Hardware-Grundlagen: Mainboard oder auch Motherboard genannt

Das Mainboard ist eines der wichtigsten Bauteile eines Computers. Auf dem Motherboard, wie das Mainboard auch genannt wird, befinden sich der Prozessor, Chipsätze, Arbeitsspeicher, BIOS und Spannungswandler aber auch die Anschlüsse für die Peripherie und Steckplätze für Erweiterungskarten lassen sich auf dem Mainboard (auch als Hauptplatine bezeichnet) finden.

Auf den ersten Blick kann der Aufbau eines Mainboards ein Rätsel sein, aber das muss nicht sein. Dieser Ratgeber erklärt die wichtigsten Komponenten und deren Aufgaben.

Das Formformat des Mainboards selbst spielt eine wichtige Rolle. Ein falsches Format könnte unter Umständen nicht in das Gehäuse passen. Momentan ist das ATX-Format Standard, andere Varianten differenzieren sich anhand der Größe, so wird zum Beispiel die Mini- oder Micro-ATX für kleine Laptops verwenden.

Der CPU-Sockel auf dem Mainboard

Mainboard Dretailaufnahme

Der CPU-Sockel beherbergt die CPU, also den Prozessor, und versorgt sie mit Strom. Meistens gibt es hierfür auf dem Board einen extra Anschluss für die CPU. Der Sockel ist in der Regel für eine bestimmte Modellreihe angefertigt. Dementsprechend passt nicht jede CPU in den Sockel. Zum Teil sind die Sockel jedoch abwärts kompatibel.

RAM-Steckplätze

Der sogenannte RAM-Speicher (Random Access Memory) findet seinen Platz auf den RAM-Steckplätzen. Dieser befindet sich in der Regel in der Nähe der CPU. Diese Speicherbausteine sind ebenfalls in verschiedenen Versionen erhältlich. Die gängigsten Speicher sind SD-, DDR1-, DDR- und DDR-RAM, allerdings werden die älteren Modelle nicht mehr verbaut. Wichtig ist es hierbei zu wissen, dass nicht jeder RAM mit jedem Mainboard kompatibel sind.

Daher sollte man beim Kauf darauf achten, welchen RAM-Typ vom Mainboard unterstützt wird. Außerdem muss man auf die Taktfrequenz der CPU achten. In den Steckplätzen sind Kerben enthalten, dadurch kann nur jener RAM-Typ eingebaut werden, welche auch unterstützt wird.

Chipsatz

Der sogenannte Chipsatz besteht aus der Northbridge (oben auf dem Board) und der Southbridge (unterhalb des Boards). Die Aufgaben der beiden Chips können sich je nach Hersteller und Modell voneinander unterscheiden.

Die Leistungsfähigkeit hat hierbei großen Einfluss auf die Leistung des Systems. Sämtliche Komponenten sind über Datenbusse miteinander verbunden. Sollte der Datendurchsatz des Chipsatzes zu gering sein, dann leidet die gesamte Performance darunter.

Die Northbridge

Motherboard im NotebookDie Northbridge ist meistens leistungsfähiger als die Southbridge und regelt den Datenaustausch zwischen den einzelnen Prozessoren sowie RAM und Grafikkarte, welche eine sehr schnelle Anbindung benötigen. Dieser Austausch erfolgt über den FSB-Bus, welcher die CPU mit dem RAM verbindet, sowie über den AGP bzw. den PCI-Bus für die Verbindung mit der Grafikkarte.

Da sich der RAM-Controller oft direkt in der CPU befindet, wird stattdessen in der Northbridge ein Grafikchip (Onboard-Grafik) eingebaut. Dieser Datenaustausch erfolgt durch eine gesonderte Verbindung zwischen CPU und RAM, dies wirkt sich positiv auf den Datendurchsatz auf.

Southbridge

Die Southbridge ist durch einen Hochgeschwindigkeitsbus mit der Northbridge verbunden und ist für die Verwaltung der restlichen Komponenten im System verantwortlich. Hierzu zählen die PCI-Steckplätze, USB-Anschlüsse, Diskettenlaufwerke, Festplatten und das BIOS. In der Regel befindet sich in der Southbridge der Soundchip (Onbord-Sound) sowie ein Chip für die Netzwerkverbindung.

AGP-Steckplatz

Der Accelerated Graphics Port ist ein Standard für den Datenaustausch zwischen Northbridge und Grafikkarte, er basiert auf dem PCI-Bus. So ist es der Grafikkarte möglich über die Northbridge mit dem RAM zu kommunizieren und kann dort Daten anlegen, falls der Grafikkartenspeicher ausgelastet ist. Weil die Geschwindigkeit von AGP nicht gesteigert werden kann, wird heutzutage ausschließlich der PCI-Express-Standard verwendet.

PCI-Bus

Der PCI-Bus verbindet die PCI-Steckplätze mit der Southbridge. Mittlerweile gibt es im Handel PCI, PCI-Extended und PCI-Express, doch heute werden ausschließlich der PCI-Express-Standard, aufgrund der höheren Datenübertragungsrate, eingebaut.

Die PCI-Express-Verbindung zwischen den einzelnen Geräten wird über Switches aufgebaut, dadurch kann eine exklusive Verbindung aufgebaut werden und Übertragungen werden nicht beeinflusst. Außerdem wurde das Feature QoS (Quality of Service) eingeführt, dies erlaubt das Priorisieren von bestimmten Datenverbindungen und garantiert so die Datenübertragungen in bestimmten Zeiträumen.

ATX-Stromanschluss

Der ATX-Stromanschluss kann entweder in 20 aber auch in 24-Pin-Ausführungen gefertigt sein. Der Stromanschluss versorgt das Mainboard mit Strom. Hierbei passt die 24-Pin-Ausführung auch in die 20-Pin-Ausführung, hierbei werden dann die vier übrigen Pins weggelassen. Zudem gibt es bei neueren Mainboards einen zusätzlichen 4- bzw. 8-Pin-Anschluss in der Nähe des CPU-Sockels, wodurch die CPU versorgt wird.

Laufwerkanschlüsse auf dem Mainboard

An den 34-poligen Floppy-Anschluss werden Laufwerke für Disketten angeschlossen. Allerdings ist dieser Anschluss bei den heutigen Mainboards in der Regel nicht mehr vorhanden, da Diskettenlaufwerke nicht mehr verwendet werden.

An den 40-poligen IDE-Anschluss werden Festplatten und DVD/CD-Laufwerke angeschlossen. Auch dieser Anschluss lässt sich nur noch relativ selten auf einem Motherboard finden, da sie durch bessere S-ATA-Schnittstellen abgelöst wurden.

Serial ATA (S-ATA) ist der Nachfolger des ATA-Standards und wurde auch daraus entwickelt. Die Datenübertragung bei S-ATA erfolgt hierbei seriell und nicht mehr parallel, wie beim ATA. S-ATA bietet hierbei eine bessere Übertragungsrate und eine leichtere Kabelführung, da bei S-ATA dünnere Datenkabel verwendet werden.

Auch der 4-Pin-Stromanschluss wurde ersetzt durch einen schmaleren 15-poligen Anschluss. Die theoretische Datenübertragungsrate liebt beim SATA 150 MB pro Sekunde bei SATAII 300 MB pro Sekunde und bei SATAIII bis zu 600 MB pro Sekunde.

Inzwischen gibt es den S-ATA-Express-Anschluss. Hierbei wird anstelle des S-ATA-Anschlusses ein PCI-Express-Slot verwendet, in den die SSD als Erweiterungskarte gesteckt wird. Zudem gibt es Varianten bei denen zwei gewöhnliche S-ATA-Anschlüsse durch einen PCIe-Anschuss gekoppelt und über ein Datenkabel wird die SSD-Festplatte mit dem Mainboard verbunden. Diese Variante unterstützt zudem den Betrieb von gewöhnlichen S-ATA-Laufwerke, da die Anschluss-Buchsen gleich sind und der Controller kann beide Anschlüsse einzeln ansprechen.

Die S-ATA-Express-Schnittstelle wurde für sehr schnelle SSDs entwickelt. S-ATA-3.0 unterstützen hierbei 600 MB pro Sekunde, dadurch kann eine schnelle SSD ausgebremst werden.

Das BIOS

Das Basic Input Output System hat die Aufgabe, die Hardware-Komponenten zu starten und die grundlegenden Einstellungen wie Spannungsversorgung und die Taktfrequenz zu konfigurieren. Zudem werden die Komponenten auf Fehler überprüft. Es startet sofort nach dem der PC gestartet wurde.

Ein „CMOS static RAM“-Speicher (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) enthält die Parameter und wird selbst beim Trennen der Stromversorgung durch eine kleine Batterie versorgt. Daher bleiben auch Datum und Uhrzeit im BIOS, sowie die Einstellungen, welche man selbst durchgeführt hat, erhalten. Sollte man aber für längere Zeit die Batterie entfernen, dann verliert der Flash-Speicher sämtliche Änderungen und verwendet beim nächsten Start die Standard-Einstellung.