سیاست و بازاریابی - مادربردها یکی از کلیدیترین اجزای محصولات حوزهی فناوری بهشمار میروند. برای آشنایی بیشتر با مادربردها و فناوریهای بهکار رفته در آنها، با زومیت همراه باشید.
تقریباْ همهی ما یک کامیپوتر در محل کار ، مدرسه یا خانه داریم که هرکدام ممکن است به نوع مختلفی از آن بهره ببریم.به احتمال زیاد شغل بسیاری از مردم نیز به کامپیوتر یا اجزای آن مرتبط است. اما چقدر از ساختار تشکیلدهندهی یک کامپیوتر آگاه هستید؟ آیا آنها را میشناسید؟ تصور بسیاری از ما این است که قطعهی کلیدی یک سیستم کامپیوتری پردازنده یا CPU است؛ یا تصویر میکنیم کارتهای گرافیک تنها قطعهی مهمی است که یک گیمر باید به آن توجه کند. غافل از اینکه مادربرد قطعهی اصلی و عامل اصلی کارکرد تمام اجزای یک سیستم کامپیوتری است. بُردِ مادر یا مادربرد یا برداصلی (به انگلیسی : Mainboard یا Motherboard ) تخته مداری الکتریکی است که بخشهای گوناگون یک کامپیوتر، مانند واحد پردازنده مرکزی (CPU) ، حافظه دسترسی اتفاقی (RAM) و… روی آن سوار میشوند و بخشهای بسیار کاربردی و مهمی نظیر بایوس ( BIOS ) در آن قرار گرفتهاند. در این مقاله میخواهیم آناتومی و ساختار یک مادربرد را بررسی کنیم و قسمتهای مختلف آن را تجزیه کنیم تا ببینیم هر قسمت از آن چه کاری انجام میدهد. مادربرد و وظیفه آن چیست؟
مادربرد دو هدف اصلی دارد: اول اینکه انرژی الکتریکی را دراختیار هر کدام از اجزا قرار میدهد. دوم اینکه مسیری را فراهم میکند تا اجزا بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این دو هدف اصلی و مهم یک ماردبرد است که تقریباْ تمام اجزای تشکیلدهندهی آن برای اجرای این دو هدف کار میکنند. اما نگهداری، تجزیه و تحلیل و بازخورد عملکرد قطعات نیز از اهداف دیگر مادربردها هستند. در مادربردهای مورد استفاده در رایانههای رومیزی و لپتاپها سوکتهایی برای پردازنده (CPU)، ماژولهای حافظه (تقریباْ همیشه از نوع DRAM)، کارتهای توسعه افزودنی (مانند کارت گرافیک)، عامل ذخیرهسازی، ورودی و خروجی و قطعاتی برای برقراری ارتباط با سایر سیستمهای کامیپوتر و سایر سیستمها وجود دارند.
مادربرد، یک برد مدار چاپی الکترونیکی است که دارای کانکتور و سوکتهای زیادی برای اتصال صدها قطعه و ایجاد اثر الکتریکی مابین آنها است. از نظر تئوری مادربرد مورد نیاز نیست. میتوان تمام قطعات را با استفاده از انبوهی از سیمهای مختلف به هم متصل کرد. اما سیگنالها باهم تداخل پیدا میکنند؛ عملکرد آن وحشتناک خواهد بود و استفاده از این روش تلفات قابل توجهی از نظر نیرو، انرژی و حتی قطعات خواهد داشت. برای این بررسی مادربرد از نوع ATX و مدل Asus Z97-Pro Gamer در نظر گرفته شده است. همانطور که در تصویر میبینید تمام اجزا و جزییات آن کاملاْ مشخص است. تقریباْ همهی اجزای آن در تمام مادربردهای دیگر وجود دارد و تنها از نظر شکل و شمایل متفاوت هستند.
سیمکشی مغز یک کامپیوتر
دیاگرام ساختاری نگهدارندهی CPU یا پردازنده LGA1150 نام دارد. البته این نامی است که اینتل برای سوکت نگهدارندههای خود بکار میبرد. LGA مخفف Land Grid Array است که نوع متداولی از فناوری بستهبندی برای پردازندهها و دیگر مدارهای مجتمع است. همانطور که در تصویر زیر میبینید سیستمهای LGA تعداد زیادی پین کوچک روی مادربرد دارند. این پینها وظیفهی تأمین برق و ارتباط با پردازنده را به عهده دارند.
مغزهای بزرگ به حافظههای بزرگ نیاز دارند
نزدیکترین سوکت یا شکاف به پردازندهها از نظر ارتباطی آنهایی هستند که ماژول های DRAM ، حافظهی سیستم aka را در خود جای دادهاند. آنها به طورمستقیم به پردازنده متصل شدهاند و هیچ مانعی در مادربرد میان پردازندهها و حافظهها قرار نمیگیرند. تعداد درگاههای DRAM به پردازنده بستگی دارد؛ زیرا کنترلر حافظه درون پردازندهی مرکزی قرار دارد. در مادربردی که در حال بررسی آن هستیم، پردازندهی که روی آن سوار میشود دارای دو کنترل کنندهی حافظه است که هر کدام از آنها دو حافظه را کنترل میکنند؛ از این رو در کل چهار سوکت وجود دارد. در این مادربرد، سوکتهای حافظه به گونهای رنگی شدهاند تا به کاربر اطلاع دهند که کدام یک توسط کدام کنترلر مدیریت میشوند. آنها معمولاً کانالهای حافظه نامیده میشوند؛ بنابراین کانال شماره یک، دو شکاف را کنترل میکند و کانال شمارهی دو، کنترل دو مورد دیگر را به عهده دارد.
صنعت کامیپوتر از سال 2004 همواره از 240 پین در ماژولهای حافظه استفاده کرده است و هیچ نشانی از تغییر این روند دیده نمیشود. تراشههای جدید با بهبود عملکرد حافظه سریعتر عمل میکنند. در مادربرد مورد بررسی این مقاله، هر یک از کنترلکنندههای حافظه میتوانند 64 بیت «داده بر چرخهساعت» را ارسال و دریافت کنند. بنابراین با وجود دو کنترلر حافظهها دارای 128 پین برای انتقال اطلاعات هستند. پس 240 پین به چه کاری میآید؟ هر تراشهی حافظه در DIMM (در کل 16 عدد، 8 طرف) میتواند 8 بیت در هر «چرخهساعت» را انتقال دهد. به عبارتی دیگر هر تراشه برای انتقال داده به 8 پین نیاز دارد. اما دو تراشه پینهای دادههای یکسان را به اشتراک میگذارند، بنابراین تنها 64 پین از 240 پین دادهای هستند. 176 پین باقیمانده برای اهدافی همچون زمانبندی و ارجاع، انتقال آدرس دادهها (محل قرارگیری اطلاعات در ماژول)، کنترل تراشهها و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز است. به این نتیجه میرسیم که وجود بیش از 240 پین لزوما شرایط را بهتر میکند! مقالههای مرتبط:
چرا مادربرد کامپیوتر به باتری مجهز است؟ بررسی استانداردهای ابعادی مادربردها و کاربردهای مختلف آن نوآوری انقلابی دنیای سختافزار؛ حذف مادربرد و استفاده از قطعه سیلیکونی واحد درگاههای PCI Express 6.0 پهنای باند 256 گیگابایتبرثانیه خواهند داشت
حافظهها تنها قطعهای نیستند که به پردازنده متصل میشوند
حافظههای سیستم برای افزایش کارایی بهطور مستقیم به پردازندهی مرکزی متصل میشوند؛ اما سوکتهای دیگری نیز در این مادربرد وجود دارد که تا حدودی شبیه به حافظهها سیمکشی شدهاند. آنها از نوعی فناوری اتصال بهنام PCI Express استفاده میکنند (مخفف شده به: PCIe) و درون هر پردازندهی مدرن یک کنترلر PCIe قرار گرفتهاست. این کنترلرها میتوانند چندین اتصالات را کنترل کنند (معمولاً به آنها خطوط گفته میشود)؛ حتی در یک سیستم "نقطه به نقطه" خطوط موجود در سوکت با هیچ وسیلهی دیگری به اشتراک گذاشته نمیشود. در مادربرد مورد بررسی این مقاله، کنترلر PCI Express پردازنده دارای 16 خط است. تصویر زیر 3 سوکت را نشان میدهد؛ دو مورد بالایی PCI Express هستند؛ سوکت دیگر، سوکت سیستمهای قدیمی بهنام PCI است که پهنای باند کمتری دارد. سوکت کوچک بالایی دارای برچسب PCIEX1_1 است زیرا این سوکت تنها به یک لِین یا خط درگاه ارتباطی PCI Express مجهز است. سوکت زیر آن نیز با برچسب PCIEX16_1، به 16 لِین مجهز است و برای اتصال کارتهایی با پهنای باند بالا مثل کارت گرافیک به کار میرود.
در تصویر بالا تفاوت بین کانکتورها را مشاهده میکنید. کارت گرافیک (16 خط) در مقایسه با کارت صدا (یک خط) از خطوط بیشتری استفاده میکند. زیرا کارت صدا دادههای کمتری دارد و به خطوط بیشتر و اضافی نیازی ندارد. در مادربرد ما، مانند همهی مادربردهای دیگر سوکت و اتصالات بسیاری برای مدیریت وجود دارند. از همین رو پردازنده پردازش از سایر سوکتها و اتصالات کمک میگیرد. بیایید به قسمت جنوبی برویم و از روی پل عبور کنیم!
اگر به 15 سال پیش برگردیم و به مادربردهای آن زمان نگاه کنیم، با دو تراشهی اضافی روی آنها روبهرو میشویم. این دو برای پشتیبانی از پردازنده ساخته میشدند. بهصورت جداگانه آنها را تراشههای Northbridge یا NB و Southbridge یا SB (به فارسی: پل جنوبی و پل شمالی) مینامیدند. اولی کارتهای حافظه سیستم و کارتهای گرفیکی را اداره میکرد و دومی برای پردازش دادهها و دستورالعملهای مربوط به سایر موارد مورد استفاده بود.
در نمونه مادربرد مورد بررسی SB با یک هیتسینک پوشانده شده است. این SB، تراشه پیشرفتهی Intel Z97 است که دارای چندین نوع و تعدادی اتصالات است. ویژگیهایی که این تراشه ارائه میدهد به شرح زیر است: 8 PCI Express lanes (version 2.0 PCIe) 14 USB ports (6 for version 3.0, 8 for version 2.0) 6 Serial ATA ports (version 3.0 SATA) همچنین دارای آداپتور یکپارچهی شبکه، تراشه یکپارچهی صدا، خروجی صفحهنمایش VGA و مجموعهی کاملی از دیگر کنترلر سیستم و زمان است. سایر مادربردها ممکن است دارای تراشههای پیشرفتهتری باشند؛ بهعنوان مثال ممکن است خطوط PCIe بیشتری ارائه کنند. اما بهطور کلی، بیشتر تراشهها ویژگیهای یکسان و استانداردی ارائه میدهند. مانند بسیاری از تراشهها، بسته به آنچه در زمان واحد به مادربرد متصل شده است، این تراشه تمام اتصالات مختلف از مجموعهای از پورتهای مانند PCI Express ،USB ،SATA یا شبکه را با استفاده از پهنای باند دردسترس کنترل میکند. بدین ترتیب محدودیتهایی در استفادهی همزمان از تمامی درگاههای مادربرد وجود دارد.
سوکت M.2، که برای اتصال حافظهی SSD استفاده میشود از فناوری ارتباطی فوقسریع PCI Express برای ارتباط سریع با حافظهها بهره میبرد. با این حال، در برخی از ترکیبهای CPU/مادربرد، سوکتهای M.2 مستقیماً به CPU متصل میشوند؛ زیرا بسیاری از محصولات جدید بیش از 16 خط PCIe را پشتیبانی میکنند و بدین ترتیب حافظهی M2 پهنای باند مستقلی برای خود خواهد داشت. در امتداد سمت چپ این مادربرد ، یک ردیف کانکتور وجود دارد که معمولاً به آن مجموعهی I/O (ورودی/خروجی - input/output ) گفته میشود و در این ماردبرد، تراشهی Southbridge تنها تعدادی از آنها را کنترل میکند. درگاه PS/2 برای اتصال ماوس و کیبورد (بالا سمت چپ) درگاه VGA برای اتصال به مانیتورهای قدیمی (وسط بالا - رنگ مشکی) درگاه DVI برای اتصال به نمایشگرهای جدید (وسط پایین - رنگ سفید) درگاه HDMI برای اتصال به نمایشگرهای جدید و انتقال همزمان صدا و تصویر (پایین سمت چپ) پورتهای USB 2.0 (پایین سمت چپ با رنگ مشکی) پورتهای USB 3.0 (پایین سمت راست با رنگ آبی)
پردازندهها و تراشهها در پشتیبانی یا اتصال محدودیت دارند؛ ازاینرو بیشتر تولیدکنندگان مادربرد با استفاده از دیگر مدارهای مجتمع، محصولاتی با ویژگیهای بیشتری ارائه میدهند. بهعنوان مثال، این ویژگیها ممکن است افزودن پورتهای SATA بیشتر یا کانکتورهای دستگاههای قدیمی باشد. مادربرد ایسوس مورد بررسی این مقاله از تراشهی Nuvoton NCT6791D بهره گرفته و همهی کانکتورهای کوچک برای فنها و حسگرهای دما را ارائه میدهد. پردازندهی Asmedia ASM1083 درکنار آن، دو سوکت PCI را مدیریت میکند؛ زیرا تراشهی Intel Z97 چنین توانایی را ندارد.
تراشهی دیگری که در این مادربرد بهصورت جداگانه افزوده شده است، تراشهی صدا است. تراشه اینتل دارای پردازندهی صدای یکپارچهی مخصوص به خود است. اما به همان دلایلی که یک تراشهی جداگانه برای شبکه در نظر گرفته شده است، و همچنین بهعنوان مثال استفاده از کارت گرافیکی جداگانه ارزش بیشتری دارد، ایسوس تراشهی صدا را نیز جدا کرده است. به عبارت دیگر تراشههای جداگانه همیشه بهتر هستند.
مادربردهای با قابلیت اورکلاک پردازنده ، تراشه و حافظههای سیستمی در حال حاضر از نوع عادی هستند و بسیاری از آنها برای مدیریت این ویژگیها از مدارهای مجتمع اضافی بهره میبرند. در برد نمونهی این مقاله، که با رنگ قرمز مشخص شده است، ایسوس از طراحی خود بهنام TPU ("واحد پردازش TurboV") استفاده میکند که سرعت و ولتاژ کلاک را به سطحی خوب و قابلکنترل تنظیم میکند.
حافظهی فلش مادربرد مورد بررسی تراشهی Winbond است که 8 مگابایت اندازه دارد. این مقدار برای نگهداری همهی نرمافزارهای موردنیاز کافی است. این نوع از حافظههای فلش به گونهای طراحی شدهاند که از قدرت بسیار کمی استفاده میکنند و میتوانند برای چندین دهه دادهها را در خود حفظ میکنند. هنگام روشن کردن کامیپوتر محتویات حافظه فلش بهطورمستقیم در حافظهی نهان پردازنده مرکزی یا حافظهی سیستم کپی میشود و سپس با بالاترین کارایی از آنجا اجرای میشوند. تنها چیزی که این نوع حافظه نمیتواند در خود نگهدارد، زمان است.
برای تأمین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای اجرای مادربرد و بسیاری از دستگاههای متصل به آن، به واحد منبع تغذیه (به انگلیسی : Power supply unit ) ( اختصاری PSU ) نیاز است. واحد منبع تغذیه تعدادی کانکتور استاندارد برای این منظور دارد. اصلیترین آن یک سوکت 24 پین ATX12V نسخهی 2/4 است. مقدار جریانی که میتوان از پینها گرفت به PSU بستگی دارد؛ اما ولتاژها بهصورت صنعتی روی 3/3 ، +5 و +12 ولت تنظیم شدهاند.
کانکتورهای PSU دارای سیمهای کدگذاری شدهی رنگی هستند. این رنگها نشان میدهد که هر سیم برای چهچیزی هستند. اما سوکتهای موجود روی مادربرد اطلاعات خاصی به شما نمیدهند. در تصویر زیر دیاگرام دو سوکت برق آورده شده است:
آشنایی با انواع سوکتهای پردازنده
VRM یا voltage regulation modules ) گفته میشوند و بهراحتی در هر مادربرد قابل مشاهده است.
VRMها معمولاً توسط تراشهی جداگانه مدیریت میشوند و دستگاه را رصد میکند و ماژولها را برای ولتاژ موردنیاز سوئیچ میکنند. آنها کنترلکنندههای ماژولار وسعت پالس چندفاز نامیده میشوند. ایسوس آنها را EPU مینامد! آنها خارج از کار کاملا داغ میشوند؛ از اینرو اغلب برای جلوگیری از اتلاف انرژی، توسط یک هیتسینک فلزی پوشانده میشوند. یک پردازندهی دسکتاپ استاندارد، مانند Intel i7-9700K، میتواند بیش از 100 آمپر جریان را هنگام بارگیری کامل بگیرد. VRMها بسیار کارآمد هستند؛ اما آنها نمیتوانند بدون تلفات، ولتاژ را تغییر دهند. آخرین اتصال دهندهها
آخرین اتصال دهندههایی که میتوان به آنها اشاره کرد، مواردی هستند که میتوانند عملکرد اصلی مادربرد را کنترل کنند و دستگاههای اضافی یا افزونههایی را به آنها وصل کنید. تصویر زیر مجموعهی اصلی کنترل، چراغها و پین بلندگو کیس را نشان میدهد:
بیشتر مادربردها همانطور که در بالا نشان داده شده است دارای آرایههای مشابهی از کانکتورهای اضافی و کمکی هستند. این اتصالات برخی از قابلیتهای مادربرد را به کیس منتقل میکنند. از چپ به راست، مادربرد ایسوس این مقاله ویژگیهای زیر را دارد: کانکتور پنل صدا: اگر کیس کامپیوتر ورودی و خروجی جکهای هدفون/میکروفون را دارا باشد، میتوانند به تراشهی رویبرد وصل شوند. کانکتور صدای دیجیتالی: همان کانکتور صوتی دیگری است که به S/PDIF متصل میشود. BIOS jumper clear: بایوس را به تنظیمات پیشفرض کارخانه برمیگرداند. همچنین یک کانکتور پروب حرارتی نیز در پشت آن پنهان شده است. کانکتور ماژول Platform Trusted: برای کمک به ایمن تر شدن مادربرد و سیستمهایی که از آن استفاده میشود. کانکتور سریال (COM): رابط باستانی! استفاده از آن در این عصر دور از ذهن است! همچنین در سراسر این مادربرد کانکتورهای زیادی از جمله فن و پورت USB اضافی وجود دارد؛ با اینکه همهی مادربردها به این کانکتورها مجهز نیستند، اما در حال حاضر عموم محصولات موجود در بازار از آنها بهره میبرند. همهی آنچه که دیدید به هم متصل می شوند !
قبل از اینکه بررسی آناتومی مادربرد را پایان دهیم، بیایید بهطور خلاصه در مورد نحوهی سیم کشی همه این دستگاهها و کانکتورها کمی صحبت کنیم؛ در این مقاله به نوع اتصال و اثر الکتریکی آنها اشاره کردیم. به عبارت ساده، آنها نوارهای کوچکی از مس هستند. در تصویر زیر آنها را با رنگ مشکی میتوانید مشاهده کنید. بسیار زیبا هستند! با این حال، این فقط تعداد کمی از هزاران اثر مورد نیاز است. باقی اثرها بین لایههای مختلفی که برد کامل مدار را تشکیل میدهند، پیچیده شدهاند. مادربردهای ساده و ارزانقیمت تنها ممکن است دارای 4 لایه باشند؛ اما امروزه اکثر آنها دارای 6 تا 8 لایه هستند. البته اضافهکردن لایههای بیشتر خودبهخود همه چیز را بهتر نمیکند. مهم این است که چه تعداد اثر در کل مجموعه بهکاررفتهاست و اینکه که آنها چقدر از هم جدا و عایق هستند؛ وجود عایق از تداخل آنها با یکدیگر جلوگیری میکند.
.h_iframe-aparat_embed_frame{position:relative}.h_iframe-aparat_embed_frame .ratio{display:block;width:100%;height:auto}.h_iframe-aparat_embed_frame iframe{position:absolute;top:0;left:0;width:100%;height:100%}
این داستانی متفاوت برای تولید مادربردها در مقیاس صنعتی است؛ البته برای درک پیچیدگی موضوع، دو فیلم زیر را بررسی کنید. فیلم اول نحوهی طراحی و ساخت تابلوهای مدار است. فیلم دوم روند اصلی مونتاژ یک مادربرد معمولی را به شما نشان میدهد. لذت ببرید! کوچکی از مس هستند. در تصویر زیر آنها را با رنگ مشکی میتوانید مشاهده کنید. بسیار زیبا هستند! با این حال، این فقط تعداد کمی از هزاران اثر مورد نیاز است. باقی اثرها بین لایههای مختلفی که برد کامل مدار را تشکیل میدهند، پیچیده شدهاند. مادربردهای ساده و ارزانقیمت تنها ممکن است دارای 4 لایه باشند؛ اما امروزه اکثر آنها دارای 6 تا 8 لایه هستند. البته اضافهکردن لایههای بیشتر خودبهخود همه چیز را بهتر نمیکند. مهم این است که چه تعداد اثر در کل مجموعه بهکاررفتهاست و اینکه که آنها چقدر از هم جدا و عایق هستند؛ وجود عایق از تداخل آنها با یکدیگر جلوگیری میکند. طراحان مادربرد از نرم افزارهایی استفاده میکنند تا به اثرهای الکتریکی در یافتن بهترین مسیرهای ممکن کمک کنند. مهندسین با تجربه اغلب قصد دارند لایهها را بسیار پیچیده کنند. ویدیوی زیر برای درک چگونگی پردازش مسیریابی آثارالکتریکی در تابلوهای مدار چاپی ( PCB مخفف Printed Circuit Board یا بُرد مدار چاپی ) را ببینید:
سخن آخر
آنچهکه تا الان دیدیم: کالبدشکافی یک مادربرد کامپیوتر رومیزی یا دسکتاپ مدرن بود. دارای حجمی بزرگ، مدارهای پیچیده، مملو از پردازندهها، سوئیچها، کانکتورها و تراشههای حافظه هستند. این فناوریها هیجانانگیر بهطورمداروم در حال استفاده هستند؛ اما اغلب آنها را فراموش میکنیم ، زیرا آنها در فضایی بسته بهنام کیس قرار میگیرند. امیدواریم از این کالبدشکافی و بررسی لذت و استفاده برده باشید. در بخش نظرات منتظر نظرها، انتقادها و پیشنهادی شما خوانندگان زومیتی هستیم؛ به ما بگویید آیا تابحال و قبل از این مقاله به نوع عملکرد مادربرد فکر کرده بودید؟ دوست دارید چه دستگاه یا قطعهی دیگری را کالبدشکافی کنیم؟
http://www.PoliticalMarketing.ir/fa/News/128936/آناتومی-گجت--مادربرد؛-مملو-از-فناوری-های-هیجان-انگیز!