Материнские платы

Материнская плата является основой системного блока. Именно на материнской плате располагаются все необходимые компоненты для работы системы: слоты, процессоры, карты расширения, транзисторы и пр. Среди пользователей встречаются и такие термины для обозначения материнской платы, как "системная плата", "мать", "материнка", motherboard. Начинающие пользователи, которые решили самостоятельно собрать компьютер, часто сталкиваются с такой проблемой — купили комплектующие, а друг к другу они почему-то не подходят или подходят, но вместе не работают. Бывает и другая проблема — неудачный выбор комплектующих, в результате чего производительность системы упирается в то или иное "узкое место", а приобретенные дорогие компоненты оказываются пустой тратой денег. Поэтому, чтобы комплектующие подошли друг к другу и заработали вместе, нужно учитывать множество факторов: размеры материнской платы, тип сокета процессора, количество слотов расширения и многое другое. Рассмотрим устройство материнской платы подробнее. На рисунке представлен вид сверху на одну из стандартных материнских плат. На нем размечены все основные компоненты, которые можно встретить на современной материнской плате.

1 — сокет для процессора; 2 — "северный" мост; 3 — "южный" мост; 4 и 5 — слоты для модуля памяти; 6 — разъем для флоппи-дисковода; 7 — разъем для устройств ATA100/ATA133; 8 — разъем для устройств Serial ATA; 9 — слоты PCI; 10 — слоты PCI-Express x16; 11 — слоты PCI-Express x1; 12 — 24-контактный разъем ATX для блока питания; 13 — 8-контактный дополнительный разъем ATX12v для процессора; 14 — разъем для питания видеокарты; 15 — стабилизатор напряжения; 16 — контроллер для интерфейса IEEE 1384 (FireWire); 17 — аудиконтроллер; 18 — сетевой контроллер; 19 — BIOS ROM (CMOS); 20 — батарейка для BIOS

Естественно, что расположение компонентов и набор функций у разных моделей материнских плат могут отличаться. Например, в более старых моделях используется 20-контактный разъем, а с февраля 2003 года питание на плату от блока питания подается через 24-контактный разъем Extended ATX (12). Это потребовалось для поддержки видеокарт PCIe, которые могут потреблять до 75 ватт от интерфейса материнской платы. Кроме того, наиболее производительные PCIe-видеокарты получали дополнительное питание через дополнительный шестиконтактный кабель напрямую от блока питания. Сегодня так же работают карты из серий nVidia 8800 и ATi/AMD 2900. Также только в новых материнских платах появились дополнительные разъемы для питания процессоров (8-контактный разъем ATX12V) и слотов PCI Express (4-контактное гнездо Molex). Также на старых платах имеются слоты для AGP.

Отдельные компоненты

20-контактный разъем ATX для блока питания (устаревший)

Клавиша сброса CMOS

На некоторых моделях материнских плат (например, от MSI) имеется красная клавиша, которая служит для сброса CMOS BIOS, если плата не стартует. Расположена она рядом с батарейкой. Данная функция очень полезна для оверклокеров, поскольку позволяет не мучиться с перемычками. Кроме того, восстанавливаются последние рабочие значения, что облегчает эксперименты разгона.

Подобно плате MSI, у модели Gigabyte есть функция сброса CMOS BIOS. Но вместо клавиши Gigabyte предоставляет пользователю два контакта, которые следует замкнуть с помощью отвёртки или перемычки. В отличие от решения MSI, при сбросе теряются все настройки BIOS, за исключением даты и времени.

Радиатор на северном мосту

Радиатор на южном мосту

Советы по выбору материнской платы

Быстродействие материнской платы напрямую зависит от модели чипсета. Развитие компьютерной техники не стоит на месте, и к моменту выхода книги информация вполне может устареть, поэтому давать конкретные рекомендации довольно сложно. Разделим наши требования на три основных направления:

• качество работы материнской платы
• функционал, архитектура
• эргономика

Качество

Определить насколько хорошо, стабильно и долго будет работать купленная вами плата можно только в процессе эксплуатации, но уже на этапе выбора можно попытаться отбраковать заведомо неудачные экземпляры. Проверьте, если ли на чипсете выбранной материнской платы вентилятор. Некоторые производители материнских плат экономят и вместо вентилятора ставят обычный радиатор. Хорошее охлаждение — это очень важный фактор для стабильности и скорости работы вашего оборудования, особенно, если вы планируете разгонять процессор, когда к надежности и отсутствию сбоев в работе компьютера предъявляются повышенные требования.

Еще одним немаловажным моментом для стабильной работы карты является количество и емкость конденсаторов-стабилизаторов. Название "стабилизатор" говорит само за себя. Смотрите, чтобы их было хотя бы 10–12 штук, в идеале и больше, с емкостью выше 4000 мкФ.

Как это ни банально, хороший внешний вид тоже является косвенным признаком качества материнской платы. Если производитель серьезно подходит к дизайну внешнего вида устройства, комплектации, качеству упаковки, то и к качеству производства можно ждать как минимум такого же отношения.

Функционал

Материнские платы "все в одном" — не лучший выбор для требовательных пользователей. Интегрированная видеокарта очень сильно замедляет работу компьютера, отнимает немало ресурсов оперативной памяти. А вот слотов для подключения дополнительных устройств надо много. Неизвестно, как долго вы будете работать на своем компьютере, и что вам захочется подключить к нему в будущем. Чем больше на материнской карте разъемов для подключения дополнительных вентиляторов (желательно с мониторингом состояния и оповещением о нарушениях в работе), а также USB-портов, тем лучше. Если на материнской карте есть интегрированный RAID-контроллер, то это дополнительный аргумент в выборе именно данного экземпляра. Возможность объединять диски в массивы может быть очень полезной как для скорости, так и для надежности работы компьютера. Как правило, интегрированные RAID-контроллеры, позволяют создавать массивы 0 и 1 уровня.

Эргономика

Материнская плата не является "вещью в себе". Она устанавливается в корпус, в который крепятся и различные дополнительные устройства — CD-ROM, жесткие диски, на материнской плате устанавливаются модули оперативной памяти, видеокарта и т. п. Грамотное распределение разъемов на плате обеспечивает удобное подключение всех устройств и гарантирует беспрепятственный доступ к любому из них. При выборе платы надо четко представлять себе, как она будет крепиться в корпусе, и как будут крепиться остальные устройства. Наиболее частые проблемы при сборке компьютера могут возникнуть в следующих случаях:

• в зависимости от типа корпуса блок питания может крепиться на нем как вертикально, так и горизонтально. Как правило, горизонтальное расположение не мешает установке процессора. В случае с вертикальным креплением и неудачным расположением процессорного слота, установка вентилятора (особенно большого, нестандартного) на процессор, когда материнская карта закреплена на корпусе, может быть сопряжена с определенными трудностями, а то и просто невозможна
• модули оперативной памяти, расположенные слишком высоко и близко к местам установки приводов CD-ROM, могут серьезно мешать их монтажу. Мне не раз приходилось сталкиваться с ситуациями, когда привод невозможно установить, не вынув оперативную память. Это касается и расположения шлейфов IDE-устройств, которые, порой, просто невозможно уложить ровно и приходится сгибать, потому что они упираются в планку памяти
• слишком большие конденсаторы, расположенные близко к разъему видеокарты, могут помешать установке карты с большим радиатором охлаждения на видеопроцессоре. Особенно это касается современных видеокарт, процессоры которых греются, порой, гораздо сильнее CPU, что вынуждает устанавливать на них мощные вентиляторы с большим радиатором. Это же касается и конденсаторов рядом с процессором. Крупногабаритный радиатор может просто не поместиться
• неудачно расположенные на материнской карте разъемы IDE-устройств могут привести к тому, что шлейфы придется тянуть через все пространство корпуса. Из-за того, что эти шлейфы весьма широкие, циркуляция воздуха внутри корпуса будет нарушена, температурный режим в некоторых зонах может стать неудовлетворительным
• если вы будете устанавливать дополнительный вентилятор на задней стенке корпуса, то самое оптимальное расположение процессорного слота — непосредственно на пути потока воздуха от этого вентилятора. В таком случае охлаждение процессора будет наиболее эффективным

Установка

При установке или переустановке материнской платы очень легко можно что-нибудь повредить. Ниже приведено несколько советов по правильному обращению с материнской платой. Будьте осторожны. Перед работой снимите с себя заряд электричества, дотронувшись до какого-нибудь металлического предмета. Беритесь за материнскую плату только с краю. Не дотрагивайтесь до элементов или мест пайки.

При извлечении процессора лучше использовать предназначенный для этого специальный инструмент. В виде исключения можно использовать согнутую под прямым углом вилку. Обратите внимание на ножки процессора.

Не слишком туго закручивайте винты, крепящие материнскую плату, так как в многослойных платах можно легко пережать проводящие дорожки.

Устанавливайте процессор без усилия. Перед этим проверьте, находится ли рычаг в ZIF-разъеме в открытом положении. В платах без ZIF-разъема обратите внимание на правильность положения процессора и лишь после этого осторожно вставьте его в разъем.

Перед включением компьютера проверьте правильность установки процессора, DIMM-модулей и карт расширения.

Чипсеты

Чипсет является важной составляющей компьютера, поскольку он содержит все важные интерфейсы и во многом определяет набор функций системы. Например, все современные чипсеты содержат множество интерфейсов для карт расширения (PCI Express или PCI), двухканальный контроллер памяти (на платформе Intel), несколько контроллеров USB 2.0 (по два порта на контроллер), контроллер HD Audio, гигабитные сетевые контроллеры и современные контроллеры накопителей Serial ATA с четырьмя-шестью портами. Некоторые чипсеты содержат и контроллеры дистанционного управления.

Чипсет Intel G31 Express

Чипсет Intel G31 является чипсетом начального уровня и потребляет минимум энергии. G31 относится к категории настольных чипсетов для массового рынка, предназначенных для "основных вычислений". Это означает, что данный набор системной логики совершенно не подходит для high-end систем и не поддерживает никаких продвинутых функций. Чипсет G31 был разработан как выгодный вариант для обычного пользователя. Поэтому он ориентирован на такие процессоры, как Core 2, Pentium Dual Core или аналогичные Celeron, основанные на микроархитектуре Core 2.

Чипсет G31 ограничен 4 Гбайт памяти, в то время как G33 и G35 поддерживают до 8 Гбайт. Low-end чипсет поддерживает только двухканальную память DDR2-800 (хотя по сравнению с DDR3 это не является недостатком) и работает с южным мостом ICH7 вместо ICH8, ICH9 или ICH10. В результате G31 поддерживает всего четыре порта SATA/300, зато предоставляет ещё два канала UltraATA/100, в то время как более новые чипсеты поддерживают либо один наследственный канал ATA, либо вообще ни одного. G31 с южным мостом ICH7 предоставляют восемь портов USB 2.0, HD-аудио, традиционные слоты PCI и всего лишь 100-мегабитный сетевой контроллер. Если вам нужно более скоростное соединение Ethernet, тогда ищите материнскую плату, которая поставляется с сетевым контроллером PCIe для обеспечения гигабитного Ethernet. И, наконец, хоть чипсет G31 и имеет один слот x16 PCI Express для апгрейда, он не совместим с PCI Express 2.0.

Материнские платы с чипсетом G31, как правило, имеют один аналоговый выход на дисплей D-SUB15, а иногда и цифровой выход DVI. Поскольку GMA3100 не подходит для HTPC (домашний кинотеатр), материнские платы не оснащены выходами HDMI; не стоит также ждать от таких плат двух цифровых выходов.

Чипсет G31 не обладает ни одной функцией, которая бы сделала его особенным. Он не поддерживает DirectX 10, не предоставляет 3D-производительности, которая была бы не лишней для игр, и ограничен 4 Гбайт памяти. Однако все эти ограничения не так уж критичны для базового ПК для повседневной работы. Чипсет G31 дешёвый, поддерживает все процессоры Core 2, включая четырёхъядерные модели, и допускает использование любых high-end видеокарт, так что он почти так же подходит для геймеров, как и high-end чипсет. Именно производители материнских плат превратили G31 из "неудачника" для массового рынка в чипсет для эффективных платформ.

В чем отличие северных и южных мостов для INTEL и AMD

В случае Intel чипсет представлен северным мостом, которой расположен рядом с процессором и "отвечает" за все высокоскоростные устройства (процессор, видеокарту, оперативную память), и южным мостом, который согласовывает работу и связывает низкоскоростные интерфейсы (винчестер, аудио, PCI-слоты, USB и т. д.). Мосты также соединены между собой с помощью различных вариантов реализации шины, например, V-Link от VIA.

В платформе AMD есть только один чипсет, так как контроллер памяти встроен в сам процессор, а подключение периферийных устройств возложено на аналог PCI-E - фирменную шину Hyper Transport.

История чипсетов Intel

За последние годы вышло немало чипсетов Intel. Мы решили свести данные в таблицу, отражающую самые важные этапы развития чипсетов с раздельной графикой, начиная с первых SDRAM-чипсетов для Pentium 4 (2001).

Чипсеты, которые вышли после 915 и 925, не отличались какими-то революционными функциями, но они всё же были лучше предшествующих моделей. 925XE стал первым чипсетом, поддержавшим шину FSB1066 (физическая частота 266 МГц), которая требовалась для первых процессоров Pentium 4 Extreme Edition. 945 и 955 (Lakeport и Glenwood) увеличили частоту памяти DDR2 до 333 МГц (DDR2-667), а ICH7 добавил ещё две линии PCI Express (шесть вместо четырёх), а контроллер SATA обновился до Serial ATA/300. Поддержка RAID теперь включила и массив RAID 5, но Intel отказалась от двух наследственных интерфейсов UltraATA/100. Для двуядерных процессоров Pentium D требовался чипсет 945 или 955.

ICH8 стал актуальным южным мостом для линейки чипсетов 965 (Broadwater), которая, вместе с 975X, стала фундаментом для продвижения процессоров Intel Core 2. Чипсет 965 лишился контроллера UltraATA, а интерфейс AC97 был убран в пользу решений HD Audio (которые сегодня можно назвать стандартом). ICH8 поддерживает SATA 2.5, включая внешние порты SATA (eSATA), и содержит контроллер гигабитного Ethernet. Базовая модель ICH8 поддерживает четыре порта SATA, но версия RAID ICH8-R поддерживает уже шесть.

Каждое поколение чипсетов имеет ряд моделей, использующих встроенное графическое ядро, используя для кадрового буфера часть ОЗУ. Чипсеты 915G и 910G используют графическое ядро GMA900 с четырьмя пиксельными конвейерами, работающими на частоте 300 МГц, поддерживается аппаратное декодирование MPEG2 и DirectX 9. У чипсета 945G графическое ядро обновилось, частота GMA950 увеличилась до 400 МГц, но оно так и не получило полную поддержку Shader Model 3 (DirectX 9.0c). Но GMA950, по крайней мере, поддерживает HD-видео. Наконец, у линейки 965 появилось графическое ядро GMA3000, с восемью программируемыми конвейерами, которое работает на частоте 667 МГц при запуске видео или графических расчётов.

Чипсеты Intel P45

На смену линейке P35 (Bear Lake) пришла линейка P45 под кодовым названием Eaglelake. Новая линейка чипсетов состоит из четырёх разных моделей (две из них со встроенной графикой) и выводит стандарт PCI Express 2.0 на массовый рынок.

Новые функции чипсета P45: поддерживает графику PCI Express 2.0, эффективно удваивая пропускную способность каждого канала PCI Express с 250 Мбайт/с до 500 Мбайт/с на линию (в одном направлении). Однако чтобы выиграть от более высокой пропускной способности, интерфейсу PCI Express 2.0 требуется PCIe 2.0-совместимая карта расширения (например, видеокарта).

Шина PCI Express 2.0 требует больше энергии, поэтому чипсет P45 является менее эффективным с точки зрения энергопотребления, чем его предшественник, несмотря на то, что P45 изготавливается по 65-нм техпроцессу Intel.

P45 является первым массовым чипсетом Intel, поддерживающим 16 Гбайт памяти, тогда как P35 ограничен 8 Гбайт.

Блок-схема чипсета Intel P45 Express

Все материнские платы на чипсете P45 обладают следующими функциями.

• Поддержка всего семейства процессоров Core 2, включая Core 2 Duo, Core 2 Quad и Core 2 Extreme по 45-нм и 65-нм техпроцессу, Pentium Dual Core и, как правило, Celeron.
• Поддержка конфигураций ATI CrossfireX с множеством видеокарт.
• PCI Express 2.0, до двух слотов, физически способных поддерживать карты x16, но на восьми линиях каждая.
• Дополнительные слоты PCI Express 1.0.
• Шесть портов Serial ATA 3 Гбит/с.
• Гигабитный Ethernet с разными PHY-чипами.
• RAID 0 и 1 (для поддержи RAID 5 нужен южный мост ICH10R).
• AHCI SATA 3 Гбит/с с "родной" очередью команд (Native Command Queuing) (поддержка оптических приводов SATA и "горячей" замены).
• Интерфейс eSATA (если доступен): все разъёмы SATA можно вывести на заднюю панель материнской платы и использовать как eSATA.
• Звук высокой чёткости (HD Audio): от материнской платы на чипсете P45 можно ожидать, как минимум, простого аудио кодека, который будет выполнять всю обработку звука с помощью центрального процессора.
• Платы не поддерживают Windows 98 и Windows ME

Чипсеты линейки 3x (Bearlake)

Чипсеты линейки 3x (Bearlake) состоят из четырёх вариантов: G33, G35, P35 и X38. Все чипсеты по-прежнему используют сокет Intel Land Grid Array с 775 контактами (LGA775).

Обратите внимание на новый южный мост ICH9. Если южные мосты ICH6, ICH7 и ICH8 упаковывались в корпус BGA с 652 контактами, то ICH9 упаковывается в 676-контактный корпус Ball Grid Array, причём южный мост содержит 4,6 млн. транзисторов и производится по 130-нм техпроцессу. Хотя транзисторов получилось больше, чем в ICH8, тепловой пакет по-прежнему составляет 4 Вт. ICH9 обеспечивает шесть полнофункциональных портов Serial ATA/300 с NCQ (Native Command Queuing), а также поддерживает eSATA и множители портов, которые позволяют к подключить к одному порту SATA до четырёх устройств SATA. Как мы обнаружили, производительность USB 2.0 и RAID южного моста ICH9 превосходит ICH8 и ICH7.

Таким образом, если материнская плата на чипсете 965 поддерживает VRM 11, на неё технически можно будет установить 45-нм процессоры. VRM 11 программирует линии питания с помощью 8-битных ID напряжения (VID), что даёт шаг изменения 0,00625 В. Минимальное рабочее напряжение составляет уже не 0,8375 В (как в спецификации VRM 10), оно уменьшилось до 0,5 В. VRM 11 также позволяет разделяет нагрузку по большему числу фаз, а линии поддерживают так называемую модуляцию по нарастанию и спаду (dual edge modulation), которая даёт возможность стабилизаторам подавать множество импульсов на транзисторы, используя конденсаторы меньшей ёмкости. Цель заключается не только в снижении шагов изменения напряжения и в снижении рабочего напряжения для 45-нм процессоров, но и в обеспечении достаточной мощности на разных уровнях напряжения, которые могут часто меняться. Всё это осуществляется вместе с более строгой спецификацией уровня нарастания напряжения.

• Полезная информация для Вас и Вашего ПК