برد اصلی

برد اصلی 

برد اصلی (MotherBoard)  يکی ازاجزای اساسی و مهم کامپيوترهای شخصی محسوب می گردد.در سال 1982 همزمان با ارائه اولين کامپيوترهای شخصی از  برد اصلی استفاده  گرديد. اولين برد اصلی از لحاظ اندازه نسبتا" بزرگ و بر روی آن ريزپردازنده 8080 نصب گرديد. اين برد  شامل BIOS ، سوکت هائی برای حافظه مربوط به CPU و مجموعه ای از اسلات ها بود که کارت هائی از طريق آنها به برد اصلی متصل می گرديدند. در صورتيکه قصد استفاده از فلاپی درايو و يا يک پورت موازی و ... وجود داشت، می بايست يک برد جداگانه تهيه و آن را از طريق يکی از اسلات های موجود، به برد اصلی متصل کرد. وضعيت فوق سرگذشت اولين بردهای اصلی استفاده شده در کامپيوترهای شخصی بود. شرکت های آی . بی .ام و اپل با ايجاد تغييرات  اساسی، بردهائی را طراحی نمودند که  امکان اضافه کردن پتانسيل های دلخواه و جديد در هر زمان ميسر بوده و توليد کنندگان متعدد بتوانند محصولات خود را بر اساس استانداردهای فوق طراحی و به بازار عرضه نمايند.

برداصلی يک  مدار چاپی چند لايه است . مسيرهای  مسی که Traces ناميده می گردند، امکان حرکت سيگنال  و ولتاژ را بر روی برد اصلی فراهم می نمايند. ازتکنولوژی چند لايه استفاده شده تا بدين طريق برخی از لايه های برد ، قادر به حمل داده برای BIOS ، پردازنده و حافظه بوده در حاليکه لايه های ديگر ولتاژ و Ground را بدون نگرانی از اتصال کوتاه  جابجا  نمايند.

اين برد دربرگيرنده پروسسور، رم، انواع درايوها (اعم از هارد ديسك، سي دي رام، فلاپي درايو) و ساير موارد مي باشد. اين قطعات بوسيله كابل به برد اصلي متصل هستند ، در زمان كار كردن رايانه، اطلاعات درايوها، پروسسور و رم در حال انتقال در اين برد مي باشد. مثلاً زماني كه برنامه اي را اجرا مي كنيم يا فايلي را ذخيره مي نماييم كارت هاي مودم، شبكه، صدا و گرافيك بوسيله اسلات هاي مادربرد به آن وصل مي شوند و زماني كه در حال كار با اينترنت هستيم، موسيقي گوش مي دهيم و يا برنامه اي را اجرا مي كنيم اطلاعات بين كارت ها، برد و پروسسور در حال رد و بدل است. جهت اتصال قطعات برروي مادربرد، شكاف يا اسلات وجود دارد. اكثر كارت ها داراي يك لبه اتصال دهنده مي باشند كه از طريق اين لبه برروي شكاف ها قرار دارند.    
برد اصلي شامل چند چيپ ست مي باشد و اين چيپ ها نقل و انتقال اطلاعات بين پروسسور و ديگر اجزا را ميسر مي سازند. مادربردها در انواع مختلفي از نظر شكل و اندازه توليد مي شوند. شكل و اندازه آن ها متناسب با كيس هاي موجود در بازار مي باشد. اگر مادربرد خراب باشد رايانه از كار مي افتد. توجه داشته باشيد كه مادربردها داراي امكانات مشابهي نمي باشند و اگر مادربردي كارت خاصي را پشتيباني نكند نمي توان از آن كارت استفاده كرد. در ضمن اينكه همه مادربردها نمي توانند با همه پردازنده ها كار كنند.
اجزاي اصلي مادربرد             
وجود تمام قطعاتي كه برروي مادربرد قرار دارند الزامي مي باشد. اين قطعات عبارتند از:
۱- تراشه هاي حافظه اصلي(رم) و جايگاه آن       
۲- پردازنده و تراشه گير پردازنده          
۳- تراشه هاي حافظه BIOS
۴- كمك پردازنده و جايگاه آن           
۵- كليدهاي قطع و وصل و اتصال گرهاي تنظيم (جامپرها)   
۶- محل اتصال كابل هاي برق               
۷- محل اتصال صفحه كليد  
۸- محل اتصال بلندگو          
۹- محل قرارگيري شكاف ها يا اسلات ها            
۱۰- باتري و محل اتصال آن
۱۱- چندين قطعه الكترونيكي ديگر مانند خازن ها، كريستال، مقاومت ها، چيپ ست ها و ساير موارد
خازن ها انرژي را ذخيره مي كنند و معمولاً براي تنظيم امواج، به عنوان يكسو كننده، جهت تبديل جريان متناوب به مستقيم به كار مي رود. كريستال ها ضربان هاي ساعت را در فاصله هاي زماني ثابت توليد مي كنند و مقاومت ها نيز ولتاژ امواج را تغيير مي دهند.        
انواع مادربردها از نظر شكل   
همان طور كه مي دانيد اندازه مادربردها بايد با منبع تغذيه و جعبه رايانه متناسب باشد. انواع مادربردها از نظر شكل عموماً به موارد زير تقسيم مي شود:         
۱- مادربرد سبك PC/XT  
۲- مادربرد سبك AT/Full size       
۳- مادربرد سبك Baby AT or Mini AT    
۴- مادربرد سبك LPX       
۵- مادربرد سبك ATX      
۶- مادربرد سبك NLX      
- مادربرد سبك PC/XT در سال ۱۹۸۱ به بازار عرضه شد و هم اكنون مورد استفاده قرار نمي گيرد. طول آن در حدود ۳۰ و عرض آن در حدود ۲۰ سانتي متر و داراي ۵ شكاف براي كارت ها بود.
- مادربرد سبك AT/Full size در سال ۱۹۸۴ به بازار عرضه شد. طول آن ۳۵ و عرض آن ۳۰ سانتي متر مي باشد و تقريباً از دور خارج شدند و ديگر توليد نمي شوند، زيرا بسيار بزرگ بودند.
- مادربرد سبك Baby AT or Mini AT تقريباً استاندارد مادربرد AT/Full size را دارد ولي از نظر اندازه كوچك تر از آن است. از آنجايي كه اين مادربرد در هر جعبه اي جاي مي گيرد، بيشتر مادربردهاي كنوني بدين شكل توليد مي شوند.
- مادربرد LPX مانند نوع قبل داراي دو گونه كوچك و بزرگ بود. اين مادربرد داراي اين امكان است كه بعد از نصب اتصالات مختلف در قسمت عقب قرار مي گيرد و شكاف ها بر روي يك كارت جدا نصب مي شود و اتصال گرها در كنار هم در عقب مادربرد قرار مي گيرند. درضمن اينكه اين نوع مادربردها داراي اتصال گرهاي اضافي نيز مي باشند.        
- مادربرد ATX در سال ۱۹۹۵ طراحي شدند كه شباهتي به مادربردهاي Baby AT or Mini AT دارند. با اين تفاوت كه ۹۰ درجه تغيير شكل يافته اند، در اين گونه مادربردها تهويه رايانه به خوبي انجام مي شود و داراي يك نوع جامپر مي باشد. در اين نوع بردهاي اصلي نمي توان از هر دو نوع حافظه استفاده نمود. اين نوع بردها داراي امكاناتي مي باشند كه مي توان بدون استفاده از كابل هاي بلند قطعات را بر روي آن وصل كرد زيرا داراي جايگاه هاي خاصي مي باشند. درضمن اينكه مي توان بر روي شكاف هاي آن هر كارتي با هر طولي را بر روي آن نصب كرد.- كار با مادربرد NLX بسيار ساده مي باشد. تعميرات، نگهداري و ارتقاء آنها نيز ساده تر است.

بعضي مواقع مادربردها كارت صدا، گرافيك، مودم و شبكه را به صورت مجتمع دربردارد و ديگر نيازي نيست تا آنها را به صورت جداگانه خريداري نمود و بر روي آن نصب كرد. به اينگونه بردهاي اصلي آن برد مي گويند، و معمولا داراي قيمت كمتري مي باشند. به اين دليل كه عموماً قابل ارتقا، تغيير و تعمير نمي باشند.
مادربردهاي آن برد معمولاً دربرگيرنده يك يا چند مورد از قطعات گفته شده مي باشند كه مي توان بعضي از آنها را غيرفعال نمود و كارت موردنظر خود را بر روي آن نصب كرد با توجه به اينكه اينگونه مادربردها اسلات هاي كمتري دارند، بنابراين انعطاف پذيري كمتري نيز دارند.

شکل زير يک برد اصلی را نشان می دهد. برد فوق دارای دو اسلات برای نصب پردازنده (Dual Processor)، پنج اسلات PCI ، چهار پورت USB ، يک اسلات  Communication network riser)CNR )  است .

شکل زير يک نمونه برد اصلی را که دارای يک اسلات ISA ، يک اسلات AGP و پنج اسلات PCI است را نشان می دهد.

شکل زير نمونه ديگری از يک برد اصلی را که دارای يک اسلات ISA ،  دو اسلات PCI ،  يک اسلات ( AMR: (Audio Modem Driver و يک اسلات  AGP  است را نشان می دهد .

شکل زير BIOS موجود بر روی يک برد اصلی را نشان می دهد.

گذرگاه هاي توسعه               
گذرگاه يا خط حامل، يك مسير عمومي است كه داده ها از روي آن نقل و انتقال مي كنند. اين مسير به وسيله مدارهاي الكتريكي بين قسمت هاي ديگر يك رايانه ارتباط برقرار مي كنند. اين مقدار داده ها مي توانند به صورت همزمان از گذرگاه ها عبور كنند و مقدار آنها بر حسب بيت مي باشد. به طور معمول ۴ گذرگاه اصلي در رايانه ها وجود دارد:
۱- گذرگاه پردازنده             
۲- گذرگاه حافظه                
۳- گذرگاه آدرس                
۴- گذرگاه ورودي- خروجي               
گذرگاه پردازنده مسير ارتباط پردازنده و تراشه هاي مجتمع يا چيپ ست هاست.
اين گذرگاه ،داده ها را به سرعت به پردازنده منتقل مي كند و از آن به بيرون مي فرستد و سرعت آن نسبت به ساير گذرگاه ها بسيار سريعتر مي باشد، گذرگاه حافظه ،داده ها را بين پردازنده، رم و حافظه رم انتقال مي دهد.              
مهم ترين گذرگاه هاي توسعه عبارتند از:              
گذرگاه ISA: همان طور كه مي دانيد در رايانه قطعات مختلف از طريق يك سري خطوط با يكديگر ارتباط دارند كه به آن ها خط حامل مي گويند. درواقع قطعات موردنياز بر روي اين خط قرار مي گيرند.
اين گذرگاه هاي ۸ بيتي ISA نام داشتند، سپس در چند سال بعد گذرگاه هاي ۱۶ بيتي به بازار عرضه شدند، اين گذرگاه ها به علت ضريب اطمينان بالا، كارابودن و سازگاري هنوز به كار مي روند.
گذرگاه ESA :پس از توليد رايانه ۳۸۶ گذرگاه هاي عريض ۳۲ بيتي به كار گرفته شد. اين گذرگاه ها داراي شكاف هاي ۳۲ بيتي مي باشند به همين دليل نمي توان در آنها از كارت هاي ۸ يا ۱۶ بيتي استفاده كرد.
نكته: نوعي از گذرگاه ISA به نام MCK بوجود آمد، كه معماري گذرگاه ۱۶ بيتي و ۳۲ بيتي را با هم داشت اين سيستم از سيستم هاي ISA سريعتر و با آن ها ناسازگارتر بود. گذرگاه هاي ديگري مانند گذرگاه VESA، Local Buss، PCT، USP، AGP و موارد ديگر نيز وجود دارند كه به علت محدوديت آموزشي به توضيح آن ها نمي پردازيم.
نصب و تعويض كارت ها      
همان طور كه مي دانيد مدارهاي گرافيك، صدا، تصوير، مودم و ساير موارد كه بر روي يك صفحه قرار گرفته اند را كارت مي گويند. جهت تعويض يا نصب آنها در رايانه اعمال زير را انجام دهيد:
* با پيچ گوشتي پيچ هاي نگهدارنده كارت را باز كنيد. بدون اينكه كارت هيچ گونه مقاومتي از خود نشان دهد آن را با احتياط و با حركت دادن به سمت جلو و عقب با كشيدن تدريجي به سمت بالا از محل خود جدا كنيد.

فراموش نكنيد كه بهتر است در هنگام نصب كارت ها جهت تغيير كليدهاي اتصال گر و جامپرها به دفترچه يا ورقه راهنماي كارت مراجعه نماييد.               
درگاه خارجي       
يك رايانه بدون رابط هايي كه آن را براي تبادل اطلاعات به بيرون وصل مي كند نمي تواند كار كند. بدين ترتيب درگاه ها و رابط هاي رايانه نقش بزرگي را برعهده دارند.        
۱ - درگاه سريال: اين درگاه درپشت رايانه قراردارد به درگاه هاي com نيز مشهورند و جزء اولين درگاه هايي هستند كه در رايانه هاي اوليه به كار برده شدند. درگاه هاي سريال قديمي ۲۵ پايه اي و درگاه هاي سريال جديد ۹ پايه اي هستند يعني درگاه سريال رايانه را با ۹ سيم به وسايل جانبي متصل مي كند.          
۲ - درگاه موازي: به اين درگاه ها درگاه چاپگر نيز مي گويند اما در حال حاضر براي اتصال اسكنر و موارد ديگر نيز به كار مي رود، اين درگاه بزرگ ترين درگاه در پشت رايانه است كه ۲۵ سيمي مي باشد كه ۱۷ سيم آن براي سيگنال ها به كار مي رود. سيگنال ها به سه گروه داده ها، كنترل و وضعيت تقسيم مي شوند.
۳ - درگاه اسكازي: اين درگاه مي تواند اطلاعات را با سرعت بالايي جابه جا نمايد. اين درگاه براي بيشتر اسكنرها و CD و DVD نويس ها به كار مي رود.               
۴ - درگاهPS/2 : اين درگاه داراي ۶ پايه سوزن براي انتقال داده هاست. كه بيشتر براي استفاده صفحه كليد و ماوس به كار مي رود.   
۵ - درگاه سريال Firewire :اين درگاه براي اتصال دوربين هاي ويديوئي، نمايشگرهاي رقمي (ديجيتال)، سيستم هاي صوتي و يا سيستم ماهواره هاي رقمي به رايانه استفاده مي شود.           
۶ - رابط هاي DIDE: بر روي مادربرد چند رابط براي ذخيره سازي وجود دارد كه عبارتند از رابط ايده (آي دي يو)، كه در رايانه هاي قديمي وجود داشت و از آن مي توان براي اتصال دو وسيله مانند هارد ديسك و ديسك گردان CD به رايانه استفاده نمود ورابط ايده توسعه يافته كه اين رابط از رابط ايده سريعتر است و به وسيله آن مي توان چهار مورد ديگر را به رايانه وصل نمود.            
كنترل گر               
ابزارهاي جانبي در رايانه با ابزاري به نام كنترل گر با پردازنده و ديگر اجزا ارتباط برقرار مي كنند كه نام هاي ديگر آن رابط و آداپتر مي باشد. به طور مثال هارد ديسك و صفحه كليد با كنترل گر كار مي كند و كارت گرافيكي با آداپتر. كنترل گرها يا بر روي يك كارت جدا قرار دارند و يا بر روي مادربرد

اندازه گذرگاه داده (Data Bus)

برد های اصلی جديد دارای يک گذرگاه داده ئی شصت و چهار بيتی می باشند. گذرگاه فوق عرض بزرگراهی را نشان می دهد که داده ها در طول  آن حرکت و در احتيار پردازنده گذاشته شده و يا پردازنده نتايج عمليات خود را از طريق آنها ارسال می نمايد. سرعت و عرض گذرگاه داده ، تاثير مستقيم بر عملکرد پردازنده دارد . انواع متفاوت گذرگاه ها بشرح ذيل است :

ChipSets

Chipsets ، امکانات و پتانسيل های خاصی  را برای تراشه پردازنده بر روی برد اصلی فراهم می نمايند. Chipset بمنزله قلب کامپيوتر بوده و مسئوليت کنترل و مشخص نمودن سرعت ، نوع پردازنده ، حافظه و اسلات های استفاده شده را برعهده دارد. يکی  از تراشه های موجود بر روی برد اصلی Super I/o Controller ناميده شده و مهمترين  وظيفه آن کنترل فلاپی ديسک درايو ، صفحه کليد، موس و پورت های سريال و موازی است . بردهای اصلی جديد دارای تراشه هائی بمنظور حمايت USB ، کارت صدا ، کارت شبکه و ... می باشند.