▷ Wat is een moederbord en hoe werkt het

Vandaag moeten we het hebben over het moederbord van een computer. Het moederbord is ongetwijfeld het basiselement om een ​​computer te maken, de rest van de componenten zoals de CPU of RAM zullen erop worden geïnstalleerd, zodat de machine kan starten en werken. Laten we dus in detail bekijken wat een moederbord is en hoe het werkt.

Inhoudsindex

Wat is een moederbord?

Het moederbord is zonder twijfel het belangrijkste onderdeel van een computer. Dit is degene die zal bepalen welke architectuur ons team heeft in zijn interne componenten. Elk moederbord zal worden ontworpen om bepaalde componenten of bepaalde soorten componentfamilies te huisvesten, en zal ook bepaalde snelheden en capaciteiten ondersteunen die die componenten hebben.

Alle of bijna alle componenten die deel uitmaken van de computer zullen worden aangesloten op het moederbord, het zal ook verantwoordelijk zijn voor het tot stand brengen van een communicatiebus tussen die componenten (CPU, RAM, grafische kaart) en de erop geïnstalleerde randapparatuur (muis, toetsenbord, scherm enz.)

Het fysieke aspect is dat van een elektronisch circuit met bepaalde afmetingen waarin een reeks elementen zoals chips, condensatoren, componentconnectoren en elektriciteitslijnen zijn geïnstalleerd, die samen de structuur van een computer vormen.

Bijna allemaal moeten er vier basiscomponenten zijn geïnstalleerd:

• Voeding Centrale processor RAM-geheugen Opslageenheden

De moederborden bestaan ​​uit verschillende fysieke formaten die de fysieke afmetingen bepalen die deze zullen hebben.

Moederbordindelingen

De formaten die we op de markt kunnen vinden, zijn de volgende:

E-ATX

Het is de grootste vormfactor die we op de markt hebben. De afmetingen zijn 305 x 330 mm. Deze kaarten hebben meestal veel gaten voor uitbreidingskaarten en veel mogelijkheden voor het installeren van grafische kaarten in SLI of Crossfire.

Daarnaast hebben we tot 8 slots beschikbaar voor de installatie van RAM-geheugen

ATX

Deze boards zijn sinds 1995 op de markt dankzij hun implementatie door Intel. Ze zijn ook de meest voorkomende die we kunnen vinden. De afmetingen zijn 305 x 244 mm, hoewel er ook enkele zijn met iets andere afmetingen. Natuurlijk moeten de gaten voor de plaatsing in het chassis precies op de gestandaardiseerde plaatsen liggen.

Dit type moederborden wordt gebruikt voor bijna alle soorten systemen, kantoor, gaming, etc. Dit komt door de grote uitbreidingsmogelijkheden. Normaal gesproken hebben we 7 uitbreidingsslots en 4 slots voor de installatie van RAM- geheugens .

Micro ATX

Moederborden met dit formaat hebben afmetingen van 244 x 244 mm, dus ze zijn vrij kleiner dan de vorige, zo'n 25%. Deze borden, die een kleiner formaat hebben, zijn gericht op kantoorwerkteams, die niet zoveel uitbreidingsslots nodig hebben en ook een kleiner chassis innemen.

Onder de uitbreidingsmogelijkheden heeft het maximaal 5 uitbreidingsslots, hoewel de normale 3 en spaties van maximaal 4 RAM-geheugens zijn. Dit type platen heeft een chassis nodig dat compatibel is met hun bevestiging, omdat de positie van de schroeven anders zal zijn dan die van de ATX-platen.

Mini ITX

Dit is het kleinste plaatformaat dat beschikbaar is voor thuiscomputers. Het heeft afmetingen van 170 x 170 mm. Voor de bevestiging bestaat het uit vier gaten die samenvallen met die voor een ATX-plaat.

Op deze kaarten vinden we een enkel uitbreidingsslot voor de grafische kaart en twee slots voor RAM-geheugen

Er zijn andere gevormd zoals de XL-ATX, maar ze worden meestal niet vaak gezien in het lage / middenbereik. Alleen in het PREMIUM-assortiment

Fysieke componenten van een moederbord

Dit is veruit de breedste sectie in dit artikel, omdat het moederbord een groot aantal componenten heeft die de naam waard zijn. Laten we dan beginnen.

Chipset

De chipset of "chipset" is een set geïntegreerde schakelingen die zijn ontworpen om communicatie tot stand te brengen tussen de processor en de andere componenten die op het moederbord zijn geïnstalleerd. Deze elementen kunnen RAM-geheugen, harde schijven, uitbreidingsslots en invoer- en uitvoerpoorten zijn.

Met de evolutie van de moederbordtechnologie bestaan ​​deze chips normaal gesproken uit één enkele centrale chip. Verder zijn deze chips exclusief ontworpen voor een set processors of een bepaald merk en voor bepaalde RAM geheugenmodules. Dit maakt het noodzakelijk dat we bij het verwerven van een moederbord van de markt gedwongen zijn om er ook een compatibele processor en RAM-modules voor aan te schaffen.

Oude moederborden

De chipset kan worden geïntegreerd met twee chips en wordt ook wel de North Bridge of North Brigde en de South Bridge of South Bridge genoemd. Elk van deze chips is verantwoordelijk voor bepaalde taken die moeten worden uitgevoerd:

North Bridge: Deze chip is rechtstreeks op de processorbus aangesloten en heeft directe communicatie ermee en RAM-geheugen. Deze bus wordt ook wel Front Side Bus of (FSB) genoemd en is bepalend voor de snelheid en prestaties van een computer. Daarnaast is het ook verantwoordelijk voor de communicatie met de PCI-Express-poorten, omdat dit de componenten zijn die de hoogste snelheid ondersteunen, zoals het moederbord of de nieuwe M.2- en PCI-E solid-state opslageenheden.

South Bridge: Deze chip is rechtstreeks verbonden met de noordbrug via de Direct Media Interface of (DMI) bus. Deze chip is verantwoordelijk voor de communicatie van de invoer- en uitvoerapparaten en deze te verbinden met de noordbrug. Bijvoorbeeld SATA harde schijven, USB, Fire Wire, netwerkkaart, AUDIO, etc.

Moderne moederborden

Momenteel met het uiterlijk van multi-core processors zoals Intel Core en AMD FX is deze chipset aanzienlijk teruggebracht tot een enkele chip, waardoor de zuidbrug verdwijnt.

Dit komt omdat de nieuwe processors de geheugencontroller erin integreren, zodat ze rechtstreeks op de RAM-geheugenbus zijn aangesloten. Laten we zeggen dat de FSB-brug is geïntegreerd in de processor en dat de bus die verantwoordelijk is voor de andere apparaten de Plataform Controller Hub (PCH) wordt genoemd, ter vervanging van de DMI-bus.

Chipset-typen

Er zijn een groot aantal chipsetmodellen. Bij elke evolutie van de processors is er ook een evolutie van deze chips. Zoals in alles zijn er low-end, voor een lager of lager toerental componentbeheer, een mid-range en een high-end die maximale snelheid en ondersteuning biedt voor verschillende grafische kaarten en het snelste RAM op de markt.

Volgens de fabrikant van de processor kunnen we chipsets vinden die zijn ontworpen voor AMD-processors en chipsets die zijn ontworpen voor Intel-processors.

Bezoek onze volgende artikelen voor meer informatie over de nieuwste markeringschipsets voor beide technologieën en hun vergelijking:

Aansluiting voor microprocessor

Omdat het niet anders kan, moet op het moederbord de microprocessor worden geïnstalleerd en hiervoor is een stopcontact met de fysieke connectoren nodig om dit met het moederbord te communiceren. Er zijn twee soorten stopcontacten:

• PGA (Pid Grid Array): in deze aansluiting bevindt zich een paneel met gaten om de microprocessor erin te plaatsen, die contactpennen heeft om in te brengen. LGA (Land Grid Array) - De socket heeft een matrix van vergulde contacten die contact maken tussen het moederbord en de processorchip, die alleen een plat oppervlak heeft met contactpunten.

De inbrengtechnologie heet ZIF (Zero Insertion Force) en de chip past niet perfect in de socket als je kracht moet uitoefenen in het proces.

Net als bij processors zijn er veel soorten sockets voor uw installatie. Dit betekent dat wanneer u een moederbord met een bepaalde architectuur koopt, u ​​een compatibele processor moet aanschaffen.

Bovendien is elk moederbord ontworpen voor een processorfabrikant, dus zowel de socket als de chipset moeten compatibel zijn met het betreffende merk.

Voor meer informatie over hoe een processor werkt, raden we het volgende artikel aan:

• Wat is een processor en hoe werkt hij?

RAM-geheugenslots

Deze connectoren of bussen zijn verantwoordelijk voor het huisvesten van de RAM-geheugenmodules die in de apparatuur zullen worden geïnstalleerd. Over het algemeen hebben moederborden 4 slots of high-end moederborden hebben er 8.

Deze slots zijn meestal ontworpen om te werken met dual channel-technologie of zelfs quad channel-technologie. Net als bij de processor ondersteunt elk moederbord een bepaalde RAM-architectuur.

De moederborden hebben momenteel verschillende soorten RAM-slots, hoewel ze allemaal tot de DDR-standaard behoren. We zullen hebben: DDR, DDR2, DDR3 en DDR4

Voor meer informatie over hoe RAM werkt, raden we ons artikel aan:

• Wat is RAM en hoe werkt het?

VRM

Afkorting voor Voltage Regulator Module. Het zijn een set componenten die de elektrische stroom die het moederbord bereikt omzetten in spanningen van verschillende waarden en stromen, zodat ze worden gebruikt door de andere componenten die erop zijn geïnstalleerd. Dit onderdeel is, hoewel het niet bijzonder in het oog springt, essentieel voor een correct functioneren van de onderdelen en om breuk te voorkomen.

Bezoek ons ​​artikel voor meer informatie over deze componenten:

Uitbreidingsslots

Zij zullen de slots zijn die de functionaliteit hebben om de hardware die in onze apparatuur is geïnstalleerd uit te breiden. Daarin kunt u grafische kaarten, harde schijven, netwerkkaarten, geluidskaarten, enz. Installeren.

Deze slots worden momenteel PCI-Express of PCI-E genoemd en zijn vervangers van traditionele PCI. Elke PCI-E-uitbreidingssleuf heeft 1, 2, 4, 8, 16 of 32 gegevensverbindingen tussen het moederbord en de aangesloten kaarten. We coderen dit aantal links als een prefix x, bijvoorbeeld x1 voor een enkele of unitlink en x16 voor een kaart met 16 links, die worden gebruikt voor grafische kaarten. Elk van deze links geeft een snelheid van 250 MB / s.

Als we 32 links hebben, geven ze de maximale bandbreedte, dat wil zeggen 8 GB / s in elke richting voor PCIE 1.1. De meest gebruikte is de PCI-E x16 met een bandbreedte van 4 GB / s (250 MB / sx 16) in elke richting. Een enkele link is ongeveer twee keer zo snel als een normale PCI-link. 8 links hebben een bandbreedte die vergelijkbaar is met de snelste versie van de AGP-bus, de oude slots voor grafische kaarten.

BIOS

Het BIOS of Basic Input-Output System is een ROM-, EPROM- of Flash-RAM-geheugen dat informatie bevat over de configuratie van het moederbord op het laagste niveau.

Binnen het BIOS is er ook een geheugenchip genaamd CMOS, met het programma dat het opslaat, kan het alle fysieke componenten van het bord initialiseren om de computer te starten. Bovendien is het verantwoordelijk om ze te controleren op fouten of afwezigheid van apparaten, bijvoorbeeld gebrek aan RAM, CPU of harde schijf.

Het BIOS-geheugen wordt continu gevoed door een batterij. Op deze manier gaan de gegevens en parameters die op de computer zijn geconfigureerd niet verloren wanneer de machine wordt uitgeschakeld. Als deze batterij in elk geval leeg is of als we deze verwijderen, wordt de BIOS-informatie gereset naar de standaardwaarden, maar ze gaan nooit verloren.

Geluidskaart en netwerkkaart

Zij zijn de chips die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van het multimediageluid van onze apparatuur en de netwerkverbinding. De chips bevinden zich in de buurt van de uitvoerpoorten van het moederbord en we kunnen het bij veel gelegenheden herkennen aan het kenmerk van RealTek, omdat het de fabrikant is van veel van deze apparaten die op het moederbord zijn geïntegreerd.

SATA-connectoren

Dit is de communicatiestandaard in hedendaagse pc's voor het aansluiten van mechanische harde schijven en ook SSD's. In SATA wordt een seriële bus gebruikt in plaats van parallel om de gegevens te verzenden. Het is veel sneller dan de traditionele IDE en efficiënter. Bovendien maakt het hete verbindingen van de apparaten mogelijk en heeft het veel kleinere en beter beheersbare bussen.

Op een moederbord kunnen we tot 6 of 10 van deze poorten hebben om harde schijven te installeren. De huidige standaard is te vinden in SATA 3 waarmee overdrachten tot 600 MB / s mogelijk zijn

Voor meer informatie over hoe een harde schijf werkt, raden we het volgende artikel aan:

• Wat is een harde schijf en hoe werkt deze?

M.2-aansluiting

Bijna alle boards hebben deze poort al geïnstalleerd. M.2 is de nieuwe communicatiestandaard die bedoeld is om de verbinding voor SATA SSD-schijven op middellange en korte termijn te vervangen. Het maakt gebruik van zowel SATA- als NVMe- communicatieprotocollen. M.2 is uitsluitend bedoeld voor de installatie van opslageenheden, op deze manier vermijden we het bezetten van PCI-E-slots. Deze standaard heeft niet de snelheid van PCI-E maar is veel hoger dan SATA.

Voor meer informatie over hoe een SSD werkt, raden we het volgende artikel aan:

• Wat is een SSD en hoe werkt het?

Stroomconnectoren

Het moederbord moet aansluiten op een stroombron en hiervoor heeft het verschillende soorten stroomaansluitingen.

ATX

Het is de traditionele connector die het moederbord in de meeste componenten voedt. Het bestaat uit 24 kabels of pinnen en bevindt zich normaal gesproken aan de rechterkant, naast de RAM-slots.

CPU-vermogen

Naast de ATX2-connector hebben bijna alle nieuwe moederborden, althans de ATX, ook dit type connector dat uitsluitend bedoeld is om de processor van stroom te voorzien. Dit soort voedingen helpen de voeding van het moederbord te verhogen, vooral in het geval van overgeklokte processors die meer stroom nodig hebben voor consumptie.

We kunnen een 4-pins CPU-connector (ouder), een van de 8 of een van de 4 + 6-pins vinden. De functies zijn vrijwel hetzelfde en alles gaat met een 12V-spanning.

Externe connectoren

Deze connectoren bevinden zich aan de ene kant van het moederbord, bijna altijd aan de linkerkant. U bent verantwoordelijk voor het aansluiten van de randapparatuur die we in onze opstelling hebben, bijvoorbeeld printers, muizen, toetsenborden, luidsprekers, opslageenheden, enz. We onderscheiden de volgende typen:

• PS / 2: er zijn twee poorten van dit type, die al praktisch in onbruik zijn. Ze hebben 6 pinnen en zijn bedoeld om het toetsenbord en de muis aan te sluiten. Vrijwel geen enkel toetsenbord heeft dit type connector, dus worden ze verplaatst en vervangen door USB USB (Universal Serial Bus): het is de meest gebruikte standaard voor seriële verbindingen wereldwijd. Deze connector is plug and play, dus we kunnen een hot device aansluiten zodat het besturingssysteem het direct herkent. Naast gegevensuitwisseling maakt het ook perifere uitlijning mogelijk, waardoor het erg handig en veelzijdig is. Er zijn momenteel vier versies van deze poort, USB 1.1 met een snelheid van 12 Mb / s, USB 2.0 met 480 Mb / s, USB 3.0 met 4, 8 Gb / s en USB 3.1 met 10 Gb / s FireWire: het is een standaard vergelijkbaar met USB, maar voornamelijk gebruikt in Amerika. Ze hebben praktisch dezelfde functies als USB en het heeft 4 versies, de snelste is de FireWire s3200 met 3, 2 Gb / s HDMI of DisplayPort: deze poorten zullen bestaan ​​als het moederbord een geïntegreerde grafische kaart heeft. Het is een digitale multimediacommunicatiestandaard waarmee u video-apparaten met hoge resolutie kunt aansluiten. Zowel video- als audiosignalen reizen door deze poorten, waardoor ze bijzonder nuttig zijn. Momenteel hebben ze de VGA DVI- en VGA- poort praktisch volledig vervangen : poorten om het HDMI-voorganger Ethernet- scherm aan te sluiten : poort bedoeld voor de RJ 45-connector op internet 3.5 " -aansluiting : connector voor audio-invoer of uitvoerapparaten

Andere elementen

• Interne poorten voor USB: connectoren zijn beschikbaar aan de onderkant van het moederbord om de USB-poorten van onze apparatuur uit te breiden. De beschikbare USB-poorten op het chassis worden normaal gesproken aangesloten. Interne geluidspoorten: Net als bij USB heeft het bord een interne poort om microfoon en luidsprekers aan te sluiten via poorten in het chassis. Klokken: om alle interne componenten te synchroniseren, is een reeks klokken nodig die op verschillende frequenties werken, afhankelijk van de behoeften van elk onderdeel. Ventilatorconnectoren: dit zijn 12V-connectoren die bedoeld zijn om ventilatoren zoals de CPU of chassisventilatoren in te steken. Ze hebben 4 pinnen. Startpaneel: het zijn een reeks voedingsconnectoren waarop de knoppen op het chassis zijn aangesloten, die verantwoordelijk zijn voor het starten en resetten van het systeem. De harde schijf en de voedings-LED's worden ook aangesloten.

Een moederbord bedienen

De werking van een moederbord is vrij complex vanwege het grote aantal erop geïnstalleerde elementen en het aantal bussen dat bedoeld is voor informatie-uitwisseling. Schematisch kunnen we het op de volgende manier weergeven:

In dit schema kunnen we de belangrijkste elementen onderscheiden die tussenkomen in de bediening en het beheer, en het startproces van een computer als referentie nemen:

Het eerste dat een moederbord moet doen voordat het besturingssysteem vanaf de harde schijf wordt geladen, is het initialiseren van de componenten. Het programma in het BIOS is verantwoordelijk voor het controleren van alle apparaten die erop zijn aangesloten: CPU, RAM en harde schijven op een eenvoudige manier. Als een van hen ontbreekt, kapot is of andere afwijkingen detecteert, geeft het moederbord een foutcode weer die wordt vertaald in geluidstonen of ook door middel van een code in een LED-paneel erop.

Zodra de verificatiefase is voltooid, wordt de interne bus geladen met informatie van de opslageenheden. Hier komen de zuidelijke brug (indien aanwezig) en de noordelijke brug tussenbeide.

Na het opvragen van de informatie van harde schijven, input / output-apparaten en andere componenten, is de north bridge verantwoordelijk voor het verbinden van de processor met RAM. Dit gebeurt via de frontbus of Front Side Bus (FSB). Deze zal bestaan ​​uit 64 threads of 64 + 64 bij implementatie van dual channel technologie.

In elk geval zullen de gegevens van het besturingssysteem die in het geheugen zijn geladen, al worden gevonden om de computer op te starten.

Tegelijkertijd stuurt de noordbrug de grafische signalen naar de grafische kaart, die is geïnstalleerd in een CPI-E x16-slot dat er direct door wordt beheerd. Of in uw geval zal het verbinding maken met de grafische kaart die op het moederbord zelf is geïnstalleerd. Dit wordt gedaan door de FSB-bus.

In ieder geval start de computer en wordt de gegevensuitwisseling voor verwerking beheerd door de elementen die op de bus en de chipset zijn aangesloten.

Eindconclusie en verwachtingen over wat een moederbord is

Als één ding ons duidelijk is geworden, is dat het steeds moeilijker wordt om de werking van de componenten van een computer op een vereenvoudigde manier uit te leggen. De technologie gaat ongelooflijk snel vooruit en de elementen worden complexer en functioneler en complexer.

In het tempo dat we gaan, is het mogelijk dat de 5 nm-barrière in zeer korte tijd wordt bereikt en we zullen zien dat de grote bedrijven aan het engineeren zijn om verder te gaan.

Van onze kant zijn we verheugd met deze vooruitgang, steeds snellere, complexere apparatuur en tegen een aanhoudende prijs als we naar mid-range componenten gaan die ook erg goed zijn.

We raden ook ons ​​artikel over kwantumprocessors aan

• Wat is een quantumprocessor en hoe werkt het?

We hopen dat je met dit artikel meer hebt geleerd over de componenten van een moederbord en de basiswerking ervan. Bij twijfel, verduidelijking of fout, aarzel niet om het ons te vertellen.