Лекция 14 Системная плата

1. Системная плата (Материнская плата) - основа вычислительной системы

2. Системная плата (материнская плата, Motherboard)

это
основная
печатная
плата
компьютера, которая обеспечивает
физическое и логическое соединение
всех критически важных компонентов
системы.

3. Аналогия для понимания:

Представьте себе современный город:
Системная плата — это его инфраструктура: дороги,
мосты, коммуникации, районы.
Процессор (CPU) — мэрия, управляющая городом.
Оперативная память (RAM) — офисные здания, где
временно хранятся текущие дела.
Жесткий диск / SSD — городской архив для
долгосрочного хранения.
Периферийные устройства — жители и предприятия,
которые взаимодействуют с городом.
Без хорошо спроектированной инфраструктуры
(системной платы) даже самый мощный мэр
(процессор) не сможет эффективно управлять городом.

4. Основные компоненты системной платы и их функции

Классическая архитектура (Чипсет: Северный и Южный
мост)
Эта модель наглядно показывает иерархию подключения компонентов.
Северный мост (North Bridge)
Расположение: Близко к процессору.
Функции: Отвечает за подключение высокоскоростных компонентов.
Связь CPU ↔ RAM: Контроллер оперативной памяти (в современных CPU встроен в сам
процессор).
Связь CPU ↔ Видеокарта: Слот PCI Express x16.
Особенность: Работает на очень высоких частотах, часто оснащается радиатором для
охлаждения.
Южный мост (South Bridge)
Расположение: Ниже и дальше от процессора.
Функции: Отвечает за подключение периферийных устройств.
Контроллеры SATA/SAS для жестких дисков и SSD.
Контроллеры USB.
Сетевой контроллер (Ethernet).
Аудиоконтроллер (Звуковая карта).
Шины PCI, PCIe x1 для дополнительных плат расширения.
BIOS/UEFI (часто подключен к Южному мосту).
Особенность: Связывается с Северным мостом через внутреннюю шину.
Проблема: Северный мост стал "бутылочным горлышком".

5. Современная архитектура (с встроенным контроллером памяти)

В процессорах Intel (начиная с Nehalem) и AMD
(начиная с K8) контроллер памяти и высокоскоростной
контроллер PCIe были перенесены непосредственно в
процессор.
Результат: Северный мост как отдельный чип исчез.
Современный "чипсет" (то, что мы сейчас называем Intel
Z790 или AMD B650) — это, по сути,
усовершенствованный Южный мост, который
взаимодействует с процессором через
высокоскоростную шину (например, DMI у Intel или
Infinity Fabric у AMD).
Современная плата — это «звезда», в центре которой
находится процессор, к которому напрямую подключена
память и видеокарта, а все остальное подключается
через чипсет-концентратор.

6. Ключевые элементы системной платы

Сокет процессора (CPU Socket): LGA 1700 (Intel), AM5 (AMD). Определяет, какой
процессор можно установить.
Слоты оперативной памяти (DIMM): DDR4, DDR5. Количество каналов (2-канальный
режим) сильно влияет на производительность.
Слоты расширения:
PCI Express x16: Для видеокарт.
PCI Express x4/x1: Для SSD (NVMe), сетевых карт, звуковых карт.
(Устаревший) PCI: Для совместимости со старым оборудованием.
Разъемы для накопителей:
SATA: Для HDD, SSD и оптических приводов.
M.2 (Key M): Современный слот для высокоскоростных NVMe SSD, подключается
напрямую к шине PCIe.

7. Ключевые элементы системной платы

Внешние порты ввода/вывода (задняя панель):
USB (2.0, 3.2 Gen 1/2, Type-C)
Ethernet (RJ-45)
Аудиоразъемы (3.5mm jack)
Видеовыходы (DisplayPort, HDMI – работают от встроенного в процессор видеоядра).
Wi-Fi/Bluetooth антенны (если есть встроенный модуль).
Внутренние разъемы:
Power Connector (24-pin ATX, 8-pin CPU): Питание платы и процессора.
Fan Headers: Для подключения кулеров.
Front Panel Connector: Кнопки питания, сброса, индикаторы HDD Led, Power Led.
USB и Audio Headers: Для подключения к портам на корпусе.
BIOS/UEFI:
BIOS (Basic Input/Output System) / UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) — это
микропрограмма, прошитая в чипе на материнской плате.
Функции:
Проверка и инициализация оборудования при включении (POST - Power-On SelfTest).
Поиск и загрузка загрузчика ОС.
Предоставление интерфейса для настройки низкоуровневых параметров системы
(включая разгон).

8. Заключение и выводы

Системная плата — это не просто
«держатель» для компонентов. Это:
Центр коммуникации, определяющий, как
быстро компоненты обмениваются
данными.
Фундамент для апгрейда, задающий
пределы возможного развития системы.
Ключевой фактор стабильности всей
информационной системы.

9. Вопросы для самоконтроля:

Объясните, почему классический "Северный мост"
был интегрирован в современный процессор.
Какие компоненты подключаются к процессору
напрямую, а какие — через чипсет?
Предложите конфигурацию материнской платы
(сокет, чипсет, объем RAM) для рабочей станции
разработчика, который занимается компиляцией
больших проектов и использует виртуальные
машины.
Чем отличается разъем M.2 для SATA SSD от M.2
для NVMe SSD на физическом и логическом
уровне?
Какова роль UEFI в процессе загрузки
операционной системы?