aマザーボードとは何ですか？

今日はコンピュータのマザーボードについて話さなければなりません。 マザーボードは間違いなくコンピュータを作成するための基本的な要素であり、CPUやRAMなどの残りのコンポーネントがコンピュータにインストールされ、マシンを起動して動作させることができます。 それでは、マザーボードとは何か、どのように機能するかを詳しく見てみましょう。

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マザーボードとは何ですか？

マザーボードは間違いなくコンピュータの最も重要な部分です。 これは、チームの内部コンポーネントにどのようなアーキテクチャがあるかを決定するものです。 各マザーボードは 、 特定のコンポーネントまたは特定のタイプのコンポーネントファミリを収容するように設計され 、それらのコンポーネントが持つ特定の速度と容量もサポートします。

コンピュータの一部であるすべてまたはほとんどすべてのコンポーネントがマザーボードに接続されます。また、それらのコンポーネント（ CPU、RAM、グラフィックスカード ）とそれにインストールされている周辺機器（マウス、キーボード、画面など）

その物理的側面は、チップ、コンデンサ、コンポーネントコネクタ、電線などの一連の要素がインストールされ、コンピュータの構造を形成する特定の寸法の電子回路の物理的側面です。

それらのほとんどすべてに4つの基本コンポーネントがインストールされている必要があります。

• 電源中央処理装置RAMメモリストレージユニット

マザーボードは、物理的な寸法を決定するさまざまな物理フォーマットで構成されています。

マザーボードのフォーマット

市場で見つけることができるフォーマットは次のようになります：

E-ATX

これは、市場で最大のフォームファクターです。 寸法は305 x 330 mmです。 これらのボードには通常、拡張カード用の豊富な穴があり、SLIまたはCrossfireにグラフィックスカードを取り付けることに関しては多くの可能性があります。

さらに、 RAMメモリのインストール用に最大8つのスロットを利用できます。

ATX

これらのボードは、Intelによる実装のおかげで、1995年以来市場に出回っています。 彼らはまた、私たちが見つけることができる最も一般的なものです。 寸法は305 x 244 mmですが、寸法が若干異なるものもあります。 もちろん、シャーシに配置するための穴は、標準化された場所に正確に配置する必要があります。

このタイプのマザーボードは、ほとんどすべてのタイプのシステム、オフィス、ゲームなどに使用されています。 これは、拡張の可能性が広いためです。 通常、 RAMメモリをインストールするための拡張スロットが7つとスロットが4つあります 。

マイクロATX

このフォーマットのマザーボードの寸法は244 x 244 mmであるため、以前のものよりもかなり小さく、約25％です。 これらのボードは、より小さいフォーマットであり、それほど多くの拡張スロットを必要とせず、より小さなシャーシを占有するオフィスワークチームを対象としています。

その拡張の可能性には、最大5つの拡張スロットがありますが、通常は3つで、最大4つのRAMメモリのスペースがあります。 このタイプのプレートは、ネジの位置がATXプレートとは異なるため、固定に対応したシャーシが必要です。

ミニITX

これは、ホームコンピューターで使用できる最小のプレートフォーマットです。 寸法は170 x 170 mmです。 固定用には、ATXプレートに取り付けられた穴と一致する4つの穴で構成されています。

これらのボードには、グラフィックスカード用の1つの拡張 スロットとRAMメモリ用の2つのスロットがあります。

XL-ATXのように形成される他のものもありますが、それらは通常、中低域ではあまり見られません。 プレミアム範囲のみ

マザーボードの物理コンポーネント

マザーボードには名前を付ける価値のある多数のコンポーネントがあるため、これはこの記事の中で最も広いセクションになります。 それでは始めましょう。

チップセット

チップセットまたは「チップセット」は、プロセッサとマザーボードにインストールされている他のコンポーネントとの間の通信を確立するように設計された一連の集積回路です。 これらの要素には、RAMメモリ、ハードドライブ、拡張スロット、および入出力ポートがあります。

マザーボード技術の進化により、これらのチップは通常、単一の中央チップで構成されています。 さらに、これらのチップは、一連のプロセッサまたは特定のブランドおよび特定のRAMメモリモジュール専用に設計されています。 このため、市場からマザーボードを購入する際には、互換性のあるプロセッサとRAMモジュールも購入する必要があります。

古いマザーボード

チップセットは2つのチップで統合でき、ノースブリッジまたはノースブリッジドおよびサウスブリッジまたはサウスブリッジとも呼ばれます。 これらの各チップは、特定のタスクを実行する責任があります。

ノースブリッジ：このチップはプロセッサバスに直接接続されており、RAMメモリーと直接通信します。 このバスはフロントサイドバス （FSB）とも呼ばれ、コンピューターの速度とパフォーマンスを決定します。 これに加えて、これらはマザーボードや新しいM.2およびPCI-Eソリッドステートストレージユニットなどの最速のコンポーネントをサポートするポートであるため、PCI-Expressポートとの通信も担当します。

サウスブリッジ：このチップは、Direct Media Interface（DMI）バスを介してノースブリッジに直接接続されています。 このチップは、入力デバイスと出力デバイスの通信を担当し、これらをノースブリッジに接続します。 たとえば、 SATAハードドライブ、USB、Fire Wire、ネットワークカード、オーディオなど。

現代のマザーボード

現在、 Intel CoreやAMD FXなどのマルチコアプロセッサの登場により、このチップセットはシングルチップに大幅に削減され、サウスブリッジがなくなりました。

これは、新しいプロセッサがメモリコントローラを内蔵しているため、RAMメモリバスに直接接続されているためです。 FSBブリッジがプロセッサ内に統合されており、他のデバイスを担当するバスがDMIバスに代わってPlataform Controller Hub（PCH）と呼ばれているとしましょう。

チップセットのタイプ

多数のチップセットモデルがあります。 プロセッサが進化するたびに、これらのチップも進化します。 すべての場合と同様に、低速または低速のコンポーネント管理用のローエンド 、 ミッドレンジおよびハイエンドがあり、さまざまなグラフィックスカードと市場で最速のRAMに最大の速度とサポートを提供します。

プロセッサの製造元によると、 AMDプロセッサ 用に設計されたチップセットとIntelプロセッサ用に 設計されたチップセットを見つけることができます。

両方のテクノロジーの最新のマーキングチップセットモデルとその比較の詳細については、次の記事をご覧ください。

マイクロプロセッサーソケット

それがそうであることができなかったので、マザーボードでマイクロプロセッサがインストールされなければならないところにあり、これのために物理的なコネクタを持つソケットはこれをマザーボードと通信するために必要です。 ソケットには2つのタイプがあります。

• PGA（Pid Grid Array）：このソケットには、マイクロプロセッサを挿入するための穴のあるパネルがあり、挿入用のコンタクトピンがあります。 LGA（ランドグリッドアレイ）：ソケットには、マザーボードとプロセッサチップの間で接触する金メッキの接触のマトリックスがあり、接触点のある平面しかありません。

挿入技術はZIF （Zero Insertion Force）と呼ばれ、その過程で力を加える必要がある場合、チップはソケットに完全には収まりません。

プロセッサーの場合と同様に、インストールには多くのタイプのソケットがあります。 これは、特定のアーキテクチャのマザーボードを購入する場合、それと互換性のあるプロセッサを入手する必要があることを意味します。

さらに、各マザーボードはプロセッサメーカー向けに設計されているため、ソケットとチップセットの両方が問題のブランドと互換性がある必要があります。

プロセッサの仕組みの詳細については、次の記事をお勧めします。

• プロセッサーとは何ですか？

RAMメモリスロット

これらのコネクタまたはバスは、機器に取り付けられるRAMメモリモジュールの収納を担当します。 通常、マザーボードには4つのスロットがあり、ハイエンドのマザーボードには8つのスロットがあります。

これらのスロットは通常、デュアルチャネルテクノロジまたはクアッドチャネルテクノロジでも動作するように設計されています。 プロセッサと同様に、各マザーボードは特定のRAMアーキテクチャをサポートします。

現在、マザーボードにはさまざまなタイプのRAMスロットがありますが、それらはすべてDDR規格に属しています。 DDR、DDR2、DDR3、およびDDR4

RAMの動作の詳細については、次の記事をお勧めします。

• RAMとは何ですか？

VRM

Voltage Regulator Moduleの略。 これらは、マザーボードに到達する電流をさまざまな値と電流の電圧に 変換して 、搭載されている他のコンポーネントで使用されるようにする一連のコンポーネントです。 このコンポーネントは、特に目立つものではありませんが、コンポーネントが正しく機能し、破損を回避するために不可欠です。

これらのコンポーネントの詳細については、記事をご覧ください。

拡張スロット

それらは、当社の機器にインストールされているハードウェアを拡張する機能を持つスロットになります。 それらにグラフィックカード、ハードドライブ、ネットワークカード、サウンドカードなどをインストールできます。

これらのスロットは現在PCI-ExpressまたはPCI-Eと呼ばれ、従来のPCIの代替品です。 各PCI-E拡張スロットは、マザーボードと接続されたカード間の1、2、4、8、16 、または32のデータリンクを備えています。 このリンクの数を接頭辞xとしてエンコードします。たとえば、シングルリンクまたはユニットリンクの場合はx1、グラフィックカードに使用される16リンクのカードの場合はx16です。 これらの各リンクの速度は250 MB /秒です。

32個のリンクがある場合、それらは最大帯域幅、つまり、PCIE 1.1の各方向で8 GB /秒を提供します。 最も一般的に使用されるのは、各方向に4GB /秒（250MB /秒x 16）の帯域幅を提供するPCI-E x16です。 1つのリンクは、通常のPCIリンクの約2倍の速度です。 8つのリンクの帯域幅は、AGPバスの最高速バージョンに匹敵します。これは、グラフィックスカードの古いスロットです。

BIOS

BIOSまたは基本入出力システムは、最低レベルのマザーボードの構成に関する情報を含む ROM、EPROM、またはフラッシュRAMメモリです 。

BIOSの内部には、CMOSと呼ばれるメモリチップもあり、プログラムが内部に格納されているため、コンピュータを起動するためにボードのすべての物理コンポーネントを初期化できます。 さらに、RAMやCPUやハードドライブの不足など、デバイスのエラーや欠落がないかどうかをチェックする役割もあります。

BIOSメモリは、バッテリーによって継続的に電力が供給されます。 このようにして、マシンの電源をオフにしても、コンピューターで構成されたデータとパラメーターは失われません。 いずれにしても、このバッテリーがなくなった場合、または取り外した場合、BIOS情報はデフォルト値にリセットされますが、失われることはありません。

サウンドカードとネットワークカード

これらは、当社の機器のマルチメディアサウンドとネットワーク接続の処理を担当するチップです。 そのチップはマザーボードの出力ポートの近くにあり、マザーボードに統合されたこれらのデバイスの多くのメーカーであるため、RealTekの特徴により多くの場合それを識別できます。

SATAコネクタ

これは、今日のPCで機械式ハードドライブとSSDを接続するための通信規格です。 SATAでは、データの送信にパラレルではなくシリアルバスが使用されます。 従来のIDEよりもはるかに高速で効率的です。 さらに、デバイスのホット接続が可能で、バスがはるかに小さく管理しやすくなっています。

マザーボードでは、ハードドライブをインストールするために、これらのポートを最大6または10搭載できます。 現在の標準はSATA 3にあり、最大600 MB /秒の転送が可能です。

ハードドライブの仕組みの詳細については、次の記事をお勧めします。

• ハードドライブとは何ですか、またどのように機能しますか？

M.2コネクタ

ほとんどすべてのボードにこのポートがすでにインストールされています。 M.2は、中短期的にSATA SSDドライブの接続を置き換えることを目的とした新しい通信規格です。 SATAとNVMeの両方の通信プロトコルを使用します。 M.2は、PCI-Eスロットを占有しないようにストレージユニットを設置することのみを目的としています。 この規格にはPCI-Eの速度はありませんが、SATAよりもはるかに高速です。

SSDの仕組みの詳細については、次の記事をお勧めします。

• SSDとは何ですか？

電源コネクター

マザーボードは電源に接続する必要があり、そのためにさまざまなタイプの電源コネクタがあります。

ATX

ほとんどのコンポーネントでマザーボードに電力を供給するのは、従来のコネクタです。 これは24本のケーブルまたはピンで構成され、通常は右側のRAMスロットの隣にあります。

CPUパワー

ATX2コネクタに加えて、ほとんどすべての新しいマザーボード、少なくともATXには、プロセッサへの電力供給専用のこのタイプのコネクタもあります 。 これらのタイプの電源は、特に消費のためにより多くの電力を必要とするオーバークロックされたプロセッサの場合に、マザーボードの電源を増やすのに役立ちます。

4ピンCPUコネクタ（古い）、8ピンの1つ、または4 + 6ピンの1つを見つけることができます。 その機能は実質的に同じで、すべてが12V電圧で動作します。

外部コネクター

これらのコネクタは、マザーボードの片側、ほとんどの場合左側にあります。 プリンタ、マウス、キーボード、スピーカー、ストレージユニットなど、セットアップで使用する周辺機器の接続を担当します。 次のタイプを区別できます。

• PS / 2：このタイプのポートは2つあり、すでに実際には使用されていません。 これらは6つのピンを備えており、キーボードとマウスを接続するためのものです。 このタイプのコネクタを備えたキーボードはほとんどないため、これらのキーボードは移動され、USB USB（ユニバーサルシリアルバス ）に置き換えられました。これは、世界中で最も広く使用されているシリアル接続規格です。 このコネクタはプラグアンドプレイなので、ホットデバイスを接続して、オペレーティングシステムがすぐに認識できるようにすることができます。 データ交換に加えて、周辺機器の調整も可能で、非常に便利で用途が広いです。 現在、このポートには4つのバージョンがあります。速度12 Mb /秒のUSB 1.1、480 Mb /秒のUSB 2.0、4.8 Gb /秒のUSB 3.0、10 Gb /秒のUSB 3.1 FireWire：これは、 USB、ただし主にアメリカで使用。 それらはUSBと実質的に同じ機能を持ち、4つのバージョンがあり、最速は3.2 Gb /秒の HDMIまたはDisplayPortを 備えたFireWire s3200 です。これらのポートは、マザーボードにグラフィックカードが統合されている場合に存在します。 これは、高解像度ビデオデバイスの接続を可能にするデジタルマルチメディア通信規格です。 ビデオ信号とオーディオ信号の両方がこれらのポートを通過するため、特に便利です。 現在、VGA DVIおよびVGAポートを実質的に完全に置き換えています。HDMI先行イーサネット画面を接続するポート： RJ 45インターネットジャック3.5インチコネクタのポート：オーディオ入力または出力デバイスのコネクタ

その他の要素

• USBの内部ポート：マザーボードの下部にあるコネクタを使用して、機器のUSBポートを拡張できます。 通常、シャーシの使用可能なUSBポートが接続されます。 内部サウンドポート： USBと同様に、ボードには、シャーシに配置されたポートからマイクとスピーカーを接続するための内部ポートがあります。 クロック：すべての内部コンポーネントを同期するには、各コンポーネントのニーズに応じて、異なる周波数で動作する一連のクロックが必要です。 ファンコネクタ： CPUまたはシャーシファンなどのファンを挿入するための12Vコネクタです。 彼らは4ピンを持っています。 スターターパネル：シャーシのボタンが接続されている一連の電源コネクタで、システムの起動とリセットを行います。 ハードドライブと電源LEDも接続されます。

マザーボードの操作

マザーボードに搭載されている要素の数が多く、情報の交換を目的としたバスの数が多いため、マザーボードの操作は非常に複雑です。 概略的には、次のように表すことができます。

このスキームでは、運用と管理に介入する主な要素を区別し、コンピューターの起動プロセスを参照として使用できます。

ハードドライブからオペレーティングシステムをロードする前にマザーボードが最初に行うべきことは、コンポーネントを初期化することです。 BIOSにあるプログラムは、それに接続されているすべてのデバイス（CPU、RAM、ハードディスク）の基本的なチェックを担当します。 それらのいずれかが欠落している、壊れている、またはその他の異常を検出した場合、マザーボードはエラーコードをビープ音に変換するか、またはその上にあるLEDパネルのコードによっても送信します。

検証段階が完了すると、内部バスにストレージユニットからの情報がロードされます。 ここで、南の橋（存在する場合）と北の橋が介入します。

ハードドライブ、および入出力デバイスやその他のコンポーネントからの情報を要求した後、ノースブリッジはプロセッサをRAMに接続する責任があります。 これは、フロントバスまたはフロントサイドバス（FSB）を介して行われます。 デュアルチャネルテクノロジーを実装する場合、これは64スレッドまたは64 + 64で構成されます。

いずれの場合も、メモリにロードされたオペレーティングシステムデータは、コンピュータを起動するためにすでに検出されています。

同時に、ノースブリッジは、直接管理するCPI-E x16スロットにインストールされているグラフィックカードにグラフィック信号を送信します。 または、あなたの場合、それはマザーボード自体にインストールされているグラフィックカードに接続します。 これはFSBバスによって行われます。

いずれの場合でも、コンピューターが起動し、バスとチップセットに接続された要素によって処理のためのデータ交換が管理されます。

マザーボードとは何かに関する最終的な結論と期待

コンピュータのコンポーネントの動作を簡単に説明することがますます難しくなっていることが1つ明らかになったとしたら、 テクノロジーは驚異的な速度で進歩しており、要素はより複雑になり、より機能的で複雑になっています。

私たちが進んでいる速度では、5 nmの障壁に非常に短時間で到達する可能性があり、大企業がさらに先を行くようにエンジニアリングしていることがわかります。

私たちにとっては、これらの進歩、次第に高速化、複雑化する装置、そして非常に優れたミッドレンジコンポーネントに移行した場合の持続的な価格に満足しています。

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この記事を読んで、マザーボードのコンポーネントとその基本的な操作について詳しく学んでいただければ幸いです。 疑問、説明、または誤りがある場合は、遠慮なくお知らせください。