1. Звуковая карта.

2. Интегральная схема звукового адаптера, звуковая карта с поддержкой цифрового частотно-модулированного синтеза звука.

3. Выход CD-ROM audio.

4. Разъём для подключения внешнего звукового адаптера.

5. Разъём для подключения телефонной линии.

6. Интегральная схема звукового стереоадаптера.

7. Разъёмы ввода-вывода на задней панели ПК.

8. Универсальный USB- разъём.

9. Разъём типа Socket 775 для микропроцессора.

10. Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня.

11. Разъём питания материнской платы (два раздельных напряжения питания по 12 Вт).

12. Регулятор напряжения.

13. Разъёмы (слоты) для микросхем оперативной памяти.

14. Разъём для подключения вентилятора микропроцессора.

15. Разъём для подключения дисководов гибких дисков.

16. Набор системных микросхем - чипсет.

17. Разъёмы передней панели.

18. Разъём первичного канала дискового интерфейса SATA.

19. Разъём вторичного канала дискового интерфейса SATA.

20. Аккумулятор для системы CMOS (в том числе и для внутреннего таймера).

21. Интегральная схема контроллера шин PCI - E.

22. Блок конфигурационных перемычек («джамперов»).

23. Пьезоэлектрический системный динамик.

24. Интегральная схема контроллера ввода-вывода (для универсальной шины USB), поддерживающего интерфейсы гибких дисков, последовательных и параллельного порта, часов реального времени (таймера), контроллера клавиатуры и т. д.

25. Видеопамять - память графики типа DDR2 (512 Мбайт).

26. Видеокарта - графический контроллер.

27. Разъёмы шины расширения PCI- E.

28. Разъём для внешних адаптеров работы с видео.

29. Разъёмы расширения локальной шины PCI -E.

В качестве примера рассмотрим материнскую плату ASUS Rampage II Extreme. Это современная метеринская плата на основе чипсета Intel X58. На плате располагается встроенный контроллер SAS, который позволяет подключать высокопроизводительные накопители, стабилизаторы напряжения - P6T, встроенного контроллера памяти внутри CPU Core i7. Материнская плата поддерживает и SLI, и CrossFire.

Радиаторы стабилизаторов напряжения, северного и южного мостов соединены последовательностью тепловых трубок. Доступны шесть слотов DIMM, открывающие дорогу масштабируемости.

Светодиоды, разбросанные по плате, сигнализируют о состоянии тех или иных цепей, а также меняют цвет в зависимости от напряжения, посылаемого в ту или иную область. Светодиод активности жёсткого диска.

Заднюю панель Rampage II Extreme ASUS сделала очень простой. Там располагается порт PS/2 для клавиатуры, шесть портов USB 2.0, два порта Gigabit Ethernet, интерфейсы eSATA, FireWire, а также клавиша сброса.

Почему мы указали выше, что Rampage II Extreme лучше ориентирована на геймеров? Да просто по причине лучшего расположения слотов PCI Express. Каждый из портов x16 расположен через слот, то есть будет достаточно места для установки пары Radeon HD 4870 X2 или трио GeForce GTX 280. Один из слотов тогда будет работать в режиме x16, а другие два - в x8, но поскольку X58 поддерживает PCIe 2.0, пропускной способности будет достаточно.

ASUS стала одним из первых производителей материнских плат, установивших на плату кнопки сброса и питания. Слева направо: переключение, подтверждение и выбор переключателей.

Звуковая карта SupremeFX, которая маркирована Creative X-Fi. Звуковая карта обеспечивает все аналоговые и цифровые звуковые выходы.

Шесть каналов SATA 3 Гбит/с. Задняя панель Rampage II Extreme усилена металлической пластиной, расположенной прямо под сокетом. Rampage поддерживает технологию Stack Cool 2, для которой заявлено более эффективное рассеивание тепла, выделяемого некоторыми компонентами материнской платы.

Для стандартного процессора Core i7 штатный кулер Intel будет крепиться точно так же, как у Core 2 Duo или Quad - нужно вставить и нажать четыре крепления, которые проходят через отверстия в плате. Однако для чипа Extreme с высоким энергопотреблением требуется более мощное решение, которое и задействует пластину на задней части материнской платы, а радиатор крепится с помощью подпружиненных винтов.

Сокет (socket) для подключения микропроцессора

Важнейшим разъёмом на плате является сокет процессора. Он представляет собой специальное устройство, состоящее из большого количества контактов, расположенных в определённом порядке, определяющем правильное расположение процессора.

Существуют несколько фирм- производителей процессоров, но главными являются две – это Intel и AMD. Именно поэтому мы рассмотрим сокеты для только процессоров это Intel и AMD.

Существует много типов установленных на материнской плате сокетов (разъёмов) процессора. Ниже приведена таблица (таблица 3.1.) соответствия сокетов и процессоров.

Таблица 3.1.

Сокет	Intel
LGA771	Xeon
LGA775	Pentium 4, Pentium 4 EE, Pentium EE, Celeron D, Pentium D, Core 2 Duo, Core 2 Extreme
S478	Pentium 4, Pentium 4 EE, Celeron, Celeron D
S603	Xeon
S604	Xeon
Сокет	AMD
S1207 (Socket F)	Opteron
S462	Athlon, Athlon XP, Sempron, Duron
S754	Athlon 64, Sempron
S939	Athlon 64
S940	Opteron
AM2	Athlon 64, Athlon 64 X2, Sempron с поддержкой DDR2 SDRAM
AM2+	Phenom

Количество сокетов процессоров, установленных на материнской плате может быть от 1 до 4. У высокопроизводительных систем (рабочих станций, серверов) предусмотрена возможность устанавливать более одного процессора.

Рабочая станция - это высопроизводительный компьютер, предназначенный для решения профессиональных задач, таких как обработка видео, работа с программами проектирования (САПР) и т.д.

Для примера рассмотрим ситуацию с сервером. Первоначально он может поставляться с минимальной конфигурацией для решения простых задач, у него установлен только один процессор. По мере роста задач сервера (например, при увеличении парка компьютеров), необходимо увеличивать его вычислительную мощь. Для этого не обязательно менять всю начинку, если на материнской плате установлены два сокета, то достаточно установить второй процессор и дополнительные модули памяти.

В материнских платах для персональных компьютеров, как правило, установлен один процессорный сокет.

Основой любой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором логики или чипсетом.

Чипсет - это набор микросхем, которые обеспечивают взаимодействие всех элементов компьютера. Разработкой чипсетов занимаются несколько крупнейших мировых компаний: Intel, NVIDIA, AMD, VIA, SIS. То, какой чипсет положен в основу материнской платы, определяет, какой процессор, какую оперативную память и в каком объёме можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро всё это будет работать.

Чипсет обычно содержит в себе все контроллеры, необходимые для функционирования материнской платы:

- контроллер памяти;

- контроллер шин AGP, PCI, или PCI-E, USB;

- контроллер для работы с жёсткими дисками;

- контроллер для работы со звуком и сетью.

Можно сказать, что чипсет определяет все основные параметры материнской платы компьютера - от списка совместимых процессоров и типа памяти до количества USB-интерфейсов.

Чипсет состоит из интегральных микросхем, называемых мостами. Чаще всего встречаются двухкомпонентные чипсеты, состоящие из северного и южного мостов. Своё «географическое» название они получили потому, что если материнскую плату поставить на ребро в том положении, в котором она устанавливается в системный блок, то северный мост будет выше южного, как бы «на север от него». Кроме того, если представить материнскую плату как блок-схему, то северный мост будет выше южного.

Северный мост (Northbridge) или MCH (Memory Controller Hub) обеспечивает взаимосвязь между процессором, оперативной памятью и специализированными шинами (PCI, PCI Express и т.п.). Именно возможности северного моста определяют, какую оперативную память (SDRAM, DDR, DDR2, DDR3) можно установить в материнскую плату, какой максимальный объём можно установить, в каких режимах она может работать. В прошлом северный мост в обязательном порядке обеспечивал работу специальной шины AGP, по которой подключалась видеокарта. На сегодняшний день AGP практически отмерла, а её место заняла более универсальная шина PCI Express.

Так как при скоростной передаче данных мост испытывает немалую нагрузку, он выделяет немало тепла и требует качественного охлаждения, поэтому на материнских платах мы часто видим замысловатые кулеры.

Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express. Задачей южного моста является предоставление интерфейсов ввода-вывода для устройств компьютера. Поэтому по-английски он официально называется I/O Controller Hub (ICH) – контроллер-концентратор ввода-вывода. Он обеспечивает поддержку материнской платой низкоскоростных, но тем не менее важных шин.

К таким устройствам, встроенным в южный мост, относятся контроллер DMA (Direct Memory Access), контроллер прерываний, контроллеры устройств хранения данных (IDE и SATA-жёстких дисков и оптических приводов), контроллер питания и другие. Кроме того, современные южные мосты чаще всего содержат встроенные звуковые, сетевые, USB, RAID-контроллеры. К функциям южного моста также относится работа часов (Real Time Clock, RTC), специальной шины, позволяющей оперативное управление настройками платы, доступ к информации BIOS – базовой системы ввода-вывода. BIOS фактически является микропрограммой, позволяющей материнской плате обращаться к своим подсистемам и работать так, как нужно.

Интерфейсы для подключения Floppy, мыши и клавиатуры чаще всего не включаются в состав южного моста, эти функции осуществляются специальным контроллером, называемым SuperI/O. Кроме того, он следит за температурами, напряжениями и скоростями вращения вентиляторов.

Часто дополнительные, так называемые периферийные контроллеры, встроенные в южный мост, требуют дополнения в виде ещё одного чипа, чаще всего это контроллеры USB, FireWire, звука, сети.

Иногда встречаются чипсеты, состоящие только из одного чипа. Чаще всего это чипсеты для платформы AMD Athlon64. Это объясняется тем, что основная часть северного моста, контроллер памяти, перенесена в сам процессор.

Вернёмся к северному мосту. Одной из двух основных его функций является работа с оперативной памяти. На материнской плате для установки модулей памяти предусмотрены специальные разъёмы, называемые слотами DIMM. Чаще всего их 4, на материнских платах малых размеров иногда устанавливают только 2 слота. Многие контроллеры памяти в северных мостах позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Для этого шина памяти разделяется на два канала, а контроллер и доступ так и называют – «двухканальными».

На плате находится разъём для подключения питания, на сегодняшний день стандарт предусматривает установку минимум двух разъёмов – 24-контактного ATX и 4-контактного ATX12V для дополнительной линии 12В. Иногда производители материнских плат устанавливают 8-контактный EPS12V вместо ATX12V, через него можно подвести две линии 12В. Питание, подаваемое блоком питания, проходит преобразование, стабилизацию и фильтрацию с помощью силовых транзисторов («мосфетов»), дросселей и конденсаторов, составляющих VRM (Voltage Regulation Module, модуль регулирования напряжения).

Питание процессора и чипсета осуществляется одним VRM, питание модулей памяти – чаще всего другим. Дополнительно для стабилизации питания, подаваемого через разъёмы PCI Express, иногда устанавливаются стандартные разъёмы Molex.

На задней стороне материнской платы находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры и мыши, USB-устройств и многого другого.

Слоты PCI- Е для подключения карт расширения, они стандартизированы и позволяют подключить практически все возможные контроллеры.

Недалеко от краю платы обычно располагаются разъёмы для подключения накопителей – жёстких дисков и оптических приводов. Сегодня активно занимает лидирующую позицию интерфейс Serial ATA, постепенно вытесняя старый IDE даже с рынка оптических приводов. Также там обычно находится разъём Floppy (дисковода 3,5”-носителей), но в последнее время он морально устарел.

Все накопители подключаются к материнской плате с помощью специальных кабелей, называемых шлейфами.

На материнской плате также располагаются контакты для подключения кнопок и индикаторов на передней панели корпуса: кнопки включения и перезагрузки, индикаторы питания и активности жёсткого диска, системный динамик.

Любая материнская плата оборудована разъёмами для подключения вентиляторов. Количество их может быть разным, от двух-трёх до шести-восьми. Некоторые из этих разъёмов позволяют управление скоростями вращения вентиляторов.

На платах чаще всего также устанавливаются контактные колодки для подключения дополнительных разъёмов USB и FireWire.

В итоге с помощью всех этих встроенных в чипсет технологий, разъёмов, дополнительных контроллеров материнская плата фактически объединяет абсолютно все устройства, входящие в состав компьютера в целостную систему.

Напрямую в материнскую плату подключаются:

- процессор;

- оперативная память;

- видеокарта;

- накопители;

- карты расширения.

Через карты расширения моно подключить что угодно, начиная от монитора и заканчивая сканером или спутниковой антенной.

Микросхема энергонезависимой памяти CMOS

Важным компонентом, размещенным на системной плате (часто в системном чипсете), является микросхема CMOS-памяти. Она питается от своего локального аккумулятора (батарейки) и поэтому является энергонезависимой (сохраняет информацию при отключении компьютера от сети).

Название CMOS произошло от названия технологии исполнения её элементов. Память хранит информацию о параметрах многих устройств, входящих в ПК. Информация в ней может изменяться по мере необходимости, то есть память отслеживает текущую конфигурацию компьютера, на что не способна микросхема BIOS. Поэтому при загрузке компьютера BIOS берет необходимую для своей работы информацию об изменяемых параметрах компонентов ПК именно из этой памяти.

Так, из CMOS-памяти считывается информация об установленном МП, о типах и ёмкости оперативной и всех видах дисковой памяти, о работоспособности устройств компьютера и т. д. Чёткое отслеживание времени (в том числе и календаря), даже в отключенном от энергосети состоянии, также связано с тем, что информация о времени хранится в CMOS-памяти.

Микросхема постоянного запоминающего устройства

На плате можно увидеть батарейку, которая обеспечивает питание микросхемы CMOS- памяти, в которой содержится прошивка BIOS, и поддерживает работу системных часов.

BIOS хранится в чипе памяти, который чаще всего устанавливается в специальную «кроватку», но может быть и впаян на плату. Иногда бывает, что традиционный чип Flash ROM заменяют на чипы других типов, например, так поступает фирма-производитель Gigabyte.

BIOS (Basic Input/Output System, базовая система ввода-вывода) – это специальная микропрограмма, записанная во флеш - памяти, которая первой выполняется при включении компьютера. BIOS производит проверку всей системы, а также отвечает за конфигурацию компонентов, установленных в системе. Грамотные пользователи могут использовать возможности BIOS для тонкой настройки системы или разгона отдельных компонентов.

Существует возможность восстановить BIOS на материнской плате в том случае, когда информация в BIOS теряется (например, из-за сбоя электропитания при замене прошивки). В такой ситуации компьютер просто не работает, поэтому возможность восстановления информации в BIOS очень важна. Утраченная информация восстанавливается из второй микросхемы BIOS, установленной на плате, или с дискеты.

BIOS доступна постоянно, независимо от работоспособности внешних компонентов. В BIOS есть программа, которая называется System Setup, именно с её помощью пользователь управляет самыми глубокими настройками системы.

В современных материнских платах используются, как правило, микросхемы Flash BIOS, программы в которых могут перезаписываться при помощи специальных средств, что облегчает модернизацию этих программ при появлении новых устройств, которым нужно обеспечить поддержку (например, новых типов микросхем оперативной памяти).

У Flash BIOS есть один существенный недостаток. Существует много вирусов, которые, попав в систему, просто стирают все содержимое Flash BIOS, после чего системная плата выходит из строя. Самый известный из подобных вирусов - печально известный «Чернобыль», который испортил очень большое количество компьютеров. От вирусов можно защититься только одним способом - в System Setup запретить перезапись содержимого BIOS. Если эта опция активизирована, то ни один вирус ничего сделать не сумеет.

Основные производители BIOS: Award, Phoenix, Ami.

Разъёмы для подключения модулей оперативной памяти

Системная плата имеет разъёмы (слоты) для установки определённых модулей оперативной памяти. Для модулей ОЗУ используются 30-, 72- и 168-контактные разъёмы и они сгруппированы в 2-4 слотах. Слоты с 30 и 72 контактами рассчитаны на модули памяти типа SIMM, которые в новых машинах уже не используются, 168-контактные слоты предназначены для современных модулей DIMM.

С точки зрения поддерживаемой оперативной памяти, важными характеристиками СП являются также число слотов памяти, рабочая тактовая частота памяти (например, память PC 100, PC 133 и т. п.), общая ёмкость поддерживаемой памяти (так, чипсет i815 обеспечивает работу только 512 Мбайт памяти, в то время как 440ВХ, i820 и VIA Apollo - 1024 Мбайт).

Количество разъёмов (слотов) памяти на материнской плате может быть от 1 до 16. Чем больше на плате слотов, тем больше модулей памяти можно на неё установить. Наличие свободных слотов бывает удобно во многих случаях. При апгрейде системы можно установить дополнительные модули памяти в свободные слоты, при этом старые модули тоже остаются на своих местах.

Для работы памяти в двухканальном режиме тоже необходимо свободное место под память, т.к. в этом случае модули памяти нужно устанавливать попарно.

В двухканальном режиме вся оперативная память разбивается на два блока, с каждым блоком памяти работает отдельный независимый контроллер, благодаря чему эффективная пропускная способность удваивается. Для работы в двухканальном режиме необходимо использовать модули памяти одинакового объёма с одинаковыми характеристиками, установленные парами.

На материнских платах для персональных компьютеров устанавливается от 2 до 4 слотов памяти. Для серверов и рабочих станций наличие большего количества слотов памяти (от 4 до 16) - нормальное явление, так как для их работы требуется большой объём оперативной памяти.

Максимальная частота памяти от 133 до 2000 МГц. Чем выше частота работы оперативной памяти, тем больше её пропускная способность и выше общая производительность системы.

В четырёхканальном режиме вся оперативная память разбивается на четыре блока, с каждым блоком памяти работает отдельный независимый контроллер, благодаря чему эффективная пропускная способность увеличивается в четыре раза.

Для работы в четырёхканальном режиме необходимо использовать модули памяти одинакового объёма с одинаковыми характеристиками, установленные группами по четыре штуки. Четырёхканальные контроллеры памяти используются в основном в серверных платформах, где требуется высокая скорость работы с памятью.

Микросхемы кэш-памяти 2-го уровня

На системных платах может размещаться дополнительная кэш-память второго уровня (Cache Level 2), которая предназначена для ускорения процесса обмена данными между процессором и оперативной памятью. Она служит для временного хранения часто используемых данных и команд, снимая во многих случаях необходимость обращения к более медленной оперативной памяти.

Расположенная непосредственно на материнской плате кэш-память относится, как правило, ко второму уровню, так как во многих процессорах уже имеется встроенная в кристалл кэш-память первого уровня. Объём Cache Level 2 на СП варьируется от 512 до 2048 Мбайт.

Микросхемы кэш-памяти выполнены в корпусах типа DIP или SOP и устанавливаются либо в соответствующие разъёмы DIP-панельки, либо распаиваются непосредственно на плате.

Синхронная кэш-память может размещаться в специальных модулях COAST, очень напоминающих модуль SIMM и устанавливаемых в специальный разъём.

Современные модели процессоров Pentium имеют Cache Level 2 на плате самого процессора, поэтому для них кэш-память на материнской плате может отсутствовать.

Видеокарта

В современных компьютерах создают на материнской плате встроенный видеопроцессор. Это делается для того, чтобы не нужно было покупать отдельную видеокарту.

Но в большинстве случаев, производительность встроенного видеопроцессора невелика, он годится в основном для работы с офисными приложениями. В качестве видеопамяти для такой встроенной графики обычно используется часть оперативной памяти компьютера. На материнских платах со встроенной графикой устанавливается разъём VGA HD D-SUB 15-pin.

Блок конфигурационных перемычек

На системных платах располагаются также перемычки («джамперы») и DIP-переключатели, используемые для конфигурирования различных компонентов: переключатели используемого напряжения (10 В, 12 В и т. д.), переключатели внутренней частоты МП и другие.

«Джампер» представляет собой съёмную перемычку, устанавливаемую на штырьковые контакты системной платы.

DIP-переключатели - это миниатюрные выключатели в DIP-корпусе.

В современных компонентах пытаются сократить количество механических переключений, перекладывая их на автоматические программно-управляемые электронные схемы. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к категории PnP-устройств (PnP – это Plug and Play, «Включай и работай»).