Из чего же она состоит?

Конечно же, всем известно, что основой любой материнской платы является чипсет, но об этом чуть попозже – для начала следует определиться с физической структурой и электрической начинкой МП.

Печатная плата

Материнская плата представляет из себя печатную плату с разводкой – PCB [Printed Circuit Board] – на которой смонтированы все элементы. PCB обычно состоит из 4 или 6 слоев, состоящих из плоских камедевых пластин, между которыми находятся элементы цепи – пропаянные соединительные дорожки. Два слоя, которые находятся сверху и снизу являются сигнальными слоями. Два слоя, которые находятся посередине используются как заземление и разводка питания. Путем помещения пластин питания и заземления в центр, достигается коррекция и защита сигнала.

Форм-факторы

Материнская плата должна иметь тот же форм-фактор (типо-размер), что и блок питания в корпусе, в который она будет установлена, который, в свою очередь, может быть либо AT или ATX. Сразу хочу отметить, что независимо от типа корпуса, в полноразмерный Tower влезают как платы full-AT/ATX, так и их меньшие модификации.

Компьютеры IBM PC AT имели форм-фактор AT (30х35 см), который был уменьшен в размерах и стал называться Baby-AT (ВАТ, 22х33 см). Последний использовался с 1983 по 1997 год для установки всех процессоров от 8086 до PentiumII, но в продаже такие корпуса можно увидеть и сейчас. Обычно в платах АТ использовался полноразмерный 5-контактный разъем DIN для клавиатуры (также назывался АТ), который был совместим с IBM XT. На сегодняшний самый распространенный форм-фактор – ATX (30,5х24 см). Существуют также разновидность последнего стандарта - Micro ATX (mini-ATX, 28,4х21 см), но корпус для любого варианта используется тот же самый, хотя mATX можно поставить и «маленькие» корпуса Midi- и Mini Tower. Основное отличие между стандартами и их "младшими братьями", кроме отличия в размерах, - максимально допустимое количество слотов для памяти и для дополнительных карт и наличием/отсутствием ISA. АТХ вел ряд новшеств:

Все внешние разъемы располагаются в 2 этажа и напаяны у правого края РСВ. Для них в корпусе предусмотрено большое прямоугольное окно, свободное пространство которого закрывается алюминиевыми заглушками, которые не всегда подходят к корпусу

Процессор находится под блоком питания, который создает дополнительное охлаждение. Но практика показывает, что это охлаждение неэффективно.

Разъемы контролеров floppy и IDE располагаются близко к корзине для крепления винчестера и дисководов, а модули памяти легкодоступны

Многие интегрированные МП используют форм-фактор mATX из-за маленькой PCB и малым количеством слотов для дополнительных карт, что позволяет существенно сократить расходы. Существуют также стандарты LPX и NLX, но они используются только брендами для сборок фирменных моделей компьютеров.

Поддержка процессора

Безусловно, процессор физически и электрически должен быть совместим с МВ. Сейчас абсолютное большинство CPU перешло на использование разъемов Socket. Компания с Intel в настоящее время использует следующие типы разъемов: Socket 478, Socket 775. Компания AMD использует разъемы: Soсket A (иногда он обозначается как Soсket 462), Socket 754, Socket 939.

Чем это она питается?

На материнскую плату подается напряжение от блока питания (БП): в случае АТ форм-фактора это 5V, В случае ATX – 3.3V, поэтому в МП форм-фактора АТ используется несколько микросхем VRM для преобразования 5В в более низкие напряжения, а в ATX такой модуль один. Различные компоненты, установленные на МВ питаются от разного напряжения. Наиболее распространенные компоненты потребляют +5В (такие как чип BIOSа, часы реального времени, контроллер клавиатуры, DRAM чипы, логика большей части контроллеров, коннекторы) и +3.3В (L2 кэш, чипсет, SDRAM чипы, AGP). Двигатели накопителей и кулеры питаются от +12В. Но БП также вырабатывает отрицательные напряжения, и возникает законный вопрос, зачем? Ответ прост: в современных компьютерах он не используется. –5В раньше подводилось к ISA шине и использовалось для питания старых контроллеров НГМД. Напряжения +12 и –12В на системной плате также не используются, они подводились к шине ISA для питания различных адаптеров и контроллеров последовательных портов.

БП АТ и ATX имеют разные принципы подключения и взаимодействия с системной платой: АТ подключается через два 6-штырьковых разъема, PS8 и PS9, а ATX – одним 20-контактным разъемом с ключом, исключающим возможность неправильного подсоединения к МВ. В АТ-корпусах питание 220В от БП подается на 4-жильный кабель, соединенный с кнопкой питания Power, когда эта кнопка нажата, то контакты замыкаются и переменное напряжение возвращается в БП, а оттуда на МП. В корпусах ATX система включается подачей сигнала PS_ON (Power_On), поступающем с 14 контакта 20-pin разъема при нажатии кнопки питания на корпусе, которая не имеет 2 положений, как ранее, которая замыкается на коннектор PW_BTN на «матери». Это низкий активный сигнал, при высоком уровне этого сигнала БП выключается. Поскольку этот сигнал подается с МП, то он может быть сгенерирован ОС или переключателем Power, поэтому мы имеем возможность выключать компьютер с помощью Windows. Кроме того, еще одним новшеством в ATX стало использование сигнала «ждущего режима» +

5VSB (Stand_by, Soft power), который всегда активен и подает на плату питание малой мощности, даже когда компьютер выключен, поэтому настоятельно рекомендую использовать БП с выключателем сзади, который стоит отключать, когда компьютер не используется. Эти два сигнала позволяют, используя APM, в ОС Windows ME, Win 2K и WindowsXP кнопкой Power на клавиатуре выключать питание, а Sleep – переходить в «ждущий режим» (в Windows 98 обе кнопки вызывают «ждущий режим»).

При подключении устройств к МП необходимо знать принципы разводки и схемотехники. Главное правило любого подключения – соблюдение полярности. Первый контакт колодки на МП необходимо совместить с первым контактом на шнуре (шлейфе). Первый контакт на шнурах часто отмечается красным цветом.

Регуляторы напряжения

Очень важен вопрос правильного питания компонентов материнской платы. Огромное количество проблем возникает из-за некачественного питания элементов, что часто приводит к неработе, неустойчивой работе и даже выгоранию некоторых элементов (особенно в слотах). Источник питания подает 5В прямого напряжения на МП, следовательно, для некоторых компонентов системы требуется регуляция мощности (например, для регуляции напряжения на ядре CPU). Для этого используется дополнительный модуль, который называется VRM (модуль стабилизатора напряжения), или плата регулятора напряжения, встроенная в интегральную схему и впаянная в PCB.

Для того, чтобы использовать как можно больше различных типов процессоров, схема должна держать определенный диапазон напряжения. Для этого обычно на плату устанавливается набор резисторов соединенных с рядом контактов. Сейчас на большинстве МП стоит так называемый автодетект (автоопределение), это значит, что схема сама определяет и распределяет напряжение, ориентируясь по контактам VID[0:4] на процессоре, что исключает потребность в джамперах. Но на процессорах AMD лучше выставлять напряжение вручную, теперь это легко осуществляется через BIOS.

Конденсаторы

Конденсаторы обеспечивают ровный поток напряжения в схеме. Это очень важно потому, что потребление энергии процессором может меняться мгновенно от низкого к высокому и наоборот, особенно когда выполняется режим приостановки работы (HALT) или возвращение в нормальное состояние. Регуляторы напряжения не могут реагировать мгновенно на изменения, для этого и "сглаживается" напряжение.

Генератор тактовых импульсов (Clock Generator Chip)

Каждый компонент в компьютере работает по синхронизующим импульсным тактам (clock, CLK), выдаваемым тактовым генератором - но не каждый компонент работает на одних и тех же частотах (тактах). В компьютерах класса 486 и выше применяется деление опорной частоты генератора для синхронизации шин и внутреннее умножение частоты в процессорах.

BIOS и RTC (часы реального времени)

Программный код, необходимый для управления дисками, видеокартой, клавиатурой, портами и другими компонентами компьютера. Данное аппаратно встроенное программное обеспечение размещается в микросхеме ПЗУ (постоянное запоминающее устройство, или ROM – Read Only Memory), установленной на материнской плате компьютера. В силу этого BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов, таких как, например, загрузочные диски.

В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, система BIOS в которых может перезаписываться при помощи специальной программы, что облегчает модернизацию кода BIOS при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти).

В настоящее время наиболее популярны Award BIOS и AMI BIOS.

Для того, чтобы дать BIOS-у знать какой специальный компонент должен поддерживаться, существует интегральная схема CMOS, которая содержит особые параметры пользователя, которые считываются сразу после того, как определен процессор. Эта схема обычно встраивается в чип часов реального времени (Real Time Clock [RTC]), в котором содержится информация о дате и времени. До меню параметров в CMOS можно добраться через специальное меню во время POST при нажатии клавиши DEL или F1 в то время как производится подсчет памяти, и далее изменения вводятся вручную. Эти изменения должны быть сохранены для того, чтобы они вступили в силу. RTC и CMOS хранят информацию только тогда, когда поступает напряжение, которое подается из небольшой батарейки 2032 на МП. Если эта батарея повреждается или отсоединяется, информация в CMOS теряется и должна быть введена заново во время следующей загрузке.

Процессорный разъем

Спецификация разъема определяет как сам конструктив разъема, так и назначение контактов, электрические параметры, определяет порядок взаимодействия с шинами данных, особенности взаимодействия с оперативной памятью и т. д.

Сегодня актуальны Socket 478, Socket 775 для семейства Intel Pentium 4, для процессоров от AMD - Soket A, Socket 754, Socket 939. Естественно, ни электрически, ни архитектурно эти конструктивы не совмещаются, а цифра после слова socket означает всего лишь количество процессорных «ног».

Системный набор (Chipset, чипсет)

Системный набор (Chipset, чипсет) – набор системных микросхем, обеспечивающих работу процессора, системной шины, интерфейсов взаимодействия с оперативной памятью и другими компонентами персонального компьютера. Современные системные наборы (начиная с Intel 440LX) состоят из двух базовых микросхем – Северный мост (North Bridge) и Южный мост (South Bridge). Северный мост обеспечивать взаимодействие процессора, оперативной памяти и видеокарты, а также осуществлять обмен данными с южным мостом. Южный мост содержит в себе различные контроллеры управления. В частности, два двухканальных контроллера IDE, контроллер шины PCI, контроллер ввода-вывода (I/O контроллер, отвечает за интерфейсы СOM, LPT, PS/2), USB-контроллер и др. Между собой северный и южный мосты общаются напрямую, посредством специальной скоростной магистрали, — на этот счет у каждого производителя имеются собственные разработки. Существуют, однако, чипсеты (их называют интегрированными), в которых северный и южный мосты совмещены в одной микросхеме. Как правило, разработчики встраивают в эту микросхему еще и видеоконтроллер. Производителей системных наборов не так много. Лидером среди них является компания Intel. Однако широкое распространение получили также и наборы от таких фирм, как VIA Technologies, ATI Technologies, Silicon Integrated Systems.

Интерфейсы

Интерфейс – стандарт подключения устройств к системе. Под интерфейсом следует понимать разъемы, наборы микросхем, генерирующих стандартные сигналы, форматы стандартных сигналов.

Перечислим используемые интерфейсы.

ISA (Industry Standard Architecture – архитектура промышленного стандарта) – основная шина на устаревших материнских платах. Конструктивно данный интерфейс представляет собой разъем на системной плате, состоящий из двух частей – 62-контактного и примыкающего к нему 36-контактного сегментов. Пиковая пропускная способность не превышает 5.55 Mb. Раньше с помощью интерфейса ISA подключались такие устройства, как видеокарты, модемы, звуковые карты и т. д. На современных материнских платах этот интерфейс либо совсем отсутствует, либо имеется всего 1-2 разъема.