Hauptplatine

zentrale Platine eines Computers

Die Hauptplatine (englisch Mainboard, auch Motherboard) ist die zentrale Platine eines Computers. In diesem Artikel geht es zwar ausschließlich um Personal Computer, allerdings wird der Begriff Hauptplatine auch in vielen modernen Geräten der Unterhaltungselektronik, mobilen Geräten, wie z. B. Smartphones, Tablet-Computer oder sonstigen Beispielen für die Verwendung eines System-on-a-Chip gebraucht.

Hauptplatine aus dem Jahr 2004 (ASRock K7VT4A Pro)

Auf ihr sind die einzelnen Bauteile wie Prozessorsockel, RAM-Steckplätze, der BIOS-Chip mit der integrierten Firmware, Schnittstellen-Bausteine und Steckplätze für Erweiterungskarten montiert; die dafür notwendigen Leiterbahnen sind auf mehrere Lagen (Layer) aufgeteilt.

Aufgaben

Die Hauptplatine beinhaltet den Sockel für die CPU, Steckplätze für Speicherbausteine und Erweiterungskarten wie Grafik-, Sound- und Netzwerkkarten sowie Bausteine, die die Komponenten miteinander verbinden. Die ehemalige Aufteilung in eine Northbridge für die hochperformante Anbindung von Arbeitsspeicher und Grafikkarte und eine Southbridge für Festplatte, PCI-Steckplätze und Peripheriegeräte ist mittlerweile verschwunden. Funktionen wie etwa der Speichercontroller sind nun in der CPU selbst integriert, weswegen ein Zwei-Chip-Design überflüssig wurde. Manche sprechen dennoch weiterhin von einer Southbridge und einem Chipsatz, obwohl es faktisch nur noch ein zentraler Baustein auf der Hauptplatine ist.

Viele ehemalige Einzelkomponenten sind heute bereits fest auf dem Mainboard integriert (onboard), besonders Sound- und Netzwerkkarten sind praktisch ausnahmslos Standard und genügen den Anforderungen vieler Benutzer. Auch bei den Schnittstellen fand im Laufe der Zeit eine Integration auf die Hauptplatine statt. Während früher selbst Standard-Anschlüsse wie die serielle („RS-232“, „COM“) und parallele („LPT“) Schnittstelle nur über Steckkarten realisiert wurden, sind heute alle üblichen Ports schon auf der Hauptplatine vorhanden. Mehrere USB-Buchsen sind fester Bestandteil eines jeden I/O-Shields, mittlerweile seltener PS/2-Schnittstellen für Maus und Tastatur (wenn überhaupt, dann oft nur noch als Comboanschluss), die bereits erwähnten Audio- und Netzwerkanschlüsse, und, je nach Ausrichtung des Boards, Video-, eSATA, und andere Ports. Mitunter müssen selten genutzte Anschlüsse aus Platzgründen auf Slotblenden ausgelagert werden, sodass etwa noch ein Gameport zur Verfügung gestellt werden kann. Die ehemalige Vielfalt von verschiedenen Anschlüssen für externe Komponenten ist heute völlig verschwunden und durch USB ersetzt worden. Anders als bei Notebooks waren Onboard-Grafikkarten im Desktopbereich eher selten zu finden, obwohl sie für Bürorechner durchaus ausreichende Leistung boten. Um das Jahr 2010 herum wurde mit der Northbridge auch die integrierte Grafik in den Prozessor verschoben. Sie gewinnt seit Einführung kleiner Bürorechner wie den NUCs wieder an Relevanz.

Für interne Komponenten werden auf dem Mainboard außerdem diverse Serial-ATA-Ports („SATA“) bereitgestellt, was inzwischen ein Standard für Festplatten und optische Laufwerke ist, für SSDs jedoch von M.2/NVMe abgelöst wird. ATA/ATAPI (PATA/IDE)-Schnittstellen sind, wenn überhaupt, nur noch einmal vorhanden, während früher zwei (Primary und Secondary) zum Anschluss von bis zu vier Laufwerken üblich waren. Anschlüsse für die früher häufigen Floppy-Laufwerke sind heute gar nicht mehr zu finden. Auch hier übernimmt ein Schnittstellentyp den Anschluss sämtlicher Komponenten, wobei auch die Substitution der Diskette durch USB-Sticks eine Rolle spielt.

Bei den Steckplätzen (englisch slots) für Erweiterungskarten verlief die Entwicklung vom XT-Bus über den ISA-Bus, den EISA-Bus, den PCI-Bus zum PCI-Express-Bus (PCIe), der gegenwärtig (2010) im nichtprofessionellen (consumer) Bereich aktuell ist. Im Serverbereich ist PCI-X noch aktuell, wobei auch hier der Übergang zu PCIe vollzogen wird. Ferner gab es Parallelentwicklungen wie den MCA-Bus und spezielle Steckplätze für Grafikkarten wie den VLB- und den AGP-Slot. Auch diese sind inzwischen vollständig durch PCIe abgelöst. Gelegentlich erscheinen aber bis heute (2021) noch neue Mainboards mit PCI-Anschlüssen neben PCIe.

Steckplätze werden heute fast nur noch belegt, wenn in einem Aufgabenbereich besonders hohe Leistung gefragt ist, welche von Onboard-Komponenten nicht geliefert werden kann, oder mit Steckkarten spezielle Funktionen nachgerüstet werden, die von den Onboard-Komponenten nicht abgedeckt werden. All diese Karten besitzen eigene Prozessoren, die den Hauptprozessor des Systems entlasten und auf den jeweiligen Einsatzzweck optimiert sind. Onboard-Komponenten lassen Berechnungen dagegen von der CPU durchführen, weswegen ihre Leistung unter großer Belastung des Rechners einbrechen kann. Neben Grafikkarten sind insbesondere Festplattencontroller gängige Komponenten, die in professionellen Systemen RAID-Funktionalität für bis zu 28 SAS- oder SATA-Festplatten bieten können. Sie sind zudem bei Defekt ohne Datenverlust austauschbar, was bei Onboard-RAID nicht möglich ist, und besitzen eigene XOR-Einheiten für die Paritätsberechnung. Daneben gibt es noch Ein- oder Mehrport-Netzwerkkarten für Kupfer- und Glasfasernetzwerke sowie Soundkarten mit umfangreichen digitalen und analogen Ein- und Ausgängen. Für Controllerkarten für antiquierte Anschlüsse wie etwa RS-232 oder Parallelport genügt die PCI-Schnittstelle vollkommen, während aktuelle USB-3.0-Erweiterungskarten auf die hohe Datenrate von PCI-Express x1 oder höher angewiesen sind. In vielen Bereichen, in denen Anschlüsse extern verfügbar gemacht werden (z. B. RS232, Parallelport, PS/2, TV-Tuner, Video, Sound) sowie für WLAN und früher Modems stehen Steckkarten in Konkurrenz zu USB.

Bauformen

 
Maße von Hauptplatinenstandards

Formate

Das Format der Hauptplatinen wird nach dem Formfaktor unterschieden. Mit dem IBM PC AT wurde 1984 zunächst das AT-Format eingeführt. Seit 1995 ist das ATX-Format aktuell. Es löste das AT-Format ab und brachte diverse Umstellungen an Gehäusen und Netzteilen mit sich. Es existieren diverse Variationen von ATX und AT, um auch kompaktere Geräte ohne proprietäre Formate bestücken zu können, etwa Baby-AT oder µATX. Mini-ITX, Flex-ATX und Micro-ATX passen in ATX-Gehäuse. Steckplätze, Schrauben und das Fenster für I/O-Shield befinden sich an einheitlichen oder derselben Position.

Das ATX-Format sollte ab 2003 durch das damit inkompatible BTX-Format abgelöst werden, BTX konnte sich aber nicht durchsetzen und verschwand 2007 vom Markt. Bei BTX sind zu ATX die Steckkarten an der anderen Seite der Hauptplatine angeordnet. Dadurch befindet sich die Hauptplatine an der anderen Seitenwand des Gehäuses. Bei senkrecht eingebauten Hauptplatinen wirkte sich dies auf die Lage der Kühlkörper von Steckkarten aus.

AMD hatte Anfang September 2007 das DTX-Format angekündigt, das für sparsame Benutzer gedacht ist, da es kleiner und außerdem zum größten Teil ATX-kompatibel ist.

 
ATX-Hauptplatine mit Z390-Chipsatz von Asus. Es handelt sich um ein Gaming-Mainboard.
Kühler der SouthbridgeCPU-Sockel LGA 1150Kühlkörper für die Spannungsversorgung der CPUEPS 12V (8-Pin) Stromanschluss für die CPU24-Pin-ATX-StromanschlussNetzwerk-Chip "Killer E2200"Onboard-Soundchip Realtek ALC 1150-Codec.PCIE1 (PCIe x1)PCIE2 (PCIe x16, für Grafikkarten vorgesehen)PCIE3 (PCIe x1)PCIE4 (PCIe x8, für zweite Grafikkarte bei CrossfireX vorgesehen)PCI1PCI2RAM-Bank (DDR3_A1)RAM-Bank (DDR3_A2)RAM-Bank (DDR3_B1)RAM-Bank (DDR3_B2)CPU-FAN 1 und CPU-FAN 2, Anschlüsse für CPU-LüfterUSB 3.0-PinheaderSATA-AnschlüsseSATA-AnschlüsseSATA ExpressUSB 2.0-PinheaderPin-Leiste für die Kabel zum Power- und Reset-Knopf des GehäusesHD AUDIO-Anschluss für die Audio-Anschlüsse des GehäusesM.2-SockelI/O-Panel (hintere externe Anschlüsse) mit Audio, 4x USB 2.0, 2x USB 3.0, HDMI, DVI, VGA, PS2 und LAN-Port.BIOS-KnopfzelleJumper zum Umschalten zwischen den BIOS-Chips und zum BIOS-ResetDual BIOS Chips (BIOS_A1 und BIOS_B1)Anschluss für Gehäuselüfter und Lüfter-HubsAnschlüsse für Gehäuselüfter 

Beispiel einer ATX-Hauptplatine (2010)

 
Externe Anschlüsse, auch Back Panel genannt. Von links: PS2-Kombi-Anschluss für Maus und/oder Tastatur (violett /grün kodiert), darunter 2xUSB; TOSLINK; HDMI-Anschluss; IEEE 1394-Anschluss, darunter 2xUSB; Analoger VGA-Anschluss, darunter DVI; RJ-45-Netzwerkanschluss, darunter 2xUSB; Analoge Ton-Ein/Ausgänge (oft konfigurierbar)
 
ATX-Hauptplatine unter Röntgenstrahlung aufgenommen.
Komponenten einer Hauptplatine eines Asus-ATX-Boards aus dem Jahr 2017. Die Nummern beziehen sich auf die Abbildung.
Nr. Komponente Beschreibung
1 Prozessorsockel Land-Grid-Array-Sockel, hier ein Sockel 1151 zur Montage eines Intel Core-i-Prozessors.
Es ist kein Prozessor im Sockel und die Schutzkappe ist noch vorhanden.
2 Chipsatz Northbridge, ein Intel Z390-Chipsatz (unter der Abdeckung).
3 Chipsatz Steckplätze für den Arbeitsspeicher, in diesem Fall für DDR4
4 PCI-Express-
Steckplätze
Drei PCIe-x16-Slots (lang), sowie drei PCIe-x1-Slots (kurz) befinden sich auf dem Mainboard. Die PCIe-x16-Slots können für ein oder mehrere Grafikkarten eingesetzt und per SLI oder Crossfire kombiniert werden.
5 Jumper Kleine Kurzschlussstecker zur Aktivierung oder Deaktivierung von Einstellungen
(Hier: Jumper zum Zurücksetzen über den CLRTC-Pin).[1]
6 Anschlüsse für
Frontblende
Mit diesen werden Mainboard und Frontblende des Gehäuses verbunden: Hauptschalter, Power-Anzeige (On/
Standby), Laufwerkaktivitäts-Anzeige. Weiterhin, sofern vorhanden, Resetknopf und der eingebaute Lautsprecher.
7 24-poliger
ATX-Connector
Die Hauptstromversorgung für die Hauptplatine durch das Netzteil.
8 8-poliger
ATX-Connector
Anschluss für die Stromversorgung der CPU. Oft auch in zwei 4-polige ATX-Connectoren trennbar.
9 Externe
Anschlüsse
Diese Anschlüsse ragen aus dem Gehäuse heraus und dienen als Anschluss für Peripheriegeräte wie Maus,
Tastatur oder USB-Geräte und werden über das I/O Shield an das Gehäuse angepasst. Siehe unteres Bild.
10 Interne
USB-Anschlüsse
Über diese werden z. B. USB-Anschlüsse an der Vorderseite des Gehäuses oder ein eingebauter Speicherkartenleser mit dem Mainboard verbunden.
11 AAFP-Soundanschluss An diesem Anschluss werden die Soundeingänge und -ausgänge des Frontpanels angeschlossen.
12 Serial-ATA-
Anschlüsse
Ermöglicht die Verbindung von Festplatten oder optischen Laufwerken mit der Hauptplatine. Oft werden jedoch keine optischen Laufwerke mehr eingebaut. Sie werden, wenn noch benötigt, per USB-Kabel an den PC angeschlossen.
13 M.2 M.2-Anschluss für Erweiterungskarten. Oft werden hier die besonders schnellen M.2-SSDs eingesetzt, die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von 2–10 GiB/s erreichen.

Weitere Bilder typischer Hauptplatinen

Weblinks

Commons: Hauptplatine – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Hauptplatine – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. https://www.asus.com/de/support/FAQ/1040820/