Computerhardware: Hauptplatine: mehr

Wie entsteht eine Leiterplatte?

Unterseite einer versilberten bestückten Platine

Ein Leiterplattenrohling besteht aus einer dünnen Isolierplatte, die auf beiden Seiten mit Kupferfolie beschichtet ist. Auf das Kupfer wird ein lichtempfindlicher Lack aufgetragen. Das Bild der späteren Leiterbahnen wird beiderseits auf den Lack projiziert. Nun wird die Leiterplatte „entwickelt“, ähnlich wie ein Fotofilm. Der nicht vom Licht getroffene Lack löst sich, wodurch das blanke Kupfer zum Vorschein kommt. Eine anschließende Säurebehandlung entfernt das ungeschützte Kupfer, so dass nur die vom Lack geschützten Leiterzüge übrig bleiben. Der restliche Lack wird abgewaschen. Das Kupfer wird wegen der besseren Stromleitfähigkeit manchmal noch versilbert oder vergoldet und zuletzt mit einer Lackschicht geschützt. Fertig ist eine „zweilagige“ Leiterplatte.

Vierlagige Leiterplatte im Querschnitt

Wenn man mehrere solche zweilagige Leiterplatten übereinanderlegt, verklebt und verbindet, entstehen viellagige Leiterplatten. In heutigen Computern werden für die Hauptplatine achtlagige Leiterplatten verwendet, selbst für die relativ einfach aussehenden Speichermodule sind vier- bis sechslagige Leiterplatten nötig. Nun werden die Löcher gebohrt. Nach dem Bohren muss die Innenwand jeder Bohrung mit Kupfer beschichtet werden, um Ober- und Unterseite der Leiterplatte mit den dazwischenliegenden Ebenen zu verbinden. Zum Abschluss wird die Platine mit einer Schicht lötbaren Lackes vor Korrosion geschützt.

Details: Die Bestandteile der Hauptplatine

Chipsatz

So nennt man zwei hochintegrierte Bausteine, die den Datenverkehr auf der Hauptplatine regeln. Für den schnellen Datentransfer zwischen CPU, RAM, Grafikkarte und anderen Steckplätzen ist die Northbridge zuständig. Um die Datenwege möglichst kurz zu halten, ist sie stets zwischen diesen Komponenten platziert. Für die langsameren Verbindungen (Tastatur, Maus, USB und weitere externe Schnittstellen) ist die Southbridge zuständig.

Der Datenverkehr bildet einen Engpass im PC und begrenzt die Geschwindigkeit der heutigen PC. Es gibt sogar einen Fachbegriff dafür: „Von-Neumann-Bottleneck“. Bottleneck heißt auf Deutsch „Flaschenhals“, und der Mathematiker John von Neumann hat das Konzept für Universalrechner (einschließlich des Engpasses) entwickelt, nach dem die PCs gebaut werden. Wenn Sie es genauer wissen wollen, siehe Assembler-Programmierung für x86-Prozessoren/ Der Prozessor.

Eine neue CPU-Generation erfordert einen neuen Chipsatz. Der Chipsatz wird in sehr enger Zusammenarbeit mit den CPU-Entwicklern entworfen. Bei Intel ist diese Zusammenarbeit firmenintern, deshalb sind die Chipsätze von Intel die besten, was Leistung und Qualität betrifft. Chipsätze von VIA Technologies sind weit verbreitet und reichen leistungsmäßig an Intel heran, qualitätsmäßig aber noch nicht. Die Firma nVidia, bekannt durch leistungsfähige Grafikchips, fertigt auch sehr gute Chipsätze. Am unteren Rand der Qualitätsskala stehen die Chipsätze von SIS und ALI.

Front Side Bus (FSB)

So heißt die Datenleitung, die von der CPU zu den schnellen Komponenten geht (Hauptspeicher und Chipsatz). Eine hohe Datenübertragungsrate ist sehr wichtig. Je nach Hauptplatine, CPU und RAM kann der Datentransport mit einer Taktfrequenz von 66, 100, 133, 266, 333, 400, 533, 800 oder 1066 MHz geschehen.

Arbeitsspeicher

Es gibt zahlreiche Bauformen (die neueren stehen zuletzt):

SIMM	30 polig mit FPM Chips (Fast Page Mode)	veraltet
SIMM PS/2	72 polig mit FPM Chips	veraltet
SIMM PS/2	72 polig mit EDO Chips (Enhanced Data Output)	veraltet
DIMM	168 polig mit SDRAM Chips (Synchrone Dynamische RAM)	Pentium-3
RIMM	184 polig mit RDRAM Chips (RAMBUS)	sehr selten
DDR	184 polig mit DDR Chips (Double Data Rate)	nicht mehr aktuell
DDR2	240 polig mit DDR2 Chips	aktuell
DDR3	240 polig mit DDR3 Chips	noch zu teuer

Hauptplatine mit zwei aufgesteckten DDR2-Speichermodulen

Die beiden gelben Steckplätze sind mit einem Pärchen DDR-2-RAM bestückt, die orangefarbenen sind noch frei für eine Speichererweiterung. Oberhalb der RAMs sieht man rechts ein Stück von der CPU-Fassung mit eingesetzter CPU. Links über den RAM ist der Kühlkörper zu sehen, der den Chipsatz kühlt. Der blaue Steckplatz ist für das 40polige Flachbandkabel vorgesehen, das zum DVD-Laufwerk führt. Oben links sieht man die hintere untere Ecke der Grafikkarte.

Spannungsregler

Moderne Prozessoren brauchen unterschiedliche Betriebsspannungen bei teilweise sehr hohen Strömen. Schaltregler setzen die vom Netzteil gelieferten 3,3 Volt und 5 Volt in die benötigte Spannung um. Der Kern moderner Prozessoren braucht 1,3 bis 1,8 Volt.

Die internen Steckplätze der Hauptplatine

Die Steckplätze eines modernen Mainboards

Diskettenanschluss

An das Kabel könnten zwei Diskettenlaufwerke anschließen. Im Bild die 5.

Festplattenanschluss

Zwei so genannte IDE-Anschlüsse für Festplatten gestatten die Anbindung von je zwei IDE-Geräten (unter anderem Festplatte, CD-ROM-Laufwerk, DVD-Laufwerk, Brenner). Auf neueren Hauptplatinen gibt es meist nur noch einen IDE-Anschluss (für zwei Geräte), der vorzugsweise für den Anschluss der optischen Laufwerke (DVD) verwendet wird (im Bild die 8).

Auf neueren Platinen gibt es meist nur einen P-ATA Anschluss, der vorzugsweise für den Anschluss der optischen Laufwerke (DVD) verwendet wird. Für Festplatten werden die neuen S-ATA Anschlüsse verwendet. Näheres zu den Anschlüssen steht im Kapitel über Festplatten.

Batterie

Früher wurden kleine Akkus verwendet. Während jeder Benutzung des PCs wurde der Akku nachgeladen. Eine Akkuladung reichte wenige Wochen. Heute brauchen Uhr und CMOS-RAM sehr viel weniger Strom. Deshalb konnten Akku und Ladeelektronik durch eine billige Lithium-Batterie ersetzt werden. Im Bild die 9.

Anschlussleiste

Hier werden die Kabel angesteckt, die zu den Anzeigen und Tastern an der Frontseite des PC führen: Reset, Power, diverse Anzeigen, früher auch Turbo-Switch und Geschwindigkeitsanzeige. Im Bild die 10.

Game-Port

Auf die 12 kann ein Kabel gesteckt werden, das zum Steuerknüppel-Anschluss an der Gehäuserückwand führt.

Sound

An die 1 kann ein Kabel angesteckt werden, das vom Soundausgang des CD- oder DVD-Laufwerks kommt, damit man „klassische“ Musik-CDs anhören kann.

Mainboard mit Kabeln

Das nebenstehende Foto zeigt die linke untere Ecke der Hauptplatine mit angesteckten Kabeln. Aufzählung von oben nach unten:

• Firewire
• USB
• Lautsprecher (links) und S_ATA (rechts)
• Bedienelemente (links) und Gehäuselüfter (rechts)

In der Mitte ist ein Kondensator und darunter eine der Schrauben zu sehen, mit welcher die Hauptplatine auf den Abstandsbolzen des Bodenbleches befestigt ist.

USB und Firewire

Neben der 6 sind mehrere Anschlüsse für USB (blau) und Firewire (rot). Hier können Kabel aufgesteckt werden, die zu den Anschlüssen an der Front- oder Rückseite des PC führen.

Chipsatz

Unter dem Kühlkörper (7) befindet sich die sogenannte „Southbridge“ des Chipsatzes, welche den Datenverkehr zu den weniger schnellen Komponenten steuert.

Festplattenanschluss

Ein oder zwei so genannte IDE-Anschlüsse für Festplatten gestatten die Anbindung von je zwei IDE-Geräten (unter anderem Festplatte, CD-ROM-Laufwerk, DVD-Laufwerk, Brenner). Auf neueren Hauptplatinen gibt es meist nur noch einen IDE-Anschluss (für zwei Geräte, der vorzugsweise für den Anschluss der optischen Laufwerke (DVD) verwendet wird (im Bild die 8).

Für neue Festplatten werden die S-ATA Anschlüsse verwendet (im Bild: vier Stück, rund um die 11 angeordnet).

FireWire

Dieser Anschluss wird traditionell vorzugsweise für den Anschluss von Filmkameras verwendet. Die maximale Übertragungsrate liegt bei 400 Mbit/s.

Der Formfaktor

Formfaktoren für die Hauptplatine

Der Formfaktor der Hauptplatine beschreibt die mechanische Bauform der Hauptplatine, insbesondere die Minimal- und Maximalabmessungen, die Lage der Befestigungselemente im Gehäuse, die Lage der Aussparungen für Tastatur und andere Anschlüsse an der Gehäuserückseite und die Anschlüsse für Netzteil, Schalter und Anzeigen. Durch die Definition des Formfaktors wurde es theoretisch möglich, in ein beliebiges Gehäuse eine beliebige Hauptplatine einzubauen und bei einer Reparatur oder Aufrüstung das Gehäuse und Netzteil weiter zu verwenden. Leider klappt das nicht immer, weil einige große Hersteller (besonders IBM, Dell und HP) sich nicht an Standards halten.

Seither haben sich Netzteile, Anschlüsse und Schnittstellen grundlegend verändert. Seit dem Pentium II bis heute gilt der ATX-Formfaktor und dessen Varianten Micro-, Mini- und Flex-ATX.

Ende 2005 kamen vereinzelt PCs mit dem neuen Formfaktor BTX in den Handel. Mit dem BTX-Formfaktor ist es leichter, die Komponenten der Hauptplatine zu kühlen. Wegen des etwas höheren Preises und weil Intel die Wärmeentwicklung der neueren Prozessoren senken konnte, hat sich BTX nicht durchgesetzt.

Links

• Platinen selber herstellen