Материнская плата - Motherboard

Для использования в других целях см. Материнская плата (значения).
Материнская плата для настольного персонального компьютера, показывающая типичные компоненты и интерфейсы, которые находятся на материнской плате. Эта модель следует microATX фактор формы, используется во многих настольных ПК.

А материнская плата (также называемый материнская плата, главный печатная плата, системная плата, плинтус, планарная доска, логическая плата,[1] и толпа) является основным печатная плата (PCB) в компьютерах общего назначения и других расширяемых системах. Он поддерживает и обеспечивает связь между многими важными электронными компонентами системы, такими как центральное процессорное устройство (CPU) и объем памяти и предоставляет разъемы для других периферийные устройства. В отличие от объединительная плата материнская плата обычно содержит важные подсистемы, такие как центральный процессор, ввод, вывод и контроллеры памяти, интерфейс разъемы и другие компоненты, интегрированные для общего использования.

Материнская плата означает, в частности, печатную плату с возможностью расширения. Как следует из названия, эту плату часто называют «матерью» всех подключенных к ней компонентов, которые часто включают периферийные устройства, интерфейсные карты и дочерние карты: звуковые карты, видеокарты, сетевые карты, жесткие диски, и другие формы настойчивый место хранения; Карты ТВ-тюнера, карты с дополнительными USB или же FireWire слоты; и множество других пользовательских компонентов.

Системная плата Dell Precision T3600, используемая в профессиональных рабочих станциях САПР. Год выпуска 2012 г.

Аналогично, термин материнская плата описывает устройство с одной платой и без дополнительных расширений или возможностей, таких как платы управления в лазерных принтерах, телевизорах, стиральных машинах, мобильных телефонах и т. д. встроенные системы с ограниченными возможностями расширения.

Период, термин Логическая плата специфичен для бренда, придуман яблоко в начале 1980-х для материнских плат в Macintosh компьютеры.[2]

История

До изобретения микропроцессор, цифровой компьютер состоял из нескольких печатных плат в каркасе для карт с компонентами, соединенными объединительная плата, набор соединенных между собой розеток. В очень старых конструкциях медные провода были дискретными соединениями между контактами разъема карты, но вскоре печатные платы стали стандартной практикой. В центральное процессорное устройство (ЦП), память и периферийные устройства размещались на отдельных печатных платах, которые вставлялись в объединительную плату. Вездесущий Автобус С-100 1970-х годов является примером такой системы объединительной платы.

Самые популярные компьютеры 1990-х годов, такие как Яблоко II и IBM PC опубликовал схематические диаграммы и другую документацию, позволяющую быстро разобрать механизм с целью понять, как это работает и сторонние сменные материнские платы. Обычно предназначенные для создания новых компьютеров, совместимых с образцами, многие материнские платы предлагали дополнительную производительность или другие функции и использовались для обновления оригинального оборудования производителя.

В конце 1980-х - начале 1990-х годов стало экономичным переносить на материнскую плату все большее количество периферийных функций. В конце 1980-х материнские платы персональных компьютеров начали включать одиночные микросхемы (также называемые Супер ввод / вывод микросхемы), способные поддерживать набор низкоскоростных периферийных устройств: клавиатура, мышь, дисковод для гибких дисков, последовательные порты, и параллельные порты. К концу 1970-х многие материнские платы персональных компьютеров включали в себя встроенное аудио, видео, функции хранения и сети потребительского уровня без необходимости карты расширения вообще; системы высшего класса для 3D игры и компьютерная графика как правило, в качестве отдельного компонента оставалась только видеокарта. ПК, рабочие станции и серверы для бизнеса с большей вероятностью потребуются карты расширения либо для более надежных функций, либо для более высоких скоростей; в этих системах часто было меньше встроенных компонентов.

Ноутбуки и портативные компьютеры, разработанные в 1990-х годах, объединяли наиболее распространенные периферийные устройства. Это включало даже материнские платы без обновляемых компонентов - тенденция, которая будет продолжаться по мере появления систем меньшего размера после начала века (например, планшет и нетбук ). В некоторые системы будут интегрированы память, процессоры, сетевые контроллеры, источник питания и хранилище.

Дизайн

Материнская плата Octek Jaguar V 1993 года выпуска.[3] На этой плате мало встроенной периферии, о чем свидетельствуют 6 слотов для ЭТО карты и отсутствие других встроенных внешних интерфейсных разъемов. Обратите внимание на большой AT клавиатура разъем сзади справа - это единственный периферийный интерфейс.
Материнская плата Samsung Galaxy SII; почти все функции устройства объединены на очень маленькой плате

Материнская плата обеспечивает электрические соединения, с помощью которых обмениваются данными другие компоненты системы. В отличие от объединительной платы, он также содержит центральный процессор и другие подсистемы и устройства.

Типичный настольный компьютер имеет свой микропроцессор, основная память, и другие важные компоненты, подключенные к материнской плате. Другие компоненты, такие как внешнее хранилище, контроллеры для видео дисплей и звук, а периферийные устройства могут быть подключены к материнской плате как сменные карты или через кабели; В современных микрокомпьютерах все чаще встраивают некоторые из этих периферийных устройств в саму материнскую плату.

Важным компонентом материнской платы является поддержка микропроцессора. чипсет, который обеспечивает вспомогательные интерфейсы между ЦП и различными автобусов и внешние компоненты. Этот набор микросхем в некоторой степени определяет особенности и возможности материнской платы.

Современные материнские платы включают:

Кроме того, почти все материнские платы включают логику и разъемы для поддержки часто используемых устройств ввода, таких как USB за устройства мыши и клавиатуры. Рано персональные компьютеры такой как Яблоко II или же IBM PC включает только эту минимальную периферийную поддержку на материнской плате. Иногда оборудование видеоинтерфейса также интегрируется в материнскую плату; например, на Apple II и редко на IBM-совместимых компьютерах, таких как IBM PC младший. Дополнительные периферийные устройства, такие как контроллеры дисков и последовательные порты были предоставлены как карты расширения.

Учитывая высокий Тепловая схема питания из высокоскоростных компьютерных процессоров и компонентов современные материнские платы почти всегда включают радиаторы и точки крепления для поклонники для отвода лишнего тепла.

Фактор формы

Основная статья: Сравнение компьютерных форм-факторов

Материнские платы выпускаются различных размеров и форм, называемых форм-фактор компьютера, некоторые из которых относятся к отдельным производителям компьютеров. Однако материнские платы, используемые в IBM-совместимых системах, предназначены для различных дело размеры. По состоянию на 2005 г., наиболее настольный компьютер материнские платы используют ATX стандартный форм-фактор - даже те, которые находятся в Macintosh и солнце компьютеры, не собранные из товарных комплектующих. Материнская плата корпуса и блок питания (PSU) форм-фактор должен совпадать, хотя некоторые материнские платы меньшего форм-фактора того же семейства подходят для более крупных корпусов. Например, корпус ATX обычно вмещает microATX материнская плата. В компьютерах обычно используются высокоинтегрированные, миниатюрные и специализированные материнские платы. Это одна из причин того, что портативные компьютеры сложно модернизировать и дорого ремонтировать. Часто выход из строя одного компонента ноутбука требует замены всей материнской платы, что обычно дороже материнской платы настольного компьютера.

Сокеты процессора

А Сокет процессора (центральный процессор) или слот - это электрический компонент, который подключается к печатной плате (PCB) и предназначен для размещения центрального процессора (также называемого микропроцессором). Это специальный тип гнезда для интегральных схем, предназначенный для очень большого количества выводов. Гнездо ЦП обеспечивает множество функций, включая физическую структуру для поддержки ЦП, поддержку радиатора, облегчение замены (а также снижение стоимости) и, что наиболее важно, формирование электрического интерфейса как с ЦП, так и с печатной платой. Разъемы ЦП на материнской плате чаще всего встречаются в большинстве настольных и серверные компьютеры (в ноутбуках обычно используются процессоры для поверхностного монтажа), особенно на базе Intel x86 архитектура. Тип сокета ЦП и набор микросхем материнской платы должны поддерживать серию и скорость ЦП.

Интегрированная периферия

Блок-схема современной материнской платы, которая поддерживает множество встроенных периферийных функций, а также несколько слотов расширения

При неуклонно снижающихся затратах и ​​размере интегральные схемы, теперь можно включить поддержку многих периферийные устройства на материнской плате. Объединив множество функций в одном Печатная плата, физический размер и общая стоимость системы могут быть уменьшены; поэтому высокоинтегрированные материнские платы особенно популярны в малый форм-фактор и бюджетные компьютеры.

Слоты для периферийных карт

Типичная материнская плата будет иметь разное количество подключений в зависимости от ее стандарта и фактор формы.

Стандартная современная материнская плата ATX обычно имеет два или три PCI-Express 16-кратное соединение для видеокарты, один или два старых слота PCI для различных карт расширения и один или два разъема PCI-E 1x (которые заменили PCI ). Стандарт EATX материнская плата будет иметь от двух до четырех разъемов PCI-E 16x для видеокарт, а также различное количество слотов PCI и PCI-E 1x. Иногда он также может иметь слот PCI-E 4x (зависит от производителя и модели).

Некоторые материнские платы имеют два или более слота PCI-E 16x, что позволяет использовать более 2 мониторов без специального оборудования или использовать специальную графическую технологию, называемую SLI (за Nvidia ) и Перекрестный огонь (за AMD ). Это позволяет соединить от 2 до 4 видеокарт вместе, чтобы обеспечить лучшую производительность в ресурсоемких задачах графических вычислений, таких как игры, редактирование видео и т. Д.

Температура и надежность

Материнская плата ноутбука серии Vaio E (справа)
Материнская плата microATX с неисправными конденсаторами
Основная статья: Компьютерное охлаждение

Материнские платы обычно с воздушным охлаждением с радиаторы часто устанавливаются на более крупные микросхемы современных материнских плат.[6] Недостаточное или неправильное охлаждение может вызвать повреждение внутренних компонентов компьютера или вызвать его крушение. Пассивное охлаждение, или один вентилятор, установленный на источник питания, было достаточно для процессоров многих настольных компьютеров до конца 1990-х годов; с тех пор большинство из них требовало Вентиляторы процессора установлен на их радиаторы из-за повышения тактовой частоты и энергопотребления. Большинство материнских плат имеют разъемы для дополнительных компьютерные фанаты и встроенные датчики температуры для определения температуры материнской платы и процессора, а также управляемые разъемы вентиляторов, которые BIOS или же Операционная система можно использовать для регулирования скорости вентилятора.[7] В качестве альтернативы компьютеры могут использовать Водяное охлаждение система вместо множества поклонников.

Немного малый форм-фактор компьютеры и домашние кинотеатры ПК разработан для бесшумной и энергоэффективной работы, имеет конструкцию без вентилятора. Обычно это требует использования ЦП с низким энергопотреблением, а также тщательной компоновки материнской платы и прочего. составные части для размещения радиатора.

Исследование 2003 года показало, что некоторые ложные сбои компьютера и общие проблемы с надежностью, начиная от искажения изображения на экране и заканчивая Ввод / вывод ошибки чтения / записи, можно отнести не к программного обеспечения или периферийный аппаратное обеспечение но к старению конденсаторы на материнских платах ПК.[8] В конечном итоге было показано, что это результат неправильного состава электролита,[9] проблема, названная конденсаторная чума.

Стандартные материнские платы используют электролитические конденсаторы фильтровать ОКРУГ КОЛУМБИЯ мощность распределена по плате. Эти конденсаторы стареют с зависящей от температуры скоростью, поскольку их электролиты медленно испаряются. Это может привести к потере емкости и последующим неисправностям материнской платы из-за Напряжение нестабильность. Хотя большинство конденсаторов рассчитаны на 2000 часов работы при 105 ° C (221 ° F),[10] их ожидаемый расчетный срок службы примерно удваивается на каждые 10 ° C (18 ° F) ниже этого значения. При температуре 65 ° C (149 ° F) срок службы может составлять от 3 до 4 лет. Однако многие производители поставляют некачественные конденсаторы,[11] которые значительно сокращают продолжительность жизни. Недостаточное охлаждение корпуса и повышенная температура вокруг разъема ЦП усугубляют эту проблему. С помощью верхних вентиляторов компоненты материнской платы можно поддерживать при температуре ниже 95 ° C (203 ° F), что фактически удваивает срок службы материнской платы.

С другой стороны, материнские платы среднего и высокого класса используют исключительно твердотельные конденсаторы. На каждые 10 ° C меньше их средний срок службы увеличивается примерно в три раза, что приводит к увеличению ожидаемого срока службы в 6 раз при 65 ° C (149 ° F).[12] Эти конденсаторы могут быть рассчитаны на 5000, 10000 или 12000 часов работы при 105 ° C (221 ° F), что увеличивает предполагаемый срок службы по сравнению со стандартными твердотельными конденсаторами.

Начальная загрузка с использованием базовой системы ввода / вывода

Материнские платы содержат некоторые энергонезависимая память для инициализации системы и загрузки некоторого программного обеспечения для запуска, обычно Операционная система, с какого-то внешнего периферийного устройства. Используемые микрокомпьютеры, такие как Apple II и IBM PC ПЗУ микросхемы вмонтированы в гнезда на материнской плате. При включении питания центральный процессор загрузит его счетчик команд с адресом загрузочного ПЗУ и начать выполнение инструкций из ПЗУ. Эти инструкции инициализировали и тестировали оборудование системы, отображали системную информацию на экране, выполняли проверки ОЗУ, а затем загружали начальную программу с периферийного устройства. Если ничего не было доступно, компьютер будет выполнять задачи из других хранилищ памяти или отображать сообщение об ошибке, в зависимости от модели и конструкции компьютера и версии ПЗУ. Например, и Apple II, и оригинальный IBM PC имели Microsoft Cassette BASIC в ПЗУ и запустили бы его, если никакая программа не могла быть загружена с диска.

В большинстве современных конструкций материнских плат используется BIOS, хранится в EEPROM или же Флэш-память чип припаян или вставлен в материнскую плату, чтобы ботинок ан Операционная система. Программы загрузки, не относящиеся к операционной системе, по-прежнему поддерживаются на современных машинах IBM PC, но в настоящее время предполагается, что программа загрузки будет представлять собой сложную операционную систему, такую ​​как Майкрософт Виндоус или же Linux. Когда на материнскую плату впервые подается питание, микропрограммное обеспечение BIOS проверяет и настраивает память, схемы и периферийные устройства. Этот Самотестирование при включении (POST) может включать тестирование некоторых из следующих вещей:

На последних материнских платах BIOS может также исправить микрокод центрального процессора, если BIOS обнаруживает, что установленный процессор является тем, для которого опечатка были опубликованы.

Многие материнские платы теперь используют преемника BIOS под названием UEFI. Он стал популярным после того, как Microsoft начала требовать, чтобы система была сертифицирована для работы. Windows 8.[13][14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Миллер, Пол (8 июля 2006 г.). «Apple использует новую материнскую плату для нытья MacBook Pro». Engadget. В архиве из оригинала 4 октября 2013 г.. Получено Второе октября, 2013.
  2. ^ https://www.techwalla.com/articles/difference-in-logic-board-motherboard
  3. ^ "Золотые старички: материнские платы 1993 года". В архиве из оригинала 13 мая 2007 г.. Получено 27 июня, 2007.
  4. ^ «Объяснение типов разъемов ЦП: от разъема 5 до BGA [MakeUseOf Explains]». 25 января 2013 г. В архиве с оригинала 7 апреля 2015 г.. Получено 12 апреля, 2015.
  5. ^ W1zzard (6 апреля 2005 г.). «Распиновка разъема питания PCI-Express». techPowerUp. В архиве из оригинала 4 октября 2013 г.. Получено Второе октября, 2013.
  6. ^ Карбо, Майкл. «ЦП и материнская плата». Карбос Путеводитель. В архиве из оригинала 27 апреля 2015 г.. Получено 21 июня, 2015.
  7. ^ «Температуры». Intel® Visual BIOS вики. Google. В архиве с оригинала 21 июня 2015 г.. Получено 21 июня, 2015.
  8. ^ c't Magazine, т. 21. С. 216-221. 2003 г.
  9. ^ Чиу, Ю-Цзы; Мур, Сэмюэл К. (31 января 2003 г.). «Неисправности и сбои: утечки конденсаторов на материнских платах». IEEE Spectrum. Архивировано из оригинал 19 февраля 2003 г.. Получено Второе октября, 2013.
  10. ^ «Формула срока службы конденсатора». Low-esr.com. Архивировано из оригинал 15 сентября 2013 г.. Получено Второе октября, 2013.
  11. ^ Кэри Хольцман Здоровый компьютер: профилактика и домашние средства для вашего компьютера McGraw-Hill Professional, 2003 г. ISBN  0-07-222923-3 стр. 174
  12. ^ "- GIGABYTE, - колонка недели Geek - все твердотельные конденсаторы". www.gigabyte.com. В архиве из оригинала 27 марта 2017 г.. Получено 6 мая, 2017.
  13. ^ «Требования к сертификации оборудования Windows для клиентских и серверных систем». Microsoft. Январь 2013. System.Fundamentals.Firmware.CS.UEFISecureBoot.ConnectedStandby ... Платформы должны быть UEFI класса 3 (определение см. В разделе Отраслевая группа UEFI, Оценка UEFI с использованием коммерчески доступных платформ и решений, версия 0.3) с установленным или устанавливаемым модулем поддержки совместимости . Эмуляция BIOS и устаревшая загрузка ПК / AT должны быть отключены.
  14. ^ «Microsoft: все, что вам нужно знать о Windows 8 на ARM». Журнал ПК. Получено 30 сентября, 2013.

внешняя ссылка