Vrm на материнской плате что это

Устройство материнской платы. Что такое VRM, сокет, чипсет, BIOS, немного про контроллеры и разъёмы

Материнская плата — важная часть компьютера (ЭВМ) , так как это основная плата, к которой подключаются все основные компоненты, такие как процессор, оперативная память, видеокарта и накопители.

Материнская плата, описание

Она обеспечивает взаимодействие всех подключаемых к ней устройств, а представляет из себя многослойную печатную плату, на которой тонким слоем нанесены дорожки и установлены различные радио-элементы и разъёмы.

Обратная сторона платы

Лишь небольшая часть проводников находится снаружи, большая их часть скрыта внутри самой платы, так как она состоит из множества слоев, и включает в себя слой заземления, несколько силовых и сигнальных слоёв. Снаружи плата покрыта диэлектрическим лаком, который защищает дорожки от короткого замыкания и внешних воздействий.

Строение платы (PCB)

Сбоку платы находится 24-контактный разъём ATX, через него от блока питания, плата получает основные напряжения 12, 5 и 3,3 вольта, эти напряжения получают различные компоненты на самой материнской плате и подключённые через разъёмы, например USB или PCI Express

Разъём ATX, основные напряжения

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины. (Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.)

Сокет

Рядом с сокетом располагается 4(ATX12V) или 8(EPS12V) контактный разъём для питания процессора. На материнских платах предназначенных для установки мощных CPU, устанавливаются несколько таких разъёмов,

ATX 12V, EPS 12V Питание процессора

но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

Питание процессора

Поэтому вокруг процессорного сокета находятся модули регулирования напряжения или сокращённо VRM, они нужны для преобразования 12 вольт в напряжение необходимое процессору.

VRM

Один такой модуль или фаза, состоит из конденсатора, дросселя, двух мосфетов и драйвера. В современных платах драйвер и два мосфета объединены в один корпус.

Драйвер и транзисторы в одном корпусе

Драйвер управляет процессами открытия-закрытия транзисторов с частотой, задаваемой ШИМ-контроллером, а катушка и конденсатор сглаживают напряжение с транзисторов.

Упрощённая схема однофазного VRM

Для получения более стабильного напряжения на процессор используют несколько фаз питания, импульсы которых смещены друг относительно друга. Управляет ими ШИМ-Контроллер, который находится рядом.

Упрощённая схема многофазного VRM

Обычно устанавливают от 4 до 8 реальных фаз, так как используют столько же фазный ШИМ-контроллеры. Если на плате установлено к примеру 16 фаз, то производитель использует делители, то есть сигнал с одного канала ШИМ-контролера распределяется на два драйвера.

ШИМ-контроллер

Физически фаз больше, но работают они синхронно и поэтому они не сглаживают пульсации, а лишь позволяют установить более мощный процессор и уменьшить тепловыделение элементов.

Даблеры (удвоители), схема

Так же рядом с процессорным сокетом размещаются слоты для установки модулей оперативной памяти. У современных модулей рабочее напряжение 1.1 в, поэтому рядом со слотами тоже есть цепи питания, которые преобразовывают напряжение, но для DRAM используют одну или две фазы.

Разъёмы DIMM

Количество слотов на материнской плате, зависит от контроллера памяти, который находится в процессоре или в северном мосте. Обычно это двухканальный контроллер, то есть шина памяти у него разделена на два канала, что позволяет осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два.

Каналы памяти

На каждый канал можно установить до двух модулей DRAM, что даёт возможность установить 4 модуля оперативной памяти, если на материнской плате есть для них слоты. (Многие контроллеры памяти позволяют осуществлять доступ к памяти не один раз за такт контроллера, а два. Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно, это повышает производительность)

Четырёхканальный контроллер

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Топология, схема

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

Прямая топология

Прямая топология используется в ITX платах с двумя слотами памяти. С ней можно добиться высоких частот памяти при заполнении 2 слотов. (Электрические характеристики наилучшие)

Т-образная топология

Т-образная, оптимизированна для заполнения всех слотов памяти, у неё длина проводников до двух модулей одинаковая и с ней можно добиться хороших частот памяти при заполнении всех слотов, но стабильность работы при заполнении 2 слотов будет хуже.

Топология Daisy Chain

Daisy Chain оптимизированна для установки одного модуля на канал, у неё длина проводников меньше чем с Т-образной и с ней можно добиться больших частот памяти, но стабильность работы при заполнении всех слотов, хуже.

Разъём PCI express

Ниже слотов памяти, в левой части платы размещают разъемы PCI Express. Эти разъёмы предназначены для установки плат расширения.

Разъёмы PCI express x16, x4

Они бывают несколько типов, с разным количеством выделенных линий. X16 используются в основном для установки видеокарт, а остальные слоты для установки других плат расширения, например звуковых карт.

Распиновка PCI express x16 (питание)

Маломощные карты получают питание от самого слота. В качестве силовых линий используются выводы на левой части разъема. Через них подключаемое устройство получает +12 и +3.3 вольта.

Распиновка PCI express x16 (Data)

С помощью контактов на правой стороне происходит обмен данными. 8 контактов формируют одну линию PCI-E. 2 контакта используются на приём, два на передачу и 4 контакта земли. (Обмен сигналами производится с помощью дифференциальных сигналов по двум проводам, за один цикл передается 1 бит данных. При этом одновременно используется два сигнальных пина и два контакта земли.)

Совместимость слотов

Скорость передачи данных через слот зависит от количества задействованных линий и версий PCIe. Их существует 5 версий и все они полностью совместимы. То есть при установке устройства с интерфейсом PCI Express 5.0 в плату с версией 4.0 устройство будет работать, но на скорости старой версии.

(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)

Таблица пропускной способности PCI express

Так же, рядом с разъемами PCI Express, иногда устанавливают разъём PCI — он нужен для подключения старых плат расширения и сейчас практически не используется.

Разъём PCI

Ещё на плату устанавливают один или несколько разъёмов М. 2(NGFF). Этот разъём используется для подключения специальных SSD и карт расширения. Их бывает 2 типа, с «B» и «M» ключом.

Разъём M.2

Правее, находится главный элемент материнской платы, это чипсет. Именно от него зависит какой процессор и какой тип оперативной памяти можно установить, сколько устройств можно подключить и как быстро, и стабильно все они будут работать.

Чипсет (южный мост, I/O Controller Hub, ICH)

Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.

Структурная схема материнской платы (классическая)

Северный мост обеспечивает работу самых быстрых узлов компьютера. Он управляет работой шины процессора, контроллера ОЗУ и шины PCI Express. Именно он определяет какой тип памяти можно установить, её максимальный объём и в каких режимах она может работать. В некоторых случаях северный мост может содержать встроенный графический процессор.

(Во многих случаях именно параметры и быстродействие северного моста определяют выбор реализованных на материнской плате шин расширения (PCI, PCI Express) системы

Северный мост соединён с южным мостом посредством специальной шины или через несколько каналов из шины PCI Express.)

Южный мост обеспечивает работу медленных устройств: накопителей, портов ввода/вывода, сетевых интерфейсов и многих других. Он управляет связью между медленными компонентами

Структурная схема материнской платы (современная)

Северный и южный мост это классическая схема, в современных системах функции северного моста переносят в центральный процессор, из-за чего уменьшаются задержки и увеличивается производительность всей системы.

Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.

Чипсет

Так же важна микросхема BIOS. BIOS — это базовая система ввода-вывода, программа записанная во флэш-память, которая отвечает за проверку работоспособности контроллеров, встроенных в материнскую плату и большинства подключённых к ней устройств. Именно BIOS устанавливает базовые параметры работы, например, частоту работы системной шины, контроллера памяти, процессора.

(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)

Микросхемы BIOS

Рядом находится 3х вольтовая батарейка, она питает схему часов и память CMOS. Без неё бы сбрасывалось системное время и параметры работы некоторых устройств.

(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)

Батарейка 3v

На правом краю платы размещают SATA порты, они служат для подключения накопителей с интерфейсом SATA. Обычно с помощью чипсета реализуют 4 порта, а остальные с помощью внешних дополнительных контроллеров.

(Существует три версии SATA, это SATA 1.0, SATA 2.0 и SATA 3.0. Все эти версии полностью совместимы и отличаются только скоростью передачи данных. Для SATA 1.0 скорость составляет 1.5 Гбит/с, для SATA 2.0 – 3 Гбит/с, а для SATA 3.0 – 6 Гбит/с.)

SATA-контроллер

На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).

Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.

Мультиконтроллер (Super I/O)

Под мультиконтроллером обычно находится звуковая подсистема состоящая из аудиокодека, резисторов и твердотельных конденсаторов. Кодек содержит в своём корпусе ЦАП и АЦП, что позволяет воспроизводить и принимать звук всего одной микросхемой.

Встроенная звуковая карта

(1. прием, передача, буферизация цифровых данных;

2. преобразование данных из цифровой в аналоговую форму и обратно;

3. микширование данных, поступающих от разных источников (аналоговых и цифровых);

4. управление уровнем сигнала, поступающего от разных источников (т. е. управление громкостью);

5. усиление сигнала, поступающего на микрофонный звук;

6. реализация расширения стереобазы для улучшения звучания на дешевых компьютерных колонках.)

Если посмотреть на схему, то легко понять как работает интегрированный звук. Центральный процессор полностью кодирует сигнал, а южный мост обеспечивает обмен данными.

Схема встроенной звуковой карты

В современных платах для уменьшения помех и наводок, аудиотракт изолируют от остальной части платы, а левый и правый канал размещают на разных слоях текстолита.

Аудиотракт

Так же в левой части платы находится панель с разъёмами для подключения внешних устройств – клавиатуры, мыши, флешек и многого другого.

Блок ввода/вывода (I/O set)

Сбоку панели находятся микросхемы, которые обеспечивают работу этих портов, обычно устанавливают Ethernet и usb Контроллеры.

Контроллеры панели ввода/вывода (I/O set)

Помимо этих микросхем, есть много дополнительных элементов обеспечивающие работу платы. Например, ре-драйверы — это усилители сигнала шины. Есть свитчи PCI Express, помогающие процессору и Южному мосту управлять слотами PCIe, распределяя линии по устройствам.

Редрайвер и свитч PCIe

Есть несколько кварцевых резонаторов, задающие базовые частоты. Так же есть внешние генераторы частот и специальные контроллеры, которые задают и управляют частотами шин.

Клокер и кварц

В самой нижней части платы, размещают разъёмы для подключения помп СЖО, термодатчиков, аудиокабеля, есть колодка для кнопок и индикаторов передней панели корпуса, есть кнопки или перемычки для сброса настроек BIOS и переключения режимов работы.

Колодки

Устройство материнской платы показано на примере форм фактора EATX, существует множество стандартов плат с разным размером из-за чего их устройство может показаться разным, но отличаются они лишь плотностью компонентов, расположением и количеством разъёмов.

Форм-факторы материнских плат

Материнская плата устройство и принцип работы. Что такое VRM, сокет, чипсет, BIOS, немного про контроллеры и разъёмы

Чуть выше центра платы находится сокет, это разъём для установки процессора, состоящий из большого массива контактов и прижимной пластины.
(Определенные процессоры могут работать только с определенным типом сокетов.)

Но через них подаётся 12 вольт, а современные процессоры работают с напряжением чуть выше 1 вольта и это не фиксированное напряжение, в зависимости от нагрузки, оно может немного меняться, например: в простое, для экономии энергии и уменьшения нагрева, на процессор подаётся менее 0,8 В, а когда все ядра полностью загружены, оно возрастает до 1,4 в.

В более мощных системах используется четырёхканальный контроллер и к плате можно подключить 8 модулей.

Есть несколько вариантов разводки шины DRAM: обычно используется Прямая, T-образная топология или Daisy Chain.

(Чем больше выделенных линий тем больше высокоскоростных устройств можно подключить к плате.)

Если посмотреть на блок схему, то видно что чипсет, состоит из двух микросхем: Северного моста и Южного.

Поэтому чипсет в новых платах представлен одной микросхемой — южным мостом.

(Иногда используют две микросхемы, для хранения текущей версии и резервная)

(CMOS-энергозависимая память с настройками BIOS)

На левом краю материнской платы размещают Мультиконтроллер (Super i/o).
Он следит за состоянием платы, мониторит напряжения, следит за показаниями температурных датчиков и задает скорость вращения подключенных вентиляторов. В некоторых платах отвечает за устаревшие порты ввода-вывода, такие как COM порт и PS/2.

Что такое фазы питания VRM материнской платы?

Сколько нужно VRM материнской плате?

На страницах, посвященных продуктам материнских плат и пользователям онлайн-форумов, часто упоминается VRM материнской платы и количество фаз питания. Будучи технической темой, VRM — не простая тема для обсуждения. Итак, сегодня рассмотрим концепцию VRM и фразы питания как можно проще и понятнее, чтобы можно было легко понять, о чем рассказывает страница продукта материнской платы (и когда это важно).

VRM: важный в роли, но часто забытый

На каждой материнской плате есть цепь рядом с CPU, называемая модулем регулятора напряжения или VRM. Задача VRM состоит в том, чтобы сделать питание от блока питания пригодным для использования процессором и помочь, стабилизировать его. Если бы не VRM, ваш процессор даже не работал бы!

ОЗУ также имеет гораздо меньший, более простой VRM рядом со слотами оперативной памяти. Тем не менее, обычно фокусируется только на VRM процессора. Тяжёлый разгон ОЗУ выполняется немногими, и ОЗУ потребляет меньше энергии, чем ЦП, поэтому его часто игнорируют.

Технический материал: силовые фазы

VRM состоит из отдельных силовых «фаз». Ваша базовая фаза питания состоит из двух транзисторов, дросселя и конденсатора. Транзисторы могут быть или не быть покрыты радиатором, так как они могут сильно нагреваться и быть более чувствительными к температуре. Дроссели на современных материнских платах обычно выглядят как маленькие черные или серые кубики, которые иногда имеют небольшой участок разного цвета посередине. Конденсаторы — другой компонент, обычно маленькие цилиндры в форме, рядом с дросселями.

Модуль регулятора напряжения на материнской плате компьютера

В VRM есть две отдельные группы фаз питания. Один используется для ядер ЦП, а другой используется другими частями ЦП, например, встроенным графическим процессором. На типичной материнской плате фазы питания, используемые для ядер ЦП (те, которые нас интересуют больше всего), находятся слева от ЦП, в то время как другие находятся над ним, но это не всегда так, особенно для небольших материнских плат.

По мере увеличения количества фаз питания время, в течение которого данная фаза питания «работает», уменьшается. Например, если у вас есть две фазы питания, каждая фаза работает 50% времени. Добавьте третью, и каждая фаза работает только 33% времени, и так далее.

VRM 4-фазная схема 4-фазная система

Если предположить, что используются одни и те же компоненты, то чем больше фаз вы добавите, тем круче будет работать каждая фаза, тем больше мощности сможет выдать VRM и тем стабильнее будет напряжение на процессоре. Чем больше энергии использует ваш процессор, тем горячее работает VRM. Работа кулера увеличивает срок службы VRM и снижает риск перегрева, что может стать проблемой для оверклокеров. Более высокая выходная мощность снижает риск перегрузки VRM, что может привести к выключению системы или замедлению работы процессора. Лучшая стабильность питания ЦП может в ограниченной степени снизить необходимое напряжение для стабильности разгона, повышения температуры ЦП и теоретического срока службы.

Качество фазы

Важно понимать, что большее количество фаз питания не обязательно означает лучший VRM. Фактический выбор компонентов во всем VRM имеет большое значение для рабочих температур и того, какую мощность способен выдержать VRM. Преимущество большего количества фаз заключается в стабильности напряжения, которое выдает VRM, в то время как температура и способность выходной мощности VRM находятся в воздухе.

Четыре фазы вполне могут быть лучшим выбором, чем восемь фаз, если компоненты достаточно лучше. С практической точки зрения, больше этапов, лучший выбор, но это не всегда так, поэтому лучше рассмотреть это в каждом конкретном случае.

Обманчивый маркетинг и дизайн

Довольно распространенная конструкция, используемая производителями материнских плат, заключается в удвоении количества компонентов, используемых в каждой фазе питания, без удвоения количества фаз питания. Те, кто не знает лучше, могут предположить, что вы можете подсчитать количество дросселей для подсчета количества фаз питания. Что возможно и более важно, производители материнских плат часто (но не всегда) используют эту конструкцию, одновременно требуя более высокого числа фаз. Хотя количество фаз питания не увеличивается, фактическое качество фаз все еще увеличивается, что значительно повышает выходную мощность VRM, а также рабочие температуры.

Материнская плата Biostar B450MHC

Эта практика вводит в заблуждение и не идеальна по сравнению с более актуальными фазами, но она все же помогает. ASUS Z390 Maximus XI Hero и MSI B450M Mortar (Titanium) считаются примерами такого дизайна, хотя и не являются обманчивым маркетингом. Тем не менее, Asrock Fatal1ty AB350 Gaming-ITX/ac, безусловно, считается примером притязательного подсчета количества фаз с использованием этой конструкции.

Производители материнских плат иногда выходят за рамки маркетинга двухкомпонентных фаз как дополнительные фазы, даже не удваивая все компоненты, но при этом требуют большего числа фаз. Они могут добавить еще один дроссель и, возможно, один транзистор (хотя и более важный, который обрабатывает большую часть мощности), чтобы создать видимость большего количества фаз, но не добавлять отдельные фазы. Это делает любую ложь о подсчете фаз еще более вопиющей и (в ограниченной, но не большой степени) уменьшает реальную выгоду. Gigabyte B450 Aorus M и Aorus Elite, Biostar B450MHC и ASUS TUF Z370-Pro Gaming являются примерами этого дизайна, хотя у них нет претензий по количеству фаз, связанных с ними.

Обе эти тактики учитывались, поэтому лучше не предполагать подсчет фазы питания, основанный на количестве дросселей, которые вы видите на материнской плате, и полностью игнорировать заявки на подсчет фаз от производителей материнских плат. Единственный способ по-настоящему узнать счетчик фаз — это проанализировать фактические компоненты (или, что более доступно, через поиск в Интернете знающего создателя видео или автора, который провел такой анализ на доске или досках, которые вы рассматриваете).

Вывод

В конечном счете, в системах с процессорами последнего поколения беспокойство о VRM будет в основном актуально для тех, кто хочет достичь высоких разгонов, а не для обычных пользователей. До тех пор, пока производитель не укажет определенный процессор TDP как не поддерживаемый, вы можете использовать любой современный процессор на материнской плате с совместимым сокетом и запускать его без разгона и без проблем.

Основанное на доступных в настоящее время материнских платах, маловероятно, что вы столкнетесь с какими-либо существенными неудачами с любой приличной (фактической) четырехфазной материнской платой и четырехъядерным или шестиядерным процессором, а также с шестифазной материнской платой и восьмиъядерной центральный процессор (по крайней мере, до тех пор, пока его охлаждение не будет ужасным, как на ASRock Z390 Pro4). И если вы не пытаетесь побить рекорды разгона или используете процессор с 16+ ядрами, практические преимущества для виртуальных виртуальных машин высшего класса, которые могут иметь более восьми высококачественных фаз питания, невелики. Температура всегда может быть проблемой, но фактические температуры всегда будут варьироваться между пользователями и их оборудованием, в то время как какое-либо влияние на срок службы материнской платы неясно.

Gigabyte B450 Aorus Elite материнская плата

Все это говорит о том, что для большинства людей не стоит беспокоиться о VRM. Для нас, обычных пользователей, лучше сосредоточиться в основном на функциях и, возможно, эстетике, которую обеспечивает материнская плата. Но, зная это, вы можете сделать свой выбор более эффективно для ваших нужд.

Что такое VRM на материнской плате

Для работы большинства комплектующих компьютера необходимо питание. Для пользователя это означает лишь то, что нужно не забыть подключить блок питания к розетке, а вот на практике всё несколько иначе.

В блоке питания напряжение розетки преобразовывается с 220 В в 12 В. Прежде, чем добраться до процессора, видеокарты или другого устройства, питание проходит через специальные модули – VRM. Именно о том, что это такое, мы и расскажем в данной статье.

Что такое VRM?

Давайте разберемся что такое VRM на материнской плате. Аббревиатура VRM переводится как «модуль регуляции напряжения». Важно понимать, что это не один какой-то элемент устройства, а их совокупность. По умолчанию VRM включает в себя следующие компоненты:

ШИМ-контроллер или PWM контроллер (салатовый); (оранжевый);
дроссель (красный);
конденсатор (синий).

Всё вместе это и называется «модулем регулятора напряжения». Такие модули есть на материнских платах и видеокартах. В первую очередь такой модуль преобразовывает напряжение, подаваемое от блока питания к комплектующим. Комплектующим, как правило, не нужны все 12 В. К примеру, процессоры используют лишь 1,5 В. Вторая важная задача для VRM – подавать это напряжение стабильно, без скачков и перепадов.

Указанную выше совокупность элементов принято также называть фазой питания. Проходя через такую фазу, питание передаётся устройству в виде импульса. Это значит, что в какой-то момент времени происходят скачки напряжения. Они негативно сказываются на работе оборудования. Дабы такие скачки свести к минимуму, принято использовать не одну фазу питания, а несколько. Их импульсы смещаются друг относительно друга таким образом, чтобы на выходе получалось «ровное» значение напряжения. Взгляните на изображение ниже. В нём схематически изображена работа VRM, состоящая из 4-х фаз питания.

На сегодняшний день в VRM принято использовать в среднем от 4 до 8 фаз. Чем их больше, тем стабильнее будет напряжение. Кроме того, от их количества зависит и максимальная мощность, которую может получить процессор. Последний параметр особо важен в случаях, когда планируется его разгон.

Выводы

Теперь вы знаете что такое VRM. Это весьма важный элемент, на который пользователи зачастую не обращают внимания. Данный модуль бывает как на материнских платах, так и на видеокартах. Чем больше количество фаз в VRM, тем стабильнее будет работать оборудование.