что такое sps на материнской плате
Как выбрать материнскую плату? Пошаговая инструкция.
Содержание
Содержание
Если производительность компьютера определяют центральный процессор, оперативная память, видеокарта и дисковая подсистема, то его функционал, возможности и даже внешний вид зависят в первую очередь от материнской платы.
Именно типоразмер материнской платы определяет габариты корпуса, в котором можно будет собрать ПК — и, следовательно, его расположение в комнате.
От набора интерфейсов и контроллеров зависит не только то, сколько устройств владелец сможет подключить к компьютеру, но и то, потребуются ли ему для этого дополнительные платы расширения или внешние устройства, отнимающие площадь у рабочего стола.
И, наконец, от того, насколько плата подходит для разгона и дальнейшего апгрейда процессора, зависит стоимость компьютера «на старте» и при его дальнейшей эксплуатации.
В этом гайде, как уже можно было догадаться, будут рассмотрены типовые вопросы, возникающие при выборе материнской платы, и моменты, на которые нужно обратить внимание перед покупкой.
Часто задаваемые вопросы
Q: Я хочу купить материнскую плату для игрового ПК. Подойдет ли для игр?
A: Любая плата подойдет.
Не существует такого понятия как «игровая» или «не игровая» материнская плата. У них просто нет такой функции, которая запрещала бы запускать игры — хотя, надо сказать, родители некоторых пользователей с радостью заплатили бы за неё любые деньги.
Что же касается производительности — на современных платформах она никак не зависит от материнской платы. Дело в том, что большинство контроллеров – в том числе оперативной памяти и шины PCI-e — находятся не в чипсете материнской платы, а в центральном процессоре, и один и тот же процессор будет работать одинаково в любой плате.
Для наглядности приведем схему современных чипсетов AMD X470 и X570:
Как можно видеть, центральный процессор в данном случае заведует и оперативной памятью, и 16 линиями PCI-e, отведенными под видеокарты, и четырьмя линиями PCI-e для SSD, использующих быстрый современный стандарт NVMe.
Участие же чипсета ограничивается 8 линиями PCI-e, которые используются для дополнительных слотов M.2 и разъемов под платы расширения, а также контроллерами SATA и USB. То есть всем тем, что на производительность в играх непосредственно не влияет.
A: Чисто механически — подойдет.
Разъемы питания что на материнских платах, что на блоках питания, стандартизированы и имеют одинаковую форму и расположение контактов. Поэтому чисто механически блок не может не подойти.
Современные платы используют сочетание 24-пинового основного разъема питания ATX и дополнительного разъема питания процессора, который может насчитывать 4 или 8 контактов. Возможны и комбинации из нескольких разъемов: 8+4, 8+8 контактов. Однако последнее характерно для плат топового класса, рассчитанных под экстремальный разгон флагманских процессоров.
Правильно будет задавать не вопрос «Подойдет ли блок к материнской плате?», а вопрос «Хватит ли мощности блока на то, чтобы запитать систему?».
Требуемая мощность БП рассчитывается исходя из потребления именно ВСЕЙ системы в целом. По сравнению с процессором и видеокартой материнская плата ест буквально минимум, и потому не является определяющим фактором.
A: Совместимость платы и процессора зависит сразу от нескольких факторов:
Если плата и процессор используют разные сокеты — в большинстве случаев они окажутся несовместимы даже физически, из-за разных размеров, разного количества и расположения контактов. Безусловно, бывают и некоторые исключения, но сегодня они встречаются редко.
Первое, что вам нужно сделать — зайти на официальный сайт производителя материнской платы и посмотреть, какие модели ЦПУ с ней в принципе совместимы:
Также здесь будет указано, с какой версии BIOS поддерживается конкретная модель процессора. Эта информация тоже очень важна: один сокет может объединять сразу несколько поколений процессоров, но при этом, если ЦПУ выпущен позже самой платы — она попросту не будет знать о том, как с ним работать.
Следовательно, вам потребуется определить, какая версия BIOS идет с завода именно на той плате, которую вы собираетесь приобрести. И да — это можно сделать до покупки платы:
Третье, что вам потребуется узнать — характеристики подсистемы питания платы. Она же — VRM.
Процессор, помимо прочего — это еще и прибор, который при работе потребляет электричество. И, если речь не о самых бюджетных моделях ЦПУ офисного класса — достаточно много электричества в масштабах системного блока.
Следовательно, его необходимо запитать, обеспечив стабильное напряжение и достаточную для его работы силу тока. Именно эту задачу выполняет подсистема питания материнской платы, несмотря на заявления «интернет-специалистов» о роли чипсета в питании процессоров.
VRM управляется собственным, отдельным от чипсета ШИМ-контроллером, и состоит из нескольких фаз питания, которые непосредственно пропускают через себя ток.
Каждая фаза состоит из схемы-драйвера, открывающей транзисторы по сигналу с контроллера, непосредственно самих транзисторов (они же — мосфеты, они же — ключи), пропускающих ток в «открытом» состоянии и не пропускающих — в закрытом, катушки индуктивности (она же — дроссель) и конденсатора, сглаживающего и фильтрующего напряжение, подаваемое на процессор.
В самых современных материнских платах и видеокартах вместо отдельных драйвера и мосфетов используются силовые каскады (дословный перевод термина power stages), которые объединяют эти элементы в одном корпусе. Однако теоретический принцип работы при этом не меняется.
Задача этого хитрого узла — понизить 12 вольт, приходящие с блока питания, до рабочего напряжения процессора, причем с учетом всех его возможных энергосостояний. Причем в любом сценарии работы ЦПУ напряжение должно быть стабильным, а сила тока — достаточной.
И как раз здесь возникает сложность.
Чтобы упростить ситуацию представим условный процессор, у которого есть только одно энергосостояние. Т.е. он всегда работает при напряжении в 1,3 вольта и потребляет 200 ватт в пиковой нагрузке. Соответственно, в этом случае сила тока должна составлять 154 ампера. Ток такой силы нужно пропустить через VRM материнской платы, и в первую очередь — через мосфеты. Каждый из которых рассчитан на определенный ампераж.
Для примера, 4 фазы питания, каждая из которых в отдельности может осилить по 50 ампер, либо 6 фаз с мосфетами на 30 ампер легко осилят наши 154 ампера, и даже не напрягутся. А вот три фазы по 50 ампер — быстро перегреются, что не лучшим образом скажется на характеристиках их работы. И, как результат — на стабильности питания процессора, да и на работоспособности системы в целом.
Наименее серьезным последствием перегрева VRM материнской платы может являться переход процессора в режим троттлинга под серьёзной нагрузкой: частота и напряжение понизятся, чтобы сбить температуры. Наиболее серьезным — выход материнской платы из строя. И хорошо еще, если только одной материнской платы.
Чтобы этого не произошло — нужно выбирать материнскую плату, возможности VRM которой будут либо достаточны для энергопотребления конкретного ЦПУ, либо будут превышать их. Ставить же топовые модели процессоров, потребляющие в пиковой нагрузке 200–250 ватт, в бюджетные материнские платы с тремя фазами на питание процессорных ядер — затея изначально провальная.
Q: Ладно, с процессором понятно. А какая оперативка подойдет? Посмотрел на сайте производителя — там ограниченный список, и этих модулей нет в продаже…
A: Ну и, собственно, ничего страшного.
Списки совместимости на сайте производителя — это исключительно списки тех модулей, которые производитель смог найти и запустить на этой плате. Естественно, собирать абсолютно все существующие модули оперативной памяти и тестировать их со всеми своими платами никто не будет: это займет колоссальное количество времени, да и денег тоже. А информация быстро устареет: новые модули оперативной памяти выходят куда быстрее, чем модели материнских плат.
Таким образом, списки совместимости носят рекомендательный, а ни в коем случае не ограничительный характер. В качестве примера: в списке совместимости Gigabyte X470 Aorus Gaming 7 Wi-Fi отсутствуют представленные ниже модули памяти QUMO, Kingston и даже оба комплекта G.Skill. Вот только на результат это никак не влияет:
A: Совместимость кулера и платы — это вопрос не заявленной поддержки, а наличия у кулера необходимого крепления.
Что же касается поддержки сокетов…
Все мейнстримовые сокеты Intel, начиная с LGA 1156 и заканчивая LGA 1200 полностью идентичны по креплениям кулера. Расстояние между монтажными отверстиями на материнской плате, форма пластины с тыльной стороны сокета, и сам принцип крепления — все здесь абсолютно то же самое. Поэтому, если на коробке от вашего кулера напечатано «LGA 1150» — это НЕ значит, что к LGA 1200 он не подойдет.
Сокет LGA 2066, в свою очередь, по креплениям полностью повторяет LGA 2011-3, и тут тоже никто не запретит установить на новую платформу модель кулера, предназначенную для старой.
Сокет АМ4 в этом плане немного сложнее. Пластиковая рамка вокруг сокета полностью идентична предыдущим платформам — вплоть до совсем уж антикварных 754 и 939, так что установить на новый Ryzen 5 2600 можно даже боксовый кулер от Athlon 64 3000+, если в вас вдруг проснется жажда экспериментов.
А вот монтажные отверстия в материнской плате расположены немного иначе, точнее, с другим расстоянием, чем на АМ3+ и более старых платформах. Поэтому кулерам, использующим винтовое крепление с бэкплейтом, потребуются новые крепежные элементы — найти их можно в соответствующем разделе магазина ДНС, или заказать напрямую у производителя.
Сокет TR4 и sTRX4 — это абсолютно новые платформы, ранее у AMD не было железа для сегмента HEDT. Крепления здесь не совпадают с АМ4 (впрочем, LGA 1200 тоже ни разу не похож на LGA 2066), но вот кулеры, совместимые с TR4, будут также совместимы и с sTRX4.
На что нужно обратить внимание при выборе материнской платы
Форм-фактор
Казалось бы, не самый серьезный аспект, однако начинать лучше именно с него. Итак, какие форм-факторы материнских плат представлены в каталоге ДНС?
E-ATX. Размер платы — 305х330 мм. Изначально этот формат предназначался для серверов и высокопроизводительных рабочих станций, однако с появлением HEDT-платформ перешел и в потребительский сегмент. Сегодня в этом формате представлены преимущественно платы под разъем LGA 2066 и Socket TR4. С ними все просто: топовые платформы под топовые процессоры, с наилучшим оснащением и передовыми технологиями. Единственный явный недостаток — не все корпуса позволяют установить такую плату.
Standard-ATX (чаще — АТХ). Размеры платы — 305х244 мм, но некоторые вендоры в целях экономии могут делать платы короче. Этот формат является фактическим стандартом для домашних, офисных и профессиональных ПК, выбор плат в нем огромен и можно найти любые сочетания функционала, оснащения и цены.
Micro-ATX (mATX). Размеры платы согласно стандарту — 244х244 мм, но в реальности остаются на совести вендора. Исторически воспринимается как бюджетный вариант, но на деле это не совсем верно. На базе таких плат тоже можно собрать мощный ПК, но как бонус — он будет более компактным.
Mini-ITX. Размер платы согласно стандарту — 170х170 мм. Вариант для сборки компактных систем, причем может послужить как основой для переносного настольного ПК, так и для мультимедийной системы. Отличительная особенность — использование стандартных слотов под оперативную память и в целом близкая к типовой компоновка, что заметно упрощает (и удешевляет!) сборку системы.
Mini-STX. Размер платы по стандарту — 140х140 мм. Еще более компактный вариант, подходящий для встраиваемых систем и ультракомпактных ПК. В отличие от mini-ITX, здесь используются модули памяти от ноутбуков и, как правило, внешние БП. Формат, с одной стороны, позволяет больше экспериментировать с различными корпусами и встраивать ПК в неподходящие для него места, но с другой — сборка выходит дороже, производительность — ниже, а возможности апгрейда — условны.
Сокет
Собственно, это и есть важнейшая характеристика материнской платы, ведь именно она определяет, что за процессоры вы сможете установить, а значит — и какую производительность получите.
Стоит отметить, что за редкими исключениями материнские платы рассчитаны на работу только с одним поколением процессоров. Так, как бы вам ни хотелось сэкономить на апгрейде, установить процессор под сокет LGA 1200 в материнскую плату с сокетом LGA 1151_v2 не выйдет. Обратное, впрочем, тоже невозможно.
Если ПК собирается «с нуля», стоит обратить внимание на следующие платформы:
AM4 — универсальная платформа AMD для мейнстрим-сегмента. Объединяет бюджетные процессоры Athlon, десктопные APU и мощные ЦПУ семейства Ryzen, благодаря чему позволяет собирать ПК буквально под любой бюджет и потребности.
sTRX4 — флагманская платформа AMD, предназначенная под новые процессоры Ryzen Threadripper. Это продукт для профессионалов и энтузиастов, предлагающий высокую производительность в рабочих задачах.
LGA 1200 — актуальное поколение мейнстримовой платформы Intel, несовместимое с предыдущими. Архитектура процессоров та же, что и на LGA 1151_v2 и LGA 1151, однако увеличено число ядер и потоков по сравнению с предыдущими семействами ЦПУ
LGA 2066 — актуальная HEDT-платформа Intel, аналог TR4/ sTRX4.
Особняком стоят материнские платы с интегрированным процессором, распаянным прямо на плате. Как правило, такие платформы обладают ограниченной производительностью, но выдающейся энергоэффективностью. Их использование оправдано для специфических задач: например, для сборки файлового сервера, установки ПК в машину или ряда производственных нужд.
Эту характеристику платы вы не найдёте ни на официальном сайте производителя, ни в каталоге магазина — однако именно от нее зависит, сможет ли плата работать с выбранным вами процессором.
Прежде, чем ставить процессор в материнскую плату, вам нужно узнать следующее:
Со всем этим — кроме, пожалуй, радиаторов — вам помогут обзоры на материнские платы и документация на мосфеты, если в обзоре указана модель компонента, но не описаны его характеристики. Да, это сложно. Гораздо сложнее, чем определять совместимость процессора одним лишь совпадением сокета. Но на кону — работоспособность и долговечность вашего компьютера и сохранность вашего кошелька, а не какие-то абстрактные цифры.
Чипсет
Чипсет платы не влияет на производительность, но от довольно сильно зависит функционал компьютера. Возможности (и лимиты) разгона, количество линий PCI-e, а иногда и поддержка каких-либо интерфейсов — характеристики именно чипсета.
Если вы выбираете платформу sTRX4 или LGA 2066 — выбор чипсета вас вряд ли будет волновать, поскольку под эти платформы он весьма ограничен. В первом случае это безальтернативный AMD TRX40, во втором — либо «десктопный» X299, либо серверный С422, ключевые различия между которыми кроются в перечне совместимых процессоров.
А вот при выборе платформ socket AM4 и LGA 1200 все немного сложнее.
Так, под AM4 представлены следующие чипсеты: A320, B350, X370, B450, X470, A520, B550 и X570. Наиболее очевидное отличие между ними то, что младшие A320 и A520 не поддерживает разгон процессора, а все остальные — поддерживают.
Но есть и другие различия:
Можно отметить разное количество разъемов USB, реализованных на уровне чипсета, а также разное количество и схему работы слотов PCI-e. А вот возможности по организации RAID-массивов у всех чипсетов одинаковые.
Под платформу Intel LGA 1200 тоже существует широкий выбор чипсетов: в десктопном сегменте представлены H410, B460, H470 и Z490. Возможности разгона здесь доступны только топовым Z470 и Z490 — причем речь не только о разгоне процессора, но и об оперативной памяти.
Но, как и в случае с платформой AM4, помимо разгона есть и другие различия:
Количество интерфейсных разъемов
Поначалу вам может показаться, что на разъемах и интегрированных контроллерах можно сэкономить, но на деле всевозможные USB-хабы, внешние адаптеры, платы расширения и прочие посторонние части здорово усложняют жизнь.
Итак, что желательно предусмотреть?
Количество и тип разъемов USB на задней панели. Увлекаться здесь не стоит, тем более что эти порты используются преимущественно для подключения клавиатуры, мыши, графического планшета и другой стационарной периферии. И все же, желательно иметь с тыльной стороны ПК как минимум четыре разъема соответствующего типа.
Также желательно, чтобы хотя бы два из них относились к стандарту 3.0 — скоростная периферия типа переносных жестких дисков скажет вам спасибо. Не лишним будет и наличие портов USB 3.1. Разумеется, стоит обратить внимание и на возможность вывода портов USB на переднюю панель корпуса.
Наличие хотя бы одного разъема M.2 весьма желательно, даже если ваша материнская плата или процессор не поддерживают протокол NVMe — SATA-SSD под этот интерфейс также прекрасно существуют, и позволяют вам избавиться от лишних проводов в системном блоке или собрать более компактный компьютер. Если же ваша NVMe вашим железом поддерживается — скоростные SSD вполне могут пригодиться и в качестве рабочего инструмента, и для установки большеобъемных игр.
Неплохим бонусом окажется наличие встроенного адаптера Wi-Fi. Все-таки роутеры и точки доступа к Wi-Fi — частые гости в современных домах, ведь установить их куда проще, чем уродовать стены для прокладки кабелей. Впрочем, это не обязательное требование: если встроенного Wi-Fi на вашей плате нет, всегда можно использовать внешний адаптер.
Большинству владельцев достаточно самой простой аудиосистемы, но, если у вас дома установлено нечто, отличающееся от схемы «две колонки, один сабвуфер», обратите внимание и на этот момент. Платы, оснащенные современными звуковыми чипами и позволяющие подключить системы объемного звучания типа 5.1 или 7.1, смогут серьезно улучшить звук в фильмах и играх. Хотя самым требовательным аудиофилам, разумеется, не обойтись без дискретной звуковой карты.
Заренее оцените количество разъемов для подключения корпусных вентиляторов. Было бы очень удобно подключить все корпусные вентиляторы напрямую к плате, и управлять их оборотами без лишних переходников и реобасов.
Критерии и варианты выбора
Материнские платы из каталога DNS можно ранжировать следующим образом:
Для неттопа в кастомном корпусе, домашнего файлового сервера, CarPC или мультимедийного ПК начального уровня подойдут материнские платы с распаянными на плате процессорами. В крайнем случае — компактные варианты плат под сокет АМ4, с расчетом на установку процессоров уровня Athlon.
Для домашнего мультимедийного ПК, живущего в гостиной и маскирующегося под видеомагнитофон или музыкальный центр, лучше всего подойдут компактные платы под сокет АМ4, имеющие цифровые интерфейсы для вывода видео и хороший встроенный звук. APU для этих задач гораздо более предпочтительны, нежели комбинация из ЦПУ и дискретной видеокарты: компьютер обходится дешевле, занимает меньше места, ест меньше электричества и меньше греется.
Станет ли ваш ПК офисным инструментом, универсальным домашним помощником, топовой игровой машиной или рабочей станцией за разумные деньги — зависит в первую очередь от выбранного процессора. Но выбирать необходимо из двух вариантов: либо socket AM4, либо LGA 1200. При этом для игровой машины стоит обращать внимание в первую очередь на платы, поддерживающие разгон процессора — возможность прибавить системе прыти будет вовсе не лишней.
Для топовой рабочей станции придется выбирать материнскую плату либо под сокет sTRX4, либо под LGA 2066. Выбор в данном случае будет обусловлен только тем, какая из платформ проявит себя лучше в профессиональных задачах, функционал же и оснащенность самих плат, относящихся к топовому сегменту, находятся на примерно сопоставимом уровне.
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
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:
«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):
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