Mainboard
Das Mainboard (oder Motherboard)

Das Mainboard (oder Motherboard, Hauptplatine) ist das Teil im Rechner, welches alle anderen Komponenten miteinander verbindet und die Kommunikation dieser untereinander sicherstellt. Auf der größten Platine im PC findet ihr eine Reihe an Anschlüssen, Kühlkörpern und elektronischen Bauteilen. Wir wollen uns diese nacheinander zu Gemüte führen, und auf deren wissenswerte Details eingehen.

Der Mainboard-Aufbau

Damit wir vorerst einen Überblick über die grundlegenden Funktionen und eine visuelle Vorstellung von dem Mainboard erhalten, haben wir die unten stehende Grafik gebastelt. In dieser sind vorerst alle Anschlüsse, welche für das zusammenstellen des eigenen PCs nötig sind, dargestellt.

/Bild Mainboardaufbau

CPU-Sockel

Der CPU-Sockel nimmt, wie im vorherigen Kapitel bereits beschrieben, den Prozessor auf. In der Regel hat ein (Consumer) Mainboard nur einen Sockel, jedoch gibt es viele verschiedene Sockel bei den Herstellern AMD und Intel. Wichtig ist, das der gewählte Prozessor mit dem Mainboard-Sockel kompatibel ist. In der Produktbeschreibung der Mainboards und CPUs ist der Sockel immer mit angegeben, achtet insbesondere bei Intel darauf, dass der Anschluss passt (1155, 1151, 1150: Verwechslungsgefahr!).

Arbeitsspeicher-Slots

In diesen länglichen Schlitzen werden die Arbeitsspeicher-Module eingesetzt. Das Mainboard unterstützt dabei immer nur eine Speichervariante, entweder DDR3 oder DDR4. Ebenso wichtig ist die Speichergeschwindigkeit: nicht jedes Mainboard unterstützt Speicher, die verhältnismäßig hoch getaktet, also schnell sind. Achtet beim Einsetzen der RAM-Module auf die Kerbe, diese soll euch das korrekte Einstecken in den Arbeitsspeicherslot erleichtern.

Auch sollte euer Mainboard die sog. Dual-Channel Modus Arbeitsspeicherarchitektur unterstützen. Diese sorgt für eine volle Speicheranbindung eines jeden verbauten Arbeitsspeichermoduls an den Speichercontroller der CPU. Dies hat eine theoretisch verdoppelte Datenrate zur Folge, die aber stark vom jeweils genutzten Programm abhängt. Falls ihr eine integrierte Grafik wählt, profitiert diese stark davon, da sich CPU und GPU den vorhandenen Arbeitsspeicher teilen müssen. Der Dual-Channel Modus funktioniert nur mit zwei Speichermodulen, die sich möglichst in ihrer Geschwindigkeit und Speichergröße gleichen. Für 3, bzw. 4 Module gibt es entsprechend den Triple- oder Quadchannel Modus, meistens kommt man zurzeit jedoch mit zwei Arbeitsspeicherriegeln aus. Auf den Arbeitsspeicher gehen wir im nächsten Kapitel genauer ein.

Erweiterungskarten-Slots

Hier werden verschiedene Erweiterungskarten eingesetzt, wie z.B. Grafik- und Soundkarten, Festplatten, Netzwerkkarten und ähnliches. Bei der Wahl des richtigen Mainboards für euren PC solltet ihr hier kurz einmal überlegen, ob und welche Erweiterungskarten ihr jetzt oder in Zukunft gebrauchen könntet. Zwar ist auf den meisten aktuellen Mainboards bereits ein Netzwerk- sowie Soundchip verbaut, doch manchen Nutzern von euch genügt die bereits vorhandene Chipleistung (auch Onboard-Chip genannt) eventuell nicht.

Auch gibt es wiederum verschiedene Kartenanschlüsse. Es gibt PCI (Peripheral Component Interconnect) und PCI-Express (Kurz: PCIe). PCIe gibt es auch nochmal in unterschiedlichen Ausführungen: PCIe x1 ist ein eher kurzer Anschluss, während PCIe x16 ein längerer Anschluss ist. Die Zahlen geben die Anzahl der Datenleitungen an, mit denen der Anschluss angesprochen werden kann. Je höher die Zahl desto schneller kann die angeschlossene Komponente mit Daten versorgt werden. PCIe x16 ist der Standard für die Grafikkarte, dabei ist stets der oberste PCIe Anschluss auf der Hauptplatine zu benutzen. Mittlerweile gibt es mehrere Versionen. Aktuell PCIe 3.0, ist abwärtskompatibel zu PCIe 2.0 und 1.0. Falls Grafikkarte und Mainboard nicht die gleiche PCIe Version unterstützen, wird die jeweils niedrigere Version zur Übertragung der Daten genutzt. Achtet darauf, Hardware auszusuchen, die den aktuellen Standards entsprechen.

/Bild Anschlussslots

Interne Mainboard-Anschlüsse

Um später das Ein- und Ausschalten des Systems von den externen Knöpfen vorne am Gehäuse (sog. Input/Output Panel, I/O Panel) zu ermöglichen, werden hier die Kabel für Power- und Resetknopf, sowie möglicher USB-Ports und Kopfhörerausgänge angeschlossen. Zusätzlich findet ihr oft auch einen kleinen Pieper, Kabel für das Front-LED Licht (evtl. auch für Festplattenaktivität). Wie genau wir die kleinen Kabel anschließen müssen, verrät uns das Handbuch des Mainboards, oft ist eine Zuordnung direkt auf der Hauptplatine abgedruckt. So können wir die Stecker leicht auf die entsprechenden Pins auf dem Mainboard stecken.

Weiter können hier interne Festplatten mittels SATA angeschlossen werden. Die Ports hierfür sind durchnummeriert, bitte schaut auf die SATA-Version, das Mainboard sollte SATA 6GB/s unterstützen.

/Bild interne Anschlüsse + Kabel

Externe Mainboard Anschlüsse

Hinten am Gehäuse, also links seitlich am Mainboard, befinden sich die Externen Anschlüsse, wie PS/2 Anschlüsse für Maus/Tastatur, USB, Firewire, 3,5mm Klinkenanschlüsse für die Onboard-Soundkarte und auch Videoausgänge der möglich vorhandenen Grafikeinheit des Mainboards. Meistens wird dafür ein DVI sowie HDMI Ausgang benutzt.

/Bild Übersicht I/O Shield

ATX und Co. – Die Mainboardgrößen

Es gibt verschiedene Größen des Mainboards. Die wichtigsten sind unten aufgelistet:

  • ATX: Advanced Technology ExtendedStandardgröße, 305 x 244 mm,
  • MATX: Micro ATX, 244 x 244 mm, auch als qATX bezeichnet, zu ATX kompatibel, für kleine Büro-PCs geeignet
  • Mini ITX: 170 x 170 mm
  • Nano ITX: 120 × 120 mm
  • Pico ITX: 100 × 72 mm

Es gibt eine Reihe weiterer Mainboardgrößen, diese sind auf Wikipedia nachzulesen. Sie haben jedoch nicht die Relevanz für den heimischen Desktop PC. Die Größe ist später wichtig für das Gehäuse, es muss die gewählte Mainboardgröße logischerweise unterstützen. Wenn ihr einen kleinen Bürorechner bauen wollt, bietet sich z.B. eher ein MATX-Board und -Gehäuse an.

/Bild Mainboardgrößen

Der Chipsatz

Der Chipsatz eines Mainboards ist für die Kommunikation der einzelnen Komponenten des Mainboards zuständig. Vergleichbar ist der Chipsatz mit der menschlichen Wirbelsäule, auch sie vernetzt das Gehirn (CPU) mit den restlichen Komponenten. Intel und AMD bieten für verschiedene Ansprüche unterschiedliche Chipsätze an, die die Fähigkeiten des Mainboards in Bezug auf die Konnektivität und der verbauten Komponenten bestimmen. Der Chipsatz besteht im wesentlichen aus Northbridge und Southbridge, dies sind einzelne Chips auf dem Mainboard, die für unterschiedliche Aufgaben konzipiert sind. Wir wollen hier kurz auf die Hauptaufgaben der Chips eingehen, und eine Übersicht über die aktuellen Chipsätze und deren Spezifikationen geben.

Die Northbridge

Die Northbridge ist allgemein für die Aufgaben im Rechner zuständig, bei denen viele Daten ausgetauscht werden müssen. Der Chip regelt die Kommunikation zwischen CPU, Arbeitsspeicher und Grafikkarte. Bei diesen Komponenten transferiert die Northbridge die meisten Daten. Mittlerweile ist die CPU direkt mit dem Arbeitsspeicher in vielen Mainboards verbunden, um zusätzliche Geschwindigkeit und Effizienz der Speichernutzung zu gewährleisten. Über den sog. Front Side Bus werden die Daten zwischen der CPU und der Northbridge (und damit den anderen Komponenten) ausgetauscht. Auch der FSB hat einen eigenen Takt ähnlich der CPU, oftmals kann man durch gezieltes Übertakten des FSB mehr Leistung aus dem Gesamtsystem herauskitzeln. Da viele elektronische Signale durch den Chip laufen, wird er mittels eines Kühlkörpers vor Überhitzung geschützt. Wie der Name der Northbridge schon erahnen lässt, findet ihr den Chip im “Norden” des Mainboards, in der Nähe des CPU-Sockels.

Die Southbridge

Weiter im “Süden” des Mainboards finden wir die sog. Southbridge. Diese ist genau so essentiell wie die Northbridge, nur kümmert sie sich im Wesentlichen um die angeschlossene Peripherie (also USB etc.), Festplatten, Netzwerk, Sound und angeschlossene PCI-Erweiterungskarten. Daher befindet sich die Southbridge auch in der Nähe der PCI-Slots des Mainboards. Ebenfalls ist sie ist mit einem Kühlkörper ausgestattet, der in der Regel aber etwas kleiner als der der Northbridge ausfällt, da weniger Datenlast auf dem Chip liegt. Auch die Leistung der Southbridge hängt von dem Takt des FSBs ab.

Da die Funktionen der Northbridge immer weiter direkt in die CPU verlagert werden, ist die obige Unterteilung etwas veraltet. Wozu brauch man dann noch die Northbridge? Der Trend geht hin zu einer CPU-Chipsatz Beziehung, dabei ist der Chipsatz nun Quasi die neue Southbridge, und die CPU übernimmt den Norden. Okaaay, das soll jetzt erstmal reichen.

Es gibt viele Chipsätze für das Mainboard..

Wichtiger zu wissen ist, dass es unterschiedliche Chipsätze gibt, die für verschiedene CPUs gedacht sind und sich auch hinsichtlich anderer Eigenschaften unterscheiden. Im Datenblatt des Mainboards im Onlineshop steht, welche Chipsätze unterstützt werden. Dabei gibt es einen unübersichtlichen Wusel aus Chipsatzbezeichnungen, so hat die AMD 300er Chipsatzreihe als Beispiel u.a. folgende Chipsätze: A320, B350, X370. Es gilt, je höher die Zahl oder Buchstabe, desto mehr kann der Chipsatz. So ist der X370 Chipsatz der “High-End” Sparte zuzuordnen, mit besserer Ausstattung und höherer Leistung. Der A320 Chipsatz hingegen ist für den einfachen PC gedacht. Bei Intel gilt das ähnliche Prinzip, nur leicht andere Namen. Jedes Jahr werden die Chipsätze für jeden Sockel aktualisiert, sucht also auf den Herstellerseiten nach den genauen Spezifikationen und Unterschiede der einzelnen Chipsätze untereinander.

Meistens reicht ein “Mittelklasse” Chipsatz vollkommen aus. Manche High-End CPUs brauchen jedoch einen entsprechenden High-End Chipsatz, damit sich die Rechenpower optimal entfalten kann. Gerne würde ich euch alle Chipsätze übersichtlich vorstellen, doch das würde vollkommen den Rahmen sprengen. Ich animiere euch hiermit, bei Interesse selbst einmal nach den unterschiedlichen Leistungen und Kompatiblitäten der aktuellen Chipsätze zu googlen. Aber nur wenn ihr hartgesonnen seid.

Das BIOS

Sicher wisst ihr schon, dass ein PC nicht viel taugt ohne ein installiertes Betriebssystem wie Windows, Linux oder dergleichen. Das BIOS, Basic Input Output System, ist prinzipiell das Betriebssystem der verbauten Hardware. Es initialisiert alle Komponenten beim Einschalten des Systems, testet diese auf Funktionstüchtigkeit und lädt im Anschluss das Software-Betriebssystem. Wir können hier verschiedene Einstellungen vornehmen. Z.B. wenn wir eine zusätzliche Festplatte einbauen wollen, müssen wir diese im BIOS in der Regel konfigurieren. Auch lassen sich die Taktraten der CPU oder FSB anpassen, sowie die Stromversorgung einzelner Komponenten steuern. Die Einstellungen speichert das Mainboard auf einem flüchtigen Speicherchip. Dieser muss mit einer Batterie mit Strom versorgt werden. Beim Start des PC’s werden die Einstellungen zuerst geladen. Auch kann es vorkommen, dass beim Hardwarewechsel das BIOS aktualisiert werden muss. Dazu überschreibt man den Flashspeicher des BIOS mit einer neuen Version, diesen Vorgang nennt man BIOS-Flash.

BIOS Menüansicht
Die BIOS Menüansicht

UEFI – Die neue Variante

Das in die Jahre gekommene BIOS System, welches im Laufe der Zeit ständig für die aktuelle Hardware angepasst wurde, ist durch das sog. UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) erweitert worden. Während das alte BIOS ziemlich rudimentär zu bedienen war, unterstützt UEFI eine grafische Benutzeroberfläche, die dem Nutzer die Interaktion vereinfacht, indem auf eine Maussteuerung gesetzt wird. Auch ist UEFI einfacher für die Hardwarehersteller aktualisierbar. Beim Kauf eines Mainboards kann es also nicht schaden, wenn es den neueren BIOS-Typ unterstützt.

UEFI BIOS Ansicht
Ein typisches UEFI-BIOS Menü

So gelangt man ins BIOS/UEFI Menü

Wie kommt man ins BIOS? Das ist von Mainboard zu Mainboard unterschiedlich. Meistens jedoch muss man entweder die F12 oder ENTF-Taste drücken, nachdem der Rechner eingeschaltet wurde, und bevor das Betriebssystem geladen wurde. Dies erkennt Ihr am Logo, welches erscheinen sollte. Einfach so lange auf die Tasten drücken, bis das BIOS/UEFI Menü erscheint. Übrigens nennt man das Starten des Rechners Bootvorgang, oder einfach Booten (engl. boot, hochfahren).

ACHTUNG: Bei den Einstellungen ist besondere Vorsicht geboten. Lasst als Laie die Finger von Einstellungen, die ihr nicht versteht. Es besteht die Gefahr, dass das System nicht mehr startet oder gar eingebaute Hardware irreversibel zerstört wird! Auch beim BIOS-Update vorher genauestens informieren!

Tipps zur Mainboardauswahl

  • Der Prozessor muss in den Sockel des Mainboards passen.
  • Schätzt schon vorher ab, ob ihr viele Erweiterungskarten benötigt, um die passende Mainboardgröße zu wählen.
  • Hat das Mainboard alle externen und internen Anschlüsse, die du brauchst? Insbesondere USB?
  • Achtet auf den verbauten Chipsatz, und ob er euren Ansprüchen gerecht wird. Meistens brauch man keinen High-End Chipsatz!
  • wenn ihr übermäßig schnellen Arbeitsspeicher verbauen wollt, schaut, ob das Mainboard die Geschwindigkeiten unterstützt. Auch auf Dualchannel (oder entsprechendes) achten.
  • Falls ihr später einen großen CPU-Kühler verbauen wollt/müsst, achtet auf den Abstand der Arbeitsspeicherslots zum CPU-Sockel.
  • falls ihr mehrere Grafikkarten verbauen wollt: achtet auf SLI-Unterstützung und ausreichende Anbindung über die PCIe Steckplätze.
  • wenn ihr Übertakten wollt, achtet auf spezielle Overclocking-Mainboards. Diese haben oftmals zusätzliche Kühlkörper für die Spannungswandler, höherwertige Kondesatoren, etc.

3D-Ansicht

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