Axel Bruns - Die Geschichte des Computers

Die Hauptplatine (englisch mainboard, auch motherboard) ist die zentrale Platine eines Computers.

Auf ihr sind die einzelnen Bauteile wie Hauptprozessor (CPU), Speicher, der BIOS-Chip mit der integrierten Firmware, Schnittstellen-Bausteine und Steckplätze für Erweiterungskarten montiert; die dafür notwendigen Leiterbahnen sind auf mehrere Lagen (Layer) aufgeteilt.Die Hauptplatine beinhaltet Steckplätze für den Prozessor, 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 verschwindet derzeit (2010). Funktionen wie etwa der Speichercontroller sind mittlerweile 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. Anders als bei Notebooks sind Onboard-Grafikkarten im Desktopbereich eher selten zu finden, obwohl sie für Bürorechner durchaus ausreichende Leistung bieten. Schnellere, spieletaugliche Grafikkarten sind weiterhin nur als Steckkarte zu haben – seitens der Prozessorhersteller gibt es allerdings die Bemühung, CPU und GPU wieder zu vereinen. 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“) 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, ebenso PS/2-Schnittstellen für Maus und Tastatur (teils nur noch als Comboanschluss), die bereits erwähnten Audio- und Netzwerkanschlüsse, und, je nach Ausrichtung des Boards, Video-, eSATA, FireWire 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.Für interne Komponenten werden auf dem Mainboard außerdem diverse Serial-ATA-Ports („SATA“) bereitgestellt, welcher inzwischen ein Standard für Festplatten und optische Laufwerke ist. ATA/ATAPI („PATA“)-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 Floppy-Laufwerke sind ebenfalls nur noch auf der Hälfte der aktuellen Hauptplatinen überhaupt noch vorhanden. Auch hier übernimmt ein Schnittstellentyp den Anschluss sämtlicher Komponenten, wobei auch die Substitution der Diskette durch USB-Sticks eine Rolle spielt.Bei den Steckplätzen (engl. 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.Steckplätze werden heute fast nur noch belegt, wenn in einem Aufgabenbereich besonders hohe Leistung gefragt ist, welche von Onboard-Komponenten nicht geliefert werden kann. 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 genügt die PCI-Schnittstelle vollkommen, während aktuelle USB-3.0-Erweiterungskarten auf die hohe Datenrate von PCI-Express x1 oder höher angewiesen sind.Das Format der Hauptplatinen wird nach dem Formfaktor unterschieden. 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.

Ein Prozessor ist eine Maschine oder eine elektronische Schaltung, die gemäß übergebenen Befehlen andere Maschinen oder elektrische Schaltungen steuert und dabei einen Prozess oder Algorithmus vorantreibt, was meist Datenverarbeitung beinhaltet. Der weitere Artikel beschreibt ausschließlich diese Bedeutung. Am populärsten sind Prozessoren als zentrale Recheneinheiten von Computern, in denen sie Befehle (Software) ausführen; am verbreitetsten sind sie als Mikrocontroller in eingebetteten Systemen (Waschmaschine, Ticketautomat, DVD-Spieler etc.).In früherem Sprachgebrauch wurde unter dem Begriff „Prozessor“ sowohl das Bauteil verstanden (ein Halbleiter-Chip in einem Plastikgehäuse, das mit seinen Beinchen in einen Sockel eingesteckt wird), als auch eine „datenverarbeitende Logik-Einheit“.

Heutzutage besitzen jedoch viele Prozessor-Chips mehrere sogenannte Prozessorkerne, wobei jeder Kern für sich eine (weitgehend) eigenständige Logik-Einheit darstellt. Unter dem Begriff Prozessor wird heute im Allgemeinen vorwiegend das Bauteil verstanden; ist die datenverarbeitende Logik-Einheit gemeint, wird meist vom Prozessorkern gesprochen.Hauptbestandteile eines Prozessor(kern)s sind das Rechenwerk (insbesondere die arithmetisch-logische Einheit, ALU) sowie das Steuerwerk (inkl. Adresswerk). Darüber hinaus enthalten sie meist mehrere Register und einen Speichermanager (engl. Memory Management Unit, MMU), der den Arbeitsspeicher verwaltet. Zu den zentralen Aufgaben des Prozessors gehören die Abarbeitung des Maschinenprogramms: arithmetische und logische Operationen zur Verarbeitung von Daten aus internen oder externen Quellen, beispielsweise dem Arbeitsspeicher.

Neben diesen Hauptbestandteilen, die die Grundfunktionen bereitstellen, kann es weitere Recheneinheiten geben, die spezialisierte Funktionen zur Verfügung stellen und den eigentlichen Prozessor entlasten sollen - diese Einheiten werden meist als Koprozessor bezeichnet. Beispiele hierfür sind der bis in die 1990er Jahre separate mathematische Koprozessor für Gleitkommaoperationen (die Gleitkommaeinheit) sowie Grafik- und Soundprozessoren. In diesem Zusammenhang wird der zentrale Prozessor, mit seinem im vorhergehenden Absatz beschriebenen Grundfunktionen auch als Hauptprozessor (CPU) bezeichnet.