Материнская плата (схема). Устройство и назначение материнской платы

Компьютер имеет много составляющих. Одной из самых важных деталей, без которых невозможно представить его работу, является материнская плата. Схема данного устройства весьма сложна, а оно само включает в себя несколько составных частей. Что в него входит?

Что такое материнская плата

Так называют устройство, которое является основой построения вычислительной системы в технике. Монтируется материнская плата внутри корпуса вместе со своей системой охлаждения и блоком питания. Для классификации используют различные стандарты, что определяют размер данного устройства, место его крепления, размещение портов ввода/вывода, шин и разъемов (для процессора и оперативной памяти). Схема материнской платы в рамках статьи будет обрисовываться постепенно. И начнём мы с самой основы.

Печатная плата

На ней располагаются сигнальные линии, которые соединяют все элементы между собой. Если их разместить слишком близко, то будут создаваться помехи для сигналов. Чем большая длина линии и передача данных по ней осуществляется, тем будет выше уровень нестабильности. Поэтому могут возникать сбои даже в работе очень дорогих и надёжных ЭВМ. Для минимизации этого эффекта печатную плату создают многослойной, при этом многократно увеличивая её полезную площадь, а также расстояние между линиями. В современных устройствах используют чаще всего шесть слоев: три являются сигнальными, один заземляет и два питают. На печатных платах размещаются все элементы, которые превращают её в неотъемлемую часть компьютера. Сюда относят и компоненты, и порты. Схема подключения материнской платы позволяет судить нам, что в будущем можно будет присоединить. Так, на современных устройствах есть с полдесятка разъемов для различных устройств, кроме тех, что будут рассмотрены в рамках статьи. Стоит отметить, что большинство разработчиков материнских плат лояльно относятся к желанию пользователей своей продукции усовершенствовать её путём добавления новых составляющих (например, оперативной памяти).

Чипсет

Также называется набором системной логики. Так называют микросхемы, которые вместе обеспечивают беспроблемное функционирование ОЗУ, центрального процессора, контроллеров периферийных устройств, видеокарты и других компонентов, что подключаются к материнской плате. Благодаря им определяются основные параметры, которыми владеет данное устройство. Современные наборы системной логики, как правило, строят на базе двух компонентов. Каждый из них является отдельным чипсетом. Но они соединены с помощью высокоскоростной шины. Но схема материнской платы имеет такую тенденцию, что они постепенно объединяются. Благодаря этому происходит разгрузка каналов связи с различными дополнениями и периферийными устройствами. Также по мере развития технологии интеграции схемы получаются более маленькими, дешевыми и уменьшается потребление энергии ими.

Северный мост

Он контролирует и направляет данные, получаемые из четырех шин:

1. Системной.
2. Связанной с памятью.
3. Обменивающейся данными с графическим адаптером.
4. Связанной с южным мостом.

Данное устройство состоит из контроллера памяти и ряда интерфейсов. Хотя первую функцию можно считать морально устаревшей из-за того, что такое же устройство имеется во всех современных компьютерах. Это же можно сказать и про интерфейс, что отвечает за графику.

Южный мост

Это тоже важная часть, которую имеет практически любая материнская плата. Схема устройства в данном случае значительно больше. Так, в неё входят такие шины:

1. Отвечающие за поддержку связи с северным мостом.
2. Соединяющие мост с платами расширения.
3. Отвечающие за обмен данными с другими ЭВМ или периферийными устройствами.
4. Занимающиеся связью с жесткими дисками.
5. Обслуживающие обмен данными с медленными устройствами.

Базовая система ввода/вывода (БИОС)

BIOS – это специальная программа, которая прошивается в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). БИОС есть и в материнской плате, и в других элементах ЭВМ (видеокартах, контроллерах и так далее). Рассматриваемая нами версия имеет важность благодаря тому, что при включении компьютера она проверяет большинство подключенных к ней устройств (память, жесткие диски, процессор и прочее). Потом БИОС инициализирует контроллеры, которые имеет материнская плата. Схема, размещённая в статье, позволяет понять, что вместе с ними запускаются и некоторые устройства и происходит процесс установления их базовых параметров. Если всё работает без проблем, то БИОС передаёт управление операционной системе.

Генератор тактовой частоты

Это устройство необходимо для формирования высокостабильного периодического сигнала, который синхронизирует работу элементов ЭВМ. Он состоит из тактового генератора и кварцевого резонатора. Последний сам по себе может создавать сигналы. Но они не могут получаться с частотой, какая требуется для функционирования современной памяти, шин и процессора. Поэтому для усиления и используется тактовый генератор. От частоты импульсов во многом зависит скорость, с которой будут совершаться вычисления. Так, на любую операцию требуется определённое количество тактов. Соответственно, чем их больше в секунду, тем выше производительность. Но это утверждение является верным только для устройств, у которых одинаковая микроархитектура. Показатель тактовой частоты может быть увеличен, благодаря чему возрастёт производительность ЭВМ. Но здесь есть и минусы. Так, уменьшится стабильность работы компонентов компьютера, поэтому после такой операции всегда необходимо проверять работоспособность. Ещё один минус – вследствие тяжелых условий работы могут повредиться различные элементы. Причём характер повреждений будет нарастающим.

Другие элементы, которыми обладает материнская плата

Схема данного устройства помогает понять, что перечисленные выше компоненты – это не всё. Что же есть ещё кроме этого? Важным является и большое количество конденсаторов, задача которых – обеспечивать ровный поток напряжения. Они необходимы из-за того, что уровень потребления энергии может резко измениться (что происходит при остановке работы или её возобновлении). Конденсаторы сглаживают скачки напряжения. Благодаря этому повышается стабильность работы техники, а также увеличивается срок службы всех элементов, которые есть в ЭВМ.

Конкретный пример

Давайте посмотрим, что собой являет схема материнской платы Asus. Как видите, на рисунке четко виден большой контроллер, который занимается широким спектром действий. Да, следует отметить, что схема материнской платы ноутбука и компьютера будет немного различаться. Так, на первом мало места, из-за чего приходится всё размещать как можно кучнее. Конечно, на компьютере не разбрасываются местом, но там эта проблема не стоит так остро. Чтобы понять это, вам нужна схема подключения материнской платы Asus и произвольного компьютера. Сравните, как и что размещено. В ноутбуке всё оптимизировано, любое пространство на счету. Тогда как в компьютерах, благодаря наличию системного блока, где больше свободного места, над этим особенно не задумываются.

Заключение

Что ж, сейчас, думаем, у вас есть хорошее представление о том, чем является данное устройство. Нами была рассмотрена даже схема материнской платы Asus. Хорошо дополняют картину предоставленные в рамках статьи рисунки.