Материнская плата (часть 1)

Практически в любой области компьютерной техники можно услышать словосочетание “материнская плата”. Что это за элемент? Ниже приведено наиболее точное определение с точки зрения аппаратного устройства:

“Материнская (системная) плата – это многослойная печатная плата из фольгированного текстолита, которая включает в себя чипсет – набор системной логики, состоящий из мостов и микроконтроллеров, а так же шины, сокеты, интерфейсы, порты, и прочие компоненты.”

Итак, давайте разберем всё по порядку. Что такое фольгированный текстолит?

Текстолит – это материал, состоящий из ткани и прессованного полимерного вещества, например, эпоксидной смолы, которая в застывшем состоянии имеет высокую прочность. Сам по себе данный материал не является электропроводным, для этого на него наносится тонкий слой меди. Изначально выглядит всё это вот так:

Фольгированный текстолит

Фольгированный текстолит бывает односторонним (когда слой фольги есть только на одной стороне) и двухсторонним соответсвенно. Из текстолита создаются так называемые печатные платы – это определенный набор медных дорожек, который соединяет электронные компоненты между собой по определенной схеме. Чтобы получить такую плату нужно избавиться от лишней фольги, делается это в основном двумя способами: фрезеровка и травление. После чего текстолит уже выглядит вот так:

Печатная плата, изготовленная в домашних условиях

В данном случае плата изготовлена вручную и имеет достаточно толстые дорожки. Подобным образом делают платы на заводе, только дорожки и расстояния намного меньше и качественнее. Однако даже двух сторон проводников недостаточно для всей схемы материнской платы, поэтому производители делают от 5 до 8 таких плат небольшой толщины, затем покрывают специальным изолирующим веществом и спрессовывают между собой, соединяя дорожками лишь в определенных не изолированных точках. Именно поэтому современные материнские платы называются многослойными. Далее плата красится в определенный цвет и на нее наносятся обозначения и контуры компонентов. Данные процедуры называются нанесение маски и шелкографии, затем после многочисленных тестов на плате распаиваются все электронные компоненты.

Готовая плата, на которой начали распаивать электронные компоненты

Существует десятки компаний, которые выпускают миллионы различных материнских плат, у которые есть свои стандарты, размеры и характеристики, рассчитанные под конкретные задачи, однако практически все они имеют элементы, приведенные в определении материнской платы.

Мосты – это специальные чипы, которые выполняют функцию связи определенных элементов системной платы между собой. Практически всегда для теплоотвода на мосты устанавливаются радиаторы. Всего существует два моста: северный и южный. Их название происходит от расположения на материнской плате: северный вверху, южный внизу, как север и юг на географической карте.

Задача северного моста – это связь самых быстрых компонентов компьютера с центральным процессором. К ним относятся: видеокарта, оперативная память и южный мост.

К южному мосту, в свою очередь, подключаются все остальные элементы: USB-порты, интерфейсы для жестких дисков или твердотельных накопителей, интерфейсы карт расширения (за исключением видеокарты), аудио-разъемы и прочее. В некоторых версиях материнских плат пытались объединить северный и южный мосты в одном чипе, однако это приводило к значительному нагреву, поэтому производители отказались от данного эксперимента. Благодаря совершенствованию технологии производства, с 2009 года северный мост удалось уменьшить и внедрить в центральный процессор, где он остается и сей день, поэтому на современных системных платах компьютера чаще всего можно обнаружить только один мост – южный.

Микроконтроллеры – это небольшие чипы, задачей которых является управление какой-то конкретной функцией или устройством. Например, контроллер USB позволяет различным USB-устройствам связаться с компьютером. Если бы его не было, то компьютер просто не знал бы как считать или записать данные на ту же флэшку. Есть контроллеры, которые отвечают за опрос различных кнопок, часов реального времени, хранение настроек конфигурации и прочего. Чтобы сэкономить место в современных системных платах, контроллеры могут объединяться и даже внедряться в мосты.

В материнской плате есть особая микросхема (иногда даже две), которая отвечает за настройку всех элементов, подключенных к плате, а так же их функций. На самом деле это не просто микросхема, а программно-аппаратный комплекс, то есть программа, зашитая в микросхему, которая называется БИОС (BIOS). В расшифровке звучит как базовая система ввода/вывода, именно она выполняет первоначальное тестирование и настройку всех компонентов, но тема очень обширная и об это стоит говорить в отдельной статье.

Шины – это токопроводящие линии из медной фольги, которые используются для передачи дынных. Обычно шина – это определенное количество контактов, которые зависит от интерфейса и имеет тоже название. Например USB-порт версии 2.0 имеет 4 контакта, соответсвенно у него будет 4 токопроводящих линии, которые будут называться USB-шина.

Сокет (socket) – это разъем для центрального процессора. Всего существует два вида сокетов: LGA (land greed array – массив из контактных площадок) и PGA (pin greed array – массив из ножек). Их отличия видны на рисунке ниже.

Есть еще один тип установки процессора – это пайка (BGA), когда каждая ножка припаивается к своей контактной площадке на материнской плате. Название BGA (bold greed array) можно расшифровать как массив из шариков, так как каждый контакт процессора припаян шариком припоя к контакту материнской платы. Чаще всего такие процессоры устанавливаются в ноутбуки или в низкопрофильные материнские платы.

Стандартные материнские платы имеют сокеты LGA или PGA. Затем после обозначение типа сокета обычно указывают количество контактов. Например: LGA1155 – это будет означать, что контактные площадки находятся на процессоре и всего их 1155 штук. Однако у каждого сокета есть второе имя, означающее его серию, например сокет lga1155 по другому называют сокет H2, а в некоторых случаях название серии воспринимается как основное, например AM3 (PGA941). Кстати, оба сокета, о которых идет речь, приведены на картинках выше. Каждый сокет – это, своего рода, защитный механизм, который позволяет устанавливать только определенные процессоры в системную плату.

Интерфейсы и порты. Общее определение слова интерфейс – это средство связи чего-либо с чем-либо. Интерфейс может связывать одно устройство с другим или позволять человеку управлять каким-либо устройством. Например, связь вилки и розетки – это интерфейс для передачи тока, так как иногда устройство необходимо отключать и оно не может быть соединено единым кабелем от начала до конца. Второй тип интерфейса – это когда человек должен управлять чем-либо, но не может сделать это напрямую. Например, автомобиль имеет руль, педали и рычаги – это и есть интерфейс управления, так как повернуть колеса, переключить передачу или сделать что-либо с автомобилем напрямую человек не может. Что касается портов – это тоже интерфейсы, но для разделения понятий в компьютерной техники, портами называют именно внешние разъемы, внутренние так и остались называться интерфейсами. Например USB-порт, но SATA-интерфейс.

Материнская плата предназначена не только для объединения различный узлов (процессор, ОЗУ, жесткий диск и т.д.), она так же определяет функциональность системы исходя из архитектуры, то есть устройства самой платы. Здесь ключевым понятием является чипсет, то есть набор системной логики, который определяет какие именно микроконтроллеры будут установлены на плату, а следовательно интерфейсы и порты, шины и сокет. Например, если в состав чипсета входит контроллер USB 2.0, но нет поддержки 3.0 – это означает, что ее никогда и не будет для данной версии платы. То есть сделать аппгрейд не получится, потому что это законченное устройство.

То же самое относится ко всем остальным элементам и пользователю необходимо заранее предусмотреть все функции, которые он хочет иметь на своем компьютере, ведь прокачать в дальнейшем их не получится, только если менять плату на новую. Например, если в будущем пользователь захочет поставить более мощный процессор или добавить оперативной памяти, или подключить дополнительные накопители информации – всё это нужно продумать перед покупкой материнской платы.

Вот вкратце мы рассмотрели с вами: что такое материнская плата и из каких основных элементов она состоит.

Добавить комментарий

Закрыть меню