Motherboard / Mainboard

Es gibt verschiedene Arten von Motherboards, die sich in Größe, Formfaktor, Kompatibilität und Funktionalität unterscheiden. Einige der gängigsten Arten sind:

• ATX-Motherboard:
  Diese Art von Motherboard hat die Standardgröße und ist für den Einsatz in Desktop-Computern ausgelegt. Es hat mehrere Steckplätze für Erweiterungskarten und bietet eine umfangreiche Unterstützung für verschiedene Arten von Prozessoren und Arbeitsspeichern.
• Mini-ITX:
  Dies ist ein sehr kleines Motherboard, das für den Einsatz in kleinen Formfaktor-Systemen wie kleinen Desktop-PCs oder Home-Theater-PCs ausgelegt ist. Es hat jedoch weniger Steckplätze für Erweiterungskarten und unterstützt in der Regel nur eine begrenzte Anzahl von Prozessoren und Arbeitsspeichern.
• Micro-ATX:
  Dies ist eine kleinere Variante des ATX-Motherboards und eignet sich für den Einsatz in kleineren Systemen. Es hat jedoch weniger Steckplätze für Erweiterungskarten und unterstützt in der Regel nur eine begrenzte Anzahl von Prozessoren und Arbeitsspeichern.
• Extended-ATX:
  Dies ist eine größere Variante des ATX-Motherboards und bietet mehr Steckplätze für Erweiterungskarten und unterstützt eine größere Anzahl von Prozessoren und Arbeitsspeichern. Es ist jedoch in der Regel größer und schwerer und eignet sich daher eher für den Einsatz in professionellen Workstations und Servern.
• Passive-Backplane-Motherboards:
  Diese Art von Motherboards hat keine integrierte CPU, RAM oder andere Komponenten und sind in der Regel in industriellen Anwendungen zu finden. Sie dienen lediglich als Verbindungsplatine für Erweiterungskarten und andere Peripheriegeräte.

Es gibt auch spezielle Motherboards für spezielle Anwendungen wie z.b. Gaming-Motherboards, Server-Motherboards, Embedded-Systems und viele weitere.

1. Kompatibilität:
   Stellen Sie sicher, dass das Motherboard mit dem Prozessor, dem Arbeitsspeicher, der Grafikkarte und anderen Komponenten Ihres Computers kompatibel ist.

2. Formfaktor:
   Stellen Sie sicher, dass der Formfaktor des Motherboards zu dem Gehäuse Ihres Computers passt.

3. Steckplätze und Anschlüsse:
   Stellen Sie sicher, dass das Motherboard die Anzahl der Steckplätze und Anschlüsse hat, die Sie benötigen, um alle Ihre Erweiterungskarten, Festplatten und andere Peripheriegeräte anzuschließen.

4. Übertaktungsfähigkeit:
   Wenn Sie planen, Ihren Prozessor oder Arbeitsspeicher zu übertakten, stellen Sie sicher, dass das Motherboard diese Funktion unterstützt.

5. Netzwerkfunktionen:
   Wenn Sie einen schnellen und stabilen Netzwerkzugriff benötigen, sollten Sie sicherstellen, dass das Motherboard eine schnelle Netzwerkkarte und/oder WLAN-Unterstützung bietet.

6. BIOS/UEFI:
   Stellen Sie sicher, dass das Motherboard eine benutzerfreundliche BIOS/UEFI-Oberfläche und viele Konfigurationsmöglichkeiten bietet.

7. Marke und Support:
   Kaufen Sie bevorzugt Motherboards von bekannten und etablierten Herstellern, die einen guten Support und Treiber-Updates bereitstellen.

Motherboards haben einige Besonderheiten, die sie von anderen Computer-Komponenten unterscheiden. Einige davon sind:

1. Steckplätze und Anschlüsse:
   Motherboards haben viele verschiedene Steckplätze und Anschlüsse, wie zum Beispiel PCI-Express-Steckplätze für Grafikkarten, DIMM-Steckplätze für Arbeitsspeicher, SATA-Steckplätze für Festplatten und USB-Anschlüsse für Peripheriegeräte.

2. Power-Management:
   Motherboards haben eine Power-Management-Funktion, die es ermöglicht, die Leistungsaufnahme des Computers zu steuern und Energie zu sparen.

3. Übertaktungsfähigkeit:
   Einige Motherboards haben spezielle Funktionen, die es ermöglichen, den Prozessor oder Arbeitsspeicher zu übertakten, um die Leistung des Computers zu steigern.

4. Netzwerkfunktionen:
   Motherboards haben in der Regel eingebaute Netzwerkfunktionen, wie zum Beispiel Ethernet-Schnittstellen oder WLAN-Unterstützung, die es ermöglichen, den Computer mit dem Internet oder einem Netzwerk zu verbinden.

5. BIOS/UEFI:
   Motherboards haben ein BIOS oder UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), das als “Start-Software” dient und das System beim Booten initialisiert und konfiguriert.

6. Erweiterbarkeit:
   Motherboards ermöglichen es, weitere Komponenten wie Grafikkarten, Erweiterungskarten und zusätzlichen Arbeitsspeicher hinzuzufügen, um die Leistung des Computers zu erhöhen.

Die Northbridge und Southbridge sind zwei integrierte Schaltkreise (ICs) auf einem Motherboard, die als Verbindung zwischen dem Prozessor und den anderen Komponenten des Computers dienen.

Die Northbridge ist verantwortlich für die Verbindung des Prozessors mit dem Arbeitsspeicher (RAM) und der Grafikkarte. Sie ist auch für die Steuerung der Datenübertragung zwischen diesen Komponenten verantwortlich und für die Übertragung von Daten an die Southbridge.

Die Southbridge ist für die Verbindung von Peripheriegeräten wie Festplatten, USB-Geräten und Netzwerkkarten verantwortlich. Sie steuert auch die E/A-Funktionen (Eingabe/Ausgabe) des Computers und die Power-Management-Funktionen.

In modernen Motherboards sind die North- und Southbridge in einem Chip vereint und sie heißen dann “PCH” (Platform Controller Hub)

Willkommen zur zweiten Folge der Computerreihe auf dem Kanal “brainfaqck”.

Heute geht es mit dem ersten Komponentenvideo los. Wir schauen uns gemeinsam den Aufbau und die Funktion der Schaltzentrale eines Computers an, und am Ende stelle ich euch dann noch ein ganz besonderes Mainboard vor. 

Das Mainboard oder Motherboard vernetzt alle Komponenten eines Computers und stellt damit die zentrale Platine dar. Die Grundlage dieser Platine ist das sogenannte PCB (printed circuit board), im Deutschen auch Leiterplatte genannt. Diese besteht aus einem Faserverbundwerkstoff, auf dem sich auf den ersten Blick nur oberflächliche Leiterbahnen und einige Lötflächen und Lötaugen befinden, auf die man Bauteile befestigen kann. Im Inneren verborgen befindet sich jedoch eine ungeahnte Komplexität.

Bis zu acht miteinander verklebte Schichten ergeben ein kompliziertes Schaltnetz, das schließlich eine Vielzahl von Bauteilen miteinander verbinden kann. Ohne dieses Multilayer-Design wäre eine Vernetzung auf so kleinem Raum oft gar nicht möglich. Es werden aber auch gerne mehr Schichten benutzt, um eine stabilere Stromversorgung zu gewährleisten, weil durch die größere Abschirmung der einzelnen Leiterbahnen weniger elektromagnetische Interferenzen entstehen.

Beim Mainboard kann man nun verschiedene Größen unterscheiden. Da gibt es Mini-ITX-Mainboards, die sehr klein sind und meist für kompakte Computersysteme und Home-Theater-PCs verwendet werden. Etwas größer ist der Micro-ATX-Formfaktor, der für ähnliche Bereiche wie ein ITX-Board verwendet wird, aber mehr Möglichkeiten für Erweiterungen bietet. Die Standardgröße für Mainboards ist die ATX-Größe. Sie wird fast in jedem Desktop-Computer verbaut und stellt einen guten Kompromiss zwischen Erweiterbarkeit und Kompaktheit dar. Es gibt natürlich auch noch kleinere und größere Formfaktoren sowie Zwischengrößen. Die genannten sind aber mit Abstand die häufigsten.

Unabhängig vom Formfaktor befinden sich auf einem Mainboard immer die gleichen Bauteile, wenn auch in unterschiedlicher Häufigkeit. So sind auf diesen Leiterplatten immer viele Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Mikrochips und Anschlüsse für andere Komponenten vorhanden.

Schauen wir uns jetzt einmal die einzelnen Bereiche eines Mainboards an:

1. Sockel für den Hauptprozessor: Meist mittig oben befindet sich der Sockel für den Hauptprozessor.

2. Slots für Arbeitsspeicherriegel: Rechts daneben gibt es zwei bis vier Slots für Arbeitsspeicherriegel.

3. PCH (Platform Controller Hub): Darunter ist meist der PCH zu finden. Das ist ein sehr wichtiger Chip, der die Vorgänge in einem Mainboard koordiniert. Früher bestand diese Steuerung aus zwei Chips, deshalb hat man auch von einem Chipsatz gesprochen, der sich aus dem Northbridge- und dem Southbridge-Chip zusammensetzte. Mittlerweile werden aber immer mehr Aufgaben in die CPU, den Hauptprozess, integriert, weshalb ein einzelner Hauptchip für die Steuerung des Mainboards ausreicht. Es sind aber dennoch weitere kleinere Chips, sogenannte Controller, auf dem Board vorhanden, die nur für einzelne Bauteile zuständig sind.

4. SATA-Ports: Am rechten Rand befinden sich meist einige SATA-Ports, an die man Festplatten, SSDs und optische Laufwerke anschließen kann.

5. Erweiterungskarten: Platz für Erweiterungskarten findet man links unten am Mainboard. Ein PCIe-Steckplatz ermöglicht es, eine Grafikkarte auf das Mainboard zu stecken. Und wenn einem der integrierte Onboard-Sound des Mainboards nicht genügt, kann man an den übrigen PCI- und PCIe-Steckplätzen zusätzlich noch eine Soundkarte sowie Grafikkarten, TV-Karten und viele weitere anschließen.

6. BIOS/UEFI: Über den Steckplätzen befindet sich ein kleiner, aber extrem wichtiger Bestandteil des Mainboards, nämlich das BIOS (Basic Input Output System). Dieses bestehtaus einem EPROM oder Flash-Microchip und beinhaltet die Firmware des Computers. Die Firmware lädt noch vor dem Betriebssystem und überprüft alle Komponenten. Sie spricht diese schließlich mit Standardtreibern an, damit die Informationen für den Bootvorgang von der Festplatte abgerufen werden können. Mittlerweile gibt es aber schon eine Nachfolge für das BIOS, nämlich den UEFI-Chip (Unified Extensible Firmware Interface).

UEFI macht eigentlich nichts anderes als das herkömmliche BIOS, nur als kleinen Einblick: UEFI ist minimalistischer und gibt die Kontrolle früher an das Betriebssystem ab. Außerdem kann damit mehr Speicher adressiert werden. Es ist modular aufgebaut und wird in C programmiert. Das alles macht es den Programmierern leichter. Das einzige, was man als Endbenutzer mit UEFI merkt, ist ein schnellerer Systemstart und eine grafische Oberfläche mit Cursor im BIOS-Menü.

Neben dem BIOS ist immer eine Knopfbatterie angebracht. Diese wird für einen batteriegepufferten CMOS-RAM-Speicher benötigt. Der speichert veränderliche Daten wie Uhrzeit, Datum und Bootinformationen für das BIOS.

Energieversorgung und Spannungswandler

Alle Komponenten auf dem Mainboard benötigen natürlich eine Energieversorgung. Zu diesem Zweck werden eine 24-Pin- und eine 8-Pin-Leitung vom Netzteil am Mainboard angeschlossen. Da die 12 Volt, die das Netzteil durch diese Leitungen zur Verfügung stellt, für den Hauptprozessor zu hoch sind, gibt es auf dem Mainboard einen Spannungswandler. Dieser besteht aus einem Controller, MOSFETs, Kondensatoren und Drosselspulen, die die 12 Volt in kleinere Spannungen aufspalten. Neben dem Spannungswandler für die CPU gibt es auch noch kleinere Spannungswandler für andere Bauteile.

Interne und externe Anschlüsse

Auf einem Mainboard gibt es verschiedene Anschlussmöglichkeiten, sowohl intern als auch extern. Die internen Anschlüsse auf der Platine dienen zur Verbindung von Teilen des Gehäuses. Hierzu gehören Lüfter, Start- und Reset-Knopf, Speaker und Control-LEDs. Zusätzlich gibt es externe Anschlüsse, die sich auf dem I/O Shield bzw. der Anschlussblende befinden. Hier werden beispielsweise der Monitor, die Maus, die Tastatur, das Netzwerkkabel und die Lautsprecher angeschlossen. Diese Anschlüsse sind über Leiterbahnen miteinander verbunden, um den Datenaustausch zu ermöglichen. Diese Datenbahnen nennt man im Computer allgemein “Busse”. Datenbusse, Steuerbusse, Adressbusse und andere bilden die Grundlage für die Kommunikation aller Komponenten eines Computers.

Ein praktisches Beispiel: Das ASUS Maximus 6 Impact

Um die verschiedenen Komponenten eines Mainboards besser zu verstehen, betrachten wir das ASUS Maximus 6 Impact. Es handelt sich um ein Mini-ITX-Mainboard mit einer Seitenlänge von nur 17 cm. Früher war es kaum möglich, mit einem Mini-ITX-Mainboard einen leistungsstarken Gaming-PC zu bauen, da die Sockel und die Leistung begrenzt waren. Das Maximus 6 Impact ist jedoch eines der ersten vollwertigen Gaming-Mainboards im Mini-ITX-Format, das seinen größeren Brüdern in nichts nachsteht.

Das Mainboard verfügt über einen CPU-Sockel vom Typ 1150 für Intel-Prozessoren. Es gibt auch zwei RAM-Slots für den Arbeitsspeicher. Neben den nötigen Stromanschlüssen vom Netzteil (24-Pin und 8-Pin) befindet sich ein vertikaler Spannungswandler, der Platz spart. Ein Kühlkörper kühlt die Spannungswandlerbausteine. Es gibt Start- und Reset-Buttons, Lüfteranschlüsse, einen Speakeranschluss, einen USB 3.0-Anschluss und vier SATA 3-Anschlüsse für Festplatten, SSDs und Blu-ray-Brenner.

Weitere Besonderheiten des Mainboards sind ein PCIe-Steckplatz für Grafikkarten oder andere Erweiterungskarten, ein mPCIe Combo 2 für eine WLAN-Karte und ein NGFF bzw. M.2-Steckplatz für eine SSD-Platine. Eine Soundkarte ist bereits im Lieferumfang enthalten, da kein Onboard-Sound vorhanden ist. Es gibt auch externe Anschlüsse wie Audio In/Out, Mikrofon, LAN-Kabel, USB 3.0, eSATA, HDMI, DisplayPort und WLAN-Antennenanschlüsse.

Fazit: Mainboards sind essentiell für den Aufbau eines Computers. Sie sorgen für die Energieversorgung der Komponenten, ermöglichen die Kommunikation zwischen ihnen und bieten Anschlussmöglichkeiten für interne und externe Geräte. Das ASUS Maximus 6 Impact ist ein Beispiel für ein leistungsstarkes Mini-ITX-Mainboard, das trotz seiner kompakten Größe keine Kompromisse bei der Leistungsfähigkeit eingeht. Es bietet eine Vielzahl von Anschlüssen und Erweiterungsmöglichkeiten, um den Bedürfnissen der Nutzer gerecht zu werden.

Bei der Auswahl eines Mainboards ist es wichtig, die eigenen Anforderungen und Bedürfnisse zu berücksichtigen.  Unterschiedliche Mainboards bieten unterschiedliche Anschlussmöglichkeiten, Erweiterungsslots und Funktionen. Es ist ratsam, sich vor dem Kauf über die verschiedenen Optionen zu informieren und zu prüfen, ob das Mainboard mit den gewünschten Komponenten und Erweiterungen kompatibel ist.

Das war eine kurze Einführung in den Aufbau und die Funktion eines Mainboards. Es ist faszinierend zu sehen, wie all diese Komponenten miteinander verbunden sind und eine reibungslose Funktion des Computers ermöglichen. 

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