VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

ВВЕДЕНИЕ

Без сoмнений, незаслуженно малое внимание уделяется такой основополагающей составляющей основе компьютера, как материнской плате. По большей части это проблема слабого понимания большинства рядовых потребителей того, что собой представляется эта весьма непростая деталь.

На что обращает внимание при покупке компьютера покупатель среднего класса? На частоту процессора и объем видеокарты в первую очередь. На размер оперативной памяти и винчестера во вторую очередь. Мало кто заглядывает дальше этого, а интересующихся частотными и прочими характеристиками материнских плат – вообще очень мало. А ведь если процессор - это мозг каждого компьютера, то и материнская плата тоже не менее важный функциональный компонент ПК, соединяющий все остальные устройства между собой. Целью этого реферата является восполнение пробелов в знании в этой неоднозначной и запутанной области.

Материнская плата — это многослойная печатная плата, являющаяся основой ЭВМ, определяющая ее архитектуру, производительность и осуществляющая связь между всеми подключенными к ней элементами и координацию их работы.

В качестве основных частей материнская плата имеет разъём процессора, микросхемы чипсета, загрузочного ПЗУ, контроллеров шин и интерфейсов ввода-вывода и периферийных устройств. ОЗУ в виде модулей памяти устанавливаются в специально предназначенные разъёмы; в слоты расширения устанавливаются карты расширения.

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

Главная задача материнской платы - соединить и обеспечить совместную работу всех элементов компьютера.

Основой любой современной материнской платы является чипсет.

Чипсет - это совокупность микросхем, обеспечивающих согласованную совместную работу составных частей компьютера и их взаимодействие между собой. Чипсет, как правило, состоит из двух основных микросхем, чаще всего называемых "северным" и "южным" мостами.

Северный мост - это часть системной логики материнской платы, обеспечивающая работу основных узлов компьютера - центрального процессора, оперативной памяти, видеокарты. Именно он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express, к которой подсоединяется видеокарта. В некоторых случаях северный мост может содержать интегрированный графический процессор.

Южный мост - обеспечивает подключение к системе менее скоростных устройств, не требующих высокой пропускной способности - жёсткого диска, сетевых плат, аудиоплаты и т.д., а также шин PCI, USB и др., в которые устанавливаются разного рода дополнительные устройства.

Наличие северного и южного мостов - классическая, общепринятая схема построения чипсета, на котором базируется системная плата. Но существуют также схемы, отличающиеся от традиционных схем. Это касается в первую очередь компьютеров на базе современных процессоров, содержащих в себе элементы, в большей или меньшей степени выполняющие функции северного моста (чаще всего - контроллер оперативной памяти, интегрированное графическое ядро). На системных платах для таких процессоров северный мост существенно упрощен.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ

Сокет. Тип установленного на материнской плате сокета (разъема) процессора.

Форм-фактор материнской платы. Форм-фактор определяет габариты, установочные отверстия, разъемы питания материнской платы, а также требования к системе охлаждения.

Максимальная частота шины, МГц. Максимальная частота шины, поддерживаемая материнской платой. Чем больше частота шины, тем выше ее пропускная способность и общая производительность системы.

Тип памяти. Тип памяти, поддерживаемой материнской платой.

Максимальная частота памяти, Мгц. Максимальная частота оперативной памяти, поддерживаемая материнской платой. Чем выше частота работы оперативной памяти, тем больше ее пропускная способность и выше общая производительность системы.

Максимальный объем памяти, Гб. Максимальный объем памяти, поддерживаемый материнской платой.

BIOS. Производитель BIOS материнской платы. BIOS - 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.

Восстановление BIOS. Возможность восстановления BIOS на материнской плате. Возможны случаи, когда информация в BIOS теряется (например, из-за сбоя электропитания при замене прошивки). В этих случаях компьютер просто не работает, поэтому возможность восстановления информации в BIOS очень важна.

Технические характеристики материнской платы:

• Количество слотов PCI-E х 16

• Количество слотов PCI-E, установленных на материнской плате.

• Количество слотов IDE

• Количество слотов (разъемов) IDE, установленных на материнской плате.

• Контроллер Ethernet

• Тип контроллера Ethernet , установленного на материнской плате.

• Контроллер SCSI

• Стандарт, который поддерживает контроллер SCSI. SCSI - высокоскоростной интерфейс передачи данных, обычно используется для подключения устройств, требующих большой скорости передачи данных, например, жестких дисков.

• Контроллер Bluetooth

• Наличие контроллера Bluetooth. Bluetooth - беспроводная технология передачи данных. Максимальная скорость - 720 Кб/c, максимальная дальность действия - 10 метров.

• Звуковая схема

• Поддерживаемая звуковая схема (число звуковых каналов).

• Встроенный графический процессор

• Наличие на материнской плате встроенного графического процессора.

• Преимущество встроенной графики заключается в том, что вам не нужно покупать отдельную видеокарту. Но в большинстве случаев производительность встроенного видеопроцессора невелика, он годится в основном для работы с офисными приложениями.

• Графический чипсет

• Производитель и название графического чипсета (видеопроцессора), установленного на материнской плате.

• Количество разъемов SATA

БАЗОВЫЕ ТИПЫ УСТРОЙСТВ

В целом можно выделить следующие типы материнских плат:

Устаревшими являются форматы: Baby-AT; полноразмерная плата AT; LPX. Современные и массово применяемые форматы: ATX; Mini-ATX; microATX. Внедряемые форматы: Mini-ITX и Nano-ITX; Pico-ITX FlexATX; NLX; WTX, CEB; BTX, MicroBTX и PicoBTX.

Полноразмерная плата AT

Плата AT по своим габаритам соответствует системной плате оригинального компьютера IBM AT. Это большая плата размером приблизительно 30,5х33 см., разъемы слотов которые должны совпадать с отверстиями в корпусе. Такая плата помещается только в полноразмерный корпус AT. Поскольку их невозможно установить в самых распространенных сейчас корпусах Baby-AT и Mini-Tower, производство таких плат практически прекратилось.

LPX

Другой популярной платой является плата LPX (и Mini-LPX). Хотя такие системные платы сами по себе уже не выпускаются, их конструкции используются другими производителями. Они применяются в широко распространенных сейчас корпусах с уменьшенной высотой и Slimline. Платы LPX во многом отличаются от остальных. Например, слоты расширения смонтированы на отдельной выносной плате, которая вставляется в системную плату.

АТХ

Новая конструкция АТХ была разработана сравнительно недавно. В ней сочетаются наилучшие черты стандартов Baby-AT и LPX и заложены многие дополнительные усовершенствования. По существу, АТХ - это "лежащая на боку" плата Baby-AT с измененным разъемом и местоположением источника питания. Главное, что необходимо знать о конструкции АТХ, - это то, что она физически несовместима ни с конструкцией Baby-AT, ни с конструкцией LPX. Другими словами, для системной платы АТХ нужны особый корпус и источник питания.

Системная плата АТХ, по сути, представляет собой конструкцию Baby-AT, повернутую на бок. Слоты расширения параллельны более короткой стороне и не мешают гнездам процессора, памяти или разъемам ввода-вывода. Кроме полноразмерной схемы АТХ, фирма Intel описала конструкцию Mini-ATX, которая будет размещаться в таком же корпусе. Отверстия в корпусе располагаются так же, как в Baby-AT. В будущем, возможно, будут разработаны корпуса, поддерживающие конструкции и АТХ, и Baby-AT. Для источников питания потребуется сменный разъем, но основная конструкция источника питания АТХ аналогична конструкции стандартного источника питания Slimline.

В будущем, благодаря своим преимуществам, конструкция АТХ распространится более широко, но пока из-за проблем, связанных с совместимостью с предыдущими компьютерами, ей пока что трудно "побить" конструкцию Baby-AT, и сегодня на рынке гораздо больше системных плат, корпусов и источников питания для Baby-AT, чем для их АТХ-версий.

Стандарт LPX, вероятно, по-прежнему будет использоваться в дешевых компьютерах, например таких, которые продаются в розницу в супермаркетах электроники. Конструкции компьютеров разных фирм с платами LPX иногда различаются, поэтому могут возникнуть проблемы, связанные с взаимозаменяемостью плат и корпусов. Лучше не приобретайте компьютер LPX, если вы намерены его модернизировать, потому что найти подходящую плату будет довольно сложно. И, кроме того, выбор плат расширения и дисковых накопителей для такого компьютера весьма ограничен.

NLX

Последней разработкой в области системных плат для настольных ПК стала технология NLX, и, возможно, именно она окажется ведущей технологией ближайшего будущего. Платы этого стандарта, на первый взгляд, напоминают платы LPX, но на самом деле они значительно усовершенствованы. Если на платы LPX нельзя установить самые новые процессоры из-за их более крупных размеров и повышенного тепловыделения, то в разработке NLX эти проблемы прекрасно разрешены. Вот каковы основные преимущества этого нового стандарта, перед остальными.

Системная плата NLX и платы ввода-вывода (располагающиеся, как и в конструкции LPX, параллельно системной) теперь легко вставляются и вынимаются, при этом другие платы, в том числе и расположенные вертикально, остаются нетронутыми. Легче добраться и до самого процессора, который охлаждается теперь гораздо лучше, чем в системах с тесно расположенными компонентами. Поддержка плат расширения различного размера позволяет выпускать системы различных модификаций.

Стандарт NLX обеспечивает максимальную гибкость систем и самое оптимальное использование свободного пространства. Даже самые длинные платы ввода-вывода устанавливаются без труда и не задевают при этом никаких других системных компонентов, что было настоящей проблемой для компьютеров типа Baby-AT.

АНАЛИЗ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Предназначение компьютера в значительной степени влияют на выбор поставщика материнской платы.

Для нужд предприятия выгоднее приобретение готового компьютера (или решения, например «клиент-сервер» или блейд-сервер с закупкой или лизингом готового решения).

Для персонального пользования в качестве основного устройства позиционируется портативный компьютер. Материнские платы ноутбуков существенно отличаются размерами — это обеспечивает компактные габариты и низкое энергопотребление ноутбука, но приводит к меньшей надёжности, проблемам с теплоотводом, значительному увеличению стоимости материнских плат, а также отсутствию взаимозаменяемости.

Таким образом, покупка отдельной материнской платы обоснована созданием компьютера «особой» конфигурации, например малошумного или игрового. Наиболее известными производителями материнских плат для такого решения на российском рынке в настоящее время являются фирмы Asus, Gigabyte, MSI, Intel,Biostar, Elitegroup, ASRock.

В России материнские платы производит компания «Формоза».

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ

Производители материнских плат

На практике существует несколько хорошо зарекомендовавших себя производителей. К надежным производителям материнских плат относятся компании: ASUS, Gigabyte, Intel, MSI. Особо конкурируют между собой компании ASUS и Gigabyte, которые имеют самые мощные материнские платы. Материнская плата Asus P7P55D PRO - образец новейших технологий и инноваций от ASUS, обустроена интегрированным контролером памяти, дающим возможность поддерживать память DDR3. Также данная модель предоставляет возможность работы в двухканальном режиме и поддерживает 16 линий PCI Express 2, позволяя обрабатывать мощнейшие графические элементы.

Материнская плата может использовать два популярных режима работы с несколькими видеокартами: SLI и Crossfire, предоставляя возможность использовать одновременно четыре видеокарты! Также стоит отметить технологию Turbo EVO позволяющая максимально разгонять процессор, а также систему охлаждения T.Probe и улучшенную (в два раза больше, чем на других материнских платах) скорость обмена данными, благодаря новинке PCle 2.0. На мой взгляд, эта материнская плата является фавориткой.

Материнская плата Gigabyte GA-X58A-UD9, менее известной, чем ASUS, тайваньской фирмы Gigabyte Technology. Тайваньская материнская плата имеет шесть слотов под память DDR3 2200 + два порта SATA 6.0 и целых восемь SATA 3.0. Gigabyte GA-X58A-UD9 также имеет возможность поддержки нескольких видеокарт, а кроме того, интересную новинку – водоблок, для экстренного охлаждения системы. Но, к сожалению, приобрести этого "монстра" пока невозможно, так как тайваньские разработчики еще не назначили цену своему продукту.

По прогнозам, рынок настольных персональных компьютеров постоянно растёт, из этого следует, что развитие материнских плат играет огромную роль. Современные материнские платы для многофункциональной и быстрой работы всех входящих в неё компонентов должны обладать более высокой производительностью и скоростью. Также к развитию функциональных особенностей можно отнести: керамическое покрытие радиаторов, рамку охлаждения, эффективное управление питанием, предотвращение внезапного электрического разряда, минимизация электромагнитных излучений, улучшенная совместимость с модулями памяти различных производителей. То есть следует ожидать каких-то новинок или модернизаций в сфере материнских плат. Например, производители разрабатывают и внедряют на платы дополнительные управляющие микросхемы. Компания ASUS начала интегрировать в свои решения пару управляющих процессоров TPU и EPU. Модуль TPU обеспечивает максимальной производительностью. А модуль EPU, обеспечивает оптимальный режим потребления энергии, а также минимизирует уровень шума системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Материнская плата является неотъемлемой частью персонального компьютера, без которой впрочем, не было даже и телефонов, ведь материнские платы тоже в них входят, но более уменьшенные. Развитие плат идёт стремительно, а появление новых технологий и идей гарантирует светлое будущее компаниям производителям, а покупателям быстродействие, надежность и удобность в эксплуатации материнской платы.

Код для цитирования: Скопировать