بيت → غير مصنف الغرض من اللوحة الأم. اللوحة الأم: هيكلها، وظائفها، أنواعها، أحجامها وظائف اللوحة الأم

الغرض من اللوحة الأم. اللوحة الأم: هيكلها، وظائفها، أنواعها، أحجامها وظائف اللوحة الأم

اللوحة الأم- المكون الرئيسي لكل جهاز كمبيوتر. مُسَمًّى رئيسيأو النظامية , مصاريف. هذا عنصر مستقل يدير الاتصالات الداخلية ويتفاعل مع الأجهزة الخارجية. اللوحة الأم هي العنصر الرئيسي داخل جهاز الكمبيوتر الذي يؤثر على الأداء العام للكمبيوتر.

من الناحية الهيكلية، اللوحة الأم هي اللوحة الرئيسية لجهاز الكمبيوتر، والتي توجد عليها جميع عناصرها الرئيسية وخطوط الاتصال والموصلات لتوصيل الأجهزة الخارجية.

النوع المثبت اللوحة الأميحدد الأداء العام للنظام، بالإضافة إلى القدرة على ترقية جهاز الكمبيوتر وتوصيل أجهزة إضافية.

أشهر الشركات المصنعة للوحات الأم حالياً هي Intel، FICO، LackyStar، ASUStec.

هيكل اللوحة الأم النموذجية:

معالج مثبت في مقبس خاص ويتم تبريده بواسطة مشعاع مزود بمروحة ؛

شرائح الذاكرة المؤقتة من المستوى الثاني (الخارجية). في المعالجات الحديثة، يتم تثبيت هذه الرقائق على لوحة خرطوشة المعالج المركزي؛

فتحات لتثبيت وحدات ذاكرة الوصول العشوائي؛

فتحات لتثبيت بطاقات التوسعة. كقاعدة عامة، تحتوي اللوحات الأم على فتحات لبطاقات ISA وPCI. تم تجهيز الموديلات الحديثة من اللوحات الأم بفتحة AGP إضافية. إن وجود الفتحات والقدرة على تثبيت أي بطاقات توسعة فيها (محول الفيديو وبطاقة الصوت والمودم وبطاقة ADC وغيرها) يحدد البنية المفتوحة للكمبيوتر الشخصي؛

شريحة ذاكرة قابلة لإعادة البرمجة يتم فيها تخزين برامج BIOS وبرامج اختبار الكمبيوتر وتحميل نظام التشغيل وبرامج تشغيل الأجهزة والإعدادات الأولية؛

موصلات لتوصيل محركات الأقراص الصلبة ومحركات FDD.

ترتبط جميع مكونات اللوحة الأم ببعضها البعض عن طريق نظام الموصلات (الخطوط) التي يتم من خلالها تبادل المعلومات. تسمى هذه المجموعة من الخطوط بحافلة المعلومات، أو ببساطة الحافلة .

يتم التفاعل بين مكونات الكمبيوتر والأجهزة المتصلة بالحافلات المختلفة باستخدام ما يسمى بالجسور المطبقة على إحدى شرائح مجموعة الشرائح.

تم توحيد أبعاد اللوحة الأم، وكذلك الفتحات الموجودة داخل اللوحة والتي تربطها بالجزء السفلي من العلبة.

عند اختيار اللوحة الأم، يجب أن تتوافق أبعادها مع نوع علبة الكمبيوتر، وعند تركيبها يجب تجنب ملامستها للألواح المعدنية السفلية والجانبية للعلبة لتجنب حدوث ماس كهربائي.

عامل شكل اللوحة الأم هو الإستراتيجية العامة لموقع الرقائق الرئيسية والفتحات الموجودة عليها وشكلها وحجمها.

ظهر تنسيق BaY-AT للوحات الأم في عام 1982. يمكن تثبيت اللوحات الأم بهذا التنسيق في أي حال تقريبًا، باستثناء حالات الارتفاع المنخفض. وهذا هو السبب في أنها الأكثر انتشارا. حاليًا، توقفت شركة Intel عن إنتاج اللوحات الأم BaY-AT وتحولت إلى إنتاج اللوحات الأم بمواصفات ATX.

في عام 1995، اقترحت إنتل مواصفات ATX جديدة للوحة الأم وحالة الكمبيوتر.

في عام 1997، اقترحت شركة Intel معيار NLX جديدًا، والذي أصبح بمثابة تطوير إضافي لمعيار ATX. وفقا للمعيار، ما يسمى بطاقة الناهض، الذي يحتوي على فتحات PCI وISA القياسية التي يمكن تركيب جميع بطاقات التوسيع الضرورية فيها. والفرق الرئيسي بين البطاقة الصاعدة هو أن اللوحة الأم مثبتة في فتحة خاصة تسمى NLX . لا يحتوي هذا الموصل على ناقل المعلومات فحسب، بل يحتوي أيضًا على ناقل الطاقة. وبالتالي، بعد التثبيت، يتم توصيل اللوحة الأم تلقائيًا بناقل الطاقة. تحتوي البطاقة الصاعدة على موصلات مختلفة كانت موجودة مسبقًا على اللوحة الأم - IDE، وFDD، وUSB، ومصدر الطاقة، وما إلى ذلك. مزايا معيار NLX:

إمكانية مضمونة لاستبدال اللوحة الأم.

سهولة الوصول إلى الكابلات وبطاقات التوسيع ووحدات الذاكرة؛

انخفاض كبير في طول الكابل.

إمكانية استبدال وحدة المعالجة المركزية.

إمكانية استخدام أنظمة المعالج المزدوج.

تصميم والغرض من اللوحة الأم

اللوحة الأم أو لوحة النظام هي عبارة عن لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات تشكل أساس جهاز الكمبيوتر، حيث تحدد بنيته وأدائه وتتواصل بين جميع العناصر المتصلة به وتنسيق عملها.

1 المقدمة.

تعد اللوحة الأم من أهم عناصر جهاز الكمبيوتر، حيث تحدد مظهره وتضمن تفاعل جميع الأجهزة المتصلة باللوحة الأم.

تحتوي اللوحة الأم على جميع العناصر الرئيسية للكمبيوتر مثل:

مجموعة منطق النظام أو مجموعة الشرائح هي المكون الرئيسي للوحة الأم، والتي تحدد نوع المعالج ونوع ذاكرة الوصول العشوائي ونوع ناقل النظام الذي يمكن استخدامه؛

فتحة لتثبيت المعالج. يحدد نوع المعالجات التي يمكن توصيلها باللوحة الأم. قد تستخدم المعالجات واجهات ناقل نظام مختلفة (على سبيل المثال، FSB، DMI، QPI، وما إلى ذلك)، وقد تحتوي بعض المعالجات على نظام رسومات متكامل أو وحدة تحكم في الذاكرة، وقد يختلف عدد "الأرجل"، وما إلى ذلك. وفقا لذلك، لكل نوع من المعالجات، من الضروري استخدام الفتحة الخاصة به للتثبيت. في كثير من الأحيان، يسيء مصنعو المعالجات واللوحة الأم استخدام هذا الأمر، سعيًا وراء فوائد إضافية، وإنشاء معالجات جديدة غير متوافقة مع أنواع الفتحات الموجودة، حتى لو كان من الممكن تجنب ذلك. نتيجة لذلك، عند تحديث جهاز كمبيوتر، يجب عليك تغيير ليس فقط المعالج، ولكن أيضا اللوحة الأم مع كل العواقب المترتبة على ذلك.

- المعالج المركزي - الجهاز الرئيسي للكمبيوتر، الذي يقوم بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية وعمليات التحكم في جميع عناصر الكمبيوتر الأخرى؛

وحدة تحكم ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الوصول العشوائي). في السابق، كانت وحدة التحكم في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) مدمجة في مجموعة الشرائح، ولكن الآن تحتوي معظم المعالجات على وحدة تحكم في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) مدمجة، مما يزيد من الأداء العام ويخفف الحمل على مجموعة الشرائح.

ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) عبارة عن مجموعة من الرقائق للتخزين المؤقت للبيانات. تتمتع اللوحات الأم الحديثة بالقدرة على توصيل عدة شرائح من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) في نفس الوقت، وعادةً ما تكون أربع شرائح أو أكثر.

حفلة موسيقية (BIOS) تحتوي على برمجة، الذي يختبر المكونات الرئيسية للكمبيوتر ويقوم بتكوين اللوحة الأم. وذاكرة CMOS تخزن إعدادات BIOS. في كثير من الأحيان، يتم تثبيت العديد من شرائح ذاكرة CMOS لاستعادة وظائف الكمبيوتر بسرعة في حالات الطوارئ، على سبيل المثال، محاولة رفع تردد التشغيل غير الناجحة؛

بطارية قابلة لإعادة الشحن أو بطارية تعمل على تشغيل ذاكرة CMOS؛

وحدات التحكم في قنوات الإدخال/الإخراج: USB، وCOM، وLPT، وATA، وSATA، وSCSI، وFireWire، وEthernet، وما إلى ذلك. ويتم تحديد قنوات الإدخال/الإخراج التي سيتم دعمها حسب نوع اللوحة الأم المستخدمة. إذا لزم الأمر، يمكن تثبيت وحدات تحكم الإدخال/الإخراج الإضافية في شكل بطاقات التوسعة؛

مذبذب كوارتز ينتج إشارات تزامن عمل جميع عناصر الكمبيوتر؛

الموقتات.

تحكم المقاطعة. إشارات المقاطعة من الأجهزة المختلفة لا تذهب مباشرة إلى المعالج، ولكن إلى وحدة تحكم المقاطعة، التي تحدد إشارة المقاطعة بالأولوية المناسبة للحالة النشطة؛

موصلات لتثبيت بطاقات التوسعة: بطاقات الفيديو، وبطاقات الصوت، وما إلى ذلك؛

منظمات الجهد التي تحول الجهد الأصلي إلى الجهد المطلوب لتشغيل المكونات المثبتة على اللوحة الأم؛

أدوات المراقبة التي تقيس سرعة دوران المروحة، ودرجة حرارة عناصر الكمبيوتر الرئيسية، وجهد الإمداد، وما إلى ذلك؛

كارت الصوت. تحتوي جميع اللوحات الأم تقريبًا على بطاقات صوت مدمجة تتيح لك الحصول على جودة صوت جيدة. إذا لزم الأمر، يمكنك تثبيت بطاقة صوت منفصلة إضافية لتوفير صوت أفضل، ولكن في معظم الحالات لا يكون ذلك مطلوبًا؛

مكبر صوت مدمج. تستخدم أساسا لتشخيص أداء النظام. وذلك في المدة والتسلسل إشارات صوتيةعند تشغيل الكمبيوتر، يمكنك تحديد معظم أعطال الأجهزة؛

الناقلات هي موصلات لتبادل الإشارات بين مكونات الكمبيوتر.

2. لوحة الدوائر المطبوعة.

أساس اللوحة الأم هو لوحة الدوائر المطبوعة. توجد على لوحة الدوائر المطبوعة خطوط إشارة، تسمى غالبًا مسارات الإشارة، تربط جميع عناصر اللوحة الأم. إذا كانت مسارات الإشارة قريبة جدًا من بعضها البعض، فإن الإشارات المرسلة عبرها سوف تتداخل مع بعضها البعض. كلما زاد طول المسار وارتفع معدل بياناته، زاد تداخله مع المسارات المجاورة وأصبح أكثر عرضة لمثل هذا التداخل.

ونتيجة لذلك، قد تحدث أعطال حتى في مكونات الكمبيوتر الموثوقة والمكلفة للغاية. ولذلك، فإن المهمة الرئيسية في إنتاج لوحة الدوائر المطبوعة هي وضع مسارات الإشارة بطريقة تقلل من تأثير التداخل على الإشارات المرسلة. للقيام بذلك، يتم تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، مما يزيد بشكل كبير من المساحة المفيدة للوحة الدوائر المطبوعة والمسافة بين المسارات.

عادةً، تحتوي اللوحات الأم الحديثة على ست طبقات: ثلاث طبقات إشارة، وطبقة أرضية، وطبقتان للطاقة.

ومع ذلك، قد يختلف عدد طبقات الطاقة والإشارة وفقًا لميزات اللوحات الأم.

يعد تخطيط المسارات وطولها أمرًا في غاية الأهمية للتشغيل العادي لجميع مكونات الكمبيوتر، لذلك عند اختيار اللوحة الأم، يجب عليك انتباه خاصانتبه إلى جودة لوحة الدوائر المطبوعة وتخطيط المسارات. يعد هذا مهمًا بشكل خاص إذا كنت ستستخدم مكونات الكمبيوتر ذات الإعدادات غير القياسية ومعلمات التشغيل. على سبيل المثال، رفع تردد التشغيل المعالج أو الذاكرة.

تحتوي لوحة الدائرة المطبوعة على كافة مكونات اللوحة الأم والموصلات الخاصة بتوصيل بطاقات التوسيع والأجهزة الطرفية. يوضح الشكل أدناه رسمًا تخطيطيًا لترتيب المكونات على لوحة الدوائر المطبوعة.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على جميع مكونات اللوحة الأم ونبدأ بالمكون الرئيسي - مجموعة الشرائح.

3. الشرائح.

مجموعة الشرائح أو مجموعة منطق النظام هي المجموعة الرئيسية من الرقائق الموجودة على اللوحة الأم والتي تضمن الأداء المشترك للمعالج المركزي وذاكرة الوصول العشوائي وبطاقة الفيديو ووحدات التحكم الطرفية والمكونات الأخرى المتصلة باللوحة الأم. هو الذي يحدد المعلمات الرئيسية للوحة الأم: نوع المعالج المدعوم وحجم وقناة ونوع ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وتردد ونوع ناقل النظام وحافلة الذاكرة ومجموعات وحدات التحكم الطرفية وما إلى ذلك.

كقاعدة عامة، يتم بناء مجموعات منطق النظام الحديثة على أساس مكونين، وهما عبارة عن شرائح منفصلة متصلة ببعضها البعض بواسطة ناقل عالي السرعة.

لكن مؤخراهناك اتجاه لدمج الجسر الشمالي والجنوبي في مكون واحد، حيث يتم بشكل متزايد بناء وحدة التحكم في الذاكرة مباشرة في المعالج، وبالتالي تخفيف الجسر الشمالي، وتظهر قنوات اتصال أسرع فأسرع مع الأجهزة الطرفية وبطاقات التوسعة. كما أن تكنولوجيا إنتاج الدوائر المتكاملة تتطور أيضًا، مما يجعلها أصغر حجمًا وأرخص ثمنًا وتستهلك طاقة أقل.

يتيح لك الجمع بين الجسرين الشمالي والجنوبي في مجموعة شرائح واحدة زيادة أداء النظام عن طريق تقليل وقت التفاعل مع الأجهزة الطرفية والمكونات الداخلية المتصلة مسبقًا بالجسر الجنوبي، ولكنه يعقد تصميم مجموعة الشرائح بشكل كبير، ويجعل ترقيتها أكثر صعوبة ويزيد قليلاً من تكلفة اللوحة الأم.

ولكن حتى الآن، يتم تصنيع معظم اللوحات الأم بناءً على مجموعة شرائح مقسمة إلى مكونين. تسمى هذه المكونات بالجسر الشمالي والجنوبي.

الأسماء الشمالية والجنوبية تاريخية. تشير إلى موقع مكونات مجموعة الشرائح بالنسبة إلى ناقل PCI: الشمال أعلى والجنوب أقل. لماذا الجسر؟ أُطلق هذا الاسم على الشرائح بناءً على الوظائف التي تؤديها: فهي تعمل على توصيل مختلف الناقلات والواجهات.

أسباب تقسيم الشريحة إلى قسمين هي كما يلي:

1. الاختلافات في أوضاع السرعة.

يعمل Northbridge مع المكونات الأسرع والأكثر استهلاكًا للنطاق الترددي. وتشمل هذه المكونات بطاقة الفيديو والذاكرة. ومع ذلك، تحتوي معظم المعالجات اليوم على وحدة تحكم ذاكرة مدمجة، والعديد منها لديها نظام رسومات مدمج، والذي، على الرغم من أنه أدنى بكثير من بطاقات الفيديو المنفصلة، لا يزال يستخدم في كثير من الأحيان في أجهزة الكمبيوتر الشخصية ذات الميزانية المحدودة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. لذلك، كل عام، يتناقص الحمل على الجسر الشمالي، مما يقلل من الحاجة إلى تقسيم الشرائح إلى قسمين.

2. تحديث المعايير الطرفية بشكل متكرر أكثر من الأجزاء الرئيسية للكمبيوتر.

تتغير معايير ناقلات الاتصال بالذاكرة وبطاقات الفيديو والمعالجات بشكل أقل تكرارًا من معايير الاتصال ببطاقات التوسعة والأجهزة الطرفية. وهذا يسمح، في حالة تغيير واجهة الاتصال بالأجهزة الطرفية أو تطوير قناة اتصال جديدة، بعدم تغيير مجموعة الشرائح بأكملها، ولكن استبدال الجسر الجنوبي فقط. بالإضافة إلى ذلك، يعمل الجسر الشمالي بأجهزة أسرع وأكثر تعقيدًا من الجسر الجنوبي، نظرًا لأن الأداء العام للنظام يعتمد إلى حد كبير على تشغيله. ولذلك فإن تغييره عمل مكلف وصعب. ولكن على الرغم من ذلك، هناك اتجاه لدمج الجسرين الشمالي والجنوبي في دائرة واحدة متكاملة.

3.1. المهام الرئيسية للجسر الشمالي.

يقوم الجسر الشمالي، كما يوحي اسمه، بوظائف التحكم وتوجيه تدفق البيانات من 4 حافلات:

ناقلات الاتصال مع المعالج أو ناقل النظام.
حافلات الذاكرة
حافلات الاتصال مع محول الرسومات.
حافلات التواصل مع الجسر الجنوبي.

تم تصميم الجسر الشمالي وفقًا للوظائف المنجزة. وهو يتألف من واجهة ناقل النظام، وواجهة ناقل الاتصال مع الجسر الجنوبي، ووحدة التحكم في الذاكرة، وواجهة ناقل الاتصال مع بطاقة الرسومات.

في الوقت الحالي، تحتوي معظم المعالجات على وحدة تحكم مدمجة في الذاكرة، لذلك يمكن اعتبار وظيفة وحدة التحكم في الذاكرة الخاصة بالجسر الشمالي قديمة. ونظرًا لوجود أنواع عديدة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، فسوف نسلط الضوء على مقال منفصل لوصف الذاكرة وتقنية تفاعلها مع المعالج.

في أجهزة الكمبيوتر ذات الميزانية المحدودة، يتم أحيانًا دمج نظام الرسومات في الجسر الشمالي. ومع ذلك، في الوقت الحالي، من الشائع تثبيت نظام الرسومات مباشرة في المعالج، لذلك سنعتبر أيضًا وظيفة Northbridge هذه قديمة.

وبالتالي، فإن المهمة الرئيسية للشرائح هي توزيع جميع الطلبات بكفاءة وسرعة من المعالج وبطاقة الفيديو والجسر الجنوبي، وتحديد الأولويات وإنشاء قائمة انتظار، إذا لزم الأمر. علاوة على ذلك، يجب أن يكون متوازنًا بحيث يتم تقليل وقت التوقف عن العمل قدر الإمكان عندما تحاول مكونات الكمبيوتر الوصول إلى موارد معينة.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على واجهات الاتصال الحالية مع المعالج ومحول الرسومات والجسر الجنوبي.

3.1.1. واجهات للتواصل مع المعالج.

توجد حاليًا الواجهات التالية لتوصيل المعالج بالجسر الشمالي: FSB، DMI، HyperTransport، QPI.

FSB (حافلة الموقع الأمامي)- ناقل النظام المستخدم للتواصل بين المعالج المركزي والجسر الشمالي في التسعينيات والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين. تم تطوير FSB بواسطة شركة Intel وتم استخدامه لأول مرة في أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على معالجات Pentium.

يعد تردد التشغيل لحافلة FSB أحد أهم معلمات تشغيل الكمبيوتر ويحدد إلى حد كبير أداء النظام بأكمله. عادة ما يكون أقل بعدة مرات من تردد تشغيل المعالج.

الترددات التي يعمل بها المعالج المركزي وناقل النظام لها تردد مرجعي مشترك ويتم حسابها في شكل مبسط مثل Vп = Vo*k، حيث Vп هو تردد تشغيل المعالج، Vo هو التردد المرجعي، k هو المضاعف. عادة في الأنظمة الحديثة يكون التردد المرجعي مساوياً لتردد ناقل FSB.

تسمح لك معظم اللوحات الأم بزيادة تردد ناقل النظام أو المضاعف يدويًا عن طريق تغيير الإعدادات في BIOS. في اللوحات الأم القديمة، تم تغيير هذه الإعدادات عن طريق وصلات العبور المتحركة. تؤدي زيادة تردد ناقل النظام أو المضاعف إلى زيادة أداء الكمبيوتر. ومع ذلك، في معظم المعالجات الحديثة متوسطة السعر، يتم قفل المضاعف، والطريقة الوحيدة لزيادة أداء نظام الكمبيوتر هي زيادة تردد ناقل النظام.

زاد تردد FSB تدريجيًا من 50 ميجا هرتز لمعالجات فئة Intel Pentium وAMD K5 في أوائل التسعينيات، إلى 400 ميجا هرتز لمعالجات فئة Xeon وCore 2 في أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. وفي الوقت نفسه، زادت الإنتاجية من 400 ميجابت/ثانية إلى 12800 ميجابت/ثانية.

تم استخدام ناقل FSB في معالجات Atom وCeleron وPentium وCore 2 وXeon حتى عام 2008. في الوقت الحالي، تم استبدال هذه الحافلة بحافلات نظام DMI وQPI وHyper Transport.

النقل الفائق– ناقل عالمي عالي السرعة من نقطة إلى نقطة مع زمن وصول منخفض، يستخدم لتوصيل المعالج بالجسر الشمالي. إن ناقل HyperTransport ثنائي الاتجاه، أي أنه يتم تخصيص خط الاتصال الخاص به للتبادل في كل اتجاه. بالإضافة إلى ذلك، فهو يعمل باستخدام تقنية DDR (معدل البيانات المزدوج)، حيث ينقل البيانات عند صعود وهبوط نبض الساعة.

تم تطوير هذه التقنية من قبل اتحاد HyperTransport Technology بقيادة AMD. ومن الجدير بالذكر أن معيار HyperTransport مفتوح، مما يسمح لمختلف الشركات باستخدامه في أجهزتهم.

تم طرح الإصدار الأول من HyperTransport في عام 2001، وسمح بالتبادل بسرعة 800 MT/s (800 ميجا معاملة في الثانية أو 838860800 عملية تبادل في الثانية) مع أقصى إنتاجية تبلغ 12.8 جيجابايت/ثانية. ولكن بالفعل في عام 2004، تم إصدار تعديل جديد لحافلة HyperTransport (الإصدار 2.0)، مما يوفر 1.4 جيجا هرتز/ثانية مع إنتاجية قصوى تبلغ 22.4 جيجا بايت/ثانية، وهو ما يزيد بنحو 14 مرة عن قدرات ناقل FSB.

في 18 أغسطس 2008، تم إصدار التعديل 3.1، ويعمل بسرعة 3.2 جيجا هرتز/ثانية، مع إنتاجية 51.6 جيجا بايت/ثانية. يعد هذا حاليًا هو الإصدار الأسرع من ناقل HyperTransport.

تتميز تقنية HyperTransport بالمرونة الشديدة وتسمح لك بتغيير تردد الناقل وعمق البت الخاص به. وهذا يسمح باستخدامه ليس فقط لتوصيل المعالج بالجسر الشمالي وذاكرة الوصول العشوائي، ولكن أيضًا في الأجهزة البطيئة. وفي الوقت نفسه، تؤدي إمكانية تقليل سعة البت والتردد إلى توفير الطاقة.

الحد الأدنى لتردد ساعة الناقل هو 200 ميجاهرتز، بينما سيتم نقل البيانات بسرعة 400 مليون طن/ثانية، بسبب تقنية DDR، والحد الأدنى لعرض البت هو 2 بت. مع الحد الأدنى من المعلمات، سيكون الحد الأقصى للإنتاجية 100 ميجابايت/ثانية. جميع الترددات المدعومة وأعماق البتات التالية هي مضاعفات الحد الأدنى لتردد الساعة وعمق البت حتى السرعة - 3.2 جيجا هرتز/ثانية، وعمق البت - 32 بت، لمراجعة HyperTransport v 3.1.

DMI (واجهة الوسائط المباشرة)– ناقل تسلسلي من نقطة إلى نقطة يستخدم لتوصيل المعالج بمجموعة الشرائح وتوصيل الجسر الجنوبي لمجموعة الشرائح بالجسر الشمالي. تم تطويره بواسطة شركة إنتل في عام 2004.

للتواصل بين المعالج ومجموعة الشرائح، يتم عادةً استخدام 4 قنوات DMI، مما يوفر أقصى إنتاجية تصل إلى 10 جيجابايت/ثانية لمراجعة DMI 1.0، و20 جيجابايت/ثانية لمراجعة DMI 2.0 التي تم تقديمها في عام 2011. يمكن للأنظمة المتنقلة ذات الميزانية المحدودة استخدام ناقل مزود بقناتين DMI، مما يقلل من الإنتاجية بمقدار النصف مقارنة بخيار 4 قنوات.

في كثير من الأحيان، في المعالجات التي تستخدم الاتصال مع الشرائح عبر ناقل DMI، إلى جانب وحدة التحكم في الذاكرة، يتم تضمين وحدة تحكم ناقل PCI Express، مما يضمن التفاعل مع بطاقة الفيديو. في هذه الحالة، ليست هناك حاجة لجسر شمالي، وتقوم مجموعة الشرائح فقط بوظائف التفاعل مع بطاقات التوسعة والأجهزة الطرفية. مع بنية اللوحة الأم هذه، لا يلزم وجود قناة عالية السرعة للتفاعل مع المعالج، كما أن ناقل DMI يحتوي على عرض نطاق ترددي أكثر من كافٍ.

QPI (اتصال QuickPath)– ناقل تسلسلي من نقطة إلى نقطة يستخدم لتوصيل المعالجات مع بعضها البعض ومع مجموعة الشرائح. تم تقديمه بواسطة شركة Intel في عام 2008 ويستخدم في معالجات HiEnd مثل Xeon وItanium وCore i7.

إن ناقل QPI ثنائي الاتجاه، أي أنه توجد قناة منفصلة للتبادل في كل اتجاه، يتكون كل منها من 20 خط اتصال. ولذلك، فإن كل قناة تتكون من 20 بت، حيث تمثل الحمولة 16 بت فقط. تعمل حافلة QPI بسرعات 4.8 و6.4 جيجا هرتز/ثانية، مع حد أقصى للإنتاجية يبلغ 19.2 و25.6 جيجا بايت/ثانية على التوالي.

لقد استعرضنا بإيجاز الواجهات الرئيسية لتوصيل المعالج بالشريحة. بعد ذلك، سننظر في واجهات توصيل North Bridge بمحول الرسومات.

3.1.2. واجهات للتواصل مع محول الرسومات.

في البداية تم استخدام الناقل الشائع ICA، VLB، ثم PCI للتواصل مع معالج الرسوميات، ولكن بسرعة كبيرة لم يعد النطاق الترددي لهذه الناقلات كافيا للعمل مع الرسومات، خاصة بعد انتشار الرسومات ثلاثية الأبعاد، والتي يتطلب طاقة هائلة لإجراء العمليات الحسابية وعرض النطاق الترددي العالي للناقل لمواد النقل ومعلمات الصورة.

تم استبدال الحافلات العامة بحافلة AGP متخصصة، مُحسّنة للعمل مع وحدة التحكم في الرسومات.

AGP (منفذ الرسومات المتسارع)- ناقل 32 بت متخصص للعمل مع محول الرسومات، تم تطويره في عام 1997 بواسطة شركة إنتل.

يعمل ناقل AGP بتردد ساعة يبلغ 66 ميجاهرتز ويدعم وضعين للتشغيل: مع ذاكرة DMA (الوصول المباشر للذاكرة) وذاكرة DME (التنفيذ المباشر للذاكرة).

في وضع DMA، تم اعتبار الذاكرة الرئيسية هي الذاكرة المضمنة في محول الفيديو، وفي وضع DME، كانت ذاكرة بطاقة الفيديو، والتي كانت، مع الذاكرة الرئيسية، في مساحة عنوان واحدة، و يمكن لمحول الفيديو الوصول إلى كل من الذاكرة المدمجة والذاكرة الرئيسية للكمبيوتر.

أتاح وجود وضع DME تقليل مقدار الذاكرة المدمجة في محول الفيديو وبالتالي تقليل تكلفته. يسمى وضع العمل مع ذاكرة DME بتركيب AGP.

ومع ذلك، قريبا جدا، لم يعد عرض النطاق الترددي للحافلة AGP كافيا للعمل في وضع DME، وبدأ المصنعون في زيادة حجم الذاكرة المدمجة. وسرعان ما توقفت زيادة الذاكرة المدمجة عن المساعدة وأصبح عرض النطاق الترددي لحافلة AGP غير كافٍ على الإطلاق.

الإصدار الأول من ناقل AGP، AGP 1x، يعمل بتردد ساعة 66 ميجا هرتز ويتمتع بسرعة نقل بيانات قصوى تبلغ 266 ميجابايت/ثانية، وهو ما لم يكن كافيًا للتشغيل الكامل في وضع DME ولم يتجاوز سرعة نقل البيانات الخاصة به. السابق، ناقل PCI (PCI 2.1 - 266 ميجابايت/ثانية). لذلك، تم تحسين الناقل على الفور تقريبًا وتم تقديم وضع نقل البيانات على حافة وسقوط نبض الساعة، والذي، عند نفس تردد الساعة البالغ 66 ميجاهرتز، جعل من الممكن الحصول على إنتاجية تبلغ 533 ميجابايت / ثانية. كان هذا الوضع يسمى AGP 2x.

النسخة الأولى من AGP 1.0 في السوق دعمت أوضاع التشغيل AGP 1x وAGP 2x.

في عام 1998، تم تقديم مراجعة جديدة للحافلة - AGP 2.0، التي تدعم وضع التشغيل AGP 4x، حيث تم نقل 4 كتل بيانات لكل دورة على مدار الساعة، ونتيجة لذلك، وصلت الإنتاجية إلى 1 جيجابايت/ثانية.

في الوقت نفسه، لم يتغير تردد ساعة الناقل المرجعي وظل يساوي 66 ميجا هرتز، ولإتاحة إرسال أربع كتل من البيانات في دورة ساعة واحدة، تم تقديم إشارة إضافية تعمل بشكل متزامن مع تردد الساعة المرجعية، ولكن بتردد 133 ميجا هرتز. تم إرسال البيانات حول صعود وهبوط نبض الساعة للإشارة الإضافية.

في الوقت نفسه، تم تخفيض جهد الإمداد من 3.3 فولت إلى 1.5 فولت، ونتيجة لذلك، كانت بطاقات الفيديو الصادرة فقط لمراجعة AGP 1.0 غير متوافقة مع بطاقات الفيديو AGP 2.0 والمراجعات اللاحقة لحافلة AGP.

في عام 2002، تم إصدار المراجعة 3.0 لحافلة AGP. ظل التردد المرجعي للحافلة دون تغيير، ومع ذلك، فإن نبض الساعة الإضافي، الذي تم تشغيله بشكل متزامن مع التردد المرجعي، كان بالفعل 266 ميجا هرتز. وفي الوقت نفسه، تم نقل 8 كتل لكل دورة ساعة واحدة من التردد المرجعي، وكانت السرعة القصوى 2.1 جيجابايت/ثانية.

ولكن، على الرغم من كل التحسينات التي تم إدخالها على ناقل AGP، تطورت محولات الفيديو بشكل أسرع وتطلبت ناقلًا أكثر قوة. لذلك تم استبدال ناقل AGP بحافلة PCI Express.

بي سي اي اكسبريسعبارة عن ناقل تسلسلي ثنائي الاتجاه من نقطة إلى نقطة تم تطويره في عام 2002 من قبل مجموعة PCI-SIG غير الربحية، والتي تضمنت شركات مثل Intel وMicrosoft وIBM وAMD وSun Microsystems وغيرها.

المهمة الرئيسية التي تواجه ناقل PCI Express هي استبدال ناقل الرسومات AGP وناقل PCI العالمي الموازي.

تعمل مراجعة ناقل PCI Express 1.0 بتردد ساعة يبلغ 2.5 جيجاهرتز، في حين يبلغ إجمالي إنتاجية قناة واحدة 400 ميجابايت/ثانية، حيث أنه لكل 8 بتات من البيانات المنقولة هناك بتتا خدمة والناقل ثنائي الاتجاه، أي أن التبادلات في كلا الاتجاهين تحدث في وقت واحد. يستخدم الناقل عادة عدة قنوات: 1، 2، 4، 8، 16 أو 32، حسب عرض النطاق الترددي المطلوب. وبالتالي، فإن الناقلات المعتمدة على PCI Express في الحالة العامة هي عبارة عن مجموعة من قنوات نقل البيانات التسلسلية المستقلة.

لذلك، عند استخدام ناقل PCI Express، عادةً ما يتم استخدام ناقل ذو 16 قناة للتواصل مع بطاقات الفيديو، ويتم استخدام ناقل أحادي القناة للتواصل مع بطاقات التوسعة.

الحد الأقصى النظري لمجموع الإنتاجية لحافلة ذات 32 قناة هو 12.8 جيجابايت/ثانية. في الوقت نفسه، على عكس ناقل PCI، الذي يقسم عرض النطاق الترددي بين جميع الأجهزة المتصلة، تم بناء ناقل PCI Express على مبدأ طوبولوجيا "النجمة" ويتم منح كل جهاز متصل الملكية الوحيدة لعرض النطاق الترددي للحافلة بالكامل.

في مراجعة PCI Express 2.0، التي تم تقديمها في 15 يناير 2007، تمت زيادة عرض النطاق الترددي للحافلة بمقدار مرتين. بالنسبة لقناة ناقل واحدة، كان إجمالي الإنتاجية 800 ميجابايت/ثانية، وبالنسبة للحافلة ذات 32 قناة - 25.6 جيجابايت/ثانية.

في مراجعة PCI Express 3.0، التي تم تقديمها في نوفمبر 2010، تمت زيادة إنتاجية الناقل بمقدار مرتين، وزاد الحد الأقصى لعدد المعاملات من 5 إلى 8 مليار، وزاد الحد الأقصى من الإنتاجية بمقدار مرتين، وذلك بفضل التغيير في مبدأ تشفير المعلومات، حيث يوجد كل 129 بت من البيانات بتتين خدمة فقط، وهو أقل بـ 13 مرة مما كان عليه في المراجعات 1.0 و2.0. وبالتالي، بالنسبة لقناة ناقلة واحدة، أصبح إجمالي الإنتاجية 1.6 جيجابايت/ثانية، وبالنسبة للحافلة ذات 32 قناة - 51.2 جيجابايت/ثانية.

ومع ذلك، فإن PCI Express 3.0 يدخل السوق للتو وبدأت اللوحات الأم الأولى التي تدعم هذا الناقل في الظهور في نهاية عام 2011، ومن المقرر إنتاج كميات كبيرة من الأجهزة التي تدعم ناقل PCI Express 3.0 في عام 2012.

تجدر الإشارة إلى أن إنتاجية PCI Express 2.0 في الوقت الحالي كافية تمامًا للتشغيل الطبيعي لمحولات الفيديو ولن يوفر الانتقال إلى PCI Express 3.0 زيادة كبيرة في الأداء في مجموعة بطاقة المعالج وبطاقة الفيديو. ولكن، كما يقولون، انتظر وانظر.

في المستقبل القريب، من المقرر إصدار مراجعة PCI Express 4.0، حيث سيتم زيادة السرعة بمقدار 2 مرات أخرى.

في الآونة الأخيرة، كان هناك ميل لدمج واجهة PCI Express مباشرة في المعالج. عادةً ما تحتوي هذه المعالجات أيضًا على وحدة تحكم مدمجة في الذاكرة. ونتيجة لذلك، ليست هناك حاجة لجسر شمالي، وتم بناء مجموعة الشرائح على أساس دائرة متكاملة واحدة، وتتمثل مهمتها الرئيسية في ضمان التفاعل مع بطاقات التوسعة والأجهزة الطرفية.

وبهذا تنتهي مراجعة واجهات الاتصال بين الجسر الشمالي ومحول الفيديو وتنتقل إلى مراجعة واجهات الاتصال بين الجسر الشمالي والجسر الجنوبي.

3.1.3. واجهات الاتصال مع الجسر الجنوبي.

كافٍ لفترة طويلةتم استخدام ناقل PCI لربط الجسر الشمالي بالجسر الجنوبي.

PCI (ربط المكونات الطرفية) هو ناقل لتوصيل بطاقات التوسعة باللوحة الأم، تم تطويره في عام 1992 بواسطة شركة Intel. كما تم استخدامه لفترة طويلة لربط الجسر الشمالي بالجسر الجنوبي. ومع ذلك، مع زيادة أداء لوحات التوسعة، أصبح عرض النطاق الترددي الخاص بها غير كاف. تم استبدالها بحافلات أكثر قوة في البداية من مهام ربط الجسور الشمالية والجنوبية، وفي السنوات الأخيرة بدأت في استخدام حافلة أسرع - PCI Express - للتواصل مع بطاقات التوسع.

الخصائص التقنية الرئيسية لحافلة PCI هي كما يلي:

مراجعة	1.0	2.0	2.1	2.2	2.3
تاريخ الإفراج	1992	1993	1995	1998	2002
عمق بت	32	32	32/64	32/64	32/64
تكرار	33 ميجا هرتز	33 ميجا هرتز	33/66 ميغاهيرتز	33/66 ميغاهيرتز	33/66 ميغاهيرتز
عرض النطاق	132 ميجابايت/ثانية	132 ميجابايت/ثانية	132/264/528 ميجابايت/ثانية	132/264/528 ميجابايت/ثانية	132/264/528 ميجابايت/ثانية
جهد الإشارة	5 خامسا	5 خامسا	5/3.3 فولت	5/3.3 فولت	5/3.3 فولت
للتبديل السريع	لا	لا	لا	هنالك	هنالك

هناك مراجعات أخرى لنواقل PCI، على سبيل المثال، للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى، أو خيارات انتقالية بين المراجعات الرئيسية، ولكن بما أنه في الوقت الحالي يتم استبدال واجهة PCI عمليًا بنواقل أسرع، فلن أصف بالتفصيل خصائص جميع المراجعات.

عند استخدام الحافلة لتوصيل الجسرين الشمالي والجنوبي، سيبدو المخطط الهيكلي للوحة الأم كما يلي:

كما يتبين من الشكل، تم توصيل الجسرين الشمالي والجنوبي بحافلة PCI مع بطاقات التوسعة. تم تقسيم عرض النطاق الترددي للحافلة بين جميع الأجهزة المتصلة به، وبالتالي، تم تقليل ذروة الإنتاجية المعلنة ليس فقط عن طريق معلومات الخدمة المرسلة، ولكن أيضًا عن طريق الأجهزة المنافسة المتصلة بالحافلة. ونتيجة لذلك، مع مرور الوقت، بدأ عرض النطاق الترددي للحافلة يكون كافياً، وللاتصال بين الجسرين الشمالي والجنوبي بدأوا في استخدام الحافلات مثل: hub link، وDMI، وHyperTransport، وبقيت حافلة PCI لفترة قصيرة كحافلة. الاتصال مع بطاقات التوسع.

كان ناقل الارتباط المحوري أول من حل محل PCI.

حافلة المحور- ناقل 8 بت من نقطة إلى نقطة تم تطويره بواسطة شركة إنتل. تعمل الحافلة بتردد 66 ميجاهرتز وتنقل 4 بايت لكل دورة ساعة، مما يسمح بحد أقصى من الإنتاجية يبلغ 266 ميجابايت/ثانية.

أدى إدخال ناقل hublink إلى تغيير بنية اللوحة الأم وإراحة ناقل PCI. تم استخدام ناقل PCI فقط للاتصال بالأجهزة الطرفية وبطاقات التوسعة، وتم استخدام ناقل hublink فقط للاتصال بالجسر الشمالي.

كان إنتاجية ناقل hublink مشابهًا لناقل PCI، ولكن بما أنه لم يكن من الضروري مشاركة القناة مع أجهزة أخرى، وتم تفريغ ناقل PCI، كان معدل النقل كافيًا تمامًا. لكن هندسة الكمبيوترلا يقف ساكنًا، ولا يتم استخدام ناقل Hublink عمليًا في الوقت الحالي بسبب الأداء غير الكافي. وقد تم استبدالها بإطارات مثل DMI وHyperTransport.

تم تقديم وصف موجز لحافلة DMI وHyperTransport في القسم، لذلك لن أكرره.

كانت هناك واجهات أخرى لربط الجسر الشمالي بالجسر الجنوبي، لكن معظمها قد عفا عليها الزمن بالفعل أو نادرًا ما يتم استخدامها، لذلك لن نركز عليها. بهذا نختتم النظرة العامة على الوظائف الرئيسية وتصميم الجسر الشمالي وننتقل إلى الجسر الجنوبي.

3.2. الوظائف الرئيسية للجسر الجنوبي.

يعد South Bridge مسؤولاً عن تنظيم التفاعل مع مكونات الكمبيوتر البطيئة: بطاقات التوسيع، والأجهزة الطرفية، وأجهزة الإدخال/الإخراج، وقنوات الاتصال بين الأجهزة، وما إلى ذلك.

أي أن الجسر الجنوبي ينقل البيانات والطلبات من الأجهزة المتصلة به إلى الجسر الشمالي الذي ينقلها إلى المعالج أو ذاكرة الوصول العشوائي، ويستقبل أوامر المعالج والبيانات من ذاكرة الوصول العشوائي من الجسر الشمالي، وينقلها إلى الأجهزة المتصلة به هو - هي.

الجسر الجنوبي يشمل:

وحدة تحكم ناقل الاتصالات مع الجسر الشمالي (PCI، hublink، DMI، HyperTransport، وما إلى ذلك)؛

وحدة تحكم ناقل الاتصالات مع بطاقات التوسعة (PCI، PCIe، وما إلى ذلك)؛

وحدة تحكم لخطوط الاتصال مع الأجهزة الطرفية وأجهزة الكمبيوتر الأخرى (USB، FireWire، Ethernet، وما إلى ذلك)؛

وحدة تحكم ناقل اتصالات القرص الصلب (ATA، SATA، SCSI، وما إلى ذلك)؛

وحدة تحكم ناقل الاتصالات مع الأجهزة البطيئة (ناقلات ISA وLPC وSPI وما إلى ذلك).

دعونا نلقي نظرة فاحصة على واجهات الاتصال التي يستخدمها الجسر الجنوبي ووحدات التحكم في الأجهزة الطرفية المدمجة فيه.

لقد نظرنا بالفعل في واجهات الاتصال بين الجسر الشمالي والجسر الجنوبي. لذلك، ننتقل على الفور إلى واجهات الاتصال مع بطاقات التوسع.

3.2.1. واجهات الاتصال مع بطاقات التوسعة.

في الوقت الحالي، الواجهات الرئيسية للتبادل مع بطاقات التوسعة هي PCI وPCIexpress. ومع ذلك، يتم استبدال واجهة PCI بشكل نشط، وفي السنوات القليلة المقبلة ستصبح عمليا تاريخا وسيتم استخدامها فقط في بعض أجهزة الكمبيوتر المتخصصة.

لقد قدمت بالفعل وصفًا وخصائص مختصرة لواجهات PCI وPCIexpress في هذه المقالة، لذلك لن أكررها. دعنا ننتقل مباشرة إلى النظر في واجهات الاتصال مع الأجهزة الطرفية وأجهزة الإدخال والإخراج وأجهزة الكمبيوتر الأخرى.

3.2.2. واجهات الاتصال مع الأجهزة الطرفية وأجهزة الإدخال والإخراج وأجهزة الكمبيوتر الأخرى.

هناك مجموعة واسعة من الواجهات للاتصال بالأجهزة الطرفية وأجهزة الكمبيوتر الأخرى، وأكثرها شيوعًا مدمجة في اللوحة الأم، ولكن يمكنك أيضًا إضافة أي من الواجهات باستخدام بطاقات التوسعة المتصلة باللوحة الأم عبر ناقل PCI أو PCIexpress.

سأحضر لك وصف قصيروخصائص الواجهات الأكثر شعبية.

USB (الناقل التسلسلي العالمي)- قناة عالمية لنقل البيانات التسلسلية لتوصيل الأجهزة الطرفية ذات السرعة المتوسطة والمنخفضة بالكمبيوتر.

الناقل موجه بشكل صارم ويتكون من وحدة تحكم في القناة والعديد من الأجهزة الطرفية المتصلة به. عادةً ما تكون وحدات تحكم قناة USB مدمجة في الجسر الجنوبي للوحة الأم. يمكن للوحات الأم الحديثة أن تستوعب ما يصل إلى 12 وحدة تحكم بقناة USB مع منفذين لكل منها.

من المستحيل توصيل جهازي تحكم في القناة أو جهازين نهائيين، لذلك لا يمكنك توصيل جهازي كمبيوتر أو جهازين طرفيين ببعضهما البعض مباشرة عبر قناة USB.

ومع ذلك، يمكن استخدام أجهزة إضافية للاتصال بين جهازي تحكم في القناة. على سبيل المثال، محاكي محول Ethernet. يتصل جهازي كمبيوتر به عبر قناة USB، ويرى كلاهما الجهاز النهائي. يقوم محول Ethernet بترحيل البيانات المستلمة من كمبيوتر إلى آخر، ومحاكاة بروتوكول شبكة Ethernet. ومع ذلك، فمن الضروري تثبيت برامج تشغيل محددة لمحاكي محول Ethernet على كل كمبيوتر متصل.

تحتوي واجهة USB على خطوط طاقة مدمجة، مما يسمح لك باستخدام الأجهزة بدون مصدر الطاقة الخاص بها أو إعادة شحن بطاريات الأجهزة الطرفية في نفس الوقت، مثل الهواتف، أثناء تبادل البيانات.

ومع ذلك، إذا تم استخدام مضاعف (محور USB) بين وحدة التحكم في القناة والجهاز النهائي، فيجب أن يكون لديه طاقة خارجية إضافية لتزويد جميع الأجهزة المتصلة به بالطاقة التي يتطلبها معيار واجهة USB. إذا كنت تستخدم محور USB دون مصدر طاقة إضافي، فإذا قمت بتوصيل عدة أجهزة دون مصادر الطاقة الخاصة بها، فمن المرجح أنها لن تعمل.

يدعم USB التوصيل الساخن للأجهزة الطرفية. وهذا ممكن بسبب طول دبوس الأرض من دبابيس الإشارة. ولذلك، عند توصيل جهاز طرفي، يتم أولاً إغلاق نقاط الاتصال الأرضية، ويتم مساواة فرق الجهد بين الكمبيوتر والجهاز الطرفي. ولذلك، فإن المزيد من توصيل موصلات الإشارة لا يؤدي إلى زيادة الجهد.

في الوقت الحالي، هناك ثلاثة مراجعات رئيسية لواجهة USB (1.0، 2.0 و3.0). علاوة على ذلك، فهي متوافقة من الأسفل إلى الأعلى، أي أن الأجهزة المخصصة للمراجعة 1.0 ستعمل مع واجهة المراجعة 2.0، على التوالي، ستعمل الأجهزة المخصصة لـ USB 2.0 مع USB 3.0، لكن الأجهزة المخصصة لـ USB 3.0 لن تعمل على الأرجح مع واجهة USB 2.0.

دعونا نلقي نظرة على الخصائص الرئيسية للواجهة، اعتمادًا على المراجعة.

USB 1.0 هو الإصدار الأول من واجهة USB، وتم إصداره في نوفمبر 1995. وفي عام 1998، تم الانتهاء من المراجعة، وتم إزالة الأخطاء وأوجه القصور. كانت المراجعة الناتجة لـ USB 1.1 هي الأولى التي انتشرت على نطاق واسع.

الخصائص التقنية للمراجعات 1.0 و 1.1 هي كما يلي:

سرعة نقل البيانات - ما يصل إلى 12 ميجابت/ثانية (وضع السرعة الكاملة) أو 1.5 ميجابت/ثانية (وضع السرعة المنخفضة)؛

الحد الأقصى لطول الكابل هو 5 أمتار لوضع السرعة المنخفضة، و3 أمتار لوضع السرعة الكاملة؛

USB 2.0 – صدرت المراجعة في أبريل 2000. يتمثل الاختلاف الرئيسي عن الإصدار السابق في زيادة الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات إلى 480 ميجابت/ثانية. ومن الناحية العملية، ونظرًا للتأخيرات الكبيرة بين طلب نقل البيانات وبدء الإرسال، لا يمكن تحقيق سرعات تبلغ 480 ميجابت/ثانية.

الخصائص التقنية للمراجعة 2.0 هي كما يلي:

سرعة نقل البيانات - ما يصل إلى 480 ميجابت/ثانية (سرعة عالية)، حتى 12 ميجابت/ثانية (وضع السرعة الكاملة) أو ما يصل إلى 1.5 ميجابت/ثانية (وضع السرعة المنخفضة)؛

نقل البيانات المتزامن (عند الطلب)؛

تبادل أحادي الاتجاه (النقل ممكن في اتجاه واحد فقط في كل مرة)؛

الحد الأقصى لطول الكابل هو 5 أمتار؛

الحد الأقصى لعدد الأجهزة المتصلة بوحدة تحكم واحدة (بما في ذلك المضاعفات) هو 127؛

من الممكن توصيل الأجهزة التي تعمل في أوضاع ذات نطاقات ترددية مختلفة بوحدة تحكم USB واحدة؛

جهد الإمداد للأجهزة الطرفية – 5 فولت؛

الحد الأقصى الحالي – 500 مللي أمبير.

يتكون الكابل من أربعة خطوط اتصال (خطين لاستقبال ونقل البيانات وخطين لتشغيل الأجهزة الطرفية) وجديلة تأريض.

USB 3.0 – تم إصدار المراجعة في نوفمبر 2008. في المراجعة الجديدة، تمت زيادة السرعة بترتيب من حيث الحجم، إلى 4800 ميجابت/ثانية، وتضاعفت قوة التيار تقريبًا إلى 900 مللي أمبير. وفي الوقت نفسه تغير كثيرا مظهرالموصلات والكابلات، ولكن يبقى التوافق التصاعدي. أولئك. ستتمكن الأجهزة التي تعمل بمنفذ USB 2.0 من الاتصال بموصل 3.0 وستعمل.

الخصائص التقنية للمراجعة 3.0 هي كما يلي:

سرعة نقل البيانات - ما يصل إلى 4800 ميجابت/ثانية (وضع السرعة الفائقة)، ما يصل إلى 480 ميجابت/ثانية (وضع السرعة العالية)، ما يصل إلى 12 ميجابت/ثانية (وضع السرعة الكاملة) أو ما يصل إلى 1.5 ميجابت/ الصورة (وضع السرعة المنخفضة))؛

بنية الحافلة المزدوجة (حافلة منخفضة السرعة / كاملة السرعة / عالية السرعة وحافلة SuperSpeed منفصلة) ؛

نقل البيانات غير المتزامن؛

التبادل المزدوج في وضع SuperSpeed (من الممكن إرسال واستقبال البيانات في نفس الوقت) والتبادل البسيط في الأوضاع الأخرى.

الحد الأقصى لطول الكابل هو 3 أمتار؛

الحد الأقصى لعدد الأجهزة المتصلة بوحدة تحكم واحدة (بما في ذلك المضاعفات) هو 127؛

جهد الإمداد للأجهزة الطرفية – 5 فولت؛

الحد الأقصى الحالي – 900 مللي أمبير.

تحسين نظام إدارة الطاقة لتوفير الطاقة عندما تكون الأجهزة الطرفية في وضع الخمول؛

يتكون الكابل من ثمانية خطوط اتصال. خطوط الاتصال الأربعة هي نفسها الموجودة في USB 2.0. خطا اتصال إضافيان - لاستقبال البيانات، وخطان - للإرسال في وضع SuperSpeed، واثنين من الضفائر الأرضية: أحدهما لكابلات نقل البيانات في الوضع منخفض السرعة / كامل السرعة / عالي السرعة، والآخر للكابلات تستخدم في وضع SuperSpeed.

IEEE 1394 (معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات)- معيار الناقل التسلسلي عالي السرعة المعتمد في عام 1995. تسمي الشركات المختلفة الإطارات المصممة وفقًا لهذا المعيار بشكل مختلف. لدى Apple FireWire، وSony لديها i.LINK، وYamaha لديها mLAN، وTexas Instruments لديها Lynx، وCreative لديها SB1394، وهكذا. وهذا يؤدي في كثير من الأحيان إلى الارتباك، ولكن على الرغم من اختلاف الأسماء، إلا أنها نفس الإطار الذي يعمل بنفس المعيار.

تم تصميم هذا الناقل لتوصيل الأجهزة الطرفية عالية السرعة مثل الثابت الخارجيالأقراص وكاميرات الفيديو الرقمية وأجهزة توليف الموسيقى وما إلى ذلك.

الخصائص التقنية الرئيسية للإطار هي كما يلي:

يتراوح الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات من 400 ميجابت/ثانية للمراجعة IEEE 1394 إلى 3.2 جيجابت/ثانية للمراجعة IEEE 1394b؛

يتراوح الحد الأقصى لطول الاتصال بين جهازين من 4.5 متر لمراجعة IEEE 1394 إلى 100 متر لمراجعة IEEE 1394b وما فوق؛

الحد الأقصى لعدد الأجهزة المتصلة على التوالي بوحدة تحكم واحدة هو 64، بما في ذلك محاور IEEE. في هذه الحالة، تشترك كافة الأجهزة المتصلة في عرض النطاق الترددي للحافلة. يمكن لكل مركز IEEE توصيل ما يصل إلى 16 جهازًا إضافيًا. بدلاً من توصيل جهاز، يمكنك توصيل وصلة مرور للحافلة، والتي من خلالها يمكنك توصيل 63 جهازًا آخر. في المجمل، يمكنك توصيل ما يصل إلى 1023 وصلة قافلة للحافلات، مما سيسمح لك بتنظيم شبكة مكونة من 64449 جهازًا. لا يمكنك توصيل المزيد من الأجهزة لأنه وفقًا لمعيار IEEE 1394، يكون لكل جهاز عنوان 16 بت؛

إمكانية ربط عدة أجهزة كمبيوتر بالشبكة؛

التوصيل الساخن وفصل الأجهزة؛

القدرة على استخدام الأجهزة التي تعمل بالحافلة والتي ليس لها مصدر طاقة خاص بها. في هذه الحالة يصل الحد الأقصى للتيار إلى 1.5 أمبير، والجهد من 8 إلى 40 فولت.

إيثرنتهو معيار لبناء شبكات الكمبيوتر بناءً على تقنية نقل حزم البيانات، تم تطويره في عام 1973 بواسطة روبرت ميتكلاف من شركة Xerox PARC.

يحدد المعيار أنواع الإشارات الكهربائية وقواعد الاتصالات السلكية، ويصف تنسيقات الإطارات وبروتوكولات نقل البيانات.

هناك العشرات من المراجعات المختلفة للمعيار، ولكن الأكثر شيوعًا اليوم هي مجموعة المعايير: Fast Ethernet وGigabit Ethernet.

توفر Fast Ethernet نقل البيانات بسرعات تصل إلى 100 ميجابت/ثانية. ويتراوح نطاق نقل البيانات في مقطع شبكة واحد بدون أجهزة إعادة إرسال من 100 متر (المجموعة القياسية 100BASE-T، باستخدام كبل مزدوج مجدول لنقل البيانات) إلى 10 كيلومترات (المجموعة القياسية 100BASE-FX، باستخدام الألياف الضوئية أحادية الوضع لنقل البيانات) .

توفر Gigabit Ethernet سرعات نقل بيانات تصل إلى 1 جيجابت/ثانية. ويتراوح نطاق نقل البيانات في مقطع شبكة واحد بدون أجهزة إعادة إرسال من 100 متر (المجموعة القياسية 1000BASE-T، باستخدام أربعة أزواج ملتوية لنقل البيانات) إلى 100 كيلومتر (المجموعة القياسية 1000BASE-LH، باستخدام الألياف أحادية الوضع لنقل البيانات).

لنقل كميات كبيرة من المعلومات، هناك عشرة وأربعون ومائة معايير جيجابت إيثرنت تعمل على أساس خطوط اتصالات الألياف الضوئية. ولكن سيتم وصف المزيد من التفاصيل حول هذه المعايير وحول تقنية Ethernet بشكل عام في مقالة منفصلة مخصصة للاتصالات من آلة إلى آلة.

واي فاي– خط اتصالات لاسلكي تم إنشاؤه عام 1991 من قبل الشركة الهولندية NCR Corporation/AT&T. تعتمد شبكة WiFi على معيار IEEE 802.11. ويستخدم للتواصل مع الأجهزة الطرفية وتنظيم الشبكات المحلية.

تتيح لك شبكة Wi-Fi توصيل جهازي كمبيوتر أو جهاز كمبيوتر وجهاز طرفي مباشرة باستخدام تقنية نقطة إلى نقطة، أو تنظيم شبكة باستخدام نقطة وصول يمكن توصيل عدة أجهزة بها في وقت واحد.

يعتمد الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات على مراجعة معيار IEEE 802.11 المستخدم، ولكنه سيكون في الواقع أقل بكثير من المعلمات المعلنة، وذلك بسبب التكاليف العامة، ووجود عوائق في مسار الإشارة، والمسافة بين مصدر الإشارة و المتلقي وعوامل أخرى. من الناحية العملية، سيكون متوسط الإنتاجية، في أحسن الأحوال، أقل بمقدار 2-3 مرات من الحد الأقصى المعلن للإنتاجية.

اعتمادًا على مراجعة المعيار، تكون سرعة Wi-Fi كما يلي:

مراجعة المعيار	تردد الساعة	ادعى أقصى قدر من القوة	متوسط السرعةنقل البيانات في الممارسة العملية	نطاق الاتصالات في الداخل/الخارج
802.11 أ	5 جيجا هرتز	54 ميجابت/ثانية	18.4 ميجابت/ثانية	35/120 م
802.11ب	2.4 جيجا هرتز	11 ميجابت/ثانية	3.2 ميجابت/ثانية	38/140 م
802.11 جرام	2.4 جيجا هرتز	54 ميجابت/ثانية	15.2 ميجابت/ثانية	38/140 م
802.11ن	2.4 أو 5 جيجا هرتز	600 ميجابت/ثانية	59.2 ميجابت/ثانية	70/250 م

هناك العديد من الواجهات الأخرى للتواصل مع الأجهزة الطرفية وتنظيم الشبكات المحلية. ومع ذلك، نادرًا ما يتم دمجها في اللوحة الأم ويتم استخدامها عادةً كبطاقات توسعة. لذلك، سننظر في هذه الواجهات، إلى جانب تلك الموضحة أعلاه، في مقال مخصص للاتصالات من آلة إلى آلة، والآن سننتقل إلى وصف واجهات الاتصال بالجسر الجنوبي مع محركات الأقراص الثابتة.

3.2.3. واجهات حافلات اتصالات الجسر الجنوبي مع الأقراص الصلبة.

في البداية، تم استخدام واجهة ATA للتواصل مع محركات الأقراص الثابتة، ولكن تم استبدالها لاحقًا بواجهات SATA وSCSI الأكثر ملاءمة وحداثة. هيا نعطي مراجعة قصيرةهذه الواجهات.

ATA (مرفق التكنولوجيا المتقدمة) أو PATA (Parallel ATA)هي واجهة اتصال متوازية تم تطويرها في عام 1986 بواسطة ويسترن ديجيتال. في ذلك الوقت كان يطلق عليه اسم IDE (إلكترونيات محرك الأقراص المتكاملة)، ولكن تم تغيير اسمه لاحقًا إلى ATA، ومع ظهور واجهة SATA في عام 2003، تمت إعادة تسمية PATA إلى PATA.

إن استخدام واجهة PATA يعني أن وحدة التحكم في القرص الصلب ليست موجودة على اللوحة الأم أو على شكل بطاقة توسيع، ولكنها مدمجة في القرص الصلب نفسه. على اللوحة الأم، وبالتحديد في الجسر الجنوبي، لا يوجد سوى وحدة تحكم قناة PATA.

لتوصيل محركات الأقراص الثابتة بواجهة PATA، يتم عادةً استخدام كابل مكون من 40 سلكًا. مع تقديم وضع PATA/66، ظهرت نسخته ذات 80 سلكًا. الحد الأقصى لطول الكابل هو 46 سم، ويمكن توصيل جهازين بكابل واحد، ويجب أن يكون أحدهما رئيسي والآخر تابع.

هناك عدة مراجعات لواجهة PATA، تختلف في سرعة نقل البيانات وأوضاع التشغيل والميزات الأخرى. فيما يلي المراجعات الرئيسية لواجهة PATA.

من الناحية العملية، يكون إنتاجية الناقل أقل بكثير من الإنتاجية النظرية المعلنة، وذلك بسبب الحمل الزائد لتنظيم بروتوكول التبادل والتأخيرات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم توصيل محركي أقراص ثابتة بالحافلة، فسيتم تقسيم النطاق الترددي بينهما.

في عام 2003، تم استبدال واجهة PATA بواجهة SATA.

ساتا (آتا التسلسلي)– واجهة تسلسلية للاتصال بين الجسر الجنوبي والأقراص الصلبة، تم تطويرها في عام 2003.

عند استخدام واجهة SATA، يتم توصيل كل محرك أقراص بالكابل الخاص به. علاوة على ذلك، فإن الكابل أضيق بكثير وأكثر ملاءمة من الكابل المستخدم في واجهة PATA، ويبلغ الحد الأقصى لطوله 1 متر. يوفر كبل منفصل الطاقة إلى القرص الصلب.

وعلى الرغم من زيادة العدد الإجمالي للكابلات مقارنة بواجهة PATA، نظرًا لأن كل محرك أقراص متصل بكبلين، فإن المساحة الحرة داخل وحدة النظام تصبح أكبر بشكل ملحوظ. وهذا يؤدي إلى تحسين كفاءة نظام التبريد، ويسهل الوصول إليه عناصر مختلفةالكمبيوتر، ووحدة النظام تبدو أكثر مظهرًا من الداخل.

في الوقت الحالي، هناك ثلاثة مراجعات رئيسية لواجهة SATA. يوضح الجدول أدناه المعلمات الرئيسية للمراجعات.

وتختلف واجهة SCSI عن هذه الواجهات.

SCSI (واجهة نظام الكمبيوتر الصغير)- حافلة عالمية لتوصيل الأجهزة عالية السرعة مثل محركات الأقراص الثابتة، محركات أقراص DVDوالبلو راي والماسحات الضوئية والطابعات وما إلى ذلك. تتمتع الحافلة بإنتاجية عالية، ولكنها معقدة ومكلفة. لذلك، يتم استخدامه بشكل أساسي في الخوادم وأنظمة الحوسبة الصناعية.

تم تقديم المراجعة الأولى للواجهة في عام 1986. يوجد حاليًا حوالي 10 تعديلات على الإطار. يوضح الجدول أدناه المعلمات الرئيسية للمراجعات الأكثر شيوعًا.

مراجعة الواجهة	عمق بت	تردد نقل البيانات	الأعلى. الإنتاجية	طول الكابل (م)	الأعلى. عدد الأجهزة	مطلق سراحه
SCSI-1	8 بت	5 ميجا هرتز	40 ميجابت/ثانية	6	8	1986
سسي-2	8 بت	10 ميجا هرتز	80 ميجابت/ثانية	3	8	1989
سسي-3	8 بت	20 ميجا هرتز	160 ميجابت/ثانية	3	8	1992
الترا 2 SCSI	8 بت	40 ميجا هرتز	320 ميجابت/ثانية	12	8	1997
الترا 3 SCSI	16 بت	80 ميجا هرتز	1.25 جيجابت/ثانية	12	16	1999
الترا 320 SCSI	16 بت	160 ميجا هرتز	2.5 جيجابت/ثانية	12	16	2001
الترا 640 SCSI	16 بت	320 ميجا هرتز	5 جيجابت/ثانية	12	16	2003

ترتبط زيادة إنتاجية الواجهة المتوازية بعدد من الصعوبات، وقبل كل شيء، هذه الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي. وكل خط اتصال هو مصدر للتداخل الكهرومغناطيسي. كلما زاد عدد خطوط الاتصال في الحافلة المتوازية، زاد تداخلها مع بعضها البعض. كلما زاد تردد الإرسال، زاد التداخل الكهرومغناطيسي، وزاد تأثيره على نقل البيانات.

وبالإضافة إلى هذه المشكلة، هناك مشاكل أقل أهمية، مثل:

التعقيد والتكلفة العالية لإنتاج حافلة موازية؛
مشاكل في نقل البيانات بشكل متزامن على طول جميع خطوط الحافلات؛
تعقيد الجهاز وارتفاع سعر وحدات تحكم الحافلات.
تعقيد تنظيم جهاز مزدوج الاتجاه؛
صعوبة تزويد كل جهاز بالحافلة الخاصة به وغيرها.

ونتيجة لذلك، فمن الأسهل التخلي عن الواجهة المتوازية لصالح واجهة تسلسلية ذات تردد ساعة أعلى. إذا لزم الأمر، يمكن استخدام عدة خطوط اتصال تسلسلية، بحيث تكون متباعدة ومحمية بواسطة درع مضفر. هذا ما فعلوه عند الانتقال من ناقل PCI الموازي إلى PCI Express التسلسلي، من PATA إلى SATA. اتبعت حافلة SCSI نفس مسار التطوير. هكذا ظهرت واجهة SAS في عام 2004.

SAS (SCSI التسلسلي المرفق)- ناقل تسلسلي من نقطة إلى نقطة حل محل ناقل SCSI المتوازي. للاتصال عبر ناقل SAS، يتم استخدام نموذج أمر SCSI، ولكن تمت زيادة الإنتاجية إلى 6 جيجابت/ثانية (مراجعة SAS 2، التي تم إصدارها في عام 2010).

في عام 2012، من المخطط إصدار نسخة منقحة من SAS 3، بمعدل إنتاجية يبلغ 12 جيجابت/ثانية، لكن الأجهزة التي تدعم هذه المراجعة لن تبدأ في الظهور بشكل جماعي حتى عام 2014.

ولا تنس أيضًا أن ناقل SCSI كان شائعًا، مما يسمح لك بتوصيل ما يصل إلى 16 جهازًا، وكانت جميع الأجهزة تشترك في النطاق الترددي للناقل. وتستخدم حافلة SAS طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة. وبالتالي، يتم توصيل كل جهاز بواسطة خط الاتصال الخاص به ويستقبل النطاق الترددي للحافلة بالكامل.

نادرًا ما يتم تضمين وحدة تحكم SCSI وSAS في اللوحة الأم، نظرًا لأنها باهظة الثمن. وعادةً ما يتم توصيلها كبطاقات توسعة بناقل PCI أو PCI Express.

3.2.4. واجهات الاتصال مع مكونات اللوحة الأم بطيئة.

للتواصل مع المكونات البطيئة للوحات الأم، على سبيل المثال، مع ذاكرة القراءة فقط (ROM) المخصصة أو وحدات تحكم الواجهة منخفضة السرعة، يتم استخدام الناقلات المتخصصة، مثل ISA وMCA وLPS وغيرها.

ناقل ISA (الهندسة المعمارية القياسية للصناعة) عبارة عن ناقل 16 بت تم تطويره في عام 1981. يعمل ISA بسرعة ساعة تبلغ 8 ميجاهرتز ويبلغ إنتاجيته ما يصل إلى 8 ميجابايت / ثانية. لقد أصبح الإطار قديمًا منذ فترة طويلة ولم يتم استخدامه عمليًا.

كان البديل لحافلة ISA هو ناقل MCA (هندسة القنوات الدقيقة)، الذي تم تطويره في عام 1987 بواسطة شركة Intel. كان هذا الناقل 32 بت مع تردد نقل بيانات يبلغ 10 ميجاهرتز وعرض نطاق يصل إلى 40 ميجابت/ثانية. تقنية التوصيل والتشغيل المدعومة. ومع ذلك، فإن الطبيعة المغلقة للحافلة وسياسة الترخيص الصارمة لشركة IBM جعلتها لا تحظى بشعبية. في هذه اللحظة لا يتم استخدام الحافلة في الممارسة العملية.

كان البديل الحقيقي لـ ISA هو ناقل LPC (Low Pin Count)، الذي طورته شركة Intel في عام 1998 وما زال قيد الاستخدام حتى اليوم. تعمل الحافلة بتردد ساعة يبلغ 33.3 ميجاهرتز، مما يوفر إنتاجية تبلغ 16.67 ميجابت/ثانية.

عرض النطاق الترددي للحافلة صغير جدًا، ولكنه كافٍ تمامًا للتواصل مع المكونات البطيئة للوحة الأم. باستخدام هذا الناقل، يتم توصيل وحدة تحكم متعددة الوظائف (Super I/O) بالجسر الجنوبي، والذي يتضمن وحدات تحكم لواجهات الاتصال البطيئة والأجهزة الطرفية:

واجهة متوازية
واجهة تسلسلية؛
منفذ الأشعة تحت الحمراء.
واجهة PS/2؛
القرص المرن قرص مغناطيسيوغيرها من الأجهزة.

يوفر ناقل LPC أيضًا إمكانية الوصول إلى BIOS، وهو ما سنتحدث عنه في الجزء التالي من مقالتنا.

4. BIOS (نظام الإدخال والإخراج الأساسي).

BIOS (نظام الإدخال والإخراج الأساسي) هو برنامج يتم تشغيله في ذاكرة القراءة فقط (ROM). في حالتنا، يكون ذاكرة القراءة فقط (ROM) مدمجة في اللوحة الأم، ولكن إصدار BIOS الخاص بها موجود في جميع عناصر الكمبيوتر تقريبًا (بطاقة الفيديو، وبطاقة الشبكة، وأجهزة التحكم في القرص، وما إلى ذلك)، وفي الواقع في جميع المعدات الإلكترونية تقريبًا (كلاهما). الطابعات وفي كاميرا الفيديو وفي المودم، وما إلى ذلك).

يعد BIOS الخاص باللوحة الأم مسؤولاً عن التحقق من وظائف وحدات التحكم المضمنة في اللوحة الأم ومعظم الأجهزة المتصلة بها (المعالج والذاكرة وبطاقة الفيديو ومحركات الأقراص الثابتة وما إلى ذلك). يتم إجراء الاختبار عند تشغيل الكمبيوتر في برنامج الاختبار الذاتي لبدء التشغيل (POST).

بعد ذلك، يقوم BIOS بتهيئة وحدات التحكم المضمنة في اللوحة الأم وبعض الأجهزة المتصلة بها، ويحدد معلمات التشغيل الأساسية الخاصة بها، على سبيل المثال، تردد ناقل النظام، والمعالج، ووحدة تحكم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، ومعلمات تشغيل محركات الأقراص الثابتة، ووحدات التحكم المضمنة في اللوحة الأم، الخ. د.

إذا كانت وحدات التحكم والأجهزة التي يتم اختبارها قيد التشغيل وتم تكوينها، فسيقوم BIOS بنقل التحكم إلى نظام التشغيل.

يمكن للمستخدمين إدارة معظم إعدادات BIOS وحتى تحديثها.

نادرًا ما يكون تحديث BIOS مطلوبًا، على سبيل المثال، إذا اكتشف المطورون خطأً أساسيًا في برنامج التهيئة لأحد الأجهزة وقاموا بإصلاحه، أو إذا كان دعم جهاز جديد مطلوبًا (على سبيل المثال، طراز معالج جديد). ولكن، في معظم الحالات، يتطلب إصدار نوع جديد من المعالج أو الذاكرة "ترقية" جذرية للكمبيوتر. دعنا نقول "شكرًا" لمصنعي الإلكترونيات على هذا.

لتكوين معلمات BIOS، يتم توفير قائمة خاصة، والتي يمكن الوصول إليها عن طريق الضغط على مجموعة المفاتيح المشار إليها على شاشة المراقبة أثناء اختبارات POST. عادةً ما تحتاج إلى الضغط على مفتاح DEL للدخول إلى قائمة إعداد BIOS.

في هذه القائمة، يمكنك ضبط وقت النظام، ومعلمات التشغيل لمحركات الأقراص المرنة ومحركات الأقراص الثابتة، وزيادة (أو تقليل) تردد ساعة المعالج، وناقل الذاكرة والنظام، وحافلات الاتصال، وتكوين معلمات تشغيل الكمبيوتر الأخرى. ومع ذلك، يجب أن تكون حذرا للغاية هنا، لأن المعلمات المحددة بشكل غير صحيح يمكن أن تؤدي إلى أخطاء تشغيلية أو حتى تلف الكمبيوتر.

يتم تخزين جميع إعدادات BIOS في ذاكرة CMOS متطايرة، مدعومة ببطارية أو مركم مثبت على اللوحة الأم. إذا كانت البطارية أو المركم فارغة، فقد لا يتم تشغيل الكمبيوتر أو قد لا يعمل بشكل صحيح. على سبيل المثال، سيتم ضبط وقت النظام أو معلمات التشغيل لبعض الأجهزة بشكل غير صحيح.

5. عناصر أخرى من اللوحة الأم.

بالإضافة إلى العناصر الموضحة أعلاه، تحتوي اللوحة الأم على مولد ساعة يتكون من مرنان كوارتز ومولد ساعة. يتكون مولد تردد الساعة من جزأين، حيث أن مرنان الكوارتز غير قادر على توليد نبضات بالتردد الذي تتطلبه المعالجات والذاكرة والحافلات الحديثة، لذلك يتم تغيير تردد الساعة الناتج عن مرنان الكوارتز باستخدام مولد ساعة يقوم بالضرب أو القسمة الترددات الأصلية للحصول على التردد المطلوب .

تتمثل المهمة الرئيسية لمولد ساعة اللوحة الأم في توليد إشارة دورية مستقرة للغاية لمزامنة تشغيل عناصر الكمبيوتر.

يحدد تردد نبضات الساعة إلى حد كبير سرعة العمليات الحسابية. وبما أن أي عملية يقوم بها المعالج تتطلب عددًا معينًا من دورات الساعة، لذلك كلما زاد تردد الساعة، زاد أداء المعالج. وبطبيعة الحال، ينطبق هذا فقط على المعالجات التي لها نفس البنية الدقيقة، حيث أن المعالجات ذات البنيات الدقيقة المختلفة قد تتطلب عددًا مختلفًا من دورات الساعة لتنفيذ نفس تسلسل التعليمات.

يمكن زيادة تردد الساعة الناتج، وبالتالي زيادة أداء الكمبيوتر. لكن هذه العملية محفوفة بعدد من المخاطر. أولا، عندما يزيد تردد الساعة، ينخفض \u200b\u200bاستقرار مكونات الكمبيوتر، لذلك بعد أي "رفع تردد التشغيل" للكمبيوتر، يلزم إجراء اختبارات جادة للتحقق من استقرار تشغيله.

كما أن "رفع تردد التشغيل" يمكن أن يؤدي إلى تلف مكونات الكمبيوتر. علاوة على ذلك، فإن فشل العناصر لن يكون على الأرجح فوريا. قد يتم ببساطة تقليل عمر خدمة العناصر التي يتم تشغيلها في ظروف غير الموصى بها بشكل حاد.

بالإضافة إلى مولد الساعة، هناك العديد من المكثفات على اللوحة الأم التي تضمن التدفق السلس للجهد. والحقيقة هي أن استهلاك الطاقة لعناصر الكمبيوتر المتصلة باللوحة الأم يمكن أن يتغير بشكل كبير، خاصة عند تعليق العمل واستئنافه. تعمل المكثفات على تخفيف ارتفاعات الجهد هذه، وبالتالي زيادة الاستقرار وعمر الخدمة لجميع عناصر الكمبيوتر.

ربما تكون هذه هي جميع المكونات الرئيسية للوحات الأم الحديثة، وهنا يمكننا إنهاء مراجعة تصميم اللوحة الأم.

1 المقدمة 2. لوحة الدوائر المطبوعة 3. الشرائح 3.1. الوظائف الرئيسية للجسر الشمالي 3.1.1. واجهات اتصالات المعالج 3.1.2. واجهات اتصالات محول الرسومات 3.1.3. واجهات الاتصالات ساوثبريدج 3.2. الوظائف الرئيسية للجسر الجنوبي 3.2.1. واجهات الاتصال مع بطاقات التوسعة 3.2.2. واجهات الاتصال مع الأجهزة الطرفية وأجهزة الكمبيوتر الأخرى 3.2.3. واجهات حافلة Southbridge مع محركات الأقراص الثابتة 3.2.4. واجهات الاتصال مع مكونات اللوحة الأم بطيئة 4. BIOS (نظام الإدخال والإخراج الأساسي) 5. عناصر أخرى من اللوحة الأم

1 المقدمة.

تعد اللوحة الأم من أهم عناصر جهاز الكمبيوتر، حيث تحدد مظهره وتضمن تفاعل جميع الأجهزة المتصلة باللوحة الأم.

تحتوي اللوحة الأم على جميع العناصر الرئيسية للكمبيوتر مثل:

- وحدة المعالجة المركزية- الجهاز الرئيسي للكمبيوتر، الذي يقوم بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية وعمليات التحكم في جميع عناصر الكمبيوتر الأخرى؛

PROM (BIOS)، الذي يحتوي على برنامج يقوم باختبار المكونات الرئيسية للكمبيوتر وتكوين اللوحة الأم. وذاكرة CMOS تخزن إعدادات BIOS. في كثير من الأحيان، يتم تثبيت العديد من شرائح ذاكرة CMOS لاستعادة وظائف الكمبيوتر بسرعة في حالات الطوارئ، على سبيل المثال، محاولة رفع تردد التشغيل غير الناجحة؛

بطارية قابلة لإعادة الشحن أو بطارية تعمل على تشغيل ذاكرة CMOS؛

مذبذب كوارتز ينتج إشارات تزامن عمل جميع عناصر الكمبيوتر؛

الموقتات.

موصلات لتثبيت بطاقات التوسعة: بطاقات الفيديو، وبطاقات الصوت، وما إلى ذلك؛

منظمات الجهد التي تحول الجهد الأصلي إلى الجهد المطلوب لتشغيل المكونات المثبتة على اللوحة الأم؛

مكبر صوت مدمج. تستخدم أساسا لتشخيص أداء النظام. لذلك، من خلال مدة وتسلسل الإشارات الصوتية عند تشغيل الكمبيوتر، يمكن تحديد معظم أعطال الأجهزة؛

الناقلات هي موصلات لتبادل الإشارات بين مكونات الكمبيوتر.

تعد لوحة النظام ثاني أهم مكون في . بالإضافة إلى مصطلح "اللوحة الأم"، يتم استخدام اسم "اللوحة الأم". الغرض الرئيسي من اللوحة الأم هو توصيل جميع مكونات الكمبيوتر بجهاز واحد، وبالتالي، فهي مجرد مجموعة من الأسلاك بين جهات اتصال المعالج وجهات اتصال وحدات الذاكرة والأجهزة الطرفية. جميع العناصر الأخرى الموجودة فيه لها وظائف ثانوية، تعمل فقط على فصل الإشارات وتنسيقها. بالطبع، قد تحمل بعض الكتل الموجودة على لوحة النظام الاسم الفخور "وحدة التحكم"، ولكن حتى في هذه الحالة يكون الغرض منها هو أداء وظائف مساعدة.

من الناحية الهيكلية، يتم تصنيع اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي على شكل لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات من القماش، يمكن أن يصل عدد الطبقات إلى 12، ولكن في أغلب الأحيان يتم استخدام 8 (لا يشمل الطلاء والورنيش). يوجد بين كل طبقة موصلات مطبوعة مصنوعة من رقائق معدنية (يمكن استخدام طريقة الترسيب أو الرش)، والتي تربط دبابيس الاتصال الخاصة بالدوائر الدقيقة والمقاومات والمكثفات والموصلات ببعضها البعض. يوجد أدناه مقطع عرضي للوحة الأم المصنعة بواسطة Gigabyte، والتي تقترح زيادة سمك الطبقات النحاسية للطاقة والتأريض إلى 70 ميكرون.

كقاعدة عامة، يكون سمك الموصلات هو النصف، وبالتالي فإن زيادة سمك قضبان التوصيل النحاسية تعمل على تحسين تبريد عناصر لوحة النظام، ولكن تنشأ الكثير من الصعوبات التكنولوجية. نظرًا لأن المعالجات الحديثة تعمل مع أجهزة خارجية بتردد يصل إلى عدة مئات من الميجاهرتز، فإن طول وموقع الموصلات المطبوعة يتم حسابه الآن وفقًا لنفس المبادئ المتبعة في أجهزة الميكروويف، حيث يلعب كل سنتيمتر إضافي من الموصل دورًا كبيرًا.

بين المعالج ووحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والأجهزة الخارجية توجد مجموعة شرائح - مجموعة من الدوائر الدقيقة التي تؤدي وظائف الخدمة لتوزيع الإشارات بين جميع الكتل. عندما يتم تطبيق جهد الإمداد، تقوم مجموعة الشرائح بإنشاء تسلسل محدد من الأوامر التي تعمل على تنشيط المعالج. ويستخدم المعالج بدوره برنامج BIOS لاختبار وتنشيط الأجهزة الأخرى المثبتة والمتصلة باللوحة الأم. إذا بدأ تشغيل الكمبيوتر بنجاح، فإن شرائح الشرائح تربط المعالج والذاكرة والأجهزة الطرفية في وحدة واحدة - جهاز حوسبة جاهز لتنفيذ أوامر المستخدم أو يتفاعل بطريقة معينة مع ظهور الإشارات في خطوط الواجهة. يمر تدفق المعلومات من المعالج إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والعودة عبر إلكترونيات الشرائح. حتى لو كانت مجموعة الشرائح تحتوي فقط على دوائر عازلة، فإنها للأسف تقدم أيضًا تأخيرًا زمنيًا صغيرًا، حتى لو كان ذلك مثاليًا لدورة ساعة واحدة لناقل النظام. بالنسبة لأنظمة الكمبيوتر الحديثة، يوجد مثل هذا التأخير بالفعل كثيرًا، لذلك قامت شركة AMD أولاً، ثم قامت شركة Intel بنقل وحدة التحكم في الذاكرة إلى الشريحة. ومع مبدأ التصميم هذا، يعمل المعالج مع الذاكرة مباشرة، ويتم التخلص من الروابط غير الضرورية، مما يزيد من أداء النظام بشكل عام. هناك خيارات أخرى لبناء اللوحات الأم، والتي تعتمد على بنية المعالج. على سبيل المثال، أصبح من الشائع مؤخرًا نقل الواجهة (لـ PCI-E) من مجموعة الشرائح إلى الدوائر الموجودة على شريحة المعالج، مما يؤدي إلى تسريع تشغيل النظام الفرعي للرسومات. على وجه الخصوص، من الممكن تركيب جميع وحدات التحكم في الأجهزة الخارجية على شريحة معالج، لاحظ أنه تم استخدام مخطط مماثل منذ أيام معالجات Intel 80186، لكنه لم يتجذر في أجهزة الكمبيوتر المكتبية.

عامل الشكل ATX

ومن الغريب أن الشيء الأكثر ثباتًا في أجهزة الكمبيوتر الشخصية هو عامل الشكل (الأبعاد الإجمالية وترتيب العناصر)، والذي يبدو أنه يجعل النماذج الجديدة والقديمة متشابهة مع بعضها البعض. نظرًا لحقيقة أن جميع مطوري اللوحات الأم والأجهزة الطرفية يلتزمون بنفس القواعد الخاصة بتوصيل اللوحات وتحديد موقع المكونات في العلبة، يمكن للمستخدمين ترقية أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم بشكل مستقل عن طريق تثبيت الأجهزة الطرفية اللازمة، واستبدال المعالج القديم بآخر جديد، وما إلى ذلك. هناك معياران رئيسيان للوحات الأم - AT وATX. الأول هو عامل الشكل AT - وهو عبارة عن لوحة لجهاز كمبيوتر مزود بمعالج قديم. أما العامل الثاني، وهو عامل الشكل ATX، فهو المعيار الذي يتم من خلاله تطوير أجهزة الكمبيوتر الجديدة. يكمن الاختلاف بين هذين المعيارين في موقع المعالج وموصلات الواجهة، مما يستلزم استخدام مبيتات مختلفة. لكن كل شيء آخر - توصيل اللوحة الأم بالجسم، وموقع الفتحات، وما إلى ذلك - هو نفسه بطريقة أو بأخرى. كخيار انتقالي بين AT وATX، على سبيل المثال، تم إنتاج اللوحات الأم التي يمكن تركيبها إما في علبة مزودة بمصدر طاقة AT أو في علبة ATX.

يوجد أدناه موقع العناصر الرئيسية للكمبيوتر الشخصي وفقًا لمواصفات ATX، بما في ذلك الإصدار 2.2. على وجه الخصوص، أحد الاختلافات الرئيسية في هذا الإصدار من مواصفات ATX هو أنه يقع خارج محيط اللوحة الأم، والذي تبين أنه ضروري بسبب الحجم الضخم لنظام التبريد للمعالج الحديث. لاحظ أن الإصدارات السابقة من المواصفات كانت تسمح بتركيب مصدر الطاقة فوق المعالج، لكن هذا أدى إلى مشاكل كبيرة في تبريد المعالج.

يكون الوضع أكثر تعقيدًا إلى حد ما مع أجهزة الكمبيوتر الصغيرة الحجم والخاصة التي تستخدم اللوحات الأم التي تختلف أبعادها عن الأبعاد القياسية (يتم استخدام عوامل الشكل الأخرى، والتي تم تطويرها بناءً على عامل الشكل ATX). لتقليل الحجم، يتم استخدام تقنيات مختلفة، على سبيل المثال، تقليل عدد فتحات الأجهزة الطرفية، باستخدام محولات مختلفة لتتمكن من وضع اللوحات الطرفية ليس عموديًا، ولكن أفقيًا، بالتوازي مع مستوى اللوحة الأم. بالنسبة لمثل هذه اللوحات الأم والحالات، هناك دائمًا مشكلة في الترقية، مما يؤدي غالبًا إلى سهولة الشراء حاسوب جديدبدلاً من البحث عن العناصر المناسبة للعنصر القديم. فيما يلي الأبعاد القصوى للوحات الأم للكمبيوتر الشخصي الأكثر شيوعًا في روسيا.

عامل الشكل VTX

قامت شركة Intel بنشر مواصفات BTX (التكنولوجيا المتوازنة الموسعة) في عام 2004، وهي عبارة عن تطوير لمعيار ATX للمعالجات الجديدة عالية الأداء. الغرض الرئيسي من المواصفات هو تحسين التبريد وزيادة القوة الميكانيكية للوحة الأم؛ كما هو محدد في مواصفات BTX. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المواصفات على توحيد طرق توصيل واجهات الإدخال/الإخراج بلوحة النظام وتصميم العلبة. نظرًا لأن ظهور أجهزة الكمبيوتر المصنعة وفقًا لمواصفات BTX يعني تطوير وإصدار لوحات أم جديدة، فحتى بعد مرور خمس سنوات لم تصل الأمور بعد إلى أي إصدار صناعي مهم. هنا يمكن الإشارة إلى أن إعادة تصميم اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي يتطلب الكثير من العمل للمطورين والمهندسين، بالإضافة إلى قدر كبير من اختبار المنتج وتصحيح الأخطاء والمشكلات. صحيح، اليوم، عندما يهتم مطورو المعالجات أخيرًا بمشكلة تقليل توليد الحرارة، فقد تبين أن إدخال عامل الشكل VTX ليس ذا صلة بقدر ما كان ضروريًا لأحدث إصدارات معالجات Intel Pentium 4 Prescott ولعدد من معالجات رباعية النواة من Intel وAMD.

مآخذ

على مدى العقد الماضي، تم إنتاج مجموعة واسعة من المعالجات لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. تبين أن بعض أنواع المعالجات كانت ناجحة للغاية بحيث تم إنتاجها لمجموعة واسعة من التطبيقات، على سبيل المثال، للتثبيت في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الصناعية. وعندما تغير نوع المعالج أو الغرض منه، تم تركيب بلورة سيليكون تحتوي على ملايين الترانزستورات بناء جديدذات أبعاد وطرق ربط مختلفة بلوحة النظام. لسوء الحظ، فإن المسار الرئيسي للإلكترونيات الدقيقة الحديثة يسير في اتجاه زيادة عدد جهات الاتصال التي يتم توفيرها لحالة المعالج. وبطبيعة الحال، عندما يتغير عدد المسامير، يتغير أيضًا تصميم مقبس المعالج المثبت على اللوحة الأم. إذا كان مؤسس المعالجات الحالية لديه 16 جهة اتصال فقط وتم تثبيته في موصل بسيط للغاية - "سرير الأطفال"، فإن نماذج المعالجات الحديثة قد تجاوزت علامة ألف جهة اتصال. يسمى الموصل لتثبيت المعالجات الحديثة بالمقبس. ويسمى أيضًا موصلًا لتثبيت الدوائر الدقيقة ذات القوة الصفرية (ZIF-Zero Insertion Force) ، وتشير الأرقام الموجودة في العلامات بدءًا من طراز المقبس 370 إلى عدد جهات الاتصال. في الماضي القريب، كان المقبس الأكثر شيوعًا لتثبيت المعالجات هو المقبس 7 المخصص لمعالجات Pentium، والمقبس 370 الذي تم تركيب معالجات Pentium III فيه. تجدر الإشارة إلى أنه كان مسموحًا بتثبيت معالجات Intel ومعالجات AMD في المقبس 7. لبعض الوقت، تم إنتاج المعالجات التي تم تركيبها على لوحات الدوائر المطبوعة، والتي تم تصميمها ليتم تثبيتها في فتحات خاصة، تذكرنا بفتحات وحدات الذاكرة. بالنسبة لمعالجات Intel، كان هذا المقبس يسمى Slot 1، وبالنسبة لـ AMD - Slot A. تم تصميم النماذج الأولى من معالجات Pentium 4 للتثبيت في المقبس 423. وفي وقت لاحق، تم استخدام المقبس 478 (mPGA478) لمعالجات Pentium 4.

تتوفر معالجات Intel Core 2 وأحدث إصدارات Pentium 4 بدبابيس مسطحة ("بدون دبوس") ويتم تثبيتها في مقبس LGA 775.

تستخدم معالجات Intel Core i7 الجديدة، التي تم إصدارها في أواخر عام 2008، نفس تصميم دبوس المعالج والمقبس، وتم زيادة عدد المسامير فقط بشكل كبير، واسم المقبس هو LGA 1366. وفي عام 2009، تم اقتراح مقبس LGA 1156 لـ Intel Core معالجات i5

يتم تثبيت معالجات Athlon في المقبس 462، المعروف أيضًا باسم المقبس A. وقد تم تطوير المقبس 940 (وتحديثه المقبس 939) لمعالجات Opteron وAthlon 64، وتم إنتاج أول معالجات Athlon 64 للمقبس 754 (إنتاج معالجات لهذا المقبس مستمر حتى يومنا هذا). المقبس 940 و AM2، لتوضيح المقبس المثبت على اللوحة الأم، من الأفضل إلقاء نظرة على النقش الموجود على الجسم البلاستيكي للمقبس.

الرئيسية والأكثر عناصر مهمةجهاز كمبيوتر شخصي، أو بشكل أكثر دقة، وحدة النظام: توجد بطاقة فيديو ومعالج مركزي ووحدات ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وعدد كبير من الدوائر الدقيقة على لوحة النظام، واسمها الأكثر شيوعًا هو اللوحة الأم.

القادمة عن كثب إلى السؤال ما هي اللوحة الأم، يمكنك الإجابة بهذه الطريقة - هذه هي اللوحة الأم للكمبيوتر الرئيسية، والتي تحتوي على موصلات لتثبيت بطاقات التوسعة الإضافية وتعمل كأساس ميكانيكي للدائرة الإلكترونية الكاملة للكمبيوتر. بفضل اللوحة الأم، يتم ضمان التفاعل الكامل لمكونات نظام الكمبيوتر.

ما الذي قد تكون هناك حاجة إلى اللوحة الأم؟

ببساطة لا يمكن التقليل من أهمية اللوحة الأم؛ حيث تتفاعل جميع مكونات وحدة نظام الكمبيوتر مع بعضها البعض بفضل اللوحة الأم، لذلك لن يكون من الممكن معالجة البيانات من القرص الصلب في المعالج قبل دخولها إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، و لن يكون لدى محول الرسومات أي شيء يستقبله من نظام الكمبيوتر ثم ينقله بعد ذلك إلى الشاشة. تقوم أيضًا أجهزة الإدخال الأكثر شيوعًا، مثل الماوس ولوحة المفاتيح، بتبادل المعلومات من خلال الموصلات الموجودة على اللوحة الأم.

ومن الأمثلة الجيدة على ذلك موصلات IDE القديمة وجميع مراجعات SATA، لأن محرك الأقراص الضوئية متصل بها. الأقراص الصلبةأو محرك أقراص الحالة الصلبة باستخدام كابلات خاصة، وبعد ذلك يشاركون في تبادل المعلومات مع المعالج، ثم مع الأجهزة الأخرى.

ربما كان الأداء العام السابق يعتمد على المعالج، ولكن الآن تغير الوضع. تحتاج إلى التركيز على إمكانيات اللوحة الأم، وعرض النطاق الترددي للحافلة، وأحجام وترددات ذاكرة الوصول العشوائي المدعومة، والقدرة على الحصول على أقصى أداء من موصل PCI-Express x16 الحديث وبطاقة الفيديو، وما إلى ذلك.

عوامل شكل اللوحة الأم ومآخذ المعالج المستخدمة

يحدد عامل شكل اللوحة الأم موضعها للتثبيت اللاحق بعلبة الكمبيوتر، وموقع موصلات الطاقة الخاصة بها ونوعها، وحتى عدد واجهات اتصال الجهاز وموقعها. فيما يلي قائمة بالأشكال الرئيسية المستخدمة - عوامل اللوحة الأم:

Mini ITX - يحتوي على أصغر أبعاد في المتوسط، 17 × 17 سم، وغالبًا ما يحتوي بالفعل على معالج متكامل، وأقل عدد من واجهات الاتصال، ونادرًا ما يستخدم في التجميعات الذاتية، وغالبًا ما يتم بيعه كجزء من جهاز كمبيوتر جاهز.
MATX (Micro ATX) - لوحة كاملة المواصفات إلى حد ما ذات أبعاد متوسطة مقبولة، هي أفضل مكون لجهاز كمبيوتر ذي ميزانية محدودة، وإن كان مع عدد صغير إلى حد ما من الواجهات، للمنزل أو كمبيوتر مكتبييجب أن يكون هناك ما يكفي منهم. في كثير من الأحيان، تحتوي هذه اللوحات الأم على مجموعة شرائح بها بعض القيود، ولكنها لا تنعكس في المقام الأول على تشغيل الكمبيوتر بأكمله.
ATX - شائع مثل mATX، ولكنه أكبر حجمًا، ويمكن أن تحتوي هذه اللوحات على مجموعة شرائح تعمل بكامل طاقتها، أو مع قيود بسيطة، عادةً ما تحتوي على أكبر عدداتصال الواجهات، ولكن هذا ليس إلزاميًا أيضًا، فهو يحتوي على خيارات تثبيت واتصال أكثر ملاءمة.

يجب مراعاة أبعاد اللوحة الأم عند اختيار الحالة المناسبة، لأنه إذا فكرت بشكل منطقي، فمن الممكن تركيب لوحات أم أصغر في الحالات الأكبر، لكن العكس لن ينجح.

يتم استخدام المقبس لتثبيت أو استبدال المعالج المركزي. يجب أن يؤخذ المقبس في الاعتبار عند اختيار المكونات المناسبة لجهاز الكمبيوتر الخاص بك.

تنوع المقابس كبير جدًا ويوجد واحد مناسب لكل معالج، على سبيل المثال، تستخدم أحدث خطوط معالجات Intel علامات المقبس LGA 1150 أو 1155، بينما يستخدم منافسوها من AMD FX2 وAM3 وAM3+. إذا كانت المقابس من AMD AM3 و AM3 + قابلة للتبديل، أي أن معالجات AM3 + ستكون قادرة على العمل على مآخذ اللوحات الأم AM3، ولكن الأداء سيكون محدودًا بواسطة مجموعة الشرائح، فهذا يعني أن Intel ليس لديها هذا، ولا يمكنك الذهاب خطأ هنا.

الشرائح هي أساس قدرات اللوحة الأم

شرائح- هذه مجموعة معالجات دقيقة لتفاعل المعالج المركزي مع باقي المكونات الإلكترونية للكمبيوتر. تعتمد جميع القدرات والتشغيل الإضافي للوحة الأم على مجموعة الشرائح.

تتكون شرائح اليوم من شريحتين، تسمى الجسر الجنوبي والجسر الشمالي، ويمكن العثور عليها دون صعوبة كبيرة، وهي أكبر الرقائق بعد المعالج، وعادة ما تكون مخفية تحت مشعات التبريد. يجب أن تكون مجموعة الشرائح نفسها متوافقة مع المعالج، وهو ما قد يعني أنه لن تكون كل لوحة أم قادرة على إطلاق العنان لإمكانات المعالج، والعكس صحيح.

إن معرفة العلامة التجارية ونموذج الشرائح تحدد إلى حد كبير الأداء المستقبلي لنظام الكمبيوتر، لذلك عند اختيار اللوحة الأم، ليس من السيئ معرفة قدراتها. يعتمد النقاء الذي سيعمل عليه النظام أيضًا على مجموعة شرائح اللوحة الأم، بالإضافة إلى مقدار الذاكرة وإمكانية التثبيت وعدد الأجهزة الإضافية.

ما هو BIOS ولماذا هو مطلوب؟

يعتبر BIOS (من نظام الإدخال والإخراج الأساسي باللغة الإنجليزية) أحد أهم الشرائح الموجودة على اللوحة الأم، لأنه يحتوي مباشرة من مصنع الشركة المصنعة على برامج مهمة مطلوبة للتشغيل الأولي للكمبيوتر. بعد تشغيل الكمبيوتر واستقبال الطاقة للمعالج، فإنه يتحول أولاً إلى شريحة BIOS ولا يتوقف عن العمل معها حتى يتم إيقاف تشغيل الكمبيوتر.
لرؤية BIOS قيد التشغيل، عند بدء تشغيل الكمبيوتر، ما عليك سوى الانتباه إلى النقوش البيضاء على خلفية سوداء - سيكون هذا هو BIOS قيد التشغيل.

ماذا يفعل BIOS؟ يعد هذا البرنامج ضروريًا للتحقق من الأنظمة الرئيسية للكمبيوتر فور تشغيله، كما يوفر أيضًا التفاعل مع لوحة المفاتيح والماوس، وكذلك مع الشاشة، في حالة الكمبيوتر المحمول، مع شاشته.

لاستعادة إعدادات BIOS إلى الوضع الافتراضي، تحتاج إلى إزالة البطارية المستقلة أو استخدام وصلة عبور خاصة، وعلى الرغم من أن وصلة العبور والبطارية قد تكون موجودة في أماكن مختلفة على لوحات مختلفة، إلا أنها على الأرجح موجودة في المنتصف أو في الزاوية اليمنى السفلية .

الحافلات اللوحة الأم

كيف يتواصل المعالج مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى؟ في الواقع، مثل جميع الأجهزة الإلكترونية الموجودة على الموصلات، توجد مجموعة من الموصلات على لوحة النظام تسمى الحافلات. تختلف الحافلات في الوظائف: ناقل الأوامر، ناقل البيانات، ناقل العناوين.

بالنسبة للمعالجات 32 بت، فهي عبارة عن 32 موصلًا متوازيًا ترسل من خلاله البرامج الأوامر ليقوم المعالج بمعالجتها من خلال ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). إنه ناقل العناوين الذي ينبغي النظر فيه للتحكم في الباقي، لأنه يعمل على تحديد كل من البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي والأوامر.

إذا لم نأخذ في الاعتبار الأجهزة الخارجية، فيمكننا أن نستنتج أن المعالج يتلقى أوامر من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ويتبادل البيانات معها. يعتبر المعالج، بالإضافة إلى ذاكرة الوصول العشوائي، جميع الأجهزة الأخرى خارجية، حتى لو كانت جزءًا من وحدة النظام. يمكن اعتبار جميع الناقلات التي تربط المعالج وذاكرة الوصول العشوائي بمثابة ناقل رئيسي واحد - FSB (الحافلة الأمامية). عندما نقول أن اللوحة الأم تعمل بتردد 2000 ميجا هرتز، فإننا نعني بالضبط تردد الناقل الرئيسي، ومن هنا يحصل المعالج على تردده، بضربه بعامل الضرب الداخلي.

حافلة التوصيل والتشغيل

الميزة الرئيسية والمهمة في نفس الوقت لهذه الحافلة هي أدائها العالي وسهولة تركيب المعدات، وبفضلها أصبح من الممكن إنشاء أجهزة ذاتية الإدارة (التوصيل والتشغيل).

خلاصة القول هي أنه بعد توصيل بطاقة توسيع أخرى - الابنة - باللوحة الأم، يتم اكتشاف الجهاز نفسه تلقائيًا وتخصيص الموارد اللازمة له لتشغيله الصحيح.

حافلات PCI وPCI Express

بفضل PCI، من الممكن حتى اليوم توسيع قدرات جهاز الكمبيوتر الخاص بك عن طريق تثبيت موالفات التلفزيون لمشاهدة التلفزيون التناظري، وهو أمر مهم إذا لم يكن لديك اتصال دائم بالإنترنت، أو بطاقة صوت لزيادة وظيفة تسجيل الصوت للكمبيوتر، أو ربما مقسم PCI لزيادة عدد موصلات USB، وهو أمر أكثر أهمية بالنسبة للوحات الأم القديمة أو ذات الميزانية المحدودة.

لكن تكنولوجيا الكمبيوتريتطور بوتيرة فورية، وناقل PCI المألوف، أو لنكون أكثر دقة، أصبح إنتاجيته غير كافية للمكونات عالية الأداء. من المحتمل أن تكون بطاقة الفيديو هي الممثل الأكثر اكتفاءً ذاتيًا للأجهزة التي أصبح ظهور PCI Express 16x ضروريًا لها، على الرغم من الحاجة إلى أجهزة أخرى، مثل بطاقة الشبكة، لزيادة تردد الناقل.

أصبح من غير المربح زيادة تردد ناقل PCI، نظرًا لأن عددًا كبيرًا من الموصلات المتوازية يتطلب تصنيعها عالي الدقة، وهو أمر مكلف. وفي هذا الصدد، شهد عام 2004 بداية مرحلة تنفيذ PCI Express 16X وPCI Express X1. ونتيجة لذلك، أصبح إنتاج اللوحات الأم أسهل، وفي نفس الوقت أرخص، وأصبح PCI Express 16X هو الناقل الوحيد لتوصيل بطاقات الفيديو، ويعتبر PCI Express X1 بديلاً لـ PCI.

واجهة اتصال AGP

في وقت واحد، قدمت حافلة AGP تبادل بيانات عالي الأداء، ولكن مع مرور الوقت، لم تعد الشركات المصنعة لبطاقات الفيديو راضية عن هذا الموصل. أصبحت واجهة الاتصال هذه منتشرة على نطاق واسع بسبب الاحتواء رسومات الحاسوب PCI العادي. على الرغم من أن الواجهة لا تزال تستخدم على أجهزة الكمبيوتر القديمة، فقد تخلت عنها الشركات المصنعة الحديثة بنفس الطريقة التي تخلت بها في وقت ما عن PCI لصالح PCI Express.

USB - واجهة الاتصال

يريد كل مستخدم الراحة عند العمل على جهاز الكمبيوتر، بحيث يمكن تثبيت الأجهزة بسهولة شديدة، دون إهمال تفكيك وحدة النظام نفسها لتثبيتها، وكان هذا هو سبب ظهور المنفذ التسلسلي العالمي (USB).

يعد موصل USB هذه الأيام جزءًا من أي جهاز كمبيوتر، بدءًا من الكمبيوتر المكتبي والكمبيوتر المحمول وحتى الكمبيوتر اللوحي والهاتف الذكي، بالإضافة إلى لوحات المفاتيح والشاشات والعديد من الأجهزة الأخرى. هذا الموصل يجعل من السهل استخدامه، لمزيد من الراحة، توجد موصلات USB على اللوحة الأمامية لوحدات النظام.

في اللوحات الأم ذات الميزانية المحدودة، يحدث عدم وجود موصلات USB كافية لتوصيل جميع الأجهزة، ولكن لهذا يمكنك استخدام مقسم أو، بمعنى آخر، محور USB، سيكون هناك المزيد من المنافذ. بفضل ناقل USB، يتم توصيل الكثير من الأجهزة باللوحة الأم: أجهزة مودم 3g/4g والطابعات والماسحات الضوئية، ناهيك عن فأرة الحاسوبولوحة المفاتيح.

تقرأ الأجهزة الحديثة USB 3.0، ولكن يتم استخدام USB 2.0 أيضًا، وتشغيل USB نفسه هو وظيفة الجسر الجنوبي لمجموعة شرائح اللوحة الأم. كما أصبح من الواضح بالفعل، فإن التشغيل الكامل للوحة الأم مرتبط بتشغيل شرائحها، وفي كل عام يتم تعيين المزيد والمزيد من المسؤوليات الوظيفية للوحة الأم.

مكونات اللوحة الأم المتكاملة

في هذه الأيام، تم تجهيز العديد من أجهزة الكمبيوتر، وخاصة تلك المخصصة للاستخدام المكتبي، بمحول فيديو متكامل، والذي يمكنه توفير المال عند شراء المعدات، بالطبع، إذا لم يكن هناك حاجة إلى أداء فيديو خاص في المستقبل. بفضل هذا، ظهرت بطاقات VGA وDVI وHDMI وبطاقات الشبكة والصوت على العديد من اللوحات الأم، وأصبحت أيضًا مكونًا متكاملاً في اللوحة الأم.

قبل شراء اللوحة الأم، يجب عليك بالتأكيد قراءة مواصفاتها على موقع الشركة المصنعة، إذًا، على سبيل المثال، لن تواجه مشاكل مع الحد الأقصى لتردد التشغيل وعدد فتحات وحدة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وربما ستفشل أيضًا القدرة على توصيل العديد من بطاقات الفيديو لا تكون زائدة عن الحاجة.

الآن أصبح السؤال عن ماهية اللوحة الأم أقل أهمية، لأن هناك فهمًا بأن اللوحة الأم هي أساس العالم الميكانيكي الداخلي بأكمله الموجود في وحدة النظام. تتغير اللوحات الأم نفسها ويتم استكمالها كل عام، ومن المستحيل ببساطة وصف كل شيء في مقال واحد، وعلينا أن نقتصر على النقاط الرئيسية.

هذا مثير للاهتمام: