Материнская плата (системная плата, mainboard, motherboard, «мамка», «мать») основная плата персонального компьютера (PC), с которой непосредственно (или через «посредников») связаны все устройства PC.

Форм-фактор – это, по сути дела, стандарт, определяющий размеры материнской платы, места ее крепления к корпусу; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода/вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а так же тип разъема для подключения блока питания.

Подавляющее большинство персональных компов имеют форм-фактор материнской платы АТХ (разновидности Mini-ATX, Micro-ATX, Flex-ATX)

Этот стандарт разработан компанией Intel в 1995 году Стандарт предусматривает: материнские платы должны иметь порты ввода/вывода в как бы одном блоке в верхнем левом углу. Эта сдвоенная панель имеет размеры 15,4х4,4см. Кроме этого, изменилось расположение процессорного гнезда, разъемов IDE и слотов оперативной памяти, разъем подключения блока питания предотвращающий неправильное подключение электропитания. Малое количество шлейфов способствует лучшей циркуляции воздуха в корпусе. Размеры плат форм-фактора АТХ - 30,5х24,4 см. Впоследствии появились уменьшенные версии материнских плат АТХ: Mini-ATX – 28,4х20,8 см, Micro-ATX – 24,4х24,4 см и Flex-ATX – 22,9х20,3 см.

Элементы составляющие материнскую плату:

Чипсет (Chip Set) - набор микросхем. Это несколько микросхем, основной целью которых является логическая организация взаимодействия между устройствами компьютера по приему, обработке и передаче какой-либо информации. Чипсет включает: контроллер шин, генератор тактовой частоты, системный таймер, контроллер прерываний, контроллер прямого доступа к памяти, CMOS.

Внешне микросхемы чипсета выглядят, как самые большие после процессора, с количеством выводов от нескольких десятков до двух сотен.

Именно чипсет определяет функциональные возможности платы: типы поддерживамых процессоров, структура/объем кэша, возможные сочетания типов и объемов модулей памяти, поддержка режимов энергосбережения, возможность программной настройки параметров и т.п. На одном и том же наборе выпускается несколько моделей системных плат, которые отличаются производителем, функциональностью, производительностью и конечно ценой.

В настоящий момент набор системной логики (чипсет) состоит из двух микросхем (еще говорят: имеет двухуровневую архитектуру): North Bridge (северный мост) и South Bridge (южный мост). North Bridge, кроме всего прочего, содержит: кэш, контроллеры оперативной памяти (ОЗУ), осуществляет взаимодействие между шиной процессора и шинами PCI, AGP. Частота работы этой микросхемы равна тактовой частоте материнской платы. Современные North Bridge работают на высоких тактовых частотах и поэтому в последнее время дополнительно оборудуются устройствами охлаждения (чаще всего радиатор, однако отдельные образцы имеют элемент принудительного охлаждения – вентилятор).

South Bridge является более медленной микросхемой. Этот компонент отвечает за работу шины ISA (в наличии имеется контроллер прямого доступа и контроллер прерываний этой шины), контроллеров IDE и USB, а также реализует функции памяти CMOS и часов и т. д. Следует отметить, что один и тот же тип микросхемы South Bridge может использоваться, как правило, в нескольких наборах системной логики, то есть может работать с несколькими типами North Bridge.

На данный момент чипсеты выпускают Intel, VIA Technologies, SiS и Nvidia.

Socket (сокет) разъем для крепления процессора. Разновидности применяемые в настоящее время:

1. Для процессоров AMD: Socket A (Socket 462) – вымирающий вид, Socket 754, Socket 939 и Socket 940 (широкого распространения не получил).

2. Для процессоров Intel: Socket 478 и Socket LGA 775

Число показывает количество гнезд (на мат. плате) и количество штырьков (на процессоре), которыми они объединяются. Особенностью Socket LGA 775, является, то что штырьки и гнезда расположены наоборот – штырьки на мат. плате, а гнезда на процессоре.

CMOS - это Complementary Metal-Oxide-Semiconductor.

Сия технология позволяет создавать более экономичные микросхемы. Эффект экономии достигается за счет уменьшения потребления энергии, что позволяет использовать в качестве питающего элемента батарейку не большой емкости.

Назначение - хранение настроек BIOS, которые можно менять с помощью программы Setup. Хранение настроек даже при длительном НЕ включении питания осуществляется за счет небольшой батарейки, расположенной неподалеку.

Благодаря программе Setup можно изменить параметры конфигурации системы, настроить работу некоторых устройств, защитить компьютер от несанкционированного включения и так далее.

BIOS

Полное название БИОСа – ROM BIOS (Read Only Memory Basic Input/Output System – только для чтения основная система ввода/вывода). По-русски это будет – ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство).

Назначение - ПЗУ является связующим звеном, между операционной системой и железом. Не будь ROM BIOS, то операционная система (ОС) была бы через чур привязана к аппаратным средствам и полностью бы от них зависела. А это ни есть хорошо - подгонять операционную систему под каждую конфигурацию аппаратных средств. Любая система укомплектована своей ROM BIOS, а поскольку операционные системы имеют единый интерфейс для работы с различной аппаратурой, то проблем в несовместимости hardware (аппаратной, «железной» части) и software (программная часть), как правило не происходят, так как между ними как раз и стоит BIOS.

Каждая материнская плата оснащена микросхемой BIOS, которых существовало четыре типа:

1. ROM (Read Only Memory) или ПЗУ;

2. PROM (Programmable ROM) или ППЗУ (Программируемое ПЗУ);

3. EPROM (Erasable PROM) или СППЗУ (Стираемое ППЗУ);

4. EEPROM (Electrically EPROM) или ЭСППЗУ (Электронно – Стираемое ППЗУ), второе название – flash ROM.

Три первых присоединились к динозаврам, осталась только

EEPROM

Основное преимущество этих микросхем заключается в том, что для перепрограммирования не требуется их снятия с материнской платы и не требуется никакого дополнительного оборудования. Уже с 1994 года почти все системные платы оснащаются flash ROM, а на данный момент времени другого BIOS и не встретишь.

BIOS

По сути дела это набор драйверов (драйвер – программа управления устройством), обеспечивающих работу системы при запуске компьютера или при загрузке в безопасном режиме. Дело в том, что когда Вы включаете комп, то еще до загрузки операционной системы можно управлять им с клавиатуры, видеть все действия на мониторе. Кроме этого, если Вы загружаетесь в безопасном режиме, то отказываетесь от драйверов операционной системы и в работе остаются только драйвера BIOS.

При использовании скажем ОС Windows XP после ее загрузки, она берет на себя практически все функции БИОС, а сам БИОС служит лишь для начальной загрузки.

Основные производители ROM BIOS – Phoenix Technologies, и AMI (American Megatrends, Inc).

Шины – магистрали осуществляющие передачу сигналов между устройствами. Однако устройства подключаются не непосредственно к шинам, а к разъемам (слотам), и уже разъемы (слоты) осуществляют подключение к шинам. Разъемы (слоты) – можно охарактеризовать как интерфейс шины.

Существует три основных показателя работы шины. Это тактовая частота, разрядность и скорость передачи данных.

Тактовая частота

Работа любого цифрового компьютера зависит от тактовой частоты, которую определяет кварцевый резонатор. Он представляет собой оловянный контейнер в который помещен кристалл кварца. Под воздействием электрического напряжения в кристалле возникают колебания электрического тока. Вот эта самая частота колебания и называется тактовой частотой. Все изменения логических сигналов в любой микросхеме компьютера происходят через определенные интервалы, которые называются тактами. Отсюда сделаем вывод, что наименьшей единицей измерения времени для большинства логических устройств компьютера есть такт или еще по другому – период тактовой частоты. Проще говоря – на каждую операцию требуется минимум один такт (хотя некоторые современные устройства успевают выполнить несколько операций за один такт). Тактовая частота, применительно к персональным компьютерам, измеряется в МГц, где Герц – это одно колебание в секунду, соответственно 1 МГц – миллион колебаний в секунду. Теоретически, если системная шина компьютера работает на частоте в 100 МГц, то значит она может выполнять до 100 000 000 операций в секунду. К слову сказать, совсем не обязательно, что бы каждый компонент системы обязательно что-либо выполнял с каждым тактом. Существуют так называемые пустые такты (циклы ожидания), когда устройство находится в процессе ожидания ответа от какого либо другого устройства. Так, например, организована работа оперативной памяти и процессора (СPU), тактовая частота которого значительно выше тактовой частоты ОЗУ.

Фактическая частота шин современных плат находятся в пределах 133-200 Мгц, а эффективная частота (кратное умножение фактической) на уровне 533-1066 Мгц. Именно эффективную частоту указывают в спецификациях и прайс листах.

Разрядность

Шина состоит из нескольких каналов для передачи электрических сигналов. Если говорят, что шина тридцатидвухразрядная, то это означает, что она способна передавать электрические сигналы по тридцати двум каналам одновременно. Здесь есть одна фишка. Дело в том, что шина любой заявленной разрядности (8, 16, 32, 64) имеет, на самом деле, большее количество каналов. То есть, если взять ту же тридцатидвухразрядную шину, то для передачи собственно данных выделено 32 канала, а дополнительные каналы предназначены для передачи специфической информации. Актуальные шины на данный момент 32 и 64 разрядные, также существуют 128 разрядные (например для процессора Intel Itanium).

Скорость передачи данных

Она высчитывается по формуле:

тактовая частота шины * разрядность шины = скорость передачи данных

например: 133*64=8512 Мбит/сек или 1064 Мбайт/сек (8512/8 т.к. 1 байт=8 бит).

Однако это чисто теоретически, а как известно теория и практика часто расходятся.

За работой каждой шины следят специально для этого предназначенные контроллеры. Они входят в состав набора системной логики (чипсета).

Шины материнской платы существующие в настоящее время:

1. FSB (Front Side Bus) - системная шина, считается основной. По этой шине передаются данные между процессором и оперативной памятью, а также между процессором и остальными устройствами персонального компьютера. Вышеприведенные частоты – это частоты именно FSB, так же FSB является процессорной шиной, процессор имеет такую же частоту и разрядность (с одной оговоркой: процессор использует множитель, который «умножая» частоту FSB и выдает частоту процессоры в несколько гига герц (1 Ггц=1024 Мгц).

2. PCI (Peripheral Component Interconnect bus – шина соединения периферийных компонентов). Корнями уходит в далекий 1992 г., родителем сего творения стала не мало известная Intel

Тактовая частота PCI может быть равна или 33 МГц или 66 МГц. Разрядность – 32 или 64. Скорость передачи данных – 132 Мбайт/сек или 264 Мбайт/сек. Стандартом PCI предусмотрены три типа плат в зависимости от питания:

1. 5 Вольт – для стационарных компьютеров

2. 3,3 Вольт – для портативных компьютеров

3. Универсальные платы могущие работать в обоих типах компьютеров.

За бесконфликтную работу шины PCI отвечает чипсет, а точнее North Bridge. Но на PCI жизнь не остановила своего течения. Постоянное усовершенствование видеокарт привело к тому, что физических параметров шины PCI стало не хватать, что и привело к появлению AGP. Но это для видеокарт. Для остальных же плат расширения (звуковые карты, внутренние модемы и прочее), производительности PCI вполне достаточно и по сегодняшний день. Разъемов (слотов) PCI на мат. плате обычно от 3до 5. Современным воплощением шины PCI стали PCI Express x16 (вытесняет AGP, высокоскоростная шина предназначена для поддержки видеокарт), PCI Express x4, PCI Express x1

3. AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт)

На материнской плате этот порт существует в единственном виде. Ни физически, ни логически он не зависит от PCI. Первый стандарт AGP 1.0 появился в 1996 году благодаря инженерам все той же Intel.

Тактовая частота от 66,66 до 90 МГц, Сейчас существуют шины AGP с режимом сигнализации 4х и 8х, рабочее напряжение равное 1,5 В.

Режимы 4х и 8х означают что передача данных происходит четыре и восемь раза за каждый цикл (такт) соответственно (основной (базовый) режим AGP называется 1х, так же был вариант 2х, но и первый и второй найти уже можно только в музеях .

Разрядность (ширина) шины AGP – 32 бита. Большим достижением AGP является возможность получить быстрый доступ к оперативной. Как было сказано выше на смену ей приходит PCI Express x16

4. USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная магистраль (шина)- интерфейс для подключения различных внешних устройств. Поддерживается горячее (на ходу, не выключая комп.) подключение/отключение и питание от шины. Функционирует на скоростях 1.5 Мбит/с, 12 Мбит/с и 480 Мбит/с (последнее для версии 2.0)

В настоящее время существуют две разновидности USB – USB 1.1 и USB 2.0, вторая более современная, может работать с устройствами поддерживающими USB 1.1, но не наоборот. Правило совместимости «сверху вниз» присуще практически для всех шин).

IDE (Integrated Device Electronics) – интегрированная в устройство электроника. Интерфейс для подключения жестких дисков. Доживает свой век, на смену приходит SATA (Serial Advanced Technology Attachment — высокоскоростной последовательный интерфейс, предназначенный для устройств хранения информации.

Слоты памяти.

Если не обращаться к музейным экспонатам, то сейчас использует два вида разъемов для памяти DIMM и RIMM, исходя из того, что память предназначенная для RIMM (Rambus Inline Memory Modules) из за своей стоимости широкого распространения не получила, остается лишь DIMM (Dual In-line Memory Module - Модуль памяти с двусторонним расположением выводов). Именно на плечи данного слота и пало нелегкое бремя поддержки памяти типа SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) синхронное динамическое запоминающее устройство с произвольным порядком выборки (работа памяти синхронизирована с шиной), DDR (Double Data Rate) SDRAM (изредка можно встретить такую аббревиатуру SDRAM 2), и наконец третьего вида памяти DDR2.

Разъем имеет 184 контакта и 168 для устаревшей SDRAM, рабочие частоты шины – это частоты FSB.