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hardware-zone.de ist ein Informationsportal mit Ratgebern und Basisinfos rund um PC-Hardware, das sich vor allem an Menschen mit wenig Erfahrung beim Umgang mit Personal Computern richtet.

 

  • Leicht verständliche Texte ohne Fachbegriffe
  • Nützliche Kaufratgeber und FAQs (Häufig gestellte Fragen)
  • Aktuelle Marktübersicht

Hauptplatine

 

Die Hauptplatine, auch als Main- oder Motherboard bezeichnet, ist eine Leiterplatte, auf der alle Funktionseinheiten zusammengeführt werden. Sie besteht u.a. aus folgenden Teilen:

  • Chipsatz
  • Firmware-Chip
  • Ein-/Ausgabeleitungen (Adress-, Daten- und Steuerleitungen)
  • Prozessorsockel
  • Steckplätze für Arbeitsspeicher
  • Steckplätze für Grafikkarte und andere Ein-/Ausgabegeräte (z.B. Soundkarte, Netzwerkkarte)
  • Anschlüsse für externe Geräte (z.B. Maus, Tastatur, Bildschirm, Lautsprecher)

Aufbau

PCI-Express-Schnittstellen

Die PCI-Express-Steckplätze (PCI = Peripheral Component Interconnect) für Erweiterungskarten (z.B. Grafik-, Sound-, Netzwerk- oder TV-Karten) gibt es in 2 Längen: 25 mm (PCIe x1) und 89 mm (PCIe x4, x8  oder x16). Die Zahl hinter dem x bezeichnet die Anzahl der Übertragungswege (Lanes). Je nach benötigter Bandbreite gibt es für jede Ausbaustufe entsprechende Steckkarten. PCI x16 wird meist für die Grafikkarte verwendet, kann aber auch für x1-, x4- und x8- Karten benutzt werden.

Firmware-/BIOS-Chip

Die Betriebssoftware, auch als Firmware oder BIOS (Basic Input/Output System, dt. „grundlegendes Ein-/Ausgabesystem“) bezeichnet, ist in einem wiederbeschreibbaren Flash-Speicherchip (EEPROM) untergebracht, damit sie auch erneuert werden kann.

Stromanschluss für die CPU

Der achtpolige EPS12V-Anschluss dient der Stromversorgung der CPU.

ATX-Stromanschluss

Mit der 24-poligen ATX-Buchse unten rechts wird die Hauptplatine an das Netzteil angeschlossen.

 

Externe Schnittstellen

Auf der Rückseite befinden sich die Anschlüsse für externe Geräte (v.l.n.r.):

  • Audio für Lautsprecher, Mikrofon, Headset
  • USB 3.2 Gen 1 (blau), USB 3.2 Gen 2 (rot) für Maus, Tastatur, Drucker, USB-Stick, externe Festplatte
  • RJ45-Anschluss (rot) für Netzwerkkabel
  • USB Typ-C für externe Festplatte/Monitor/Drucker ohne separate Stromversorgung
  • HDMI für Fernseher, Bildschirm, Beamer
  • Display Port (DP) für Bildschirm
  • PS/2 für Tastatur, Maus (veraltet)

CPU-Sockel

Der Prozessor wird in einen speziell angepassten Sockel auf der Hauptplatine eingesetzt, der sich neben den Arbeitsspeicher-Steckplätzen befindet. Intel bezeichnet seine Sockel meist entsprechend der Anzahl der Kontaktflächen (z.B. Sockel 1151).

Stromanschlüsse für Lüfter

Anschlüsse für Gehäuse- und CPU-Lüfter

CMOS-Batterie

Diese Knopfzelle sorgt dafür, dass Datum, Uhrzeit und geänderte Hardware-Einstellungen auch nach Unterbrechung der Stromversorgung erhalten bleiben.

 

DIMM-Steckplätze

Die Steckplätze für die Arbeitsspeichermodule (DIMM = Dual Inline Memory Module) befinden sich unterhalb des Prozessorsockels und sind bei Hauptplatinen, die mehrere Speicherkanäle (z.B. Dual-Channel) unterstützen, oft in unterschiedlichen Farben gekennzeichnet. Wenn man mehr Leistung benötigt, sollte man jede Farbe mit mindestens einem Modul bestücken.

SATA (Serial ATA)-Anschlüsse

An die schmalen Serial-ATA-Anschlüsse (Serial Advanced Technology Attachment) unten links werden Festplatten, SSDs, DVD-Laufwerke und -Brenner angeschlossen. Die Farbe ist vom Mainboard-Hersteller abhängig.

 

 

Chipsatz

Die wichtigste Komponente auf der Hauptplatine ist der Chipsatz, da alle Datenströme zwischen CPU und Ein-/Ausgebegeräten über ihn laufen. Er bestand früher aus 2 Mikrochips, die als North- und Southbridge bezeichnet wurden. Die Northbridge enthielt den Speichercontroller und stellte eine eigene, leistungsfähige Verbindung zur Grafikkarte zur Verfügung, während die anderen Ein-/Ausgabegeräte und die Festplatten über die Southbridge eingebunden wurden. Da die aktuellen Prozessoren die Funktion einer Northbridge selbst übernommen haben, gibt es auf modernen Hauptplatinen nur noch einen sogenannten I/O-Hub. Bei Intel wird dieser auch als PCH (Platform Controller Hub, ein „Hub“ ist ein zentraler Verteiler). Die Kommunikation zwischen CPU und PCH erfolgt über eine sehr schnelle Punkt-zu-Punkt-Verbindung (Direct Media Interface oder PCIe x4).

 

Der Chipsatz bestimmt folgende Leistungsmerkmale:

  • Anzahl der Speicherkanäle
  • unterstützte Prozessoren
  • verfügbare Schnittstellen (z.B. USB, SATA, PCI-Express)
  • Anzahl der verfügbaren PCI-Express-Lanes
  • Anzahl der Schnittstellen
  • zusätzliche integrierte Geräte wie Audio oder WLAN
  • Erweiterte Funktionen (z.B. RAID, Virtualisierung)
    RAID (Redundant Array of Independent Disks) ist ein Standard zur Verbindung mehrerer Festplatten, um eine höhere Übertragungsrate und/oder Datenintegrität zu erreichen.

Intel-Chipsätze

400er Serie

ChipsatzH410B460H470Z490
Unterstütze CPUsCore-i-Prozessoren (10. Gen.)
Übertaktung möglich
Speichermodule pro Kanal12
Schnittstellen
PCIe-Version3.0
PCIe-Lanes6162024
Multi-GPU-Betrieb
USB 2.0101214
USB 3.2 Gen 148810
USB 3.2 Gen 2x1--46
USB 3.2 Gen 2x2----
SATA 6 GBit/s46

500er Serie

ChipsatzH510B560H570Z590
Unterstütze CPUsCore-i-Prozessoren (11. Gen.)
Übertaktung möglich
Speichermodule pro Kanal12
Schnittstellen
PCIe-Version3.0
PCIe-Lanes6122024
Multi-GPU-Betrieb
USB 2.0101214
USB 3.2 Gen 146810
USB 3.2 Gen 2x1-4410
USB 3.2 Gen 2x2-223
SATA 6 GBit/s46

600er-Serie

ChipsatzH610B660H670Z690
Unterstütze CPUsCore-i-Prozessoren (12. Gen.)
Übertaktung möglich
Speichermodule pro Kanal12
Schnittstellen
PCIe-Version4.0
PCIe-Lanes12142428
Multi-GPU-Betrieb
USB 2.0101214
USB 3.2 Gen 146810
USB 3.2 Gen 2x124410
USB 3.2 Gen 2x2-224
SATA 6 GBit/s448

AMD-Chipsätze

500er-Serie

ChipsatzA520B550X570
Unterstütze CPUsRyzen-Prozessoren (3000/5000)Ryzen-Prozessoren (2000 ohne Grafik/3000/5000)
Übertaktung möglich
Speichermodule pro Kanal2
Schnittstellen
PCIe-Version3.04.0
PCIe-Lanes61016
Multi-GPU-Betrieb
USB 2.064
USB 3.2 Gen 12-
USB 3.2 Gen 2x1128
USB 3.2 Gen 2x2---
SATA 6 GBit/s24

Bemerkungen

 

  • PCIe-Lanes: Die tatsächliche Anzahl verfügbarer Schnittstellen hängt vom jeweiligen Mainboard sowie der eingesetzten CPU ab. 16 PCI-Express-Lanes sind für den Grafikkarten-Steckplatz (x16) reserviert, die restlichen Lanes werden für die anderen Schnittstellen verwendet:
    • 1, 2 oder 4 Lanes pro  PCIe-x1/x2/x4-Steckplatz
    • 1 Lane pro SATA-Schnittstelle
    • 1 oder 2 Lanes pro USB-Schnittstelle
    • 2 Lanes pro SATA-Express-Schnittstelle
    • 2 oder 4 Lanes pro M.2–Schnittstelle
  • AM4-Chipsätze belegen außerdem selbst 4 PCIe-Lanes für die CPU-Anbindung.

 

  • Mainboards für Spieler besitzen in der Regel Chipsätze, die eine Aufteilung dieser 16 Lanes auf 2 x8-Steckplätze unterstützen und so den parallelen Betrieb zweier Grafikkarten ermöglichen (Multi-GPU-Betrieb). Oberklasse-Mainboards mit X299- oder X399-Chipsatz können sogar mit bis zu 4 Grafikkarten betrieben werden (max. 4 x8- oder x16-Schnittstellen).
    • USB 3.1 Gen 2 ist Nachfolger des USB-3.0- bzw. USB-3.1-Gen-1-Standards und liefert mit 1,2 GB/s eine mehr als doppelt so hohe Datenübertragungsrate als dieser.

    Prozessorsockel

    Der große Sockel direkt über den Steckplätzen für die Arbeitsspeicher-Module stellt die Prozessorschnittstelle dar. Er ermöglicht den bequemen Austausch der CPU, ohne die gesamte Hauptplatine ersetzen zu müssen. Aktuelle CPUs von Intel verwenden die Sockel 1151 und 2066, die Modelle von AMD nutzen hingegen die Sockel AM4, FM2+ und TR4.

    • Sockel 1151: Der Sockel 1151 ist geeignet für die Core-i-Prozessoren der 6. (6xxx) und 7. (7xxx) Generation sowie die aktuellen Pentium- und Celeron-Modelle. Core-i-Prozessoren der 8. und 9. (8xxx und 9xxx) Generation funktionieren nur in Verbindung mit einem Chipsatz der 300er-Serie (1151-v2).

    • Sockel 1200: Für die Core-i-Prozessoren der 10. und 11. Generation

    • Sockel 1700: Für die Core-i-Prozessoren der 12. Generation
    • Sockel 2066: Für die Hochleistungs-CPUs der X-Serie hat Intel eine eigene Plattform geschaffen: Den X299-Chipsatz mit dem Sockel 2066.
    • Sockel AM4: Der Sockel AM4 mit 1331 Kontakten unterstützt den Athlon X4, die APUs A12/A10/A8/A6-9xxx („Bristol Ridge“) sowie alle Ryzen-CPUs (1., 2. und 3. Generation) und -APUs außer Threadripper. Auch kommende Prozessoren sollen auf diesen Sockel passen.
    • Sockel FM2+ (veraltet): Die älteren APUs A6/A8/A10-7xxx nutzten noch den Sockel FM2+ mit 906 Kontakten. Im Gegensatz zum Sockel AM4 unterstützte dieser kein DDR4-SDRAM.
    • Sockel TR4: Auch AMD hat einen eigenen Sockel mit gigantischen 4094 Kontakten für seine Hochleistungs-CPU Ryzen Threadripper (1. und 2. Generation).
    • Sockel TRX4: Die Ryzen-Threadripper-Modelle der 3. Generation (3xxx) besitzen einen Sockel, der zwar mechanisch kompatibel zum TR4-Sockel ist, aber aufgrund einer veränderten Pinbelegung nicht mit älteren Ryzen-Threadripper-Modellen funktioniert. Der Wechsel auf einen neuen Sockel ist u.a. auf die erhöhte Leistungsaufnahme der neuen CPUs zurückzuführen (TDP max. 280 W statt wie bisher 250 W). [Quelle]

    Firmware

    Unter Firmware versteht man ein Programm, das die Hardware steuert und überwacht. Es stellt die Schnittstelle zwischen Hardware und Betriebssystem dar und ist in einem Flash-Speicherbaustein auf der Hauptplatine abgelegt. Bei älteren PCs wird die Firmware als BIOS (Basic Input Output System) bezeichnet. In Erscheinung tritt das BIOS immer beim Einschalten des Computers in Form von Statusmeldungen während des sogenannten POST (Power On Self-Test), bei dem die Hardware auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüft wird. Zu den weiteren Aufgaben der Firmware bzw. des BIOS gehören:

    • Automatische oder manuelle Konfiguration der Hardware
    • Aufruf des Startprogramms (Bootloader) zum Laden des Betriebssystems
    • Aufruf von Subsystemen z.B. zur Konfiguration eines RAID-Steuerungschip (RAID = Redundant Array of Independent Disks, Zusammenschluss mehrerer Festplatten zur Erhöhung des Datendurchsatzes und/oder der Datensicherheit)
    • Passwortschutz (optional)
    • Anzeige eines Startbildschirms

    In 64-Bit-Systemen wird statt BIOS die UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)-Schnittstelle eingesetzt. Der wesentliche Vorteil von UEFI ist neben der einfacheren Bedienbarkeit (grafische Benutzeroberfläche mit Mausunterstützung) der Einsatz von Festplatten mit mehr als 2 Terabyte (1 Terabyte = 1.024 GB) Speicherkapazität. Die Einstellungen werden in einem flüchtigen SRAM-Baustein abgelegt, der von einer Knopfzelle (CMOS-Batterie) ständig mit Strom versorgt werden muss.

    Bauformen

    Hauptplatinen gibt es in verschiedenen standardisierten Bauformen, die durch den sogenannten Formfaktor festgelegt werden. Er bestimmt nicht nur die genauen Maße von Leiterplatte (engl. PCB – Printed Circuit Board), Gehäuse und Netzteil, sondern auch

     
    • die Position und Anzahl der Löcher für die Befestigungsschrauben
    • die Position der einzelnen Bauteile (z.B. CPU-Sockel, Steckplätze)
    • die Anzahl der Steckplätze
    • die zur Verfügung stehenden Anschlüsse für Ein-/Ausgabegeräte
    • die Stromversorgung.
     
    Da auch Netzteile und Gehäuse entsprechend standardisiert sind, ist es leichter, die passende Kombination zu finden. Der am weitesten verbreitete Formfaktor ist noch immer das 1996 eingeführte ATX-Format (Advanced Technology eXtended).
    Wichtige Formfaktoren
    FormfaktorAbmessungen in mm (Breite x Länge)max. Steckplätze (Slots) für ErweiterungskartenLayout
    Mini-ITX170 x 1701
    Micro-ATX244 x 2444
    ATX305 x 2447

    Hinweis: Im umrahmten Bereich befinden sich die Anschlüsse für externe Geräte

    Mini-ITX (Abmessungen: 170 x 170 mm)

    Mini-ITX wurde ursprünglich für den Einsatz in Set-Top-Boxen, Terminals oder Thin Clients entwickelt. Ein Thin Client verfügt nur über die für den Betrieb unbedingt notwendige Hardware, da er hauptsächlich die Ressourcen (Speicher, CPU-Zeit) eines entfernten Zentralrechners nutzt. Deshalb sind Mini-ITX-Hauptplatinen in ihrer Ausstattung begrenzt: Sie verfügen nur über zwei Arbeitsspeicher-Steckplätze und eine PCI-Express-x16-Schnittstelle für die Grafikkarte. Da die meisten Funktionen wie WiFi, LAN oder Audio aber mittlerweile von fest verlöteten Peripheriechips bereitgestellt werden, fällt dieses Manko kaum mehr ins Gewicht. Mini-ITX-Mainboards eignen sich am besten für sehr kompakte Wohnzimmer-PCs.

    Micro-ATX (244 x 244 mm)

    Hauptplatinen im Micro-ATX-Format sind wesentlich größer als Mini-ITX-Mainboards. Sie bieten Platz für bis zu vier Speichermodule und besitzen bis zu vier PCI-Express-Schnittstellen (x1/x16). Aus diesem Grund können auf Micro-ATX-Mainboards auch mehrere Grafikkarten im SLI- bzw. Crossfire-Modus betrieben werden.

    ATX (305 x 244 mm)

    ATX-Mainboards sind länger als Micro-ATX-Hauptplatinen und können so bis zu sieben PCI-Express-Erweiterungskarten (x1/x16) aufnehmen. Bei der Ausstattung müssen hier keinerlei Kompromisse eingegangen werden.

    E-ATX (305 x 330 mm)

    Mainboards mit diesem Formfaktor richten sich an Enthusiasten, die mittels Übertaktung auch noch die letzten Leistungsreserven aus ihrer Hardware herauskitzeln wollen. Deshalb sind einige E-ATX-Hauptplatinen mittlerweile sogar mit einem Wasserkühlungsblock für CPU und Chipsatz ausgestattet.