Из чего состоит системная (материнская) плата

Материнская или системная плата — это тот фундамент, на котором построен любой современный компьютер, будь то настольный ПК, ноутбук или встраиваемая система.
Именно материнская плата объединяет такие различные по своей сути и функциональности комплектующие, как процессор, оперативная память, платы расширения и всевозможные накопители.

Именно благодаря материнской плате к компьютеру можно подключать периферийные устройства, ведь даже если набор системной логики (чипсет) поддерживает разнообразные шины и интерфейсы, к обычной микросхеме напрямую подключить, к примеру, принтер, вряд ли у кого получится.

Что же представляет собой современная материнская плата?
Разговор у нас пойдет, в основном, о платах для настольных ПК, как наиболее распространенных и близких читателю, однако значительная часть их описания применима и к платам для серверов, ноутбуков и встраиваемых компьютеров.
Системная плата — это главная и самая большая печатная плата в вычислительной машине.
По сложности изготовления самой печатной платы «материнки» отстают лишь от самых ультрасовременных графических ускорителей.

Типичная материнская плата построена на базе четырех-шестислойной текстолитовой печатной платы, в то время как некоторые видеокарты выпускаются на основе восьми- и даже десятислойных печатных плат.
Использование многослойных плат позволяет при сохранении стандартных размеров развести различные электрические цепи таким образом, чтобы их взаимовлияние было минимальным.
По тем слоям, которые находятся в глубине платы, разводятся цепи питания и заземления, а по прочим, включая верхний и нижний — собственно сигнальные цепи.

Чтобы не загружать читателя специфической информацией, остановимся лишь на двух чисто электрических параметрах материнской платы.
Поскольку микросхемы рассчитаны на работу строго оговоренных режимах, для обеспечения их надежности и долговечности необходимо качественное питание.
Конечно, значительную роль здесь играет блок питания, к которому подключается плата, однако различным компонентам необходима разная мощность, причем энергопотребление отдельных комплектующих, к примеру, процессора, непостоянно.

Все эти факторы вынуждают прибегать к дополнительным ухищрениям.
Для подачи необходимого напряжения на различные комплектующие во всех современных материнских платах используется стабилизатор напряжения, который чаще всего устанавливается непосредственно на плате, но, бывает, и выполняется в виде отдельной небольшой платы, размещаемой в целях надлежащего охлаждения в непосредственной близости от блока питания.

Стабилизатор напряжения работает в автоматическом режиме, в зависимости от того, на какие контакты подается нагрузка, иными словами, к какому разъему подключено то или иное устройство или элемент платы.
Функция разгона процессора, часто поддерживаемая современными платами, использует ручную регулировку напряжения (в разумных пределах, безусловно), которая реализуется для пользователя через BIOS или через специализированную утилиту.

Бороться со скачками напряжения, губительными для многих комплектующих, призваны конденсаторы, способные накапливать и затем плавно отдавать заряд.
Неслучайно конденсаторов так много на материнских платах, в особенности, вокруг центрального процессора, для которого характерны резкие скачки энергопотребления, в зависимости от нагрузки.

Именно с конденсаторами связано снижение со временем надежности работы материнской платы: они емкости стареют быстрее прочих компонентов, в частности, из-за воздействия высоких температур.
В результате емкость конденсаторов падает, и они теряют способность «держать удар» и выравнивать напряжение в схеме, что негативно сказывается на прочих компонентах и, в худшем случае, выводит их из строя.
Так что рекомендации к смене компьютера каждые три года порождены не только маркетинговыми соображениями «морального устаревания», но и вполне объективные причинами.

Перейдем к непосредственным функциям материнской платы.
В обязательном порядке на этой плате размещаются системная шина, процессорный разъем, слоты для модулей оперативной памяти (возможен вариант, когда микросхемы памяти впаиваются непосредственно в плату), слоты расширения, различные контроллеры, а также порты ввода и вывода.
Как видим, системная плата объединяет в единую систему все компоненты компьютера - без нее они бы оставались просто набором не связанных друг с другом комплектующих.

Обратимся к фотографии.
На ней изображена типичная современная материнская плата P5GDC-V Deluxe производства известной тайваньской компании Asus.

Эта плата на основе набора системной логики Intel 915G рассчитана на процессоры Intel Pentium 4 в корпусировке LGA 775 и поддерживает почти все технологии, встречающиеся в современных настольных компьютерах.

Краткие характеристики этой модели:

— Чипсет 915G со встроенным графическим ускорителем («северный мост») + ICH6R («южный мост»).
— Поддержка процессоров Pentium 4 или Celeron D в корпусировке LGA 775.
— Поддержка оперативной памяти DDR и DDR2 533 объемом до 4 Гбайт.
— Поддержка шины PCI Express x16 и x1.
— Поддержка шины PCI.
— Поддержка скоростных интерфейсов USB 2.0 и IEEE 1394 (FireWire).
— Контроллеры IDE и Serial ATA.
— Гигабитный сетевой контроллер.
— Восьмиканальный (7.1) звуковой контроллер.
— Форм-фактор ATX (размеры — 305 x 244 мм).

Рассмотрим, где же на плате расположены эти компоненты.

Сразу в глаза бросается разъем для процессора, на который наклеена защитная желтая наклейка, одновременно призывающая к осторожности при установке чипа.

Левее расположен массивный радиатор с надписью ASUS — под ним скрывается «северный мост» — микросхема 915G, ответственная, прежде всего, за связь процессора и оперативной памяти.
Кроме того, в данном случае в нее встроен графический контроллер Intel Graphics Media Accelerator 900; иными словами, для того, чтобы собранный на основе этой платы компьютер заработал, не требуется установка видеокарты.
Впрочем, опять же, в нашем случае ничто не мешает поставить и более мощный графический ускоритель.

Еще левее и чуть ниже мы видим еще один массивный радиатор с фирменным названием семейства материнских плат Asus.
Этим радиатором накрыт «южный мост» ICH6R, отвечающий за системы ввода-вывода и включающий в себя контроллер USB 2.0, а также (в нашем случае) RAID-контроллер.

Ниже процессорного гнезда и «северного моста» расположены слоты для оперативной памяти.
Рассматриваемая нами плата отличается тем, что в ней могут использоваться как привычные модули памяти DDR, так и более дорогие, но потенциально более производительные модули памяти DDR2.

Как видим, слотов шесть и они выделены цветом в пары — это означает, что плата рассчитана на оперативную память, работающую в двухканальном режиме, т.е. в данном случае модули памяти одинакового типа и объема должны устанавливаться попарно в слоты одного цвета.
При этом в плату можно установить либо четыре модуля памяти DDR, либо два модуля типа DDR2, одновременная работа памяти различных типов не поддерживается (как, впрочем, и в любых других подобных системных платах).

Непосредственно под слотами для оперативной памяти размещены разъем IDE для накопителей (слева) и разъем для подвода к материнской плате электротока от блока питания.

Поскольку для современных процессоров Pentium 4 требуется дополнительное электропитание, в правом верхнем углу платы предусмотрен соответствующий разъем для подключения к блоку питания.

Под микросхемой «южного моста» можно увидеть четыре разъема Serial ATA, к которым подключаются жесткие диски.
Благодаря чипу ICH6R из этих винчестеров можно создавать RAID-массивы, ускоряющие работу с дисковой подсистемой, либо повышающие надежности хранения данных.

Слева от «южного моста» расположен еще один разъем IDE для подключения винчестеров или оптических накопителей по традиционной параллельной шине ATA.

Микросхема BIOS, отвечающая за хранение одноименной программы базовой системы ввода/вывода, а также батарейка, от которой осуществляется питание этой микросхемы.

Разъем для подключения флоппи-дисковода расположен у левого края платы.
Хотя сегодня дискетами уже мало кто пользуется, многие производители системных плат не торопятся отказываться от этого рудимента прошлого, по всей вероятности, во имя совместимости.
Впрочем, в компьютерах Apple флоппи-дисководы не устанавливаются уже несколько лет, и этот факт никого не возмущает.

В левой верхней части системной платы расположены слоты для установки плат расширения.
Два крайних слева маленьких слова - это разъемы для плат с интерфейсом PCI Express x1 (теоретическая полоса пропускания — до 2,5 Гбит/с).
Таких плат пока практически нет на рынке, однако в перспективе производители намерены полностью отказаться от привычных PCI и перейти на выпуск карточек исключительно с новым интерфейсом.
Далее следуют три слота PCI, а черным цветом выделен слот PCI Express x16 (теоретическая полоса пропускания — до 32 Гбит/с) для установки видеокарты.

Эта небольшая микросхема — гигабитный сетевой контроллер, позволяющий подключаться к скоростным проводным локальным сетям.

Этот чип — восьмиканальный (7.1) звуковой кодек производства компании C-Media.

Эта микросхема — контроллер IEEE 1394 (FireWire).

В правой верхней части распаяны различные разъемы, которые после установки платы в системный блок будут выведены на его заднюю стенку.
Рассмотрим их подробнее.
Слева, один над другим, размещены два порта PS/2 для подключения мыши и клавиатуры.
Затем идут параллельный порт, цифровой аудиоинтерфейс S/PDIF, аналоговый видеовыход VGA (15-контактный разъем D-Sub) для подключения монитора, порт IEEE 1394 или FireWire (вверху) и два порта USB 2.0, сетевой порт и еще два порта USB 2.0, и, наконец, шесть аудиопортов от встроенного звукового контроллера.

Надеемся, наш иллюстрированный пример позволит вам ориентироваться в мире материнских плат не только по описаниям на коробке, в которых нередко бывают ошибки.
Кроме того, знание внешнего вида разъемов и их примерного расположения (которое может весьма серьезно отличаться на платах, построенных на различных наборах логики) упростит задачу установки нового оборудования.

Кстати, несмотря на то, что стандартные разъемы разрабатывались с расчетом на то, чтобы к ним невозможно было подключить не те устройства и не тем образом, всегда находятся особо одаренные личности, преодолевающие любые трудности.
Поэтому при установке новых комплектующих будьте внимательны и не прилагайте особой силы: если в разъем не вставляется штекер или карта расширения, значит, это не тот разъем.

Автор: Олег Нечай