Kompiuterio širdis ir kraujagyslės viename
Jei kada nors atidarėte kompiuterio korpusą, turbūt pastebėjote didžiulę žalią (arba kartais juodą, raudoną) plokštę, į kurią pritvirtinti visi kiti komponentai. Tai ir yra motininė plokštė – galbūt pats svarbiausias, bet kartu ir labiausiai neįvertinamas kompiuterio komponentas. Daugelis žmonių gali pasakyti, kokį procesorių ar vaizdo plokštę turi, bet paklausti apie motininę plokštę – ir sulauksite tylios pauzės.
O vis dėlto būtent ši plokštė atlieka visą koordinavimo darbą. Ji tarsi miesto infrastruktūra – elektros linijos, vandentiekis, keliai – kurie jungia visus rajonus į vieną veikiančią sistemą. Be geros infrastruktūros miestas neveiks, kad ir kokie puikūs pastatai jame būtų. Tas pats ir su kompiuteriu.
Iš ko sudarytas šis technologinis stebuklas
Motininė plokštė iš pirmo žvilgsnio atrodo kaip chaotiškas elektroninių komponentų rinkinys, bet iš tikrųjų tai kruopščiai suprojektuota sistema. Pagrindas – tai daugiasluoksnė spausdinta plokštė (PCB), kurioje slypi kelios dešimtys sluoksnių su variniais laidininkais. Taip, teisingai girdėjote – ne vienas ar du sluoksniai, o kartais net 10-12! Šie sluoksniai reikalingi tam, kad būtų galima sujungti šimtus skirtingų komponentų be laidų painiavos.
Ant šios plokštės rasite įvairiausių dalių. Procesorių lizdas (socket) – tai vieta, kur įstatomas jūsų procesorius. Skirtingi procesoriai reikalauja skirtingų lizdų, todėl negalite tiesiog įdėti Intel procesoriaus į AMD lizdą ar atvirkščiai. RAM atminties lizdai – paprastai 2-4 ilgi plyšeliai, į kuriuos kišamos operatyviosios atminties plankelės. PCI Express lizdai – skirti vaizdo plokštėms, garso kortoms ir kitiems plėtros įrenginiams.
Bet tai dar ne viskas. Pamatysite daugybę mažyčių komponentų – kondensatorių, rezistorių, tranzistorių. Šie elementai reguliuoja įtampą, filtruoja triukšmą, stabilizuoja signalus. Ypač svarbūs VRM (Voltage Regulator Module) komponentai, kurie paima 12V iš maitinimo bloko ir paverčia juos žemesnėmis, stabilesnėmis įtampomis, reikalingomis procesoriui ir kitoms dalims.
Chipsetai – nematomi orkestro dirigentas
Jei procesorius yra kompiuterio smegenys, tai chipsetas – tai nervų sistema. Šis mikroschema (arba kelios mikroschemos) valdo duomenų srautus tarp visų kompiuterio dalių. Senesnėse sistemose buvo du chipsetai – šiaurinis ir pietinis tiltas. Šiaurinis tiltas (Northbridge) tvarkė greitesnius ryšius: procesorių, RAM, vaizdo plokštę. Pietinis tiltas (Southbridge) rūpinosi lėtesniais dalykais: USB, SATA, garsu, tinklu.
Šiuolaikinėse sistemose daugelis šiaurinio tilto funkcijų perkelta į patį procesorių, todėl dabar dažniausiai rasite tik vieną chipsetą plokštėje. Tai padidino efektyvumą ir sumažino vėlavimus – duomenims nebereikia keliauti per tarpininkus.
Chipsetas nustato, ką galite prijungti prie savo kompiuterio. Jis apibrėžia, kiek USB prievadų turėsite, kiek SATA diskų galėsite prijungti, kokios kartos PCI Express palaikomas, ar veiks naujausia RAM atmintis. Štai kodėl negalite tiesiog įdėti naujausio procesoriaus į senesnę motininę plokštę – chipsetas gali jo tiesiog neatpažinti arba nesugebėti tinkamai su juo dirbti.
BIOS ir UEFI – pirmasis žingsnis įjungus kompiuterį
Kai paspaudžiate maitinimo mygtuką, dar prieš pradedant krautis operacinei sistemai, į darbą stoja motininėje plokštėje esanti programinė įranga. Seniau tai buvo BIOS (Basic Input/Output System), dabar dažniausiai UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Ši programinė įranga saugoma specialiame atmintinuke tiesiog ant motininės plokštės.
BIOS/UEFI atlieka POST (Power-On Self-Test) – patikrina, ar visi pagrindiniai komponentai veikia. Girdite pyptelėjimą įjungus kompiuterį? Tai POST signalas, kad viskas gerai. Skirtingi pyptelėjimų kodai gali pranešti apie problemas – pavyzdžiui, trys trumpi pyptelėjimai gali reikšti RAM problemą.
Po patikrinimo BIOS/UEFI inicializuoja visus komponentus ir perduoda valdymą operacinei sistemai. Bet tai ne vieninė funkcija – čia galite keisti įvairius nustatymus: procesorių dažnius (overclocking), RAM laikmatį, ventiliatorių greičius, įkrovos seką. Modernūs UEFI interfeisai atrodo kaip pilnavertės programos su pele valdoma grafine sąsaja, o ne tie seni tekstiniai mėlyni ekranai.
Kaip keliauja duomenys po plokštę
Įsivaizduokite motininę plokštę kaip miestą su keliais. Turite greitkelius (PCI Express linijos), paprastus kelius (USB, SATA), vietinius gatvelius (I2C, SPI magistralės). Kiekvienas kelias turi savo greitį ir paskirtį.
PCI Express – tai greitkelis duomenims. Jis veikia linijomis (lanes), pažymėtomis x1, x4, x8, x16. Kiekviena linija gali perduoti duomenis abiem kryptimis vienu metu. Vaizdo plokštė paprastai naudoja x16 lizdą – tai 16 linijų, kurios kartu gali perduoti milžinišką duomenų kiekį. Naujausioje PCIe 5.0 versijoje viena x16 linija gali perduoti beveik 64 GB/s – tai neįtikėtinas greitis!
USB ir SATA naudoja nuosekliąją perdavimo technologiją – duomenys keliauja vienas po kito, kaip automobiliai vienos juostos kelyje. Tai lėčiau nei PCI Express, bet visiškai pakanka klaviatūroms, pelėms, diskams. RAM atmintis naudoja savo specialų kanalą tiesiai į procesorių – tai vienas greičiausių ryšių sistemoje.
Visa ši komunikacija vyksta sinchronizuotai pagal laikrodžio signalus. Motininėje plokštėje yra kvarco generatorius, kuris sukuria bazinį dažnį (paprastai 100 MHz), o paskui jis dauginamas ar dalijamas, kad gautume reikiamus dažnius skirtingiems komponentams.
Maitinimo sistema ir jos svarba
Daugelis žmonių mano, kad maitinimo blokas tiesiog tiekia elektros energiją, ir viskas. Bet tarp maitinimo bloko ir procesoriaus yra sudėtinga motininėje plokštėje esanti maitinimo sistema. Procesorius negali tiesiog naudoti 12V iš maitinimo bloko – jam reikia žemesnių, labai stabilių įtampų, kurios gali greitai keistis priklausomai nuo apkrovos.
Čia į žaidimą įsijungia VRM – įtampos reguliavimo modulis. Jis susideda iš kelių fazių (phase), kiekviena su savo tranzistoriais, drosele ir kondensatoriais. Kuo daugiau fazių, tuo stabilesnė įtampa ir geresnė galimybė maitinti galingus procesorius. Pigesnės motininės plokštės gali turėti 4-6 fazes, o aukščiausios klasės – 16 ar net daugiau.
Kai procesorius staiga pradeda intensyviai dirbti, jam reikia daugiau energijos – ir reikia iš karto. VRM turi reaguoti per milisekundes, kitaip procesorius gali gauti nepakankamą įtampą ir nestabiliai veikti arba net išsijungti. Geros kokybės VRM komponentai su efektyviu aušinimu yra kritiškai svarbūs, ypač jei planuojate “overclockinti” savo procesorių.
Išplėtimo galimybės ir jungtys
Viena iš pagrindinių motininės plokštės funkcijų – suteikti galimybę prijungti papildomus įrenginius. M.2 lizdai naujiesiems NVMe SSD diskams leidžia pasiekti neįtikėtinus greičius – iki 7000 MB/s naujausiais modeliais. Šie lizdai jungiasi tiesiogiai prie PCI Express linijų, aplenkdami senesnius SATA apribojimus.
USB prievadai taip pat jungiasi per motininę plokštę. Gali pastebėti, kad kai kurie prievadai pažymėti skirtingomis spalvomis – tai ne dizaino elementas, o funkcinis žymėjimas. Mėlyni dažniausiai reiškia USB 3.0, raudoni – “visada įjungti” (veikia net kompiuteriui išjungtam), geltoni – didesnė srovė įrenginiams įkrauti.
Tinklo ir garso mikroschemos taip pat integruotos į motininę plokštę. Seniau reikėdavo atskirų plokščių, dabar visa tai sutalpinta tiesiai ant motininės. Ethernet kontroleris valdo laidinį tinklo ryšį, Realtek ar panašios garso schemos teikia audio išvestį. Kai kurios aukštesnės klasės plokštės turi geresnius garso komponentus su atskirtu PCB sluoksniu triukšmui mažinti – audiophilams tai svarbu.
Kada keisti ir kaip rinktis naują plokštę
Motininė plokštė nėra tas komponentas, kurį keistumėte dažnai. Paprastai ji keičiama kartu su procesoriumi, nes naujos procesorių kartos dažnai reikalauja naujų lizdų ir chipsetų. Bet yra situacijų, kai vertėtų pagalvoti apie keitimą net su tuo pačiu procesoriumi.
Jei jūsų plokštė neturi pakankamai USB prievadų, neturi M.2 lizdų naujiems diskams, neturi WiFi (o jums reikia), arba VRM perkaista su galingesniu procesoriumi – tai geros priežastys atnaujinti. Taip pat jei plokštė fiziškai sugedo – sudegė kondensatoriai, neveikia RAM lizdai, nesikrauna BIOS – tada tikrai laikas keisti.
Rinkdamiesi naują motininę plokštę, pirmiausia patikrinkite suderinamumą su procesoriumi. Intel ir AMD naudoja skirtingus lizdus, o ir toje pačioje platformoje lizdai keičiasi kas kelias kartas. Paskui pagalvokite apie dydį – ATX, Micro-ATX, Mini-ITX. Didesni formatai turi daugiau išplėtimo galimybių, mažesni tinka kompaktiškiems korpusams.
Atkreipkite dėmesį į VRM kokybę, ypač jei turite galingą procesorių. Pasižiūrėkite apžvalgas, kur matuojama VRM temperatūra. Taip pat svarbu, kiek RAM lizdų yra ir kokį maksimalų dažnį palaiko. Jei planuojate kelias vaizdo plokštes (SLI/CrossFire), reikės plokštės su keliais PCI Express x16 lizdais.
Ateitis jau čia, tik nevienodai paskirstyta
Motininės plokštės nuolat evoliucionuoja, nors ir ne taip dramatiškai kaip procesoriai ar vaizdo plokštės. Naujausia tendencija – DDR5 atmintis, kuri palaipsniui keičia DDR4. PCIe 5.0 jau čia, o PCIe 6.0 jau už kampo. USB4 ir Thunderbolt 4 tampa standartiniais dalykais aukštesnės klasės plokštėse.
Integruotų komponentų vis daugėja. WiFi 6E, 2.5 Gigabit Ethernet, Bluetooth – visa tai dabar randama net vidutinės klasės plokštėse. Kai kurios plokštės turi integruotus I/O skydelius, kurie automatiškai prisitaiko prie prijungtų kabelių – nereikia atskirų plokštelių.
Programinė įranga taip pat tobulėja. UEFI interfeisai dabar turi profilius skirtingiems naudojimo scenarijams, automatinius “overclocking” režimus, net integruotas diagnostikos priemones. Kai kurie gamintojai siūlo mobiliąsias aplikacijas, leidžiančias stebėti ir valdyti kompiuterį nuotoliniu būdu.
Bet pagrindinis principas lieka tas pats – motininė plokštė yra ta infrastruktūra, kuri jungia visus komponentus į vieną veikiančią sistemą. Ji gali atrodyti kaip pasyvus komponentas, bet iš tikrųjų atlieka milžinišką koordinavimo darbą kiekvieną sekundę, kai naudojate kompiuterį. Suprasdami, kaip ji veikia, galite geriau pasirinkti komponentus, diagnozuoti problemas ir išnaudoti maksimalų savo sistemos potencialą. Galiausiai, tai ne tik technologijos supratimas – tai galimybė geriau kontroliuoti įrankį, kuriuo kasdien naudojamės darbui, kūrybai ar pramogoms.