Обзор всех разъемов материнской платы компьютера

Распиновка разъемов блока питания компьютера по цветам и напряжению

Компьютерный блок питания подключается к потребителям внутри корпуса ПК с помощью разъемных соединений. Это позволяет быстро отключить и подключить устройства для диагностики или замены. Хотя разработчики большинства разъемов предусмотрели защиту от неправильного включения, и соединить коннекторы неверно невозможно, знать, что представляет собой распиновка блока питания компьютера – важно. Это позволит избежать проблем при комплектовании или модернизации ПК.

Вольтаж и цветовая маркировка кабелей

В целях приведения к единому стандарту и минимизации ошибок при монтаже и подключении, для каждого напряжения принято использовать провода с соответствующим цветом изоляции. Это помогает быстро сориентироваться и при диагностике компьютера. По цветам проводов напряжения маркируются:

• 0 В (земля, общий провод) – черный;
• +5 вольт – красный;
• -5 вольт – белый;
• +12 вольт – желтый;
• +3.3 вольта – оранжевый;
• -12 вольт – синий.

Для напряжений, применяемых не для питания компонентов компьютера (сигналы управления и т.д.), используются другие цвета, даже если уровни напряжения совпадают с указанными. Этих стандартов придерживаются даже малоизвестные производители электроники из Юго-Восточной Азии. Другое дело, что их цветовая маркировка зачастую не позволяет отличить оранжевый цвет от желтого или красного, а иногда и черный от синего или фиолетового цвета.

Виды разъемов для питания компонентов ПК

Форму и положение разъемов внутреннего блока питания персональных компьютеров регулирует стандарт ATX, пришедший на смену устаревшему AT. Для подключения устройств к источнику электрической энергии в основном применяются:

• ATX 20 (20+4, 24) – для энергоснабжения материнской платы;
• коннектор 4 или 8 пин – для питания процессора;
• Molex – для питания многих периферийных устройств;
• SATA power – для питания жестких или твердотельных дисков;
• PCI Expess – для запитки видеокарт.

Также внутри ПК можно найти и другие разъемы. Некоторые устарели и встречаются редко (например, для питания приводов для гибких дисков), другие только набирают популярность.

Для материнской платы (ATX 20, 24 pin)

Самый большой по габаритам разъем, отходящий от блока питания, подключается к материнской плате. Он содержит 24 гнезда (на плате 24 штырька соответственно). Еще можно встретить разъемы питания устаревших компьютеров на 20 выводов. Распиновка и цветовая маркировка 24-выводного разъема приведена на рисунке.

Часть каналов являются сигнальными и служат для управления блоком питания:

• вывод 8 — Power OK (PWR_OK, PWR_good) – сигнал на материнскую плату «питание включено»;
• вывод 16 -Power ON – сигнал от материнской платы, разрешение на подачу напряжения, в режиме ожидания на нем +5 вольт (подтянуто резистором), в режиме разрешения – 0 вольт (на материнской плате соединяется с общим проводом);
• вывод 13 дополнительный коричневый провод — Sense – обратная связь для автоматической регулировки напряжения.

Также надо отдельно отметить напряжение Stand by на фиолетовом проводе (вывод 9). Оно предназначено для питания внутренней схемы БП и одновременно служит в качестве дежурного напряжения для запуска компьютера.

В 20-контактном разъеме отсутствует секция из 4-х крайних выводов – пары 11-12 и 23-24. В новом, 24-контактном коннекторе, эта секция может быть выполнена съемной.

Для процессора

Производительность процессоров в последние десятилетия неуклонно растет. Растет и их энергопотребление. Питаются процессоры от преобразователей напряжения (VRM), установленных на материнской плате. Около двух десятилетий назад произошел массовый переход запитки VRM с напряжения +5 вольт на уровень +12 вольт. Связано это с тем, что для передачи одинаковой мощности при большем напряжении требуется меньший ток. VRM получают электроэнергию по отдельному кабелю с разъемом, состоящим из 4 пинов. Два контакта предназначены для напряжения+12 вольт (желтый провод) и два – земля (провод в черной изоляции).

Гнезда на разъеме и пины на плате расположены в два ряда по назначению. Два вывода выполняют функцию ключа – их форма отличается от остальных, поэтому ошибочное подключение невозможно.

С ростом производительности стало расти количество VRM (сначала на серверах, потом и на персональных компьютерах), поэтому встал вопрос о рациональном распределении мощности. Вопрос решен применением 8-пиновых коннекторов. В них подводимая мощность распределяется на 4 пары проводников.

В остальном от предыдущего варианта принципиальных отличий нет. Коннектор содержит два ряда гнезд — +12 вольт и 0 вольт, только по 4 в ряд.

Прогресс не остановить, потребление энергии процессорами будет только расти. Похоже, 4-пиновые разъемы свой век отжили и уходят в прошлое.

Для видеокарты (PCI Express)

Видеокарты предыдущих поколений, имеющие невысокую производительность, и современные модели бюджетного класса питаются от разъема PCIe х 16, к которому они подключаются. Напряжение на этот терминал поступает от материнской платы, которая, в свою очередь, запитывается от БП через 24(20)-контактный коннектор. Этого хватает для передачи 75 ватт.

Современным производительным картам этого недостаточно, поэтому для них предусмотрен дополнительный вход питания PCI Express. Изначально он представлял собой коннектор на 6 контактов и позволял обеспечить дополнительное энергоснабжение мощностью 75 ватт. Очень скоро этой пропускной способности стало недостаточно, и последующие стандарты ATX пополнил разъем на 8 контактов и на 120 ватт.

Также этот разъем выпускается в универсальном формате 6+2, позволяющий использовать его как для 6-пиновых коннекторов видеокарт, так и для 8-пиновых.

Для самых современных видеокарт производители применяют коннекторы с двенадцатью контактами, но они пока широкого распространения не получили.

Для жестких дисков и прочих устройств (SATA, MOLEX)

Для подключения жестких дисков и некоторой другой периферии долгое время использовался разъем Molex (по названию фирмы-изготовителя). Его достоинство – вилки и розетки с большими, мощными контактами, надежно работающими при больших токах.

Втычные элементы расположены в один ряд. Разъем также имеет ключ, исключающий неверное соединение. Два внутренних пина предназначены для земляных проводов (черных). К крайним подключаются проводники с напряжением +5 вольт и +12 вольт. Каждый контакт рассчитан на ток в 11 ампер, что позволяет передать по пятивольтовому каналу 55 ватт, а по двенадцативольтовому – 132 ватта. Распиновка коннектора Молекс показана на рисунке.

Передаваемая по линии питания мощность ограничивается не только нагрузочной способностью разъема, но и сечением проводов подключенного кабеля, шириной дорожек печатной платы и т.д. Для определения наибольшей мощности линии надо выбирать возможности наименее мощного компонента.

В связи с возросшей популярностью стандарта SATA, разъемы Molex вытесняются коннекторами питания SATA, имеющими 15 выходов. На каждое напряжение задействовано 3 пина, что позволяет передавать большую мощность, не увеличивая сечение проводников и сохраняя гибкость кабеля. Группы напряжений разделены группами нулевых проводов (по 3 проводника). Распиновка разъема – в таблице.

Номер контакта	Цвет провода	Уровень напряжения, В
1	Оранжевый	+3,3
2	Оранжевый	+3,3
3	Оранжевый	+3,3
4	Черный	0 В
5	Черный	0 В
6	Черный	0 В
7	Красный	+5
8	Красный	+5
9	Красный	+5
10	Черный	0 В
11	Черный	0 В
12	Черный	0 В
13	Желтый	+12
14	Желтый	+12
15	Желтый	+12

Стандарт SATA предполагает подключение устройств двумя разъемами – для питания и для передачи данных. Их путать не следует.

Какие могут понадобиться переходники

При модернизации компьютера или при изначальной сборке может получиться так, что у блока питания отсутствуют необходимые разъемы для подключения периферийных устройств, и подобрать БП со всеми необходимыми коннекторами не удается. В этом случае выручат переходники с одних типов соединительных терминалов на другие. Так, если вместо устаревшего жесткого диска с питанием посредством разъема Молекс устанавливается новое устройство, выполненное по стандарту SATA, потребуется жгут с двумя коннекторами: с одной стороны Molex, с другой — SATA-Power.

Если у БП имеются незадействованные разъемы SATA, их можно использовать для питания производительных видеокарт. Для этого понадобится соответствующий переходник.

Если на материнской плате предусмотрен разъем для питания VRM (процессора) на 8 контактов, а в БП коннектор рассчитан на 4 (и наоборот), также можно приобрести специальный переходной жгут. Но его можно не покупать – эти разъемы полностью совместимы, и прекрасно подходят друг к другу без переходных кабелей.

Если на блоке питания разъем для материнской платы содержит 20 пинов, а на блоке питания – 24 (и наоборот), то тут также поможет жгут с двумя разъемами.

Это основные переходные кабели. В процессе сборки компьютера могут понадобиться и другие переходники. Все они имеются в продаже.

Вывод и тематические видео

Многообразие разъемов, применяемых в системе питания ПК, с одной стороны создает определенную растерянность у неопытных пользователей, решивших собрать новый компьютер или модернизировать старый. С другой стороны, это удобно – меньше возможностей что-то неверно подключить. Несколько облегчит жизнь введение стандарта ATX12VO, предусматривающий питание всех устройств только от 12 вольт. В любом случае, сведения, приведенные в обзоре, будут полезны.

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Обзор всех разъемов материнской платы компьютера

Приветствую всех, уважаемые читатели блога Pc-information-guide.ru! В предыдущих своих статьях, а конкретно — в этой, я упоминал про некие порты или разъемы, которыми буквально «нашпигована» любая современная материнская плата. Так вот, в этой статье попытаемся вместе с вами разобраться в назначении этих разъемов.

Схема

Разъемы на материнских платах могут располагаться, как внутри корпуса компьютера (их мы не видим), так и снаружи — на задней и передней части системного блока. Последние — зачастую дублируют друг друга для удобства подключения различных устройств. Вся информация, которая пойдет ниже, актуальна и в том случае, если у вас ноутбук, потому что его порты ничем не отличаются от таковых на обычном ПК.

Для комплектующих

И это является первой категорией разъемов, пожалуй, самой обширной из всех. В неё входит большое количество разъемов на материнской плате компьютера. Если вы уже знакомы с устройством компьютера, то должны знать, что материнская плата является самой главной «платой» в компьютере, ведь к ней подключаются все остальные компоненты, такие как: процессор, видеокарта, оперативная память и другие. Поэтому, для всех этих устройств предусмотрены свои разъемы.

Процессор

Процессорный разъем на материнской плате компьютера еще часто называют «сокетом» (от англ. — «socket»). Давайте представим, что сокет — замок, а процессор — ключ от него. Получается, что для отдельно взятого замка подойдет лишь свой ключ. Только в нашем случае, к условному «замку» может подойти одновременно несколько «ключей» (процессоров). Понимаете о чём я? Каждый сокет ограничивает количество процессоров, которые могут быть в него установлены. У меня уже была отдельная статья про сокеты, рекомендую почитать.

Определить местоположение сокета легко, он выглядит как большой квадрат с множеством «дырок», либо «штырьков», и находится практически в самом центре платы — ближе к её верху. Для разных фирм процессоров используются свои сокеты, например, для Intel подходят следующие типы сокетов:

• Socket 1150
• Socket 1155
• Socket 1356
• Socket 1366
• Socket 2011

А вот процессоры от AMD используют вот такие сокеты:

• Socket AM3
• Socket AM3+
• Socket FM1
• Socket FM2

Для оперативной памяти на материнской плате также предусмотрен свой разъем, а точнее несколько. Они имеют продолговатую форму и располагаются чуть правее процессора, а их количество, как правило, не превышает 4-х штук. На момент написания этой статьи, в мире повсеместно уже используется память типа DDR3, хотя кое где еще встречаются и DDR2. Про все их отличия можно почитать вот здесь.

Сейчас же, нас интересует только то, что для DDR2 и DDR3 предусмотрены свои порты. И нельзя просто так взять и установить память DDR2 в порт для DDR3, она просто туда не войдет. К слову, эти различия в портах заметны даже визуально. А еще, при взгляде сверху можно заметить различный окрас этих разъемов, например из 4-х портов под ОЗУ — два из них окрашены в один цвет, а два других — в другой цвет. Это так называемый «двухканальный» режим.

Видеокарта

Существует и для видеокарты свой разъем на материнской плате. Когда-то, давным давно, для подключения видеокарты активно использовался интерфейс «AGP», который затем был успешно заменен на «PCI e x16» или «PCI express x16». В данном случае цифра 16 — количество линий. Бывают еще x4 и x1, но в них видеокарту уже не установишь.

Разъемы видеокарты располагаются в нижней части материнской платы, причем их может быть несколько, я имею в виду PCI express x16. Правда, такое встречается не часто, лишь на «игровых» материнский платах, а все это нужно для создания SLI, либо Cross Fire. Это когда несколько видеокарт, часто не более двух, подключаются к материнке и работают параллельно, то есть их мощность объединяется, грубо говоря.

Жесткий диск

В качестве интерфейса для подключения жесткого диска к материнской плате очень часто используют кабель «SATA», который подключается к соответствующему разъему. Есть и другие варианты подключения, такие как: IDE и FDD, например. FDD уже не используется, раньше он служил для подключения Floppy дисковода, куда вставлялись дискеты. А вот IDE в прошлом был основным вариантом подключения жестких дисков, пока ему на замену не пришел разъем «сата».

Сейчас даже дисководы оптических дисков (компакт-дисков) подключаются к материнской плате при помощи сата разъема. Есть различные поколения Sata, которые выглядят одинаково, но отличаются скоростью передачи данных. Также, существуют разновидности разъема Sata — «eSata», «mSata», которые отличаются уже конструктивно. Кроме того, некоторые HDD можно подключать и через USB порт, не говоря уж про «SCSI», или не менее экзотический «Thunderbolt».

Питание

На материнской плате разъемы питания находятся в двух местах: рядом с оперативной памятью (24-х контактный разъем) и чуть выше процессорного сокета (питание процессора — видно на схеме в самом начале статьи). Если хотя бы один из этих разъемов не подключить — компьютер не будет работать. На старых материнских платах (до 2001–2002 г.) этот разъем имел всего 20 контактов, сейчас же их количество может быть в диапазоне 24–28. Это и есть основной разъем питания материнских плат.

Охлаждение

Без охлаждения ни один компьютер не сможет работать длительное время, поэтому для эффективного охлаждения в компьютере установлены кулеры (вентиляторы), самый главный из них предназначается для охлаждения процессора и установлен прямо на нем. Для питания этих вентиляторов на материнской плате предусмотрены специальные разъемы, имеющие два, три или четыре контакта:

• 2 контакта — это обычный кулер;
• 3 контакта — вентилятор с тахометром;
• 4 контакта — кулер, использующий широтно-импульсный преобразователь, который позволяет изменять скорость его вращения. Процессорный кулер подключается как раз к этому разъему.

При желании обычные вентиляторы (без возможности контроля оборотов) можно запитать от разъема «Molex» блока питания. Такое может понадобиться в том случае, если на материнской плате нет свободных разъемов для кулеров.

Дополнительные устройства

В это число входят разнообразные дополнительные платы расширения: аудиокарты, сетевые карты, RAID-контроллеры, ТВ-тюнеры и так далее. Все они могут подключаться к материнской плате через PCI разъем, но не который «express», а обычный. Сюда же надо отнести разъем круглой формы для батарейки «CMOS», из-за которой время на компьютере не сбивается каждый раз при выключении, как не сбиваются и настройки биоса.

Обратите внимание на штекер разъема CD IN на материнской плате, он необходим для подключения CD приводов с возможностью прослушивания компакт дисков и управлением — переключением треков впередназад. Где-то рядом торчат штырьки, подписанные как «SPDIF» — этот разъем можно использовать для подключения домашнего кинотеатра, например. Для этого заказывается специальная планка с этим портом, которая крепится к задней стенке системного блока, планка соединяется с материнкой посредством кабеля.

Порт SPDIF, как правило, присутствует на дорогих материнских платах. На бюджетные модели он не ставится, однако на самой плате можно найти контакты, предназначенные для подключения этого порта.

На передней панели системного блока

На передней панели любого современного (и не очень) компьютера для удобства расположены несколько USB разъемов, а также вход для подключения наушников и микрофона — последний, обычно окрашен в розовый цвет. Но, как вы понимаете, эти разъемы сами по себе работать не будут, их необходимо подключить с помощью проводов к материнской плате. Для этого не ней предусмотрены контакты, которые подписаны соответствующим образом.

Те же манипуляции необходимо проделать и с аудио выходами (группа контактов «FP Audio» или «Front Panel Audio»), а так же с картридером — если он установлен на передней панели. Картридер — это крайне удобное устройство для чтения карт памяти и его нужно присоединить с помощью проводов к штырькам, предназначенным для подключения USB портов.

А еще на передней панели частенько можно встретить порт IEEE 1394 (FireWire), используемый для подключения цифровых устройств типа фото или видео камеры. И для него на материнской плате так же предусмотрены контакты, которые подписаны. Вообще, о том, куда что и как подключать — всегда пишут в инструкции к материнской плате, но, как видите, разобраться вполне реально и самому.

Ну вроде все (шучу), есть же еще кнопки включениявыключения компьютера и светодиодные индикаторы его работы. Для их подключения на материнской плате выделена особая область с контактами, расположенная ближе к нижней её части (рядом с батарейкой). Сразу оговорюсь, единого стандарта нет, поэтому вид и расположение этих контактов на каждой материнской плате может быть своим.

Итак, кнопка включения компьютера (Power) и кнопка перезагрузки (Reset) подключаются к материнской плате с помощью коннекторов Power switch и Reset switch — соответственно. С помощью похожих коннекторов подключается индикатор работы компьютера (Power Led) и индикатор загрузки жесткого диска (HDD Led). Выглядят эти коннекторы как небольшие пластмассовые «колодки» с двумя проводами (2 «пина»), один из них — плюс, другой — минус.

Существует два типа подключения (2 разновидности) контактных площадок на материнской плате, отведенных под кнопки и индикаторы фронтальной панели:

• широкое подключение — самый удобный вариант;
• малое подключение;
• вообще без надписей. Например, многие платы фирмы MSI вообще не указывают обозначения, и разобраться с подключением там можно лишь с помощью инструкции.

На задней стенке системного блока

На задней части системного блока расположено множество разъемов, некоторые из которых полностью дублируют те, что расположены спереди. Их количество может быть абсолютно разным, опять же, все зависит от модели материнской платы.

На сегодняшний день этот разъем считается устаревшим, однако на многих материнках он до сих пор присутствует и неплохо себя чувствует, так сказать. Используется для подключения мыши или клавиатуры. Примечательно, что существуют переходники с USB на PS/2.

COM порт

На современных материнских платах встретить разъем COM практически невозможно. Ранее, он использовался для подключения всяких принтеров и других периферийных устройств, которые сейчас уже подключаются по USB. У COM порта есть аналог — LPT, который еще менее распространен, он имеет продолговатую форму и окрашен в розовый цвет.

USB порты

Как правило, если спереди этих разъемов 4 штуки, то сзади — их как минимум не меньше. Опять же, все сделано для того, чтобы вы могли подключить одновременно как можно больше устройств к своему компьютеру. И если передние порты обычно заняты всякого рода флешками, то к задним чаще подключают «долгоиграющие» устройства, то есть которые вы не будете постоянно присоединятьотсоединять. Ну, например, это может быть клавиатура с мышью, а также принтеры, сканеры.

Есть две основных разновидности этих портов:

Конечно же, третья версия — предпочтительнее по причине более высокой пропускной способности, такой порт даже помечается другим цветом — синим.

USB 2.0 и 3.0 — совместимы между собой.

Сеть и интернет

За сеть и за интернет отвечает один единственный разъем — «Ethernet», который еще иногда называют «RJ 45». Если присмотреться, то можно заметить, что на этом разъеме есть маленькие «окошки» — это индикаторы работы сети, когда идет передача данных они сигнализируют об этом. Если индикаторы не горят, скорее всего коннектор перестал работать и его необходимо переобжать (с помощью специальной обжимки).

Видео

Любой монитор соединяется с компьютером (материнской платой) с помощью видео разъемов, которые как раз располагаются сзади. Их разновидностей довольно много, про каждый рассказывать здесь будет не совсем уместно, тем более, что на сайте уже имеется отдельная статья про видео разъемы. По моему мнению, самыми востребованными видео портами можно назвать только три из них:

• аналоговый порт VGA
• цифровой DVI
• цифровой HDMI

Остальные — не столь популярны и встречаются редко.

Аудио

Обычно — три или шесть входов для подключения нескольких колонок и микрофона. На платах бюджетного сегмента количество аудио разъемов обычно не превышает трех, но при этом, весь необходимый функционал присутствует, а это:

1. Красный — для микрофона;
2. Зеленый — для колонок;
3. Голубой — для подключения внешних источников, типа телевизора, плеера или радио.

Если на вашей материнской плате шесть аудио выходов, то знайте, что остальные три используются для подключения дополнительных колонок и сабвуфера.

Характерные для ноутбука

Стоит пару слов сказать про редкие, я бы даже сказал «экзотические» разъемы, которые встречаются в ноутбуках или каких-то других устройствах, но которые не встретить на обычном ПК. Это два разъема: PCMCIA (ExpressCard) и Kensington Lock. Последний используется для защиты устройства от кражи. В разъем «Kensington Lock» вставляется специальный шнур с замком и привязывается к любому предмету, будь то стол или батарея, например. Естественно, ключи от замка есть только у вас.

А вот «ExpressCard» представляет собой узкую прорезь, прикрытую заглушкой, в которую вставляется некая карта расширения, на которой могут размещаться порты для подключения иных устройств. С помощью такой карты вы запросто можете добавить себе немного USB 3.0 портов в ноутбук, хотя бы потому, что на любом ноутбуке ощущается их нехватка.

Ну а на этом все, мы с вами разобрали все виды разъемов, которые только могут встретиться в компьютере, если я что-то вдруг упустил (статья то длинная, сами понимаете) — напишите об этом в комментариях. Удачи вам и до скорых встреч на страницах pc-information-guide.ru!

5 thoughts on “ Обзор всех разъемов материнской платы компьютера ”

Короче я купил передний панель. Там есть SD, XD разьем и т.д. и там есть Bluetooth. Куба его подключить на мат. плате.
Пожалуйста помогите

у моей матплаты есть незнакомый разъём. что это?
как отправить фото? не прикрепляется

К сожалению, здесь этого сделать не получится. Попробуйте загрузить изображение на сторонний ресурс, например — «яндекс диск» или «Dropbox» и оставить ссылку на изображение в комментарии.

Доброго времени суток, досталась по случаю старая звуковая карта АТС-6631 на базе YMF715B-S подключить её не смог, может чего посоветуете?

большая статья (работа), но очень хорошо описано о всей работе и результатах – спасибо !

Из чего состоит материнская плата: структура, элементная база?

У многих людей дома, в школе или на работе есть настольный компьютер. Кто-то ведёт на нём бухучёт, кто-то играет в игры, а кто-то даже сам собирает и ремонтирует их. Но хорошо ли вы знаете, из чего состоит компьютер? Взять к примеру скромную материнскую плату – она сидит себе там тихонечко, спокойно выполняет свою работу, и редко удостаивается такого же внимания, как процессор или видеокарта.

Однако значимость материнских плат, напичканных поистине впечатляющими технологиями, переоценить невозможно. Итак, сейчас мы, как студенты-медики, займёмся изучением анатомии материнской платы. Рассмотрим, какие функции выполняют все её части и чем занимается каждый бит!

Для начала небольшое введение…

Давайте начнем с основной роли материнской платы. По сути, она служит для:

• Обеспечения всех компонентов питанием;
• Обеспечения связи между компонентами.

Также, с помощью материнской платы осуществляется монтаж элементов, реализуется система обратной связи для их тестирования и прочее. Однако основополагающими функциями являются две вышеупомянутых, поскольку почти каждая часть на плате так или иначе зависит от них.

Практически все современные материнские платы для стандартных ПК имеют разъёмы для центрального процессора (CPU socket), модулей памяти (как правило, типа DRAM) дополнительных карт расширения (таких как видеокарта), накопителей, различных входов/выходов и связи с другими компьютерами и устройствами.

Существуют отраслевые стандарты размеров материнских плат, которых стараются придерживаться производители. Основные размеры, которые вы можете встретить, следующие:

• Standard ATX – 12 × 9.6 дюйма (305 × 244 мм);
• Micro ATX – 9.6 × 9.6 дюйма (244 × 244 мм);
• Mini ITX – 6.7 × 6.7 дюйма (170 × 170 мм) /

Но что же это всё-таки такое – материнская плата?

Материнская плата – это просто большая печатная плата с множеством контактов и сотнями, если не тысячами, проводников, соединяющих все узлы и компоненты. Теоретически жесткая плата не нужна: можно соединить всё с помощью кучи проводов. Однако производительность у этого клуба проводов будет ужасной, так как сигналы будут мешать друг другу, а сопротивление проводов приведет к существенным потерям мощности. Наше препарирование мы начнем с типичной материнской платы ATX. На фото вы видите Asus Z97-Pro Gamer, и ее внешний вид и функционал схож с десятками подобных плат.

Единственная проблема с этим фото (помимо того, что материнская плата на нём довольно. скажем так, потрёпана) состоит в том, что множество всевозможных мелких деталей усложняет нам понимание работы узлов платы в целом.

Поэтому для начала давайте взглянем на упрощенную схему этой материнской платы.

Так-то лучше, но мы всё ещё видим множество непонятных контактов и разъёмов. Давайте начнём сверху, с самой важной части.

Подключение мозга к компьютеру

В центральной части схемы мы видим компонент, имеющий обозначение LGA1150. Так называется сокет, предназначенный для подключения многих процессоров Intel. Буквы LGA обозначают Land Grid Array – это популярная технология корпусировки процессоров и других чипов.

Системы LGA имеют множество маленьких выводов на материнской плате или в сокете для обеспечения питания процессора и его контакта с другими узлами компьютера. На фото ниже хорошо виден этот массив контактных выводов (пинов).

Металлическая рамка служит для равномерного прижимания процессора, но сейчас она нам мешает рассматривать пины, так что мы её пока уберём.

Желающие могут подсчитать количество пинов и убедиться, что их 1150. Цифровое значение в маркировке сокета LGA1150 означает именно количество выводов. В другой статье мы подробно рассмотрим разъёмы для процессоров, а пока просто отметим, что материнские платы оснащаются разными сокетами, с разным количеством пинов – для разных корпусов процессоров.

В целом, чем производительнее процессор (с точки зрения количества ядер, объема кэш-памяти и т.д.), тем больше потребуется контактных выводов. Бо́льшая часть этих пинов используется для обмена данными со следующей важнейшей частью материнской платы.

Большим мозгам – большая память

Ближе всех к процессору всегда размещаются слоты модулей оперативной памяти DRAM. Они подключены непосредственно к процессору и только к нему. Количество слотов DIMM в основном зависит от процессора, так как контроллер памяти встроен в него.

В нашем примере процессор, который совместим с нашей материнской платой, имеет 2 контроллера памяти, каждый из которых оперирует 2-я модулями – следовательно, 4 слота DRAM поддерживает материнская плата. Вы можете видеть, что слоты памяти на ней окрашены таким образом, чтобы вы знали, какие из них управляются каким контроллером памяти (т.н. каналом памяти). Канал №1 управляет двумя черными слотами, а канал №2 – серыми.

Однако, в данном конкретном случае цветовая маркировка слотов на плате немного сбивает с толку (меня в том числе). Как выяснилось, каналу 1 на ней соответствует ближайшая к процессору пара разноокрашенных слотов, а каналу 2 – дальняя от процессора пара.

Подобная маркировка призвана стимулировать использование материнской платы в так называемом двухканальном режиме – при одновременном использовании обоих контроллеров общая производительность памяти повышается. Допустим, у вас есть два модуля памяти по 8 Гб каждый. Независимо от того, в какую пару слотов вы их вставите – серую или черную, – у вас всегда будет 16 Гб доступной памяти.

Если вы вставите оба модуля в оба черных (или оба серых) слота, процессор будет по сути иметь два пути для доступа к этой памяти. Но стоит только переставить модули в слоты разного цвета, и система будет вынуждена обращаться к памяти только с помощью одного контроллера. Учитывая, что он может управлять только одним каналом, нетрудно понять, что это не идёт на пользу производительности.

Наш пример материнской платы и ЦП использует чипы DDR3 SDRAM (Double Data Rate version 3, Synchronous Dynamic Random Access Memory – «синхронная динамическая память с произвольным доступом и с версией 3 двойной скорости передачи данных»), и каждый слот предназначен для одного SIMM или DIMM. «IMM» обозначает «In-line Memory Module» («рядный модуль памяти»); буквы S и D (Single и Dual) указывают, одна сторона заполнена чипами, или обе (односторонний или двухсторонний модуль памяти).

Вдоль нижнего края модуля памяти располагаются позолоченные контакты, обеспечивающие питание и обмен данными. У данного типа памяти этих контактов 240 (по 120 с каждой стороны).

Одинарный модуль DIMM DDR3 SDRAM. Фото: Crucial

Бо́льшие модули могли бы дать вам больше памяти, но конфигурация устанавливает ограничения контактами на процессоре (почти половина из тех 1150 контактов в нашем примере выделена для обмена данными с модулями памяти) и физическим местом для прокладки всех проводников на материнской плате.

В 2004 году компьютерная индустрия остановилась на использовании 240 контактов в модулях памяти и с тех пор не показывает никаких признаков изменения этого стандарта в ближайшее время. Чтобы улучшить производительность памяти, с каждой новой версией просто ускоряется работа чипов. В нашем примере контроллеры памяти ЦП могут отправлять и получать по 64 бита данных за такт. А поскольку контроллеров у нас два, было бы логично увидеть на планках памяти 128 контактов для обмена данными. Так почему же их 240?

Каждый чип на модуле DIMM (всего их 16, по 8 на каждую сторону) передаёт 8 бит за такт. Это означает, что каждому чипу для обмена данными требуется 8 контактов; однако чипы работают парно, используя одни и те же выводы, поэтому только 64 контакта из 240 являются контактами для данных. Остальные 176 выводов необходимы для контроля и синхронизации, а также для передачи адресов данных (места расположения данных на модуле), управления микросхемами и обеспечения электроэнергией.

Так что, как видите, наличие более 240 контактов не обязательно должно улучшить ситуацию!

Память – не единственное, что подключено к процессору

Системная память подключается напрямую к центральному процессору с целью повысить производительность, но на материнской плате есть и другие разъемы, которые подключены примерно так же (и по той же причине). Это слоты стандарта PCI Express (для краткости PCIe), и все современные процессоры имеют встроенный контроллер PCIe.

Эти контроллеры могут обрабатывать несколько соединений (обычно называемых линиями или лэйнами – lane), несмотря на то, что это система «точка-точка», то есть линии в сокете не используются совместно с любым другим устройством. В нашем примере контроллер PCI Express в процессоре имеет 16 линий.

На фото ниже показаны 3 слота: два верхних – это слоты PCI Express, а нижний – слот гораздо более старого стандарта PCI (родственный PCIe, но намного медленнее). Маленький слот вверху, маркированный как PCIEX1_1, является однолинейным слотом, а под ним – 16-ти линейный слот PCIEX16_1.

Если вы вернетесь в начало статьи и снова взглянете на полную фотографию нашей материнской платы, вы легко найдёте там:

• 2 слота PCI Express (1 lane);
• слота PCI Express (16 lane);
• 2 слота PCI.

Но если контроллер процессора имеет только 16 линий, то что происходит? Во-первых, к центральному процессору подключены только первые два 16-линейных слота: PCIEX16_1 и PCIEX16_2. А третий, и два 1-линейных, подключены к другому процессору на материнской плате (подробнее об этом чуть позже). Во-вторых, если задействованы оба первых слота PCIEX16, то ЦП выделит только по 8 линий для каждого.

Это справедливо для всех современных процессоров. Поскольку число линий у них ограничено, устройствам приходится делить их между собой, и чем больше устройств подключается к ЦП, тем меньше линий выделяется каждому устройству.

Различные конфигурации процессора и материнской платы по-разному реализуют это ограничение. Например, материнская плата Gigabyte B450M Gaming имеет один слот PCIe на 16 линий, один слот PCIe на 4 линии и один разъем стандарта M.2, использующий 4 линии PCIe. При наличии всего 16 линий у ЦП, одновременное использование любых двух слотов приведет к тому, что самый большой, 16-линейный слот будет урезан до 8 линий.

Так какие же устройства используют такие слоты? Наиболее распространенные варианты:

• 16 линий = видеокарта;
• 4 линии = накопители SSD;
• 1 линия = звуковые карты и сетевые адаптеры.

На фото выше легко заметить разницу в разъёмах: видеокарта имеет длинную контактную полосу на 16-линейный слот, в то время как звуковая карта обходится короткой полосой контактов для 1-линейного слота, ведь у ней гораздо меньше данных для обмена, поэтому ей не нужны все эти дополнительные линии.

Наша изучаемая материнская плата, как и любые другие, имеет гораздо больше всевозможных разъёмов и подключений, всеми которыми необходимо управлять, и на помощь центральному процессору приходит другой процессор.

Повернёмся на юг и пройдёмся по мосту

Если взглянуть на материнские платы 15-летней давности, мы увидим на них два дополнительных чипа для поддержки процессора. Вместе они назывались chip set – «набор микросхем» (позже это словосочетание стало одним словом – chipset), а по отдельности они именовались микросхемами Северного моста (Northbridge, NB) и Южного моста (Southbridge, SB).

Северный мост работал с памятью и видеокартой, а Южный обрабатывал данные и инструкции для всего остального.

На фото выше – старенькая материнская плата ASRock 939SLI32, где отчетливо видны микросхемы NB и SB – они обе прячутся под одинаковыми алюминиевыми радиаторами, но Северный мост находится ближе к процессору, почти в середине платы. Пройдёт ещё пару лет после выхода этой платы, и производители откажутся от Северного моста – Intel и AMD выпустят процессоры с интегрированным NB.

А вот Южный мост остаётся отдельным и, вероятно, будет таковым в обозримом будущем. Интересно, что оба производителя процессоров перестали называть его SB и часто называют его чипсетом (собственное название Intel – PCH, Platform Controller Hub – «блок контроллеров платформы»), хотя это всего лишь один чип!

На нашем более современном примере от Asus, SB также оснащен радиатором. Давайте снимем его и взглянем на этот вспомогательный процессор.

Этот чип представляет собой мощный контроллер, управляющий периферией. В нашем случае, мы имеем чипсет Intel Z97, выполняющий следующие функции:

• 8 линий PCI Express (PCIe версии 2.0);
• 14 портов USB (6 для версии 3.0 и 8 для версии 2.0);
• 6 портов Serial ATA (версии 3.0)

Кроме того, в него встроены сетевой адаптер, звуковой контроллер, адаптер VGA и целый ряд других систем синхронизации и управления. Другие материнские платы могут иметь более

упрощенный функционал чипсета или наоборот – усложненный (например, обеспечивающий большее количество линий PCIe), но в целом их функционал мало чем отличается друг от друга.

Конкретно у рассматриваемой нами материнской платы – это процессор, который управляет всеми 1-линейными слотами PCIe, третьим 16-линейным слотом PCIe и разъемом M.2. Как и многие новые чипсеты, он обрабатывает все эти различные соединения, используя набор высокоскоростных портов, которые можно переключать на PCI Express, USB, SATA или сеть, в зависимости от того, что подключено в данный момент. Это, к сожалению, накладывает ограничение на количество устройств, подключенных к материнской плате, несмотря на все эти разъемы.

В случае нашей материнской платы Asus, порты SATA (используемые для подключения жестких дисков, DVD-приводов и т.д.) из-за этого ограничения сгруппированы, как показано выше. Блок из 4 портов использует стандартные USB-соединения чипсета, тогда как отдельно стоящие от него порты слева используют некоторые из этих высокоскоростных соединений.

Так что если вы используете те, что слева, то у чипсета будет меньше соединений для других слотов. Это верно и для портов USB 3.0. Из поддерживаемых 6 устройств на USB 3.0, 2 будут подключены к высокоскоростным соединениям.

Разъем M.2, используемый для подключения SSD накопителя, также высокоскоростной (вместе с третьим 16-линейным слотом PCI Express на этой материнской плате); однако в некоторых комбинациях ЦП и материнской платы разъемы M.2 подключаются непосредственно к ЦП, поскольку многие новые продукты имеют более 16 линий PCIe.

Вдоль левого края нашей материнской платы есть ряд разъемов, обычно называемых «Блок ввода/вывода» (I/O set), и в нашем случае Южный мост (чипсет) управляет лишь некоторыми из них:

• Разъём PS/2 – для клавиатуры или мыши (вверху слева)
• Разъём VGA – для бюджетных или старых мониторов (верхний в центре)
• Порты USB 2.0 – черные (внизу слева)
• Порты USB 3.0 – синие (внизу в центре)

Встроенный в ЦП графический процессор управляет разъёмами HDMI и DVI-D (внизу в центре), а все остальные управляются дополнительными чипами. Большинство материнских плат имеют множество маленьких процессоров для управления всеми видами устройств, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Вспомогательные микросхемы

ЦП и чипсеты ограничены в возможности подключаемых или поддерживаемых устройств, поэтому большинство производителей материнских плат предлагают продукты с дополнительными функциями благодаря использованию других интегральных микросхем. Например, это могут быть дополнительные порты SATA или разъемы для подключения старых устройств.

Наша материнская плата Asus не исключение. Например, микросхема Nuvoton NCT6791D управляет всеми маленькими разъемами, ведущими к вентиляторам, а также датчиками температуры на плате. Процессор Asmedia ASM1083, расположенный рядом с ним, обеспечивает поддержку двух устаревших разъемов PCI, поскольку у чипа Intel Z97 такой возможности нет.

Хоть в чипсете Intel и предусмотрен сетевой адаптер, Asus посчитала практичным добавить на плату независимый сетевой контроллер от той же Intel (I218V), чтобы разгрузить ценные высокоскоростные соединения чипсета. Этот малюсенький квадратик (6мм) управляет тем красным разъёмом Ethernet, который мы видели в блоке ввода/вывода.

Овальная металлическая штука рядом с ним – это кварцевый генератор частоты. Он вырабатывает низкочастотные синхронизирующие сигналы для сетевого контроллера.

По тем же причинам на плату добавлен и независимый звуковой контроллер, в обход имеющемуся в чипсете Intel. Как и в случае, когда пользователь предпочитает дискретную видеокарту взамен встроенного в ЦП видеоконтроллера, резон ещё и в том, что независимый контроллер попросту лучше встроенного в чипсет.

Но не все дополнительные чипы на материнской плате призваны лишь заменить некоторые функции основных процессоров. Многие предназначены для обеспечения работоспособности платы в целом.

Эти маленькие микросхемы – свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять 16-лэйновыми слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Материнские платы с возможностью разгона процессоров, чипсетов и памяти стали обычным явлением, и многие теперь поставляются с дополнительными микросхемами для управления разгоном. В нашем примере платы, красным прямоугольником выделен собственный чип Asus под названием TPU («процессор TurboV»), который настраивает тактовые частоты и вольтажи наилучшим образом.

Рядом с этим чипом находится маленькая микросхема флэш-памяти Pm25LD512, выделенная синим цветом. Она сохраняет все ваши настройки разгона при выключении компьютера.

На любой материнской плате есть как минимум одна микросхема флэш-памяти, и она предназначена для хранения BIOS (Basic Input/Output System – «базовая система ввода-вывода», операционная система инициализации оборудования, которая запускает все перед загрузкой Windows, Linux, macOS и т.д.).

Объём памяти у этой микросхемы Winbond всего 8 Мб, но этого более чем достаточно, чтобы вместить весь необходимый софт. Этот вид флэш-памяти потребляет очень мало энергии и надёжно хранит данные в течение десятилетий.

При включении компьютера, для максимальной производительности содержимое флэш-памяти копируется непосредственно в кэш ЦП или системную память, а затем запускается оттуда. Однако единственное, с чем такой трюк не пройдёт – это время.

Эта материнская плата, как и любая другая, использует батарейку CR2032 для питания простой схемы часов. Конечно, батарейка не вечная, и однажды она придёт в негодность, и тогда материнская плата установит умолчания даты/времени, находящиеся во флэш-памяти.

И раз речь зашла о питании, то тут тоже есть о чём рассказать!

Питание

Для обеспечения материнской платы и многих подключенных к ней устройств необходимыми напряжениями, блок питания (PSU, Power Supply Unit) имеет несколько стандартных разъёмов. Главным из них является 24-пиновый разъём ATX12V версии 2.4.

Выдаваемые напряжения зависят от блока питания, но промышленными стандартами являются напряжения +3,3, +5 и +12 вольт.

Центральный процессор основную часть питания берёт с 12-вольтных контактов, но для современных мощных систем этого недостаточно. Чтобы эту проблему решить, предусмотрен дополнительный 8-пиновый разъем питания, несущий ещё четыре 12-вольтных линии.

Цветная маркировка проводов от блока питания позволяет определить, где какой провод. Но на разъёме материнской платы никаких маркировок нет. Ниже приведена распиновка обоих разъёмов на плате:

Линии +3,3, +5 и +12В обеспечивают питанием различные компоненты самой материнской платы, а также процессор, DRAM и любые устройства, подключенные к разъемам расширения, таким как порты USB или слоты PCI Express. Все, что использует порты SATA, требует электропитания непосредственно от блока питания, а слоты PCI Express не могут предоставить своим устройствам более 75 Вт. Если какому-то устройству недостаточно этой мощности (например, многим видеокартам), то его тоже следует запитать напрямую с блока питания.

Но есть более серьезная проблема, чем наличие достаточного количества линий 12В: процессоры на этом напряжении не работают.

К примеру, процессоры Intel, совместимые с нашей материнской платой Asus Z97, имеют рабочее напряжение от 0,7 до 1,4 вольт. Это не фиксированное напряжение, потому что для экономии энергии и уменьшения нагрева современные процессоры умеют регулировать входное напряжение в зависимости от своей нагрузки. При простое процессор может отключиться,

потребляя при этом менее 0,8 вольт. А затем, при полной нагрузке всех ядер, потребление возрастет до 1,4 или более вольт.

Блок питания предназначен для преобразования переменного тока сети (110 или 220 В, в зависимости от страны) в фиксированные напряжения постоянного тока, поэтому нужны дополнительные элементы цепи для регулировки этих фиксированных напряжений. Они так и называются – модули регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules) и их легко можно найти на любой материнской плате.

Каждый VRM (выделен красным) обычно состоит из 4 деталей:

• 2 мощных управляющих MOSFET-транзистора (синим);
• 1 дроссель (фиолетовым);
• 1 конденсатор (жёлтым). Глубже познакомиться с их работой можно на Wikichip, мы лишь кратко рассмотрим несколько моментов. Каждую VRM принято называют фазой, и чтобы обеспечить достаточное питание современному процессору, таких фаз необходимо несколько. К примеру, наша материнская плата имеет 8 VRM, называемых 8-фазной системой.

VRM обычно управляются специальной микросхемой, которая переключает модули в соответствии с требуемым напряжением того или иного устройства. Такая микросхема называется многофазным ШИМ-контроллером; Asus называет ее EPU (Energy Processing Unit). Транзисторы и чип довольно сильно нагреваются при работе, поэтому часто оснащаются общим радиатором для отвода тепла. Даже стандартный процессор, такой как Intel i7-9700K, может потреблять ток более 100А при полной загрузке. VRM очень эффективны, но они не могут изменять напряжение без некоторых потерь. Нетрудно догадаться, куда лучше всего положить тост, если у вас сломался тостер.

Снова взглянув на полную фотографию нашей платы, можно увидеть и пару модулей VRM для DRAM, но так как там нет таких напряжений, как на ЦП, эти VRM греются не сильно и в радиаторе не нуждаются.

Эти ненавистные перемычки!

Последние разъемы, о которых мы поговорим, – это те, которые управляют основной работой материнской платы и подключают дополнительные устройства. На рисунке ниже показан основной блок разъёмов для выключателей, индикаторов и системных динамиков:

• 1 разъём кнопки мягкого выключения
• 1 разъём кнопки ресета
• 2 разъёма LED-индикации
• 1 разъём системных динамиков

«Мягким» выключение питания называется потому, что при нем не происходит простого включения и отключение всей материнской платы. Вместо этого, при замыкании контактов этого разъёма, специальные «недремлющие» узлы платы включают или отключают основное питание платы в зависимости от текущего состояния. То же относится и к кнопке ресета, только в этом случае материнская плата будет всегда выключаться и тут же снова включаться.

Строго говоря, кнопка ресета, индикация и системный динамик не являются критически важными, но они традиционно обеспечивают самое базовое управление и информацию о состоянии системы.

Большинство материнских плат имеют подобный дополнительный блок разъемов, как показано выше. Тут мы имеем следующее (слева направо):

• Разъем аудиопанели – если корпус компьютера оснащен дополнительной фронтальной панелью с разъёмами для наушников и микрофона, то с помощью данных разъёмов на плате они подключаются к встроенному аудиоконтроллеру. § Разъем цифрового аудио – то же, что и обычный аудиоразъём, только в стандарте S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface), обеспечивающем строго цифровую передачу аудиосигналов без промежуточной аналоговизации.
• Перемычка (джампер) сброса BIOS – она позволяет сбросить все настройки BIOS к заводским. За ней также спрятан разъем термозонда. § Разъем криптопроцессора TPM (Trusted Platform Module) – он используется для повышения безопасности материнской платы и системы. § Разъем последовательного порта (COM) – древний интерфейс. Интересно, его кто-нибудь использует вообще? Хоть кто-нибудь?

Остальные подобные разъёмы на этой плате предназначены для подключения кулеров и дополнительных USB портов. Не обязательно каждая материнская плата должна поддерживать все это, но на большинстве из них они есть, как и есть на некоторых платах дополнительные разъёмы, которых на нашей рассматриваемой плате нет – скажем, разъём для RGB-подсветки (VDG).

Соединение соединений

Прежде чем мы закончим наше «вскрытие» материнской платы, кратко поговорим о том, как все эти устройства и разъемы соединены воедино. Мы уже упоминали о проводниках на плате, но что они из себя представляют?

Простым языком, это тонкие медные полоски. На фото ниже они окрашены для красоты в черный цвет со всей платой. Но это лишь маленький фрагмент проводников из тысяч подобных. Видимые нам проводники – лишь проводники на внешнем слое печатной платы, а плата состоит из нескольких слоёв и каждый из них испещрён такими кружевами проводников.

Простые, дешевые или старые материнские платы могут иметь только 4 слоя, но большинство современных плат имеют 6 или 8. Увеличение количества слоев не обязательно автоматически должно означать улучшение. Суть лишь в том, чтобы грамотно расположить все необходимые проводники на достаточном расстоянии друг от д

Разработчики материнских плат используют специальные программы для проектирования монтажа и, соответственно, оптимального вытравливания проводников. Опытные инженеры затем вручную корректируют компьютерный результат, основываясь на имеющейся практике. Это видео наглядно демонстрирует процесс проектирования сети проводников между элементами на печатной плате.

Поскольку материнские платы – это просто большие печатные платы, можно создать свою собственную, и если вы хотите получить представление о том, как это делается, прочитайте это превосходное руководство по изготовлению печатных плат.

Конечно, производство материнских плат в промышленных масштабах – это совсем другая история, поэтому, чтобы представить весь объём этого сложного процесса, посмотрите два видео ниже. Первое – в общих чертах о том, как проектируются и производятся печатные платы; на втором показан основной процесс сборки типичной материнской платы.

Заключение

Итак, мы произвели «вскрытие» современной материнской платы для настольных ПК. Это большие, сложные печатные платы, напичканные процессорами, свитчами, разъемами и микросхемами памяти. Там так много всевозможных интересных технологий, но мы часто забываем о них, когда они сидят в наших системных блоках.

Но, надеюсь, вы смогли ближе познакомиться с некоторыми из тех, что населяют ваш системный блок и, что более важно, у вас есть куча вопросов о них! Пишите нам, и мы попробуем разобраться

Источник https://zapitka.ru/pitanie/kompyutera/raspinovka-bp

Источник https://pc-information-guide.ru/materinskaya-plata-kompyutera/razemy-na-materinskoy-plate.html

Источник https://i2hard.ru/publications/24509/