▷ Co to jest płyta główna i jak działa

Dziś musimy porozmawiać o płycie głównej komputera. Płyta główna jest niewątpliwie podstawowym elementem do tworzenia komputera, pozostałe elementy, takie jak procesor lub pamięć RAM, zostaną na nim zainstalowane, aby maszyna mogła się uruchomić i działać. Zobaczmy więc szczegółowo, czym jest płyta główna i jak działa.

Indeks treści

Co to jest płyta główna?

Płyta główna jest bez wątpienia najważniejszą częścią komputera. To on określi, jaką architekturę nasz zespół ma w swoich wewnętrznych komponentach. Każda płyta główna zostanie zaprojektowana tak, aby pomieścić określone komponenty lub pewne typy rodzin komponentów, a także będzie obsługiwać określone prędkości i pojemności tych komponentów.

Wszystkie lub prawie wszystkie komponenty, które są częścią komputera, zostaną podłączone do płyty głównej, będzie także odpowiedzialny za ustanowienie magistrali komunikacyjnej między tymi komponentami (procesorem, pamięcią RAM, kartą graficzną) i zainstalowanymi na nim urządzeniami peryferyjnymi (mysz, klawiatura, ekran itp.)

Jego fizycznym aspektem jest obwód elektroniczny o określonych wymiarach, w którym zainstalowano szereg elementów, takich jak układy scalone, kondensatory, złącza elementów i linie elektryczne, które razem tworzą strukturę komputera.

Prawie wszystkie muszą mieć zainstalowane cztery podstawowe komponenty:

• Zasilanie Procesor centralny Pamięć RAM Jednostki pamięci

Płyty główne składają się z różnych formatów fizycznych, które określają ich fizyczne wymiary.

Formaty płyty głównej

Formaty, które możemy znaleźć na rynku, są następujące:

E-ATX

Jest to największa forma, jaką mamy na rynku. Jego wymiary to 305 x 330 mm. Płytki te mają zwykle wiele otworów na karty rozszerzeń i wiele możliwości instalacji kart graficznych w SLI lub Crossfire.

Ponadto będziemy dysponować maksymalnie 8 gniazdami do instalacji pamięci RAM

ATX

Płyty te są dostępne na rynku od 1995 roku dzięki ich implementacji przez Intel. Są również najczęściej spotykane. Jego wymiary to 305 x 244 mm, chociaż są też takie o nieco innych wymiarach. Oczywiście otwory do umieszczenia w podwoziu muszą znajdować się dokładnie w standardowych miejscach.

Ten typ płyt głównych jest używany do prawie wszystkich rodzajów systemów, biur, gier itp. Wynika to z szerokich możliwości ekspansji. Zwykle mamy 7 gniazd rozszerzeń i 4 gniazda do instalacji pamięci RAM.

Micro ATX

Płyty główne z tym formatem mają wymiary 244 x 244 mm, więc są dość mniejsze niż poprzednie, około 25%. Płyty te, o mniejszym formacie, są przeznaczone dla zespołów biurowych, które nie potrzebują tak wielu gniazd rozszerzeń, a także zajmują mniejsze podwozia.

Wśród swoich możliwości rozszerzenia ma maksymalnie 5 gniazd rozszerzeń, chociaż normalne są 3 i miejsca do 4 pamięci RAM. Tego typu płytki będą wymagały podwozia kompatybilnego z ich mocowaniem, ponieważ położenie śrub będzie inne niż płyty ATX.

Mini ITX

Jest to najmniejszy format płyty dostępny dla komputerów domowych. Ma wymiary 170 x 170 mm. Do zamocowania składa się z czterech otworów, które pokrywają się z otworami zainstalowanymi dla płyty ATX.

Na tych płytach możemy znaleźć jedno gniazdo rozszerzeń na kartę graficzną i dwa gniazda na pamięć RAM

Są inne uformowane jak XL-ATX, ale zwykle nie są często widoczne w niskim / średnim zakresie. Tylko w asortymencie PREMIUM

Fizyczne elementy płyty głównej

Będzie to zdecydowanie najszersza sekcja w tym artykule, ponieważ płyta główna zawiera wiele elementów, które warto nazwać. Zacznijmy więc.

Chipset

Chipset lub „chipset” to zestaw układów scalonych zaprojektowanych do nawiązywania komunikacji między procesorem a innymi elementami zainstalowanymi na płycie głównej. Elementami tymi mogą być pamięć RAM, dyski twarde, gniazda rozszerzeń oraz porty wejściowe i wyjściowe.

Wraz z ewolucją technologii płyt głównych układy te zwykle składają się z jednego układu centralnego. Ponadto układy te są przeznaczone wyłącznie dla zestawu procesorów lub określonej marki i dla niektórych modułów pamięci RAM. To sprawia, że ​​przy zakupie płyty głównej z rynku jesteśmy zmuszeni do zakupu kompatybilnego procesora i modułów pamięci RAM.

Stare płyty główne

Chipset może być zintegrowany z dwoma układami scalonymi i jest również nazywany North Bridge lub North Brigde oraz South Bridge lub South Bridge. Każdy z tych układów jest odpowiedzialny za niektóre zadania do wykonania:

North Bridge: Ten układ jest bezpośrednio podłączony do magistrali procesora i ma bezpośrednią komunikację z nim oraz pamięcią RAM. Ta magistrala jest również nazywana Front Side Bus lub (FSB) i decyduje o szybkości i wydajności komputera. Oprócz tego jest odpowiedzialny za komunikację z portami PCI-Express, ponieważ obsługują one komponenty o największej prędkości, takie jak płyta główna lub nowe półprzewodnikowe jednostki pamięci M.2 i PCI-E.

South Bridge: Ten układ jest bezpośrednio podłączony do mostu północnego za pośrednictwem magistrali Direct Media Interface lub (DMI). Ten układ odpowiada za komunikację urządzeń wejściowych i wyjściowych oraz połączenie ich z mostkiem północnym. Na przykład dyski twarde SATA, USB, Fire Wire, karta sieciowa, AUDIO itp.

Nowoczesne płyty główne

Obecnie, wraz z pojawieniem się procesorów wielordzeniowych, takich jak Intel Core i AMD FX, chipset ten został znacznie zredukowany do jednego układu, w ten sposób znikając mostek południowy.

Wynika to z faktu, że nowe procesory integrują z nimi kontroler pamięci, dzięki czemu są bezpośrednio podłączone do magistrali pamięci RAM. Powiedzmy, że most FSB jest zintegrowany z procesorem, a magistrala zarządzająca innymi urządzeniami nazywa się Hub kontrolera Plataform (PCH), zastępując magistralę DMI.

Rodzaje mikroukładów

Istnieje duża liczba modeli chipsetów. Wraz z każdą ewolucją procesorów następuje również ewolucja tych układów. Jak we wszystkim, dostępne są rozwiązania klasy niskiej, do zarządzania komponentami o niższej lub niższej prędkości, klasy średniej i high-end, które oferują maksymalną prędkość i obsługę różnych kart graficznych oraz najszybszą pamięć RAM na rynku.

Według producenta procesorów możemy znaleźć chipsety zaprojektowane dla procesorów AMD oraz chipsety zaprojektowane dla procesorów Intel.

Aby uzyskać więcej informacji na temat najnowszych modeli chipsetów do oznaczania obu technologii i ich porównania, odwiedź nasze następujące artykuły:

Gniazdo mikroprocesora

Jak nie może być inaczej, na płycie głównej musi być zainstalowany mikroprocesor i do tego konieczne będzie gniazdo z fizycznymi złączami do komunikacji z płytą główną. Istnieją dwa rodzaje gniazd:

• PGA (Pid Grid Array): w tym gnieździe znajduje się panel z otworami do włożenia mikroprocesora, który będzie miał kołki stykowe do włożenia. LGA (Land Grid Array) - Gniazdo ma matrycę pozłacanych styków, które stykają się między płytą główną a układem procesora, który ma tylko płaską powierzchnię z punktami styku.

Technologia wprowadzania nosi nazwę ZIF (zerowa siła wprowadzania), a układ nie pasuje idealnie do gniazda, jeśli konieczne jest zastosowanie siły w procesie.

Podobnie jak w przypadku procesorów, istnieje wiele rodzajów gniazd do instalacji. Oznacza to, że przy zakupie płyty głównej o określonej architekturze konieczne jest uzyskanie zgodnego z nią procesora.

Ponadto każda płyta główna jest zaprojektowana dla producenta procesora, więc zarówno gniazdo, jak i mikroukład muszą być kompatybilne z marką.

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działa procesor, zalecamy następujący artykuł:

• Co to jest procesor i jak działa?

Gniazda pamięci RAM

Te złącza lub magistrale są odpowiedzialne za umieszczenie modułów pamięci RAM, które zostaną zainstalowane w urządzeniu. Zasadniczo płyty główne mają 4 gniazda lub płyty główne wysokiej klasy mają 8.

Te gniazda są zwykle zaprojektowane do współpracy z technologią dwukanałową, a nawet z technologią czterokanałową. Podobnie jak w przypadku procesora, każda płyta główna obsługuje pewną architekturę pamięci RAM.

Płyty główne mają obecnie różne typy gniazd RAM, chociaż wszystkie należą do standardu DDR. Będziemy mieć: DDR, DDR2, DDR3 i DDR4

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działa pamięć RAM, zalecamy nasz artykuł:

• Co to jest pamięć RAM i jak działa?

VRM

Skrót od modułu regulatora napięcia. Są to zestaw komponentów, które przekształcają prąd elektryczny, który dociera do płyty głównej, na napięcia o różnych wartościach i prądach, dzięki czemu są wykorzystywane przez inne zainstalowane na niej komponenty. Ten komponent, mimo że nie jest szczególnie przyciągający wzrok, jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania komponentów i uniknięcia pęknięcia.

Aby dowiedzieć się więcej o tych składnikach, odwiedź nasz artykuł:

Gniazda rozszerzeń

Będą to automaty z funkcją rozszerzania sprzętu zainstalowanego w naszym sprzęcie. W nich można instalować karty graficzne, dyski twarde, karty sieciowe, karty dźwiękowe itp.

Te gniazda są obecnie nazywane PCI-Express lub PCI-E i zastępują tradycyjne PCI. Każde gniazdo rozszerzeń PCI-E przenosi 1, 2, 4, 8, 16 lub 32 łącza danych między płytą główną a podłączonymi kartami. Kodujemy tę liczbę linków jako przedrostek x, na przykład x1 dla linku pojedynczego lub jednostkowego i x16 dla karty z 16 linkami, które są używane dla kart graficznych. Każde z tych łączy daje prędkość 250 MB / s.

Jeśli mamy 32 łącza, zapewnią maksymalną przepustowość, czyli 8 GB / s w każdym kierunku dla PCIE 1.1. Najczęściej stosowanym jest PCI-E x16, który zapewnia przepustowość 4 GB / s (250 MB / sx 16) w każdym kierunku. Pojedyncze łącze jest około dwa razy szybsze niż normalne łącze PCI. 8 łączy ma przepustowość porównywalną z najszybszą wersją magistrali AGP, które są starymi gniazdami na karty graficzne.

BIOS

System BIOS lub Basic Input-Output System to pamięć ROM, EPROM lub Flash-RAM, która zawiera informacje o konfiguracji płyty głównej na najniższym poziomie.

Wewnątrz systemu BIOS znajduje się również układ pamięci o nazwie CMOS, a program, który w nim zapisuje, jest w stanie zainicjować wszystkie fizyczne elementy płyty, aby uruchomić komputer. Ponadto odpowiada za sprawdzanie ich pod kątem błędów lub braku urządzeń, na przykład braku pamięci RAM, procesora lub dysku twardego.

Pamięć BIOS jest stale zasilana z baterii. W ten sposób po wyłączeniu urządzenia dane i parametry skonfigurowane w komputerze nie zostaną utracone. Jeśli w każdym przypadku bateria zostanie wyczerpana lub usuniemy ją, informacje o systemie BIOS zostaną zresetowane do wartości domyślnych, ale nigdy nie zostaną utracone.

Karta dźwiękowa i karta sieciowa

Są to układy odpowiedzialne za przetwarzanie dźwięku multimedialnego naszego sprzętu i połączenia sieciowego. Jego układy znajdują się w pobliżu portów wyjściowych płyty głównej i możemy go wielokrotnie zidentyfikować dzięki charakterystyce RealTek, ponieważ jest producentem wielu z tych urządzeń zintegrowanych na płycie głównej.

Złącza SATA

Jest to standard komunikacji w dzisiejszych komputerach PC do podłączania mechanicznych dysków twardych, a także dysków SSD. W SATA do transmisji danych używana jest magistrala szeregowa zamiast równoległej. Jest znacznie szybszy niż tradycyjne IDE i bardziej wydajny. Ponadto pozwala na gorące połączenia urządzeń i ma znacznie mniejsze i łatwiejsze w zarządzaniu magistrale.

Na płycie głównej możemy mieć do 6 lub 10 takich portów do zainstalowania dysków twardych. Obecny standard znajduje się w SATA 3, który pozwala na transfer do 600 MB / s

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działa dysk twardy, zalecamy następujący artykuł:

• Co to jest dysk twardy i jak działa?

Złącze M.2

Prawie wszystkie płyty mają już zainstalowany ten port. M.2 to nowy standard komunikacji, który ma zastąpić połączenie dla dysków SATA SSD w perspektywie średnio- i krótkoterminowej. Korzysta zarówno z protokołów komunikacyjnych SATA, jak i NVMe. M.2 jest przeznaczony wyłącznie do instalacji jednostek pamięci, w ten sposób unikamy zajmowania gniazd PCI-E. Ten standard nie ma prędkości PCI-E, ale jest znacznie wyższy niż SATA.

Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak działa dysk SSD, zalecamy następujący artykuł:

• Co to jest dysk SSD i jak działa?

Złącza zasilania

Płyta główna musi być podłączona do źródła zasilania i ma w tym celu różne typy złączy zasilania.

ATX

Jest to tradycyjne złącze, które zasila płytę główną w większości jej elementów. Składa się z 24 kabli lub pinów i zwykle znajduje się po prawej stronie, obok gniazd RAM.

Moc procesora

Oprócz złącza ATX2, prawie wszystkie nowe płyty główne, przynajmniej ATX, mają również tego rodzaju złącze przeznaczone wyłącznie do zasilania procesora. Tego rodzaju zasilacze pomagają zwiększyć zasilanie płyty głównej, szczególnie w przypadku podkręconych procesorów, które potrzebują więcej energii do konsumpcji.

Możemy znaleźć 4-stykowe złącze procesora (starsze), jedno z 8 lub jedno z 4 + 6 styków. Jego funkcje będą praktycznie takie same, a wszystko będzie pod napięciem 12V.

Złącza zewnętrzne

Złącza te będą znajdować się po jednej stronie płyty głównej, prawie zawsze po lewej stronie. Będziesz odpowiedzialny za podłączenie urządzeń peryferyjnych, które mamy w naszej konfiguracji, na przykład drukarek, myszy, klawiatur, głośników, jednostek pamięci itp. Możemy wyróżnić następujące typy:

• PS / 2: Istnieją dwa porty tego typu, już praktycznie nieużywane. Mają 6 pinów i służą do połączenia klawiatury i myszy. Praktycznie żadna klawiatura nie ma tego typu złącza, więc są one przenoszone i zastępowane przez USB USB (Universal Serial Bus): jest to najczęściej używany standard połączenia szeregowego na świecie. To złącze jest plug and play, dzięki czemu możemy podłączyć gorące urządzenie, aby system operacyjny natychmiast je rozpoznał. Oprócz wymiany danych umożliwia także wyrównanie peryferyjne, dzięki czemu jest bardzo wygodny i wszechstronny. Istnieją obecnie cztery wersje tego portu, USB 1.1 z prędkością 12 Mb / s, USB 2.0 z 480 Mb / s, USB 3.0 z 4, 8 Gb / si USB 3.1 z 10 Gb / s FireWire: Jest to standard podobny do USB, ale głównie używany w Ameryce. Mają praktycznie takie same funkcje jak USB i ma 4 wersje, najszybszą z nich jest FireWire s3200 z 3, 2 Gb / s HDMI lub DisplayPort: Te porty będą istnieć, jeśli płyta główna ma zintegrowaną kartę graficzną. Jest to cyfrowy standard komunikacji multimedialnej, który umożliwia podłączanie urządzeń wideo wysokiej rozdzielczości. Przez te porty przepływają zarówno sygnały wideo, jak i audio, co czyni je szczególnie przydatnymi. Obecnie praktycznie całkowicie zastąpili port VGA DVI i VGA: porty do podłączenia ekranu Ethernet poprzednika HDMI : port przeznaczony do złącza RJ 45 w Internecie Jack 3, 5 ": Złącze do urządzeń wejściowych lub wyjściowych audio

Inne elementy

• Porty wewnętrzne dla USB: złącza są dostępne u dołu płyty głównej, aby rozszerzyć porty USB naszego sprzętu. Dostępne porty USB w obudowie będą normalnie podłączone. Wewnętrzne porty dźwiękowe: Podobnie jak w przypadku USB, płytka posiada wewnętrzny port do podłączenia mikrofonu i głośników z portów umieszczonych w obudowie. Zegary: aby zsynchronizować wszystkie wewnętrzne komponenty, niezbędna jest seria zegarów, które działają na różnych częstotliwościach, w zależności od potrzeb każdego komponentu. Złącza wentylatora: Są to złącza 12 V przeznaczone do wkładania wentylatorów, takich jak wentylatory procesora lub obudowy. Mają 4 piny. Panel startowy: są to szereg złączy zasilania, do których podłączone są przyciski na obudowie, które odpowiadają za uruchomienie i zresetowanie systemu. Podłączone zostaną również diody LED dysku twardego i zasilania.

Obsługa płyty głównej

Działanie płyty głównej jest dość złożone, ze względu na dużą liczbę zainstalowanych na niej elementów i liczbę autobusów przeznaczonych do wymiany informacji. Schematycznie możemy to przedstawić w następujący sposób:

W tym schemacie możemy wyróżnić główne elementy, które interweniują w obsługę i zarządzanie, i przyjąć jako odniesienie proces uruchamiania komputera:

Pierwszą rzeczą, którą płyta główna powinna zrobić przed załadowaniem systemu operacyjnego z dysku twardego, jest zainicjowanie komponentów. Program znajdujący się w systemie BIOS odpowiada za sprawdzenie wszystkich podłączonych do niego urządzeń: procesora, pamięci RAM i dysków twardych w prosty sposób. Jeśli któregokolwiek z nich brakuje, jest uszkodzony lub wykryje inne anomalie, płyta główna wyemituje kod błędu przetłumaczony na sygnały dźwiękowe lub również za pomocą kodu w umieszczonym na nim panelu LED.

Po zakończeniu etapu weryfikacji wewnętrzna magistrala jest ładowana informacjami z jednostek pamięci. Tutaj interweniują most południowy (jeśli istnieje) i most północny.

Po zażądaniu informacji od dysków twardych oraz urządzeń wejścia / wyjścia i innych komponentów mostek północny jest odpowiedzialny za połączenie procesora z pamięcią RAM. Odbywa się to za pośrednictwem szyny przedniej lub szyny FSB. Będzie to składało się z 64 wątków lub 64 + 64 w przypadku wdrożenia technologii dwukanałowej.

W każdym razie dane systemu operacyjnego załadowane do pamięci zostaną już znalezione w celu uruchomienia komputera.

Jednocześnie mostek północny wyśle ​​sygnały graficzne na kartę graficzną zainstalowaną w zarządzanym przez nią gnieździe CPI-E x16. Lub w twoim przypadku będzie łączyć się z kartą graficzną zainstalowaną na płycie głównej. Odbywa się to przez magistralę FSB.

W każdym razie komputer uruchomi się, a wymianą danych do przetwarzania będą zarządzać elementy podłączone do magistrali i mikroukładu.

Ostateczne wnioski i oczekiwania dotyczące płyty głównej

Jeśli jedno stało się dla nas jasne, to, że coraz trudniej jest wyjaśnić działanie komponentów komputera w uproszczony sposób. Technologia rozwija się w niewiarygodnym tempie, a elementy stają się coraz bardziej złożone, funkcjonalne i złożone.

W tempie, w jakim zmierzamy, możliwe jest, że bariera 5 nm zostanie osiągnięta w bardzo krótkim czasie i przekonamy się, że wielkie firmy postanawiają pójść dalej.

Z naszej strony jesteśmy zachwyceni tymi postępami, coraz szybszym, bardziej złożonym sprzętem i utrzymującą się ceną, jeśli przejdziemy do komponentów średniej klasy, które są również bardzo dobre.

Polecamy również nasz artykuł na temat procesorów kwantowych

• Co to jest procesor kwantowy i jak działa?

Mamy nadzieję, że dzięki temu artykułowi dowiedziałeś się więcej o komponentach płyty głównej i jej podstawowej obsłudze. W przypadku jakichkolwiek wątpliwości, wyjaśnień lub błędów, nie wahaj się nam powiedzieć.