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Mainboard

mainboardDas Mainboard (auch Motherboard) ist die Hauptplatine des Computers.

Auf ihr befinden sich Prozessor, Arbeitsspeicher, Chipsatz, BIOS und Spannungswandler sowie Peripherie-Anschlüsse und Steckplätze für Erweiterungskarten.

CPU-Sockel

Der CPU-Sockel (Bild) nimmt die CPU auf und versorgt diese direkt über das Board mit Strom. Heute gibt es auf dem Board meistens einen extra Strom-Anschluss für die CPU. Der CPU-Sockel ist immer für eine bestimmte Modellreihe gefertigt. Es passt also nicht jede CPU in jeden Sockel. Teilweise sind die Sockel aber abwärtskompatibel.

RAM-Steckplätze

Die RAM-Steckplätze (Bild) nehmen die Speicher-Module auf und versorgen diese mit Strom. Die gängigsten Speicher sind SD-, DDR1-, DDR2- und DDR3-RAM, wobei die älteren Varianten heute nicht mehr verbaut werden. Nicht jeder RAM-Typ ist mit jedem Mainboard kompatibel. So muss beim Kauf auf den unterstützten RAM-Typ des Mainboards und der Taktfrequenz des Speichercontrollers (in der CPU) geachtet werden. In den Steckplätzen befinden sich Kerben, wodurch nur der unterstützte RAM-Typ eingebaut werden kann.

Chipsatz

Der Chipsatz besteht aus Northbridge (oben auf dem Board) und Southbridge (unten auf dem Board). Die einzelnen Aufgaben der beiden Chips können je nach Hersteller und Modell unterschiedlich sein.

Die Leistungsfähigkeit des Chipsatzes hat großen Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems. Hier werden alle Komponenten über Datenbusse miteinander verbunden. Wenn der Datendurchsatz des Chipsatzes zu niedrig ist, leidet die gesamte Performance darunter.

Northbridge

Die Northbridge (Bild) ist in der Regel leistungsfähiger als die Southbridge und regelt den Datenaustausch zwischen Prozessor, RAM und Grafikkarte, welche eine besonders schnelle Anbindung benötigen. Dieser Datenaustausch erfolgt über den FSB-Bus, welcher CPU und RAM verbindet, sowie über den AGP bzw. PCIe-Bus für die Anbindung der Grafikkarte

Da sich der RAM-Controller heute oftmals direkt in der CPU befindet, wird an dessen Stelle in der Northbridge oft ein Grafikchip (Onboard-Grafik) verbaut. Der Datenaustausch erfolgt nun über eine exklusive Verbindung zwischen CPU und RAM, was sich positiv auf den Datendurchsatz auswirkt.

Southbridge

Die Southbridge (Bild) ist über einen Hochgeschwindigkeitsbus mit der Northbridge verbunden und verwaltet die restlichen Komponenten im System. Dazu gehören die PCI-Steckplätze für die Erweiterungskarten, USB-Anschlüsse, Diskettenlaufwerke, Festplatten sowie das BIOS. Meistens befindet sich in der Southbridge auch ein Soundchip (Onboard-Sound) sowie ein Chip für die Netzwerkverbindung.

AGP-Steckplatz

Der AGP-Steckplatz (Accelerated Graphics Port) ist ein Standard für den direkten Datenaustausch zwischen Grafikkarte und Northbridge und basiert auf dem PCI-Bus. So kann die Grafikkarte über die Northbridge mit dem RAM kommunizieren und dort Daten ablegen, falls der Grafikkartenspeicher ausgeschöpft ist. Da die Geschwindigkeit von AGP nicht weiter gesteigert werden konnte, wird heute fast ausschließlich der PCI-Express-Standard für Grafikkarten verwendet.

PCI-Bus

Der PCI-Bus verbindet die PCI-Steckplätze (Bild) mit dem Chipsatz bzw. der Southbridge. Mittlerweile gibt es PCI, PCI-Extended und PCI-Express, wobei heute fast nur noch der PCI-Express-Standard zum Einsatz kommt, weil er eine höhere Datenübertragungsrate erzielen kann.

PCI-Express-Verbindungen zwischen einzelnen Geräten werden über Switches aufgebaut, sodass eine exklusive Verbindung zwischen beiden Geräten entsteht und andere Übertragungen nicht beeinflusst werden. Zudem wurde bei PCIe das Feature QoS (Quality of Service) eingeführt, welche das Priorisieren von bestimmten Datenverbindungen erlaubt und somit die Datenübertragung in einem bestimmten Zeitraum garantiert wird.

ATX-Stromanschluss

Der ATX-Stromanschluss (Bild) kann in 20- oder 24-Pin-Ausführung gefertigt sein. Über ihn wird das Mainboard mit Strom versorgt. Der 24-Pin-Anschluss des Netzteils passt auch in den 20-Pin-Anschluss älterer Mainboards, dabei werden die 4 übrigen Pins einfach weggelassen.
Zudem gibt es bei den heutigen Mainboards einen weiteren 4- bzw. 8-Pin-Anschluss in Nähe des CPU-Sockels, um die CPU zu versorgen.

Laufwerksanschlüsse

An den 34-poligen Floppy-Anschluss (Bild) werden Diskettenlaufwerke angeschlossen. Dieser Anschluss ist bei heutigen Mainboards oft nicht mehr vorhanden, da ein Diskettenlaufwerk in der Regel nicht mehr genutzt wird.

An die 40-poligen IDE-Anschlüsse (Bild) werden Festplatten und CD-/DVD-Laufwerke angeschlossen. Auch dieser Anschluss ist heute nur noch selten auf einem neueren Board zu finden, da dieser von der schnelleren S-ATA-Schnittstelle abgelöst wurde.

Serial ATA (S-ATA) (Bild) ist der Nachfolger des ATA-Standards und wurde aus diesem entwickelt. Im Gegensatz zu ATA erfolgt die Datenübertragung bei S-ATA seriell und nicht paraell. S-ATA bietet eine höhere Übertragungsrate und eine leichtere Kabelführung, da bei S-ATA schmale Datenkabel zum Einsatz kommen. Auch der 4-Pin-Stromanschluss wurde durch einen flacheren 15-poligen Anschluss ersetzt. Die theoretischen Datenübertragungsraten betragen bei SATA 150 MB/s, bei SATAII 300 MB/s und bei SATAIII bis zu 600 MB/s.

Mittlerweile gibt es den S-ATA-Express-Anschluss. Dabei wird anstatt des herkömmlichen S-ATA-Anschlusses ein PCI-Express-Slot genutzt, in den die SSD als Erweiterungskarte gesteckt werden kann. Es gibt auch Varianten bei denen zwei herkömmliche S-ATA-Anschlüsse mit einem PCIe-Anschluss gekoppelt und die SSD über ein Datenkabel mit dem Mainboard verbunden wird (SFF-8639-Anschluss). Diese Variante unterstützt auch den Betrieb normaler S-ATA-Laufwerke, da die Anschluss-Buchsen identisch sind und der Controller die beiden Anschlüsse einzeln ansprechen kann.

Die S-ATA-Express-Schnittstelle ist für sehr schnelle SDDs entwickelt worden. S-ATA-3.0 unterstützt maximal 600 MB/s, wodurch eine schnelle SSD ausgebremst werden kann. Bei Verwendung des x16 PCI-Express-Slots kann eine Datenrate von 16 Gbit/s erreicht werden, was 1,6 GB/s entspricht. Die kommende PCIe-Version 4.0 soll eine Anbindung von 2 Gbit/s pro Lane (Datenleitung) möglich machen, wodurch der Datendurchsatz noch einmal erheblich gesteigert wird.

Das BIOS

Das BIOS (Basic Input Output System) hat als Hauptaufgabe, die Hardware-Komponenten zu starten, dessen grundlegenden Einstellungen wie Takt und Spannungsversorgung zu konfigurieren und die Komponenten auf Fehler zu überprüfen. Es startet sofort nach dem Einschalten des PCs.

Der POST-Screen (Power On Self Test) ist das erste Bild, das nach dem Einschalten auf dem Bildschirm zu sehen ist. Wird ein Fehler erkannt, wird dies auf dem POST-Screen angezeigt und zudem ein Beep-Code über einen integrierten Lautsprecher auf dem Mainboard oder über einen am Mainboard angeschlossenen Gehäuse-Lautsprecher ausgegeben. Die Beep-Codes variieren je nach Hersteller. Mithilfe des jeweiligen Handbuches des Mainboards lassen sich diese Beep-Codes in einer Tabelle nachschlagen und das Problem kann identifiziert werden.
Nach dem POST-Screen werden die Laufwerke initialisiert und der Bootvorgang vom entsprechendem Laufwerk (normalerweiser der Festplatte) gestartet. Nach dem Laden der Treiber werden die Hardware-Komponenten vom Betriebssystem verwaltet.

Das BIOS ist auf einem ROM (Read Only Memory) gespeichert und behält die Daten auch im stromlosen Zustand im Speicher. Die Systemeinstellungen sowie auch die Systemzeit werden im CMOS abgespeichert, welcher nach Abschalten der Stromversorgung die Daten mittels einer Pufferbatterie (Bild) weiterhin im Speicher behält. Die Lebensdauer der Batterie hängt davon ab, wie oft der PC ohne Stromversorgung ist (bei ausgeschaltetem Zustand wird das CMOS weiterhin mit Netzstrom versorgt). Eine leere Batterie äußert sich durch das Zurücksetzen der Systemzeit und der Systemeinstellungen. Dabei wird beim Einschalten eine Fehlermeldung bzw. ein Hinweis auf dem POST-Screen angezeigt.

Im BIOS können weitere Einstellungen vorgenommen werden, wie z.B. ein Passwortschutz für das BIOS oder das gesamte System. Auch die Bootreihenfolge, Spannungs- und Takt-Einstellungen für die Komponenten und weitere Parameter können verändert werden. Auch können einzelne Komponenten des Systems aktiviert oder deaktiviert werden. Sollte man sich einmal aus dem System ausgesperrt haben oder falsche Einstellungen gemacht haben, die den Systemstart verhindern, hilft das Trennen der Stromversorgung und das kurzzeitige Entfernen der CMOS-Batterie (hierbei wird das BIOS auf die Standardeinstellungen zurückgesetzt).

Die Mainboard-Hersteller bieten von Zeit zu Zeit BIOS-Updates an um Fehler zu korrigieren oder neue Funktionen, wie z.B. die Unterstützung neuer CPUs, einzubauen. BIOS-Updates sollten immer nach Anleitung des Herstellers durchgeführt werden, da der PC durch ein falsches oder nicht ganz durchgeführtes Update startunfähig werden kann.

Weitere Anschlüsse

Auf dem Mainboard befinden sich weitere Anschlüsse (Bild), wie z.B.:

– PINs für Einschalt- und Resetknopf
– PINs für die Status-LEDs (Eingeschaltet / Festplattenaktivität)
– PINs für den System-Lautsprecher
– Audio-Anschluss für die Front-Ein-/Ausgänge
– USB-Anschlüsse für interne Geräte oder Front-USB-Anschlüsse
– 1394-Anschluss (FireWire)
– Lüfter-Anschlüsse

Über sogenannte Jumper (Kurzschlussbrücken) (Bild) können zwei PINs auf dem Mainboard gebrückt werden, um eine bestimmte Einstellung zu bewirken. Auch das CMOS kann über einen Jumper zurückgesetzt werden ohne die Batterie entfernen zu müssen.

Im eingebauten Zustand befinden sich die Peripherie-Anschlüsse (Bild) des Mainboards am Heck des Gehäuses. Hier werden z.B. Maus, Tastatur, Bildschirm, Netzwerkkabel, sowie Audio- und USB-Geräte angeschlossen. Eine Übersicht über diese Anschlüsse gibt es unter Peripherie-Anschlüsse.

Tipps zum Mainboard-Kauf erhälst du im Mainboard-Ratgeber. Wie du ein neues Mainboard einbaust erfährst du unter Mainboard einbauen.

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