Матчына плата кампутара, для чаго яна прызначана і як выглядае

Матчына плата кампутара гэта той падмурак, на якім выбудаваныя ўсе кампаненты сістэмнага блока .

Ролю матчынай платы кампутара нельга пераацаніць. Бо толькі ад яе залежыць зможаце Вы ў будучыні пашырыць функцыянальнасць Вашага ПК ці не? Павялічыць колькасць аператыўнай памяці , паставіць больш прадукцыйную відэакарту? Ці будзе дазваляць далейшае пашырэнне ( «upgrade» - апгрэйд) усёй сістэмы наяўнасць дадатковых, першапачаткова якiя не выкарыстоўваюцца, слотаў і раздымаў? Гэта як падмурак дома: зробіце яго ня якасна і, з часам, канструкцыя можа абрынуцца.

Матчына плата ўяўляе сабой шматслаёвы «пірог» з аднаслаёвых (аднабаковых або двухбаковых) друкаваных плат. Кожны з слаёў і ўяўляе сабой такую ​​асобную плату. Многослойность, перш за ўсё, патрэбна для барацьбы з крыжаванымі наводкі і перашкодамі, якiя ствараюцца сігнальнымі лініямі (дарожкамі) платы, блізка адзін да аднаго размешчанымі. Каб павялічыць гэтую адлегласць і ізаляваць сігнальныя лініі аднаго пласта ад іншага і прыдумляе ўвесь гэты «бутэрброд». Кожны пласт аддзяляецца адзін ад аднаго адмысловымі пракладкамі з шклотканіны (адгезівы) і пасля ўсю гэтую справу запрасоўваецца ў спецыяльнай печы.

Графічна ўнутрана будынак вырабы можна адлюстраваць прыкладна так:

Як бонус, дадаткова узрастае і агульная механічная трываласць падобнай канструкцыі. Колькасць асобных слаёў у сучасных брэндавых прадуктах можа даходзіць да дзесяці, а то і больш! Пасля чаго ўжо амаль гатовую матчыну плату з абодвух бакоў пакрываюць дыэлектрычным ахоўным лакам патрэбнага колеру, прасушваюць, насверливают ў ёй неабходныя адтуліны пад крапеж, ўстаноўку раздымаў і іншых кампанентаў, металлизируют адтуліны па баках і выраб практычна гатова! Вядома, пасля гэтага трэба ўсталяваць самі раздымы і ўсю элементную базу радыёэлектронных кампанентаў, ажыццявіць іх пайку, кантроль якасці, вырабіць усёабдымнае тэставанне пад нагрузкай, але гэты працэс наглядна паказаны ў відэа пад артыкулам, таму не бачу сэнсу лішні раз яго апісваць.

Заўвага: друкаваная плата або PCP (Printed Circuit Board) - пласціна з дыэлектрыка на якой хімічным ці механічным спосабам сфармаваныя электраправоднай дарожкі. Яны могуць фарміравацца як класічным метадам іх тручэння на плаце, так і з ужываннем тэхналогіі лазернай гравіроўкі.

Паколькі нас, у першую чаргу, цікавяць менавіта якасныя матчыны платы кампутара, давайце звернем сваю ўвагу на поўнапамерную плату ад фірмы-вытворцы «Asus». Вялікая колькасць размешчаных на ёй элементаў і слотаў пашырэнняў дазваляе нам спадзявацца на добрую перспектыву апгрэйду, а якасная элементная база кампанентаў і разводка платы, - на працяглы тэрмін яе эксплуатацыі.

Давайце, як звычайна, пройдземся па парадку па ўсіх пазначэнням і высвятлім, з якіх кампанентаў складаецца матчына плата кампутара:

1. сокет CPU (раз'ём, куды усталёўваецца працэсар кампутара)
2. пазначаныя два слота пад PCI Express відэакарты (у дарагіх матчыных поплатках можна ўсталёўваць дзве дыскрэтныя відэакарты адначасова)
3. чатыры слота пад аператыўную памяць стандарту DDR2
4. паўночны мост чыпсэта матчынай платы кампутара
5. паўднёвы мост чыпсэта матчынай платы
6. радыятары сістэмы астуджэння для ланцугоў харчавання (фаз сілкавання) працэсара
7. чатыры USB выхаду (выводзяцца на заднюю сценку корпуса кампутара )
8. выхады убудаванай гукавой карты
9. інтэрфейс флопі дыска 3,5 (дыскавода) FDC controller
10. чатыры выхаду SATA для падлучэння жорсткіх дыскаў
11. тры PCI слота для падлучэння дадатковых плат пашырэння (ТБ цюнэра, сеткавы ці гукавой карты, платы відэазахопе і г.д)
12. батарэйка «BIOS»
13. чатырох-кантактны 12-ці вольтавую раз'ём харчавання працэсара
14. 24-х кантактны раз'ём для падлучэння блока харчавання і падачы напругі на матчыну плату
15. два раздыма для падлучэння жорсткіх дыскаў або CD-DVD-ROM старога ўзору «IDE»
16. сама мікрасхема «BIOS»

Давайце спынімся з Вамі на найбольш важных момантах, якія патрабуюць асобных каментароў. На малюнку мы выразна бачым сістэму астуджэння ў цэнтры, з разьбягаюцца ад яго меднымі трубкамі. Цэнтральны радыятар затуляе сабой «паўночную» мікрасхему чыпсэта платы. Яна ўключае ў сябе такія немалаважныя кампаненты як убудаваная відэакарта , кантролер аператыўнай памяці і кантролер сістэмнай шыны (цяпер гэтыя элементы актыўна пераносяцца ў ЦПУ) і, натуральна, падтрымлівае інтэрфейс ўзаемадзеяння з «паўднёвай» мікрасхемай.

Назвы «паўночны» і «паўднёвы» мост пазначаюць толькі геаграфічнае размяшчэнне гэтых элементаў адносна слотаў PCI (на поўнач - вышэй або паўднёвей - ніжэй). Мікрасхема паўднёвага «моста» таксама прычынена радыятарам. Яна, як правіла, утрымлівае ў сабе кантролер ўбудаванай сеткавай карты кампутара, шыны USB, інтэграваны гук, адказвае за працу шыны PCI, розных датчыкаў на плаце і г.д.

Заўвага: чыпсэт (chipset) - набор мікрасхем, спраектаваных для сумеснай працы па выкананні якіх-небудзь задач. Другая назва - набор сістэмнай логікі.

Дастасавальна да кампутараў, класічны чыпсэт на матчынай плаце складаецца з двух вялікіх мікрасхем:

• паўночны мост (Northbridge)
• паўднёвы мост (Southbridge)

Паўночны «мост» звязвае (пасродкам інтэграваных у яго кантролераў) ЦПУ з высокапрадукцыйнымі прыладамі, размешчанымі на матчынай плаце кампутара (памяць, відэаадптар). Паўднёвы «мост» адказвае за падтрымку больш «павольных» перыферыйных прылад (USB, гукавая і сеткавая карта, жорсткія дыскі, розныя платы пашырэння і г.д.)

Вось, да прыкладу, як выглядае набор сістэмнай логікі ( «паўночны» - большы і «паўднёвы» - меншы мост) вытворчасці кампаніі «VIA».

Набор сістэмнай логікі

Рухаемся далей. Пад нумарамі «6» (гл. Першае фота артыкула) на мацярынскай плаце ў нас - два радыятара, якія астуджаюць ланцуга харчавання працэсара. Элементы, размешчаныя пад радыятарамі (кандэнсатары і транзістары) прадухіляюць моцныя перапады напружання харчавання CPU пры змене яго нагрузкі. Якаснае іх выкананне - адзін з паказчыкаў добрай мацярынскай платы. Пагадзіцеся, калі праца кампутара апынецца нестабільнай проста па прычыне няякаснага электрасілкавання - будзе крыўдна!

Асобна адзначым, што элементная база ланцугоў харчавання на сучасных матчыных поплатках досыць разнастайная: у яе ўваходзяць ШІМ-кантролер, пераўтваральнікі напружання, транзістары, рэзістары, дроселі, кандэнсатары і г.д.

На фота ніжэй прадстаўлена тыпавая шматфазнай схема харчавання сучаснага працэсара:

Напрыклад, пераўтваральнікі напружання патрэбныя для таго, каб падаваць на той ці іншы элемент строга патрэбнае для яго штатнай працы харчаванне. Адна справа, што на ўваходзе пераўтваральніка ад блока харчавання «прыходзіць» 12 вольт, але не ўсіх элементам менавіта дванаццаць трэба! Вось пераўтваральнікі і паніжаюць яго да патрэбнага значэння і «аддаюць» канчатковаму «спажыўцу» (канкрэтнай мікрасхеме, ці іншага элемента).

Прапаную больш падрабязна пагаварыць пра тое, для чаго ўсе гэтыя фазы патрэбныя і як яны працуюць? Лічу, што гэта трэба ведаць! У ролі паніжальнага пераўтваральніка можа выступаць VRM (Voltage Regulation Module - модуль рэгулявання напружання) або VRD (Voltage Regulator Down - модуль паніжэння напружання). Асабліва не зацыкляйцеся на гэтым, дастаткова будзе, калі запомніце гэтыя абрэвіятуры і будзеце ведаць, да чаго яны ставяцца.

Як правіла, у схему пераўтваральніка таксама ўключаны некалькі палявых МАП-транзістараў. Яны кіруюцца электрычным полем, таму іх называюць «палявымі» (палявікамі). Абрэвіятура МОП паходзіць ад «метал-аксід-паўправаднік», у англійскім варыянце: «metal-oxide-semiconductor field effect transistor» або скарочана - MOSFET. Таму можна сустрэць назву, як mosfet-транзістары (у народзе - «мосфеты»).

У аснове кіравання фазамі харчавання на мацярынскай плаце кампутара, як правіла, знаходзіцца PWM-кантролер. У абрэвіятуры PWM таксама ёсць сваё значэнне і гэта «Pulse Wide Modulation» - шыротным-імпульсных мадуляцыя, па руску ШІМ. Таму падобныя кампаненты часта называюць ШІМ-кантролерамі.

Вось як ён можа выглядаць:

Аб патрабаваным для працэсара ў дадзены момант харчаванні ШІМ-кантролер «пазнае» з дапамогай спецыяльнага 8-мі бітнага сігналу, які і «кажа» яму пра тое, якое напружанне трэба падаць на ЦП ў той ці іншы момант часу.

У вельмі старых кампутарах ўсе схемы рэгулятараў напругі былі аднафазнымі, аднак з часам (з ростам спажыванай працэсарамі магутнасці) яны сталі неэфектыўнымі і вытворцам прыйшлося выкарыстоўваць некалькі фаз для рэгулявання напружання, які падаецца на ЦП. Адсюль і з'явілася паняцце «шматфазнай». Четырехфазное харчаванне восьмифазное і г.д ... Цяпер ёсць, быццам бы, нават 24-х фазнае! :)

Што ж стаіць за гэтым паняццем? Паспрабуем разабрацца! У чым асноўнае абмежаванне аднафазнага рэгулятара? Перш за ўсё, у максімальным токе, які можна прапусціць праз тыя элементы, якія яго фармуюць: мосфеты, шпулькі індуктыўнасці (дроселі), кандэнсатары. Іх абмежаванне складае каля трыццаці ампер, у той час, як сучасныя CPU могуць спажываць ток звыш ста ампер! Зразумела, што пры такіх «запытах» адна фаза «закіпіць» вельмі хутка :) Вось менавіта для кампенсацыі гэтага абмежавання, на матчыных поплатках і пачалі выкарыстоўваць шматфазнай харчаванне.

Пры выкарыстанні многофазных рэгулятара агульны ток нагрузкі можна размеркаваць па N-ному колькасці асобных фаз, якія ў суме будуць выдаваць патрэбную (намінальны) магутнасць! Напрыклад: пры шестифазном харчаванні на кожную з шасці фаз будзе прыходзіцца па 30 Ампер (памятаем пра абмежаванне па максімальным току), у той час, як сумарна ўсе нашы фазы могуць пры пікавай нагрузцы "прапусціць" праз сябе целых180 Ампер!

Заўвага: для працэсараў Intel пакалення Core i7 з энергаспажываннем звыш 130-ці Ват (нават улічваючы магчымасць разгону), цалкам дастаткова шестифазного харчавання! Усё што больш - ад злога маркетолага :)

Таксама трэба мець на ўвазе, што элементная база не стаіць на месцы і замест звычайных электралітычныя кандэнсатараў цяпер шырока выкарыстоўваюцца, так званыя, цвёрдацельныя палімерныя, тэрмін службы якіх перавышае 50 000 гадзін, дроселі з ферытавымі стрыжнем і г.д. Усё гэта разам, дазваляе прапускаць праз іх максімальны ток ўжо не 30, а 40 Ампер. Таму такая шестифазная схема (ланцуг) сілкавання працэсара цалкам зможа забяспечыць ток на працэсар каля 240 Ампер (энергаспажыванне больш за 200 Ват)! Які хатні CPU такое спажывае, акрамя AMD?! :)

Апошняе што хацелася б дадаць, зараз на матчыных поплатках кампутараў часта ўжываецца такая рэч, як дынамічнае пераключэнне фаз сілкавання. Гэта значыць, што па меры неабходнасці (спажыванні працэсарам большага току) у працу ўключаецца ўсё большая колькасць фаз, а пры зніжэнні нагрузкі некаторыя з іх адключаюцца. Па ідэі, слабенькі ЦП можна запусціць толькі пры адной працоўнай фазе. Іншая справа, ці доўга ён так працягне? Але для старту ў рэжыме тэставання гэты метад можа цалкам спатрэбіцца!

Такім чынам, вяртаемся да нашага асноўнага матэрыялу! Калі паспрабаваць схематычна адлюстраваць размяшчэнне ўсіх асноўных элементаў і раздымаў на мацярынскай плаце кампутара, то атрымаецца прыблізна вось такая карціна:

Як бачыце, усё пачынаецца з CPU і далей (праз сістэмную шыну) - дадзеныя перадаюцца на ўсе вузлы кампутара.

Вось яшчэ адно (графічнае) ўвасабленне гэтай ідэі:

Схема мацярынскай платы

Давайце некалькі слоў скажам аб сістэмнай шыне платы - FSB (Front Side Bus - франтальная сістэмная шына). Гэта хуткасны інтэрфейс ўзаемадзеяння паміж працэсарам і паўночным «мостам» чыпсэта матчынай платы. Чым больш яе частата, тым вышэй хуткасць перадачы дадзеных і хуткасць ўсёй сістэмы ў цэлым. Частата FSB вымяраецца ў мегагерца.

Заўвага: што такое частата, якія значэння можа прымаць і ў чым вымяраецца мы з Вамі разбіралі вось у гэтым артыкуле.

Непасрэдна да самай сістэмнай шыне падлучаны толькі ЦПУ, астатнія прылады падключаюцца да яе праз спецыялізаваныя кантралёры, якія інтэграваныя ў мікрасхему паўночнага «моста».

Дзеля справядлівасці варта адзначыць, што цяпер назіраецца тэндэнцыя да высокай інтэграцыі асноўных кантролераў і нават цэлых прылад (графічны паскаральнік) непасрэдна ў ядро ​​цэнтральнага працэсара.

Адным з першых з чыпсэта быў перанесены кантролер аператыўнай памяці, што дазволіла скараціць часовыя затрымкі, непазбежныя пры перадачы дадзеных і каманд па сістэмнай шыне. Да прыкладу, у працэсар на базе «Intel LGA1156» былі перанесены практычна ўсе асноўныя кантралёры, да гэтага якія размяшчаліся на матчынай плаце. У выніку, FSB ў ёй, фактычна, адсутнічае!

Распрацоўшчыкі кампаніі «AMD» выкарыстоўваюць сваю фірмовую тэхналогію для замены сістэмнай шыны. Яна называецца «Hyper Transport». Дадзеная распрацоўка перажыла ўжо некалькі рэвізій і паспяхова выкарыстоўваецца не толькі ў персанальных кампутарах, але і ў такіх высокапрадукцыйных прыладах, як сеткавыя маршрутызатары фірмы «Cisco».

Яшчэ адным з «кандыдатаў» на перанос непасрэдна ў ядро ​​CPU аказалася убудаванае відэа, якое раней вельмі камфортна «адчувала» сябе ў паўночным мосце чыпсэта матчынай платы. І, здавалася, куды яно адтуль можа дзецца ?! А прайшло некаторы час і - калі ласка: видеоядро на адным крышталі з працэсарам. Фантастыка! :)

Як падобнае стала магчымым? Перш за ўсё, з-за таго, што ўвесь час памяншаецца тэхпрацэс вырабу ўсіх асноўных элементаў кампутара. Да прыкладу, працэсар сямейства Intel Core i7 зроблены з выкарыстаннем 22-х нанаметровага тэхпрацэсу, што дазволіла размясціць на той жа плошчы крышталя прыкладна 1,4 мільярда транзістараў!

Заўвага: 22 нанаметра адпавядаюць, у дадзеным выпадку, лінейным вырашэнню літаграфічных абсталявання, якое выкарыстоўваецца пры вырабе канчатковага прылады. А «нанаметр» (нм або nm) - гэта адна мільярдная частка метра (миллимикрон)!

Што ў нас атрымліваецца? З памяншэннем тэхпрацэсу памяншаецца і памер асноўных элементаў (транзістараў), якія мы можам размясціць на крышталі. Такім чынам, гэтых самых транзістараў на той жа плошчы мы можам размясціць больш! І, як вынік, - пабудаваць на іх базе убудаванае ў ЦП графічнае ядро ​​або любы іншы элемент. Уласна, гэтым актыўна і карыстаюцца распрацоўшчыкі, імкнучыся пастаянна памяншаць тэхналагічны працэс вытворчасці.

З часам, гэта прывяло да таго, што ўсе асноўныя высакахуткасныя інтэрфейсы і кантралёры «перавандравалі» пад вечка працэсара, а многія матчыны платы сучасных кампутараў пазбавіліся не толькі паўднёвага, але часам і паўночнага маста! Бо ўсе кантралёры перыферыі перамясціліся ў паўночны мост, то паўднёвы проста адпаў за непатрэбнасцю. Сёння яшчэ можна сустрэць матчыны платы з класічным размяшчэннем элементаў сістэмнай логікі (чыпсэта), але гэта адбываецца ўсё радзей.

Такім чынам, працягнем! Для больш танных матчыных поплаткаў характэрная сітуацыя, калі вытворцы набіраюць усё яе элементы на ўжо скарочанай (знізу або - збоку) пласціне тэксталіту. У выніку, усе элементы мацярынскай платы размешчаны вельмі блізка адзін да аднаго і аб нейкіх дадатковых раздымах або выхадах даводзіцца забыцца (тут бы асноўнае ўсё змясцілася!).

Запомніце: суадносіны бакоў у добрай мацярынскай платы павінна быць такім жа, як на фота (яна не павінна быць маленькай квадратнай або прастакутна-выцягнутай) і месцы на ёй павінна быць шмат! Да гэтага часу - гэта маё ІМХО, нягледзячы на ​​2015-ы год :) Добра зарэкамендавалымі сябе вытворцамі матчыных поплаткаў для дэсктопных кампутараў з'яўляюцца кампаніі: «Msi», «Asus» «Gigabyte» і «Intel».

Напрыклад, фірма «Gigabyte» дадаткова «пракладае» паміж пластамі друкаванай платы некалькі тонкіх слаёў медзі. Гэтая фірмовая тэхналогія нават атрымала ўласную назву: «Ultra Durable» (фота ў пачатку артыкула). Медзь выступае дадатковым радыятарам, якая адводзіць цяпло ад самых гарачых зон мацярынскай платы: працэсара з яго ланцугамі харчавання і мікрасхем чыпсэта.

Таксама розныя вытворцы плат каб вылучыць сваю прадукцыю дадаюць да яе ўсякія паляпшэння: накшталт падвойнага биоса (каб у выпадку збою не выкарыстоўваць программатор), датчыка пост-кодаў, кнопак ўключэння і перазагрузкі на самой поплатку і г.д.

Вось - адзін з прыкладаў таго, як на якасныя матчыны платы усталёўваюць дадатковыя паляпшэння.

Унізе чырвоным абведзены датчык POST кодаў, пра які мы згадвалі вышэй. Ён можа «сказаць» нам пра праблему ў працы кампутара пасродкам лічбавых камбінацый на табло. Іх расшыфроўка, як правіла, прыкладаецца да самай мацярынскай плаце ў выглядзе маленькай кніжкі.

А вось якія яшчэ бываюць матчыны платы. Фота ніжэй - формаў фактар ​​«micro ATX» з працэсарам «Atom 550» на пасіўным астуджэнні.

У завяршэнні артыкулы, хачу паказаць Вам сваё працоўнае месца і, як тэстуецца на ім чарговая матчына плата:

Зараз я ўсталёўваю Windows. Падобны варыянт падлучэння дазваляе выключыць выпадкі кароткага замыкання платы на корпус кампутара, ды і візуальны агляд і агульны кантроль за працэсам нашмат зручней.

Бываюць і серверныя матчыны платы. Чым адрозніваюцца серверныя рашэнні ад звычайных (дэсктопных)? Перш за ўсё, падвышанай надзейнасцю! Бо серверам прыходзіцца працаваць у рэжыме 24/7 (як супермаркета) :) Сервера звычайна камплектуюцца дорага рэгістравай аператыўнай памяці з кантролем цотнасці (ECC), таксама яны могуць падтрымліваць некалькі фізічных працэсараў. На фота ніжэй мы бачым плату, у якую можа быць ўсталявана чатыры фізічных ЦПУ.

Гэта ўжо прадукцыя ніяк не адносіцца да сегмента SOHO (Small Office / Home Office - малы офіс / хатні офіс), а сур'ёзныя карпаратыўныя рашэнні. Натуральна, тут таксама ёсць свае Lov-End (танныя) і Hi-End (дарагія) прадукты, але гэта ўжо іншая гісторыя. Таксама на серверах, як правіла, усталёўваюцца апаратныя рэйд (RAID) кантралёры, выкананыя ў выглядзе асобнай друкаванай платы, на дэсктопах падобны функцыянал можна атрымаць толькі праграмным спосабам.

Заўвага: RAID (Redundant Array of Independent Disks - залішняя масіў незалежных дыскаў). Тэхналогія надзейнага захоўвання дадзеных заснаваная на надмернасці захоўваемай інфармацыі. Калі некалькі жорсткіх дыскаў аб'ядноўваюцца ў адзін віртуальны лагічны элемент для забеспячэння надзейнасці і павышэння прадукцыйнасці.

Асобна можна вылучыць геймерскі сегмент матчыных плат. Як правіла, падобныя рашэнні стаяць на парадак даражэй і маюць кучу дадатковых опцый: у выглядзе прасунутых магчымасцяў па разгоне, пашыранага кіравання харчаваннем і астуджэннем, розных датчыкаў індыкацыі соcтояний, узмоцненай элементнай базы і г.д. Адным з такіх прыкладаў являетcя выраб ад фірмы Asus (Asus Maximus 7):

Геймерская матчына плата

Крутая "цацка", праўда? Напрыканцы, - думка артыкула, сфарміраваная на аснове асабістага досведу: добрая (якасная) рэч не можа каштаваць 30-50 долараў. Ну, вось не можа і ўсё тут! :)