مدت زمان مطالعه مقاله : ۲۰ دقیقه
مقدمه
مادربرد به عنوان بستری برای برقراری ارتباط بین اجزای مختلف کامپیوتر عمل می کند و یک صفحه مدار چاپی (PCB) و پایه کامپیوتر است که به عنوان بزرگترین برد در یک شاسی کامپیوتر می باشد. تمام اجزای آن یا لحیم کاری شده هستند یا به طور متصل از طریق شکاف های توسعه متصل می شوند. به عبارت دیگر، آن را می توانیم به عنوان مهمترین بخش کامپیوتر تعریف کنیم.
همانطور که همه ما می دانیم، یک لپ تاپ استاندارد یا یک رایانه رومیزی از چیزهای مختلفی مانند CPU، مانیتور، صفحه کلید، ماوس، حافظه (RAM)، هارد دیسک و کارت گرافیک و موارد دیگر تشکیل شده است. همه این اجزا از طریق سخت افزار مشترک معروف به مادربرد با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. اکثر کاربران ایده زیادی در مورد چیز سبز رنگی ندارند که در دستگاه آنها قرار گرفته است.
حال می خواهیم در این مقاله در مورد سوالات به وجود آمده برای شما، توضیحاتی را بدهیم.
مادربرد چیست ؟
مادربرد در اصل یک برد مدار چاپی (PCB) می باشد که برای اتصال قسمت های مختلفی از رایانه مانند واحد پردازش مرکزی، حافظه، هارد دیسک، چاپگر، ماوس، صفحه کلید، کارت گرافیک و سایر وسایل جانبی از طریق شکاف های فیزیکی و اتصالات رابط استفاده می شود. اگر تا به حال دستگاه خود را باز کرده باشید، به احتمال زیاد خطوط مختلفی را در جهات مختلف مشاهده کرده اید. این خطوط مداری را تشکیل می دهند که برای برقراری ارتباط بین دستگاه های سخت افزاری مختلف متصل به آن استفاده می شود. همچنین سیگنال های الکتریکی حامل داده یا اطلاعات از این خطوط عبور می کنند. جریان جاری در صفحه مدار چاپی مشابه مدار طبیعی است، ولتاژ آن کمتر است. مزیت آن این است که می توان آن را در فضای کمتری نسبت به فضای معمولی جای داد.
مادربردها انواع مختلفی دارند که متناسب با انواع و اندازه های مختلف کامپیوتر طراحی شده اند. بنابراین هر نوع آن برای کار با انواع خاصی از پردازنده ها و حافظه ها طراحی شده است، بنابراین با هر پردازنده و نوع حافظه کار نمی کنند.
تاریخچه مادربرد
توسعه مادربردها به موازات ظهور ریز پردازنده ها، تراشه پردازنده منظم شما مانند Intel Core i5، در رایانه ها پیش رفته است. قبل از ریزپردازنده ها، کامپیوترها چندین PCB را در خود جای داده بودند که از طریق backplane به یکدیگر متصل بودند. backplane یک ترتیب موازی اتصال دهنده های الکتریکی می باشد، هر کدام از آنها با دیگری تراز می شوند به طوری که هر پایه از یک اتصال دهنده با پایه نسبی دیگری متصل می شود. این backplane برای اتصال چندین PCB به یکدیگر استفاده می شود. اجزایی مانند واحد پردازش مرکزی (CPU)، حافظه و سایر وسایل جانبی به PCB های مختلف متصل شده و سپس با استفاده از backplane ترکیب می شوند. با گذشت زمان و بوجود آمدن ریزپردازنده ها، اجزای مختلف مستقیماً در یک صفحه مدار چاپی واحد ادغام شدند. بنابراین، یک PCB تک، اصطلاحاً Motherboard، فقط برای رایانه مورد نیاز بود.
در دهه ۱۹۸۰، شرکت هایی مانند اپل و IBM مستندات و طرح اصلی مادربردهای خود را منتشر کردند. این هدف برای تولید مادربردهای جایگزین برای رایانه های محبوب آنها مانند Apple II و IBM PC بود. آنها شروع به ادغام و در عین حال پیچیده تر شدن کردند. تراشه های Super I/O (تک آی سی) از اواخر دهه ۸۰ در آنها وجود داشتند که امکان پشتیبانی از تجهیزات جانبی با سرعت پایین مانند ماوس، صفحه کلید، درایو فلاپی و غیره را فراهم می کنند.
با جاسازی آداپتورهای ویدئویی، ذخیره سازی، صدا و آداپتورهای شبکه، نیاز به اسلات های توسعه یافته ای برای مادربردها برطرف شد. در حال حاضر، آنها جهشی به مرحله ای برده اند که پس از تولید آن می توان تغییرات تقریباً ناچیزی را ایجاد کرد. اندازه آن طی چند دهه گذشته به شدت کاهش یافته است و ممکن است ادامه یابد و بیشتر کاهش یابد.
اندازه مادربرد
با توجه به فاکتور فرم، مادربردها می توانند اشکال و اندازه های مختلفی داشته باشند. به طور کلی، انواع آن با توجه به مشخصات از پیش تعیین شده ای ایجاد می شوند و همچنین شباهتی بین مادربردهای تولید شده توسط شرکت های مختلف ایجاد می کنند. با این حال، این اندازه ممکن است تا حدودی از برند به برند دیگر متفاوت باشد.
- ATX، گسترش یافته توسط اینتل، به عنوان پرکاربردترین مشخصات پیکربندی برای مادربردهای دسکتاپ می باشد که تقریباً توسط تمام تولیدکنندگان اصلی پیاده سازی می شود.
- Mini PC یک مشخصات فاکتور فرم می باشد که برای رایانه های کوچک مانند Apple Mac Mini و Intel NUC ارائه می شود. این ماشین ها برای نیازهای اساسی محاسبات مانند جستجو در وب، پردازش کلمات، پخش ویدئو و غیره استفاده می شوند.
اجزای مختلف مادربرد
- اسلات های حافظه (Memory Slots)
- سوکت های پردازنده (CPU Sockets)
- چیپست (Chipset)
- مولد ساعت (Clock Generator )
- اسلات کارت گسترش (Expansion Card Slots)
- کانکتور ذخیره سازی (Storage Connectors)
- اتصالات برق (Power Connectors)
- هیت سینک / سیستم خنک کننده (Heat Sink/ Cooling System)
پس از نگاهی به چگونگی تکامل مادربردها در طول این سال ها، حال می خواهیم بعضی از قطعات مادربرد را با جزئیات توضیح دهیم.
اسلات های حافظه
اسلات هایی می باشند که به مادربرد برای نصب تراشه های DIMM متصل شده اند. DIMM مخفف Dual Inline Memory Module می باشد و از مدارهای مجتمع DRAM تشکیل شده است.Dynamic Random Access Memory (DRAM) یک حافظه فرار می باشد که داده ها و پرونده های اجرا شده توسط CPU را در خود ذخیره می کند. بسیاری از انواع DRAM مانند DDR ،DDR2 ،DDR3 ،DDR4 و اخیراً DDR5 وجود دارد.
عمدتاً، اسلات RAM به گونه ای طراحی شده است که شما فقط می توانید تراشه حافظه را در یک جهت خاص وارد کنید.
سوکت های پردازنده
شاید اصطلاحاتی مانند LGA 1150 یا AM3 + را شنیده باشید. اگر بخواهید یک نوع سوکت صحیح را برای پردازنده داشته باشید، این یک معضل معمول است که هنگام جمع آوری یک کامپیوتر با آن روبرو می شوید. بنابراین، دقیقاً سوکت چیست؟ سوکت محلی می باشد که ریز پردازنده یا پردازنده مرکزی روی مادربرد می نشیند. با وجود سوکت، دیگر نیازی نیست که یک ریزپردازنده به مادربرد لحیم شود. طبق میل خود می توانید آن را در هر زمان حذف کنید.
نوع سوکت هایی که معمولاً استفاده می شوند عبارتند از:
- LGA (Land Grid Array) – در این حالت، پین ها روی سوکت قرار دارند.
- PGA (Pin Grid Array) – در این حالت، پین ها روی تراشه پردازنده قرار دارند.
- ZIF (Zero Insertion Force) – در این حالت، هنگام قرار دادن تراشه CPU، با بلند کردن یک اهرم، تماس های روی سوکت شل می شوند. بنابراین، پردازنده به راحتی نصب می شود.
سوکت های نوع LGA اکثراً توسط اینتل مورد استفاده قرار می گیرند در حالی که AMD از سوکتهای نوع PGA-ZIF استفاده می کند. اینتل بسیاری از انواع سوکت را ایجاد می کنند و تفاوت در چینش پین می باشد. به همین دلیل، باید هنگام تصمیم گیری درباره نوع پردازنده و سوکت بسیار مراقب باشید. علاوه بر این، با توجه به مدل، مادربردها دارای بیش از یک سوکت پردازنده هستند که به قدرت پردازش بیشتری نیاز دارند.
چیپست
چیپست یک آی سی موجود در مادربرد می باشد که وظیفه ایجاد کانال ارتباطی بین CPU و اجزای مختلف مانند حافظه و دستگاه های جانبی متصل به مادربرد را بر عهده دارد. بدون وجود چیپست، تمام قسمت های مختلف نمی توانند با واحد پردازش مرکزی ارتباط برقرار کنند و این مستقیماً بر عملکرد رایانه شما تأثیر می گذارد. چیپست از دو قسمت تشکیل شده است:
- Northbridge که مستقیماً از طریق گذرگاه سمت جلو (FSB) به CPU متصل می شود و از کنترل کننده حافظه برای ارتباط تراشه RAM برای انتقال داده ها بین CPU و RAM استفاده می کند. علاوه بر این، همچنین ارتباطی را با گذرگاه PCI Express برقرار می کند.
- Southbridge به درگاه های USB، رابط SATA لینک می شود و مستقیماً به پردازنده گزارش نمی شود و همه اطلاعات باید قبل از رسیدن به پردازنده عبور کنند.
مولد ساعت
عملکرد اصلی یک مولد ساعت، همگام سازی عملیاتی از اجزای مختلف مادربرد می باشد. این مولد یک سیگنال کلاک ایجاد می کند که بین فرکانس های بالا و پایین می پرد و در نتیجه یک مترونوم برای هماهنگی اعمال ایجاد می کند.
اسلات های کارت گسترش
ممکن است با اصطلاحPCI (Peripheral Component Interconnect) آشنا باشید. برای نصب اجزای اضافی مانند آداپتورهای بی سیم، کارت های گرافیک و غیره استفاده می شود. PCI یک گذرگاه توسعه می باشد که برای انتقال داده ها بین رایانه (به عنوان مثال CPU و RAM) و دستگاه های جانبی متصل استفاده می شود.
یک گذرگاه را می توان به عنوان مسیری در نظر گرفت که داده ها از طریق آن انتقال می یابند. این اصطلاح هم به نرم افزار و هم به سخت افزار مورد نیاز برای انتقال داده اطلاق می شود. گذرگاه شامل دو قسمت می باشد، گذرگاه آدرس، اطلاعات مربوط به مکان داده ها را انتقال می دهد و گذرگاه داده ای که داده های واقعی را برای انتقال منتقل می کند. مادربردهای مدرن شامل اسلات هایPCIe (PCI Express) می باشند که نسبت به استانداردهای معمولی گذرگاه PCI و PCI-X ارتقا یافته اند.
کانکتورهای ذخیره سازی
مادربردها به کانکتورهایی برای اتصال دستگاه های ذخیره سازی مانند درایورهای سخت مغناطیسی، درایورهای نوری و SSD مجهز شده اند. این دستگاه ها توسط رابط SATA کار می کنند. SATA یاSerial ATA نیز یک گذرگاه رایانه ای می باشد که از طریق آداپتورهای گذرگاه میزبان موجود بر روی مادربرد، امکان اتصال بین رسانه ذخیره سازی و رایانه را فراهم می کند.
نسخه های مختلف SATA، یعنی SATA 3.2 ،mSATA ،eSATA و غیره وجود دارد و با توجه به تنظیمات دستگاه از آنها استفاده می شود. به عنوان مثال، از mSATA یا mini-SATA برای SSD ها و درایوهای سخت نصب شده روی لپ تاپ ها استفاده می شود.
اتصال برق
رایانه ها دارای واحد اصلی تغذیه هستند، اما نمی توان مستقیماً توسط آن به تمام اجزا نیرو تحویل داد. از این رو، اتصال دهنده های برق جهت توزیع برق از منبع اصلی به اجزای مختلف مانندRAM ، CPU، چیپست و کارت های توسعه استفاده می شوند. برخی از کارت های الحاقی مدرن مانند کارت های گرافیک پیشرفته به انرژی بیشتری احتیاج دارند که نمی توان آنها را توسط رابط های اصلی برق کامپیوتر تأمین کرد. بنابراین، این کارت های گرافیک به همراه کانکتورهای تغذیه خود برای دریافت مقدار مناسب برق تولید می شوند.
مادربردها همچنین دارای Flash ROM هستند که یک تراشه حافظه غیر فرار می باشد و برای ذخیره سازی BIOS سیستم استفاده می شود. جدا از این، اجزای اضافی دیگری مانند USB (Universal Service Bus)، کنترل کننده های دیسک، کنترل کننده های اترنت و غیره در آن وجود دارد. مادربردهای مدرن همچنین دارای تراشه های گرافیکی یکپارچه (مانند Intel HD Graphics) و کارت های صدا هستند که مستقیماً روی آنها لحیم می شوند. کارت های گرافیک داخلی قادر به پردازش گرافیکی اساسی دستگاه هستند و خروجی ویدئو را توسط پورت های VGA و HDMI تأمین می کنند.
هیت سینک
دمای نامناسب در مورد مادربردها ممکن است باعث کاهش عملکرد و کاهش طول عمر در طول زمان شود. از این رو، دستگاه های مختلفی مانند سینک حرارتی و فن های خنک کننده برای کاهش دما در هنگام تولید گرما توسط اجزای مادربرد طراحی شده اند. در حالی که بیشتر رایانه ها با هوا خنک می شوند، شما همچنین می توانید سیستم های خنک کننده مایع مدرنی را اضافه کنید که در هنگام استفاده از برنامه های قدرتی و بازی های ویدیویی می توانند گرمای بیشتری تحمل کنند.
دمای عملیاتی مناسب برای مادربردها (یا رایانه های شخصی) حدود ۴۵ تا ۵۰ درجه سانتیگراد می باشد. اما این دما می تواند هنگام بازی یا استفاده از برنامه های سنگین افزایش یابد. اگر آن را به سیستم خنک کننده مناسبی مجهز نکنید و دما را از حد غیر قابل تحمل بالا ببرد، برای رایانه شما مشکلاتی به وجود خواهد آمد.
