マザーボードの技術的特徴と構造。マザーボードのデバイスと目的

マザーボードはシステムユニットのメインボードです。コンピュータのアーキテクチャを決定するコンポーネントが含まれています。

cPU;

絶え間ない（ ROM）および運用（羊）メモリ、キャッシュメモリ;

バスインターフェース回路;

拡張スロット;

必須システム入出力ツールなど

マザーボードは呼ばれるチップセットに基づいています チップセット （チップセット）。多くの場合、ディスクドライブコントローラー、ビデオアダプター、ポートコントローラーなどがマザーボードにインストールされています。マザーボードの拡張スロットは、モデム、ネットワークカード、ビデオカードなどの周辺機器のカードをインストールするために使用されます。

IV。コンピュータシステムインターフェイス

異なるコンピューターデバイスを相互に接続するには、同じコンピューターデバイスが必要です。 インターフェース （インター-間、フェイス-フェイスからの英語のインターフェース）。

インターフェースが一般的に受け入れられている場合、たとえば、国際協定のレベルで承認されている場合は、標準.

インターフェース -これは、システムまたはシステムの一部（プログラムまたはデバイス）とインターフェースするように設計されたハードウェアおよびソフトウェア（接続要素と補助制御回路、それらの物理的、電気的および論理的パラメーター）です。ペアリングとは、次の機能を指します。

情報の発行と受信。

データ伝送制御;

情報の発信元と宛先を一致させます。

コンセプトに関連して インターフェース コンセプトも考慮 タイヤ （バックボーン）は、コンピューティングシステムのいくつかのコンポーネントを並列に接続でき、データを交換する信号伝送媒体です。明らかに、ほとんどのハードウェアコンポーネント インターフェース 期間が適用されます タイヤしたがって、これら2つの指定はしばしば同義語として機能しますが、 インターフェース -コンセプトはより広いです。

各機能要素（メモリ、モニター、またはその他のデバイス）は、特定のタイプのバス（アドレス、制御、またはデータバス）に関連付けられています。

インターフェイスを一致させるために、周辺機器はバスに直接接続されていませんが、 コントローラー （アダプター）および ポート このようなもの：

コントローラーとアダプター インターフェースの互換性を目的としてコンピュータデバイスに供給される電子回路のセットです。さらに、コントローラは、マイクロプロセッサの要求に応じて周辺機器を直接制御します。

ポートはまた呼ばれています 標準インターフェースデバイス：シリアル、パラレル、およびゲーミングポート（またはインターフェイス）。

に 一貫した 通常、ポートは、マウスやモデムなど、速度が遅いか、十分に離れているデバイスに接続されています。に平行ポートはより高速なデバイス（プリンターとスキャナー）に接続されています。使って ゲーム ポートはジョイスティックを接続します。キーボードとモニターが接続されている 専門の 単純なポート コネクター.

プロセッサのアーキテクチャを決定する主な電子部品は、コンピュータのメインボードにあります。全身または母性（マザーボード）。また、追加のデバイスのコントローラーとアダプター、またはこれらのデバイス自体は、次の形式で実行されます。 拡張ボード （ドーターボード-ドーターボード）、バスを使用して接続されている 拡張コネクタ、とも呼ばれている 拡張スロット （英語のスロット-スロット、溝）。

ために インターフェースポイントツーポイント接続を提供する（バスではなく） インターフェース）、次の通信モードが可能です：デュプレックス、半二重、シンプレックス。デュプレックスインクルード インターフェース2つのデバイス間で双方向に同時にデータを転送する機能を提供します。デバイス間の通信チャネルが双方向の交換をサポートしているが、各瞬間に情報が一方向にしか送信できない場合、交換モードは半二重と呼ばれます。半二重接続の重要な特性は、モード反転時間（メッセージの送信から受信へ、またはその逆への移行にかかる時間）です。もし インターフェース 一方向のみのデータ転送を実装し、反対方向へのデータフローの移動は不可能です。 インターフェース シンプレックスと呼ばれます。

以下も重要です 仕様書 インターフェース:

容量（コントローラーに同時に接続されているサブスクライバーの最大数） インターフェース エキスパンダーなし）;

スループットまたは伝送速度（通信の確立と切断の操作の持続時間、およびデータ伝送プロセスの重複の程度）;

最大通信回線長;

ビット幅;

接続トポロジ。

機能別・システム別 インターフェース (インターフェースコンピュータの個々の部分をマイクロプロセッサシステムとして接続する）および インターフェース 周辺機器。

全身性 インターフェース 通常、標準化されたシステムバスの形で実行されます。しかし、近年、システムのアーキテクチャにおけるネットワーク相互作用の概念の導入に傾向があります インターフェース.

システムには2つのクラスがあります インターフェース：一般バス（アドレスおよびデータ信号は多重化されています）および絶縁バス（個別のデータおよびアドレス信号）。現代のシステムバスの先祖は次のとおりです。

DECによるUnibus（ インターフェース 一般的にバス),

Intel Multibus（ インターフェース 孤立したバス).

Intel-386およびIntel-486ベースのPCのシステムインターフェイス

初の標準システム インターフェース PCベースのIA-32 CPUの場合は考慮する必要があります ISA （業界標準アーキテクチャ）。 ISA 表す タイヤIBM PC互換PCで使用され、拡張カードとそれらが挿入されたマザーボードとの間の電力と通信を提供します。完全な説明 タイヤは、そのタイミングを含め、IEEE P996-1987として公開されています。

4.77 MHzでクロックされる8086/8088 CPU用のこのアーキテクチャの最初のバージョンは62ピンでした タイヤ 8本のデータ線、20本のアドレス線、割り込みおよびDMA要求と確認応答の信号、および電源線とクロック信号。

32ビットIntel-386およびIntel-486プロセッサの導入により、ISAバックボーンの速度がコンピュータのパフォーマンスを向上させる上での制限要因であることが示されています。 1989年、企業グループ（Compaq、Hewlett Packard、NECなど）がISAアーキテクチャの進化型開発を提案しました。それはEISAバス（拡張ISA）です。一方では、EISAには高性能32ビットバスのすべての利点があり、他方では、ISAの「トップダウン」と完全に互換性があり、新しい基本ベースへの移行を必要としませんでした。

代替システムアーキテクチャMCA（マイクロチャネルアーキテクチャ）は、1987年にPS / 2シリーズのPCでIBMによって提案されました。 ISAと比較したMCAの主な利点は、データバスの幅が32ビットに増加したことです。

MCAはプロセッサに依存せず、完全に非同期です。 IBM PS / 2 PCに加えて、このトランクはIBM RS / 6000ワークステーション、およびPower Parallel SP2シリーズの高性能コンピューター（たとえば、Deep Blue）でも使用されていました。

MCAバスには自動システム構成が用意されています。この場合、ユーザーは変更して、さまざまなデバイスに優先順位を割り当てることができます。 DMAモードでの転送速度を上げるために、特別なブロックモード（バーストモード）が使用されます。

典型的なIntel-386 / 486（図。 14.1）個別に使用 タイヤ メモリおよび入出力デバイス用。RAMの可能性を最大化し、RAMの最大速度を保証することが可能になりました。ただし、この場合、上記のシステムを介して接続されたデバイス インターフェース、プロセッサに匹敵するボーレートに到達できません。これは主にビデオアダプターとストレージコントローラーに必要です。この問題を解決するために、ローカルバス（図。 14.2）プロセッサをペリフェラルコントローラに直接リンクしました。

図。 14.1。 典型的な低速I / Oバスシステム

図。 14.2。 ローカルバスアーキテクチャ（VLB）を備えたシステム

最も一般的なローカル タイヤ 考慮された VLB そして パソコン 私. VLB（VESAローカルバス） 拡張機能です タイヤ 負荷容量を大幅に制限する中間バッファーのないプロセッサー（デバイス2〜3台）。 VLBは32ビット タイヤ データおよび32ビット タイヤ アドレス。 VLBの利点は、シンプルさと低コストです。しかし、この開発は広く応用されていませんでした。取って代わられたバス PCI.

PCIインターフェース

PC市場での支配的な地位は、 タイヤ PCI （周辺コンポーネント相互接続-周辺コンポーネントの相互作用）。この インターフェース 1992年にIntelによって提案されました（標準 PCI 2.0-1993年）ローカルの代替としてバス VLB / VLB2。彼女は違うバスプロセッサ。限り タイヤ PCI プロセッサ固有ではなく、他のプロセッサに使用できます。 タイヤ PCI Alpha、MIPS、PowerPC、SPARCなどのプロセッサに対応しています。丁度 PCI Apple MacintoshプラットフォームのNuBusを置き換えました。

タイヤ ISA、EISAまたはMCAを制御できますバス PCI ブリッジブリッジ（図。 14.3）、さまざまなシステムでI / Oデバイスボードをインストールできます インターフェース.

図。 14.3。 PCIベースのシステム

PCI 上のマスターメモリへの直接アクセスをサポートバス（バスマスタリングDMA）。プロセッサは、マスターである周辺機器と並行して動作できますバス.

また、手数料 PCI サポート：

プラグアンドプレイ自動構成（BIOS拡張アドレスを手動で割り当てる必要はありません）;

割り込みの共有（同じ割り込み番号を異なるデバイスで使用できる場合）

パリティチェック タイヤ データと住所 タイヤ;

64〜256バイトの構成メモリ（メーカーコード、デバイスコード、デバイスクラス（関数）コードなど）。

パーソナルコンピュータは2つ以上のバスを持つことができます PCI... 各バス彼の橋を走る PCI、コンピュータにボードを追加できます PCI （最大16-アドレス制限）。

AGPポート

マルチメディア帯域幅技術の普及により タイヤ PCI ビデオカードの生産的な作業には不十分でした。確立された基準を変更しないために タイヤ PCI、同時に、ビデオカードへのデータの入出力を高速化し、3次元画像の処理パフォーマンスを向上させるために、1996年に専用の インターフェース ビデオカードを接続する- AGP （アクセラレーテッドグラフィックスポート）。初めてのポート AGP Pentium IIベースのシステムで導入されました。このようなシステムでは、チップセットは2つのブリッジ（図。 14.3）： "North"（ノースブリッジ）および "South"（サウスブリッジ）。ノースブリッジは、CPU、メモリ、およびグラフィックスカードを接続しました。システム内の3つのデバイス間で最もトラフィックが流れています。したがって、メインメモリコントローラー、ブリッジの機能 AGP とファサードとのインターフェースデバイスバス FSB（フロントサイドバス）プロセッサ。橋自体 PCIIDE（PIIX）コントローラーを含む、システム内の残りの入出力デバイスにサービスを提供することは、サウスブリッジに基づいて実装されます。

開発者の目標の1つ AGP 内蔵ビデオメモリの量を減らすことにより、ビデオカードのコストが削減されました。 Intelは、共有メモリへの高速アクセスを提供するテクノロジを備えているため、AGPカード用の大量のビデオメモリは不要であろうと考えていました。

三次元画像の主な処理は、中央プロセッサとビデオカードのプロセッサの両方によってコンピュータのメインメモリで実行されます。 AGP は、ビデオカードプロセッサにアクセスしてメモリにアクセスするための2つのメカニズムを提供します。

DMA（Direct Memory Access）-通常のダイレクトメモリアクセス。このモードでは、メインメモリはカードの内蔵ビデオメモリであり、テクスチャはビデオカードプロセッサで使用される前にコンピュータのシステムメモリからコピーされます。

DIME（Direct In Memory Execute）-メモリでの直接実行。このモードでは、メインメモリとビデオメモリが、共通のアドレススペースに配置されます。共有スペースは、4 KBブロックのグラフィックアドレスリマッピングテーブル（GARP）を使用してエミュレートされます。したがって、ビデオカードプロセッサは、メインメモリのテクスチャをビデオメモリにコピーする必要なく、直接操作できます。このプロセスはAGPテクスチャリングと呼ばれます。

ポートの使用から利益を得るため AGP必要なハードウェアサポート（グラフィックアダプターなど）以外 AGP およびマザーボード）、オペレーティングシステムおよびビデオドライバーは必要なサポートを提供する必要があり、アプリケーションは新しいポート機能を使用する必要があります AGP （たとえば、3Dテクスチャプロジェクション）。

PCI Express

インターフェース PCI Express （元の名前-3GIO 1) ）コンセプトを使用 PCIただし、物理的な実装は根本的に異なります。物理レベルで PCI Express ではありません タイヤ、しかしシリアルプロトコルに基づく一種のネットワーキング。ハイパフォーマンス PCI Express 他のシステムを放棄することができます インターフェース (AGP, PCI）、これにより、システムチップセットをノースブリッジとサウスブリッジに分割して、単一のコントローラーを優先することもできます。 PCI Express.

概念的な機能の1つ インターフェース PCI Expressシステムのパフォーマンスを大幅に向上させる-スター型トポロジの使用。バストポロジー（図。 14.5a）デバイスは帯域幅を共有する必要があります PCI それらの間。スター型トポロジー（図。 14.5b）各デバイスは、ハブ（スイッチ）に接続するチャネルを排他的に使用します PCI Expressこのチャネルの帯域幅を誰とも共有せずに。

図。 14.5 PCIトポロジとPCI Expressトポロジの比較

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確かに、どんなユーザーも、最も絶望的な「やかん」であっても、「マザーボード」というフレーズを聞いたことがあるでしょう。そして、これは驚くべきことではありません-結局のところ、PCの信頼性と効率は、コンピューターのこの要素の品質と機能に大きく依存するため、このコンピューター用語は非常に人気があります。

各コンピューターは、多くのコンポーネントとマイクロ回路を含む複雑なデバイスです。それらを互いに干渉せず、効果的に相互作用できるようにそれらをすべて配置することは、設計者にとって圧倒的な作業であると思われるでしょう。しかし、この問題の解決策が見つかりました-プロセッサを含むすべての最も重要なマイクロ回路を1つの大きなボードに配置するだけで十分であることがわかりました。

したがって、コンピュータのマザーボード（英語では、マザーボードと表記します。今後この用語を使用します）は、マザーボードとも呼ばれ、パーソナルコンピュータのメインデバイスです。その主な目的は、コンピュータのすべてのノードとコンポーネントを単一の全体に接続して統合することです。多くのノードはマザーボード上に物理的に配置されていますが、他のノードはケーブルを使用してマザーボードに接続されています。

マザーボードの主な機能：

メインノードとPCシステムの配置
メインノードとPCシステムの統合
メインノードとPCシステムの電源

マザーボードに搭載されているデバイス：

プロセッサー用ソケット
チップセット
拡張スロット
メモリスロット
ドライブ用コネクター
ポート
BIOSチップ
ネットワークカード（オプション）
ビデオカード（オプション）
サウンドカード（オプション）

マザーボードは、コンピュータケース内の特別なネジで固定されています。実際には、マザーボードを交換することは、実際にはコンピュータ全体を更新することを意味します。

フォームファクター、つまりマザーボードの標準サイズはシステムユニットのフォームファクターに関連しており、特定のフォームファクターを備えたマザーボードが別のフォームファクター用に設計されたシステムユニットにフィットする可能性は低いことに注意してください。

おそらく、マザーボードの最も有名な機能は、拡張カード用のスロットの配置で、そのピンはシステムユニットの背面にあります。確かに、すべてのユーザーがコンピュータケースのマザーボード自体を交換したり、プロセッサをアップグレードしたりしているわけではありませんが、おそらくマザーボードのスロットに拡張カードを交換または追加するプロセスを知っています。ちなみに、マザーボードはドーターボード、つまり拡張スロットにあるボードに関連してマザーボードと呼ばれます。

最近のカードのかなりの数には、以前は拡張スロットでしか機能しなかった多くの組み込み要素が含まれています-これはビデオカード、ネットワークカード、サウンドカードなどです。これらは通常、エントリーレベルのデバイスであり、非常に安価で、要求の厳しいユーザーを対象としています。ただし、これらのデバイスは、原則として、システム全体のコストをほとんど増加させず、同時に拡張スロットをより重要なもののために解放します。さらに、これらのデバイスの存在は、ユーザーがシステムをアップグレードすることを妨げません。たとえば、熱心なゲーマーは、単純な「vidyahi」ではなく、常に最新バージョンの洗練された3次元アクセラレータを置くことができます。この場合、拡張スロットにインストールされたデバイスは、常に組み込みのものより優先されます。

マザーボードの製造技術について一言。マザーボードの素材は通常ファイバーグラスで、その上に導電性金属トラックが適用されています。ボードには、このようなPCB層がいくつかある場合があります。ボードの上部は、通常は緑色の誘電体ワニスで覆われています。

マザーボードの歴史

すべての要素を統合するための単一のボードというアイデアは、獲得するのに長い時間がかかりました。 PCの存在の最初の数年間で、いわゆるバックプレーン、つまりコンピュータのすべての機能ブロックが配置されているわけではないボードが普及しました。これらのブロックは、バックプレーンの拡張スロットに挿入された異なるボード上にありました-これらは、チップセット、ディスクドライブ、ポートコントローラー、さらにはプロセッサー自体である可能性があります。しかし、すべてのコンポーネントが配置されている最新の統合マザーボードのコストが削減されたこと、およびバックプレーン上のコンピューターをアップグレードする際に発生した問題のため、この方式は断念する必要がありました（そして、この最初の例はIBMによって提供されました）。

しかし、現代のタイプの最初のマザーボードでは、メモリと同様にプロセッサは取り外し可能ではありませんでした。その後、メモリスロットとプロセッサソケットがありました。この強化により、コンピュータのアップグレードがはるかに簡単になりました。

当初、ATフォームファクタは、ATアーキテクチャを搭載したコンピュータのマザーボードをはじめ、マザーボードに共通でした。ただし、このサイズのボードは非常に大きいため、Baby-ATフォームファクターがより頻繁に使用されました。

現代のマザーボードのフォームファクター

ATは1990年代半ばにATXフォームファクターに置き換えられました。現在、ATフォームファクターと派生マザーボードタイプは、最近のPCでは実際には使用されていません。

ATよりもATXフォームファクターがもたらすメリット：

より便利な寸法、ケースの空きスペースの増加。
ボードとドライブ間の距離が短くなり、ケーブルが短くなりました。
プロセッサー・ソケットは、システム装置のファンの近くに配置されているため、プロセッサーの冷却が向上します。
コンピュータのパワーを制御する機能。
電圧コンバーターなしでシステム装置からプロセッサーに電力を供給します。
マザーボード自体へのポートの配置。
拡張カードスロットのより便利な配置。
電源ケーブル用の単一接点

ATXフォームファクターと派生フォームファクターmATX（マイクロATX）、ミニATX、およびサーバーフォームファクターEATX（拡張ATX）は、現在でもほとんどのコンピューターで最も一般的です。

2003年に開発された新しいフォームファクターであるマザーボードBTXもありますが、ATXを台座から外すことはできません。

いくつかのフォーマットのボードの比較寸法（LxW、mm）：

AT-351×305
ベビーAT-330 x 216
EATX-330×305
ATX-305×244
miniATX-284×208
mATX-244×244
BTX-325 x 267

マザーボードの構成

原則として、最新のマザーボードでは、プロセッサ、メモリ、拡張カードなどの個々の要素のアップグレードなどの機能だけでなく、システムバスとプロセッサの周波数、周波数逓倍係数などのマザーボードとプロセッサの基本的なパラメータの設定も可能です、など

マザーボードのパラメータの調整は非常にデリケートな問題であり、実行する操作の複雑さがすべてわからない場合は、設定を誤ると、システム全体または個々の要素が操作不能になる可能性があることに注意してください。

マザーボードは通常、BIOSセットアッププログラムインターフェイスを介して設定されます。また、多くのパラメータは、Windowsの特別なプログラムを介して構成できます。

結論

この記事では、マザーボード（システム）の概念を理解し、それが意図する目的、その上に配置されるコンポーネント、マザーボードの主なパラメーターがどのように構成されているか、マザーボードのフォームファクターが何であるか、個人でのマザーボードの開発の歴史について知りました。コンピュータだけでなく、さまざまなタイプのマザーボードにも対応しています。

マザーボードまたはシステムボードは、コンピューターの基盤である多層プリント回路基板であり、そのアーキテクチャ、パフォーマンスを決定し、それに接続されているすべての要素間で通信し、それらの作業を調整します。

1.はじめに 2.プリント基板 3.チップセット 3.1。ノースブリッジの主な機能 3.1.1。プロセッサー通信インターフェース 3.1.2。グラフィックアダプターとの通信インターフェイス 3.1.3。サウスブリッジとの通信インターフェイス 3.2。サウスブリッジの主な機能 3.2.1。拡張ボードとの通信インターフェース 3.2.2。周辺機器や他のコンピュータとの通信インターフェース 3.2.3。ハードドライブを備えたサウスブリッジの通信バスインターフェイス 3.2.4。マザーボードの低速コンポーネントとの通信インターフェース 4. BIOS（基本入出力システム） 5.マザーボードの他の要素

1.はじめに。

マザーボードはコンピュータの最も重要な要素の1つで、その外観を決定し、マザーボードに接続されているすべてのデバイスの相互作用を保証します。

コンピュータのすべての主要な要素は、マザーボード上にあります。

システムロジックまたはチップセットのセット-マザーボードの主要コンポーネントであり、使用できるプロセッサのタイプ、RAMのタイプ、システムバスのタイプを決定します。

プロセッサーを取り付けるためのスロット。マザーボードに接続できるプロセッサのタイプを決定します。プロセッサは、システムバスのさまざまなインターフェイス（FSB、DMI、QPIなど）を使用できます。一部のプロセッサには、統合グラフィックシステムまたはメモリコントローラがあり、「レッグ」の数などが異なる場合があります。したがって、プロセッサーのタイプごとに、独自のスロットを使用してインストールする必要があります。多くの場合、プロセッサとマザーボードの製造元は、付加価値を追求してこれを悪用し、回避できたとしても、既存のスロットタイプと互換性のない新しいプロセッサを作成します。その結果、コンピュータを更新するとき、プロセッサだけでなく、その後のすべての結果を伴うマザーボードも変更する必要があります。

- cPU -他のすべてのコンピュータ要素の数学的、論理演算および制御演算を実行するメインコンピュータデバイス。

RAMコントローラ（ランダムアクセスメモリ）。以前は、RAMコントローラーはチップセットに組み込まれていましたが、現在、ほとんどのプロセッサーにはRAMコントローラーが統合されているため、全体的なパフォーマンスを向上させ、チップ\u200b\u200bセットの負荷を軽減できます。

RAMは、データを一時的に保存するためのチップセットです。最近のマザーボードには、複数のRAMチップを同時に接続する機能があり、通常は4つ以上です。

コンピュータの主要コンポーネントをテストし、マザーボードを構成するソフトウェアを含むEPROM（BIOS）。 BIOS設定を保存するCMOSメモリ。多くの場合、緊急時にコンピュータの動作をすばやく復元するために、いくつかのCMOSメモリチップがインストールされています。

バッテリー、またはCMOSメモリに電力を供給するバッテリー。

I / Oコントローラー：USB、COM、LPT、ATA、SATA、SCSI、FireWire、イーサネットなど。サポートされるI / Oチャネルは、使用するマザーボードのタイプによって異なります。必要に応じて、追加のI / Oコントローラーを拡張カードとしてインストールできます。

コンピュータのすべての要素の動作を同期させる信号を生成する水晶発振器。

タイマー;

割り込みコントローラー。さまざまなデバイスからの割り込み信号は直接プロセッサに送られるのではなく、対応する優先度で割り込み信号をアクティブ状態に設定する割り込みコントローラーに送られます。

拡張カードを取り付けるためのスロット：ビデオカード、サウンドカードなど。

初期電圧をマザーボードに搭載されているコンポーネントに電力を供給するために必要な電圧に変換する電圧レギュレータ。

ファンの回転速度、コンピュータの主要要素の温度、供給電圧などを測定する監視ツール。

サウンドカード。ほぼすべてのマザーボードにはサウンドカードが内蔵されており、適切な音質を提供します。必要に応じて、サウンドを向上させるためにディスクリートサウンドカードを追加できますが、ほとんどの場合、これは必要ありません。

内蔵スピーカー。主にシステムの状態を診断するために使用されます。したがって、コンピュータの電源を入れたときの音声信号の持続時間とシーケンスによって、機器の誤動作のほとんどを特定できます。

バスは、コンピュータコンポーネント間で信号を交換するための導体です。

パーソナルコンピュータの最も重要な要素、より正確にはシステムユニット：ビデオカード、中央処理装置、RAMモジュール、および多数の超小型回路がマザーボード上にあり、そのより広く知られている名前はマザーボードです。

密な質問に近づく マザーボードとは、あなたはこのように答えることができます-これは追加の拡張カードをインストールするためのコネクタがあり、コンピュータの電子回路全体の機械的基盤として機能するコンピュータのメインシステムボードです。マザーボードのおかげで、コンピュータシステムのコンポーネントの完全な相互作用が保証されます。

マザーボードの用途

マザーボードの価値を過小評価することは不可能であり、コンピューターのシステムユニットのすべてのコンポーネントはマザーボードのおかげで互いに相互作用するため、RAMに入る前にハードディスクからのデータをプロセッサで処理することはできず、グラフィックスアダプターはコンピューターから受け取るものはありません。システムとその後モニターに転送します。マウスやキーボードなどの最も一般的な入力デバイスも、マザーボード上のコネクタを介して情報を交換します。

光学ドライブ、ハードディスク、またはソリッドステートドライブが特別なループを使用してそれらに接続され、その後それらはプロセッサとの、そして他のデバイスとの情報交換に参加するため、古いIDEコネクタとすべてのSATAリビジョンが良い例です。

おそらく以前は全体的なパフォーマンスはプロセッサに依存していましたが、現在は状況が変化しています。マザーボードの機能、バスの帯域幅、サポートされるRAMのボリュームと周波数、最新のPCI-Express x16スロットとビデオカードから最大のパフォーマンスを得る機能などに焦点を当てる必要があります。

使用されているマザーボードのフォームファクタとプロセッサコネクタ

マザーボードのフォームファクターは、その後のコンピューターケースへの固定のための位置、電源コネクターの位置とタイプ、さらにはデバイス接続インターフェイスの数とその位置を決定します。これはマザーボードの主に使用されるフォームファクターのリストです：

ミニITX-最小寸法は平均17 x 17 cmで、多くの場合、統合プロセッサがあり、接続インターフェースの数が最小です。独立したアセンブリで使用されることはほとんどなく、完成したコンピューターの一部としてすでに販売されていることがよくあります。
mATX（Micro ATX）は、許容できる平均寸法を備えたかなりフル機能のマザーボードであり、手頃なコンピューターに最適なコンポーネントですが、インターフェイスの数がかなり少ないため、家庭用またはオフィス用のコンピューターには十分です。多くの場合、そのようなマザーボードにはいくつかの制限があるチップセットがありますが、それは主にコンピューター全体の操作に反映されていません。
ATX-mATXと同様に一般的ですが、サイズが大きく、このようなボードは完全に機能するチップセットを備えているか、軽度の制限があります。通常、接続インターフェースの数は最大ですが、これもオプションであり、インストールと接続がより便利です。 ...

適切なケースを選択するときは、マザーボードの寸法を考慮する必要があります。論理的に大きなケースで考える場合、小さなマザーボードを取り付けることができますが、逆に機能しません。

ソケット（ソケット）は、中央処理装置の取り付けまたは交換用です。コンピュータに適切なコンポーネントを選択するときは、ソケットを検討する必要があります。

コネクターの種類は非常に多く、プロセッサーごとに異なるコネクターが適しています。たとえば、最新のIntelプロセッサーラインはLGA 1150または1155ソケットマーキングを使用しており、AMDの競合他社はFX2およびAM3、AM3 +です。 AMD AM3とAM3 +からのソケットが交換可能である場合、つまり、AM3 +プロセッサーはAM3マザーボードのコネクターで機能しますが、パフォーマンスはチップセットによって制限され、Intelにはこれがないため、間違いはありません。

チップセット-マザーボード機能の基礎

チップセット 中央プロセッサとコンピュータの残りの電子コンポーネントとの相互作用のためのマイクロプロセッサキットです。マザーボードのすべての機能とその後の操作は、チップセットによって異なります。

今日のチップセットは、サウスブリッジとノースブリッジと呼ばれる2つのマイクロ回路で構成されており、簡単に見つけることができます。これらは、プロセッサの後の最大のマイクロ回路であり、通常は冷却ラジエーターの下に隠されています。チップセット自体はプロセッサと一致する必要があります。つまり、すべてのマザーボードがプロセッサの潜在能力を発揮できるわけではなく、逆もまた同様です。

チップセットのブランドとモデルに関する知識そのものが、コンピュータシステムの将来のパフォーマンスを大きく左右します。したがって、マザーボードを選択するとき、その機能を知ることは悪くありません。システムが機能する純度は、マザーボードのチップセット、メモリの容量、インストールする機能、および追加デバイスの数にも依存します。

BIOSとは何か、なぜそれが必要なのか

BIOS（英語から。基本入出力システム）は、コンピューターの初期起動に必要な製造元の工場からの重要なプログラムが含まれているため、マザーボードの最も重要なマイクロ回路の1つと見なされています。コンピュータの電源を入れてプロセッサに電力を供給した後、まずプロセッサはBIOSチップに切り替わり、コンピュータの電源が切れるまでBIOSチップの動作を停止しません。
BIOSが動作していることを確認するには、コンピューターを起動するときに、黒の背景にある白い碑文に注意を払う必要があります。これがBIOSの動作です。

BIOSは何をしますか？このプログラムは、電源を入れた直後にコンピューターのメインシステムをチェックするために必要であり、キーボードとマウス、およびラップトップの場合はモニターと、そのディスプレイとの相互作用も提供します。

デフォルトのBIOS設定に戻すには、独立したバッテリーを取り外すか、特別なジャンパーを使用する必要があります。ただし、ジャンパーとバッテリーは異なるボードにある場合がありますが、中央または右下隅にある可能性があります。

マザーボードバス

プロセッサは他のコンピューターデバイスとどのように通信しますか？実際、導体によるすべての電子機器と同様に、マザーボード上では、導体のグループはバスと呼ばれます。バスは機能が異なります：コマンドバス、データバス、アドレスバス。

32ビットプロセッサの場合、これらは32本の並列導体であり、プログラムを介して、RAMを介してプロセッサが処理するコマンドを送信します。 RAMからのデータとコマンドの両方を選択するのに役立つので、残りを制御していると見なすべきアドレスバスです。

外部デバイスを考慮しない場合、プロセッサはRAMからコマンドを受信して\u200b\u200bデータを交換すると結論付けることができます。プロセッサは、RAMに加えて、システムユニットの一部であっても、他のすべてのデバイスを外部と見なします。プロセッサとRAMを接続するすべてのバスは、FSB（フロントサイドバス）の1つのメインバスと見なすことができます。マザーボードが2000 MHzの周波数で動作するという事実について言えば、私たちは正確にメインバスの周波数を意味します。それは、プロセッサがその周波数を取得し、内部の乗算係数で乗算することです。

プラグアンドプレイバス

このバスの主な利点であると同時に重要な利点は、高性能で機器の設置が簡単なことです。これにより、自動運転デバイス（プラグアンドプレイ）を作成できるようになりました。

つまり、別の拡張ボードをマザーボード（ドーター）に接続すると、デバイス自体が自動的に検出され、適切な操作に必要なリソースが割り当てられます。

PCIおよびPCI Expressバス

PCIのおかげで、今日でも、インターネットへの常時接続がない場合に重要なアナログテレビを見るためのTVチューナー、またはコンピューターの録音機能を高めるためのオーディオカード、またはコネクターの数を増やすためのPCIスプリッターをインストールすることにより、コンピューターの機能を拡張することが可能です USBは、より古いまたは低コストのマザーボードにさらに関連しています。

しかし、コンピュータテクノロジは急速に発展しており、通常のPCIバス、より正確には、その帯域幅は高性能コンポーネントには不十分になっています。ネットワークカードなどの他のデバイスはバス周波数を上げる必要がありましたが、ビデオカードはおそらくPCI Express 16xの出現が必要になったデバイスの最も自給自足の代表になるでしょう。

多数の並列導体には高い製造精度が必要であり、コストがかかるため、PCIバス周波数を上げることは有益ではありませんでした。この点で、2004年はPCI Express 16XとPCI Express X1の実装フェーズの始まりを示しました。その結果、マザーボードの製造が容易になり、同時に安価になり、さらに、PCI Express 16Xがビデオカードを接続するための唯一のバスになり、PCI Express X1はPCIの代替となります。

AGP接続インターフェース

かつて、AGPバスは高性能のデータ交換を提供していましたが、時間の経過とともに、このコネクタはビデオカードのメーカーを満足させなくなりました。この接続インターフェイスは、通常のPCIによるコンピュータグラフィックスの封じ込めにより、広く普及しています。インターフェースはまだ古いコンピューターで使用されていますが、現代のメーカーはPCIからPCI Expressを使用するのと同じ方法でそれを放棄しました。

USB-接続インターフェース

システムユニット自体を分解してインストールすることを怠らずに、デバイスを非常に簡単にインストールできるように、各ユーザーはコンピューターで作業するときの利便性を望んでいます。これがUSBバスのユニバーサルシリアルポート（ユニバーサルシリアルポート）の登場の理由です。

最近のUSBコネクタは、据え置き型のラップトップから、タブレットやスマートフォン、キーボード、モニター、その他の多くのデバイスに至るまで、あらゆるコンピューターの一部です。このコネクタは使いやすさを提供します。このようなUSBコネクタは、システムユニットのフロントパネルに表示され、さらに便利になっています。

低予算のマザーボードでは、すべてのデバイスを接続するのに十分なUSBコネクタがない場合がありますが、これにはスプリッタまたは別のUSBハブを使用できるため、ポートがはるかに多くなります。 USBバスのおかげで、多くのデバイスがマザーボードに接続されています。3g/ 4gモデム、プリンター、スキャナーはもちろん、コンピューターのマウスやキーボードも同様です。

モダンはUSB 3.0を読み取りますが、USB 2.0も使用され、USB自体の動作はマザーボードのチップセットのサウスブリッジの機能です。すでに明らかになっているように、マザーボードのすべての作業はそのチップセットの作業に関連付けられており、毎年ますます機能的な義務がマザーボードにかかっています。

統合されたマザーボードコンポーネント

今日、多くのコンピュータ、特にオフィスアクセサリを備えたコンピュータには、統合ビデオアダプタが装備されています。これにより、将来特別なビデオパフォーマンスが必要なくなった場合は、当然、機器の購入コストを適切に節約できます。このおかげで、VGA、DVI、HDMIは多くのマザーボード、ネットワーク、オーディオカードに登場し、マザーボードの統合コンポーネントになりました。

マザーボードを購入する前に、製造元のWebサイトでその仕様をよく理解してください。たとえば、最大動作周波数やRAMモジュールスロットの数に問題がなく、複数のビデオカードを接続する機能も役立つ場合があります。

マザーボードがシステムユニット内にある内部の機械的な世界全体の基礎であるという理解があるため、マザーボードの問題はあまり重要ではなくなりました。マザーボード自体は毎年変更され、補足されており、1つの記事ですべてを説明することは単に不可能であり、主要なポイントに限定する必要があります。

コンピュータ、ラップトップ、さらにはタブレットの主要な要素はマザーボードであり、他のすべてのシステムコンポーネントがすでに接続されています。それは、いわば、制御を調整し、追加の機器を接続することを可能にします。接続されているすべてのコンピューター要素（プロセッサー、RAM、ハードディスク、ビデオカード、冷却、電力管理）の安定した動作を制御および維持するように設計されています。

この記事では、マザーボードの目的、そのコンポーネント、システムロジックデバイスについて学びます。

1.コンピュータのマザーボードは何のためのものですか？

システム、またはマザーボードとも呼ばれるメインハードウェアコンポーネントは、データ交換ハイウェイ、プロセッサとRAMを取り付けるコネクタ、および周辺機器を取り付けるためのスロットを備えています。

チップセットは、マザーボードがシステムユニット内で行われるすべてのプロセスを制御するために必要なチップのセットです。チップセットは、マザーボードの最も重要なインジケーター（データ転送速度、サポートされているプロセッサーモデルなど）に直接影響します。

チップセットの主なコンポーネントは、いわゆる「ブリッジ」で、特別なマイクロ回路です。両方の「ブリッジ」には明確に定義された独自のタスク範囲が装備されています。たとえば、「ノースブリッジ」はプロセッサ、RAM、AGPシステムバス間の通信を提供し、「サウスブリッジ」はPCI I / Oバスやコンピュータに接続された多くのものと相互作用します。周辺機器。

2.マザーボードのフォームファクターと寸法

マザーボードのフォームファクタは、その寸法、コンピュータケースへの取り付け場所、電源装置を取り付けるためのコネクタ、ボード上のバスインターフェイスの場所、RAMのインストールに必要なさまざまなポートとスロット、およびCPUソケットを決定する一種の規格です。フォームファクターの最新バージョンも、PC冷却システムの要件を決定します。コンピュータの1つまたは別の要素を選択するときは、そのケースがマザーボードのフォームファクタに対応している必要があることに注意してください。

現時点では、4つの標準サイズのマザーボード（AT、ATX、LPX、NLX）が主流です。上記の標準サイズに加えて、縮小バージョンもあります：Baby-AT、Mini-ATX、microATX、microNLX。さらに、比較的最近になって、microATX仕様が新しいフォームファクターFlexATXで更新されました。名前付きの各仕様により、マザーボードの形状と寸法、およびケースの機能とコンポーネントの配置が決まります。

ATXフォームファクターは、オフィスや家庭で使用されるほとんどの最新のPCで最も求められています。

この規格は、1995年に当時普及していたAT規格に取って代わったIntelの開発であり、2000年にようやく辞任しました。

microATX、flexATX、mini-ITXと同じ規格には、ATXフォームファクターの主な特徴が欠けておらず、マザーボードの寸法のみが変更されます。

ATXフォームファクターは、システムユニットを冷却しながら効率を向上させるために設計されたBTXフォームファクターを「起動」するIntelの2003年の失敗した試みを乗り越えました。しかし、コンピュータコンポーネントによって発生する熱を削減するという全面的な要望により、同社はBTXのサポートを断念せざるを得ませんでした。

ATXが定義されています。

マザーボードの幾何学的寸法;

ケースのコネクタの位置に関する一般的な要件。

電源の電気的特性;

電源の位置。

電源の幾何学的寸法。

コネクタの数の形状と位置。

4.フォームファクターmicroATX

microATX標準は、1997年にIntelによって開発されたATXフォームファクターの派生物です。 microATXフォームファクターはかなり古いものですが、今日でも広く使用されています。

上記の標準の出現は、結果として得られるコンピュータのコストを削減する必要性に関連しています。コストの削減は、システムユニットのサイズに直接影響を与えるマザーボードのサイズを縮小することで達成されました。シャーシが小さいと換気が低下するため、多くの場合、microATXフォームファクターは、パーソナルコンピューターのパフォーマンスを要求しない環境でのみ使用するように設計されています。

5.マザーボード上のプロセッサ用ソケット

マザーボードは、プロセッサ、コントローラ付きRAM、またはあらゆる種類の周辺機器であるかどうかに関係なく、すべての内部コンポーネントの接続を想定しています。

上記のコンポーネントを1つにまとめるために、マザーボードにはスロット、ソケット、コネクタと呼ばれる特別なソケットが装備されています。ボード上のすべてのスロットは形状が異なります。

プロセッサソケットはマザーボードで最大のソケットです。したがって、スロットの形状はプロセッサのタイプによって異なりますが、見つけるのは難しくありません。これに基づいて、互換性のあるプロセッサモデルのみがソケットにインストールできることが明らかになります。そうしないと、プロセッサをスロットに取り付けるために使用するピンが先に曲がったり、場合によっては破損したりします。現在、ピンはマザーボードソケットに直接配置されており、プロセッサ上にはありませんが、プロセッサをソケットに取り付ける際には注意が必要です。

さまざまなブランドで製造されたプロセッサーは、ソケット規格が異なります。また、同じメーカーの異なる時期にリリースされたプロセッサーであっても、ソケットのフォーマットが異なる場合があります。

6.システムロジックチップセット（Intel / AMD）

システムロジックチップは、システムの他のすべてのコンポーネントの動作を安定させるように設計されています。このため、チップセットの製造元は、最も一般的なテクノロジでサポートされているソリューションのみを提供する必要があります。

80年代に、インテルはマザーボード用の個別のコンポーネントの開発者と見なされ、1992年にのみ、会社は486プロセッサーに埋め込まれたシステムロジックチップ（コード名420TX-Saturn）を組み立てることができました。 1年後、Pentiumファミリの最初のプロセッサの1つが登場するまでに、同社は430LXシステムロジックであるMercuryを所有していました。 Intelは、Tritonとして知られる430FXチップセットのリリースで大きな成功を収めました。

ご存知のように、AMDが最初に作成したプロセッサは、Intelプロセッサの完全なコピーでした。彼らは1999年に独自のデザインの製造に切り替えることを決定し、新しいソケットAにのみインストールされたAthlonおよびDuronと呼ばれるサンプルを公開しました。

7.マザーボードのアーキテクチャ（北/サウスブリッジ）

マザーボードの主なコンポーネントは、システムロジックマイクロ回路です。そのタスクは、CPUとRAMと周辺コントローラー間の安定した相互作用を保証することです。システムロジックセットは、「ノース」および「サウスブリッジ」と呼ばれる2つのチップセットで構成されます。

「ノースブリッジ」のタスクは、RAMとビデオシステムを介したデータ交換に限定されます。「サウスブリッジ」のタスクには、他の種類のデバイス（ハードドライブ、光学ドライブ）、マザーボードに統合されたデバイス（オーディオシステム、ネットワークデバイス）、および入出力デバイスの正常な機能の確保が含まれます。

8.統合デバイス（イーサネット、オーディオ、ビデオ）

現在、マザーボードの構成には、最近まで別のボードであったデバイスが補充され始めています。この決定は、ユーザーの便宜のためにのみ行われました。マザーボードを1つ購入するため、購入者はそれに組み込まれた複数のデバイスも取得します。

説明されているデバイスのほとんどは、マザーボード上にあるコントローラーとコーデック（チップセットの小さな特殊チップ）です。

これらのいくつかは例です：

サウンドカード ... 最近、このコンポーネントはすべてのマザーボードに不可欠なコンポーネントになっています。基本的に、小さなコーデックチップがサウンドの処理を担当します。

ネットワークボード ... このコンポーネントは、モデムをずっと以前に置き換えた組み込みコントローラです。多くの場合、マザーボードには10/100 Mbitの周波数のコントローラーが搭載されていますが、1000 Mbitのバリエーションもあります。

グラフィックカード ... 一部のマザーボードには統合ビデオカードが搭載されており、低価格カテゴリの個々のビデオカードと同じくらい強力な場合があります。

9.拡張スロットとバス（pci、agp、pci-expressなど）

ほとんどの場合、マザーボードには1つ以上のタイプの拡張スロットがあり、帯域幅や電力パラメーターなどのパラメーターが異なるため、すべてのカードがビデオカードの取り付けに適しているわけではありません。ビデオカードを購入するときは、システムで使用可能なコネクタと一致していることを確認する必要があります。

最近、ISAやVESAローカルバスなどの拡張スロットは時代遅れになり、PCIおよびAGPスロットと互換性のあるビデオカードは関連性を失いました。最近のグラフィックスプロセッサは、PCI Expressと呼ばれる1種類のインターフェイスのみを使用するように切り替わりました。

今日生産されている少数のマザーボードには、まだPCI Expressスロットがありません。そのため、使用しているシステムにAGPビデオカードが搭載されている場合、一部の要素を交換して変更することができず、システム全体を変更する必要があります。

10.マザーボードの仕様

マザーボードを正しく選択するには、コンピュータの構成とボード自体の特性を考慮する必要があります。たとえば、次のようになります。

チップセット （ノースブリッジとサウスブリッジ）、RAM、ビデオカードなどを備えたプロセッサの動作を担当します。次のチップセットパラメータには特別な注意が必要です。製造元、モデル、サポートされているプロセッサのリスト、バス周波数。

このパラメータは、マザーボードにプロセッサを取り付けるために必要なコネクタです。異なるメーカーのプロセッサーには、異なるタイプのソケットが必要です。

-マザーボードの正確な寸法、ケースに取り付けられる場所、およびポート、スロット、プロセッサソケットの配置方法を定義する規格。

RAM、ビデオカード用スロット およびその他の種類のデバイス。マザーボードを購入するときは、サポートするメモリ周波数、配置方法、スロット数、USB出力、拡張カードを考慮する必要があります。

統合された ネットワーク、サウンド、ビデオカード。

11. RAMのサポート

あるタイプのメモリのモジュールは別のタイプのコネクタを使用できないため、RAMを選択する前に、マザーボードでサポートされているRAMのタイプを判別する必要があります。したがって、今日最も有名なのは次のタイプのメモリです。

DDR- 現時点では、このタイプのメモリは古くなっていると考えられているため、実際には必要ありません。

DDR2 今日ではかなり一般的なタイプのメモリですが、その特徴的な機能は、サイクルごとに一度に4つのデータビットをサンプリングすることです。

DDR3- このタイプのメモリは現在比較的新しいという事実にもかかわらず、DDR2より40％少ない電力を消費しながら、クロックごとに8ビットの情報をサンプリングできます。

12.システムボードコネクタ

マザーボード上のコネクタは、コンピュータの最初の組み立てだけでなく、システムのその後のアップグレード（改善）にも必要です。たとえば、プロセッサをより効率的なものに交換したり、RAMの容量を増やしたり、ビデオアダプタを改善したり、一部のコントローラの形で追加の拡張カードを取り付けたりします。これはすべて、スロットから古い要素を引き出して新しい要素を挿入するだけで変更できます。

今日の標準マザーボードは、次のコンポーネントで構築されています：

プロセッサーソケット。このコンポーネントは、CPU専用のスロットです。

RAMの拡張スロット。これらのスロットの数は、マザーボードのモデルによって異なりますが、2〜8です。

電源の取り付けに必要なコネクタ。このコンポーネントは、PCの各コンポーネントに電流を供給するコネクタです。

内蔵ハードドライブとオプティカルドライブを接続できるIDEインターフェイス。

チップセット。このコンポーネントのおかげで、中央プロセッサとRAMおよびI / Oデバイスとの相互作用が提供されます。

IDEと同じ機能リストを実行するSATAタイプのインターフェース。

キーボードとマウス、オーディオデバイス、モニター、USBデバイス、ネットワークケーブルなど、さまざまな周辺機器を取り付けるためのコネクタ。

PCのサウンドおよびネットワークカードを接続するPCI拡張スロット。

グラフィックカードにはPCI-Express x16スロットが必要です。

Wi-Fiカード、GSMモデム、およびさまざまなコントローラーを取り付けるためのPCI-Express x1スロット。

BIOS設定を保存するバッテリー用スロット。

13.プロセッサバス

PCの基本は、マザーボードとそれに組み込まれたプロセッサです。コンピュータ全体のパフォーマンスは、これら2つのコンポーネントに依存します。キーボード、フロッピードライブなどの各デバイスには、マザーボード上にアダプターまたはコントローラーと呼ばれる特別な制御回路があります。

各コントローラは、システムバスとも呼ばれるシステムデータハイウェイを介してプロセッサおよびRAMと通信します。また、システムバスに加えて、最新のマザーボードには次のものが搭載されています。

プロセッサとRAM間のデータ交換に必要なメモリバス。

プロセッサとキャッシュメモリ間のデータ交換に使用されるキャッシュバス。

ビデオアダプタをインストールするためのAGPバス。

あらゆる周辺機器を接続するI / Oバス（インターフェースバス）。

14.メモリバス

メモリバスは、プロセッサとRAMの間でデータを転送する手段として使用されます。このバスは、「ノースブリッジ」、またはメモリコントローラーハブチップとも呼ばれます。メモリバスの速度は、メモリの種類と使用するチップセットに直接影響されます。メモリバス周波数およびプロセッサバス速度などのパラメータが一致することが望ましい。

プロセッサバスの周波数と同様の周波数で動作するメモリにより、マザーボード上の外部キャッシュメモリが不要になります。このため、L2およびIIIキャッシュがプロセッサに組み込まれています。 Intel Pentium Extreme Editionなどのかなり強力なプロセッサの多くには、最大4MBのレベルIIIキャッシュが組み込まれており、プロセッサの全周波数で実行されます。ただし、現在一般的なプロセッサーであるCore DuoおよびCore 2 Quad、i5、i7は、IおよびIIレベルのキャッシュメモリIIIを使用しているため、IIIレベルのキャッシュがより一般的なタイプになるでしょう。二次キャッシュメモリ。