX и платы ввода-вывода (располагающиеся, как и в конструкции LPX, параллельно системной) теперь легко вставляются и вынимаются, при этом другие платы, в том числе и расположенные вертикально, остаются нетронутыми. Легче добраться и до самого процессора, который охлаждается теперь гораздо лучше, чем в системах с тесно расположенными компонентами. Поддержка плат расширения различного размера позволяет выпускать системы различных модификаций.

Стандарт NLX обеспечивает максимальную гибкость систем и самое оптимальное использование свободного пространства. Даже самые длинные платы ввода-вывода устанавливаются без труда и не задевают при этом никаких других системных компонентов.

Разъем процессора (Slot/Socket). На системных платах, предназначенных для установки процессоров Pentium, Pentium ММХ и Суriх М2, «гнездо» — квадратной формы, с много численными дырочками под «ножки» процессора по краю рамки. Такой тип разъема носит название Socket. На платах, предназначенных для установки процессора Pentium П, а также нового процессора фирмы AMD под названием К7 вы увидите уже не квадратное гнездо, а длинный «щелевой» разъем Slot . Процессоры для Socket можно устанавливать в Slot через переходник , но они хуже вентилируются и, соответственно, хуже разгоняются. На большинстве материнских плат, предназначенных для построения домашних систем, Socket или Slot имеется в единственном экземпляре (хотя в продаже имеются и платы для построения двухпроцессорных систем).

В настоящее время наиболее распространенными разъемами для процессоров являются: Socket-370, Socket-А (Socket-462), Socket-423, Socket-478. Разъемы Slot-1, Slot-А и Socket-7 на современных платах почти не встречаются.

Количество и тип разъемов для плат расширения (1SА/PCI/AGP). Для подключения плат расширения (видео карт, звуковых карт, внутренних модемов и др.) необходимо иметь на плате достаточное количество разъемов (слотов) расширения соответствующего типа. ISA-разъемы постепенно исчезают из поля зрения, уже сейчас на материнской плате для Pentium I обычно не более двух таких разъемов. PCI - "стандартный" разъем для Pentium II, для этого разъема уже выпускается большинство устройств. Обычное количество PCI-разъёмов на материнской плате: 4 – 5. AGP - разъем для подключения видео карты, разгружает шину PCI от большого объема данных, передаваемых на видео карту, к тому же гораздо быстрее. На всех современных материнских платах он обязательно присутствует.

Набор микросхем (Чипсет – Chipset). Чипсет — набор контроллеров, через которые осуществляется связь процессора с другими устройствами. Это одна или несколько микросхем, таймеры, системы управления, специально разработанные для "обвязки" процессора. Тип набора в основном определяет функциональные возможности платы: типы поддерживаемых процессоров, структура и объем КЭШа, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п.

Функциональные возможности ПК определяет чипсет, а от процессора зависит скорость, с которой эти функции выполняются. На одном и том же наборе может выпускаться несколько моделей системных плат, от простейших до довольно сложных.

Основное требование к чипсету с точки зрения производительности - это обеспечение полной пропускной способности процессорной шины и других шин, по которым происходит передача информации. Основное требование к чипсету с точки зрения функциональности — это реализация максимального количества функций. То есть в чипсете должно реализовываться управление как можно большим количеством устройств, что способствует снижению стоимости и повышению надежности всей системы.

Раньше чипсеты состояли из разного количества микросхем. Сегодня в основном чипсеты состоят из двух микросхем, одна из которых называется «южным мостом» (меньшего размера), а другая, соответственно, «северным мостом» (большего размера). Это самые крупные микросхемы после процессора. В северном реализован контроллер памяти, ускоренного графического порта AGP и шины PCI. В южном — АТА (IDЕ) контроллер для жестких дисков, порты ввода-вывода и некоторые другие контроллеры. Южный мост соединяется с северным с помощью шины PCI. Современные чипсеты выполняются по так называемой хабовой архитектуре. В хабовой архитектуре для связи между мостами используется специальная, более скоростная шина. Такое решение позволяет, во-первых, ускорить обмен данными между устройствами и процессором, а во-вторых, освободить шину PCI от обслуживания южного моста (контроллер PC1 переносится в южный мост).

Наличие интегрированных возможностей (видео/аудио/сеть/модем). На некоторых материнских платах интегрируют дополнительные возможности, которые обычно находятся на платах расширения. При такой интеграции повышается надежность системы (меньшее количество контактов), и плата стоит дешевле, чем материнская плата с платой расширения. Но модернизировать такую плату дороже (нет возможности сдать старую плату расширения).

Возможности разгона. Для эффективного разгона процессора необходима возможность менять частоту шины и напряжение питания процессора. Эти функции могут быть реализованы с помощью перемычек на плате или через настройки в BIOS. Для существенного подъема частоты шины надо иметь быструю память, способную работать на этой частоте.