Статья в последний раз корректировалась 2022.06.02 и могла потерять свою актуальность !!!

Статья описывает предназначение и строение материнской платы.

Читатель узнает, какие разъемы есть на материнской плате, как они выглядят и для чего предназначены; какие существуют форм-факторы материнской платы.

Устройство материнской платы

Системная (материнская) плата (англ. - motherboard, mainboard, MB, разг. - мамка, мать, материнка) - это основная плата, к которой подсоединяются все части компьютера (процессор, видеокарта, ОЗУ и др.), устанавливается в системном блоке. Главная задача материнской платы - соединить и обеспечить совместную работу всех элементов компьютера.

Основой любой материнской платы является набор системной логики, который чаще называют чипсетом (от англ. chipset). Чипсет - это совокупность микросхем, обеспечивающих согласованную совместную работу составных частей компьютера и их взаимодействие между собой.

Не так давно чипсет любой материнской платы состоял из двух основных микросхем, называемых "северным" и "южным" мостами.

Южный мост (Southbridge, ICH, I/O controller hub, периферийный контроллер, контроллер ввода-вывода) – микросхема, отвечающая за работу устройств, не требующих высокой скорости подключения (жёсткий диск, SSD, сетевая плата, аудиоплата и т.д). Клавиатура и мышь также замыкаются на южный мост.

Северный мост (North bridge, системный контроллер) – микросхема, обеспечивающая работу основных узлов компьютера, требующих максимальной скорости соединения - оперативной памяти, линий PCI-E, встроенного видеоадаптера и др.

Наличие северного и южного мостов – классическая схема построения чипсета, на которой еще лет 10 назад строилась любая системная плата. Сейчас она в полной мере встречается только в довольно старых компьютерах. Дело в том, что большинство важных компонентов чипсета постепенно "перекочевало" непосредственно в центральный процессор. В любом современном процессоре есть встроенные контроллеры оперативной памяти и линий PCI-E. Интегрированный видеочип, который раньше находился в северном мосту, теперь также встраивается в центральный процессор. Некоторые процессоры содержат сетевые адаптеры, контроллеры USB, Wi-Fi, Bluetooth и другие модули. Такой подход значительно ускоряет взаимодействие всех этих компонентов между собой, а также с вычислительными ядрами центрального процессора. Ну а чипсет постепенно становился все более упрощенным (особенно северный мост, который в новых материнских платах вообще отсутствует).

Тем не менее, системная логика по-прежнему сильно влияет на стабильность работы и быстродействие компьютера. При выборе материнской платы нужно учитывать в первую очередь то, какой чипсет был взят за основу при ее изготовлении. Основными производителями чипсетов сейчас являются компании Intel и AMD, в то время как материнские платы производятся ASUS, MSI, Gigabyte, ASRock, Zotac и др. Системные платы с одинаковым чипсетом у разных производителей называются по-разному. По цене они тоже могут существенно отличаться. При выборе, как правило, лучше отдать предпочтение материнской плате с более "продвинутым" чипсетом от менее известного производителя, чем наоборот.

Основные разъемы материнской платы

Кроме разъема центрального процессора (сокета), системная плата содержит другие разъемы:

• Слоты модулей ОЗУ, к которым подсоединяются модули оперативной памяти соответствующего типа;

• РСI-E - разъем для установки различных устройств. В зависимости от возможностей процессора и чипсета, таких разъемов на материнской плате может быть несколько, и они могут иметь разное количество линий (x16, x8, x4, x1). В РСI-E x16 устанавливается видеокарта. В РСI-E с меньшим количеством линий устанавливаются другие устройства (сетевая карта, звуковая карта, W-Fi и др.). Подробнее об этом здесь.

• USB - разъем для подключения периферийных устройств. Известен всем в первую очередь как разъем, к которому можно подключить флешку, цифровой фотоаппарат, видеокамеру, телефон и др. Он бывает нескольких спецификаций: USB 1.0 (пропускная способность до 12 Мбит/с), USB 2.0 (до 480 Мбит/с), USB 3.0 (до 4800 Мбит/с), USB 3.1 (до 10 Гбит/с), USB 3.2 (до 20 Гбит/с). USB 1.0 и 2.0 внешне одинаковы, имеют 4 контакта. USB 3.0 и более новые имеют вдвое больше контактов, хотя и поддерживают возможность подключения старых устройств, рассчитанных на USB 1.0 и 2.0.

• SATA (Serial Advanced Technology Attachment - цифровое подсоединение по передовой технологии) - служит для подсоединения накопителей информации (жестких дисков или SSD, оптических приводов). Скорость передачи данных зависит от ревизии SATA: 1.x - до 1,5 Гбит/с; 2.x - до 3 Гбит/с; 3.x - до 6 Гбит/с.

• M.2 – разъем для подключения быстрых накопителей информации SSD. По сравнению с запоминающими устройствами, которые подключаются к разъему SATA, M.2 обеспечивает в разы более высокую скорость чтения и записи.

• Разъемы для подключения блока питания. Основной разъем, питающий все компоненты (ATX), имеет 24 контакта. Питание центрального процессора может иметь 4 или 8 контактов (в зависимости от мощности процессора, на который рассчитана материнская плата).

Кроме того, на системной плате имеются различные "игольчатые гребенки", предназначенные для подключения передней панели корпуса (кнопки Power, Reset, индикаторы процессора и жестких дисков, наушники, микрофон, USB), куллеров (вентиляторов) процессора, корпуса, жестких дисков и др.

На материнской плате есть также разъемы звуковой карты, сетевого адаптера (RJ45) и др. На моделях системных плат с интегрированным графическим процессором или рассчитанных на процессоры, содержащие в себе графическое ядро, есть соответствующие разъемы для подключения мониторов (VGA, DVI, HDMI).

Системная плата включает еще одну важную часть - микросхему ПЗУ (ее часто называют ROM BIOS). В этой микросхеме хранится базовая программа управления компьютером, называемая базовой системой ввода-вывода и больше известна как BIOS (basic input-output system). В отличии от операционной системы и другого программного обеспечения, устанавливаемых на жесткий диск или SSD, BIOS доступен компьютеру без подключения запоминающего устройства и остальных элементов. Это программное обеспечение определяет порядок взаимодействия составных частей компьютера между собой. В зависимости от чипсета материнской платы и версии BIOS, его настройками можно определить источник загрузки компьютера, изменить частоту процессора, тайминги модулей оперативной памяти (изменив их быстродействие), а также настройки многих других устройств, отключить отдельные элементы (сетевую плату, звуковую плату, Wi-Fi и др.) и многое другое.

Компьютер всегда запускается и работает с учетом данных BIOS. Если микросхему ПЗУ повредить или внести в BIOS настройки, не совместимые с работоспособностью системы, компьютер не запустится. В последнем случае для решения проблемы достаточно "обнулить" настройки BIOS до стандартных ("заводских") параметров. Для этого нужно на несколько секунд вынуть из соответствующего разъема материнской платы батарейку, питающую микросхему ПЗУ (типа CR2032, внешне похожа на монету). Обнуление BIOS также происходит, когда эта батарейка разряжается.

Современные микросхемы ПЗУ позволяют менять BIOS на другие версии. Эта операция называется перепрошивкой BIOS, выполняется при помощи специального программного обеспечения (обычно доступного на сайте производителя системной платы), и требует серьезного подхода, поскольку в случае неудачи может повлечь за собой плачевные последствия, вплоть до необходимости приобретения новой материнской платы. Поэтому без крайней необходимости перепрошивать BIOS не нужно. Новые версии иногда позволяют решить проблемы совместимости системных плат с новыми устройствами, добавить отдельные варианты настроек или устранить мелкие недочеты. Но если система и без того работает стабильно, лучше не рисковать.

Форм-фактор материнской платы

По размеру системные платы бывают разными. Существует несколько стандартов, которые принято называть форм-фактором материнской платы. Кроме размеров, форм-фактор подразумевает определенную схему расположения мест крепления платы, интерфейсов шин, портов ввода-вывода, сокета процессора, разъема для подключения блока питания и слотов установки модулей ОЗУ.

Известны следующие форм-факторы материнских плат: Baby-AT, Mini-ATX, AT, LPX, АТХ, microATX, Flex-АТХ, NLX, WTX, CEB, Mini-ITX, Nano-ITX, Pico-ITX, BTX, MicroBTX, PicoBTX.

Наиболее распространенными являются АТХ (305 x 244 мм.), microATX (244 x 244 мм.) и mini-ITX (150 x 150 мм.).

Форм-фактор материнской платы нужно учитывать при выборе корпуса системного блока.