Материнская плата и зачем она нужна?

Материнские платы: когда и что использовать

Материнская плата Gigabyte Gaming Mini-ITX

Все три типа материнских плат подходят практически для любого типа домашнего ПК, который вы хотите построить, включая игровую установку, общую развлекательную систему или офисный компьютер.

Но каждый форм-фактор имеет свои недостатки, о которых мы поговорим позже.

Компьютерные игры

Если вы создаёте игровой ПК впервые, то, вероятно, лучшим выбором будет плата ATX, а на втором месте — MicroATX. Большее пространство, которое вы получаете с ATX, делает его более щадящим, и вы можете относительно легко вставить всевозможные компоненты на место.

Хотя ATX великолепен, нет причин отказываться от MicroATX, если вы новичок и хотите что-то более компактное. Сложить все вместе немного сложнее, но все же выполнимо

Если вы все же решите использовать MicroATX, обратите внимание на размер корпуса. Вам не нужен корпус, который также принимает ATX, если вы хотите построить что-то меньшее

Кроме того, некоторые корпуса MicroATX немного шире, чем совместимые с ATX mid-towers, поэтому внимательно посмотрите на размеры корпуса.

Mini-ITX — самый «сложный» из трёх для игр, потому что внутри корпуса очень мало места. Вы можете создать прочный игровой ПК с платой Mini-ITX, но вам нужно тщательно продумать запас места для видеокарты, воздушного потока и охлаждения. В специальном корпусе Mini-ITX не так много места, особенно по сравнению с полным корпусом ATX.

Домашний кинотеатр ПК (HTPC)

Intel NUC — отличный компьютер для домашнего кинотеатра

Довольно часто, когда вы добавляете ещё одно устройство в уже переполненный развлекательный центр в гостиной, главное внимание уделяется свободному пространству. Именно здесь Mini-ITX действительно выделяется, поскольку вы получаете полноценный компьютер в гостиной в миниатюрном корпусе

Конечно, вы можете приобрести корпус ATX, который работает с платами Mini-ITX. Но если вы хотите, чтобы он поместился на полке под телевизор, вам нужно что-то более компактное.

Было бы упущением, если бы мы не упомянули ещё меньшую материнскую плату от Intel под названием NUC. Intel представила наборы NUC как способ создания крошечных, но функциональных компьютеров. Материнские платы NUC обычно имеют размеры четыре на четыре дюйма, а корпуса прилегают очень плотно.

Обычно вы покупаете NUC в комплекте, который включает в себя материнскую плату, процессор, дискретную графику (которая зависит от комплекта) и оперативную память. Вы можете добавить хранилище или периферийные устройства; однако современные NUC не поддерживают полноразмерные видеокарты. Таким образом, NUC работает только в том случае, если вам нужен ПК в первую очередь для потоковой передачи видео, управления домашней медиа-библиотекой или казуальных игр.

Семейный ПК

Лучшее соотношение цена-качество! Семейные ПК должны быть функциональными, но они не обязательно должны быть выдающимися по характеристикам, поскольку вы используете их в основном для потоковой передачи видео, электронной почты, социальных сетей и веб-игр. Внимательно посмотрите на то, что вы можете получить в продаже, и позвольте этому определять ход сборки

Если не хватает места, обратите внимание на MicroATX или Mini-ITX.

Производители — Gigabite, ASUS, MSI, AsRock

Среди множества фирм, представленных сегодня на рынке, репутацию достаточно беспроблемных и надежных зарекомендовали себя материнские платы от Asus и Gigabyte.

Недорогие ASRock и MSI является хорошим вариантом для создания бюджетного домашнего компьютера, т.к. они достаточно недорогие и при этом весьма качественные и отвечают той стоимости, за которую их продают. Но при возможных поломках помните о цене…

Для более производительных компьютеров я бы рекомендовал приглядеться к Asus и Gigabyte. При этом последние уже в течение многих лет отличаются очень высокой надежностью и стоят немного дешевле, чем аналогичные модели от Asus, которые больше подойдут для премиум сегмента.

Остальные фирмы не рекомендую даже рассматривать, так как раз на раз не приходится — может попасться хорошая плата, а может бракованная — намного выше процент брака, чем у мной перечисленных. Особенно не рекомендую Elitegroup из-за высокого процента брака — кстати, именно их из-за дешевизны любят устанавливать в брендовые, то есть продающиеся уже собранными в магазине компьютеры.

Форм-фактор, или размерность

При выборе материнской платы под определенный корпус компьютера важно также учитывать такое понятие, как форм-фактор, а попросту говоря, ее размер, так как не каждая плата может быть установлена в определенный корпус. Сейчас существуют следующие стандарты:

Сейчас существуют следующие стандарты:

• ATX (30.5 х 24.4 см) — самый популярный и распространенный размер. Пригоден для сборки как офисного, так и мощного игрового компьютера. Имеет до 9 стандартных отверстий для крепления.
• XL-ATX (32.5 х 24.4 см) — бОльшая по размеру, чем просто ATX для мощных игровых компьютеров с возможностью установки максимального количества устройств расширения (видеокарт, памяти и т.д.). Требует более габаритного корпуса.
• Micro ATX (mATX, uATX) (24.4 х 24.4 см) — имеет меньше отверстий для монтажа и из-за меньшего размера — меньше слотов расширения и разъемов, т.е. к ней можно подключить меньше устройств и она имеет меньше возможностей и функционала. Используется для компактных офисных или домашних компьютерах без больших требований к последующему апгрейду.
• Mini-ITX (17 х 17 см) — самая маленькая плата для нересурсоемких компьютеров. Как правило, в ней уже есть встроенные видео- и аудиокарты, а также процессор без возможности его замены. Имеет смысл использовать для маломощного компьютера, который будет выступать в роли сервера или медиацентра.

MSI MPG Z390M Gaming Edge AC

MSI MPG Z390M Gaming Edge AC – качественная, функциональная материнская плата с привлекательным видом, необременительная для бюджета. Конечно, она далеко не дешевая, но и не слишком дорогая, и занимает место ровно посередине между бюджетными и топовыми картами. При этом Z390M не выглядит бюджетной – она подсвечена светодиодами и радует изящной черно-серебристой расцветкой. Это чем-то напоминает дорогую спортивную машину, но за гораздо меньшую стоимость. Кроме того, у этой материнской платы есть встроенный модуль Wi-Fi и два усиленных PCI-E слота, что порадует самых увлеченных геймеров.

Вдобавок, у нее серьезный потенциал разгона. Однако, не забывайте следить за температурой – эта маленькая плата может перегреться. Если вы планируете серьезный разгон, подумайте о покупке жидкостной системы охлаждения для повышения производительности и надежности. Эта плата – отличный пример того, как в стандарте microATX добиться не уступающей полноразмерным моделям производительности и функциональности. Отличный вариант, если вам требуется компромисс по размеру, но не по возможностям.

• Сокет: LGA1151
• Чипсет: Intel Z390
• Тип памяти: DDR4
• Слотов для памяти: 4
• Скорость памяти: до 4500 МГц
• Объем памяти: до 64 Гб
• Слоты PCIe:
  • 2x PCIe x16
  • 2x PCIe x1
• Интерфейсы накопителей:
  • 2x M.2
  • 4x SATA III
• Порты:
  • 1x USB-A 3.1 Gen 2
  • 8x USB-A 3.1 Gen 1
  • 2x USB-C 3.1 Gen 2
  • 4x USB-A 2.0
  • 2x PS/2
  • 1x HDMI
  • 1x DisplayPort
  • 2x SMA
  • 1 оптический выход
  • 5 аудиоразъемов

Mini-ITX

Mini-ITX – еще более компактная версия ATX, только ее габариты не превышают 170х170 мм. Механическая совместимость со всеми комплектующими и поддержка современных чипов сохраняется. Форм-фактор был создан в 2001 году компанией VIA Technologies с единственной целью – продвигать собственный процессор, однако что-то пошло не так, и камень так и не получил популярность, чего не скажешь о МП.

Отличительная особенность Mini-ITX – встроенный процессор в некоторых моделях плат, которые распаяны производителем на заводе. Заменить его не получится от слова совсем. С одной стороны, решение не самое практичное, но с другой – такая процедура значительно удешевляет производство (не нужно думать над вставкой сокета) и итоговую стоимость продукта. Архитектура позволяет создать максимально холодные (TDP встроенных ЦП не превышает 15 Вт), бесшумные и быстрые офисные станции (SSD+16 ГБ ОЗУ DDR4 2400 МГц).

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.

Классификация материнских плат по форм-фактору

Основная статья: Форм-фактор (техника)

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для компьютера, места её крепления к шасси; расположение на ней интерфейсов шин, портов ввода-вывода, разъёма процессора, слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

Форм-фактор (как и любые другие стандарты) носит рекомендательный характер. Спецификация форм-фактора определяет обязательные и опциональные компоненты. Однако подавляющее большинство производителей предпочитают соблюдать спецификацию, поскольку ценой соответствия существующим стандартам является совместимость материнской платы и стандартизированного оборудования (периферии, карт расширения) других производителей (что имеет ключевое значение для снижения стоимости владения, англ. TCO).

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

Существуют материнские платы, не соответствующие никаким из существующих форм-факторов (). Это принципиальное решение производителя, обусловленное желанием создать на рынке несовместимый с существующими продуктами «бренд» (Apple, Commodore, Silicon Graphics, Hewlett-Packard, Compaq чаще других игнорировали стандарты) и эксклюзивно производить к нему периферийные устройства и аксессуары.

Предназначение компьютера (бизнес, персональный, игровой) в значительной степени влияют на выбор поставщика материнской платы.

• Для нужд SOHO или 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[почему?][источник не указан 1183 дня]. Материнские платы ноутбуков существенно отличаются от материнских плат настольных компьютеров: для сокращения габаритов компьютера в плату оригинальной схемотехники встраивается (интегрируется) множество отдельных периферийных плат (например, встраивается видеокарта) — 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.

Материнские платы для ПК: основы

Материнская плата Asus Prime B450M-A MicroATX для процессоров AMD Ryzen

Корпорация Intel создала форм-фактор ATX и впервые представила его в 1995 году. На протяжении почти 25 лет конструкция ATX была преобладающим форм-фактором для домашних и офисных ПК.

Самый большой из трёх размеров материнских плат, которые мы рассматриваем, ATX имеет размеры 12 на 9,6 дюйма. Спецификация требует, чтобы все материнские платы ATX были этого размера. Она также определяет расположение точек монтирования, панели ввода-вывода, разъёмов питания и всех других различных интерфейсов подключения.

Все эти функции имеют решающее значение для любой материнской платы. Точки крепления удерживают материнскую плату от металлической поверхности корпуса для предотвращения короткого замыкания. Панель ввода/вывода и соответствующий экран позволяют получить доступ к задним портам вашего ПК для дисплеев, аудио и USB. Затем у вас есть разъёмы питания и все другие точки интерфейса, которые должны находиться в предсказуемых местах, чтобы помочь сборщикам систем.

Однако не всем нужна материнская плата размера ATX, особенно если цель — сделать что-то более компактное. Например, платы MicroATX размером всего 9,6 на 9,6 дюйма. Как и в случае с более крупными материнскими платами ATX, стандарт определяет, какими должны быть все критические точки.

Наконец, Mini-ITX, разработанный Via Technologies в 2001 году, является самым маленьким из всех, размером всего 6,7 на 6,7 дюйма.

Материнские платы ATX обладают наибольшей расширяемостью. Обычно они имеют шесть (или меньше) слотов PCIe для таких вещей, как графика, звук и сетевые карты. Однако существуют платы Extended ATX (или EATX) с семью слотами PCIe, но они предназначены для энтузиастов и серверов и выходят за рамки данной статьи.

MicroATX может иметь до четырёх слотов PCIe, а Mini-ITX — только один для видеокарты.

ОЗУ также ограничено в Mini-ITX. В нем есть место всего для двух слотов против четырёх на платах ATX или MicroATX. Однако это не означает, что платы Mini-ITX не могут иметь достаточный объем оперативной памяти. Например, если вам нужно 32 ГБ оперативной памяти, вы просто устанавливаете на неё два модуля по 16 ГБ, тогда как две другие материнские платы заполняете модулями на 8 ГБ.

ASRock X399M Taichi

ASRock X399M Taichi – старший брат рассмотренной выше EVGA X299, как в плане премиальных возможностей, так и в плане цены. Но хотя эта плата в нашей подборке самая дорогая, у нее также самый широкий функционал. Как и X299, Taichi поддерживает до 128 Гб оперативной памяти. Но в отличие от X299, здесь целых три слота PCIe x16 – самое большое в этом списке. Конечно, вы вряд ли сможете вставить в эту плату три видеокарты, но в любом случае, это дарит вам фантастическую гибкость.

Единственное, чего здесь нет – встроенных видеовыходов. С другой стороны, вряд ли кто-то станет покупать плату такого класса без дискретной видеокарты, особенно для игрового ПК. Но если по каким-то причинам вам потребуется подключить монитор напрямую к материнской плате (например, при поломке видеокарты), придется воспользоваться USB-кабелем.

Еще одно преимущество – это одна из немногих материнских плат стандарта microATX, поддерживающая процессоры AMD Threadripper. Поэтому если вы планируете собирать компьютер с таким процессором на компактной плате, эта модель для вас.

• Сокет: TR4
• Чипсет: AMD X399
• Тип памяти: DDR4
• Слотов для памяти: 4
• Скорость памяти: до 4000 МГц
• Объем памяти: до 128 Гб
• Слоты PCIe:
  • 3x PCIe x16
  • 1x PCIe x1
• Интерфейсы накопителей:
  • 3x M.2
  • 8x SATA III
• Порты:
  • 1x USB-A 3.1 Gen 2
  • 1x USB-C 3.1 Gen 2
  • 12x USB-A 3.1 Gen 1
  • 4x USB 2.0
  • 1x PS/2
  • 2x SMA
  • 1 оптический выход
  • 5 аудиоразъемов

Технологии энергосбережения

Повышенное внимание к «зеленым» технологиям, требующим энергосберегающих и экологически безопасных решений, и обеспечение важных для материнских плат характеристик, вынудило многие компании-производители разрабатывать различные решения в этой области.

С постоянным увеличением популярности электронных приборов на протяжении ближайших 20—30 лет Евросоюз решил ввести эффективную стратегию для решения вопросов энергопотребления.
Для этого были выпущены требования по энергоэффективности — ErP (Energy-related Products) и EuP (Energy Using Product). Стандарт разработан для определения энергопотребления готовых систем. По требованию ErP/EuP, система в выключенном состоянии должна потреблять менее 1 Вт мощности.

Спецификации ErP/EuP 2.0 намного строже первой версии. Для соответствия ErP/EuP 2.0 (вступила в действие в 2013 году) полное энергопотребление компьютера в выключенном состоянии не должно превышать 0,5 Вт.

• EPU Engine
• Ultra Durable (версии 1, 2 и 3) — технология от Gigabyte, призванная улучшить температурный режим и надежность работы материнской платы, которая подразумевает:
  • Увеличенная (удвоенная) толщина медных слоев толщиной 70 мкм (2 унции/фут²) как для слоя питания, так и для слоя заземления системной платы снижает полное сопротивление платы на 50 %, что обеспечивает снижение рабочей температуры компьютера, повышение энергоэффективности и улучшение стабильности работы системы в условиях разгона.
  • Использование полевых транзисторов, обладающих пониженным сопротивлением в открытом состоянии (RDS(on)). Транзисторы преобразователей питания +12 вольт выделяют относительно много тепла и, когда говорят об охлаждении подсистемы питания процессора, то подразумевают именно их.
  • Использование дросселей с ферритовым сердечником — эти дроссели обеспечивают меньшие потери энергии и меньший уровень электромагнитного излучения.
  • Использование безсвинцового припоя.
  • Повторное использование картона и пластика упаковки.

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.).

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!

Вывод

Как всегда, предпочтения и требования разнятся от пользователя к пользователю, так что ни один из трех основных форматов материнской платы не будет идеальным выбором для каждого.

Итак, давайте подытожим.