مادربرد و کاربرد آن در رایانه چیست؟

گمان بسیاری از ما این می‌باشد که قطعه‌ی اساسی یک سیستم کامپیوتری پردازنده یا CPU است؛ یا تصویر می‌کنیم کارت گرافیک‌ تنها قطعه‌ی مهمی است که یک گیمر باید به آن دقت کند. بی‌خبر 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 متنوع یک کامپیوتر، شبیه واحد پردازنده مرکزی (CPU)، حافظه دسترسی اتفاقی (RAM) و… روی آن سوار می‌شوند و بخش‌های بسیار کاربردی و مهمی نظیر بایوس (BIOS) در آن جای گرفته‌اند. در این مطلب می‌خواهیم آناتومی و ساختار یک مادربرد را موردبررسی قرار دهیم و قسمت‌های گوناگون آن را تجزیه کنیم تا ببینیم هر قسمت از آن چه کاری انجام می‌دهد.

مادربرد و وظایفی که به دوش میکشد

دو هدف اساسی مادربرد:

• اول اینکه انرژی الکتریکی را دراختیار هر یک از اجزا قرار می‌دهد.
• دوم اینکه مسیری را مهیا می‌کند تا اجزا بتوانند با همدیگر ارتباط برقرار کنند.

این دو هدف اساسی و مهم یک ماردبرد است که کم و بیش 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 کامپیوتر‌های رومیزی و لپ‌تاپ‌ها سوکت‌هایی برای پردازنده (CPU)، ماژول‌های حافظه (کمابیشْ همیشه از نوع DRAM)، کارت‌های توسعه افزودنی (شبیه کارت گرافیک)، عامل ذخیره‌سازی، ورودی و خروجی و قطعاتی برای ایجاد رابطه با سایر سیستم‌های کامیپوتر و سایر سیستم‌ها وجود دارند.

مادربردهای استاندارد فقط از نظر اندازه تفاوت دارند. اما استانداردهای گوناگون دیگری نیز وجود دارد که سازندگان به رعایت آن‌ها میل دارند. البته هستند سازندگانی که علاقه‌ای به رعایت استانداردها ندارند. سه اندازه‌ی اصلی و استاندارد مادربردها به شرح زیر است:

1. Standard ATX – 12 × 9.6 inches (305 × 244 mm)
2. Micro ATX – 9.6 × 9.6 inches (244 × 244 mm)
3. Mini ATX – 5.9 × 5.9 inches (150 × 150 mm)

تنها تفاوت میان مادربردهای بزرگ و کوچک تعداد سوکت‌ها برای ارتباط قطعات بیشتر و ارائه‌ی برق و نیروی بیشتر است. به عبارتی مادربردهای بزرگ‌تر سوکت و نیروی بیشتری ارائه می‌دهند. مد نظر قرار دهید که مادربرد بزرگ‌تر به کیس بزرگ‌تری نیز نیاز دارد و به این ترتیب ابعاد کامپیوتر دسکتاپ نیز به صورت‌قابل توجی زیاد می‌شود. به‌این دلیل تنها در شرایطی که به درگاه و پورت‌های بیشتر نیاز دارید، به سروقت مادربرد‌های بزرگ و گران‌تر بروید.

مادربرد چیست؟

مادربرد، یک برد مدار چاپی الکترونیکی است که دارای کانکتور و سوکت‌های فراوانی برای اتصال صدها قطعه و ایجاد مسیر الکتریکی میان آن‌ها است. از دیدگاه تئوری مادربرد مورد نیاز نیست. می‌توان تمام قطعات را با به کار گیری انبوهی از سیم‌های گوناگون به هم وصل کرد. اما سیگنال‌ها باهم تداخل پیدا می‌کنند؛ عملکرد آن ترسناک خواهد بود و به کار گیری این روش تلفات قابل ملاحضه‌ای 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. همان‌گونه که در تصویر مشاهده می‌کنید تمام اجزا و جزییات آن کاملاْ مشخص است. کمابیشْ همه‌ی اجزای آن در تمام مادربردهای دیگر وجود دارد و فقط از نظر شکل و شمایل تفاوت دارند.

شاید در دید اول اندکی گیج شوید. طبیعی است؛ پس بیایید این تصویر را کنار بگذاریم و با دیاگرامی ساده بررسی را آغاز کنیم. با وجود سادگی می‌بیند که سوکت‌ها و کانکتورهای فراوانی برای بررسی وجود دارند. بعد از مهم‌ترین آن‌ها آغاز می‌کنیم.

راههای ارتباطی یک رایانه

دیاگرام ساختاری سوکت CPU یا پردازنده LGA1150 نام دارد. البته این نامی است که اینتل برای سوکت های خود بکار می‌برد. LGA مخفف Land Grid Array است که نوع رایجی از فناوری بسته‌بندی برای پردازنده‌ها و دیگر مدارهای مجتمع است. همان‌گونه که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید سیستم‌های LGA تعداد فراوانی پین کوچک روی مادربرد دارند. این پین‌ها وظیفه‌ی تأمین برق و ارتباط با پردازنده را به دوش دارند.

براکت فلزی نام نگهدارنده‌ی است که پردازنده‌ را روی مادربرد نگه ‌می‌دارد. وقتی براکت را از روی مادربرد برمی‌داریم با تعداد فراوانی پین مشاهده می‌کنیم. مادربردها از نظر تعداد پین‌ها تفاوت دارند. به‌طور عمده هرچه پردازنده‌ها توانایی و قدرت بیشتری داشته باشند (از نظر تعداد هسته، مقدار حافظه نهان و…)، پین‌های بیشتری در سوکت یافت می‌شود. وظیفه‌ی بیشتر پین‌ها برای ارسال و دریافت داده‌ها به ویژگی مهم بعدی که در پایین اشاره می شود وابسته است.

برادر خونی که پردازنده بدون آن تن به کار نمی‌دهد

نزدیک‌ترین سوکت یا شکاف به پردازنده‌ها از نظر ارتباطی آنهایی هستند که ماژول های DRAM، حافظه‌ی سیستم را در خود جای داده‌اند. آن‌ها به طورمستقیم به پردازنده وصل شده‌اند و هیچ سدی در مادربرد میان پردازنده‌ها و حافظه‌ها قرار نمی‌گیرند. تعداد درگاه‌های DRAM به پردازنده بستگی دارد؛ زیرا کنترلر حافظه داخل پردازنده‌ی مرکزی قرار دارد.

در مادربردی که در حال بررسی آن هستیم، پردازنده‌ای که روی آن سوار می‌شود دارای دو کنترل کننده‌ی حافظه است که هر یک از آن‌ها دو حافظه را کنترل می‌کنند؛ به همین جهت در مجموع چهار سوکت وجود دارد. در این مادربرد، سوکت‌های حافظه به گونه‌ای رنگی شده‌اند تا به کاربر خبر دهند که کدام یک به وسیله کدام کنترلر مدیریت می‌شوند. آن‌ها عموماً کانال‌های حافظه نامیده می‌شوند؛ براین اساس کانال شماره یک، دو شکاف را کنترل می‌کند و کانال شماره‌ی دو، کنترل دو مورد دیگر را به دوش دارد.

در این مادربرد خاص، رنگ درگاه‌ها اندکی سردرگم کننده است و احتمال دارد کاربر را سردرگم کند؛ یکی از دو شیار سیاه و خاکستری کنترل کننده‌ی حافظه هستند. شکاف سیاه نزدیک به سوکت پردازنده کانال شماره یک است و سیاه یا خاکستری بعدی کانال شماره دو است.

استفاده‌ی هم‌زمان از هر دو کنترلر عملکرد کلی سیستم حافظه را افزایش می‌دهد. به عنوان نمونه اگر شما دو ماژول رم ۸ گیگابایتی دارید، اهمیت ندارد آن‌ها را در چه شکاف‌هایی قرار بدهید؛ همیشه ۱۶ گیگابایت حافظه دردسترس خواهید داشت. از سوی دیگر اگر هردو ماژول را در دو شکاف سیاه (یا در دو شکاف خاکستری) قرار بدهید، پردازنده راههای ممکن برای دسترسی به آن حافظه را دو برابر می‌کند. اگر هر ماژول را در هررنگ مختلفی نصب نمایید، سیستم ناچار خواهد شد فقط با یک کنترل کننده‌ به حافظه دسترسی پیدا کند.

در راستا لبه‌ی پایینی ماژول حافظه تعداد فراوانی از اتصالات با روکش طلا وجود دارد؛ در این نوع حافظه بطور کلی ۲۴۰ عدد از آن‌ها (در هر طرف ۱۲۰) وجوددارد. این اتصالات سیگنال‌های قدرت و داده را برای تراشه‌ها مهیا می‌کنند. ماژول‌های بزرگتر امکان دستیابی به حافظه‌ی بیشتری را می‌دهند. اما کل آماده‌سازی به وسیله پین‌های موجود روی پردازنده محدود می‌شود. کمابیشْ نیمی از ۱۱۵۰ پین موجود در مادربرد مورد بررسی ما برای کنترل تراشه‌های حافظه و فضای مورد نیاز برای همه‌ی مسیرها یا سیم‌کشی‌های برق اختصاص داده شده است.

صنعت کامیپوتر از سال ۲۰۰۴ همواره از ۲۴۰ پین در ماژول‌های حافظه استفاده کرده است و هیچ علامتی از تغییر این رویه به چشم نمی‌خورد. تراشه‌های جدید با ارتقا عملکرد حافظه سریع‌تر عمل می‌کنند. در مادربرد مورد بررسی این مقاله، هر کدام از کنترل‌کننده‌های حافظه می‌توانند ۶۴ بیت «داده بر چرخه‌ساعت» را ارسال و دریافت کنند. براین اساس با وجود دو کنترلر حافظه‌ها دارای ۱۲۸ پین برای انتقال اطلاعات هستند. پس ۲۴۰ پین به چه کاری می‌آید؟

هر تراشه‌ی حافظه در DIMM (در مجموع ۱۶ عدد، ۸ طرف) قادر است ۸ بیت در هر «چرخه‌ساعت» را منتقل کند. به معنایی دیگر هر تراشه برای انتقال داده به ۸ پین احتیاج دارد. اما دو تراشه پین‌های ​​داده‌های یکسان را به اشتراک می‌گذارند، براین اساس تنها ۶۴ پین از ۲۴۰ پین داده‌ای هستند. ۱۷۶ پین باقیمانده برای مقاصدی مانند زمان‌بندی و ارجاع، انتقال آدرس داده‌ها (محل قرارگیری اطلاعات در ماژول)، کنترل تراشه‌ها و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز است. نتیجه می‌گیریم که وجود بیش از ۲۴۰ پین الزاما شرایط را بهتر می‌کند!

قطعاتی که به شکل مستقیم با پردازنده مربوط است

حافظه‌های سیستم برای ارتقا کارایی به‌شکل مستقیم به پردازنده‌ی مرکزی وصل می‌شوند؛ اما سوکت‌های دیگری نیز در این مادربرد وجود دارد که تا حدودی مانند به حافظه‌ها سیم‌کشی شده‌اند. آن‌ها از گونه ای فناوری اتصال به‌نام PCI Express استفاده می‌کنند (مخفف شده به: PCIe) و داخل هر پردازنده‌ی مدرن یک کنترلر PCIe جای گرفته‌است.

این کنترلرها می‌توانند چندین اتصالات را کنترل کنند (عموماً 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 ۱۶ خط است.

تصویر پایین ۳ 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 تجهیز شده است. سوکت زیر آن نیز با برچسب PCIEX16_1، به ۱۶ لِین تجهیز شده است و برای اتصال کارت‌هایی با پهنای باند بالا مانند کارت گرافیک استفاده می‌شود.

تصویر کلی مادربرد را برای بار دیگر نگاه نمایید. سوکت‌های زیر را مشاهده می‌نمایید:

• دو شکاف PCI Express 1 lane با پهنای باند ۱ لِین
• سه شکاف PCI Express با پهنای باند ۱۶ لِین
• دو سوکت PCI

اما اگر کنترلر پردازنده تنها پشتیبانی از ۱۶ لین PCI.e داشته باشد، چه رخدادی صورت می‌گیرد؟ اول از همه، فقط PCIEX16_1 و PCIEX16_2 به پردازنده وصل می‌شوند – سومین سوکت همراه‌با دو سوکت تک خطی دیگر به یک پردازنده دیگر در مادربرد وصل می‌شوند. دوم، اگر در هر دو سوکت از ماژول‌های ۱۶ لین PCIe استفاده شود، پردازنده تنها ۸ لین را به هر یک اختصاص می‌دهد و به این ترتیب با وجود پشتیبانی مادربرد، اما به‌علت محدودیت پردازنده پهنای باند درگاه‌ها نصف می‌شود. این مورد دررابطه با همه‌ی پردازنده‌ی امروزی صدق می‌کند. درحقیقت آن‌ها تعداد محدودی از لین‌ها (یا خطوط ارتباطی PCI.E) را پشتیبانی می‌کنند. براین اساس هرچه تعداد کارت‌هایی که به پردازنده وصل می‌شوند، بیشتر باشد، به تناسب آن از تعداد خطوطی که به هر کارت اختصاص می‌یابد، کم می‌شود.

متداول‌ترین مواردی که از سوکت‌ها استفاده می‌کنند مطابق زیر است:

• کارت‌های گرافیک: ۱۶ خط
• درایوهای SSD یا حالت جامد (تنها در صورت اتصال ازطریق درگاه M2 به مادبرد): ۴ خط
• کارت‌های صدا و آداپتورهای شبکه: ۱ خط

در تصویر بالا تفاوت میان کانکتورها را مشاهده می‌نمایید. کارت گرافیک (۱۶ خط) نسبت به 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، شبیه همه‌ی مادربردهای دیگر سوکت و اتصالات بسیاری برای مدیریت وجود دارند. به همین علت پردازنده پردازش از سایر سوکت‌ها و اتصالات کمک می‌گیرد.

پلی که در جنوب مادربرد واقع شده است!

اگر به ۱۵ 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 مرتبط به سایر موارد مورد استفاده بود.

تصویر بالا، از یک مادربرد ASRock 939SLI32، به وضوح تراشه‌های NB/SB را نشان می‌دهد؛ هر دوی آن‌ها در زیر هیت‌سینک‌های آلومینیومی پنهان هستند؛ اما یکی از آن‌ها که به سوکت پردازنده نزدیک‌تر است و در وسط تصویر قرار گرفته، Northbridge است. چند سال بعد از اتمام به کار گیری این محصول، هر دو تولیدکننده‌ی پردازنده، یعنی اینتل و AMD، پردازنده‌هایی را عرضه کردند که NB در آن‌ها ادغام شده بود. از طرفی اما Southbridge جدا مانده است و احتمال به کار گیری آن در آینده قابل پیش‌بینی است. جالب اینجا است که هر دو تولید‌کننده‌ی CPU به کار گیری نام SB را متوقف کرده‌اند و به آن لقب تراشه (نام اطلاقی اینتل PCH، مرکز کنترل پلتفرم است) می‌دهند؛ حتی اگر تراشه‌‌ای واحد باشد.

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)

در ضمن دارای آداپتور یکپارچه‌ی شبکه، تراشه یکپارچه‌ی صدا، خروجی صفحه‌نمایش VGA و مجموعه‌ی کاملی از دیگر کنترلر سیستم و زمان است. سایر مادربردها احتمال دارد دارای تراشه‌های پیشرفته‌تری باشند؛ برای نمونه احتمال دارد خطوط PCIe بیشتری ارائه کنند. اما به‌طور عمده، بیشتر تراشه‌ها ویژگی‌های یکسان و استانداردی ارائه می‌دهند.

شبیه بسیاری از تراشه‌ها، بسته به آنچه در وقت واحد به مادربرد وصل شده است، این تراشه تمام اتصالات گوناگون از مجموعه‌ای از پورت‌های شبیه PCI Express ،USB ،SATA یا شبکه را با به کار گیری پهنای باند دردسترس کنترل می‌کند. به این ترتیب محدودیت‌هایی در استفاده‌ی هم‌زمان از تمامی درگاه‌های مادربرد وجود دارد.

در مادربرد مورد مثال، درگاه‌های SATA (که برای اتصال هارددرایوها، دی‌وی‌دی رایترها و… مورد استفاده قرار می‌گیرند) به علت محدودیت پهنای باند ارتباطی کلی مادربرد که در بالا بیان شد، گروه‌بندی شده است. بلوک ۴ پورت سمت راست، از استاندارد ارتباطی عادی USB استفاده می‌کنند؛ درحالی ‌که کانکتور‌های سمت چپ از اتصال سریع این فناوری بهره می‌برند. براین اساس اگر از کانکتورهای سمت چپ استفاده نمایید، پهنای باند ارتباطی کمتری برای سایر سوکت‌ها خواهد داشت. در مورد پورت های USB 3.0 نیز همین مسئله صدق می‌کند. حداکثر دستگاه‌های قابل پیشتیبانی ۶ دستگاه هستند؛ اما فقط ۲ عدد از پورت‌ها دارای کانکتور پرسرعت هستند.

سوکت M.2، که برای اتصال حافظه‌ ذخیره‌سازی SSD مورد استفاده قرار می‌گیرد از فناوری ارتباطی فوق‌سریع PCI Express برای ارتباط سریع با حافظه‌ها بهره می‌برد. بااین‌حال، در بعضی از ترکیب‌های CPU/مادربرد، سوکت‌های M.2 مستقیماً به CPU وصل می‌شوند؛ زیرا بسیاری از محصولات جدید بیش از ۱۶ خط PCIe را پشتیبانی می‌کنند و به این ترتیب حافظه‌ی M2 پهنای باند مستقلی برای خود خواهد داشت.

در راستا سمت چپ این مادربرد، یک ردیف کانکتور وجود دارد که عموماً به آن مجموعه‌ی I/O (ورودی/خروجی – input/output) گفته می‌شود و در این ماردبرد، تراشه‌ی Southbridge تنها شماری 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)

در صورت تجهیز پردازنده‌ی مرکزی به واحد گرافیکی یکپارچه، سوکت HDMI و DVI-D فعال می‌شود. سایر سوکت‌ها به وسیله تراشه‌های اضافی کنترل می‌شوند.

چیپ های اضافه روی مادربردها

پردازنده‌ها و تراشه‌ها در پشتیبانی یا اتصال محدودیت دارند؛ از این‌ رو بیشتر تولیدکنندگان مادربرد با به کار گیری دیگر مدارهای مجتمع، محصولاتی با ویژگی‌های بیشتری ارائه می‌دهند. برای نمونه، این ویژگی‌ها احتمال دارد 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.

با وجود اینکه تراشه اینتل دارای یک آداپتور شبکه‌ی داخلی است، اما ایسوس ترجیح داده که از اتصالات پرسرعت ارزشمند دیگری استفاده کند و تراشه‌ی دیگری از اینتل به‌نام (an I218V) به آن افزوده است. این تراشه سوکت اترنت‌قرمز را که در مجموعه‌ی I/O وجود داشت، مدیریت می‌کند. همان‌گونه که در تصویر مشاهده می‌کنید فلزی نقره‌ای استادیومی شکل، گونه ای نوسان‌ساز کریستالی کوارتز است که سیگنال زمان‌بندی فرکانس پایینی را فراهم می‌کنم تا تراشه‌ی شبکه بتواند همگام‌سازی شود.

تراشه‌ی دیگری که در این مادربرد به‌صورت جداگانه افزایش یافته 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 در ضمن برای نمونه به کار گیری کارت گرافیکی جداگانه ارزش بیشتری دارد، ایسوس تراشه‌ی صدا را نیز جدا کرده است. به عبارت دیگر تراشه‌های جداگانه همیشه بهتر هستند.

همه‌ی تراشه‌های اضافی و کمکی در مادربرد یکپارچه نیستند و قابل تعویض هستند. درحقیقت بسیاری از آن‌ها برای مدیریت یا کنترل عملکرد برد مورد استفاده هستند. تراشه‌های کوچک دیگری نیز وجود دارند که سوئیچ PCI Express هستند و به CPU و Southbridge کمک می‌کنند تا ۱۶ کانکتور PCIe را مدیریت کنند و در صورت نیاز به توزیع خطوط در دستگاه‌های بیشتر کمک می‌کنند.

مادربردهای با قابلیت اورکلاک پردازنده، تراشه و حافظه‌های سیستمی درحال‌حاضر 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.

دستگاه کوچک Pm25LD512 درکنار آن، که با رنگ آبی مشخص شده است، تراشه‌ی حافظه فلش است که در حین خاموش شدن مادربرد، تنظیمات ساعت و ولتاژ را ذخیره می‌کند،؛ ازاین‌رو لازم نیست هر بار که کامپیوتر خود را دوبارهً راه‌اندازی می‌نمایید، آن‌ها را مجددا تنظیم نمایید. هر مادربرد تنها دارای حداقل یک دستگاه حافظه فلش است و برای ذخیره‌سازی بایوس مادربرد ضروری است.

حافظه‌ی فلش مادربرد مورد بررسی تراشه‌ی Winbond است که ۸ مگابایت اندازه دارد. این مقدار برای نگه‌داری همه‌ی نرم‌افزارهای موردنیاز کافیست. این نوع از حافظه‌های فلش به شکلی طراحی شده‌اند که از قدرت بسیار اندکی 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 بعد با بالاترین کارایی از آنجا اجرای می‌شوند. تنها آنچه که این نوع حافظه نمی‌تواند در خود نگه‌دارد، زمان است.

این مادربرد شبیه سایر مادربردها از یک باتری CR2032 برای تغذیه مدار زمان‌بندی استفاده می‌کند و اطلاعات و زمان را برای مادربرد نگه‌داری می‌کند. البته نیرو و توان باتری همیشگی نیست و به محض اتمام یافتن، مادربرد به‌طور پیش‌فرض به زمان شروع/تاریخ در حافظه‌ی فلش دسترسی پیدا می‌کند.

تغذیه مادربردها!

برای تأمین ولتاژ و جریان مورد نیاز برای اجرای مادربرد و بسیاری از دستگاه‌های وصل 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 ۲۴ پین ATX12V نسخه‌ی ۲/۴ است. مقدار جریانی که می‌توان از پین‌ها گرفت به PSU بستگی دارد؛ اما ولتاژها به‌صورت صنعتی روی ۳/۳ ، +۵ و +۱۲ ولت تنظیم شده‌اند.

بخش عمده‌ی جریان پردازنده از پین‌های ۱۲ ولت خارج می‌شود. اما برای سیستم‌های مدرن و رده‌بالا این مقدار کافی نیست. ازاین‌رو یک کانکتور با ۸ پین اضافی جهت حل این مسئله تعبیه شده است که چهار مجموعه‌ی دیگر از پین‌های ۱۲ ولتی را برای استفاده مهیا می‌کند.

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 پایین دیاگرام دو سوکت برق آورده شده است:

خطوط 3.3V ،+5+ و +12V برق را به اجزای گوناگون موجود در خود مادربرد می‌رسانند. در ضمن به پردازنده‌، DRAM و هر دستگاهی که به سوکت‌های افزوده‌شده شبیه USB یا PCI Express متصل شده باشد، برق می‌دهد. دستگاه‌هایی که از درگاه‌های SATA استفاده می‌کنند، به‌شکل مستقیم از PSU برق می‌گیرند. اما سوکت‌های PCI Express فقط تا 75W می‌توانند تأمین‌کنند. اگر دستگاه به نیروی بیشتری احتیاج داشته باشد (بسیاری از کارت‌های گرافیکی نیروی فراوانی می‌خواهند) باید مستقیماً به PSU متصل شوند.

وجود پین‌های ۱۲ ولتی موجب ایجاد مشکل بزرگتری شده است؛ درحقیقت پردازنده‌ها روی آن ولتاژ کار نمی‌کنند. برای نمونه، پردازنده‌های اینتل برای فعالیت روی مادربرد Asus Z97 به شکلی طراحی شده‌اند که ولتاژی بین ۰.۷ تا ۱.۴ ولت ایجاد کنند. پردازنده‌های امروزی برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش تولید حرارت، در شرایط کاری گوناگون از ولتاژ متغیری بهره می‌برند. براین اساس هنگام انجام امور سبک پردازنده قادر است با کمتر از ۰.۸ ولت فعالیت داشته باشد. در حالتی که تمامی هسته‌ها با حداکثر توان خود فعال باشند، ولتاژ مورد نیاز پردازنده به ۱/۴ ولت یا بیشتر زیاد می‌شود.

در تصویر بالا VRM (مخفف Voltage Regulation Module) موجود در مادربرد‌ها را مشاهده می‌نمایید. هر VRM عموماً شامل ۴ جزء است:

• دو عدد MOSFETs – ترانزیستور‌های جریان بالا (آبی)
• یک عدد القا‌کننده که choke نیز شناخته می‌شود (بنفش)
• یک عدد خازن (زرد)

VRM‌ها عموماً به وسیله تراشه‌ی جداگانه‌ای مدیریت می‌شوند 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، به وسیله یک هیت‌سینک فلزی پوشانده می‌شوند. یک پردازنده‌ی دسکتاپ استاندارد، شبیه Intel i7-9700K، قادر است بیش از ۱۰۰ آمپر جریان را هنگام بارگیری کامل بگیرد. VRMها بسیار کارآمد هستند؛ اما آن‌ها نمی‌توانند بدون تلفات، ولتاژ را تغییر دهند.

پین های اتصال دهنده

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 متصل نمایید. تصویر پایین مجموعه‌ی اصلی کنترل، چراغ‌ها و پین بلندگو کیس را نشان می‌دهد:

آنچه در اینجا به چشم می‌خورد به شرح زیر است:

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

پاورسوئیچ نرم‌افزاری است و درحقیقت مادربرد را روشن یا خاموش نمی‌کند بلکه مدارهای روی برد، سوئیچ ولتاژ را با دو پین کنترل می‌کنند و زمانی که آن‌ها به هم متصل شوند (اتصال کوتاه)، بسته به وضعیت کنونی آن، مادربرد را خاموش یا روشن می‌کند. همین قضیه در مورد ریست‌سوئیچ نیز صدق می‌کند؛ مگر اینکه مادربرد همیشه خاموش شود و سپس بلافاصله مجددا روشن شود. اگر به‌طور دقیق بخواهیم به آن اشاره کنیم، ریست سوئیچ، کانکتورهای LED و بلندگوها ضروروی نیستند. اما به ارائه‌ی اطلاعات اولیه و کنترل بیشتر روی برد کمک می‌کنند.

بیشتر مادربردها همان‌گونه که در بالا نشان داده شده است دارای آرایه‌های مشابهی از کانکتورهای اضافی و کمکی هستند. این اتصالات بعضی از قابلیت‌های مادربرد را به کیس انتقال می‌دهند.  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 متصل شوند.

کانکتور صدای دیجیتالی: همان کانکتور صوتی دیگری است که به S/PDIF وصل می‌شود.

BIOS jumper clear: بایوس را به تنظیمات پیش‌فرض کارخانه برمی‌گرداند. در ضمن 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 مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کانکتور سریال (COM): رابط باستانی! به کار گیری آن در این عصر دور از ذهن است!

در ضمن در سراسر این مادربرد کانکتورهای فراوانی از جمله فن و پورت USB اضافی وجود دارد؛ با اینکه همه‌ی مادربردها به این کانکتورها مجهز نیستند، اما درحال‌حاضر عموم محصولات موجود در بازار از آن‌ها بهره می‌برند.

اتصال تمامی قطعات به هم!

در این مطلب به نوع اتصال و تاثیر الکتریکی آن‌ها اشاره کردیم. به عبارت ساده، آن‌ها نوارهای کوچکی از مس هستند. در تصویر پایین آن‌ها را با رنگ مشکی می‌توانید مشاهده نمایید. بسیار زیبا هستند! بااین‌حال، این فقط تعداد اندکی از هزاران تاثیر مورد نیاز است. باقی اثرها بین لایه‌های متفاوتی که برد کامل مدار را تشکیل می‌دهند، پیچیده شده‌اند.

مادربردهای ساده و ارزان‌قیمت تنها احتمال دارد دارای ۴ لایه باشند؛ اما امروزه اکثر آن‌ها دارای ۶ تا ۸ لایه هستند. البته اضافه‌کردن لایه‌های بیشتر خودبه‌خود همه چیز را بهتر نمی‌کند. مهم این می‌باشد که چه تعداد مسیر در مجموع مجموعه به‌کاررفته‌است و اینکه که آن‌ها چقدر از هم جدا و عایق هستند؛ وجود عایق از تداخل آن‌ها با همدیگر جلوگیری می‌کند.

حرف پایانی

آنچه‌که تا الان دیدیم: کالبدشکافی یک مادربرد کامپیوتر رومیزی یا دسک‌تاپ مدرن بود. دارای حجمی بزرگ، مدارهای پیچیده، مملو از پردازنده‌ها، سوئیچ‌ها، کانکتورها و تراشه‌ها. این فناوری‌ها مدام در حال استفاده هستند؛ اما در اکثر مواقع آن‌ها را فراموش می‌کنیم ، زیرا آن‌ها در فضایی بسته به‌نام کیس قرار می‌گیرند.