Під час перерахування характеристик комп’ютера передусім вказують центральний процесор, оперативну пам’ять, відеокарту і накопичувачі. Саме вони визначають його потужність у конкретних завданнях. Але головна деталь, яка всіх їх пов’язує, часто згадується лише мимохідь, хоча роль у роботі ПК вона відіграє таку ж важливу. Це — материнська плата. З чого вона складається? Розповімо в цьому матеріалі.
Материнська плата, від англійського «motherboard» — друкована плата, що являє собою основу побудови будь-якого модульного електронного пристрою. Саме за допомогою неї з’єднуються і «спілкуються» між собою інші компоненти електронної системи.
Візуально материнська плата домашнього комп’ютера — це доволі складний пристрій із великою кількістю електронних компонентів і різних роз’ємів. З яких же частин вона складається, і за що відповідає кожна з них?
Чіпсет
Чіпсет — від англійського «chipset», дослівно «набір мікросхем». Це «мозок» материнської плати, завдяки якому здійснюються комунікації між усіма компонентами системи: такими, як процесор, оперативна пам’ять, відеокарта і накопичувачі. На ранніх материнських платах чіпсетом справді був набір кількох різних мікросхем, трохи пізніше їх стали об’єднувати у дві — північний і південний міст.
Північний міст відповідає за комунікації основних компонентів системи з центральним процесором — насамперед відеокарт і оперативної пам’яті.
Південний міст з’єднується спеціальним каналом із північним мостом і відповідає за під’єднання менш вимогливих до швидкості «спілкування» компонентів системи та периферії: таких, як накопичувачі, слоти розширення, звуковий кодек і порти USB.
У 2009 році компанія Intel представила першу платформу, де всі функції північного моста повністю переїхали в центральний процесор. Процесори першого покоління Core i7 і Core i5 під кодовою назвою Lynnfield працювали з новими материнськими платами на базі чіпсета P55. Замість двох мікросхем на материнських платах нового покоління залишилася одна. І якщо в старіших платформах чіпсетом називали північний міст, то відтоді й досі під чіпсетом материнської плати мається на увазі саме мікросхема південного моста. На даний момент це стосується всіх сучасних платформ як Intel, так і AMD. Остання прийшла до такого компонування з виходом першого покоління процесорів Ryzen.
Додаткові мікросхеми
Чіпсет містить у собі левову частку керуючої електроніки материнської плати, але далеко не всю. Крім нього на платі є ще кілька мікросхем, які забезпечують роботу вбудованих пристроїв:
Звуковий кодек. Чип, що відповідає за відтворення і запис звуку. Часто поруч із ним розпаяні спеціальні звукові конденсатори, що відрізняються від інших на платі. На топових платах на допомогу звуковому кодеку розпаюється чіп звукового підсилювача.
Чип мережевої карти. Відповідає за мережеві функції і роботу вбудованого роз’єму RJ-45.
Мультиконтролер. Мікросхема, що відповідає за моніторинг напруг, температур і роботу з периферійними пристроями.
Контролер VRM. Відповідає за управління підсистемою живлення, докладніше про яку далі по тексту.
Мікросхеми BIOS . Флеш-пам’ять, що містить у собі базову систему введення-виведення. На платі може бути розпаяний як один такий чіп, так і два. В останньому випадку другий чіп використовується як резервний на випадок несправності або невдалого оновлення першої мікросхеми BIOS.
На деяких платах для забезпечення додаткових функцій застосовуються й інші різновиди чипів:
Контролер USB. Використовується для забезпечення роботи додаткових високошвидкісних портів USB крім тих, що реалізовані самим чіпсетом. Підключається до PCI-E ліній чіпсета.
Контролер SATA. Аналогічно попередньому використовується для збільшення кількості доступних SATA-портів і теж під’єднується до чипсета по PCI-E.
Світчі та мости PCI-Express. Використовуються для гнучкішого управління периферичними можливостями і реалізації більшої кількості швидкісних слотів: наприклад, PCI-E або M2. Ці мікросхеми вміють «розділяти» лінії PCI-E, що йдуть від чипсета або процесора. Як приклад, на сучасних платах це дає можливість розділити лінії одного слота відеокарти x16 на два слоти x8. Або замість трьох повношвидкісних слотів NVME, підтримуваних чипсетом, реалізувати чотири або п’ять.
Також на платі присутній ще один додатковий елемент — батарея CMOS формату 2032. Завдяки їй після знеструмлення живлення зберігаються користувацькі налаштування BIOS. На просунутих моделях, призначених для розгону, можуть бути і кнопки ввімкнення, перезавантаження і скидання налаштувань BIOS, а також індикатор пост-кодів.
Підсистема живлення
VRM — скорочення від англійського Voltage Regulator Module, у перекладі «модуль керування напругою». Комп’ютерний блок живлення формує напруги 12, 5 і 3.3 В. Будь-якої з них занадто багато для процесора і оперативної пам’яті, які зазвичай працюють від напруги трохи більше 1 В. І тут у справу вступає VRM. Він перетворює 12 В, що надходять на нього, на нижчу напругу для процесора, вбудованої графіки та оперативної пам’яті.
VRM складається з польових транзисторів, дроселів, драйверів і конденсаторів. Оскільки одна збірка перерахованих вище компонентів не здатна забезпечити процесор потрібною потужністю, їх встановлюють кілька. Називають їх фазами живлення. Керує ними спеціальний контролер, який відповідає за розподіл навантаження між збірками.
Потужність підсистеми живлення залежить від цінової категорії материнської плати. У бюджетних плат зазвичай 3-4 такі збірки, кожна з яких розрахована на відносно малий струм 35-45 А. У плат середнього цінового діапазону зустрічаються 6-8 фаз живлення процесора на 50-60 А. У топових їхня кількість може досягати і двох десятків із максимальним струмом до 90-120 А. Це тільки процесорні фази. Крім них, VR M також містить фази живлення, що формують напругу для оперативної пам’яті і вбудованої графіки процесора. Їхня кількість найчастіше не перевищує однієї-двох для кожного з цих компонентів.
Поверх збірок для кращого розсіювання тепла, що виділяється, часто встановлюється радіатор. Чим потужніший VRM, тим масивнішим і монструознішим виглядає радіатор. На сучасних ігрових платах його часто забезпечують різноманітним підсвічуванням і написами. У рідкісних плат радіатор VRM навіть оснащується власними мініатюрними вентиляторами для кращого охолодження.
Живлення VRM отримує від спеціального роз’єму ATX 12V. На бюджетних платах він може бути чотирьохконтактним, але на переважній більшості плат контактів у нього вісім. Зустрічаються і комбіновані варіанти з обома різновидами роз’ємів. На материнських платах, призначених для розгону, восьмиконтактних роз’ємів може бути кілька, аж до трьох — це дає змогу забезпечити більше потужності для стабільного живлення ЦП.
Крім роз’єму ATX 12V, до материнської плати під’єднується ще один — головний ATX. Він складається з 24 контактів і живить інші частини материнської плати. Крім напруги 12 В, через нього передаються і більш низькі 5 і 3.3 В. У застарілих плат можна зустріти різновид роз’єму з 20 контактами.
Процесорний сокет
Процесорний сокет — роз’єм для встановлення центрального процесора. Має найбільшу кількість контактів серед усіх роз’ємів материнської плати. Має квадратну або прямокутну форму.
Сокети сучасних процесорів бувають двох видів — LGA і PGA. LGA складається з так званих «ніжок» — пружних контактів. Процесори, призначені для сокета типу LGA, мають плоску контактну поверхню. Таким типом сокетів з 2004-2005 років оснащуються всі плати для процесорів Intel. AMD теж використовує LGA в серверному і високопродуктивному сегменті. У сегменті масових комп’ютерів LGA у них з’явиться вже цього року — в сокеті AM5 для нових платформ під процесори архітектури Zen 4.
З сокетом LGA потрібно поводитися обережно: контактні «ніжки» дуже м’які і можуть бути пом’яті від будь-якого, навіть легкого фізичного впливу. На противагу цьому, сокети типу PGA зовнішніх впливів не бояться. Секрет простий: такі сокети мають пластиковий корпус і велику кількість контактних отворів для процесорних ніжок. А ось із процесорами в PGA-упаковці навпаки потрібно бути обережними, оскільки велика ймовірність ці самі ніжки погнути. Таким типом сокета оснащувалися процесори Intel до 2004 року. Серед сучасних представників ним користуються представники сімейства AMD Ryzen, а також всі більш ранні моделі AMD.
Внутрішні слоти і роз’єми
Крім сокета, куди вставляється процесор, материнська плата оснащена великою кількістю роз’ємів для внутрішніх пристроїв, які знаходяться в системному блоці, і, власне, формують собою персональний комп’ютер.
Довгі довгасті слоти — це слоти для оперативної пам’яті. Найчастіше вони розташовані вертикально, з правого боку від процесорного сокета, але бувають і винятки. Залежно від моделі та покоління материнської плати, їх може бути два, чотири, шість і навіть вісім. Більша кількість слотів теж зустрічається, але тільки в серверних моделях. Сучасні плати оснащені слотами для ОЗП покоління DDR4 або DDR5, старіші — слотами під попередні покоління DDR.
Нижче процесорного сокета знаходяться слоти розширення. У сучасних платах всі вони відносяться до типу PCI-Express, у старіших платах можна зустріти і класичний PCI, у зовсім старих — попередній PCI-E роз’єм AGP. Слоти PCI-E відрізняються як за фізичною довжиною, так і за шириною електричного інтерфейсу, що використовується всередині них. Найбільший слот — повнорозмірний PCI-E x16. Він призначений насамперед для відеокарти, але може бути використаний і для іншого обладнання. Будь-яка материнська плата має у своєму складі хоча б один такий слот.
Плати середнього і високого цінового діапазону мають кілька фізичних слотів PCI-E x16. Однак електрична розводка в них часто не на всі лінії, оскільки у чіпсетів плат є на них обмеження. У переважній більшості випадків самий верхній слот PCI-E x16 має повні 16 ліній, інші можуть мати як 8, так і 4 лінії. Це стосується плат на масових чипсетах. У HEDT-сегменті кількість підтримуваних чіпсетом ліній більша, тому на таких платах можна зустріти кілька повношвидкісних слотів PCI-E.
Крім повнорозмірних слотів PCI-E, на платах також є і більш дрібні. Це роз’єми PCI-E x1, призначені для карт розширення, які не потребують високошвидкісного обміну інформацією. До них належать мережеві плати, звукові карти, плати з додатковими портами USB і SATA, ТВ-тюнери, карти захоплення та інше. Іноді зустрічаються і більші PCI-E x4 і PCI-E x8, але на сучасних платах це швидше виняток, ніж правило.
Через протокол PCI-E працюють і інші слоти — M2. Вони призначені для SSD-накопичувачів цього формату. Такі слоти можуть бути і перемикаються, підтримуючи паралельно режиму PCI-E додатковий режим SATA для відповідних SSD. Залежно від моделі та цінової категорії плати, кількість таких роз’ємів може досягати 4-5 штук. Однак у найбюджетніших моделях їх може і не бути зовсім.
Для класичних накопичувачів формату 2.5 і 3.5 дюйма, таких як відповідні SSD і жорсткі диски, на будь-якій сучасній материнській платі присутні SATA-роз’єми. Також до них можна підключити внутрішні DVD-приводи. Зазвичай кількість таких роз’ємів становить щонайменше 4, але на деяких моделях зустрічається і до 10-12 штук.
У старих платах можна зустріти попередні SATA порти IDE, теж призначені для під’єднання жорстких дисків і оптичних приводів. А також схожий роз’єм поменше — він використовується для підключення застарілих Floppy-дисководів.
У найнижчій частині плати розташовані роз’єми для підключення передньої панелі комп’ютерного корпусу. До їх числа входять кнопки ввімкнення і перезавантаження, індикатори живлення і активності накопичувачів, роз’єми для виведення USB 2.0 / 3.0 і передніх аудіоджеків. А також додаткові роз’єми — наприклад, для COM-порту або модуля TPM. На сучасних моделях також присутні конектори для підключення RGB-стрічок підсвічування. У деяких моделях частина цих роз’ємів переноситься з нижнього боку плати на правий край.
Крім цього, на будь-якій материнській платі є ще одна категорія внутрішніх роз’ємів — для вентиляторів охолодження. Зазвичай їх буває кілька, але в рідкісних випадках може бути й один. Такі роз’єми можуть бути розташовані практично в будь-якій точці текстоліту без прив’язки до конкретного місця, залежно від моделі плати. У сучасних платах ці роз’єми мають чотири контакти і можуть керувати швидкістю під’єднуваних вентиляторів. У старих моделях іноді зустрічаються і триконтактні роз’єми без такої можливості.
Один із роз’ємів обов’язково призначений для процесорного кулера, інші — для корпусних вентиляторів. Буває і спеціальний роз’єм для підключення помпи водяного охолодження, розрахований на вищий максимальний струм. Однак і в нього за бажання можна підключити звичайний вентилятор, фізично конектор такий самий.
Зовнішні роз’єми задньої панелі
Щоб під’єднувати комп’ютер до зовнішньої периферії, всі потрібні роз’єми виводяться на задню панель материнської плати.
За наявності дискретної відеокарти монітор безпосередньо до материнської плати не підключається. Але при використанні вбудованого відео, для виведення зображення використовуються саме порти самої плати. Залежно від моделі, їх може бути від одного до чотирьох, і всі різного стандарту — VGA, DVI, HDMI і DisplayPort.
Аудіоджеки формату 3.5 мм використовуються для підключення акустики, мікрофона або для подачі звуку на лінійний вхід. Іноді зустрічається й альтернативний оптичний аудіовихід. Роз’єм мережевої карти RJ-45 потрібен для підключення мережевого кабелю від роутера або світча. Порти PS/2 застаріли, але часто досі зустрічаються на сучасних моделях. Їхнє завдання — підключення до комп’ютера клавіатури та миші з відповідним роз’ємом.
Втім, на сьогодні куди більш актуальні порти USB, зокрема і для клавіатури з мишею. Принтери, зовнішні жорсткі диски, флешки, а також величезна кількість іншої периферії теж підключаються саме до них. Тому на задніх панелях сучасних плат основний простір віддано якраз під USB-порти. Переважно це класичні порти типу USB-A, але іноді зустрічаються й універсальні типу USB-C.
У плат із вбудованим бездротовим адаптером на задню панель виводяться і конектори для його зовнішньої антени. На топових платах, крім перерахованого вище, там можна зустріти роз’єми Thundebolt, а також кнопки перезавантаження і скидання CMOS.
Підсумки
Материнська плата — це складний електронний пристрій. На платах дуже багато різної електроніки і роз’ємів, завдяки яким комп’ютер є по-справжньому модульним пристроєм, з можливістю зібрати конфігурацію від тихого офісного системника до ультимативної геймерської машини або потужної робочої станції.
Саме материнські плати складають основу персонального комп’ютера. Підбирати процесор, оперативну пам’ять і накопичувачі під час складання потрібно обов’язково з урахуванням їхньої сумісності з платою. Пам’ятайте про це під час вибору та купівлі цього виду електронних виробів.