Что находится на материнке
О компонентах, находящиеся на компьютерной материнской плате
Здравствуйте, любители покопаться в компьютерном железе. В этой статье мы расскажем, что располагается на материнской плате. Иными словами, перечислим все компоненты и их назначение. И речь пойдет не только о разъемах, хотя и о них мы также писали, но и таких элементах как цепи питания, контроллеры и микросхемы.
Возможно, данная информация пригодится вам в дальнейшем для сборки, для ремонта, или собственного образования. Здесь мы хотим кратко пройтись по компонентам, чтобы ваше представление о характеристиках компьютера было более обширным.
Что находится на материнской плате ПК
Представьте себе среднестатистическую МП в форм-факторе ATX (про другие вы можете почитать в этой статье). Ее компоновка выглядит таким образом:
Сокет – разъем, в который вставляется центральный процессор. Разъем зачастую имеет квадратную, либо прямоугольную форму. С одной стороны от него располагается прижимной рычаг. Сразу скажем, что сокеты Intel и AMD кардинально отличаются друг от друга, так что перепутать материнку будет сложно.
Северный мост – один из ключевых компонентов такого понятия как чипсет. Данный компонент серьезно влияет на возможности и характеристики МП, а также подключаемых к ней комплектующих (разгон и его стабильность, количество одновременно работающих плат расширения и аппаратных элементов, число портов расширения).
Свое «географическое» прозвище получил из-за расположения на плате (под процессором). Северный мост связывает воедино процессор, видеокарты и прочие комплектующие, работающие через шину PCI-E, а также ОЗУ.
Южный мост – вторая часть чипсета, распаянная на нижней части МП. Ответственный за стабильную работу «медленных» портов и слотов расширения (USB), а также звуковой и сетевой карты. На его совести работоспособность всех гнезд задней панели, SATA и PCI.
Слоты для ОЗУ – порты, в которые устанавливается оперативная память. На данный момент самый распространенный стандарт – DDR4.
Слоты PCI-E – используются для высокоскоростных устройств (видеокарты, SSD NVMe, Intel Optane). Существуют порты PCI-E x16/x8/x4/x1. Последние, напоминают собой сильно урезанные разъемы, хотя их функционал полностью идентичен полноформатным. Для работы используются, как ни странно, линии PCI-Express, количество которых определяется процессором.Слот PCI – стандартное гнездо для установки сетевых карт и контроллеров, плат расширения, звуковых карт, кард-ридеров, дополнительных USB-портов, ТВ-тюнеров и карт захвата. Курируется южным мостом.
Разъем питания – порт, к которому подключается блок питания, подающий напряжение на всю систему. Зачастую схема подключения имеет формулу 24+4 или 24+8 pin (материнская плата + процессор/видеокарты). Некоторые современные МП обладают усиленной схемой с формулой 24+4+4 либо 24+4+6 pin. Платы для майнинга могут иметь еще более серьезную подсистему питания, ввиду наличия большого числа разъемов PCI-E.
Разъемы вывода на переднюю панель корпуса – к ним подключаются кнопки включения и перезагрузки и LED-индикаторы состояния системы.
Порт SATA – порт подключения жестких дисков и скоростных SSD-накопителей. Также с его помощью коннектится оптический привод, который сейчас практически не востребован.
Цифровые и аналоговые аудиоразъемы/контроллеры – служат для подключения наушников, гарнитуры с микрофоном, акустических систем и рекордеров. Функционал разъемов и качество воспроизведения музыки контролируется отдельным звуковым чипом, распаянным возле выходов.
USB (внешние и внутренние) – гнезда для подключения практически любой современной периферии и внешних устройств. Практика показывает, что лишних USB в принципе не бывает.
Это, что касалось разъемов. Если думаете, что на ней (на плате само собой) больше ничего нет, то ошибаетесь. Теперь перейдем к функциональным элементам.
Сетевой контроллер – микросхема, отвечающая за стабильную работу интернета и локальной сети. Контроллер используется с Ethernet-розеткой, распаянной на МП. Если он выгорает, что может случиться из-за грозы или отсутствия заземления, спасет только внешняя сетевая карта.
Стабилизатор – микросхема, обеспечивающая стабильные 12В от блока питания, выравнивающая напряжение от скачков и перепадов. Также схема преобразует ток, подавая его на ЦП.
BIOS (UEFI) – ключевая схема компьютера, имеющая собственное предустановленное ПО, которое отвечает за стабильную работу абсолютно всех комплектующих на ПК. С помощью этой микросхемы можно разогнать железо, протестировать комплектующие на стабильность, выставить время, изменить приоритет загрузки носителей, задать скорость вращения вентиляторов (с ШИМ-контроллером), выставить ограничения на работу и не только. Питается от отдельной батарейки CR2032.
Транзисторы цепей питания (мосфеты) – используются для создания, усиления или преобразования электрических сигналов.
Конденсаторы – используются для выравнивания напряжения, которое подается на материнскую плату с помощью БП. Также они блокируют постоянный ток в цепи. Принцип действия схож с аккумуляторами, но «бочонки» отдают весь свой заряд мгновенно.
LED-индикаторы состояния – показывают статус устройства (подключено или нет). Довольно распространенная фишка в новых или дорогих материнских платах.
Генераторы тактовой частоты (клокеры) – устройство, формирующее частоту процессора.
ШИМ-контроллер – главная микросхема, которая управляет напряжением на всей материнской плате и распределяет нагрузку по компонентам системы.
Мультиконтроллер – третья после мостов микросхема, по значимости, однако на данный момент считается устаревшей. Отвечает за работу портов LPT, COM (RS-232, PS/2) и выполняет часть прошивки BIOS. Из дополнительных возможностей стоит отметить:
А вы думали, что компьютером магия управляет? Сразу хочу сказать, что все тонкости работы знать не обязательно, хотя иногда полезно для саморазвития. Если желаете заполучить отличное современное устройство для создания ПК, на базе того же Intel Core i5-8400 или любого другого представителя семейства Coffee Lake, то присмотритесь к следующим платам:
Нет, я не фанат ASUS, хотя платы у них действительно достойные, но большинство пользователей проголосовало рублем именно за них.
Надееюсь, теперь вы стали понимать свой ПК немного лучше. Читайте, делитесь с друзьями и не забывайте подписываться на обновления. Пока.
Что такое материнская плата компьютера?
Что такое материнская плата компьютера
Материнская плата (мать, материка, системная плата, главная плата) – это основная плата системного блока. На ней находятся разъемы для подключения всех остальных деталей – видеокарты, оперативной памяти, процессора и др.
Откидывая компьютерную терминологию, системная плата – база всего компьютера. Как мы говорили раньше — и оперативная память, и процессор играют главную роль в работе компьютера. Тем не менее, чтобы они полностью раскрыли свой потенциал, необходимо связывающее звено, коим и является материнская плата. Давайте более подробно разберем, для чего компьютеру нужна системная плата.
Зачем компьютеру материнская плата
Без лишних слов перечислим основные функции материнской платы:
Из чего состоит материнская плата
Разобравшись с предыдущими вопросами, время посмотреть из чего состоит материнка. И основными ее элементами можно назвать:
В принципе это основной набор, который можно встретить, но также необходимо помнить, что у разных производителей и моделей он может отличаться, поэтому переходим к следующему пункту.
Виды материнских плат и их производители
Сегодня вы можете увидеть множество системных плат от разных производителей: ASUS, MSI, GIGABYTE, Asrock, Esonic, при этом все они делятся на множество видов. Например, под какой из типов процессоров они ориентированы – AMD, или Intel. Каждый из классов конкурирующих ЦП уникален и требует индивидуальный сокет. У AMD это: AM1, AM3+, АM4, FM2, FM2+. Системные платы, предназначенные для ЦП от Intel имеют разъемы: LGA 1150, LGA 1151, LGA 2011, LGA 2011-3. Еще материнские платы делятся по типу поддерживаемой памяти – DRR3 или DDR4.
Тем не менее самое известное разделение материнок на виды идет по форм-фактору — параметр определяющий площадь платы, а также места крепления и гнезда для снабжения электропитанием. Основные представители: E-ATX, Micro-ATX, Mini-ITX, Mini-STX, Standard-ATX:
Характеристики материнских плат
Как обычно, не забываем затронуть вопрос основных характеристик материнской платы. Итак, начнем:
Выводы
Подводя итог, можно сказать, что на сегодняшний день материнская плата — сложное устройство, которое соединяет между собой все компоненты компьютера, управляет их работой, а также отвечает за количество дополнительно подключаемого оборудования. Эта плата определяет характеристики вашего ПК и устанавливает ограничения по его апгрейду.
Каждый компонент любого компьютера выполняет какую-то определенную задачу. Накопители записывают/считывают данные, попутно сохраняя оную на магнитных пластинах или в чипах флэш-памяти. Видеокарта отображает информацию, звуковая карта озвучивает происходящее и т. п. Но есть один элемент, который управляет всем этим хозяйством, начиная с процессора и заканчивая какой-нибудь флешкой. Сегодня разговор о системных платах. Давайте немного углубимся в суть вопроса и разберемся, из чего состоит, какие части имеет, для чего они служат, в общем, какова анатомия материнской платы. Итак, добро пожаловать в нашу прозекторскую.
Разновидности и основные функции материнской платы
Собственно, основных задач у системной платы две:
Упрощая, можно сказать, что материнской плате надо накормить/напоить «детей» (установленные компоненты – CPU, модули памяти, видеокарту и т. п.) и отправить их играться самих по себе и всех вместе под собственным внимательным присмотром.
Конечно же, есть и другие функции. Например, материнская плата предоставляет физическое место для установки устройств и их надежную фиксацию. Или не их самих, но хотя бы кабелей, связывающих какой-то девайс с материнкой.
Материнские платы различаются по размеру в зависимости от разнообразия задач, которые требуется выполнять, и соответствующего набора и номенклатуры компонентов, которые могут/должны быть использованы. Обычно говорят, что они имеют такой-то форм-фактор. Наиболее распространенными являются:
Есть и другие форм-факторы, например, Mini-STX, серверные платы и т. п.. Это специфические продукты, и в домашнем или офисном компьютере используются редко. Также не рассматриваю материнские платы для ноутбуков. Классификации они не поддаются и могут иметь самые замысловатые формы и размеры, ибо изготавливаются под конкретную модель переносного ПК.
Размеры накладывают ограничения на функционал. Чем меньше плата, тем сложнее разместить на ней большое количество разъемов и прочих компонентов. Сегодня за основу возьму наиболее ходовой форм-фактор, ATX. Он позволяет разместить почти все, что необходимо.
Для примера буду рассматривать популярную и весьма удачную модель Gigabyte Z390 Aorus Pro. Если чего-то на ней нет, то примеры будут взяты от других материнок, о чем упомяну.
Питание материнской платы
Начну я все же не с разъемов, чипов и проч., а с системы питания. Ибо без электричества материнская плата, как и подключенные к ней остальные комплектующие, просто красивые куски текстолита со множеством блестящих, и не очень, штучек, установленных на них. А вот с электричеством…
Обеспечивает его блок питания (БП), от которого через 24-контактный разъем подаются основные напряжения – это ±12 В, +5 В, +3.3 В. Такой разъем есть на всех материнских платах для настольных ПК. Это не все требуемые напряжения, но о них будет рассказано ниже, в соответствующем разделе, посвященном питанию процессора.
На иллюстрации приведена распиновка разъема. Провода имеют разный цвет, и по ним можно определить, какое напряжение/сигнал они передают.
Материнская плата от этого разъема передает необходимые напряжения на все разъемы и компоненты, но тут есть одна проблема. В первую очередь она связана с питанием дискретных видеокарт, особенно мощных. Дело в том, что через разъем PCI-Express можно обеспечить потребителя мощностью примерно до 75 Вт. Мощность же в 200-300 Вт для видеокарт – обычное дело. С такой нагрузкой материнская плата справиться уже не может.
Приходится звать на помощь БП, который через специальный разъем запитывает видеокарту. Или несколько, если используется более одного графического адаптера в режиме SLI/CrossFire. К сожалению, это не единственный на данный момент случай, когда требуется внешнее питание компьютерного компонента.
Следует добавить, что на современных материнских платах иногда можно встретить еще один разъем питания, чаще всего 6-пиновый. Располагается он чаще всего у нижней грани и предназначен для помощи в питании именно разъемов PCIe. Например, модель MSI MEG Z590 Godlike имеет такой коннектор.
Процессорный сокет
Собственно, процессор – та самая «печка» (в прямом и переносном смысле), от которой часто и начинается сборка и конфигурирование будущего компьютера. С точки зрения анатомия материнской платы его можно назвать сердцем всей системы. У него множество характеристик, но сегодня нас интересует одна – сокет. По сути, это разъем, используемый для установки его в материнскую плату.
Если говорить о современных ПК, то для процессоров Intel используется два сокета, мэйнстримовский 1151v2 и 2066 для построения высокопроизводительных игровых систем и рабочих станций. Наиболее актуальными для CPU AMD являются AM4 для последнего поколения процессоров Ryzen и TRX4 для мощных Ryzen Threadripper.
До сих пор используются и более старые сокеты, 1151 первой версии для процессоров Intel Core 6-го или 7-го поколений, 1155 для еще более старых CPU, AM3+ для процессоров AMD и ряд других. Различаются они только размерами, количеством контактов.
Металлическая скоба фиксирует процессор в сокете, обеспечивая надежный контакт. Следует быть аккуратным и не трогать эти контакты. Повредить их просто, а восстановить может оказаться очень сложно.
Собственно, это все, что необходимо знать. Этот сокет служит только для установки процессора.
Система питания процессора/памяти
И здесь уместно вновь вернуться к вопросу питания. Раньше мы уже говорили про 24-контактный разъем, от которого подаются требуемые напряжения на многие компоненты компьютера. Опять-таки, с точки зрения анатомия материнской платы напрашивается аналогия с кровеносной системой. Также ранее мы уже видели, что для мощных видеокарт необходимо внешнее питание из-за большой потребляемой мощности.
Похожая история и с процессором, с той лишь разницей, что БП просто не имеет необходимого напряжения. Когда речь заходит о мощных многоядерных «камнях», то без дополнительного питания не обойтись. Поэтому, вновь на помощь приходит БП, имеющий соответствующие шлейфы.
Соответственно, на материнской плате находятся разъемы, которые обычно располагаются рядом с процессором для уменьшения длины дорожек, идущих от разъема до CPU. Как правило, используется как минимум один 4-х или 8-контактный разъем. Чаще встречаются два таких разъема – один 8-контактный, а второй имеет либо 4, либо 8 контактов.
Фазы питания CPU
Но важно не только наличие дополнительных разъемов питания. Важно и количество фаз питания, и их конфигурация. В первую очередь на это надо обращать внимание при использовании мощных CPU и их разгоне. По сути, правило «чем больше фаз, тем лучше» вполне себя оправдывает.
О фазах питания более подробно написано в другом моем материале. Сейчас кратко о тех компонентах, которые располагаются вокруг процессорного сокета. Они закрыты двухсекционным радиатором с тепловой трубкой, но если его снять, то увидим такую картину.
Управляется это 7-канальным ШИМ-контроллером Intersil ISL69138. Он виден на фото в левом верхнем углу, помеченный розовой точкой. Как же получаются итоговые 13 фаз? Для этого применяются удвоители ISL6617A, которые распаяны на обратной стороне платы. В итоге, 6 фаз на CPU удваиваются, и получаем 12. Подробности работы удвоителей и вообще фаз питания смотрите по ссылке выше.
Это хозяйство, мосфеты в первую очередь, необходимо охлаждать. Чем мощнее CPU, чем выше разгон, тем более внимательно надо следить за температурой этих элементов. Для этого устанавливается специальный радиатор. В экстремальных ситуациях не лишим будет дополнительный обдув этой зоны.
Околосокетное пространство
В данном случае речь именно о пространстве. При взгляде на любую материнскую плату в непосредственной близости от процессорного сокета видим незанятое место. Если там и расположены какие-либо элементы, то необходимо, чтобы они имели как можно меньшую высоту.
Нужно это для того, чтобы ничто не мешало установке процессорного кулера. А ведь он может быть весьма внушительных размеров, когда речь заходит об охлаждении мощных CPU. На плате есть четыре монтажных отверстия.
Т. к. процессорный кулер, порой, громоздок и тяжел, обычно на обратной стороне платы располагается увеличивающая механическую прочность металлическая пластина. Она не позволяет под весом кулера деформироваться плате в районе сокета. Иногда данная пластина бывает большой, выполняя заодно роль дополнительного элемента системы охлаждения.
Слоты памяти
Куда уж без памяти. И опять-таки, следовать правилу «памяти много не бывает» мешают только ограничения платы, собственные финансовые возможности, количество слотов и… околосокетное пространство.
Почему? Если планируется разгон процессора, то скорее всего будет установлен массивный кулер, который справится с высокой нагрузкой. При этом память вряд ли будет бюджетная. Она должна быть способна работать на повышенных частотах, а, соответственно, тоже будет оборудована радиатором, увеличивающим высоту модулей DRAM.
В итоге нередко встречается ситуация, что размеры процессорного кулера не позволяют установить определенные модули памяти в один или даже два разъема. Даже если все же получится поставить модули DRAM, а сверху над ними будет нависать радиатор процессорного охладителя, то на работоспособность это не повлияет, но вот неудобств добавит, если понадобится заменить планку памяти другой.
Если теплорассеиватели памяти снабжены подсветкой, а они частично будут закрыты вентилятором/радиатором массивного охладителя для CPU, эстеты вряд ли этому обрадуются. Избежать проблем поможет система жидкостного охлаждения.
Количество сокетов памяти зависит от процессора, т. к. контроллер памяти находится в нем. В большинстве случаев имеется двухканальный контроллер, с возможностью установки до двух модулей DRAM на каждый канал. Итого – четыре слота. В более дорогих системах слотов может быть до 8 штук, и каналов, соответственно, тоже больше.
Установка модулей DRAM
Рассматриваемая в качестве примера материнка не имеет цветовой дифференциации разъемов оперативной памяти. Просто рядом со слотами есть надписи «DDR4-B1», «DDR4-B2», «DDR4-A1», «DDR4-A1». Что это такое? Это как раз и есть маркировка каналов памяти. Рекомендуется использовать по два одинаковых модуля DRAM в параллельном режиме. Это подразумевает, что один модуль подключается к разъему первого канала памяти, второй – к разъему второго канала памяти. Если есть еще пара модулей, то они ставятся аналогично. Параллельный режим позволяет задействовать сразу два контроллера памяти и несколько увеличить быстродействие.
В случае с подопытной платой, если, например, есть два модуля по 8 ГБ, то их лучше поставить в разъемы, промаркированные как «DDR4-B1» и «DDR4-A1». Это первый и третий, если смотреть со стороны процессора. Или установить в другую пару разъемов, что сути дела не меняет. В любом варианте один модуль будет работать с первым каналом памяти, второй – со вторым.
Разводка шины DRAM
Следует пару слов сказать о том, как процессор связывается с оперативной памятью. Да, есть n-е количество слотов, кучка проводников на плате, идущие к ним, ну и что тут может быть интересного? Кое-что есть.
Все сказанное далее никак не относится к материнским платам, у которых по одному разъему для модулей памяти на канал (Gigabyte Z590 AORUS TACHYON, Asus ROG CROSSHAIR VIII IMPACT, MSI MEG Z590 UNIFY-X и подобные). Речь только о моделях с двумя модулями RAM на каждый канал.
Итак, существуют два способа развести шину DRAM на материнской плате:
И вот тут нас ждет разочарование. В спецификациях эта информация не указывается, да и в красочных описаниях на материнскую плату специфика разводки шины DRAM расписана далеко не всегда. Например, у Gigabyte Z590 GAMING X явно указано, что «Daisy Chain», а вот у Z590 AORUS XTREME того же производителя на этот счет молчок.
Считается, что на топологию «Daisy Chain» косвенно указывает рекомендация производителя в случае использования только двух модулей памяти устанавливать их во второй и четвертый слоты.
Насколько полезно знание о топологии разведения шины DRAM? Для обычного пользователя мало. Разве что вам требуется большой объем памяти, планируется установка четырех модулей, а интересующая модель материнской платы имеет T-топологию, то звезды сошлись в лучшем виде. В теории, стабильность работы будет лучше, частот при разгоне можно достичь больших.
Если же модулей будет скорее всего два, и вы не прочь выжать из них максимум, то чуть лучше себя проявит Daisy Chain.
Если же неизвестно, сколько в итоге будет модулей DRAM, а разгон не интересует совсем, то все эти топологии вам вряд ли будут интересны.
Система питания DRAM
Оперативную память, как и любое другое устройство, надо обеспечивать электричеством, и на материнской плате также присутствуют цепи питания DRAM. Если посмотреть на спецификации модулей памяти, то можно увидеть, что рабочее напряжение у них обычно 1.2 В. Штатный блок питания такого напряжения не предоставляет. Значит, опять его надо сформировать самостоятельно по аналогии с питанием процессора, с той лишь разницей, что большое количество фаз не требуется и часто обходятся одной, редко – двумя.
Возле сокетов для модулей ОЗУ на рассматриваемой в качестве примера плате можно найти несколько чипов Richtek RT8120, которые являются однофазными ШИМ-контроллерами. Они используются для питания памяти, а также сигналов VCCSA и VCCIO. Большой нагрузки тут нет, параллелить незачем, да и греться тоже нечему, поэтому дополнительные средства охлаждения в данном случае не используются.
На других моделях материнок могут быть иные компоненты разных производителей, но суть от этого не меняется.
Чипсет
Это еще один весьма важный компонент материнской платы. Обычно каждый производитель CPU предлагает несколько моделей чипсетов, предоставляющих свой набор возможностей. Так, младшие модификации не имеют функции разгона процессора по множителю, имеют меньшее количество линий PCI- E интерфейса и прочие ограничения.
Топовые модификации предоставляют максимальный функционал. Правильный выбор чипсета не менее важен, чем выбор процессора.
Северный мост отвечал за общение процессора с памятью, а также за обмен с видеокартой. Южный мост обеспечивал работу накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и т. п. Ныне функции северного моста переданы процессору, и надобность в дополнительном чипе отпала. В наборе остался только южный мост, коим, по сути, и является чипсет.
Если проводить аналогии с анатомией человека, то ранее мы рассматривали голову, мозг, его кровоснабжение (систему питания) и т. п. Сейчас же добрались до позвоночника. До этакого каркаса, который обеспечивает управление большинством устройств, составляющих компьютерную систему.
Именно на чипсет возложены функции работы с накопителями, подключаемыми по интерфейсам SATA или PCI-E, с USB портами, обеспечение функционирования аудио чипа, сетевого контроллера и т. п. Несколько особняком стоит задача перераспределения линий PCI-Express.
Что такое линии PCI-Express
Что это такое? Более подробно читайте тут, а если кратко, то этот интерфейс предоставляет n-ое количество интерфейсных линий. Каждая из них обеспечивает известную пропускную способность. На данный момент наиболее используемой является 3-я версия PCI-E, имеющая скорость в 8 ГТ/с на каждую линию. Новейшие на данный момент чипсеты AMD X570 и TRX40 поддерживают более скоростную, 4-ю версию этого интерфейса с пропускной способностью каждой линии в 16 ГТ/с.
Количество имеющихся в распоряжении чипсета линий PCI-E разнится в зависимости от модификации этого чипа. Так, самый младший на настоящий момент Intel H310 имеет всего 6 линий, причем уже устаревшей 2-й версии интерфейса, а топовые Z390 и Q370 располагают 24-мя линиями.
Задача системного чипа состоит в распределении их между имеющимися устройствами. Сразу скажем, что вполне реальна ситуация, когда линий может и не хватить. Если возвращаться к рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro, то использующийся чипсет предоставляет 24 линии PCI-E. О распределении их мы поговорим чуть позже.
Возможности разгона
Еще одна важная функция чипсета – возможность разгона процессора по множителю. Не все модификации системной логики позволяют это. По сути, у Intel это только Z390 имеет такую способность. Уже неактуальный Z370 и редко встречающийся Q370 в расчет не берем.
AMD более лояльна к пользователям. Гнать CPU по множителю можно не только на топовом X570. Тем не менее, не следует забывать об этом, и если оверклокинг входит в сферу интересов, то выбор существенно ограничивается.
Чипсеты требуют охлаждения, и как минимум, они закрыты радиаторами. В случае с AMD X570 этот чип работает с шиной нового поколения, позволяет подключать большее количество устройств и из-за этого греется весьма прилично. Неудивительно, что пассивного охлаждения оказалось мало и добавлен специальный небольшой вентилятор.
PCI разъемы
В большинстве случаев используется как минимум одна дискретная видеокарта, т. к. встроенное видеоядро для игр не годится. Значит, материнская плата должна иметь разъем для дополнительного графического адаптера и обеспечить его функционирование. Нередко видеокарт может быть 2 и даже больше.
Но не только видеокартами ограничивается список устройств, которые используются в компьютере. Внешняя звуковая карта, адаптер для SSD M.2 накопителей, RAID-контроллер и т. п. – все они устанавливаются в разъемы PCI-E и забирают себе часть имеющихся ресурсов.
В зависимости от типа устройств, используются разные по физическому размеру разъемы PCI-E. Всего существует 3 типоразмера таких разъемов. Два из них, самый большой и самый маленький, представлены на плате, которая служит нам сегодня в качестве образца.
Возможность использования нескольких плат расширения зависит не только от наличия нужного количества разъемов, но и от чипсета. А если точнее – то от количества линий интерфейса PCI-E и возможности их перераспределения между устройствами.
Для видеокарт и прочих устройств, которым требуется 4 (и более) линии PCI-E применяется самый большой разъем, чаще всего его обозначают как PCI-E x16. В данном случае «x16» показывает количество линий интерфейса. Это максимальное их количество, но не обязательное, и это надо помнить.
Распределение линий PCI-Express
Давайте рассмотрим нашу плату. Хорошо видно, что есть три разъема PCI-E x16. Значит ли это, что все они имеют по 16 линий? Теоретически, они МОГУТ иметь столько линий, но НЕ ОБЯЗАНЫ. Если обратиться к спецификациям на плату, то мы видим, что первый разъем действительно имеет 16 линий PCI-E, которыми ее обеспечивает процессор.
Второй разъем при тех же физических размерах может использовать только 8 интерфейсных линий, а третий – 4. Причем, линии к первым двум разъемам PCI-E x16 поступают от процессора, а к остальным – от чипсета. И этот последний как раз играет тут важную роль.
Если установлена только одна видеокарта в первый PCI-E разъем, то все просто, 16 интерфейсных линий подаются от CPU. Если же установить во второй разъем еще одну видеокарту, то ситуация изменится. 16 процессорных линий поделятся пополам между разъемами, и эту диспетчеризацию выполняет чипсет.
Кстати, то же самое произойдет, если во второй разъем будет установлена любая другая карта расширения. Видеокарта в первом разъеме будет переведена в режим x8. Еще 8 процессорных линий чипсет отдаст второму разъему. Будет ли использовать все предоставленные ресурсы установленная в него плата расширения или нет – не важно, разделение линий пополам все равно произойдет.
Напомню, что в данном случае я рассмотрел пример реализации конкретной модели материнской платы. Распределение интерфейса может варьироваться в зависимости от модели чипсета и даже поколения процессора, что в большей степени актуально для CPU AMD.
Сам же чипсет имеет n-ое количество собственных линий PCI-E, и распоряжается он ими сам. Вернемся к нашей Gigabyte Z390 Aorus Pro. Третий PCIe x16, который располагает 4-ми линиями, и все «маленькие» PCIe x1 (по одной линии PCI-E каждый) подключены к чипсету. Итого, из имеющихся у Z390 24 линий 7 (4+1+1+1) уже заняты. Куда девать остальные – об этом чуть ниже, а сейчас закончим с разъемами PCI-E.
На нашей плате можно заметить, что два из трех разъемов заключены в металлический каркас. Чаще всего его используют там, куда ставится видеокарта. Нужна эта «броня», во-первых, для усиления механической прочности разъема, т. к. мощные видеокарты с громоздкой системой охлаждения могут весить очень прилично. Во-вторых, считается, что металлическая оболочка позволяет снизить влияние помех и улучшить прохождение сигналов.
Сложно сказать, насколько все это справедливо, но если производители так считают – то тут все равно ничего не сделаешь. Зато имеем косвенный признак, сколько видеокарт можно использовать с данной материнской платой.
Разъемы M.2
Практически все современные материнские платы имеют как минимум один разъем M.2 для установки SSD накопителей соответствующего форм-фактора. На рассматриваемой сегодня Gigabyte Z390 Aorus Pro таких разъемов два, но может быть их три, и даже больше в некоторых топовых моделях, использующих специальную переходную плату.
Располагаться разъемы M.2 могут в разных частях, это зависит только от фантазии производителя. Бывает, что один из разъемов размещается на обратной стороне платы. У некоторых моделей материнок ASUS такой разъем расположен вертикально, что позволяет выиграть место за счет перпендикулярного по отношению к плоскости платы расположению накопителя. Насколько этот вариант удобен в пользовании – вопрос спорный.
О том, какой/какие интерфейсы поддерживаются каждым из разъемов, надо смотреть в спецификациях на материнскую плату. Разъемы могут быть универсальными, т. е. позволяют установить как SATA, так и PCIe накопители. Либо может использоваться только один интерфейс.
Также в описании на конкретную модель материнской платы указано, твердотельники какого размера получится установить. В модели, взятой для примера, в первом разъеме можно использовать любые SSD M.2 с размером от 2242 до 22110. Во втором – только до 2280. О том, чем отличаются накопители M.2 и что они из себя представляют, читайте в этом моем материале.
Вновь про линии PCI-E
Еще один важный момент – охлаждение накопителей в этих разъемах. Большинство материнских плат среднего и более высокого уровня уже имеют штатные радиаторы, и как показывают тестирования накопителей M.2, особенно с интерфейсом PCIe, нагрев – проблема, с которой приходится бороться.
Вернемся немного к линиям интерфейса PCI-E. Выше мы уже видели, что 7 линий были задействованы для разъемов PCI-E. В данном случае, если в нашу плату мы установим два накопителя PCIe x4, то нам потребуется еще 8 линий интерфейса, и таким образом, из имеющихся 24 15 уже будут заняты.
На этот момент тоже следует обращать внимание, на количество дополнительного оборудования, которое планируется использовать. Может оказаться, что вам не хватит ресурсов для подключения всего. Например, чипсет Intel B360 имеет всего 12 линий PCI-E 3.0.
Следует также упомянуть, что разъем M.2 используется не только для накопителей. Многие материнские платы снабжены беспроводным адаптером, или предусматривают возможность его установки. Для этого на плату ставят еще один M.2, который имеет ключ E и предназначен только для таких устройств. В данном случае плата поддержки модуля Wi-fi не имеет.
Разъемы для накопителей
Строго говоря, в предыдущем разделе тоже было рассказано о разъемах для накопителей. Сейчас же речь про более традиционные SATA и гораздо менее известные U.2.
Хотя скорость SSD, особенно с интерфейсом PCI-E, впечатляет и радует, сравнение их цен с традиционными жесткими дисками несколько расстраивает. Старые добрые HDD медленные, шумные, но пока что имеют как минимум одно преимущество – емкость. Если точнее, то стоимость единицы емкости. За цену среднестатистического SSD емкостью 1 ТБ можно легко приобрести 4-терабайтный «винчестер».
Для подключения таких накопителей нужен используемый уже не одно десятилетие интерфейс SATA и соответствующий разъем. В настоящее время этот интерфейс имеет 3-ю версию, и служит для подключения как традиционных HDD, так и SSD форм-фактора 2.5 дюйма. Скорость их работы будет ограничена пропускной способностью интерфейса, но далеко не всегда необходимо быстродействие шины PCI-E. А вот для хранения всякой всячины SATA устройства подходят более чем.
В подавляющем большинстве случаев материнские платы имеют как минимум 4, а чаще всего 6, и даже более таких разъемов. Расположение их на плате, ориентация в пространстве (параллельно плоскости платы и перпендикулярно) – это зависит от производителя материнки.
Взаимозависимости разъемов
Здесь вновь следует сказать несколько слов про распределение интерфейсов В данном случае не PCI-E, а SATA. Чипсет позволяет подключить до 6 устройств SATA, но у нас есть возможность установки двух SSD M.2 с таким интерфейсом. Значит ли это, что мы можем в итоге получить 8 накопителей SATA?
Нет, не можем. В мануале на нашу плату написано, что если в первый разъем M.2 установить SSD SATA, то чипсет отключит порт SATA3-2. Если же SSD M.2 SATA будет установлен во второй разъем, от отключатся порты SATA3-4 и SATA3-5. Т. е. в любом случае можно использовать максимум 6 SATA устройств.
Некоторые материнские платы имеют разъем U.2, который пригоден для подключения соответствующих накопителей. Например, у Asus Pro WS X570-ACE такой разъем есть. Устройства для U.2 широкого распространения не имеют, но тем не менее, иногда встречается их поддержка.
Вспомогательные чипы
Чипсет может многое, но не все. Ему требуется помощь других чипов, которые занимаются узкоспециализированными задачами. С рядом таких чипов давайте кратко познакомимся.
Контроллер Ethernet
Сложно сейчас представить компьютер, который не подключен к сети. Хотя все большее распространение получает Wi-fi, старый добрый «кабель» пока чувствует себя уверенно. Мало того, он может предложить скорости, пока что не достижимые для беспроводных альтернатив.
В рассматриваемой для примера Gigabyte Z390 Aorus Pro есть один гигабитный интерфейс на хорошо зарекомендовавшем себя чипе Intel i219-V. Кстати, металлический округлый элемент слева от него – это кварцевый резонатор.
В ряде моделей может использоваться несколько сетевых интерфейсов, в том числе с пропускной способностью до 10 Гб/с. Для каждого из них имеется свой собственный контроллер.
Контроллер SATA
Про порты SATA мы уже говорили, за их работу отвечает чипсет. Какой еще может быть контроллер? Дело в том, что, например, плата ASRock Z390 Extreme4, имеет 8 разъемов SATA. Понятно, что возможностей чипсета не хватит. Поэтому на помощь приходят микросхемы сторонних производителей.
Как правило, используется чип компании ASMedia ASM1061. Этот контроллер позволяет получить два дополнительных порта SATA. Интересно, что плата ASRock X570 Creator имеет аж два таких чипа, хотя всего разъемов SATA здесь 8. Используемый чипсет AMD X570 вполне мог бы справиться с ними самостоятельно. Видимо, такое решение принято для того, чтобы частично разгрузить чипсет, т. к. ему и так есть чем заняться. Заодно получится несколько снизить нагрев этого и так горячего «камушка».
Аудиоконтроллер
Наверное, сейчас нет ни одной материнской платы (за исключением, возможно, серверных), не оснащенной встроенной звуковой картой. Обсуждение качества их звучания не входит в сферу сегодняшнего разговора.
В зависимости от иерархии материнки могут использоваться бюджетные аудиоконтроллеры, либо более «продвинутые», да еще дополнительно снабженные дополнительным усилителем наушников, ЦАП и т. п.
Обычно аудиотракт производители стараются изолировать от остальной части материнской платы для снижения помех, наводок, искажений. Найти все это хозяйство обычно не трудно. В большинстве случаев аудиоконтроллер и вспомогательные элементы расположены в левом нижнем углу платы. Часто выделяется звуковая карта и наличием нескольких блестящих высококачественных конденсаторов, а также подсветкой.
Мультиплексоры шины PCI-E
Выше мы говорили про деление 16 процессорных линий PCI-E поровну между двумя разъемами в случае использования двух видеокарт. Упоминали, что управляет этим действием чипсет. А собственно «перебросом» линий с одного разъема на другой занимаются микросхемы-мультиплексоры. В данном случае, на рассматриваемой плате это чипы ASM1480 производства ASMedia.
Они хорошо видны на фото, располагаются под первым разъемом PCI-E x16. В других моделях материнских плат могут применяться микросхемы других производителей, но принцип работы остается тем же.
Мониторинг и управление вентиляторами
На плате есть специальный чип, который выполняет контроль за состоянием материнки, мониторит температурный режим и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В Gigabyte Z390 Aorus Pro используется чип iTE IT8688E, дополненный контроллером IT8795. Он позволяет подключать восемь устройств охлаждения. Два из них могут иметь потребляемый ток до 2 А каждый, что в результате дает возможность использовать системы жидкостного охлаждения.
Чипы других производителей можно встретить в материнских платах иных брендов, но выполняемые функции аналогичны.
Управление подсветкой
Без лампочек сейчас не жизнь, а иллюминацией также должен кто-то управлять. Грузить этой задачей процессор или чипсет не вполне логично. Зато эту работу отлично выполняют специализированные контроллеры. В нашем случае это микросхема ITE IT8297FN.
Компания Gigabyte традиционно применяет функцию DualBIOS. Она заключается в использовании двух микросхем емкостью по 128 Мб для хранения текущей конфигурации и резервной. Расположены эти два чипа в нижнем правом углу.
Материнские платы других производителей могут обходиться одной микросхемой, выпускаться она может разными фирмами.
Чипсет имеет широкие возможности по поддержке самых разнообразных версий USB. Тем не менее, чтобы разгрузить Z390, применяются сторонние контроллеры, концентраторы. К последним относится чип GL850S, который обеспечивает работу 4-х портов USB 2.0 на задней панели.
Поддержку протокола HDMI 1.4b осуществляет микросхема обработки графики PTN3360DBS производства NXP. На других платах могут стоять иные чипы. Выводов на монитор может вообще не быть, если не предусмотрена поддержка процессоров со встроенным видеоядром.
Дополнительные разъемы и коннекторы
Не только слотами памяти и процессора, чипсетом, разъемами PCI-E и M.2 богата плата материнская. Она может иметь ряд других разъемов, включая те, что выведены на заднюю панель для подключения самой разнообразной периферии.
Количество и номенклатура этих разъемов довольно широко варьируется у разных моделей материнок. Останавливаться на них смысла особого нет, а вот о тех коннекторах, которыми усыпана сама плата, немного поговорим.
Разъемы для вентиляторов/помп СЖО
Система охлаждения – важная составляющая любого компьютера, и от качества ее работы зависит общее быстродействие системы. В любом ПК есть как минимум один (вентилятор блока питания не в счет) вентилятор – процессорный. Как правило, есть еще несколько коннекторов для подключения корпусных вентиляторов. В данном случае Gigabyte Z390 Aorus Pro позволяет подключить до 8 охладителей.
Справа есть еще два разъема, позволяющие подключить системы охлаждения с высокой нагрузкой (ток до 2 А), предназначенные для «водянки».
Разные модели материнских плат имеют разное количество таких коннекторов. Располагаться они могут в разных местах. О их наличии и возможности подключения того или иного вентилятора/помпы следует узнавать из мануала.
Разъемы для светодиодных RGB-лент
Рассматривая для примера плата позволяет подключить по две адресуемые и не адресуемые ленты, для чего имеются соответствующие разъемы. Два располагаются в правом верхнем углу, еще два – на нижней грани.
В других моделях системных плат их расположение и количество может варьироваться. Все подробности – в мануале не плату.
На задней панели есть не все разъемы USB. На плате располагается еще несколько коннекторов.
В данном случае на материнке есть один коннектор для порта USB 3.1 Gen2 Type-C, два коннектора для USB 2.0 на нижней грани платы и один для подключения двух USB 3.1 Gen1 на опциональной фронтальной панели.
Другие разъемы
Помимо перечисленного, на плате есть также разъемы для подключения термодатчиков, аудиокабеля и колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса. Их расположение и порядок подключения описан в мануале на материнскую плату.
Помимо прочего, на дорогих моделях, особенно ориентированных на оверклокеров, могут иметься переключатели режимов настройки системы, кнопки включения и перезагрузки, сброса настроек BIOS к заводским, индикатор POST-кодов и т. п.
Заключение. Сложная анатомия материнской платы
Учитывая, сколько всего понапихано на материнскую плату, совсем не удивляет то, что это едва ли не самый крупный (за исключением корпуса и монитора) компонент компьютера. Круг выполняемых задач у этого компонента любого ПК весьма широк. Это не только обеспечение других частей компьютера питанием и средствами коммуникации между собой. Это еще и механическое крепление процессора, памяти, разнообразных плат, кабелей.
Добавим сюда еще и представительские функции. Корпусов с прозрачной боковиной много, и сейчас модно выставлять внутренности напоказ. Посему желательно, чтобы материнская плата имела интересный дизайн и подсветку.
В результате получается, что это очень непростой компонент, и не самый дешевый в системе. Утверждение, что это самый важный элемент, является спорным. Процессор не менее важен, память – тоже, а разве нельзя того же сказать про блок питания, процессорный кулер? И все же многофункциональность и «широта взглядов» материнской платы вызывает уважение.
Производители предлагают нам большое количество моделей, ориентированные на выполнение разных задач, выполненные на разный эстетический вкус и кошелек. Дело остается за малым – из всего обилия предложений просто выбрать ту единственную, которая максимально полно удовлетворит запросы. А сделать это, порой, весьма непросто.