آناتومي گجت: مادربرد؛ مملو از فناوري هاي هيجان انگيز!

تقريباْ همه‌ي ما يك كاميپوتر در محل كار، مدرسه يا خانه داريم كه هركدام ممكن است به نوع مختلفي از آن بهره ببريم.به احتمال زياد شغل بسياري از مردم نيز به كامپيوتر يا اجزاي آن مرتبط است. اما چقدر از ساختار تشكيل‌دهنده‌ي يك كامپيوتر آگاه هستيد؟ آيا آن‌ها را مي‌شناسيد؟ تصور بسياري از ما اين است كه قطعه‌ي كليدي يك سيستم كامپيوتري پردازنده يا CPU است؛ يا تصوير مي‌كنيم كارت گرافيك‌ تنها قطعه‌ي مهمي است كه يك گيمر بايد به آن توجه كند. غافل از اينكه مادربرد قطعه‌ي اصلي و عامل اصلي كاركرد تمام اجزاي يك سيستم كامپيوتري است.

بُرد مادر يا مادربرد يا برداصلي (به انگليسي: Mainboard يا Motherboard) تخته مداري الكتريكي است كه بخش‌هاي گوناگون يك كامپيوتر، مانند واحد پردازنده مركزي (CPU)، حافظه دسترسي اتفاقي (RAM) و… روي آن سوار مي‌شوند و بخش‌هاي بسيار متخصصدي و مهمي نظير بايوس (BIOS) در آن قرار گرفته‌اند. در اين مقاله مي‌خواهيم آناتومي و ساختار يك مادربرد را مطالعه كنيم و قسمت‌هاي مختلف آن را تجزيه كنيم تا ببينيم هر قسمت از آن چه كاري انجام مي‌دهد. با مطالعه اين مطلب ديد بهتري در مورد مادربرد و آنچه پيش از خريد مادربرد بايد بدانيد كسب خواهيد كرد.

مادربرد دو هدف اصلي دارد:

• اول اينكه انرژي الكتريكي را دراختيار هر كدام از اجزا قرار مي‌دهد.
• دوم اينكه مسيري را فراهم مي‌كند تا اجزا بتوانند با يكديگر ارتباط برقرار كنند.

اين دو هدف اصلي و مهم يك ماردبرد است كه تقريباْ تمام اجزاي تشكيل‌دهنده‌ي آن براي اجراي اين دو هدف كار مي‌كنند. اما نگه‌داري، تجزيه و تحليل و بازخورد عملكرد قطعات نيز از اهداف ديگر مادربردها هستند. در مادربردهاي مورد استفاده در رايانه‌هاي روميزي و لپ‌تاپ‌ها سوكت‌هايي براي پردازنده (CPU)، ماژول‌هاي حافظه (تقريباْ هميشه از نوع DRAM)، كارت‌هاي توسعه افزودني (مانند كارت گرافيك)، عامل ذخيره‌سازي، ورودي و خروجي و قطعاتي براي برقراري ارتباط با ساير سيستم‌هاي كاميپوتر و ساير سيستم‌ها وجود دارند.

مادربردهاي استاندارد تنها از انديشه متخصصين اندازه متفاوت هستند. اما استانداردهاي متنوع ديگري نيز وجود دارد كه سازندگان به رعايت آن‌ها تمايل دارند. البته هستند سازندگاني كه علاقه‌اي به رعايت استانداردها ندارند. سه اندازه‌ي اصلي و استاندارد مادربردها به شرح زير است:

• Standard ATX - 12 × 9.6 inches (305 × 244 mm)
• Micro ATX - 9.6 × 9.6 inches (244 × 244 mm)
• Mini ATX - 5.9 × 5.9 inches (150 × 150 mm)

در اين مقاله ما آناتومي مادربرد استاندارد ATX (نمونه‌ي به‌كار رفته در دسكتاپ‌هاي متداول) را مطالعه مي‌كنيم. تنها تفاوت بين مادربردهاي بزرگ و كوچك تعداد سوكت‌ها براي ارتباط قطعات بيشتر و ارائه‌ي برق و نيروي بيشتر است. به عبارتي مادربردهاي بزرگ‌تر سوكت و نيروي بيشتري ارائه مي‌دهند. در انديشه متخصصين داشته باشيد كه مادربرد بزرگ‌تر به كيس بزرگ‌تري نيز احتياج دارد و بدين ترتيب ابعاد كامپيوتر دسكتاپ نيز به شكل‌قابل توجي افزايش مي‌يابد. به‌همين دليل تنها در صورتي كه به درگاه و پورت‌هاي بيشتر احتياج داريد، به سراغ مادربرد‌هاي بزرگ و گران‌تر برويد.

مادربرد، يك برد مدار چاپي الكترونيكي است كه داراي كانكتور و سوكت‌هاي زيادي براي اتصال صدها قطعه و ايجاد اثر الكتريكي مابين آن‌ها است. از انديشه متخصصين تئوري مادربرد مورد نياز نيست. مي‌توان تمام قطعات را با استفاده از انبوهي از سيم‌هاي مختلف به هم متصل كرد. اما سيگنال‌ها باهم تداخل پيدا مي‌كنند؛ عملكرد آن وحشتناك خواهد بود و استفاده از اين روش تلفات قابل توجهي از انديشه متخصصين نيرو، انرژي و حتي قطعات خواهد داشت.

براي اين مطالعه مادربرد از نوع ATX و مدل Asus Z97-Pro Gamer در انديشه متخصصين گرفته شده است. همان‌طور كه در تصوير مي‌بينيد تمام اجزا و جزييات آن كاملاْ مشخص است. تقريباْ همه‌ي اجزاي آن در تمام مادربردهاي ديگر وجود دارد و تنها از انديشه متخصصين شكل و شمايل متفاوت هستند.

شايد در نگاه اول كمي سردرگم شويد. طبيعي است؛ پس بياييد اين تصوير را كنار بگذاريم و با دياگرامي ساده مطالعه را شروع كنيم. با وجود سادگي مي‌بيند كه سوكت‌ها و كانكتورهاي زيادي براي مطالعه وجود دارند. پس از مهم‌ترين آن‌ها شروع مي‌كنيم.

دياگرام ساختاري نگهدارنده‌ي CPU يا پردازنده LGA1150 نام دارد. البته اين نامي است كه اينتل براي سوكت نگهدارنده‌هاي خود بكار مي‌برد. LGA مخفف Land Grid Array است كه نوع متداولي از فناوري بسته‌بندي براي پردازنده‌ها و ديگر مدارهاي مجتمع است. همان‌طور كه در تصوير زير مي‌بينيد سيستم‌هاي LGA تعداد زيادي پين كوچك روي مادربرد دارند. اين پين‌ها وظيفه‌ي تأمين برق و ارتباط با پردازنده را به عهده دارند.

براكت فلزي نام نگهدارنده‌ي است كه پردازنده‌ را روي مادربرد نگه ‌مي‌دارد. وقتي براكت را از روي مادربرد برمي‌داريم با تعداد زيادي پين مشاهده مي‌كنيم. مادربردها از انديشه متخصصين تعداد پين‌ها متفاوت هستند. به‌طور كلي هرچه پردازنده‌ها توانايي و قدرت بيشتري داشته باشند (از انديشه متخصصين تعداد هسته، مقدار حافظه نهان و...)، پين‌هاي بيشتري در سوكت يافت مي‌شود. وظيفه‌ي بيشتر پين‌ها براي ارسال و دريافت داده‌ها به ويژگي مهم بعدي اين مقاله است.

نزديك‌ترين سوكت يا شكاف به پردازنده‌ها از انديشه متخصصين ارتباطي آنهايي هستند كه ماژول هاي DRAM، حافظه‌ي سيستم aka را در خود جاي داده‌اند. آن‌ها به طورمستقيم به پردازنده متصل شده‌اند و هيچ مانعي در مادربرد ميان پردازنده‌ها و حافظه‌ها قرار نمي‌گيرند. تعداد درگاه‌هاي DRAM به پردازنده بستگي دارد؛ زيرا كنترلر حافظه درون پردازنده‌ي مركزي قرار دارد.

در مادربردي كه در حال مطالعه آن هستيم، پردازنده‌ي كه روي آن سوار مي‌شود داراي دو كنترل كننده‌ي حافظه است كه هر كدام از آن‌ها دو حافظه را كنترل مي‌كنند؛ از اين رو در كل چهار سوكت وجود دارد. در اين مادربرد، سوكت‌هاي حافظه به گونه‌اي رنگي شده‌اند تا به متخصص اطلاع دهند كه كدام يك توسط كدام كنترلر مديريت مي‌شوند. آن‌ها معمولاً كانال‌هاي حافظه ناميده مي‌شوند؛ بنابراين كانال شماره يك، دو شكاف را كنترل مي‌كند و كانال شماره‌ي دو، كنترل دو مورد ديگر را به عهده دارد.

در اين مادربرد خاص، رنگ درگاه‌ها كمي گيج كننده است و ممكن است متخصص را گيج كند؛ يكي از دو شيار سياه و خاكستري كنترل كننده‌ي حافظه هستند. شكاف سياه نزديك به سوكت پردازنده كانال شماره يك است و سياه يا خاكستري بعدي كانال شماره دو است.

استفاده‌ي هم‌زمان از هر دو كنترلر عملكرد كلي سيستم حافظه را افزايش مي‌دهد. براي مثال اگر شما دو ماژول رم ۸ گيگابايتي داريد، مهم نيست آن‌ها را در چه شكاف‌هايي قرار دهيد؛ هميشه ۱۶ گيگابايت حافظه دردسترس خواهيد داشت. از طرف ديگر اگر هردو ماژول را در دو شكاف سياه (يا در دو شكاف خاكستري) قرار دهيد، پردازنده مسيرهاي ممكن براي دستيابي به آن حافظه را دو برابر مي‌كند. اگر هر ماژول را در هررنگ متفاوتي نصب كنيد، سيستم مجبور خواهد شد فقط با يك كنترل كننده‌ به حافظه دسترسي پيدا كند.

در تركيبي كه پردازنده/مادربرد از تراشه‌هاي DDR3 SDRAM (نرخ داده‌هاي دوبرابر نسخه‌ي ۳، حافظه دستيابي تصادفي پويا هم‌زمان) استفاده مي‌كند، هر سوكت يك SIMM يا DIMM نگه مي دارد؛ قسمت "IMM" مخفف ماژول حافظه Inline است. منظور از S و D تكي و دوتايي است؛ اينكه ماژول داري يك طرف پر از تراشه باشد يا اينكه دو طرف پر از تراشه باشد؛ (Single or Dual).

در امتداد لبه‌ي پاييني ماژول حافظه تعداد زيادي از اتصالات با روكش طلا وجود دارد؛ در اين نوع حافظه در مجموع ۲۴۰ عدد از آن‌ها (در هر طرف ۱۲۰) وجوددارد. اين اتصالات سيگنال‌هاي قدرت و داده را براي تراشه‌ها فراهم مي‌كنند. ماژول‌هاي بزرگتر امكان دسترسي به حافظه‌ي بيشتري را مي‌دهند. اما كل آماده‌سازي توسط پين‌هاي موجود روي پردازنده محدود مي‌شود. تقريباْ نيمي از ۱۱۵۰ پين موجود در مادربرد مورد مطالعه ما براي كنترل تراشه‌هاي حافظه و فضاي لازم براي همه‌ي اثر يا سيم‌كشي‌هاي برق اختصاص داده شده است. 

صنعت كاميپوتر از سال ۲۰۰۴ همواره از ۲۴۰ پين در ماژول‌هاي حافظه استفاده كرده است و هيچ نشاني از تغيير اين روند ديده نمي‌شود. تراشه‌هاي جديد با بهبود عملكرد حافظه سريع‌تر عمل مي‌كنند. در مادربرد مورد مطالعه اين مقاله، هر يك از كنترل‌كننده‌هاي حافظه مي‌توانند ۶۴ بيت «داده بر چرخه‌ساعت» را ارسال و دريافت كنند. بنابراين با وجود دو كنترلر حافظه‌ها داراي ۱۲۸ پين براي انتقال اطلاعات هستند. پس ۲۴۰ پين به چه كاري مي‌آيد؟

هر تراشه‌ي حافظه در DIMM (در كل ۱۶ عدد، ۸ طرف) مي‌تواند ۸ بيت در هر «چرخه‌ساعت» را انتقال دهد. به عبارتي ديگر هر تراشه براي انتقال داده به ۸ پين نياز دارد. اما دو تراشه پين‌هاي ​​داده‌هاي يكسان را به اشتراك مي‌گذارند، بنابراين تنها ۶۴ پين از ۲۴۰ پين داده‌اي هستند. ۱۷۶ پين باقيمانده براي اهدافي همچون زمان‌بندي و ارجاع، انتقال آدرس داده‌ها (محل قرارگيري اطلاعات در ماژول)، كنترل تراشه‌ها و تأمين انرژي الكتريكي مورد نياز است. به اين نتيجه مي‌رسيم كه وجود بيش از ۲۴۰ پين لاخبار تخصصيا شرايط را بهتر مي‌كند!

حافظه‌هاي سيستم براي افزايش كارايي به‌طور مستقيم به پردازنده‌ي مركزي متصل مي‌شوند؛ اما سوكت‌هاي ديگري نيز در اين مادربرد وجود دارد كه تا حدودي شبيه به حافظه‌ها سيم‌كشي شده‌اند. آن‌ها از نوعي فناوري اتصال به‌نام PCI Express استفاده مي‌كنند (مخفف شده به: PCIe) و درون هر پردازنده‌ي مدرن يك كنترلر PCIe قرار گرفته‌است.

اين كنترلرها مي‌توانند چندين اتصالات را كنترل كنند (معمولاً به آن‌ها خطوط گفته مي‌شود)؛ حتي در يك سيستم "نقطه به نقطه" خطوط موجود در سوكت با هيچ وسيله‌ي ديگري به اشتراك گذاشته نمي‌شود. در مادربرد مورد مطالعه اين مقاله، كنترلر PCI Express پردازنده داراي ۱۶ خط است.

تصوير زير ۳ سوكت را نشان مي‌دهد؛ دو مورد بالايي PCI Express هستند؛ سوكت ديگر، سوكت سيستم‌هاي قديمي به‌نام PCI است كه پهناي باند كمتري دارد. سوكت كوچك بالايي داراي برچسب PCIEX1_1 است زيرا اين سوكت تنها به يك لِين يا خط درگاه ارتباطي PCI Express مجهز است. سوكت زير آن نيز با برچسب PCIEX16_1، به ۱۶ لِين مجهز است و براي اتصال كارت‌هايي با پهناي باند بالا مثل كارت گرافيك به كار مي‌رود.

حال كمي به عقب برگرديد و تصوير كلي مادربرد را يك بار ديگر نگاه كنيد. سوكت‌هاي زير را مشاهده مي‌كنيد:

• دو شكاف PCI Express 1 lane با پهناي باند ۱ لِين
• سه شكاف PCI Express با پهناي باند ۱۶ لِين
• دو سوكت PCI

اما اگر كنترلر پردازنده تنها همراهي از ۱۶ لين PCI.e داشته باشد، چه اتفاقي مي‌افتد؟ اول از همه، فقط PCIEX16_1 و PCIEX16_2 به پردازنده متصل مي‌شوند - سومين سوكت همراه‌با دو سوكت تك خطي ديگر به يك پردازنده ديگر در مادربرد متصل مي‌شوند. دوم، اگر در هر دو سوكت از ماژول‌هاي ۱۶ لين PCIe استفاده شود، پردازنده تنها ۸ لين را به هر يك اختصاص مي‌دهد و بدين ترتيب با وجود همراهي مادربرد، اما به‌دليل محدوديت پردازنده پهناي باند درگاه‌ها نصف مي‌شود. اين نكته درمورد همه‌ي پردازنده‌ي امروزي صدق مي‌كند. درواقع آن‌ها تعداد محدودي از لين‌ها (يا خطوط ارتباطي PCI.E) را همراهي مي‌كنند. بنابراين هرچه تعداد كارت‌هايي كه به پردازنده متصل مي‌شوند، بيشتر باشد، به همان نسبت از تعداد خطوطي كه به هر كارت اختصاص مي‌يابد، كاهش مي‌يابد.

بسته به اينكه از چه مادربردي استفاده كنيد، راهكارها و تنظيمات مختلفي براي ارتباط مابين پردازنده‌ها و كنترلرها وجود دارد. به‌عنوان مثال مادربرد Gigabyte B450M Gaming داراي يك سوكت ۱۶ خطي PCIe، يك سوكت ۴ خطي PCIe و يك سوكت ۴ خطي M.2 است. تنها ۱۶ خط دردسترس پردازنده است؛ اما با استفاده از دو سوكت بزرگتر X16 به اجبار به ۸ خط متصل مي‌شود.

رايج‌ترين مواردي كه از سوكت‌ها استفاده مي‌كنند مطابق زير است:

• كارت‌هاي گرافيك: ۱۶ خط
• حافظه SSD يا حالت جامد (تنها در صورت اتصال ازطريق درگاه M2 به مادبرد): ۴ خط
• كارت‌هاي صدا و آداپتورهاي شبكه: ۱ خط

در تصوير بالا تفاوت بين كانكتورها را مشاهده مي‌كنيد. كارت گرافيك (۱۶ خط) در مقايسه با كارت صدا (يك خط) از خطوط بيشتري استفاده مي‌كند. زيرا كارت صدا داده‌هاي كمتري دارد و به خطوط بيشتر و اضافي نيازي ندارد. در مادربرد ما، مانند همه‌ي مادربردهاي ديگر سوكت و اتصالات بسياري براي مديريت وجود دارند. از همين رو پردازنده پردازش از ساير سوكت‌ها و اتصالات كمك مي‌گيرد.

اگر به ۱۵ سال پيش برگرديم و به مادربردهاي آن زمان نگاه كنيم، با دو تراشه‌ي اضافي روي آن‌ها رو‌به‌رو مي‌شويم. اين دو براي همراهي از پردازنده ساخته مي‌شدند. به‌صورت جداگانه آن‌ها را تراشه‌هاي Northbridge يا NB و Southbridge يا SB (به فارسي: پل جنوبي و پل شمالي) مي‌ناميدند. اولي كارت‌هاي حافظه سيستم و كارت‌هاي گرفيكي را اداره مي‌كرد و دومي براي پردازش داده‌ها و دستورالعمل‌هاي مربوط به ساير موارد مورد استفاده بود.

تصوير بالا، از يك مادربرد ASRock 939SLI32، به وضوح تراشه‌هاي NB/SB را نشان مي‌دهد؛ هر دوي آن‌ها در زير هيت‌سينك‌هاي آلومينيومي پنهان هستند؛ اما يكي از آن‌ها كه به سوكت پردازنده نزديك‌تر است و در وسط تصوير قرار گرفته، Northbridge است. چند سال پس از پايان استفاده از اين محصول، هر دو توليدكننده‌ي پردازنده، يعني اينتل و AMD، پردازنده‌هايي را عرضه كردند كه NB در آن‌ها ادغام شده بود. از طرفي اما Southbridge جدا مانده است و احتمال استفاده از آن در آينده قابل پيش‌بيني است. جالب اينجا است كه هر دو توليد‌كننده‌ي CPU استفاده از نام SB را متوقف كرده‌اند و به آن لقب تراشه (نام اطلاقي اينتل PCH، مركز كنترل پلتفرم است) مي‌دهند؛ حتي اگر تراشه‌‌اي واحد باشد.

در نمونه مادربرد مورد مطالعه SB با يك هيت‌سينك پوشانده شده است. اين SB، تراشه پيشرفته‌ي Intel Z97 است كه داراي چندين نوع و تعدادي اتصالات است. ويژگي‌هايي كه اين تراشه ارائه مي‌دهد به شرح زير 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)

همچنين داراي آداپتور يكپارچه‌ي شبكه، تراشه يكپارچه‌ي صدا، خروجي صفحه‌نمايش VGA و مجموعه‌ي كاملي از ديگر كنترلر سيستم و زمان است. ساير مادربردها ممكن است داراي تراشه‌هاي پيشرفته‌تري باشند؛ به‌عنوان مثال ممكن است خطوط PCIe بيشتري ارائه كنند. اما به‌طور كلي، بيشتر تراشه‌ها ويژگي‌هاي يكسان و استانداردي ارائه مي‌دهند.

مانند بسياري از تراشه‌ها، بسته به آنچه در زمان واحد به مادربرد متصل شده است، اين تراشه تمام اتصالات مختلف از مجموعه‌اي از پورت‌هاي مانند PCI Express ،USB ،SATA يا شبكه را با استفاده از پهناي باند دردسترس كنترل مي‌كند. بدين ترتيب محدوديت‌هايي در استفاده‌ي هم‌زمان از تمامي درگاه‌هاي مادربرد وجود دارد.

در مادربرد مورد مثال، درگاه‌هاي SATA (كه براي اتصال هارددرايوها، دي‌وي‌دي رايترها و... استفاده مي‌شوند) به دليل محدوديت پهناي باند ارتباطي كلي مادربرد كه در بالا گفته شد، گروه‌بندي شده است. بلوك ۴ پورت سمت راست، از استاندارد ارتباطي عادي USB استفاده مي‌كنند؛ درحالي ‌كه كانكتور‌هاي سمت چپ از اتصال سريع اين فناوري بهره مي‌برند. بنابراين اگر از كانكتورهاي سمت چپ استفاده كنيد، پهناي باند ارتباطي كمتري براي ساير سوكت‌ها خواهد داشت. در مورد پورت هاي USB 3.0 نيز همين مسئله صدق مي‌كند. حداكثر دستگاه‌هاي قابل پيشتيباني ۶ دستگاه هستند؛ اما فقط ۲ عدد از پورت‌ها داراي كانكتور پرسرعت هستند.

سوكت M.2، كه براي اتصال حافظه‌ ذخيره‌سازي SSD استفاده مي‌شود از فناوري ارتباطي فوق‌سريع PCI Express براي ارتباط سريع با حافظه‌ها بهره مي‌برد. بااين‌حال، در برخي از تركيب‌هاي CPU/مادربرد، سوكت‌هاي M.2 مستقيماً به CPU متصل مي‌شوند؛ زيرا بسياري از محصولات جديد بيش از ۱۶ خط PCIe را همراهي مي‌كنند و بدين ترتيب حافظه‌ي M2 پهناي باند مستقلي براي خود خواهد داشت.

در امتداد سمت چپ اين مادربرد، يك رديف كانكتور وجود دارد كه معمولاً به آن مجموعه‌ي I/O (ورودي/خروجي - input/output) گفته مي‌شود و در اين ماردبرد، تراشه‌ي Southbridge تنها تعدادي از آن‌ها را كنترل مي‌كند. 

• درگاه PS/2 براي اتصال ماوس و كيبورد (بالا سمت چپ)
• درگاه VGA براي اتصال به مانيتور‌هاي قديمي (وسط بالا - رنگ مشكي)
• درگاه DVI براي اتصال به نمايشگر‌هاي جديد (وسط پايين - رنگ سفيد)
• درگاه HDMI براي اتصال به نمايشگر‌هاي جديد و انتقال هم‌زمان صدا و تصوير (پايين سمت چپ)
• پورت‌هاي USB 2.0 (پايين سمت چپ با رنگ مشكي)
• پورت‌هاي USB 3.0 (پايين سمت راست با رنگ آبي)

در صورت تجهيز پردازنده‌ي مركزي به واحد گرافيكي يكپارچه، سوكت HDMI و DVI-D فعال مي‌شود. ساير سوكت‌ها توسط تراشه‌هاي اضافي كنترل مي‌شوند. بياييد نگاهي به آن‌ها بيندازيم.

پردازنده‌ها و تراشه‌ها در همراهي يا اتصال محدوديت دارند؛ ازاين‌رو بيشتر توليدكنندگان مادربرد با استفاده از ديگر مدارهاي مجتمع، محصولاتي با ويژگي‌هاي بيشتري ارائه مي‌دهند. به‌عنوان مثال، اين ويژگي‌ها ممكن است افزودن پورت‌هاي SATA بيشتر يا كانكتورهاي دستگاه‌هاي قديمي باشد. مادربرد ايسوس مورد مطالعه اين مقاله از تراشه‌ي Nuvoton NCT6791D بهره گرفته و همه‌ي كانكتورهاي كوچك براي فن‌ها و حسگرهاي دما را ارائه مي‌دهد. پردازنده‌ي Asmedia ASM1083 دركنار آن، دو سوكت PCI را مديريت مي‌كند؛ زيرا تراشه‌ي Intel Z97 چنين توانايي را ندارد.

با وجود اينكه تراشه اينتل داراي يك آداپتور شبكه‌ي داخلي است، اما ايسوس ترجيح داده كه از اتصالات پرسرعت ارزشمند ديگري استفاده كند و تراشه‌ي ديگري از اينتل به‌نام (an I218V) به آن افزوده است. اين تراشه سوكت اترنت‌قرمز را كه در مجموعه‌ي I/O وجود داشت، مديريت مي‌كند. همان‌طور كه در تصوير مي‌بينيد فلزي نقره‌اي استاديومي شكل، نوعي نوسان‌ساز كريستالي كوارتز است كه سيگنال زمان‌بندي فركانس پاييني را فراهم مي‌كنم تا تراشه‌ي شبكه بتواند همگام‌سازي شود.

 تراشه‌ي ديگري كه در اين مادربرد به‌صورت جداگانه افزوده شده است، تراشه‌ي صدا است. تراشه اينتل داراي پردازنده‌ي صداي يكپارچه‌ي مخصوص به خود است. اما به همان دلايلي كه يك تراشه‌ي جداگانه براي شبكه در انديشه متخصصين گرفته شده است، و همچنين به‌عنوان مثال استفاده از كارت گرافيكي جداگانه ارزش بيشتري دارد، ايسوس تراشه‌ي صدا را نيز جدا كرده است. به عبارت ديگر تراشه‌هاي جداگانه هميشه بهتر هستند.

 همه‌ي تراشه‌هاي اضافي و كمكي در مادربرد يكپارچه نيستند و قابل تعويض هستند. درواقع بسياري از آن‌ها براي مديريت يا كنترل عملكرد برد مورد استفاده هستند. تراشه‌هاي كوچك ديگري نيز وجود دارند كه سوئيچ PCI Express هستند و به CPU و Southbridge كمك مي‌كنند تا ۱۶ كانكتور PCIe را مديريت كنند و در صورت نياز به توزيع خطوط در دستگاه‌هاي بيشتر كمك مي‌كنند.

مادربردهاي با قابليت اوركلاك پردازنده، تراشه و حافظه‌هاي سيستمي درحال‌حاضر از نوع عادي هستند و بسياري از آن‌ها براي مديريت اين ويژگي‌ها از مدارهاي مجتمع اضافي بهره مي‌برند. در برد نمونه‌ي اين مقاله، كه با رنگ قرمز مشخص شده است، ايسوس از طراحي خود به‌نام TPU ("واحد پردازش TurboV") استفاده مي‌كند كه سرعت و ولتاژ كلاك را به سطحي خوب و قابل‌كنترل تنظيم مي‌كند.

دستگاه كوچك Pm25LD512 دركنار آن، كه با رنگ آبي مشخص شده است، تراشه‌ي حافظه فلش است كه در هنگام خاموش شدن مادربرد، تنظيمات ساعت و ولتاژ را ذخيره مي‌كند،؛ ازاين‌رو لازم نيست هر بار كه كامپيوتر خود را مجدداً راه‌اندازي مي‌كنيد، آن‌ها را دوباره تنظيم كنيد. هر مادربرد تنها داراي حداقل يك دستگاه حافظه فلش است و براي ذخيره‌سازي بايوس مادربرد لازم ضروري است. ( بايوس سيستم‌عامل اوليه سخت‌افزاري است كه قبل از بارگيري ويندوز، لينوكس، مكينتاش و... مي‌تواند سيستم‌عامل را بارگذاري و سخت‌افزارها را شناسايي كند).

 حافظه‌ي فلش مادربرد مورد مطالعه تراشه‌ي Winbond است كه ۸ مگابايت اندازه دارد. اين مقدار براي نگه‌داري همه‌ي نرم‌افزارهاي موردنياز كافي است. اين نوع از حافظه‌هاي فلش به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه از قدرت بسيار كمي استفاده مي‌كنند و مي‌توانند براي چندين دهه داده‌ها را در خود حفظ مي‌كنند. هنگام روشن كردن كاميپوتر محتويات حافظه فلش به‌طورمستقيم در حافظه‌ي نهان پردازنده مركزي يا حافظه‌ي سيستم كپي مي‌شود و سپس با بالاترين كارايي از آنجا اجراي مي‌شوند. تنها چيزي كه اين نوع حافظه نمي‌تواند در خود نگه‌دارد، زمان است.

اين مادربرد مانند ساير مادربردها از يك باتري CR2032 براي تغذيه مدار زمان‌بندي استفاده مي‌كند و اطلاعات و زمان را براي مادربرد نگه‌داري مي‌كند. البته نيرو و توان باتري هميشگي نيست و به محض پايان يافتن، مادربرد به‌طور پيش‌فرض به زمان شروع/تاريخ در حافظه‌ي فلش دسترسي پيدا مي‌كند.

صحبت از قدرت شد؛ كانكتور‌هاي بيشتري نيز براي آن وجود دارد!

براي تأمين ولتاژ و جريان مورد نياز براي اجراي مادربرد و بسياري از دستگاه‌هاي متصل به آن، به واحد منبع تغذيه (به انگليسي: Power supply unit) (اختصاري PSU) نياز است. واحد منبع تغذيه تعدادي كانكتور استاندارد براي اين منظور دارد. اصلي‌ترين آن يك سوكت ۲۴ پين ATX12V نسخه‌ي ۲/۴ است. مقدار جرياني كه مي‌توان از پين‌ها گرفت به PSU بستگي دارد؛ اما ولتاژها به‌صورت صنعتي روي ۳/۳ ، +۵ و +۱۲ ولت تنظيم شده‌اند.

 بخش عمده‌ي جريان پردازنده از پين‌هاي ۱۲ ولت خارج مي‌شود. اما براي سيستم‌هاي مدرن و رده‌بالا اين مقدار كافي نيست. ازاين‌رو يك كانكتور با ۸ پين اضافي براي حل اين اشكال تعبيه شده است كه چهار مجموعه‌ي ديگر از پين‌هاي ۱۲ ولتي را براي استفاده فراهم مي‌كند.

 كانكتورهاي پاور كامپيوتر (PSU) داراي سيم‌هاي كدگذاري شده‌ي رنگي هستند. اين رنگ‌ها نشان مي‌دهد كه هر سيم براي چه‌چيزي هستند. اما سوكت‌هاي موجود روي مادربرد اطلاعات خاصي به شما نمي‌دهند. در تصوير زير دياگرام دو سوكت برق آورده شده است:

خطوط 3.3V ،+5+ و +12V برق را به اجزاي مختلف موجود در خود مادربرد مي‌رسانند. همچنين به پردازنده‌، DRAM و هر دستگاهي كه به سوكت‌هاي افزوده‌شده مانند USB يا PCI Express وصل شده باشد، برق مي‌دهد. دستگاه‌هايي كه از درگاه‌هاي SATA استفاده مي‌كنند، به‌طور مستقيم از PSU برق مي‌گيرند. اما سوكت‌هاي PCI Express فقط تا 75W مي‌توانند تأمين‌كنند. اگر دستگاه به نيروي بيشتري احتياج داشته باشد (بسياري از كارت‌هاي گرافيكي نيروي زيادي مي‌خواهند) بايد مستقيماً به PSU وصل شوند.

وجود پين‌هاي ۱۲ ولتي باعث ايجاد اشكال بزرگتري شده است؛ درواقع پردازنده‌ها روي آن ولتاژ كار نمي‌كنند. به‌عنوان مثال، پردازنده‌هاي اينتل براي فعاليت روي مادربرد Asus Z97 به گونه‌اي طراحي شده‌اند كه ولتاژي بين ۰.۷ تا ۱.۴ ولت ايجاد كنند. پردازنده‌هاي امروزي براي صرفه‌جويي در مصرف انرژي و كاهش توليد حرارت، در شرايط كاري مختلف از ولتاژ متغيري بهره مي‌برند. بنابراين هنگام انجام امور سبك پردازنده مي‌تواند با كمتر از ۰.۸ ولت فعاليت داشته باشد. در حالتي كه تمامي هسته‌ها با حداكثر توان خود فعال باشند، ولتاژ مورد نياز پردازنده به ۱/۴ ولت يا بيشتر افزايش مي‌يابد.

در تصوير بالا VRM (مخفف Voltage Regulation Module) موجود در مادربرد‌ها را مشاهده مي‌كنيد. هر VRM معمولاً شامل ۴ جزء است:

• دو عدد MOSFETs - ترانزيستور‌هاي جريان بالا (آبي)
• يك عدد القا‌كننده كه choke نيز شناخته مي‌شود (بنفش)
• يك عدد خازن (زرد)

اطلاعات زيادي در فضاي وب در مورد نحوه‌ي عملكرد آن‌ها وجود دارد؛ اما توضيح كوتاهي درباره آن‌ها به خوانندگان اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايراني ارائه مي‌دهيم. معمولاً به هر VRM يك فاز گفته مي‌شود و وجود چندين فاز ضروري است؛ زيرا به‌تنهايي نمي‌توانند جريان كافي را براي پردازنده‌هاي مدرن تأمين كنند؛ مادربرد مورد نمايش داراي هشت VRM است و سيستم «هشت‌فاز» ناميده مي‌شود.

VRM‌ها معمولاً توسط تراشه‌ي جداگانه‌اي مديريت مي‌شوند و ماژول‌ها را براي ولتاژ موردنياز سوئيچ مي‌كنند. آن‌ها كنترل‌كننده‌هاي ماژولار وسعت پالس چندفاز ناميده مي‌شوند. ايسوس آن‌ها را EPU مي‌نامد! آن‌ها خارج از كار كاملا جديد مي‌شوند؛ از اين‌رو اغلب براي جلوگيري از اتلاف انرژي، توسط يك هيت‌سينك فلزي پوشانده مي‌شوند. يك پردازنده‌ي دسكتاپ استاندارد، مانند Intel i7-9700K، مي‌تواند بيش از ۱۰۰ آمپر جريان را هنگام بارگيري كامل بگيرد. VRMها بسيار كارآمد هستند؛ اما آن‌ها نمي‌توانند بدون تلفات، ولتاژ را تغيير دهند.

آخرين اتصال دهنده‌هايي كه مي‌توان به آن‌ها اشاره كرد، مواردي هستند كه مي‌توانند عملكرد اصلي مادربرد را كنترل كنند و دستگاه‌هاي اضافي يا افزونه‌هايي را به آن‌ها وصل كنيد. تصوير زير مجموعه‌ي اصلي كنترل، چراغ‌ها و پين بلندگو كيس را نشان مي‌دهد:

آنچه در اينجا ديده مي‌شود به شرح زير است:

• 1x soft power switch
• 1x reset switch
• 2x LED connectors
• 1x speaker connector

پاورسوئيچ نرم‌افزاري است و درواقع مادربرد را روشن يا خاموش نمي‌كند بلكه مدارهاي روي برد، سوئيچ ولتاژ را با دو پين كنترل مي‌كنند و هنگامي كه آن‌ها به هم وصل شوند (اتصال كوتاه)، بسته به وضعيت فعلي آن، مادربرد را خاموش يا روشن مي‌كند. همين قضيه در مورد ريست‌سوئيچ نيز صدق مي‌كند؛ مگر اينكه مادربرد هميشه خاموش شود و بعد بلافاصله دوباره روشن شود. اگر به‌طور دقيق بخواهيم به آن اشاره كنيم، ريست سوئيچ، كانكتورهاي LED و بلندگوها ضروروي نيستند. اما به ارائه‌ي اطلاعات اوليه و كنترل بيشتر روي برد كمك مي‌كنند.

بيشتر مادربردها همان‌طور كه در بالا نشان داده شده است داراي آرايه‌هاي مشابهي از كانكتورهاي اضافي و كمكي هستند. اين اتصالات برخي از قابليت‌هاي مادربرد را به كيس منتقل مي‌كنند.  از چپ به راست، مادربرد ايسوس اين مقاله ويژگي‌هاي زير را دارد:

كانكتور پنل صدا: اگر كيس كامپيوتر ورودي و خروجي جك‌هاي هدفون/ميكروفون را دارا باشد، مي‌توانند به تراشه‌ي روي‌برد وصل شوند.

كانكتور صداي ديجيتالي: همان كانكتور صوتي ديگري است كه به S/PDIF متصل مي‌شود.

BIOS jumper clear: بايوس را به تنظيمات پيش‌فرض كارخانه برمي‌گرداند. همچنين يك كانكتور پروب حرارتي نيز در پشت آن پنهان شده است.

كانكتور ماژول Platform Trusted: براي كمك به ايمن تر شدن مادربرد و سيستم‌هايي كه از آن استفاده مي‌شود.

كانكتور سريال (COM): رابط باستاني! استفاده از آن در اين عصر دور از ذهن است!

همچنين در سراسر اين مادربرد كانكتورهاي زيادي از جمله فن كيس و پورت USB اضافي وجود دارد؛ با اينكه همه‌ي مادربردها به اين كانكتورها مجهز نيستند، اما درحال‌حاضر عموم محصولات موجود در بازار از آن‌ها بهره مي‌برند.

قبل از اينكه مطالعه آناتومي مادربرد را پايان دهيم، بياييد به‌طور خلاصه در مورد نحوه‌ي سيم كشي همه اين دستگاه‌ها و كانكتورها كمي صحبت كنيم؛ در اين مقاله به نوع اتصال و اثر الكتريكي آن‌ها اشاره كرديم. به عبارت ساده، آن‌ها نوارهاي كوچكي از مس هستند. در تصوير زير آن‌ها را با رنگ مشكي مي‌توانيد مشاهده كنيد. بسيار زيبا هستند! بااين‌حال، اين فقط تعداد كمي از هزاران اثر مورد نياز است. باقي اثرها بين لايه‌هاي مختلفي كه برد كامل مدار را تشكيل مي‌دهند، پيچيده شده‌اند.

مادربردهاي ساده و ارزان‌ارزش تنها ممكن است داراي ۴ لايه باشند؛ اما امروزه اكثر آن‌ها داراي ۶ تا ۸ لايه هستند. البته اضافه‌كردن لايه‌هاي بيشتر خودبه‌خود همه چيز را بهتر نمي‌كند. مهم اين است كه چه تعداد اثر در كل مجموعه به‌كاررفته‌است و اينكه كه آن‌ها چقدر از هم جدا و عايق هستند؛ وجود عايق از تداخل آن‌ها با يكديگر جلوگيري مي‌كند.

طراحان مادربرد از نرم افزارهايي استفاده مي‌كنند تا به اثرهاي الكتريكي در يافتن بهترين مسيرهاي ممكن كمك كنند. مهندسين با تجربه اغلب قصد دارند لايه‌ها را بسيار پيچيده كنند. ويديوي زير براي درك چگونگي پردازش مسيريابي آثارالكتريكي در تابلوهاي مدار چاپي (PCB مخفف Printed Circuit Board يا بُرد مدار چاپي) را ببينيد:

اين داستاني متفاوت براي توليد مادربردها در مقياس صنعتي است؛ البته براي درك پيچيدگي موضوع، دو فيلم زير را مطالعه كنيد. فيلم اول نحوه‌ي طراحي و ساخت تابلوهاي مدار است. فيلم دوم روند اصلي مونتاژ يك مادربرد معمولي را به شما نشان مي‌دهد. لذت ببريد!

كوچكي از مس هستند. در تصوير زير آن‌ها را با رنگ مشكي مي‌توانيد مشاهده كنيد. بسيار زيبا هستند! بااين‌حال، اين فقط تعداد كمي از هزاران اثر مورد نياز است. باقي اثرها بين لايه‌هاي مختلفي كه برد كامل مدار را تشكيل مي‌دهند، پيچيده شده‌اند.

مادربردهاي ساده و ارزان‌ارزش تنها ممكن است داراي ۴ لايه باشند؛ اما امروزه اكثر آن‌ها داراي ۶ تا ۸ لايه هستند. البته اضافه‌كردن لايه‌هاي بيشتر خودبه‌خود همه چيز را بهتر نمي‌كند. مهم اين است كه چه تعداد اثر در كل مجموعه به‌كاررفته‌است و اينكه كه آن‌ها چقدر از هم جدا و عايق هستند؛ وجود عايق از تداخل آن‌ها با يكديگر جلوگيري مي‌كند.

آنچه‌كه تا الان ديديم: كالبدشكافي يك مادربرد كامپيوتر روميزي يا دسك‌تاپ مدرن بود. داراي حجمي بزرگ، مدارهاي پيچيده، مملو از پردازنده‌ها، سوئيچ‌ها، كانكتورها و تراشه‌هاي حافظه هستند. اين فناوري‌ها هيجان‌انگير به‌طورمداروم در حال استفاده هستند؛ اما اغلب آن‌ها را فراموش مي‌كنيم ، زيرا آن‌ها در فضايي بسته به‌نام كيس قرار مي‌گيرند.

اميدواريم از اين كالبدشكافي و مطالعه لذت و استفاده برده باشيد. در بخش هم انديشي ها منتظر انديشه متخصصينها، انتقادها و پيشنهادي شما خوانندگان اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايراني هستيم؛ به ما بگوييد آيا تابحال و قبل از اين مقاله به نوع عملكرد مادربرد فكر كرده بوديد؟ دوست داريد چه دستگاه يا قطعه‌ي ديگري را كالبدشكافي كنيم؟