Материнская (иначе - системная) плата является главным элементом любого современного компьютера и объединяет практически все устройства, входящие в его состав. Основой материнской платы является набор ключевых микросхем, также называемый набором системной логики или чипсетом (подробнее о нем - ниже). Тип чипсета, на котором построена материнская плата, целиком и полностью определяет тип и количество комплектующих, из которых состоит компьютер, а также его потенциальные возможности.

И в первую очередь - тип процессора. Это могут быть "десктопные" процессоры (от Desktop - процессоры для настольных ПК) - Intel Pentium/Celeron/Core, установленные в разъемы Socket 370/478/LGA 775, AMD Athlon/Duron/Sempron - в Socket 462/754/939/AM2. Кроме того, в корпоративном секторе можно встретить двух-, четырех- и даже восьмипроцессорные высокопроизводительные решения.





На системной плате также имеются:

• слоты DIMM для установки модулей памяти типа SDRAM/DDR/DDR2 (разные для каждого типа памяти). Чаще всего их 3-4, хотя на компактных платах можно встретить только 2 таких слота;
  
• специализированный разъем типа AGP или PCI-Express х16 для установки видеокарты. Впрочем, в последнее время, с повальным переходом на видеоинтерфейс последнего типа, сплошь и рядом встречаются платы с двумя, а то и с тремя видеоразъемами. Также встречаются и системные платы (из самых дешевых) без видеоразъемов вообще - их чипсеты имеют встроенное графическое ядро, и внешняя графическая карта для них необязательна;
  
• рядом со слотами для видеокарт обычно находятся слоты для подключения дополнительных карт расширения стандартов PCI или PCI-Express х1 (раньше встречались еще и слоты ISA, но сейчас такие платы - музейная редкость);
  
• следующая достаточно важная группа разъемов - интерфейсы (IDE и/или более современный Serial ATA) для подключения дисковых накопителей - жестких дисков и оптических приводов. Также там до сих пор находится разъем для floppy-дисковода (3,5" дискеты), хотя все идет к тому, что от него в скором времени окончательно откажутся. Все дисковые накопители подключаются к системной плате с помощью специальных кабелей, в разговорной речи также называемых "шлейфами";
  
• недалеко от процессора располагаются разъемы для подключения питания (чаще всего двух типов - 24-контактный ATX и 4-контактный ATX12V для дополнительной линии +12 В) и двух-, трех- или четырехфазный модуль регулирования напряжения VRM (Voltage Regulation Module), состоящий из силовых транзисторов, дросселей и конденсаторов. Этот модуль преобразует, стабилизирует и фильтрует напряжения, подаваемыее от блока питания;
  
• заднюю часть системной платы занимает панель с разъемами для подключения дополнительных внешних устройств - монитора, клавиатуры и мыши, сетевых-, аудио и USB-устройств и т.п.
  
• кроме вышеперечисленных слотов и разъемов, на любой системной плате имеется большое количество вспомогательных джамперов (перемычек) и разъемов. Это могут быть и контакты для подключения системного динамика и кнопок и индикаторов на передней панели корпуса, и разъемы для подключения вентиляторов, и контактные колодки для подключения дополнительных аудиоразъемов и разъемов USB и FireWire.
  

На каждой системной плате в обязательном порядке имеется специальная микросхема памяти, чаще всего установленная в специальную панельку (на жаргоне 0 "кроватку"); впрочем, отдельные производители, с целью экономии впаивают ее в плату. Микросхема содержит прошивку BIOS, плюс батарейку, которая обеспечивает питание при пропадании внешнего напряжения. Таким образом, с помощью всех этих слотов и разъемов, а также дополнительных контроллеров, системная плата объединяет все устройства, входящие в состав компьютера в единую систему.

Материнские платы, помимо функциональности, отличаются друг от друга еще и размерами. Эти размеры стандартизированы и называются форм-факторами :


Форм-фактор определяет не только размеры материнской платы, но и места ее крепления к корпусу, расположение интерфейсов шин, портов ввода/вывода, процессорного гнезда и слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания.

В настоящее время наиболее распространен форм-фактор ATX (Advanced Technology eXtended), достаточно большой размер которого позволяет производителям интегрировать на системную плату большое количество функций. Потенциал вариантов ATX уменьшенного размера, конечно, гораздо ниже, однако в настоящее время, когда прогресс в области интегрированных контроллеров различных типов практически сравнял их основные возможности с дискретными решениями (в первую очередь - сетевые и аудио контроллеры, в меньшей степени - видео), большинству непритязательных пользователей типичных офисных (да и не только) систем большего и не нужно. Хотя варианты плат уменьшенного размера и подходят к стандартным корпусам ATX, наиболее целесообразно использовать их в компактных корпусах типа Micro-ATX.

Аппаратно-программная платформа для "цифрового дома" Viiv (произносится как "вайв"), по замыслу компании Intel, предназначается для использования в домашних развлекательных мультимедийных центрах. Помимо широких возможностей для просмотра фильмов, телевидения, прослушивания музыки, работы с цифровыми изображениями и играми, компьютеры, построенные в соответствии с концепцией Viiv, должны отличаться "одомашненным" дизайном, позволяющим органично вписать их в дизайн жилища, а также низким уровнем шума при достаточной производительности.

Для того, чтобы система могла носить логотип Intel Viiv, она должна в обязательном порядке иметь следующий набор комплектующих:

• двухъядерный CPU Intel семейства Pentium D, Pentium Extreme Edition, или Intel Core 2 Duo;
  
• материнскую плату на базе чипсета Intel 975, 965 или 945, поддерживающего вышеперечисленные процессоры, с соответствующей версией южного моста ICH7DH или ICH8DH (специальные версии для Digital Home);
  
• сетевой контроллер Ethernet производства Intel (Pro/1000 PM или Pro/100 VE/VM, наличие модуля беспроводной связи не обязательно);
  
• кодек стандарта Intel High Definition Audio и набор соответствующих аудиовыходов - 6 RCA-разъемов или один цифровой SPD/F;
  
• жесткие диски SATA с поддержкой NCQ;
  
• драйвер Intel Quick Resume Technology, обеспечивающие практически мгновенное включение/выключение ПК (как обычного бытового устройства);
  
• операционная система Windows XP Media Center Edition с Update Rollup 2;
  
• набор ПО Intel Viiv Media Server, позволяющего осуществлять поиск и каталогизацию медиафайлов в Сети, которое, по задумке самой Intel, способно заметно облегчить жизнь обычному пользователю.
  

Пульт дистанционного управления, хотя и не является обязательным атрибутом платформы Viiv, тем не менее, достаточно давно используется в мультимедийных системах и, без сомнения, будет востребован и в новой платформе Intel.

Платформа Quad FX (старое название - 4x4) является своеобразным ответом компании AMD на появление четырехъядерных процессоров Intel Kentsfield и позиционируется производителем как решение для пользователей-энтузиастов, стремящихся к достижению максимальной производительности своих систем не взирая на цену.

AMD Quad FX, основанная на архитектуре DSDC (Dual Socket Direct Connect) представляет собой двухпроцессорную материнскую плату, предназначенную для установки в одну систему пары двухъядерных процессоров семейства Athlon 64 FX-7х (90 нм ядро Windsor) в исполнении Socket F, что дает возможность одновременного исполнения четырех вычислительных потоков. В платформе Quad FX используется специализированный чипсет NVIDIA nForce 680a SLI, поддерживающий две графические шины PCI Express x16 и две шины PCI Express x8. Таким образом, в системе может быть установлено до 4 видеокарт NVIDIA в конфигурациях Quad SLI или SLI (в последнем случае свободные слоты могут быть использованы для ускорителей физики).

Дальнейшее развитие идей, заложенных в платформе Quad FX, компания AMD связывает с платформой нового поколения, известной под условным названием FASN8 (от слова "fascinate", что в переводе с английского означает "очаровывать"). В ней, в отличие от Quad FX, будут использоваться компоненты только собственного производства AMD - четырехъядерные процессоры Phenom FX, видеокарты семейства Radeon HD 2ххх и соответствующие чипсеты. Поскольку в такой "очаровательной" системе будет работать сразу два четырехъядерных процессора, то общее число задействованных ядер достигнет восьми.

Чипсет (ChipSet - набор чипов), или набор системной логики, представляет собой одну или несколько микросхем, специально разработанных для обеспечения взаимодействия CPU со всеми остальными компонентами компьютера. Чипсет определяет, какой процессор может работать на данной материнской плате, тип, организацию и максимальный объем используемой оперативной памяти (разве что современные модели процессоров AMD имеют встроенные контроллеры памяти), сколько и какие внешние устройства можно подключить к компьютеру. Разработкой чипсетов для десктопов занимаются 5 компаний: Intel, NVIDIA, AMD, VIA и SIS.

Чаще всего чипсет состоит из 2 интегральных микросхем, называемых северным и южным мостами. Северный мост (Northbridge или, у Intel, MCH - Memory Controller Hub) обеспечивает взаимосвязь между процессором (по шине FSB - Front Side Bus), оперативной памятью (SDRAM, DDR, DDR2 и, в ближайшей перспективе, DDR3), видеокартой (интерфейсы AGP или PCI Express) и, посредством специальной шины, с южным мостом (Southbridge, или ICH - I/O Controller Hub), в котором расположены большинство контроллеров интерфейсов ввода-вывода. Некоторые северные мосты включают графическое ядро, использующее внутренний интерфейс AGP или PCI Express - такие чипсеты называются интегрированными.

К числу устройств, встроенных в южный мост, относятся контроллеры шин PCI (Peripheral Components Interconnect) и/или PCI Express, дисковых накопителей (IDE и SATA-жестких дисков и оптических приводов), встроенные звуковые, сетевые, USB- и RAID-контроллеры. Южный мост также обеспечивает нормальную работу системных часов (RTC - Real Time Clock) и микросхемы BIOS.

Иногда встречаются чипсеты, состоящие только из одной микросхемы (однокомпонентные чипсеты), объединяющим функциональность обоих мостов.

Хотя производители современных чипсетов и видеокарт (на сегодняшний день таких пока только двое - NVIDIA и AMD) пытаются как-то "привязать" покупателей ко всему спектру своей продукции, предлагая уникальные фирменные функции вроде SLI или CrossFire, большинство пользователей, честно говоря, вряд ли когда ими воспользуются. А в стандартной конфигурации "одна видеокарта на системной плате" любой чипсет прекрасно сочетается с любой видеокартой, независимо от их производителей.

Технология приоритезации сетевого трафика FirstPacket используется в сетевых контроллерах чипсетов NVIDIA и обеспечивает минимизацию задержек при передаче пакетов определенного потока сетевого трафика. Эта технология, в некоторой степени, способна компенсировать недостаточную пропускную способность канала связи (что особенно актуально для домашних пользователей) в таких приложениях, как онлайновые игры и IP-телефония.

К сожалению, технология FirstPacket имеет существенное ограничение - она обеспечивает только "одностороннее движение" и эффективна исключительно для исходящего потока данных, тогда как входящий трафик ей принципиально неподконтролен.

Компьютерная шина служит для передачи данных между отдельными функциональными блоками компьютера и представляет собой совокупность сигнальных линий, которые имеют определенные электрические характеристики и протоколы передачи информации. Шины могут различаться разрядностью, способом передачи сигнала (последовательные или параллельные, синхронные или асинхронные), пропускной способностью, количеством и типами поддерживаемых устройств, протоколом работы, назначением (внутренняя или интерфейсная).

64-битная процессорная шина QPB (Quad-Pumped Bus) обеспечивает связь процессоров Intel с северным мостом чипсета. Характерной ее особенностью является передача четырех блоков данных (и двух адресов) за такт. Таким образом, для частоты FSB, равной 200 МГц, эффективная частота передачи данных будет эквивалентна 800 МГц (4 х 200 МГц).

Последовательная двунаправленная шина HyperTransport (НТ) разработана консорциумом компаний во главе с AMD и служит для связи процессоров AMD семейства К8 друг с другом, а также с чипсетом. Кроме того, многие современные чипсеты используют НТ для связи между мостами, нашла она место и в высокопроизводительных сетевых устройствах - маршрутизаторах и коммутаторах. Характерной особенностью шины НТ является ее организация по схеме Peer-to-Peer (точка-точка), обеспечивающая высокую скорость обмена данными при низкой латентности, а также широкие возможности масштабирования - поддерживаются шины шириной от 2 до 32 бит в каждом направлении (каждая линия - из двух проводников), причем "ширина" направлений, в отличие от PCI Express, не обязана быть одинаковой. К примеру, возможно использование двух линии НТ на прием и 32 - на передачу.

"Базовая" тактовая частота шины HT - 200 МГц, все последующие тактовые частоты определяются как кратные данной - 400МГц, 600МГц, 800МГц и 1000 МГц. Тактовые частоты и скорость передачи данных шины HyperTransport версии 1.1 приведены:



На данный момент консорциумом HyperTransport разработана уже третья версия спецификации НТ, согласно которой шина HyperTransport 3.0 допускает возможность "горячего" подключения и отключения устройств; может работать на частотах вплоть до 2,6 ГГц, что позволяет довести скорость передачи данных до 20800 Мб/с (в случае 32-битной шины) в каждую сторону, являясь на сегодняшний день самой быстрой шиной среди себе подобных.

Шина PCI (Peripheral Component Interconnect), несмотря на свой более чем солидный (по компьютерным меркам) возраст, до сих пор является основной шиной для подключения самых разнообразных периферийных устройств к системной плате компьютера. 32-битная шина PCI обеспечивает возможность динамического конфигурирования подключенных устройств, она работает на частоте 33,3 МГц (пиковая пропускная способность 133 Мбит/с).

В серверах используется ее расширенные варианты PCI66 и PCI64 (32 бит/66 МГц и 64 бит/33 МГц соответственно), а также PCI-X - 64-битная шина, ускоренная до 133 МГц.

Другими вариантами шины PCI являются популярная в недавнем прошлом графическая шина AGP и пара интерфейсов для мобильных компьютеров: внутренняя шина mini-PCI и PCMCIA/Card Bus (16/32-разрядные варианты интерфейса внешних устройств, допускающие "горячее" подключение периферии). Несмотря на широкое распространение, время шины PCI (и ее производных) заканчивается - на смену им идет (пусть и не так быстро, как хотелось бы ее разработчикам) современная высокопроизводительная шина PCI-Express.

PCI-Express - это последовательный интерфейс, разработанный организацией PCI-SIG во главе Intel и предназначенный для использования в качестве локальной шины вместо PCI. Характерной особенностью PCI-Express является его организация по принципу "точка-точка", что исключает арбитраж шины и, тем самым, перетасовку ресурсов.

Соединение между устройствами PCI-Express называется линками (link) и состоят из одной (называемой 1x) или нескольких (2x, 4x, 8x, 12x, 16x или 32x) двунаправленных последовательных линий (lane). Пропускная способность современной шины PCI-Express версии 1.1 с разным количеством линий приведена:


Однако в текущем году получит распространение новая спецификация PCI-Express 2.0, в которой пропускная способность каждого линка увеличилась до 0,5 Гб/с в каждую сторону (при сохранении совместимости с PCI-Express 1.1). Кроме того, в PCI-Express 2.0 вдвое увеличена подводимая по шине мощность питания - 150 Вт против 75 в первой версии стандарта; а также, как и HT 3.0, обеспечивается потенциальная возможность "горячей" замены интерфейсных карт (провозглашенная, но не реализованная в версии 1.1).

Первая версия последовательного интерфейса дисковых накопителей Serial ATA (SATA/150) имела максимальную пропускную способность 150 Мб/с (или 1,2 Гбит/с), что незначительно выше, чем у заменяемых им параллельных интерфейсов АТA100 и ATA133 (100 и 133 Мб/с соответственно).

Второе поколение Serial ATA - SATA/300, работает на частоте 3 ГГц, обеспечивая пропускную способность до 300 Мб/с (2,4 Гбит/с). Также накопители SATA/300 обрели полную поддержку технологии Native Command Queuing (NCQ), оптимизирующей очередность обработки управляющих команд. Другим достаточно любопытным нововведением является то, что к одному SATA/300 каналу через специальные концентраторы можно подключать до 15 жестких дисков (обычный SATA мог работать только в режиме "один разъем - один диск"). Теоретически SATA/150 и SATA/300 устройства должны быть полностью совместимы, однако для некоторых устройств и контроллеров требуется ручное переключение между типами интерфейса (например, с помощью специального джампера).

Для подключения внешних устройств служит интерфейс eSATA (External SATA), в котором реализован режим "горячей замены" (англ. Hot-plug). Для подключения устройств eSATA требуется два кабеля: для шины данных (длиной не более 2 м) и питающий. Максимальная скорость передачи данных по интерфейсу eSATA выше, чем у USB или FireWire, и достигает 2,4 Гбит/с (против 480 Мбит/c у USB и 800 Мбит/с у FireWire). При этом существенно меньше нагружается процессор компьютера.

Массивы RAID позволяют работать с несколькими физическими накопителями как с единым устройством. Для чего? Что бы повысить надежность хранения данных, а также увеличить скорость работы дисковой подсистемы. Обе эти задачи решают RAID-массивы нескольких типов:

• RAID 0 (Stripe) - несколько физических дисков (минимум - 2) объединяются в один "виртуальный" диск, обеспечивающий максимальную производительность (за счет рассредоточения данных по всем дискам массива) дисковых операций, но надежность хранения данных при этом не превышает надежности отдельного диска;
  
• RAID 1 (Mirror) несколько физических дисков (минимум - 2) работают синхронно на запись, полностью дублируя содержимое друг друга. Самый надежный способ защиты информации от сбоя одного из дисков, но, при этом, и самый "расточительный" - ровно половина объема массива тратится на резервирование данных;
  
• RAID 0+1 (иногда называется RAID 10) - комбинация двух первых вариантов, объединяющая высокую производительность RAID 0 и надежность RAID 1, сохраняя, впрочем, и их недостатки. Для создания такого массива необходимо минимум 4 диска;
  
• RAID 5 - является своеобразным компромиссом между массивами RAID 0 и RAID 1: использует распределенное хранение данных аналогично RAID 0, но надежность хранения данных повышается за счет включения избыточной информации (коды четности), записываемой на различные диски массива по очереди. Для организации массива RAID 5 необходимо использовать минимум 3 диска;
  
• Matrix RAID - технология, реализованная фирмой Intel в последних моделях своих южных мостов (начиная с ICH6R), позволяющая организовать всего на двух физических дисках несколько массивов RAID 0 и RAID 1.
  

Кроме того, в массивах RAID 0 часто используется режим "Span" (иначе - JBOD), когда все имеющиеся диски просто объединяются в один, без рассредоточения данных по дискам. Такой режим обеспечивает наибольшую эффективную емкость массива, однако скорость работы системы будет относительно невысокой.

Драйвер для SATA RAID должен находиться на компакт-диске, которым комплектуется каждая системная плата. Если же по каким-либо причинам такой диск отсутствует или Вы хотите установить самую последнюю версию драйвера (что, в большинстве случаев, вполне оправданно), тогда можно скачать его на сайте производителя системной платы или, в крайнем случае, того чипсета, который используется в Вашей системной плате.

Для того, чтобы Windows смогла определить жесткий диск SATA, в самом начале установки в текстовом режиме следует нажать клавишу "F6" и, после этого, вставить в накопитель дискету с драйверами (в современных компьютерах, не имеющих флоппи-дисковода, можно воспользоваться внешним USB-накопителем). После этого, программа установки будет вести, как обычно, т. е. выполнять стандартные операции. В случае наличия в системе единственного SATA HDD необходимо убедиться, что в BIOS системной платы отключен встроенный в чипсет RAID-контроллер.

Для системных плат на чипсетах от Intel/NVIDIA это делается путем деактивации пункта меню "SATA RAID" (или чего-то подобного).

Платы на чипсетах VIA при инсталляции системы на SATA диск в любом случае (независимо от наличия или отсутствия RAID-массива) требуют установки дополнительного драйвера.

BIOS (Basic Input/Output System) - основная система ввода/вывода, зашитая в ПЗУ (отсюда название - ROM BIOS) представляет собой набор программ, необходимых для быстрого тестирования и низкоуровневой настройки компьютерного "железа", а также для организации последующей загрузки операционной системы.

Обычно для каждой модели системной платы разрабатывается своя собственная версия (на компьютерном сленге - прошивка) базового BIOS, разработанного одной из специализированных фирм - Phoenix Technologies (Phoenix Award BIOS) или American Megatrends Inc. (AMI BIOS).

Раньше BIOS зашивался в однократно программируемые ПЗУ (маркировка чипа 27xxxx) либо в ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (имеется прозрачное окно на корпусе микросхемы), поэтому его перепрошивка пользователем была практически невозможна. В настоящее время в основном выпускаются платы с электрически перепрограммируемыми ПЗУ (Flash ROM, маркировка чипа 28xxxx или 29хххх), которые допускают перепрошивку BIOS средствами самой платы, что позволяет оперативно добавлять в систему поддержку новых устройств (или функций), исправлять мелкие огрехи разработчиков, изменять заводские умолчания и пр.

Оптимальную производительность при приемлемой стабильности работы компьютера обеспечивает фабричная настройка BIOS. Вызвать ее можно, зайдя в BIOS Setup и выбрав команду "Load Optimized Defaults" (или "Load Optimal Settings", или "Load Setup Defaults" - в разных BIOS по разному). После этого в BIOS вообще лучше ничего не трогать руками, особенно, если Вы не очень уверены в своей квалификации. Разве что можно настроить последовательность загрузочных устройств (в разделе "Advanced BIOS Features"), да отключить неиспользуемые устройства и контроллеры (в разделe "Integrated Peripherals"). Однако бывают ситуации, когда на первый план выходит максимальная стабильность системы (пусть и в ущерб производительности). В этом случае следует выбрать "Load Fail-Safe Defaults" (или что-то ему подобное).

Последние версии прошивок для обновления BIOS обычно можно найти в соответствующих разделах (чаще всего - разделы "Download" или "Support") на официальных сайтах компаний - производителей системных плат. Адреса их сайтов всегда можно найти в руководствах на системные платы.

Перед тем, как скачать прошивку, не помешает лишний раз убедиться, что Вы правильно выбрали не только модель своей платы, но и ее модификацию - это очень важно, так как во многих случаях прошивки разных версий одной и той же системной платы не совместимы друг с другом.

Кроме официальных сайтов производителей материнских плат, в Сети существует большое количество специализированных ресурсов, предлагающих своим посетителям драйвера и прошивки для самого разнообразного компьютерного оборудования.

Установка пароля пользователя, блокирующего загрузку системы, является одним из самых старых систем защиты компьютера от несанкционированного доступа. И, тем самым, один из самых ненадежных. Ведь большинство системных плат имеют специальный джампер для очистки CMOS (память, в которой хранятся все настройки BIOS, включая пароль пользователя). Обычно этот джампер (или просто два контакта, которые можно замкнуть металлическим предметом) находится около небольшой круглой батарейки на системной плате.

Выключив компьютер, следует на несколько секунд (для гарантии следует подождать секунд 10 - 20) замкнуть этот джампер перемычкой. Потом, удалив перемычку, снова включить компьютер. После этого компьютер загрузится как обычно, за исключением того, что все установки BIOS (включая пароль пользователя) будут сброшены.

В случае, если на Вашем компьютере нет такого джампера (или Вы просто не нашли его) можно поступить так: выключив питание, снять батарейку на те же самые 10 - 20 секунд, и после этого вернуть ее обратно (ни в коем случае не перепутав полярность!). Эффект будет тот же самый.

После прошивки BIOS часто встречается ситуация, когда отключается контроллер USB 2.0 (может обозначаться как "USB EHCI Controller"). При этом контроллер USB начинает работать в режиме USB FullSpeed/USB 1.1 (максимальная скорость не превышает 12 Мбит/с) вместо режима USB HiSpeed/USB 2.0 (480 Мбит/с). Для того, чтобы вернуть максимальную скорость USB, следует в разделе "Integrated Peripherals" найти пункт "USB Configuration" (или что-то подобное) и разрешить режим " USB 2.0 Controller/USB EHCI Controller".