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Was ist ein Motherboard? Definition, Komponenten und Funktionen

Jan 04, 2024Jan 04, 2024

Die Hauptplatine eines Computers ist normalerweise die größte Leiterplatte im Gehäuse einer Maschine. Es verteilt Elektrizität und erleichtert die Kommunikation zwischen und mit der Zentraleinheit (CPU), dem Arbeitsspeicher (RAM) und allen anderen Komponenten der Computerhardware. Es gibt eine große Auswahl an Motherboards, von denen jedes mit einem bestimmten Modell und einer bestimmten Größe des Computers kompatibel sein soll.

Da unterschiedliche Arten von Prozessoren und Speicher darauf ausgelegt sind, mit bestimmten Motherboard-Typen am besten zu funktionieren, ist es schwierig, ein Motherboard zu finden, das mit jedem CPU- und Speichertyp kompatibel ist. Festplatten hingegen sind im Allgemeinen mit einer Vielzahl von Motherboards kompatibel und können mit den meisten Marken und Typen verwendet werden.

In einem Computergehäuse befindet sich möglicherweise ein Computer-Motherboard, das den Anschlusspunkt für die meisten Elemente und Peripheriegeräte des Computers darstellt. Bei Tower-Computern kann man nach einem Motherboard entweder auf der rechten oder linken Seite des Towers suchen; Die Leiterplatte ist die wichtigste.

Die ersten Motherboards für Personalcomputer enthielten relativ weniger echte Komponenten. Auf dem allerersten IBM PC-Motherboard waren nur eine CPU und einige Kartenanschlüsse enthalten. In die dafür vorgesehenen Steckplätze steckten Nutzer verschiedene Komponenten, darunter Speicher und Controller für Diskettenlaufwerke.

Compaq war das erste Unternehmen, das ein Motherboard verwendete, das nicht auf einem von IBM entwickelten Design basierte. Die neue Architektur nutzte eine CPU von Intel. Als die Umsätze von Compaq zu steigen begannen, folgten andere Unternehmen schnell diesem Beispiel, auch wenn mehrere Unternehmen der Branche dies für einen riskanten Schritt hielten.

Aber in den 1990er Jahren hatte Intel einen dominanten Marktanteil für PC-Motherboards. Asus, Gigabyte Technology und Micro-Star International (MSI) sind die drei einflussreichsten Unternehmen dieser Branche. Dennoch bleibt Intel einer der zehn besten Motherboard-Hersteller der Welt, auch wenn Asus mittlerweile der größte Motherboard-Hersteller der Welt ist.

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Um zu verstehen, was Motherboards sind und was sie tun, müssen wir zunächst ihre verschiedenen Typen und Spezifikationen untersuchen.

Aufgrund ihrer größeren physikalischen Abmessungen (die in Hundertstelmillimetern gemessen werden können) funktionieren diese Motherboards nicht richtig mit Computern, die in die Kategorie der kleineren Desktops fallen. Eine größere physische Größe erschwert die Installation neuer Hardwaretreiber.

Die Stromanschlüsse dieser Mainboards sind als Buchsen und Stecker mit jeweils sechs Stiften ausgeführt. Aufgrund der Schwierigkeit, diese Stromanschlüsse zu erkennen, haben Benutzer häufig Probleme beim Versuch, sie anzuschließen und zu bedienen. In den 1980er-Jahren waren Motherboards dieser Art der letzte Schrei und wurden bis weit in die 2000er-Jahre hinein hergestellt.

ATX ist eine verbesserte Version des AT-Motherboards, das Intel in den 1990er Jahren entwickelt hat. Sein Name bedeutet „fortgeschrittene Technologie erweitert“ und seine Initialen stehen für „fortschrittliche Technologie“. Im Gegensatz zu AT ist es wesentlich kompakter und ermöglicht den Austausch der zugehörigen Komponenten. Die Verbindungselemente haben erhebliche Fortschritte und Entwicklungen erlebt.

Die Länge und Breite dieser Motherboards, gemessen in Millimetern, betragen ebenfalls 244 mm (Größenangaben variieren je nach Hersteller). Dieses Motherboard verfügt über weniger Anschlüsse und Steckplätze als das Standard-ATX-Board.

Benutzer, die keine übermäßigen Verbindungen und anschließenden Upgrades wünschen, wie z. B. das Hinzufügen von mehr RAM, einer zusätzlichen GPU oder anderen PCI-Karten (Peripheral Component Interconnect), sind für diese Art von Motherboard besser geeignet als andere.

Dieses Motherboard kann auf jeden Fall mit ausreichend Platz für 244 mm x 244 mm eingebaut werden. Es kann auch in größeren Gehäusen installiert werden, die mit Standard-ATX- oder eXTENDED-ATX-Motherboards kompatibel sind.

Die Abmessungen dieses Motherboards betragen 344 Millimeter x 330 Millimeter (Abmessungen können je nach Hersteller unterschiedlich sein). Dieses Motherboard unterstützt eine Einzel- oder Doppel-CPU-Konfiguration und verfügt über bis zu acht RAM-Steckplätze.

Darüber hinaus verfügt es über eine höhere Anzahl an PCIe- (wobei e für Express steht) und PCI-Steckplätzen, die zum Hinzufügen von PCI-Karten für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden können. Sowohl Workstations als auch Server können diese Software nutzen. Auf allen eATX-Motherboards ist ausreichend Platz vorhanden, so dass sie sich durch den großzügigen Platz für die Luftzirkulation und die Anbringung verschiedener Komponenten ideal für Desktop-Computer eignen.

Diese ATX-Formfaktor-Mainboards erfreuen sich nicht der gleichen Beliebtheit wie ihre ATX-Formfaktor-Pendants. Sie gelten innerhalb der ATX-Familie als die kompaktesten. Sie waren so konzipiert, dass sie nur wenig Platz einnahmen und hatten einen minimalen Preis. Flex ATX ist eine Modifikation des Mini-ATX, das Intel zwischen 1999 und 2000 entwickelt hat. Es handelt sich um einen Motherboard-Standard.

Im Vergleich zu früheren Iterationen weist dies zwei wesentliche Verbesserungen auf. Die erste Änderung bestand darin, dass die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse auf die Rückseite des Geräts verlegt wurden, und die zweite Änderung bestand in der Hinzufügung einer Riser-Karte, die dem Gerät zusätzliche Steckplätze ermöglicht und das Anbringen von Komponenten erleichtert.

Einige dieser Funktionalitäten sind auf dem AT-Motherboard implementiert. Der Hauptnachteil dieser Karte besteht darin, dass sie über keine AGP-Anschlüsse (Accelerated Graphic Port) verfügt, was dazu führt, dass eine direkte Verbindung zu PCI hergestellt wird. Bei den neuen Low-Profile-Extended-Boards (NLX) wurden die Probleme dieser Motherboards behoben.

Balanced Technology Extended, abgekürzt BTX, ist eine Strategie, die entwickelt wurde, um den Anforderungen neuer Technologien gerecht zu werden, die einen höheren Stromverbrauch erfordern und infolgedessen mehr Wärme abgeben. Mitte der 2000er Jahre stellte Intel die zukünftige Produktion von BTX-Boards ein, um sich auf CPUs mit geringem Stromverbrauch zu konzentrieren.

Aufgrund ihrer geringen Größe im Vergleich zu einem typischen Motherboard werden diese Boards Pico genannt. Obwohl die obere Hälfte des BTX gemeinsam genutzt wird, werden zwei Erweiterungssteckplätze unterstützt. Seine charakteristischen Merkmale sind die halbhohen oder Riser-Karten, und es ist auf die Anforderungen digitaler Anwendungen zugeschnitten.

Es ist wichtig zu beachten, dass es keine normalgroße Version des ITX-Motherboards (Information Technology Extended) gibt. Stattdessen wurde das Motherboard auf eine kompaktere Form als in früheren Iterationen verkleinert. Es wurde in den 2000er Jahren entwickelt und hat die Maße 17 mal 17 Zentimeter.

Aufgrund seines geringeren Stromverbrauchs und der schnelleren Kühlfähigkeit wird es hauptsächlich in Computern mit kleinem Formfaktor (SFF) eingesetzt. Aufgrund der relativ geringen Lüftergeräusche wird das Motherboard am häufigsten für den Einsatz in Heimkinosystemen empfohlen, da es die Gesamtleistung des Systems steigert.

Der Name „Intel 5×5“ wurde ursprünglich dem heute als Mini-STX bekannten Motherboard gegeben, was für „Mini Socket Technology Extended“ steht. Obwohl das Motherboard bereits 2015 vorgestellt wurde, hat es Abmessungen von 147 Millimeter mal 140 Millimeter. Daraus ergibt sich eine Länge von 5,8 Zoll und eine Breite von 5,5 Zoll; daher ist der Name 5×5 eher irreführend.

Das Mini-STX-Board ist von vorne nach hinten 7 Millimeter länger und hat dadurch eine etwas rechteckige Form. Dies steht im Gegensatz zur Form anderer Boards mit kleinem Formfaktor, wie der Next Unit of Computing (NUC) oder dem Mini-ITX, die quadratisch sind.

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Wenn Sie Ihren Computer einschalten, überträgt das Netzteil Strom an die Hauptplatine, der vom Computer verwendet wird. Der Datentransport zwischen den Chipsatzkomponenten erfolgt über Datenbusse und zwischen den Abschnitten Southbridge und Northbridge.

Die Datenverbindungen zur CPU, zum RAM oder zum PCIe werden über die Northbridge-Komponente hergestellt. Die vom RAM ausgeführten Operationen werden von der CPU zunächst als Ausgabe „interpretiert“, nachdem der RAM beginnt, Eingaben an die CPU zu liefern. Nach dem Schreiben auf die PCIe werden die Daten je nach Kartentyp entweder kopiert oder auf die Erweiterungskarte verschoben.

Die Datenverbindung zum Basic Input/Output System (BIOS), zum Universal Serial Bus (USB), zum Serial Advanced Technology Attachment (SATA) und zum PCI-Bus wird von der Southbridge-Komponente verwaltet. Ihr Computer kann aufgrund von Signalen, die an das BIOS gesendet werden, hochfahren, und die an SATA gesendeten Daten „wecken“ Ihre optischen Laufwerke, Festplatten und Solid-State-Laufwerke auf. Die Grafikkarte, die Netzwerkkarte und die Soundkarte werden über die auf dem SATA gespeicherten Informationen mit Strom versorgt.

Die übrigen Komponenten interagieren über ein elektrisches Signal, das ihnen als Drehscheibe dient. Diese Datenbusse verlaufen über die Northbridge- oder Southbridge-Elemente eines Mikrochips, die dann zu anderen Komponenten wie CPU, RAM, PCI und PCIe und anderen Elementen verzweigen.

Die über Busse gesendeten Informationen werden mithilfe einer Programmiersprache (1 und 0) codiert. Wenn von einer seiner Komponenten ein Signal an ein Motherboard gesendet wird, verarbeitet das Motherboard es und übersetzt es in eine Sprache, die die andere Komponente verstehen kann. Auf den meisten heutigen Computersystemen geschieht dies alles im Bruchteil einer Sekunde, und es gibt nahezu keine Verzögerung zwischen der Eingabe und der Ausgabe.

Im Folgenden sind die wichtigsten Komponenten eines Motherboards aufgeführt:

Computer-Motherboards müssen über zwei separate Anschlüsse verfügen, über die Benutzer ihre externe Maus und Tastatur anschließen können. Diese Anschlüsse sind für das Senden von Anweisungen und den Empfang von Antworten vom Computer verantwortlich. Es gibt zwei Tastatur- und Mausanschlüsse, den PS/2- und den USB-Anschluss. Der Personal System/2 (PS/2)-Anschluss ist ein Mini-DIN-Stecker mit sechs Pins und verbindet die Maus oder Tastatur mit einem IBM-kompatiblen Computer. Andere Computer nutzen den USB-Anschluss zum Anschluss der Maus oder Tastatur.

USB ist eine Computerschnittstelle, die Computer mit anderen Geräten wie Telefonen verbindet. Der USB-Anschluss ist ein wichtiger Teil eines Motherboards, über den Benutzer externe Peripheriegeräte wie Drucker, Scanner und USB-Sticks an den Computer anschließen können. Darüber hinaus können Benutzer Daten zwischen dem Gerät und dem Computer übertragen. Über einen USB-Anschluss können Benutzer Peripheriegeräte anschließen, ohne das System neu starten zu müssen. Zu den USB-Typen gehören USB-A, USB-B, USB-Mini, Micro-USB, USB-C und USB-3.

Die Zentraleinheit (CPU) wird allgemein als das Gehirn des Computers bezeichnet. Die CPU steuert alle Funktionen eines Computers. CPUs gibt es in verschiedenen Formfaktoren, die jeweils einen bestimmten Steckplatz auf der Hauptplatine erfordern. Eine CPU kann einen oder mehrere Kerne enthalten. Eine CPU mit einem einzelnen Kern kann jeweils nur eine einzige Aufgabe ausführen, während CPUs mit mehreren Kernen mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen können.

RAM-Steckplätze verbinden den Arbeitsspeicher (RAM) mit dem Motherboard. RAM ermöglicht dem Computer die vorübergehende Speicherung von Dateien und Programmen, auf die die CPU zugreift. Computer mit mehr RAM-Kapazität können größere Dateien und Programme speichern und verarbeiten und so die Leistung steigern. Allerdings werden RAM-Inhalte gelöscht, wenn der Computer heruntergefahren wird. Ein Computer verfügt normalerweise über zwei RAM-Steckplätze. Einige Computer verfügen jedoch über bis zu vier RAM-Steckplätze auf der Hauptplatine, um den verfügbaren Speicher zu erhöhen.

Das BIOS enthält die Firmware des Motherboards. Es enthält Anweisungen dazu, was zu tun ist, wenn der Computer eingeschaltet ist. Es ist für die Initialisierung der Hardwarekomponenten und das Laden des Betriebssystems des Computers verantwortlich. Das BIOS ermöglicht es dem Betriebssystem des Computers auch, mit Eingabe- und Ausgabegeräten wie Maus und Tastatur zu interagieren und darauf zu reagieren.

Bei einigen Motherboards wird das Legacy-BIOS durch das moderne Extensible Firmware Interface (EFI) oder das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) ersetzt. UEFI und EFI ermöglichen ein schnelleres Booten des Computers, stellen mehr Diagnose- und Reparaturtools bereit und stellen eine effizientere Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und Computerkomponenten bereit.

Die Chipsätze eines Computers steuern, wie die Computerhardware und die Busse mit der CPU und anderen Komponenten interagieren. Chipsätze bestimmen auch die Menge an Speicher, die Benutzer einem Motherboard hinzufügen können, und die Art der Anschlüsse, über die das Motherboard verfügen kann.

Der erste Chipsatztyp ist der Northbridge-Chipsatz. Die Northbridge verwaltet die Geschwindigkeit, mit der die CPU mit den Komponenten kommuniziert. Es steuert auch den Prozessor, den AGP-Videosteckplatz und den RAM.

Der zweite Chipsatztyp ist der Southbridge-Chipsatz. Der Southbridge-Chipsatz steuert die übrigen an den Computer angeschlossenen Komponenten, einschließlich der Kommunikation zwischen dem Prozessor und Erweiterungsports wie USB-Ports und Soundkarten.

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Die Wärme, die entsteht, wenn elektrischer Strom zwischen Komponenten fließt, kann dazu führen, dass ein Computer langsam läuft. Wenn sich zu viel Hitze unkontrolliert aufbaut, könnten Computerkomponenten beschädigt werden. Daher ist die Leistung eines Computers besser, wenn er kühl gehalten wird. Kühlventilatoren erhöhen den Luftstrom und tragen so dazu bei, die Wärme vom Computer abzuleiten. Einige Elemente, wie z. B. Grafikkarten, verfügen über spezielle Lüfter.

Adapterkarten werden in das Motherboard integriert, um die Funktionalität eines Computers zu erweitern. Beispiele hierfür sind Audio- und Videoadapter. Über die Erweiterungssteckplätze können Benutzer kompatible Adapterkarten installieren. Beispiele für Erweiterungssteckplätze sind der PCI-Steckplatz (Peripheral Component Interconnect), der AGP-Steckplatz (der das Einsetzen von Grafikkarten ermöglicht), der serielle PCI-Express-Bus-Steckplatz und der PCI-Extended-Steckplatz.

Die CMOS-Batterie ist eine kleine runde Batterie, die sich auf der Hauptplatine jedes Computers befindet. Es versorgt den CMOS-Chip (Complementary Metal Oxide Semiconductor) mit Strom. Der CMOS-Chip speichert BIOS-Informationen und Computereinstellungen, auch wenn er ausgeschaltet ist. Mit der CMOS-Batterie können Benutzer das Zurücksetzen von BIOS-Konfigurationen wie Startreihenfolge, Datums- und Uhrzeiteinstellungen bei jedem Einschalten ihres Computers überspringen.

Speicherlaufwerke speichern Daten dauerhaft oder rufen Daten von einer Medienfestplatte ab. Die Speichergeräte können entweder als Festplatten im Computer installiert werden oder in Wechseldatenträgern, die über die USB-Anschlüsse mit dem Computer verbunden werden können. Festplattenlaufwerke (HDD) oder Solid-State-Laufwerke (SSD) sind die primären Speicherlaufwerke von Computern. Computer mit SSDs führen Aufgaben viel schneller aus und sind leistungsfähiger als Festplatten. Benutzer können auch optische Laufwerke wie CDs zum Speichern von Informationen verwenden.

Anschlüsse an der Vorderseite verbinden die Leuchtdioden (LED) an der Vorderseite des Gehäuses mit der Festplatte, dem Netzschalter, der Reset-Taste und dem internen Lautsprecher zum Testen. Einige USB- und Audiogeräte verfügen auch über LED-Leuchten.

Diese Frontplattenanschlüsse werden normalerweise in kleine Stifte auf dem Motherboard gesteckt. Obwohl die Pins gruppiert und farblich gekennzeichnet sind, variiert ihre Anordnungsstruktur je nach Motherboard-Modell.

Der Stromanschluss versorgt den Computer mit Strom, damit er wie vorgesehen funktioniert. Der Netzteilanschluss verfügt über 20 Pins und wandelt 110-V-Wechselstrom in +/-12-Volt-, +/-5-Volt- und 3,3-Volt-Gleichstrom (DC) um.

Im Folgenden sind sieben Funktionen eines Motherboards aufgeführt:

Die BIOS-Komponente des Motherboards sorgt dafür, dass das Betriebssystem gut mit Eingabe- und Ausgabegeräten wie Tastatur und Maus interagiert, um Anweisungen zu verarbeiten. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die an den Computer gesendeten Daten wie erwartet bewegen, um den beabsichtigten Zweck zu erfüllen. Außerdem verwaltet es den Datenfluss über seine USB-Anschlüsse und ermöglicht so die Datenübertragung zwischen Geräten. Darüber hinaus stellt es sicher, dass der Prozessor auf Informationen aus dem RAM zugreifen kann, um die Effizienz zu steigern.

Das Motherboard spart Verbrauchern Zeit, Energie und Geld, indem es alle Computeranschlüsse miteinander verbindet. Das Motherboard bietet eine Plattform, auf der Hersteller alle notwendigen Komponenten anschließen können, um die Funktionsfähigkeit des Computers sicherzustellen. Dadurch sparen Verbraucher Zeit und Energie, da sie verschiedene Teile nicht manuell zusammenbauen und verbinden müssen. Darüber hinaus kann sich die Sammlung der einzelnen Komponenten als kostspielig erweisen, da den Verbrauchern zusätzliche Transport- und sonstige Kosten entstehen würden.

Das Motherboard sorgt für die optimale Stromversorgung und Verteilung. Computer benötigen Strom, um zu funktionieren. Das Motherboard verfügt über einen Stromanschlussstecker, der den Computer an eine Stromquelle anschließt und diese in eine Form von elektrischem Strom umwandelt, den der Computer nutzen kann. Danach sorgt das Motherboard dafür, dass der elektrische Strom optimal auf verschiedene Systemkomponenten verteilt wird.

Das Motherboard verfügt über eine integrierte Schaltkreistechnologie mit vordefinierten Anschlüssen, die dafür sorgen, dass jedes Element die nötige Leistung erhält. Darüber hinaus sorgen die Schaltkreise dafür, dass weniger Energie verbraucht wird, was den Computer zu einer energieeffizienten Maschine macht.

Das Motherboard erleichtert die Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten. Damit ein Computer einen bestimmten Befehlssatz verarbeiten kann, müssen manchmal mehrere Komponenten kommunizieren und zusammenarbeiten, um die Aufgabe abzuschließen. In solchen Szenarien ist das Motherboard auf seine Schaltungstechnologie angewiesen, um die Kommunikation zwischen diesen Komponenten zu ermöglichen. Die Interaktion des Motherboards mit dem Betriebssystem des Computers hängt möglicherweise auch von einigen seiner Komponenten ab, z. B. der CPU, dem BIOS, den Erweiterungsanschlüssen und den USB-Anschlüssen.

Das Motherboard steigert die Fähigkeiten eines Computers. Motherboards verändern oft die Fähigkeiten eines Computers. Sie verfügen beispielsweise über zusätzliche Merkmale und Funktionen, wie etwa integrierte Ton- und Videofunktionen, die die Ausgabe des Computers verbessern können. Über Motherboards können Benutzer auch Peripheriegeräte wie Drucker anschließen, sodass Computer zusätzliche Aufgaben wie das Drucken von Dokumenten ausführen können. Darüber hinaus können Benutzer werkseitig hergestellte Motherboard-Teile wie Speichersteckplätze oder Festplatten erweitern und aufrüsten, um die Leistungsfähigkeit ihres Computers zu steigern.

Ein gutes Motherboard erhöht die Gesamtzuverlässigkeit des Computers. Ein hochwertiges Motherboard bietet eine stabile Grundlage für den Betrieb seiner Komponenten. Ein gutes Motherboard verfügt über eine angemessene Kühlung und die integrierte Schaltkreistechnologie ist vorhanden. Diese Faktoren ermöglichen eine effiziente Steuerung der Computerhardware, indem sichergestellt wird, dass jedes Element wie erwartet funktioniert und mit den anderen Komponenten kommuniziert. Ein zuverlässiger Computer führt Aufgaben effizient aus und verbessert so das Benutzererlebnis.

Das Motherboard reduziert den doppelten Aufwand und vereinfacht die Arbeit für Computerbenutzer. Während auf herkömmlichen Computern das BIOS vorinstalliert war, sind auf modernen Computern EFI und UEFI vorinstalliert. BIOS, EFI und UEFI ermöglichen das Starten von Computern, ohne dass Benutzer Grundeinstellungen, Uhrzeit und Datum neu konfigurieren müssen. Sie laden auch das Betriebssystem in den Speicher. Daher ermöglichen diese Motherboard-Komponenten Benutzern, sich auf andere produktive Aufgaben zu konzentrieren.

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Motherboards sind ein so wesentlicher Bestandteil von Computersystemen, dass selbst miniaturisierte Modelle wie der Raspberry Pi eines an Bord haben. Sie steuern die gesamte Funktionsweise des Computers, indem sie andere Teile (CPU, Treiber, Ports usw.) miteinander kommunizieren lassen. Ein leistungsstarkes Motherboard ist außerdem teuer in der Herstellung und im Austausch und gehört zu den langlebigsten Komponenten eines PCs.

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Bildquelle: Shutterstock

Technischer Schreiber

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