×

Μήνυμα

Failed loading XML... StartTag: invalid element name Extra content at the end of the document

Μητρική Πλακέτα (Motherboard)

Αξιολόγηση Χρήστη: 5 / 5

Αστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια ΕνεργάΑστέρια Ενεργά
 

Μια μητρική κάρτα (motherboard), επίσης γνωστή και σαν μητρική πλακέτα ή μητρική ή κάρτα συστήματος (system board) είναι το κεντρικό και βασικό τυπωμένο ηλεκτρονικό κύκλωμα (printed circuit board (PCB)) ενός σημερινού υπολογιστή.

 

Ένας τυπικός υπολογιστής αποτελείται από τον μικροεπεξεργαστή, την κεντρική μνήμη και άλλα βασικά υποσυστήματα που βρίσκονται και αυτά στην μητρική. Άλλα μέρη του υπολογιστή, όπως εξωτερικά μέσα αποθήκευσης, κάρτες επέκτασης γραφικών, ήχου κτλ και διάφορα περιφερειακά όπως εκτυπωτής, πληκτρολόγια κτλ, είναι όλα τμήματα που ενσωματώνονται στην μητρική μέσω καλωδίων και υποδοχών διάφορων τύπων.

bigmb

Ιστορία

Πριν την ύπαρξη των μικροεπεξεργαστών (microprocessor), ένας ψηφιακός υπολογιστής αποτελούνταν από πολλαπλές πλακέτες κυκλωμάτων συνδεδεμένες μεταξύ τους μέσω ενός backplane (ένα σύνολο παράλληλων συνδέσεων).

Στην δεκαετία του 80, είχαν δημοσιευτεί τα τεχνικά σχεδιαγράμματα για λοιπή βιβλιογραφία για τα δημοφιλή συστήματα της εποχής, Apple II, IBM PC, γεγονός που επέτρεψε τον αντίστροφο τεχνικό σχεδιασμό από τρίτους κατασκευαστές. Έτσι εμφανίστηκαν στην αγορά νέοι υπολογιστές συμβατοί με τους αρχικούς, πολλοί από τους οποίους πρόσφεραν επιπρόσθετα χαρακτηριστικά από τους αρχικούς υπολογιστές.

Στα τέλη του 80 και αρχές 90, έγινε πιο οικονομικό να περαστεί ένας αριθμός περιφεριακών λειτουργιών πάνω στην μητρική. Στα τέλη της δεκαετίας του 80, οι μητρικές άρχισαν να περιλαμβάνουν ένα ICs (επίσης καλούνται Super I/O chips) ικανό να υποστηρίζει τα περιφεριακά χαμηλής ταχύτητας, όπως πληκτρολόγιο και ποντίκι. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 90, πολλές μητρικές ενσωματτώναν λειτουργίες ήχου, αποθήκευσης, βίντεο και δικτύου, χωρίς την παρουσία καρτών επέκτασης.

Οι φορητοί υπολογιστές που κατασκευάστηκαν στην δεκαετία του 90, περιλάμβαναν τα πιο συνήθη περιφεριακά. Αυτό περιλάμβανε και μητρικές που δεν ήταν αναβαθμίσιμες, και χρησιμοποιούνταν σε tablet και netbooks.

Σχεδιασμός

Η μητρική προσφέρει την ηλεκτρική σύνδεση με την οποία τα άλλα στοιχεία του συστήματος μπορούνε να επικοινωνούνε. Επίσης περιέχει την υποδοχή (slot) για τον επεξεργαστή και περιλαμβάνει άλλα υποσυστήματα και συσκευές.

Ένας τυπικός υπολογιστής περιλαμβάνει τον επεξεργαστή, την κύρια μνήμη και άλλα σημαντικά συστατικά συνδεδεμένα στην μητρική. Άλλες συσκευές, όπως μονάδες αποθήκευσης, κάρτες γραφικών, συνδέοντε στην μητρική μέσω θυρών επέκτασης ή μέσω καλωδίων. Στις μέρες μας ακόμα και τέτοιες συσκευές μπορεί να είναι ενσωματωμένες στην μητρική.

Ένα σημαντικό συστατικό πάνω στην μητρική είναι το chipset υποστήριξης του μικροεπεξεργαστή, το οποίο παρέχει την διασύνδεση μεταξύ της CPU και των διαύλων επικοινωνίας και εξωτερικών συστατικών. Το chipset καθορίζει σε ένα βαθμό τα χαρακτηριστικά και τις δυνατότητες της μητρικής.

Συστατικά της Μητρικής Πλακέτας:

  • Sockets (υποδοχές) στις οποίες ένας ή περισσότεροι επεξεργαστές εγκαθίστανται.
  • Slots στις οποίες συνδέουμε την κυρίως μνήμη του συστήματος (συνήθως στην μορφή των DIMM - dual in-line memory module, που περιέχουν τα DRAM chips).
  • Το chipset που διαχειρίζεται την διασύνδεση μεταξύ των διαύλων επικοινωνίας της CPU, της μνήμης και των περιφεριακών μόνάδων.
  • Non-volatile memory chips (συνήθως Flash ROM ) που περιέχει το firmware του συστήματος ή το BIOS.
  • Μια γεννήτρια χρονισμου (clock generator) που παράγει το σήμα χρονισμού του συστήματος για τον συγχρονισμό των διαφόρων συστατικών του συστήματος.
  • Υποδοχές (Expansion Slots) για κάρτες επέκτασης.
  • Υποδοχές τροφοδοσίας ρεύματος (Power connectors), που τροφοδοτούνται με ρεύμα από το τροφοδοτικό του συστήματος και το διανέμουν στην CPU, το chipset, την κύρια μνήμη και τις κάρτες επέκτασης. Από το 2007 κάποιες κάρτες γραφικών απαιτούν περισσότερο ρεύμα από αυτό που μπορούν να διαθέσουν οι μητρικές, οπότε και έχουν εισαχθεί νέες συνδέσεις στα τροφοδοτικά και άμμεση τροφοδοσία των καρτών αυτών.

Επιπρόσθετα, σχεδόν όλες οι μητρικές περιλαμβάνουν υποστήριξη των συνηθέστερων συσκευών εισόδου, όπως USB για ποντίκι / πληκτρολόγιο, σειριακές υποδοχές, κ.λ.π.. Οι "απλές" αυτές συσκευές ελέγχονται συνήθως από ένα ξέχωρο ολοκληρωμένο κύκλωμα που καλείται Super I/O.

Δεδομένου των υψηλών θερμοκρασιών που ναπτύσσονται στο εσωτερικό ενός υπολογιστικού συστήματος, οι σύχρονες μητρικές διαθέτουν σημεία τοποθέτησης αερόψυξης ή και υδρόψυξης, συμπεριλβανομένης και της τροφοδοσίας ρεύματος αυτών, ώστε να αποβάλλεται η θερμοκρασία.

Συντελεστής Μορφής (Form factor)

Οι μητρικές παλιότερα παράγονταν σε διάφορα μεγέθη και σχήματα, ανάλογα το κουτί μέσα στο οποίο θα μπουν.  Οι μητρικές που σχεδιάζονταν από την IBM μπορούσαν να ταιριάξουν σε διαφόρων μεγεθών κουτιά υπολογιστών. Από το 2007, οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν το πρότυπο ATX (Advanced Technology eXtended) στην δημιουργία των μητρικών, όπως υπάρχουν και μητρικές που κατασκευάζονται για συγκεκριμένους υπολογιστές και έχουν διαφορετική μορφή, όπως για παράδειγμα για υπολογιστές της Apple.

VIA Mini ITX Form Factor Comparison

Εφόσον, λοιπόν, χρησιμοποιείται το πρότυπο ATX, ο κατασκευαστής των κουτιών διαμορφώνει τα προιόντα του σύμνφωνα με το πρότυπο αυτό. Αυτό δεν ισχύει για τους φορητούς υπολογιστές όπου οι μητρικές τους ενσωματτώνουν πολλά στοιχεία και έχουν διαφορετικό μέγεθος ανάλογα το μου θα χρησιμοποιηθούν. Αυτός είναι ο κύριως λόγος που οι φορητές συσκευές είναι δύσκολο να αναβαθμιστούν και ακριβό να επισκευαστούν. Συχνά αν χαλάσει κάποιο συστατικό μιας φορητής συσκευής απαιτείται αλλαγή της μητρικής πλακέτας, κάτι που είναι πιο ακριβό από την αλλαγή μιας μητρικής σε σταθερό υπολογιστή, εξαιτίας των επιπλέον στοιχείων που διαθέτει και το διαφορετικό μέγεθος και σχήμα για κάθε μοντέλο.

1280px Abit kt7 large1280px Mini itx motherboard800px Top EPIA PX10000G Motherboard new

Υποδοχές CPU

Μια υποδοχή για CPU (central processing unit) είναι ένα ηλεκτρονικό συστατικό συνδεδεμένο σε ένα Printed Circuit Board (PCB) και είναι σχεδιασμένο να "στεγάζει" την CPU. Είναι ένα ειδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα σχεδιασμένο για πολύ μεγάλο αριθμό επαφών. Ένα CPU socket παρέχει πολλές λειτουργίες. Έχει την φυσική δομή ώστε να μπορεί να εισαχθεί και να ασφαλιστεί στην θέση του ο επεξεργαστής, παρέχει την υποστήριξη για την ψύξη (αερόψυξη ή υδρόψυξη) και φυσικά υποστηρίζει την διασύνδεση του επεξεργαστή με την μητρική πλακέτα.

Σε πολλές φορητές συσκευές, συνήθως σε φορητούς υπολογιστές βασισμένους στην x86 Intel αρχιτεκτονική και μικρότερες, ο επεξεραστής είναι κολλημένος απευθείας στην μητρική.

Το socket σε συνδιασμό με το chipset καθορίζουν τους εξεπεργαστές που υποστηρίζονται από την μητρική πλακέτα.

Για την τοποθέτηση και την ασφάλιση του επεξεργαστή πάνω στην μητρική δεν πρέπει να ασκήτε μεγάλη πίεση. Η υποδοχή του επεξεργαστή καλείται επίσης και ZIF socket (Zero insertion force).

Integrated peripherals (Ενσωματωμένες περιφερειακές συσκευές)

Μπορούμε να συμπεριλάβουμε πολλές περιφεριακές συσκευές πάνω στην μητρική. Συνδιάζοντας πολλές λειτουργίες σε ένα PCB, το μέγεθος και το συνολικό κόστος του συστήματος μπορεί να μειωθεί.

BlockDiagramMotherdiagram
  • Ελεγκτές δίσκων (Disk controllers) για μονάδα δισκέτας (floppy disk drive), 2 PATA (Parallel ATA) drives, και έως 6 SATA drives (με υποστήριξη RAID)
  • Ενσωμματωμένος Ελεγκτής κάρτας γραφικών με υποστήριξη 2D και 3D γραφικών, με εξόδους VGA και TV
  • Ενσωμματωμένη κάρτα ήχου με υποστήριξη 8 καναλιών ήχου (7.1) και έξοδος S/PDIF.
  • Ελεγκτής δικτύου με υποστήριξη 10/100/1000 Mbit.
  • Ελεγκτής USB με υποστήριξη μέχρι 12 USB θύρες.
  • Διάφοροι ελεγκτές, IrDA για επικοινωνία με υπέρυθρες, αισθητήρες Θερμοκρασίας, τάσης, ταχύτητας περιστροφής ανεμιστήρων, κ.λ.π..

Υποδοχές Περιφεριακών Καρτών (Peripheral card slots)

Μια τυπική μητρική έχει έναν αριθμό συνδέσεων. Αυτός ο αριθμός διαφέρει από μητρική σε μητρική, ανάλογα της μορφής της και τα στανταρντ που υποστηρίζει.

Μια μητρική ATX παλιότερα περιλάμβανε PCI (Peripheral Component Interconnect) υποδοχές, PCI-E υποδοχές ή ακόμα και ISA (Industry Standard Architecture) υποδοχές, για την υποστήριξη των αντίστοιχων καρτών.

800px PCIExpress1024px PCI Slots Digon3Isa1

Πλέον, οι σύγχρονες μητρικές ATX έχουν μόνο PCI-Express υποδοχές για την σύνδεση των καρτών επέκτασης και κυρίως για την σύνδεση των καρτών γραφικών. Οι PCI-E υποδοχές μπορεί να είναι διαφορετικών καναλιών, 1, 4 και φυσικά 16 καναλιών.

Με τις PCI-E 16x υποδοχές μπορούμε να έχουμε ένα υπολογιστικό σύστημα με περισσότερρες από 1 κάρτα γραφικών, για σύνδεση περισσοτέρων οθονών ή κάνοντας χρήση των τεχνολογιών SLI (Nvidia) και Crossfire (AMD), που επιτρέπουν από 2 έως 4 κάρτες γραφικών να συνδεθούν μεταξύ τους, επιτρέποντας αυξημένη απόδοση.

Θερμοκρασία και Αξιοπιστία

Οι μητρικές συνήθως ψύχονται συνήθως με αέρα, μέσω παθητικής ψύξης με επαγωγή θερμογρασίας και χρήση ανεμιστήρων. Οι παθητική ψύξη είναι κατασκευή συνήθως από αλουμίνιο ή χαλκό, κατασκευασμένη έτσι ώστε να επαγάγει την θερμογρασία από τα ολοκληρωμένα με τα οποία εφάπτεται.

passive coolinglaptop passive cooling

Μη ικανοποιητική ψυξη του υπολογιστικού συστήματος μπορεί να προκαλέσει καταστροφή των συστατικών ενός υπολογιστικού συστήματος ή και να "κρασάρει".

Παλιότερα παθητική ψύξη ή και ένα μόνο ανεμιστηράκι ήταν ικανοποιητικά για την ψύξη ενός συστήματος. Πλεόν, με την αύξηση της συχνότητας λειτουργίας και την κατανάλωση περισσότερης ενέργειας απαιτούνται πιο εξελιγμένες λύσεις.

Οι περισσότερες καινούργιες μητρικές έχουν ενσωματωμένους αισθητήρες θερμογρασίας για την ίδια την μητρική και τον επεξεργαστή και φυσικά περισσότερες συνδέσεις τροφοδοσίας και ελέγχου για ανεμιστήρες. Ο έλεγχος των ανεμιστήρων γίνεται είτε μέσα από το BIOS, είτε από το λειτουργικό σύστημα.

Εναλλακτικά στα υπολογιστικά συστήματα μπορει να χρησιμοποιηθεί υδρόψυξη (water cooling) για την ψύξη του συστήματος, αποφεύγοντας με αυτό τον τρόπο τους πολλούς ανεμιστήρες.

corsair hydro h45water cooling kit

Μικρά σε μέγεθος υπολογιστικά συστήματα, υπολογιστές home theater και μερικοί φορητοί υπολογιστές δεν διαθέτουν ανεμιστήρες, οπότε και χρησιμοποιούν επεξεργαστές μικρής κατανάλωσης και ειδικά σχεδιασμένες μητρικές ώστε να επιτρέπεται η τοποθέτηση παθητικής ψύξης.

Στην παραπάνω εικόνα, η μητρική έχει ελαττωματικούς πυκνωτές, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει έναν μεγάλο αριθμό από προβλήματα.

Οι συνήθης μητρικές χρησιμοποιούν ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές για να φιλτράρουν το συνεχές ρεύμα που διανέμεται στην πλακέτα. Αυτοί οι πυκνωτές επηρεάζονται από την θερμοκρασία μιας και οι βασισμένοι στο νερό ηλεκτρολύτες σιγά σιγά εξατμίζονται. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια χωτηρικότητας που με την σειρά του οδηγεί σε δυσλειτουργία της μητρικής εξαιτίας ασταθειών τάσης.

Οι μεσαίας και υψηλής απόδοσης μητρικές χρησιμοποιούν αποκλειστικά συμπαγής πυκνωτές. Για 10 °C λιγότερους, ο χρόνος ζωής των πυκνωτών αυτών αυξάνεται κατά τρεις (3) φορές (στους ηλεκτρολυτικούς διπλασιάζεται), γεγονός που επιφέρει 6 φορές μεγαλύτερο χρόνο ζωής στους 65°C. Εκκίνηση με χρήση του Basic input output system

Οι μητρικές περιλαμβάνουν μη επαναπρογραμματίσιμη μνήμη που χρησιμοποιείται για την αρχικοποίηση του συστήματος και την εκκίνηση λογισμικού (συνήθως το Λειτουργικό σύστημα). Μικρουπολογιστές όπως το Apple II και το IBM PC χρησιμοποιούσαν μνήμες ROM τοποθετημένες πάνω στην μητρική.

Στην εκκίνηση, ο επεξεργαστής θα φορτώσει τον μετρητή προγράμματος (program counter) με την διεύθυνση της boot ROM και θα αρχίσει την εκτέλεση εντολών από την ROM. Οι εντολές αυτές αρχικοποιούν και ελέγχουν το υλικό του υπολογιστή, εμφανίζουν πληροφορίες στην οθόνη, ελέγχουν την μνήμη RAM και έπειτα φορτώνουν το λειτουργικό από μια περιεφεριακή ή εξωτερική συσκευή. Σε περίπτωση κάποιου λάθους, π.χ. δεν υπάρχει λειτουργικό σε έναν δίσκο, θα εμφανιστεί το σχετικό μήνυμα λάθους.

Οι σύγρονες μητρικές χρησιμοποιούν ένα BIOS, αποθηκευμένο σε ένα EEPROM ολοκληρωμένο πάνω στην μητρική. Όταν εκκινεί το σύστημα, το BIOS ελέγχει και διαμορφώνει την μνήμη, την διεπαφή των συστατικών του συστήματος και τα περιφερειακά. Το Power-On Self Test (POST) μπορεί να περιλαμβάνει τον έλεγχο των ακολούθων:

  • Κάρτα γραφικών (Video adapter)Κάρτες συνδεδεμένες στις θύρες επέκτασης PCI, PCI-E, κ.λ.π.
  • Floppy drive (πλέον περιττό)
  • Θερμοκρασίες, τάσεις και ταχύτητα περιστροφής ανεμιστήρων
  • Το CMOS που αποθηκεύε την διαμόρφωση του BIOS
  • Πληκτρολόγιο και ποντίκι
  • Κάρτα Δικτύου (Network controller)
  • Οπτικοί δίσκοι: CD-ROM ή DVD-ROM
  • SCSI (Small Computer System Interface)δίσκοι
  • IDE, EIDE, ή Serial ATA σκληροί δίσκοι
  • Συσκευές ασφαλείας, όπως αισθητήρες αποτυπώματος
  • USB συσκευές

Στις πιο σύγχρονες μητρικές το BIOS μπορεί επίσης να "ενημερώσει - αναβαθμίσει" τον μικροκώδικα του επεξεργαστεί, αν το BIOS ανιχνεύσει ότι υπάρχει για τον συγκεκριμένο επεξεργαστή κάποια αναβάθμιση.

TOP