Что такое материнская плата и как она устроена

 Что такое материнская плата?

Материнская плата (Motherboard)  в компьютере – это пластина текстолита с медными проводниками и припаянными к ним деталями и разъемами.

Материнская платаЭто основная, выражаясь суконным официальным языком, сборочная единица компьютера.

В ее разъемы вставляется все остальное – процессор, оперативная память, платы расширения и, посредством гибких шлейфов, накопители и считыватели данных.

К ней же подключаются и всевозможные внешние устройства – манипулятор «мышь», клавиатура, монитор, принтеры, сканеры, коммутационные устройства локальной вычислительной сети (ЛВС) и т.п.

Разъем блока питанияДля питания электроники материнской платы используется источник вторичного электропитания (в просторечье – «блок питания»), который присоединяется к материнской плате посредством специального стандартизированного разъема.

При этом применяется так называемая «защита от дурака». Разъем имеет ключи, и вставить его можно только одним определенным – правильным – образом. Подобным же образом устроены и другие разъемы. Такой подход предотвращает выход из строя дорогостоящих компонентов и внешних устройств.

Импульсный стабилизатор

Импульсный стабилизаторЭлектронику материнской платы можно условно разделить на несколько частей.

Одна из них – импульсный стабилизатор питания ядра процессора. Дело в том, что блок питания компьютера выдает напряжения +3,3 В, +5 В, +12 В, -12 В, и это жестко закреплено стандартами. А для питания ядра (ядер) процессора используется напряжение немногим более 1 В.

Процессор может потреблять мощность в десятки ватт, т.е. через стабилизатор проходят токи в десятки ампер! Стабилизатор сделан на полевых транзисторах (ПТ) и расположен обычно в непосредственной близости от процессора. Это, пожалуй, самая нагруженная часть, и вероятность выхода ее из строя повышена.

Чаще всего выходят из строя конденсаторы фильтра, реже – пробиваются полевые транзисторы. В фильтре применяются специальные электролитические конденсаторы – с малым ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Несмотря на низкие значения этой величины (сотые доли Ома), конденсаторы все равно работают в тяжелом режиме.

Именно стремлением понизить общую величину ESR и вызвано применение нескольких конденсаторов, включенных параллельно (а не одного-двух большей емкости). Их эквивалентные сопротивления также включены  параллельно, поэтому общая величина ESR уменьшается. Чем меньше величина эквивалентного сопротивления, тем меньше будет греться конденсатор.

BIOS и CMOS

Микросхема BIOSНа материнской плате имеется микросхема BIOS (Basic Input-Output System, базовая система ввода-вывода).

Материнская плата содержит в себе несколько подсистем, и все они должны быть определенным образом настроены.

Некоторые опции могут быть отключены, например, встроенный графический адаптер (в случае использования внешней видеокарты).

Настройки BIOS хранятся в CMOS-микросхеме, которая питается от литиевого элемента 2032 напряжением 3 В (свежая батарея имеет напряжение 3,3 В), если компьютер выключен. Если он включен, питание осуществляется от блока питания компьютера. Если вынуть батарейку, микросхема «забудет» настройки.

Литиевый элемент 2032Однако в настоящее время это не приводит к катастрофическим последствиям, ведь тип винчестера и все остальное, необходимое для загрузки системы, определяется в большинстве случаев автоматически.

Но время и дата, естественно, сбросятся.

Микросхема CMOS потребляет очень малый ток (меньше микроампера), поэтому энергии элемента хватает на несколько лет.  Напряжение на нем постепенно «садится», и когда оно уменьшится ниже 2,8 – 2, 9 В, настройки сбросятся.

В некоторых случаях при севшей батарейке компьютер может не загружаться. В таких случаях он вообще «молчит», и можно сделать ошибочный вывод о неисправности материнской платы. Чтобы исключить эту причину (компьютер может не стартовать или не загружать систему из-за множества других причин), следует вынуть батарейку и повторить операцию загрузки. Если компьютер «поехал», причина была именно в севшем элементе.

Отметим, что первые две цифры маркировки элемента означают  его диаметр в миллиметрах (20), две вторые – его емкость (способность отдавать энергию). Чем больше вторая цифра, тем дольше будет работать элемент и тем он толще. Если нет элемента 2032, можно установить элемент 2025, емкость которого несколько меньше.

Интерфейсы IDE и SATA

Разъем IDE интерфейсаСледующая часть – это интерфейсы накопителей и считывателей данных.

В большинстве компьютеров для дома и офиса используются два интерфейса – IDE и SATA.

Интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics) содержит 40-контактный разъем и подключается к винчестеру или приводу CD/DVD гибким ленточным кабелем. В настоящее время он потихоньку выходит из употребления. Но даже на новых материнских платах он пока присутствует для совместимости со старыми винчестерами и приводами.

И разъем IDE, и разъем SATA (Serial Advanced Technology Attachment) содержат ключи для правильной стыковки. На старых материнских платах имеется два разъема (канала) IDE – первичный (primery) и вторичный (secondary). Обычно рекомендуется винчестер (винчестеры) подключать к первичному каналу, приводы – ко вторичному. Разъем первичного канала часто выделяется синим или красным цветом.

Перемычка Master/Slave на винчестере IDEК каждому каналу IDE можно подключить два устройства – master (ведущий) и slave (ведомый).

Выбор осуществляется с помощью джамперов (перемычек) на устройствах. Если на одном канале оба устройства будут сконфигурированы как master или оба как slave – ни одно из них работать не будет. Таким образом, одно из устройств должно быть сконфигурировано как master, другое – как slave.

Разъемы интерфейса SATAУстройства SATA подключается каждое к своему разъему.

SATA – это, в отличие от IDE, последовательный интерфейс, который, тем не менее, обеспечивает бОльшую скорость обмена данными. К настоящему времени почти вытеснил IDE.  В настоящий момент идет внедрение уже третьей спецификации – SATA3.

Различные материнские платы могут иметь различное число разъемов SATA.  Обычно их не меньше 4-х (на старых материнских платах их могло быть 2).

В старых компьютерах использовались дисководы гибких дисков (Floppy Disk Drive – FDD). Данные при этом хранились на дискетах 5,25 “ емкостью 360, 720 kb и 1,2 Mb и дискетах 3,5 “ емкостью 720 kb и 1,44 Mb.

Дисковод присоединялся  к материнской плате гибким 34-контактным шлейфом. FDD характеризовался невысокой скоростью обмена данными и низкой надежностью. К настоящему времени он практически вышел из употребления. Да и как могло быть иначе, если появились винчестеры объемом в терабайты и компактные flash-накопители в сотни гигабайт данных?

Интерфейс PS/2

Интерфейс PS/2На материнской плате расположены и интерфейсы внешних устройств.

Интерфейсы клавиатуры и манипулятора «мышь» имеют круглые шестиконтактные розетки PS/2 с ключами, окрашенные в разные цвета.

Это тоже защита «от дурака», чтобы не путать разъемы. Разъем «мыши» чаще всего окрашен в зеленый цвет, клавиатуры – в сиреневый.

Клавиатуру и мышь с разъемами PS/2 нельзя подключать и отключать во включенном состоянии – это чревато выходом их из строя. И хорошо еще, если сгорят только сами эти устройства. Хуже будет, если откажет контроллер этого интерфейса на материнской плате. В некоторых случаях этому горю можно помочь – когда питание подключено к соответствующей микросхеме через предохранители.

Чип-предохранитель интерфейса PS/2Чип-предохранитель (небольшой «кирпичик», припаянный к плате) имеет очень небольшой номинал и может легко перегореть при «переключательных» манипуляциях.

«Прозвонить» его можно цифровым тестером. При выходе его из строя нужно аккуратно заменить его таким же (или, в крайнем случае, перемычкой из очень тонкого провода). Но лучше не рисковать и не переключать «на ходу».

Отметим, что чип-предохранитель может быть не на каждой плате.

Интерфейс USB

Разъемы USB и LANСреди внешних интерфейсов особое место занимает интерфейс USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина), который содержит в себе 4 линии – 2 линии питания и 2 линии данных.

Устройства USB можно переключать «на ходу» и это хорошая новость для забывчивых пользователей. Впрочем, интерфейс USB появился уже достаточно давно и успел сменить несколько спецификаций.

Такая возможность обеспечивается, в частности, особой конструкцией разъема. Контакты питания расположены ближе к срезу разъема, чем контакты данных. И при коммутации питание подключается в первую очередь и отключается в последнюю.

Через интерфейс USB можно подключать большое число устройств – принтеры, сканеры, цифровые камеры и – в том числе – мышь и клавиатуру. Так что, если порт PS/2 выжжен, клавиатуру можно подключить через USB. Не все так плохо в этом мире! Раньше для подключения принтеров применялись параллельный (LPT) и – реже – последовательный (COM) порты. К настоящему времени они уже почти вышли из употребления. И это тоже хорошо, ведь при подключении к LPT «на ходу» можно было выжечь и порт, и принтер.

В этом месте, уважаемые читатели, сделаем паузу. Во второй части статьи мы закончим краткое знакомство с устройством материнской платы. Расскажем и о некоторых полезных мелочах, которые известны не всем… Подпишитесь на обновления, чтобы не пропустить интересную статью.

С вами был Vsbot.

До новых встреч!


Обсуждение: 28 комментариев

  1. Большое спасибо за статью, очень хорошая информация, для желающих разбираться в компьютерах и самостоятельно ремонтировать его.

  2. Действительно хорошая статья, Виктор! Будет полезна и для новичков и для более опытных пользователей компьютера.

  3. Виктор Геронда:

    Спасибо, ребята!

    Планируется статья по ремонту материнских плат, только не знаю, когда выйдет.

  4. Геннадий:

    Спасибо за статью,Виктор.Обязательно воспользуюсь этой информацией.

  5. Хорошая информация, ждем следующего обзора.

  6. Олег:

    Вы пишете, что через импульсный стабилизатор протекают токи в десятки ампер. Тогда почему транзисторы импульсного стабилизатора установлены без радиаторов? Ведь они должны сильно греться?

    Вот процессор потребляет большие токи и имеет большой радиатор. Как вы это объясните?

  7. Виктор Геронда:

    Во-первых, не вся мощность, потребляемая процессором, протекает через импульсный стабилизатор. Импульсный стабилизатор питает только ядро (ядра) процессора. Интерфейсные схемы процессора питаются другим напряжением, которое поступает не с этого стабилизатора.

    Во-вторых, сопротивление открытого канала полевого транзистора имеет очень малую величину. Типовое значение — 0,005 Ом. Если через канал протекает ток, к примеру, 20 А, то рассеиваемая транзистором мощность составит величину 2 Вт. Это не так много.

    В-третьих, корпус (сток) транзистора припаян, как правило, к достаточно большой контактной площадке на плате. Она является радиатором, так как медь хорошо проводит тепло. Раньше, когда транзисторы имели на порядок большее сопротивление канала, их действительно ставили на отдельные радиаторы. С тех пор технология шагнула вперед, и стало возможным отказаться от отдельных радиаторов.

  8. Привет!

    А разве еще и материнки ремонтируешь? Мне кажется, что они стали как расходный материал уже (кроме топовых плат, конечно)

    Понятно, что если она стоит 8000 тыс, то есть смысл ремонтировать. Но у них и класс надежности выше.

    А материнки за 2-3 тыс — не стоят возни.

    Я не прав? Я просто сразу их выкидываю и не заморачиваюсь — время дороже.

    1. Виктор Геронда:

      Привет, Дмитрий!

      Да, весь вопрос в цене рабочего времени. Но у нас в Украине несколько иное соотношение цены рабочего времени и запасных частей. Большинство неисправностей материнских плат — это дутые конденсаторы. Даже десяток из них можно заменить за час. Нередко игра стоит свеч. Или если материнка старая и другой такого класса не найти. А менять сразу материнскую плату, память и видеокарту клиент не готов.
      Но ты прав, постепенно такие ремонты отомрут везде и все будут менять материнские платы (или другое что), а не ремонтировать. Говорят, на западе уже давно ремонтов нет, только замена или покупка нового.

  9. Согласен. Сравнивать доход россиян и украинцев не совсем корректно.

    Я был очень удивлен недавно, когда увидел вполне себе приличный системник с надписью Пентиум 3 на помойке.

    Брать не стал, но что-то мне подсказывает, что он был рабочий.

    А ведь в 80- е ходили легенды, что японцы телевизоры на улицу выставляют. Вот и нас началось, похоже. Хотя и все ноют, что Россия «гибнет»

  10. А хотелось взять ))) Не могу спокойно смотреть, когда хорошую технику о которой, когда-то мечтал — выбрасывают.
    Тоже на ней помешан, как и ты, похоже.)))

    1. Виктор Геронда:

      Ну, тут не то что «помешан», а просто, если долго возишься с железками, как бы очеловечиваешь их. И привыкаешь, почти как к живому существу. Не один раз замечал: если подходишь к технике в раздраженном и взвинченном состоянии — она может сломаться прямо на глазах, без видимых причин. Если бережно относишься к ней — она «отвечает взаимностью» и долго работает без сбоев. Вот, казалось бы, бездушная железка, а так себя ведет…

  11. Верно говоришь. Есть такой феномен — вызывают мастера к сломанной технике, и та начинает работать в его присутствии

    Сколько раз такое наблюдал по работе.

  12. замир:

    в каком положении должны быть перемычки на ведущем винчестере и ведомом?

    1. Виктор Геронда:

      На ведущем винчестере — в положении «Master», на ведомом — в «Slave». Это относится к IDE (PATA) винчестерам. На винчестере обычно есть картинка — как должна стоять перемычка в обоих случаях. SATA винчестеры подключаются каждый к отдельному разъему.

  13. Fil:

    Шикарная статья, подошла бы для меня лет 5 назад, когда я увлекался всем этим))) А так все четко четко расписано, без лишенки. А вы системами с SSD занимались уже, если ДА, то как они по поломкам)))

    1. Виктор Геронда:

      Не, до SSD не дошел еще. Жду, пока цены упадут. Но мы на работе в нашем сервере года три назад поставили пару KINGSTONE на 32 Gb. Они тогда кучу денег стоили. Пока исправно работают, нареканий не было.

  14. Евгений:

    Шикарная статья, подошла бы для меня лет 5 назад, когда я увлекался всем этим))) А так все четко четко расписано, без лишенки. А вы системами с SSD занимались уже, если ДА, то как они по поломкам???)))

  15. Мила:

    :good: Спасибо! Все интересно,коротко и ясно! И оооочень полезно!!!!

    1. Виктор Геронда:

      Пожалуйста, Мила! Рад, что вам понравилось.

  16. Daniil:

    Я не особо разбираюсь в компах, но статья заинтересовала. Понял, конечно, не всё, но кое-что почерпнул в свою копилку знаний! Спасибо за статью!!!

    1. Виктор Геронда:

      Пожалуйста, Daniil. Рад, что вам понравилось.

  17. анатолий:

    подскажите с чего начать у меня произошла такая проблема.Работал комп в интернете через дсл-2600 я пошол курить когда вернулся то страница браузера зависла а на модеме ни горит ни один индикатор.Причину я нашел сгорел блок питания модема я его заменил все засветилось кроме индикатора лан.На системнике порт лан раньше горел зеленым сейчас оранжевым цветом на модеме лан не горит подключаю модем к ноутбуку все замечательно работает.Что делать с чего начать подскажите пожалуйста драйвера переустановил на заводские настройки модем сбрасывал ни помогло.В стационарный комп включаю модем связи нет в ноутбук есть.

    1. Виктор Геронда:

      Анатолий, обратите внимание на сетевую карту стационарного компьютера. Если модем работает с ноутбуком, значит, с ним (модемом) все в порядке. У вас, скорее всего, встроенная в материнскую плату сетевая карта. Проверьте ее настройки. Если есть документация на материнскую плату — посмотрите, что означает цвет индикатора сетевой карты в вашем случае. Если ничего не поможет, отключите встроенную сетевую карту в BIOS-е и установите отдельный сетевой адаптер.

  18. Сергей:

    Здраствуйте Виктор.Я читал статью и она для меня очень полезна хотя я основное понял.Но я еще молод и новичок я только начинаю изучать системный блок.Виктор подскажите что делать в такой ситуацыи: мышка и клавиатура не работают на компютере (они безпроводные и работают на чипе) Но на втором работают отлично. На это есть много причин повязаных с материнской платой. Что именно может быть не исправно.

    1. Виктор Геронда:

      У беспроводный устройств обычно есть маленький блочок, подключаемый к компьютеру (чаще всего через порт USB). И уже от него идет сигнал на беспроводную мышь или клавиатуру. Если ваша мышь и клавиатура работают на другом компьютере, логично предположить, что у вас что-то с портом или драйвером (программным обеспечением) этого устройства. Порт можно проверить, установив туда другое устройство (проводную мышь, например). Если порт нерабочий, попробуйте другой. Проверьте, подключены ли порты в BIOS.
      Если порт нормальный, копайте дальше. Проверьте, на всякий случай, на вирусы. Удалите устройство из системы, потом подключите его к компьютеру и установите его драйвер заново.

  19. Борис:

    Не новичок я в компьютерных делах,но прочитал с большим удовольствием за один присест почти весь материал по материальной части компьютера.Очень познавательно в части ремонта.Во всём чувствуется рука мастера.Хотелось бы почитать материалы по ремонту видеокарт. :good:

    1. Виктор Геронда:

      Рад, Борис, что Вам понравилось.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2016 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru