La carte mère de l'ordinateur, pour ce qu'elle est conçue et à quoi elle ressemble

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Материнская плата компьютера, для чего она предназначена и как выглядит

La carte mère de l'ordinateur est la base sur laquelle tous les composants de l' unité centrale sont construits .

Le rôle de la carte mère d'ordinateur ne peut pas être surestimé. Après tout, cela dépend si vous pouvez étendre les fonctionnalités de votre PC à l'avenir ou non? Augmenter la quantité de RAM , mettre une carte graphique plus efficace? Est-ce que l'extension supplémentaire («mise à niveau») de l'ensemble du système permettra la présence d'emplacements et de connecteurs supplémentaires non utilisés à l'origine? C'est comme la fondation de la maison: vous ne le ferez pas qualitativement et, avec le temps, le design peut s'effondrer.

La carte mère est une "tarte" multicouche de circuits imprimés à une seule couche (simple face ou double face). Chacune des couches et représente un droit distinct. La superposition est tout d'abord nécessaire pour lutter contre les interférences et les interférences créées par les lignes de signaux (chemins) du tableau, proches les unes des autres. Pour augmenter cette distance et isoler les lignes de signal d'une couche d'une autre et inventer tout ce "sandwich". Chaque couche est séparée les uns des autres par des revêtements spéciaux en fibre de verre (adhésif) et après tout cela est pressé dans un four spécial.

Graphiquement, la structure interne du produit peut être représentée approximativement comme ceci:

En prime, la résistance mécanique globale d'une telle structure augmente également. Le nombre de couches individuelles dans les produits de marque modernes peut atteindre jusqu'à dix, voire plus! Après cela, presque terminé carte mère des deux côtés est recouvert d'un vernis de protection diélectrique de la bonne couleur, séché, percé des trous nécessaires pour les fixations, l'installation de connecteurs et d'autres composants, des trous métalliques sur les bords et le produit est presque prêt! Bien sûr, après cela, vous devez installer les connecteurs et la base entière des composants électroniques, effectuer leur soudure, contrôle de qualité, effectuer des tests complets sous charge, mais ce processus est clairement montré dans la vidéo sous l'article, donc je ne vois aucune raison de le décrire.

Remarque: la carte de circuit imprimé ou PCP (Printed Circuit Board) est une plaque diélectrique sur laquelle des pistes électriquement conductrices sont formées chimiquement ou mécaniquement. Ils peuvent être formés comme une méthode classique de gravure sur le tableau, ou en utilisant la technologie de gravure au laser.

Puisque nous sommes principalement intéressés par les cartes mères de haute qualité de l'ordinateur, tournons notre attention vers le paiement en taille réelle du fabricant "Asus". Un grand nombre d'éléments et des slots d'extension nous permettent d'espérer une bonne perspective de mise à niveau, et une base de composants de haute qualité et une disposition de la carte - pour une longue période de son fonctionnement.

Passons, comme d'habitude, à l'ordre dans toute la notation et découvrons quels sont les composants de la carte mère de l'ordinateur:

  1. socket CPU (connecteur où le processeur de l' ordinateur est installé)
  2. il y a deux emplacements pour carte graphique PCI Express (sur les cartes mères coûteuses, vous pouvez installer deux cartes vidéo distinctes en même temps)
  3. quatre emplacements pour la mémoire DDR2
  4. pont nord du chipset de la carte mère de l'ordinateur
  5. pont sud du chipset de la carte mère
  6. Radiateurs de système de refroidissement pour circuits de puissance (phases de puissance) du processeur
  7. Quatre sorties USB (sortie à l'arrière du boîtier de l' ordinateur )
  8. sorties de la carte son intégrée
  9. interface de disquette 3.5 (lecteur) contrôleur FDC
  10. quatre prises SATA pour connecter des disques durs
  11. trois emplacements PCI pour la connexion de cartes d'extension supplémentaires (tuner TV, carte réseau ou carte son, carte de capture vidéo, etc.)
  12. batterie "BIOS"
  13. processeur de connecteur d'alimentation 12 volts à quatre broches
  14. Connecteur 24 broches pour l' alimentation et l'alimentation en tension de la carte mère
  15. deux connecteurs pour connecter des disques durs ou des CD-DVD-ROM de l'ancien "IDE"
  16. la puce du BIOS elle-même

Arrêtons-nous avec vous sur les points les plus importants qui nécessitent des commentaires individuels. Sur l'image, on peut voir clairement le système de refroidissement au centre, avec des tubes de cuivre qui divergent. Le radiateur central couvre la puce "nord" du chipset de la carte mère. Il comprend des composants importants tels qu'une carte graphique intégrée , un contrôleur de mémoire et un contrôleur de bus système (ces éléments sont maintenant transférés activement à la CPU) et, bien sûr, il prend en charge l'interface avec le microcircuit "sud".

Les noms "nord" et "sud" ne dénotent que l'emplacement géographique de ces éléments par rapport aux slots PCI (nord - supérieur ou sud - inférieur). La puce du "pont" sud est également couverte par un radiateur. Il contient généralement un contrôleur de la carte réseau intégrée de l' ordinateur, un bus USB, un son intégré, est responsable du fonctionnement du bus PCI, de divers capteurs sur la carte, etc.

Note: chipset (chipset) - un ensemble de puces conçues pour fonctionner ensemble pour effectuer toutes les tâches. Le second nom est un ensemble de logique système.

Applicable aux ordinateurs, le chipset classique sur la carte mère se compose de deux grandes puces:

  • pont nord (Northbridge)
  • pont sud (Southbridge)

Le pont nord connecte (via des contrôleurs intégrés) la CPU avec des périphériques haute performance situés sur la carte mère de l'ordinateur (mémoire, adaptateur vidéo). Le "pont" sud est responsable de la prise en charge de périphériques plus "lents" (USB, carte son et réseau, disques durs, cartes d'extension diverses, etc.)

Ici, par exemple, ressemble à un ensemble de logique du système ("north" - le plus grand et le "plus petit" pont) produit par la société "VIA".

Un ensemble de logique du système Un ensemble de logique du système

Nous passons à autre chose. Sous les chiffres "6" (voir la première photo de l'article) sur la carte mère, nous avons deux radiateurs qui refroidissent les circuits de puissance du processeur. Les éléments situés sous les radiateurs (condensateurs et transistors) empêchent de fortes fluctuations de la tension d'alimentation de la CPU lorsque sa charge change. La qualité de leurs performances est l'un des indicateurs d'une bonne carte mère. D'accord, si le travail de l'ordinateur sera instable simplement à cause d'une alimentation électrique de mauvaise qualité - ce sera insultant!

Séparément noter que la base élémentaire des circuits d'alimentation sur les cartes mères modernes est assez diversifiée: il comprend un contrôleur PWM, convertisseurs de tension, transistors, résistances, selfs, condensateurs, etc.

La photo ci-dessous montre un schéma d'alimentation multiphase typique d'un processeur moderne:

Par exemple, des convertisseurs de tension sont nécessaires pour alimenter l'un ou l'autre des éléments strictement nécessaires à son fonctionnement normal. Une chose est qu'à l'entrée du convertisseur de l'alimentation "vient" 12 volts, mais pas tous les éléments sont exactement douze! Ici convertisseurs et abaisser à la valeur désirée et "donner" au consommateur final "(une puce spécifique, ou un autre élément).

Je suggère plus en détail de parler de ce que toutes ces phases sont nécessaires et comment ils fonctionnent? Je pense qu'il faut savoir! Le VRM (Voltage Regulation Module) ou VRD (Voltage Regulator Down) peut agir comme un convertisseur abaisseur. Surtout ne vous concentrez pas là-dessus, il vous suffira de vous souvenir de ces acronymes et de savoir de quoi ils parlent.

En règle générale, plusieurs MOSFET sont également inclus dans le circuit du convertisseur. Ils sont contrôlés par un champ électrique, ils sont donc appelés "champ" (champ). L'abréviation MOS est dérivée d'un «métal-oxyde-semiconducteur», dans la version anglaise: «transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur» ou en abrégé MOSFET. Par conséquent, vous pouvez trouver le nom, comme mosfet-transistors (chez les personnes - "mosfety").

Au cœur de la gestion de la phase de puissance sur la carte mère de l'ordinateur, en règle générale, est le contrôleur PWM. L'abréviation PWM a aussi sa propre signification et c'est "Pulse Wide Modulation" - modulation de largeur d'impulsion, en russe PWM. Par conséquent, de tels composants sont souvent appelés contrôleurs PWM.

Voici comment cela pourrait ressembler:

Le contrôleur PWM "apprend" sur la puissance requise pour le processeur à l'heure actuelle, en utilisant un signal spécial de 8 bits, qui "lui" dit quelle tension doit être appliquée à la CPU à un moment donné.

Dans les très vieux ordinateurs, tous les circuits du régulateur de tension étaient monophasés, mais au fil du temps (comme la puissance consommée par les processeurs) ils sont devenus inefficaces et les fabricants ont dû utiliser plusieurs phases pour ajuster la tension appliquée au CPU. D'où le concept de "multiphase" apparu. Alimentation à quatre phases huit phases, etc ... Maintenant, il semble, même en 24 phases! :)

Qu'est-ce qui se cache derrière ce concept? Essayons de comprendre! Quelle est la principale limitation d'un régulateur monophasé? Tout d'abord, au courant maximum qui peut être passé à travers les éléments qui le composent: mospets, inductors (selfs), condensateurs. Leur limitation est d'environ trente ampères, alors que les processeurs modernes peuvent consommer plus d'une centaine d'ampères! Il est clair qu'avec de telles "demandes" une phase "bout" très vite :) C'est pour compenser cette limitation, sur les cartes mères et a commencé à utiliser la puissance multiphase.

Lors de l'utilisation d'un régulateur multiphase, le courant de charge total peut être réparti sur le nombre N de phases individuelles, ce qui produira au total la puissance (nominale) requise! Par exemple: avec une alimentation à six phases pour chacune des six phases, il y aura 30 ampères (rappelez-vous la limite de courant), tandis qu'au total, toutes nos phases peuvent "passer" jusqu'à 180 ampères à une charge de pointe!

Note: pour les processeurs Intel de la génération Core i7 avec une consommation d'énergie supérieure à 130 watts (même en tenant compte de la capacité d'overclocking), une alimentation en six phases suffit! Tout cela plus - de la commercialisation astucieux :)

Il faut également garder à l'esprit que la base de l'élément ne s'arrête pas et qu'à la place des condensateurs électrolytiques classiques, les polymères dits à semi-conducteurs dont la durée de vie dépasse 50 000 heures, les inductances à noyau de ferrite, etc. Tout cela ensemble, vous permet de passer à travers eux le courant maximum n'est plus 30, mais 40 ampères. Par conséquent, un tel circuit (circuit) à six phases de la puissance du processeur peut facilement fournir du courant au processeur d'environ 240 ampères (consommation d'énergie supérieure à 200 watts)! Quel type de processeur domestique consomme-t-il sauf AMD? :)

La dernière chose que je voudrais ajouter, maintenant sur les cartes mères d'ordinateurs souvent utilisé une telle chose comme une phase de commutation dynamique de la puissance. Cela signifie que lorsque le besoin (le processeur consomme plus de courant), un nombre croissant de phases sont incluses dans le travail, et lorsque la charge diminue, certaines d'entre elles sont désactivées. En théorie, une CPU faible ne peut être démarrée qu'avec une phase de travail. C'est une autre question, combien de temps ça va durer? Mais pour commencer en mode test, cette méthode pourrait bien être utile!

Donc, retour à notre matériel principal! Si vous essayez de représenter schématiquement l'emplacement de tous les éléments et connecteurs principaux sur la carte mère de l'ordinateur, vous obtiendrez quelque chose comme ceci:

Comme vous pouvez le voir, tout commence avec la CPU et plus loin (via le bus système) - les données sont transférées à tous les nœuds de l'ordinateur.

Voici un autre mode de réalisation (graphique) de cette idée:

Disposition de la carte mère Disposition de la carte mère

Disons quelques mots sur le bus système de la carte - FSB (Front Side Bus - bus système frontal). C'est une interface à grande vitesse entre le processeur et le pont nord du chipset de la carte mère. Plus sa fréquence est élevée, plus le taux de transfert de données et la vitesse de l'ensemble du système sont élevés. La fréquence FSB est mesurée en mégahertz.

Note: quelle est la fréquence, quelles valeurs peuvent prendre et quelle mesure vous et moi avons discuté ici dans cet article.

Directement sur le bus système, seule la CPU est connectée, les autres appareils y sont connectés via des contrôleurs dédiés intégrés dans la puce du north bridge.

Par souci de justice, il convient de noter qu'il existe maintenant une tendance à une forte intégration des contrôleurs principaux et même des dispositifs entiers (accélérateur graphique) directement dans le cœur de la CPU.

L'un des premiers chipsets a été transféré au contrôleur de mémoire, ce qui a réduit les retards inévitables dans la transmission des données et des commandes sur le bus système. Par exemple, dans le processeur basé sur "Intel LGA1156" ont été transférés presque tous les contrôleurs principaux, précédemment situés sur la carte mère. En conséquence, en fait, il n'y a pas de FSB dedans!

Les développeurs de la société "AMD" utilisent leur technologie propriétaire pour remplacer le bus système. C'est ce qu'on appelle Hyper Transport. Ce développement a déjà subi plusieurs révisions et est utilisé avec succès non seulement dans les ordinateurs personnels, mais aussi dans des dispositifs de haute performance tels que les routeurs réseau de Cisco.

Un autre des "candidats" à transférer directement au cœur du CPU était la vidéo embarquée, qui se sentait très à l'aise dans le pont nord du chipset de la carte mère. Et, semblait-il, où pourrait-il arriver à partir de là?! Et un certain temps s'est écoulé et - s'il vous plaît: un noyau vidéo sur une puce avec un processeur. Fantastique! :)

Comment est-ce devenu possible? Tout d'abord, en raison du fait que le processus de fabrication de tous les principaux éléments de l'ordinateur est en constante diminution. Par exemple, la famille de processeurs Intel Core i7 est faite en utilisant la technologie de processus de 22 nanomètres, ce qui a permis de placer sur la même zone du cristal environ 1,4 milliard de transistors!

Remarque: 22 nanomètres correspondent, dans ce cas, à la résolution linéaire de l'équipement lithographique utilisé dans la fabrication du dispositif final. Et "nanomètre" (nm ou nm) est un milliardième de mètre (millimicron)!

Qu'avons-nous? Avec la diminution de la technologie de processus, la taille des éléments principaux (transistors) que nous pouvons placer sur la puce diminue également. Par conséquent, ces mêmes transistors dans la même zone nous pouvons accueillir plus! Et, par conséquent, construire sur leur base un moteur graphique intégré ou tout autre élément de la CPU. En fait, les développeurs l'utilisent activement, en essayant de réduire constamment le processus technologique de production.

Au fil du temps, cela a conduit au fait que toutes les principales interfaces et contrôleurs à grande vitesse "migré" sous la couverture du processeur, et de nombreuses cartes mères d'ordinateurs modernes ont perdu non seulement le sud, mais parfois le pont nord! Puisque tous les contrôleurs périphériques se sont déplacés vers le pont nord, le sud a juste disparu comme inutile. Aujourd'hui, vous pouvez toujours rencontrer des cartes mères avec l'arrangement classique des éléments de la logique du système (chipset), mais cela arrive de moins en moins.

Alors, continuons! Pour les cartes mères moins chères, la situation est typique lorsque les fabricants recrutent tous leurs éléments sur la plaque de textolite déjà raccourcie (de dessous ou sur le côté). En conséquence, tous les éléments de la carte mère sont situés très près l'un de l'autre et à propos de certains connecteurs ou sorties supplémentaires doivent être oubliés (ici, l'essentiel pourrait convenir à tout!).

Rappelez-vous: le rapport d'aspect d'une bonne carte mère devrait être le même que sur la photo (il ne devrait pas être un petit carré ou rectangulaire-allongé) et il doit y avoir beaucoup d'espace dessus! Jusqu'à présent - c'est mon IMHO, malgré l'année 2015 :) Les fabricants de cartes mères pour les ordinateurs de bureau sont des entreprises: "Msi", "Asus" "Gigabyte" et "Intel".

Par exemple, la société "Gigabyte" "couche" en outre plusieurs couches de cuivre entre les couches de la carte de circuit imprimé. Cette technologie propriétaire a même eu son propre nom: "Ultra Durable" (photo au début de l'article). Le cuivre agit comme un radiateur supplémentaire qui supprime la chaleur des zones les plus chaudes de la carte mère: le processeur avec ses circuits d'alimentation et son chipset.

De plus, différents fabricants de cartes ajoutent leurs produits à toutes sortes d'améliorations: comme un bios double (en cas de panne, n'utilisez pas le programmateur), un capteur post-code, des boutons de mise sous tension et de réinitialisation sur la carte elle-même.

Voici un exemple de la façon d'améliorer la qualité des cartes mères.

Le fond du rouge est encerclé par le capteur de code POST, que nous avons mentionné ci-dessus. Il peut nous "raconter" le problème du travail de l'ordinateur à travers des combinaisons numériques sur le tableau de bord. Leur décodage, en règle générale, est attaché à la carte mère elle-même sous la forme d'un petit livre.

Mais quelles autres cartes mères sont là? La photo ci-dessous est un facteur de forme "micro ATX" avec le processeur "Atom 550" sur le refroidissement passif.

À la fin de l'article, je veux vous montrer mon lieu de travail et comment la prochaine carte mère est testée dessus:

Maintenant, j'installe Windows. Ce type de connexion permet d'éliminer les cas de court-circuit de la carte sur le boîtier de l'ordinateur, et l'inspection visuelle et le contrôle global du processus est beaucoup plus pratique.

Il y a aussi des cartes mères de serveur. Quelle est la différence entre les solutions serveur et les solutions de bureau (bureau)? Tout d'abord, une fiabilité accrue! Après tout, les serveurs doivent fonctionner en mode 24/7 (en tant que supermarché) :) Les serveurs sont généralement équipés d'une RAM de registre coûteuse avec contrôle de parité (ECC), et ils peuvent prendre en charge plusieurs processeurs physiques. Dans la photo ci-dessous, nous voyons une carte dans laquelle quatre processeurs physiques peuvent être installés.


C'est déjà un produit non lié au segment SOHO (Small Office / Home Office), mais des solutions d'entreprise sérieuses. Naturellement, ici aussi, ils ont leurs propres produits Lov-End (bon marché) et Hi-End (chers), mais c'est une autre histoire. Toujours sur les serveurs, en règle générale, des contrôleurs de raids matériels (RAID) sont créés, réalisés sous la forme d'une carte de circuit imprimé séparée, sur les ordinateurs de bureau, ces fonctionnalités ne peuvent être obtenues que par logiciel.

Remarque: RAID (matrice redondante de disques indépendants est un tableau redondant de disques indépendants). La technologie de stockage de données fiable basée sur la redondance des informations stockées. Lorsque plusieurs disques durs sont combinés en un seul élément logique virtuel pour assurer la fiabilité et la performance.

Séparément, vous pouvez identifier le segment de joueur des cartes mères. En règle générale, de telles solutions coûtent un ordre de grandeur et disposent de nombreuses options supplémentaires: capacités avancées d'overclocking, contrôle avancé de l'alimentation et du refroidissement, différents capteurs pour indiquer les états, base d'éléments renforcée, etc. Un exemple est le produit d'Asus (Asus Maximus 7):

Gamers carte mère Gamers carte mère

Cool "jouet", non? Enfin, - l'idée de l'article, formé sur la base de l'expérience personnelle: une bonne chose (de qualité) ne peut pas coûter 30-50 dollars. Eh bien, c'est tout ce qu'il y a à faire! :)

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