Материнская плата компьютера

Материнская плата компьютера

Устройство материнской платы компьютера. Назначение разъемов и комплектующих

Сердцем компьютера, содержащим основные микросхемы, является материнская плата. Именно она отвечает за отклик системы на распоряжения пользователя. Материнская плата имеет и другие названия: системная плата, основная плата, МП. Далее подробно рассмотрим ее устройство и назначение отдельных компонентов.

К материнской плате подключаются все внутренние компоненты, как то процессор, оперативная память, платы расширения, контроллеры, так и периферийные устройства, например, SSD-накопители, DVD-дисководы, внешние накопители информации, , адаптеры, модемы.

Чтобы соединить все эти компоненты вместе, существуют специальные гнезда, которые официально именуются слотами, сокетами и коннекторами. Форма у них у всех разная. Отличаются типом, количеством контактов, параметрами производительности и другими мелочами.

Устройство материнской платы компьютера

1. Сокет процессора – разъем процессора, самый крупный на материнской плате, найти его не сложно. Если все же есть трудности, то его расположение указывается в схеме к руководству для материнской платы.

Слот различается в зависимости от вида процессора, для которого он предназначен, поэтому установить в гнездо можно лишь совместимую модель. Иначе штырьки, которыми процессор вставляется в слот, могут погнуться, в худшем случае — сломаться. Процессоры разных торговых марок различаются стандартом гнезда, но даже у одного и того же производителя процессоры разных выпусков могут отличаться форматом сокета.

2. Слоты оперативной памяти – основное хранилище временных данных. Представляют собой вытянутые отверстия с замками по краям, кстати, несимметричной формы. Это сделано специально, чтобы пользователь установил планку памяти без ошибок.

Слоты на материнской плате компьютера рассчитаны на конкретный вид памяти, какой именно – можно узнать в руководстве к системной плате. Планки оперативной памяти различаются объемом и типом. Сегодня наиболее популярен стандарт DDR3 SDRAM.

3. Слот для видеокарты и других плат расширения . Современные слоты стандарта PCI Express разделяются на следующие виды:

  • высокоскоростные – для видеокарт,
  • стандартные – для всех других плат расширения.

Отличить разъем для скоростных видеокарт можно по специальной метке PCI-E x16. Бывает, что он выделен каким-либо цветом. Современный слот PCI-Express x 16 стал своего рода универсальным ввиду того, что представляет собой двунаправленную шину с пропуском 8 Гб/с, а в однонаправленном режиме соответственно 4 Гб/с.

4. Коннекторы для подключение жесткого диска и привода . DVD/BlueRay-дисководы, а также жесткие диски SSD и HDD подключаются, как правило при помощи разъема SATA. Этот формат позволяет производить, так называемое, «горячее подключение», что означает возможность подсоединения/отсоединения при включенном питании. По умолчанию этот параметр не включен, самостоятельно его активировать можно в настройках BIOS.

5. Разъемы для питание материнской платы . Подача питания на системную плату и на процессор осуществляется по разным проводкам. Выводы блока питания имеют разноцветные провода с различным номиналом напряжения (+12В, –12В, +5В, “Земля” и другие). Чтобы не перепутать куда какое напряжение подавать, они объединены в штекеры различной формы.

Слот питания материнской платы бывает разных форматов (в зависимости от форм-фактора системного болка: АТХ или miniATX), и может иметь 20 или 24 контакта. Плата форм-фактора ATX больше по размеру, а соответственно требует большего питания, т.е. ей необходим будет коннектор 24-пиновый.

Эту особенность необходимо учитывать при выборе и покупке блока питания. Разъем для питания процессора вы не перепутайте с другим, он больше никуда не подойдет. У него, такая форма, что подключить его неправильно у вас просто не получится.

6. Внутренние USB-контакты . Если вы на системной плате увидите 9-штыревой разъем, то, скорее всего, это разъем для подключения внешних USB-портов, расположенных на лицевой стороне системного блока. Можно их и не подключать, т.к. всегда есть встроенные USB-порты, расположенные на задней стороне платы, на панели разъемов.

7. Подключение кнопок . Когда пользователь перезагружает ПК или выключает его, он нажимает соответствующие кнопки управления, которые подключены к материнской плате при помощи хрупких двойных контактов. Во избежание поломки, важно не перепутать полярность и обращать внимание на надписи (описание есть в руководстве к системной плате).

Я подключаю кнопки следующим образом :

  • сначала ищу контакт подключения кнопки пуска, простым перебором (если запустилась, значит она, если нет – переставляю дальше);
  • далее во включенном состоянии подбираю индикаторы работы жесткого диска и питания (вставил в свободный и следишь за лампочкой, загорелась угадал, нет – дальше подбираешь);
  • и последним вставляю проводок перезагрузки;
  • потом все еще раз проверяю.
Стандартные внешние разъемы

На задней стороне платы устанавливаются порты, доступ к которым осуществляется со стороны задней стенки системного блока. Как правило, это следующий набор портов:

  • USB-порты (минимум 2 шт.),
  • LAN (порт сетевой карты),
  • SATA (подключение дополнительного винчестера),
  • разъемы для аудио выходов и аудио входов;
  • PS/2 (для мышки и клавиатуры);
  • HDMI (подключение монитора).
Чипсет или мосты материнской платы

Чипсет представляет собой микросхему или набор микросхем, которые согласуют работу процессора, оперативной памяти, жесткого диска, видео адаптера и других компонентов, подключенных к материнской плате. Раньше в состав чипсета входили северный мост и южный мост. Но сегодня ввиду высокой степени интеграции эти две микросхемы объединены в одну.

Северный мост – это посредник между процессором, памятью и видеокартой, основной функцией которого является организация обмена данными между этими высокопроизводительными устройствами. Производительность компьютера в целом находится в непосредственной зависимости от слаженности работы этих компонентов вместе.

Северный мост получил свое название за то, что находился ближе всего к процессору (вверху). И до не давнего времени являлся преградой для наращивания роста производительности ПК, т.к. имел высокую задержку передачи данных между центральным процессором и другими компонентами северного моста.

Как раз в силу высокой нагрузки северный мост часто перегревался и являлся причиной зависания компьютера.

Производительность процессоров и видео карт сильно выросла, что потребовало от проектировщиков системных плат креативных решений. Именно поэтому было принято решение интегрировать северный мост в процессор.

Южный мост координирует работу BIOS и слотов USB, SATA, винчестера, клавиатуры, мыши. Он представляет собой чип со своим набором микросхем. Свое название получила, т.к. находится “ниже” центрального процессора.

Требование к производительности Южного моста значительно ниже, т.к. к нему подключаются периферийные низкоскоростные устройства. Однако в силу передачи большего объема данных данный чип часто перегревается (кстати, не имеет внешнего охлаждающего устройства) и может выйти из строя.

Новые веяния

1. Аудио звук и видео. На задней стенке процессора располагается разъем для подключения колонок либо наушников. Теперь не надо покупать дискретную карту – современная встроенная аудио карта имеет максимальный набор настроек, позволяющая пользователю качественно воспроизвести звук.

Видеокарты также перешли к интеграции. Сегодня видеоускорители интегрируются непосредственно в системную плату либо центральный процессор, что позволяет уменьшить размеры конечного устройства и снизить его энергопотребление.

2. Сетевой слот. Отдельную сетевую карту сегодня уже никто не покупает. Почти на всех современных материнских платах интегрированы гигабитные порты. В последнее время стали появляться платы с двумя сетевыми портами. Их можно объединить, повысив тем самым скорость обмена данными (об этом я уже писал в одной из статей).

Стали все чаще встречаться варианты встроенного беспроводного WI-FI контроллера. Ерунда, но зато нет лишних проводов, не надо дополнительной розетки для роутера.

3. RAID. Все чаще появляются платы со встроенными RAID-контролерами. Для чего это, я опишу в отдельной статье.

Шины данных и из разновидности

Обмен данными в материнской плате осуществляется при помощи так называемых шин. В зависимости от числа дорожек и свойств самой шины, они имеют различную производительность. Разделяются они по следующим параметрам:

  • частота,
  • разрядность,
  • скорость передачи данных.

По назначению можно выделить следующие шины:

1. процессорная (как правило, самая производительная, обеспечивает обмен данными ЦП с памятью и чипсетом);

2. шина памяти (сейчас в ней нет необходимости, т.к. раньше соединяла северный мост и оперативную память, сейчас обмен происходит по процессорной шине);

3. графическая (шина отвечает за обмен данными с видео картой, от ее типа зависят поддерживаемые графические адаптеры). Сегодня последним стандартом является “PCI Express 3.0”: характеризуется высокой скоростью (1 Гб/с на одну линию) и низкими задержками при передаче данных.

Полезный совет:

На сегодняшний день почти все процессоры поддерживают двухканальный режим обмена данными с оперативной памятью. Поэтому при покупке лучше всего покупать два одинаковых модуля памяти по объему и характеристикам. Установите их в два слота одинакового цвета, и процессор будет обмениваться данными с оперативной памятью с удвоенной скоростью.

Уже выпускаются процессоры, поддерживающие 3-х и 4-х канальный режим работы.

Руководство по сокетам и разъёмам компьютера

  • 36 ПОДЕЛИЛИСЬ

Все современные компьютерные устройства полагаются на технологии, которые позволяют подключаться друг к другу и к сетям. Некоторые из этих систем электромагнитные, но многие используют физическое соединение. Нужен разъём для подключения к нему коннектора и электрический интерфейс для отправки и приёма данных.

  • Краткое описание терминологии
  • Сокеты для центральных процессоров
  • Сокеты для оперативной памяти
  • Сокеты для видеокарты
  • Сокеты для устройств хранения данных
  • Сокеты для периферийных устройств
  • Сокеты для аудио
  • Сетевые сокеты
  • Сокеты ради сокетов?
  • Так много сокетов, портов и разъёмов

Среднестатистический компьютер содержит более 10 типов разъёмов и часто у него больше 30 сокетов. Если вы хотите уметь различать SATA и M.2 или DVI-D и DisplayPort, читайте данную статью. В ней описаны наиболее важные и распространённые системы подключения современных компьютеров, планшетов и смартфонов.

Краткое описание терминологии

Сокет, порт, коннектор, интерфейс, слот, шина — все эти слова имеют определённое значение в мире технологий, но со временем они стали частично взаимозаменяемыми. Даже в названии данной статьи сокеты и разъёмы по существу одно и то же.

Сокет или порт представляет собой физическую систему, которая используется для подключения одного вычислительного устройства к другому или к периферийным устройствам. Они содержат в себе набор коннекторов, которые подключаются физически, а также электрический интерфейс.

Последний представляет собой сигнальную систему. Это определяет, какие данные и команды передаются между устройствами. Некоторые слоты/порты используют общую сигнальную систему, которую можно применять к разным портам, другие используют специфическую систему для конкретного сокета. Некоторые поддерживают сразу несколько интерфейсов.

Чтобы упростить задачу, мы всё будем называть сокетом, даже если это порт или интерфейс.

Сокеты для центральных процессоров

Начнём с самого крупного и сложного сокета для любого персонального компьютера. Сокета, в который устанавливается процессор. Современные процессоры расходуют много энергии, у них много ядер, они должны быть напрямую подключены к другим компонентам компьютера.

Всё это означает, что процессорный сокет имеет сотни отдельных подключений в форме крохотных металлических контактов и слотов. AMD и Intel по-разному подходят к этому вопросу. AMD обычно использует контакты в формате PGA-ZIF (корпус с матрицей штырьковых выводов), тогда как Intel размещает их в самом сокете LGA (матрица контактных площадок).

Сокет Intel LGA1150

Нельзя сказать, что у одного подхода есть большое преимущество перед другим. Хотя контакты чуть более защищены, когда они находятся внутри сокета, а не на процессоре. Системы PGA-ZIF не требуют прилагать усилий при установке процессора, в отличие от LGA.

Когда производитель выпускает новый тип сокета, используются не все соединения. Это позволяет обеспечить поддержку будущим процессорам, увеличивая энергопотребление или добавляя дополнительные ядра. По крайней мере, такая возможность сохраняется, но Intel обычно связывает поддержку процессоров с определённым сокетом и основной набор чипов (PCH) с материнской платой.

AMD тоже так делает, но в меньшей степени. Сокет AM4 применяется в процессорах Ryzen для настольных компьютеров на протяжении более четырёх лет. За это же время Intel использовала сокеты LGA1551 и LGA1200.

К AM4 подходит и следующее поколение процессоров Ryzen, а вот для очередных процессоров Intel будет другой сокет.

Threadripper содержит 1150 контактов

Некоторые процессоры требуют огромных сокетов. Линейка AMD Threadripper использует 4094 контакта в сокете TR4, которые все располагаются на материнской плате. Представьте, как трудно было бы не погнуть их, если бы они были на самом процессоре.

Эти модели для профессиональных рабочих станций и серверов содержат десятки ядер и к ним требуется подключать большой объём оперативной памяти. Именно поэтому контактов так много. С другой стороны есть небольшие двуядерные процессоры, где контакты также имеются, но другие.

В ноутбуках сокеты использовались в прошлом, но чтобы устройства стали тоньше вслед за планшетами и смартфонами, процессоры припаиваются к системной плате.

В результате для большинства обладателей ноутбуков сменить процессор становится невозможно.

Основная печатная плата на ноутбуке 2005 года использует сокет с 638 контактами

Для настольных компьютеров обновление процессора является довольно простым делом. Сначала нужно убедиться, что материнская плата поддерживает нужный вам процессор, потом снять систему охлаждения, извлечь прежний процессор, вставить новый и установить систему охлаждения обратно.

Чем лучше процессор, тем больше энергии он расходует, в результате чего сильнее нагревается. Возможно, вам потребуется более качественная система охлаждения.

Сокеты для оперативной памяти

Ещё один набор сокетов располагается рядом с процессором. Здесь содержатся такие важные компоненты, как оперативная память. Её легко узнать, она выглядит как длинные планки. Обычно рядом друг с другом располагаются четыре разъёма по две пары. Каждый сокет содержит память DIMM (dual inline memory module).

Так в последние 20 лет называется разновидность памяти DDR-SDRAM.

Как можно увидеть на изображении ниже, по сторонам сокета есть крохотные коннекторы. Они разделены пластиковой перемычкой, чтобы планки памяти можно было вставить только одной стороной.

Четыре сокета памяти DDR3-SDRAM DIMM с 240 контактами

Объём памяти, которую можно установить в сокет, зависит от процессора и материнской платы. Каждый тип DDR-SDRAM имеет стандартную конфигурацию. В нашем примере с памятью DDR3 есть два ряда по 120 коннекторов. Некоторые из них предназначаются для питания, остальные для взаимодействия с системой.

Заменить память ещё проще, чем процессор. Опять же, нужно убедиться, что ваша материнская поддерживает ту память, которую вы хотите установить. Сокеты имеют разные цветовые коды, чтобы показать, что внутри процессора есть несколько контроллеров памяти. В данном случае их два.

Все четыре сокета памяти заполнены планками

Предположим, вы купили новый компьютер и у вас есть одна планка памяти, установленная в первый (чёрный) сокет с обозначением DIMM_A1. Можно купить такую же планку памяти и установить в любой сокет, но лучший результат будет при установке также в чёрный сокет.

Если сделать так, каждый контроллер памяти в процессоре будет иметь собственный блок памяти для работы и система будет в двухканальном режиме. Это удваивает количество данных, которое может передаваться в память и из неё за один такт работы процессора.

На меньших устройствах сокеты памяти меньше

Ноутбуки также используют сокеты для оперативной памяти, но как и в случае с процессорами они меньше по размеру. Здесь применяется формат SO-DIMM (small outline DIMM), где меньше контактов по сравнению с компьютерным вариантом. Это означает, что объём памяти меньше или меньше её скорость.

На планшетах и смартфонах чипы памяти встроены прямо в системную плату, чтобы занимать минимум места. Это означает, что память нельзя поменять и добавить.

Сокеты для видеокарты

Пока мы продолжаем рассматривать внутренности компьютера, вспомним про ещё один важный сокет, куда вставляется видеокарта. Вы не найдёте его в ноутбуках и других небольших устройствах, но все остальные компьютеры имеют по крайней мере один такой сокет или слот.

Если вернуться на 25 лет назад или больше, видеокарты вставлялись в слот общего назначения под названием PCI (Peripheral Component Interconnect). Осенью 1997 года была представлена видоизменённая версия исключительно для видеокарт. Слот назывался AGP (Accelerated Graphics Port) и быстро стал новым стандартом для видеокарт.

Он работал быстрее по сравнению со стандартным PCI и система связи обеспечивала прямое подключение к процессору, оперативной памяти и видеокарте.

Старая технология: сокеты PCI (белый) и AGP (коричневый сверху)

В 2004 году AGP всё ещё использовался, но на смену ему пришёл стандарт, который до сих пор с нами, хотя и в улучшенном виде. PCI Express (PCIe) определяет размер слота и системы коммуникаций. Несмотря на название, у него мало общего с PCI, больше он похож на AGP.

Слоты PCIe подразделяются по двум категориям: версия и количество линий связи. Самые простые типы называются PCIe x1, поскольку они содержат всего один набор линий, но видеокарты почти всегда используют самый крупный размер (x16).

Сверху вниз: PCIe x1, PCIe x16, PCI

Обработка трёхмерной графики требует передачи и приёма большого объёма данных и максимально возможной скорости. Именно поэтому используется слот x16. Многие игры не требуют такой пропускной способности, особенно когда используется последняя версия PCI Express. В таком случае можно обойтись x8 и производительность ухудшится ненамного.

Количество слотов PCIe в компьютере зависит от процессора и содержит ли материнская плата дополнительные контроллеры PCIe. Например, процессоры серии AMD Ryzen 3000 содержат 24 набора линий, хотя четыре из них используются для взаимодействия с материнской платой.

Это оставляет 20 свободных линий и они могут использоваться разными способами. Например, в сокетах x16 и x4 или в двух в режиме x8 и ещё один x4. В слот необязательно устанавливать видеокарту, можно поставить дополнительный твердотельный накопитель.

В зависимости от типов на материнской платы могут быть доступны ещё 12 линий, хотя они применяются не для видеокарт. Они подходят для накопителей, звуковых карт, сетевых адаптеров и т.д. Об этом мы поговорим ниже.

Ещё есть что сказать про коннекторы видеокарт, поскольку изображение с неё нужно отправить на монитор. На это существует множество способов.

Сверху слева по часовой стрелке: DE-15 (VGA), DVI-D, два DisplayPort, HDMI, DVI-D

Изображение выше показывает разъёмы на типичной материнской плате (слева) и на видеокарте (справа). Здесь мы можем увидеть четыре наиболее распространённых разъёма.

Сверху слева располагается коннектор DE-15, известный также как порт VGA или D-Sub. Это полностью аналоговая система, которая использует напряжение для описания уровня красного, зелёного и синего цветовых каналов. Сигналы определяют время отображения этих цветов.

Не существует промышленных стандартов для определения качества коннектора или кабеля, поэтому максимальное разрешение и частота обновления этих разъёмов в разных системах могут быть разными.

Также на изображении выше есть два коннектора DVI-D (Digital Visual Interface, digital-only). Это цифровая технология возрастом более 20 лет и она использует пары дифференциального напряжения для отправки значения цветов.

Эти порты являются двухканальными, что означает возможность передавать данные для двух пикселей одновременно. В зависимости от частоты на видеокарте и мониторе порт DVI-D может поддерживать разрешение 1920 х 1080 с частотой обновления до 160 Гц.

Хотите использовать монитор 1080p 360 Гц? Нужны коннекторы HDMI или DisplayPort

Его недостатками является то, что нельзя передавать звук и не используется сжатие данных. Высокое разрешение с частотой обновления от средней до высокой (4K на 60 Гц) поддерживаться не будет.

Здесь на помощь приходят два других порта. На предыдущем изображении один из них находится внизу слева и это DisplayPort. Два другие называются HDMI (High Definition Multimedia Interface).

Последний представляет собой расширение DVI и он был значительно обновлён с момента своего первого появления почти 18 лет назад. Оба предлагают сжатие данных, но только HDMI поддерживает передачу звука. Последняя версия каждого из этих стандартов отлично подходит для мониторов Ultra HD с высокой частотой обновления.

Проблемой портов HDMI и DisplayPort является то, что глядя на них, невозможно определить версию. Последняя спецификация DisplayPort (2.0) намного превосходит первое поколение, но сам порт не изменился. Нужно просматривать спецификации видеокарты и монитора, чтобы понять, какой вариант стандарта используется.

Сокеты для устройств хранения данных

Ещё одна система связи, которая за последние годы значительно изменилась, используется для устройства хранения данных. Во времена PCI и AGP жёсткие диски, дискеты и CD-диски подключались к компьютерам через систему Parallel ATA (также известную как IDE, Integrated Device Electronics).

Название системы кое-что говорит о её работе. Многочисленные сокеты ATA работают параллельно. До двух устройств можно подключать к одному сокету, для чего существовали небольшие перемычки на жёстких дисках.

Сокеты ATA (слева) и коннектор для них (справа)

Рабочие станции и серверы обычно использовали SCSI (Small Computer System Interface) для своих жёстких дисков. Данная технология вышла до появления Parallel ATA и она лучше подходила для подобного окружения, где меньше нагрузка на центральный процессор и обрабатывается множество запросов доступа к жёсткому диску одновременно.

20 лет назад появилась другая система подключения, которая быстро превратилась в стандарт для устройств хранения данных. Это был Serial ATA (SATA). Как видно из названия, здесь нет многочисленных устройств на одном кабеле. Скорость по сравнению с предшественником стала значительно выше и последняя версия способна выдать пропускную способность до 6 Гбит/с.

Четыре сокета 6 Gbps SATA 3.0 и крайний слева SATA Express 10 Gbps

Есть более быстрая версия сокета, которая называется SATA Express. Она предлагает скорости до 10 Гбит/с, чего хватит почти для любых потребностей.

Если вам нужно множество жёстких дисков и оптических устройств хранения данных, проблемой может стать количество соединений SATA на материнской плате.

Если вам нужна максимальная скорость, в наши дни лучшим вариантом является NVM Express (NVMe). В отличие от Parallel ATA или SATA, данная спецификация задаёт интерфейс между сокетом и остальной системой и использует для передачи сигналов PCI Express.

Два наиболее распространённых формата сокета с применением стандарта NVMe называются U.2 и M.2. Первый с механической точки зрения не отличается SATA Express, зато второй заметно отличается. Он использует NGFF (Next Generation Form Factor) и поддерживает три метода коммуникации: PCI Express, SATA, USB.

http://pc4me.ru/ustroystvo-materinskoy-platyi.html
http://trashexpert.ru/hardware/general-issues/sockets-and-ports/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *