Motherboard oder Mainboard - Hauptplatine
Auf der Hauptplatine eines Computers sind wichtige Bauteile montiert, darunter der Prozessorsockel, der BIOS-Chip und die RAM-Steckplätze.
Vorstellung der Hauptplatine
Das Hauptelement, aus dem ein Computer besteht, ist die Hauptplatine (auf Englisch mainboard oder motherboard, manchmal auch abgekürzt mobo). Das Motherboard ist der Sockel, der die Verbindung aller wesentlichen Elemente des Rechners ermöglicht.
Wie der Name schon sagt, ist das Motherboard eine "Master-Karte" in Form einer großen Leiterplatte, die insbesondere Steckverbinder für den Prozessor, die Arbeitsspeicherkarten und die Erweiterungskarten besitzt.
Merkmale der Hauptplatine
Ein Motherboard verfügt über folgende Merkmale:
das Motherboard-Format,
den Chipsatz,
die Sockelart des Prozessors,
die Eingang-Ausgang-Anschlüsse.
Motherboard-Format
Mit dem Begriff Motherboad-Format (oder Formfaktor, auf Englisch form factor) bezeichnet man meist die Maße, die Anordnung und die elektrischen Eigenschaften der Hauptplatine. Um Hauptplatinen herstellen zu können, die in die verschiedenen Gehäuse unterschiedlicher Hersteller passen, hat man sich auf Standards geeinigt.
AT baby oder AT full format: Das ist ein Format, das auf den ersten PCs vom Typ 386 oder 486 benutzt wurde. Dieses Format ist durch das ATX-Format ersetzt worden, dessen Form eine bessere Lüftung ermöglicht und einen praktischeren Zugang zu den Komponenten bietet.
ATX: Das ATX-Format ist eine Weiterentwicklung des Baby-AT-Formats. Die Anordnung der Steckplätze wurde für den Anschluss von Peripheriegeräten optimiert (die Steckverbinder IDE sind zum Beispiel neben den Platten). Gleichzeitig sind die Komponenten parallel orientiert, um so einen besseren Abtransport der Hitze zu ermöglichen.
Standard-ATX: Das Format Standard-ATX hat die klassischen Abmessungen von 305 x 244 mm. Es verfügt über einen AGP-Steckplatz und sechs PCI-Steckplätze.
Mikro-ATX: Das Format Mikro-ATX ist eine kleinere (244 x 244 mm) und preiswertere Variante des ATX-Formats. Es verfügt über einen AGP-Steckplätze und drei PCI-Steckplätze.
Flex-ATX: Das Format Flex-ATX ist eine Erweiterung des Formats Mikro-ATX, das den Herstellern mehr Flexibilität für das Design ihrer Computer bietet. Es verfügt über einen AGP-Steckplatz und zwei PCI-Steckplätze.
Mini-ATX: Das Format Mini-ATX ist ein kompaktes Alternativformat zum Format Mikro-ATX (284 x 208 mm). Es verfügt über einen AGP-Steckplatz und vier PCI-Steckplätze. Es ist hauptsächlich für Computer vom Typ Mini-PC (barebone) gedacht.
BTX: Das Format BTX (Balanced Technology eXtended), das von Intel entwickelt wurde, verbessert die Anordnung der Komponenten, um die Lüftung und die Akustik zu optimieren. Die verschiedenen Steckplätze (Speichersteckplätze, Erweiterungssteckplätze) sind daher parallel angeordnet, in der Richtung der Luftbewegung. Außerdem befindet sich der Mikroprozessor an der Vorderseite des Gehäuses, auf der Höhe der Lüftungsöffnungen, wo die Luft kühler ist. Der Versorgungssteckverbinder vom BTX ist derselbe wie beim ATX.
Das BTX-Format hat drei Unterformate:
Standard-BTX mit den Maßen 325 x 267 mm,
Mikro-BTX mit den Maßen 264 x 267 mm,
Pico-BTX mit den Maßen 203 x 267 mm.
ITX: Das ITX-Format (Information Technology eXtended), das von der Forma Via entwickelt wurde, ist ein sehr kompaktes Format für platzsparende Konfigurationen, wie Mini-PCs.
Es gibt zwei ITX-Unterformate:
Mini-ITX, mit den winzigen Maßen 170 x 170 mm und einem PCI-Steckplatz,
Nano-ITX mit den sehr winzigen Ausmaßen 120 x 120 mm und einem Mini-PCI-Steckplatz.
Die Wahl der Hauptplatine hängt unter anderem vom Gehäuse des Computers ab. Hier noch einmal die Eigenschaften der verschiedenen Formate zusammengefasst in einer Tabelle:
| Format | Maße | Steckplätze |
|---|---|---|
| ATX | 305 mm x 244 mm | AGP / 6 PCI |
| Mikro-ATX | 244 mm x 244 mm | AGP / 3 PCI |
| Flex-ATX | 229 mm x 191 mm | AGP / 2 PCI |
| Mini-ATX | 284 mm x 208 mm | AGP / 4 PCI |
| Mini-ITX | 170 mm x 170 mm | 1 PCI |
| Nano-ITX | 120 mm x 120 mm | 1 MiniPCI |
| BTX | 325 mm x 267 mm | 7 |
| Mikro-BTX | 264 mm x 267 mm | 4 |
| Pico-BTX | 203 mm x 267 mm | 1 |
Integrierte Komponenten
Das Motherboard enthält eine gewisse Anzahl eingebauter Elemente, die also in die Leiterplatte integriert sind. Dazu gehören der Chipsatz (die Schaltkreise, die die meisten Ressourcen kontrollieren, wie Bus-Schnittstelle des Prozessors, Cachespeicher, Arbeitsspeicher und Erweiterungsslots), die CMOS-Uhr und CMOS-Batterie, das BIOS sowie den System-Bus und die Erweiterungs-Busse.
Neuere Hauptplatinen integrieren außerdem meist eine gewisse Anzahl an Multimedia- und Netz-Peripheriegeräte, die desaktiviert werden können, darunter integrierte Netzwerkkarte, integrierte Grafikkarte, integrierte Audiokarte und weiterentwickelte Festplattensteuereinheiten.
Der Chipsatz
Der Chipsatz (auch Komponentensatz oder Leitungssatz) ist eine Sammlung von Schaltkreisen, die den Austausch zwischen den diversen Komponenten des Computers (Prozessor, Speicher usw.) koordinieren. Da der Chipsatz in das Motherboard integriert ist, sollte man darauf achten, ein Motherboard mit einem möglichst aktuellen Chipsatz zu wählen, um den Computer an neue Entwicklungen anpassen zu können.
Manche Chipsätze integrieren einen Grafikchip oder einen Audiochip, was bedeutet, dass es nicht nötig ist, eine Grafikkarte oder eine Audiokarte zu installieren. Es ist jedoch in manchen Fällen ratsam, diese im Setup des BIOS zu desaktivieren (wenn das möglich ist) und stattdessen hochwertige Erweiterungskarten zu installieren.
Die Uhr und die Batterie des CMOS
Die Echtzeituhr (auch RTC von englisch Real Time Clock) ist ein Schaltkreis, der mit der Synchronisation der Systemsignale beauftragt ist. Er besteht aus einem Kristall, der Impulse gibt, wenn er vibriert (genannt Uhrtakt), um das System zu takten. Als Frequenz der Uhr, gemessen in Megahertz (MHz) bezeichnet man die Anzahl der Vibrationen des Kristalls pro Sekunde, also die Anzahl der Uhrtakte, die pro Sekunde abgegeben werden. Je höher die Frequenz ist, desto mehr Informationen kann das System bearbeiten.
Auch wenn der Computer und damit das Motherboard nicht an die Stromversorgung angeschlossen ist, gibt das System trotzdem die richtige Uhrzeit an, wenn der Computer wieder angeschlossen wird. Dafür sorgt ein elektronischer Schaltkreis CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, manchmal auch BIOS CMOS genannt). Dieser bewahrt gewisse Informationen über das System auf, wie die Uhrzeit, das Systemdatum und andere wesentliche Parameter des Systems.
Der CMOS wird ununterbrochen durch eine Batterie (Knopfbatterie) gespeist, die sich auf dem Motherboard befindet. So werden zum Beispiel die Informationen über Anzahl der Spuren und Sektoren jeder Festplatte im CMOS gespeichert. Da der CMOS ein langsamer Speicher ist, kopieren manche Systeme den Inhalt des CMOS ins RAM. Dieser Kopiervorgang wird memory shadow genannt.
Der CMOS ist eine Technik aus der Transistorherstellung. Mit ihr können ergänzende Kanäle auf demselben Chip installiert werden. Im Vergleich mit anderen Techniken (wie TTL oder der TTLS) ist der CMOS viel langsamer, verbraucht allerdings viel weniger Energie, daher die Verwendung in Computeruhren, die mit Batterien gespeist werden. Der Begriff CMOS wird manchmal inkorrekterweise zur Bezeichnung der Computeruhr verwendet.
Hinweis: Wenn die Uhrzeit des Systems regelmäßig neu initialisiert wird oder wenn die Uhr nachgeht, reicht es meist, deren Batterie zu wechseln.
Das BIOS
Das BIOS (Basic Input Output System) ist das Basisprogramm, das als Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und dem Motherboard dient. Das BIOS ist in einem ROM (Festwertspeicher, ein Speicher, der nur gelesen werden kann) gespeichert. Das BIOS benutzt die Daten, die im CMOS gespeichert sind, um die materielle Konfiguration des Systems zu kennen.
Man kann das BIOS mit einer Schnittstelle konfigurieren (das sogenannte BIOS Setup), die beim Starten des Computers durch einfachen Tastendruck aufgerufen werden kann, meist mit der Taste Del. Tatsächlich dient das Setup des BIOS nur als Schnittstelle für die Konfiguration, die Daten sind im CMOS gespeichert. Weitere Informationen dazu finden Sie im Benutzerhandbuch ihrer Hauptplatine.
Der Prozessorsockel
Der Prozessor (auch Mikroprozessor genannt) ist das "Gehirn" des Computers. Er führt die Befehle der Programme dank eines Befehlssatzes aus. Der Prozessor wird durch seine Frequenz charakterisiert, das heißt die Kadenz, mit der er Befehle ausführt. So führt ein Prozessor, der über eine Kadenz von 800 MHz verfügt, etwa 800 Millionen Operationen pro Sekunde aus.
Das Motherboard besitzt einen Steckplatz (manchmal auch mehrere, wenn es sich um Multi-Prozessor-Hauptplatinen handelt) für den Prozessor, der Prozessorsockel genannt wird.
Man unterscheidet zwei Sockel-Kategorien:
Slot (auf Deutsch Schlitz), ein rechteckiger Steckverbinder, in den man den Prozessor vertikal einsteckt, und
Socket (auf Deutsch Steckvorrichtung), ein quadratischer Steckverbinder, der über eine große Anzahl kleiner Steckstifte verfügt, auf die der Prozessor direkt aufgesteckt wird.
Innerhalb dieser beiden Kategorien, gibt es je nach Prozessortyp verschiedene Sockelversionen. Bei allen Sockeln ist es sehr wichtig, den Prozessor sehr vorsichtig aufzusetzen, um keinen der Stifte zu verbiegen (von denen es mehrere Hundert gibt). Um das Aufstecken zu vereinfachen, sind sogenannte ZIF-Sockel (Zero Insertion Force entwickelt worden. ZIF-Sockel besitzen einen kleinen Hebel, der nach oben gelegt das Aufstecken des Prozessors ohne jeden Druck ermöglicht und nach unten gelegt den Prozessor auf dem Sockel festhält.
Der Prozessor besitzt meist eine Markierung, um Fehler beim Einsetzen zu vermeiden. Meist handelt es sich um eine abgeschnittene Ecke oder eine Farbmarkierung, die an die ebenfalls entsprechend markierte Stelle des Sockels gesetzt werden muss.
Da der Prozessor thermische Strahlungen abgibt, muss die entstehende Wärme abgeführt werden, um das Schmelzen seiner Schaltkreise zu vermeiden. Daher ist meist ein Kühler auf den Prozessor aufgesetzt, der aus einem gut Wärme leitenden Metall (Kupfer oder Aluminium) besteht. Der Kühler besteht aus einem Sockel, der mit dem Prozessor in Kontakt steht, und Flügeln, mit denen die Wärmemaustauschfläche vergrößert wird. Meist ist der Kühler mit einem Lüfter kombiniert, um die Luftbewegung und damit auch den Wärmeaustausch um den Kühler zu verbessern. Der Gehäuse-Lüfters hat die Aufgabe, die warme Luft aus dem Gehäuse abzusaugen und kühle Luft von außen hineinzulassen.
Die Steckplätze für den Arbeitsspeicher
Der Arbeitsspeicher (RAM von Random Access Memory) ermöglicht es, Informationen zu speichern, solange der Computer angeschaltet ist. Sein Inhalt wird allerdings gelöscht, sobald der Computer ausgeschaltet oder neu gestartet wird - anders als die Informationen auf einem Massenspeicher wie die Festplatte, die acuh nach dem Ausschalten gespeichert werden. Beim Arbeitsspeicher spricht man von Volatilität.
Warum verwendet man überhaupt Arbeitsspeicher, wo doch Festplatten bei gleicher Kapazität billiger sind? Weil der Arbeitsspeicher im Vergleich zu einer Festplatte extrem schnell arbeitet. Er besitzt eine Antwortzeit von ein paar Dutzend bis wenigen Nanosekunden (ungefähr 70 für die DRAM, 60 für die DRAM EDO, 10 für die SDRAM und sogar nur 6 ns für die SDRAM DDR) im Vergleich zu ein paar Millisekunden bei der Festplatte.
Der Arbeitsspeicher hat die Form von Steckleisten, die an die Steckplätze der Hauptplatine angeschlossen werden.
Die Erweiterungssteckplätze
Die Erweiterungssteckplätze (auf Englisch slots) sind Steckbuchsen, in die man Erweiterungskarten einstecken kann, das heißt Karten, die dem Computer neue Funktionen oder bessere Leistungen schenken.
Es gibt mehrere Steckverbindertypen:
ISA (Industry Standard Architecture): An Sie kann man ISA-Karten anschließen, die langsamsten arbeiten mit 16 Bit.
VLB (Vesa Local Bus): Das ist ein Bus (Bündel zusammengehörender Leitungen), der früher zum Anschluss von Grafikkarten benutzt wurde.
PCI (Peripheral Component Interconnect): An diesen Steckplatz kann man PCI-Karten anschließen, die mit 32 Bit sehr viel schneller als ISA-Karten arbeiten.
AGP (Accelerated Graphic Port): Dies ist ein schneller Steckverbinder für Grafikkarten.
PCI Express (Peripheral Component InterConnect Exress): Diese Bus-Architektur ist schneller als AGP- und PCI-Busse.
AMR (Audio Modem Riser): Dieser Steckverbindertyp ermöglicht es, Mini-Karten an PCs anzuschließen, die mit damit ausgestattet sind.
Die Eingang-Ausgang-Anschlüsse
Das Motherboard besitzt auf seiner Rückseite eine gewisse Anzahl von Eingang-Ausgang-Anschlüssen:
Die meisten Hauptplatinen bieten die folgenden Anschlüsse an:
serieller Anschluss, mit dem man alte Peripheriegeräte anschließen kann,
paralleler Anschluss, mit dem man insbesondere alte Drucker anschließen kann,
USB-Anschluss (1.1 = geringe Geschwindigkeit oder 2.0 = hohe Geschwindigkeit), mit dem man neuere Peripheriegeräte anschließen kann,
RJ45-Anschluss (auch LAN- oder Ethernetanschluss genannt), mit dem der Computer an ein Netzwerk angeschlossen werden kann (er entspricht einer integrierten Netzkarte),
VGA-Anschluss (auch SUB-D15 genannt), mit dem man einen Bildschirm anschließen kann (er entspricht einer integrierten Grafikkarte),
Audio-Anschlüsse (Eingang Line-In, Ausgang Line-Out und Mikrofon), mit denen Lautsprecher oder eine Hi-Fi-Anlage sowie ein Mikrofon angeschlossen werden können (sie entsprichen einer integrierten Audiokarte).
Foto: © Pixabay.
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