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 его толщину (в десятых долях миллиметра). Чем больше вторая цифра, тем больше его емкость, тем дольше будет работать элемент. 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 *

© 2017 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru