Системные платы: что это такое и как они работают?

Бесчисленные токопроводящие дорожки, сотни серебристых конденсаторов и регуляторов напряжения, между ними множество слотов и разъемов — материнские платы являются чудом инженерной мысли и основой любого компьютера. Эта статья расскажет вам о том, как устроены материнские системные платы, как они работают и чем оснащены.

Для чего нужны системные платы?

Системная (или материнская) плата снабжает питанием различные компоненты ПК и обеспечивает быстрый обмен данными между ними. Кроме того, на ней располагаются процессорный разъем, слоты для установки модулей оперативной памяти, видеокарт и прочих плат расширения. Сетевой и звуковой адаптеры давно уже интегрируются в системную плату и не занимают слотов, кроме того, системная плата обладает разъемами для подключения жестких дисков, быстрых SSD-накопителей и CD-/DVD-peкopдepoв.

Обработка потока данных осуществляется следующим образом: например, когда вы копируете фильм с USВ-флэш-накопителя на компьютер, а затем воспроизводите его, вначале флэш-накопитель при непосредственном участии материнской платы создает копию файла на жестком диске. Затем программы воспроизведения, например обычный «Проигрыватель Windows Media», выполняют распределение данных: изображение видеофайла посредством видеоплаты выводится на экран, а музыка, речь и звуки обрабатываются звуковой платой и передаются на акустическую систему. Во всех этих процессах материнская плата принимает самое активное участие.

Из чего состоит материнская плата?

Сама плата состоит из нескольких изоляционных слоев. Между ними проходят медные токоведущие дорожки, по которым происходит передача всех данных. Они соединяют компоненты материнской платы, которые могут быть расположены на разных слоях. Для этого предусмотрены специальные отверстия: так, например, звуковой чип на первом слое может сообщаться с контактной цепью, расположенной на втором слое. В зависимости от модели современные материнские платы могут иметь до 10 слоев.

Кто производит системные платы?

В настоящее время рынок поделен между 11 производителями. Основными из них являются ASUS, Gigabyte, MSI и Foxconn. Производитель процессоров компания Intel также является крупным игроком на рынке системных плат. Напротив, ее конкурент компания AMD системных плат не делает.

Можно ли установить любую системную плату в любой компьютер?

Нет. В зависимости от модели системные платы рассчитаны на определенный тип компьютера и процессора.

• Форм-фактор. Компактные компьютеры оснащаются системными платами меньших размеров, нежели настольные ПК, а для особо мощных компьютеров предусмотрены системные платы с большим набором интерфейсов и слотов подключения.
• Процессорный разъем. Intel или AMD? Процессор определяет также тип материнской платы. Однако не каждая материнская плата с процессорным разъемом AMD или Intel подходит для всех процессоров соответствующего производителя. Так, например, современные процессоры Sandy Bridge компании Intel могут быть установлены только на материнских платах с сокетом LGA 1155. Для не давно представленных процессоров AMD Llano необходимы материнские платы с разъемом FM1.
• Чипсет. Сердцем материнской платы является чипсет. Он организует весь процесс обмена данными между процессором, видеоплатой, клавиатурой, мышью, дисками и сетями. При этом следует помнить, что не всякий чипсет способен использовать все встроенные в процессоре компоненты. Например, процессоры Intel Sandy Bridge совместимы с чипсетами Р67 и Z68. Но использовать графический чип, встроенный в данный процессор, может только Z68. Чипсет Р67 для вывода изображения требует установки отдельной видеоплаты.

Какими новшествами обладают современные системные платы?

В последние годы многие компоненты системной платы перекочевали в процессор. В сочетании с современными системными платами это обстоятельство приводит к существенному повышению производительности. Основные технические отличия между современными системными платами и моделями, выпускавшимися три или четыре года назад, состоят в следующем.

• Северный и южный мосты (North-/South-Bridge). Раньше чипсет состоял из двух блоков. Северный мост управлял потоком данных видеоплаты, а также, используя контроллер памяти, потоком данных процессора и оперативной памяти. Южный мост отвечал за обмен данными между дисками и устройствами ввода. Ныне и Intel и AMD переместили большинство компонентов северного моста в процессор, а остальные компоненты объединили в одной микросхеме чипсета. Тем самым удалось значительно ускорить процесс обмена данными между ЦП и ОЗУ.
• Графический чип. Несколько лет назад такие производители, как MSI и ASUS, оснащали некоторые материнские платы дискретным графическим чипом. Он обеспечивал вывод изображения без необходимости установки дополнительной видеоплаты. Теперь это в прошлом, так как почти во всех современных процессорах Llano и Sandy Bridge имеется встроенный графический процессор. Раньше процессор был соединен с северным и южным мостами посредством шины Front Side Bus. Шина задавала также тактовую частоту, с которой происходил обмен данными между отдельными компонентами ПК, например процессором и оперативной памятью. В настоящее время весь северный мост (AMD) или содержащийся в нем контроллер памяти (Intel) перекочевали в процессор. Таким образом, сейчас производители материнских плат обеспечивают прямую связь соответствующего процессориого ядра с чипсетом: вместо фронтальной шины используются более современные технологии, например Quick Path Interconnect и Hyper Transport, обеспечивающие более высокую скорость работы.
• (U)EFI. Основной программой управления материнской платой долгое время была BIOS. Она загружается при запуске ПК и позволяет изменять базовые параметры. С появлением современных процессоров многие производители материнских плат перешли на использование EFI — преемника BIOS. Преимущества: программа имеет свою собственную графическую оболочку с поддержкой управления мышью, а ее базовые возможности могут быть значительно расширены за счет множества специальных функций.

В настоящее время существуют два типа базовых систем ввода/вывода (BIOS): традиционная BIOS (верхний рис.) и UEFI BIOS с красивым rрафическим интерфейсом (нижний рис.)

Как определить тип материнской платы в ПК?

Загрузите с сайта www.cpuid.com бесплатную программу CPU-Z, установите и запустите ее. Перейдите на вкладку Mainboard. В полях Manufacturer, Model, Chipset и Southbridge вы найдете всю интересующую вас информацию.

Каким образом системные платы распределяются по ценовым категориям?

Стоимость зависит, прежде всего, от количества и типа интерфейсов и разъемов. Важным является оснащение системных плат, например наличие встроенного WLАN-модуля.

• Базовая модель (до 2 тыс. руб.). Системные платы данного класса имеют, как правило, только один разъем PCI Express х16 и один PCI Express x8 для установки видеоплаты и твердотельных накопителей (см. табл. ниже). К тому же большинство системных плат серийно оснащаются устаревшими низкоскоростными портами USB 2.0 и SATA 2. Зато даже в базовых моделях присутствуют встроенные сетевые и звуковые платы.

• Стандартная модель (от 2 до 4 тыс. руб.): наиболее распространенный тип материнских плат имеет по два быстрых порта USB 3.0 и SАТА3.
• Высокопроизводительные модели (от 4 тыс. руб.): в основном это системные платы, которые дополнительно оснащены двумя слотами PCI Express x16. Они позволяют использовать две видеоплаты одновременно. Это обеспечивает весьма ощутимый прирост производительности, особенно в таких графически сложных играх, как Crysis 2. Тестирование показала, что увеличение скорости составляет до 66%.
• Профессиональные модели (от 7 тыс. руб.) : три порта USB 3.0 и шесть разъемов SATA 3 в данном ценовом диапазоне — совсем не редкость. К тому же платы оснащены, как правило, четырьмя и более слотами PCI Express x16. Они позволяют объединить в системе до четырех видеоплат, что, однако, не приводит к значительному увеличению производительности. К тому же многие профессиональные модели оснащены WLАN-модулем для беспроводного доступа в Интернет, а также Вluеtооth-модулем, который служит, например, для беспроводного обмена данными между ПК и смартфоном.

Каковы особенности системных плат с точки зрения производительности?

В зависимости от качества и типа чипсета между материнскими платами одинакового конструктивного исполнения и одинакового ценового диапазона имеются некоторые различия в производительности: эксперты тестовой лаборатории установили, что скорость работы может колебаться в пределах 5%. Кроме того, наращивая объем оперативной памяти, лучше использовать два или четыре модуля памяти одинакового типа. Все дело в том, что современные модели имеют два канала памяти (двухканальный режим) для обмена данными с процессором. Если в компьютере установлен один модуль, скорость работы будет ниже.

Кому подходят профессиональные модели?

Материнские платы стоимостью 6-7 тыс. руб. подходят, как правило, пользователям, которые придают большое значение обилию интерфейсов и разъемов, а также стремятся выжать из своего компьютера максимум производительности. Такие пользователи — это, прежде всего, геймеры, которые играют в самые современные и графически очень сложные игры. Для всех остальных пользователей ПК хорошим выбором станут системные платы стоимостью около 4 ты с. руб.

Основные компоненты материнской платы
на примере Gigabyte G1.Sniper2

1. Звуковой чип. Все материнские платы имеют звуковой чип. Он обеспечивает воспроизведение, вывод на акустическую систему и запись звука с помощью микрофона.

2. PCI. Для разъема PCI доступны, например, аудиоплаты и ТВ-тюнеры.

3. Разъем для подключения вентилятора. Для работы вентилятора в корпусе ПК его необходимо подключить к данному разъему.

4. Порты USB 2.0. Вынесенные на переднюю панель корпуса подключаются здесь.

5. BIOS. Программа управления системной платой. Она загружается при запуске ПК, проверяет и контролирует основные функции ПК.

6. Системные разъемы. Здесь подключается кнопка включения/выключения ПК, размещенная на корпусе. Только с ее помощью вы сможете включить и загрузить компьютер.

7. PCI Express х1. Платы с дополнительным сетевым разъемом устанавливаются в небольшой разъем PCI Express х1.

8. PCI Express x16. Для видеокарт в данной системной плате доступны два слота PCI Express х16.

9. Батарея. Обеспечивает сохранность базовых системных настроек ПК даже в выключенном состоянии.

10. Чипсет. Управляет обменом данными между ЦП, оперативной памятью, видеоплатой, дисками, интерфейсами и устройствами ввода.

11. Контроллер USB 3.0. В данной системной плате чип EtгonTech управляет потоком данных интерфейсов USB 3.0, к которым подключаются высокоскоростные внешние накопители.

12. Разъемы SАТА. Для подключения жестких дисков и SSD-накопителей данная материнская плата имеет два разъема SАТА 2 (серые) и два быстрых разъема SАТА 3 (красные).

13. Порты USB 3.0. Если на корпусе имеются порты USB 3.0, они подключаются к данному разъему на материнской плате.

14. Преобразователи напряжения. Импульсные стабилизаторы выполняют преобразование 12 В блока питания в подходящее для ЦП напряжение.

15. Процессорный разъем. Данная материнская плата совместима со всеми процессорами Sandy Bridge в исполнении LGA1155.

16. Слоты оперативной памяти. Эта системная плата имеет четыре слота для установки максимум 32 Гб (4 модуля по 8 Гб) оперативной памяти.

17. Разъем питания. Посредством данного разъема блок питания обеспечивает системную плату, процессор и платы расширения электроэнергией.