مادربورد چیست؟ درک کامل مادربورد motherboard

مادربرد، پردازنده ها و حافظه ها

آشنایی با مادربردها

مادربورد یا همان سیستم بورد یا مین‌بورد، ستون فقرات کامپیوتر است. این بورد یک مدار چاپی است که یک سری مسیر رسانا به زیرکیت غیررسانایی پوشیده شده است و در پایین کامپیوتر قرار دارد و اغلب با یک رنگ یکنواخت، مانند سبز، قهوه‌ای، آبی، سیاه یا قرمز است.

این قطعه مهمترین قسمت کامپیوتر است، زیرا تمامی قطعات دیگر با هم ارتباط دارند. شکل زیر یک سیستم بورد PC معمولی را از بالا نشان می‌دهد و تمامی قطعات دیگر به این بورد متصل می‌شوند.

در این بورد مداری شما محل اتصال پردازنده مرکزی (CPU)، مدارهای چاپی رسانا، شیارهای مخصوص توسعه، شیار اتصال کارت تصویر (کارت گرافیک)، شیارهای حافظه موقت (RAM) و مجموعه‌ای از چیپ‌های دیگر را خواهید یافت. همه این قطعات در طول این دوره مورد بحث قرار خواهند گرفت.

فرم فاکتورهای مادربرد

مادربردها بر اساس فرم (طراحی) آنها مانند ATX، micro ATX و ITX دسته‌بندی می‌شوند. در هنگام خرید جداگانه مادربرد و کیس، به دقت و توجه نیاز است. برخی کیس‌ها قابلیت سازگاری کمتری دارند و ممکن است با مادربردی که انتخاب می‌کنید، سازگاری فیزیکی و نصب نداشته باشند.

فرم فاکتور ATX

مادربرد Advanced Technology Extended (ATX) توسط اینتل در اوایل دهه 1990 ابداع شد تا بر طرح سنتی AT-style که برای سال‌های زیادی در دنیای کامپیوتر حاکم بود، پیشرفت کند. مادربرد ATX فضای پردازنده و اسلات حافظه را به زاویه ۹۰ درجه ای با کارت‌های اکسپنشن قرار داده است. این ترتیب باعث شده پردازنده و حافظه با خروجی فن منبع تغذیه در یک خط باشند و این اجازه را می‌دهد تا پردازنده به راحتی سرد بماند. و به دلیل این که این قطعات در خط اکسپنشن کارت‌ها نیستند، شما می‌توانید کارت‌های اکسپنشن کامل طول – یعنی کارت‌هایی که به طول کامل داخل یک کیس کامپیوتر استاندارد تمدید می‌شوند – را در دستگاهی با مادربرد ATX نصب کنید. ATX (و مشتقات آن) فرم فاکتور اصلی مادربرد کامپیوترهای شخصی است که امروزه در حال استفاده است. مادربردهای استاندارد ATX اندازه 12 × 9.6 اینچ (305 میلی متر × 244 میلی متر) دارند.

نکته: در بخش های بعدی با عنوان “توسعه داخلی، دستگاه‌های ذخیره‌سازی و منابع تغذیه” به بررسی عمیق‌تر کارت‌های توسعه خواهیم پرداخت.

فرم فاکتور Micro ATX

مادربردهای میکرو ATX می‌توانند در کیس‌های استاندارد ATX و کیس‌های کوچک خودشان کار کنند و برای خنک‌شدن بهتر، از قرار دادن کامپوننت‌ها مانند پردازنده و حافظه بر اساس اصل ATX استفاده می‌کنند. اما به دلیل اندازه کوچک‌تر، برخی ویژگی‌هایی مثل تعداد درگاه‌های حافظه، درگاه‌های مادربرد، درگاه‌های توسعه و کامپوننت‌های یکپارچه کمتری در مادربردهای میکرو ATX وجود دارد. همچنین، کیس‌های میکرو ATX کمتری در دسترس است، اما اگر پردازنده و قطعات موجود باشند، می‌توان از یک مادربرد میکرو ATX کوچک در یک کیس بزرگتر استفاده کرد.

نکته: در آزمون کمپتیا، ممکن است میکرو ATX را با mATX اشاره کند.

فرم فاکتور ITX

مادربورد Information Technology eXtended (ITX) توسط شرکت VIA به عنوان یک مادربورد با کمترین مصرف برق و فضای کم، برای مصارف ویژه شامل سیستم‌های خانگی، سیستم‌های رایانه‌های کوچک، سیستم‌های بازی و ترکیبی جهت تعبیه در برنامه‌های مختلف توسعه داده شده است. خانواده ITX شامل فرم فاکتورهای زیر است:
– Mini-ITX به اندازه 6.7 اینچ × 6.7 اینچ (170 میلی‌متر × 170 میلی‌متر)
– Nano-ITX به اندازه 4.7 اینچ × 4.7 اینچ (120 میلی‌متر × 120 میلی‌متر)
– Pico-ITX به اندازه 3.9 اینچ × 2.8 اینچ (100 میلی‌متر × 72 میلی‌متر)
– Mobile-ITX به اندازه 2.4 اینچ × 2.4 اینچ (60 میلی‌متر × 60 میلی‌متر)
مادربردهای Mini-ITX دارای چهار سوراخ نصب هستند که با سه یا چهار سوراخ در فرم فاکتورهای ATX و micro ATX تطابق دارند. در مادربردهای Mini-ITX، رابط های پشتی در همان مکان روی مادربردهای ATX قرار می گیرند. این ویژگی ها باعث شده است که مادربردهای Mini-ITX با شاسی ATX سازگار باشند. اما این تطابق نصب تنها در اینجا خاتمه می یابد؛ زیرا با وجود سازگاری با کامپیوتر در دیگر فرم فاکتورهای ITX، آن ها در سیستم های تعبیه شده مانند جعبه های است، سیستم های سرگرمی خانگی و گوشی های هوشمند استفاده می شوند و به مشخصات نصب و رابط مورد نیاز نمی رسند. شکل زیر، سه فرم بزرگتر از مادربردهای ITX را در کنار مادربردهای ATX نشان می دهد.

نکته: در شیوه‌نامه آزمون CompTIA، مینی‌ITX با عنوان mITX شناخته شده است.

اجزای برد سیستم (مادربورد)

در اینجا با توجه به شناخت اولیه از انواع مادربوردها و فرم فاکتورهای آن‌ها، ما باید به ویژگی‌ها و مؤلفه‌های کلیدی مادربورد و محل قرارگیری آن‌ها نسبت به یکدیگر نگاه کنیم. لیست زیر، مفاهیم کلیدی را که در مورد مادربوردها باید بدانید، خلاصه می‌کند:
■ معماری باس
■ چیپست‌ها
■ اسلات‌های توسعه
■ اسلات‌های حافظه و کش خارجی
■ پردازنده‌ها و سوکت‌های آن‌ها
■ اتصال‌دهنده‌های برق
■ اتصال‌دهنده‌های درایو دیسک داخلی
■ BIOS / UEFI / firmware
■ باتری CMOS
■ اتصال‌دهنده‌های پنل جلویی

در بخش‌های بعدی، با برخی از شایع‌ترین اجزای یک مادربورد، وظایف آن‌ها و محل قرارگیری آن‌ها در مادربورد آشنا خواهید شد. ما تصاویر هر قطعه را به نمایش خواهیم گذاشت تا بتوانید آن را در بیشتر مادربوردهایی که با آن‌ها روبرو می‌شوید شناسایی کنید. در مورد برخی اجزا، این فصل تنها یک مقدمه مختصر را ارائه می‌دهد و جزئیات بیشتری در فصول بعدی به آن می‌پردازیم.

در رایانه‌ها، انتقال داده‌ها از اجزاء به دیگری، از طریق یک اتصال مشترک از مسیرهای سیگنالی انجام می‌شود که باس (Bus) نامیده می‌شود. در ابتدای این صنعت، اتصالات سریال (Serial Bus) استفاده می‌شد که یک بیت از هر بار ارسال می‌شد و بسیار آهسته بود. مهندسان باهوش دریافتند که می‌توانند با بازطراحی باس، هشت بیت را به صورت همزمان (با استفاده از خطوط جداگانه همگام‌سازی شده) ارسال کنند که باعث افزایش سرعت بسیاری می‌شود. این فرآیند باس موازی (Parallel Bus) نامیده می‌شود.

نقطه ضعف ارتباطات موازی، از دست دادن طول مدار (سیم‌های سیگنالی چقدر طولانی می‌توانند باشند) و تردد داده (چقدر داده می‌تواند در یک زمان حرکت کند) است. سیگنال تنها می‌تواند مسافت کوتاهی طی کند و حجم داده‌ها به دلیل همگام‌سازی دقیق بین خطوط جداگانه، محدود شده و سرعت آن نیز باید کنترل شود تا ورودی سیگنال‌های تکی به انتهای دریافت‌کننده تغییری نداشته باشد.

مهندسان به روش‌هایی برای افزایش سرعت انتقال داده‌ها در سیستم‌های سریال پی برده‌اند و از این رو اکثرا از سیستم‌های سریال استفاده می‌شود. تنها محدودیت این سیستم‌ها در قابلیت تراکنش‌گران است که به دلیل پیشرفت‌های فنی به طور مداوم بهبود پیدا می‌کنند. سرعت انتقال داده در سیستم‌های سریال به صورت چشمگیری بیشتر از سیستم‌های موازی است. برخی از مشخصاتی که مهاجرت به سمت غالب شدن ارتباطات سریال را رقم زده‌اند، از جمله اتصال فناوری پیشرفته سریال (Serial ATA یا SATA)، درگاه سریال یونیورسال (Universal Serial Bus یا USB)، IEEE 1394 / FireWire و اینترفیس کامپوننت پریفرال اکسپرس (PCIe) می‌باشند.

نکته: “Bus” همچنین در هر پیاده سازی سیم کشی موازی یا بیت سریال به کار می رود که در آن چندین دستگاه به صورت موازی یا به صورت زنجیره ای (daisy-chained) متصل می شوند. مثال هایی از این پیاده سازی ها عبارتند از واسط کوچک سیستم (SCSI)، USB و اترنت.

در یک مادربورد، چندین نوع باس مختلف استفاده می‌شود. اسلات‌های توسعه با بستری‌های مختلف مانند PCIe نیز شامل می‌شوند تا امکان اتصال دستگاه‌های خارجی یا آداپتورها فراهم شود.

باس‌های دیگری نیز درون سیستم وجود دارند تا ارتباط بین CPU، RAM و سایر قطعاتی که با آنها باید داده تبادل شود، فراهم شود. در بسیاری از سیستم‌های باس بسته CPU و اسلات حافظه جزئی از باس است، در نتیجه در این سیستم‌ها برای دستگاه‌های دیگر نقاط ورودی وجود ندارد زیرا آداپتورهایی برای چنین محیطی وجود ندارد.

باس‌های مختلف در سیستم کامپیوتر با سرعت‌های مختلفی عمل می‌کنند. سرعت بالاتر باعث افزایش کارایی باس می‌شود. در برخی موارد، باس‌های مختلف باید برای کارایی مناسب همگام شوند، مانند باس سیستم و هر یک از باس‌های توسعه که با سرعت فرانت ساید باس کار می‌کنند. در موارد دیگر، یک باس به باس دیگری ارجاع می‌دهد تا سرعت خود را تعیین کند. به عنوان مثال، سرعت داخلی باس CPU از ساعت فرانت ساید باس مشتق می‌شود. در این فصل، باس‌های مختلف با سرعت‌های آنها ارائه می‌شوند.

چیپست ها Chipsets

یک چیپست (Chipset) مجموعه‌ای از چیپ‌ها یا مدارات است که وظایف رابط و دستگاه‌های جانبی را برای پردازنده انجام می‌دهد. این مجموعه از چیپ‌ها معمولاً مدارهایی هستند که رابط‌های حافظه، کارت‌های گسترشی و دستگاه‌های جانبی داخلی را فراهم می‌کنند و به طور کلی نحوه ارتباط مادربرد با دستگاه‌های جانبی نصب شده را مشخص می‌کنند.

معمولاً یک چیپست توسط تولید کننده اصلی یک نام و شماره مدل دریافت می‌کند. معمولاً تولید کننده و مدل به شما اطلاع می‌دهند که چه ویژگی‌هایی را دارد (برای مثال، نوع حافظه پشتیبانی شده، نوع و برند ویدیوی داخلی و غیره).

چیپست‌ها می‌توانند از یک یا چند چیپ مدارهای ترکیبی (Integrated Circuit) تشکیل شده باشند. برای مثال، مادربردهای مبتنی بر اینتل معمولاً از دو چیپ استفاده می‌کنند. برای اطمینان، شما باید به مستندات تولید کننده نگاه کنید، به خصوص اینکه مکانیزم‌های خنک کننده برخی از چیپ‌های چیپست را اغلب از دید رویکرد بصری مخفی می‌کنند و شناسایی برند و مدل را محدود می‌کنند.

چیپست‌ها می‌توانند به دو گروه عمده کاربردی تقسیم شوند، به نام Northbridge و Southbridge. به مرور نگاهی به این دو گروه و وظایفی که انجام می‌دهند بیندازیم.

نکته: CPU‌های AMD و Intel بیشتر از ویژگی‌های نورثبریج (Northbridge) و ساوتبریج (Southbridge) خود دارند. به همین دلیل، CPU امکانات نورثبریج و ساوتبریج را به صورت یکپارچه در اختیار قرار می‌دهد و نیازی به چیپست جداگانه نیست.

نورثبریج Northbridge

نورثبریج (Northbridge) یکی از زیرمجموعه‌های چیپست (Chipset) مادربرد است که وظیفه اصلی آن مدیریت ارتباطات با سرعت بالا با دستگاه‌های جانبی دارای اهمیت بسیاری است. نورثبریج در عمده موارد به ارتباطات با ویدئوی یکپارچه (Integrated Video) با استفاده از PCIe می‌پردازد و همچنین برای ارتباطات پردازشگر با حافظه مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین می‌توان گفت که بخش قابل توجهی از عملکرد واقعی یک کامپیوتر به مشخصات نورثبریج و قابلیت‌های ارتباطی آن با دستگاه‌های جانبی که کنترل می‌کند بستگی دارد.

نکته: می‌توان گفت که در صورت استفاده از اصطلاح «نورثبریج»، به یک زیرمجموعه عملکردی از چیپست مادربورد اشاره می‌شود و در واقع، برند خاصی از چیپست به نام “نورثبریج” وجود ندارد.

اسلات‌های گسترش (پورت توسعه , Expansion Slots)

یکی از قسمت‌هایی که روی هر مادربرد کامپیوتر دیده می‌شود، اسلات‌های گسترش هستند. این اسلات‌ها شکاف‌های کوچکی از جنس پلاستیک هستند که معمولاً 1 تا 6 اینچ طول و حدود 1/2 اینچ عرض دارند. همانطور که از نامشان پیداست، این اسلات‌ها برای نصب دستگاه‌های مختلف در کامپیوتر و گسترش قابلیت‌های آن استفاده می‌شوند. برخی از دستگاه‌های گسترشی که ممکن است در این شکاف‌ها نصب شوند عبارت‌اند از کارت‌های تصویری، شبکه، صدا و رابط دیسک.

اگر به مادربرد کامپیوتر خود نگاه کنید، احتمالاً یکی از انواع اصلی اسلات‌های گسترشی که در کامپیوتر‌های امروزی استفاده می‌شود را مشاهده می‌کنید:

1. PCI
2. PCIe
3. PCI-X

هر نوع از این اسلات‌ها از لحاظ ظاهری و کارکرد متفاوت است. در ادامه به شناخت ظاهری انواع مختلف اسلات‌های گسترش روی مادربرد می‌پردازیم. اتصال‌های PCMCIA مانند PC Card، CardBus، Mini PCI، ExpressCard و PCIe Mini بیشتر به لپ‌تاپ‌ها مربوط هستند تا کامپیوترهای رومیزی و در فصل 9، در مورد “درک لپ‌تاپ‌ها” بیان شده است.

اسلات‌های گسترش PCI

مادربردهای بسیاری از کامپیوترهایی که امروزه در حال استفاده هستند، دارای اسلات‌های 32 بیتی Peripheral Component Interconnect (PCI) هستند. این اسلات‌ها به راحتی قابل تشخیص هستند، زیرا تقریباً 3 اینچ طول دارند و به طور کلاسیک سفید هستند، اگرچه بردهای مدرن رنگ‌های مختلفی دارند. اسلات‌های PCI با ظهور پردازنده‌های کلاس Pentium بسیار محبوب شدند. اگرچه محبوبیت از PCI به PCIe منتقل شده است، اما خدمات اسلات PCI به صنعت نمی‌توان چشم‌پوشی کرد؛ چراکه برای سال‌ها معماری بسیار پرکاربردی بوده است.

اسلات‌های گسترش PCI با سرعت‌های 33 مگاهرتز یا 66 مگاهرتز (نسخه 2.1) روی یک کانال 32 بیتی (4 بایت) کار می‌کنند و به ترتیب سرعت‌های انتقال داده‌های 133 مگابایت در ثانیه و 266 مگابایت در ثانیه را ایجاد می‌کنند. با این حال، PCI یک توپولوژی مشترک است، بنابراین ترکیب کردن آداپتورهای 33 مگاهرتز و 66 مگاهرتز در یک سیستم 66 مگاهرتز، تمام آداپتورها را به سرعت 33 مگاهرتز کاهش می‌دهد. سرورهای قدیمی‌تر ممکن است اسلات‌های PCI 64 بیتی نیز داشته باشند که از نسخه 1.0 شروع شده و سرعت‌های انتقال داده‌های 32 بیتی را دو برابر می‌کند.

اسلات‌ها و آداپتورهای PCI در نسخه‌های 3.3 ولت و 5 ولت ساخته می‌شوند. آداپتورهای جهانی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در اسلات‌هایی که براساس هر دو ولتاژ کار می‌کنند قابل استفاده باشند. شکاف در لبه کارت اسلات‌های 5 ولتی معمولی به سمت جلوی مادربرد قرار دارد، در حالی که شکاف در آداپتورهای 3.3 ولتی به سمت عقب است. در شکل 1.6، چندین اسلات گسترش PCI را می‌بینید. به اسلات 32 بیتی 5 ولتی در نزدیکی و اسلات‌های 64 بیتی 3.3 ولتی دورتر توجه کنید. همچنین می‌بینید که یک کارت 32 بیتی جهانی که در هر دو جایگاه شکاف دارد، در اسلات 64 بیتی 3.3 ولتی در پشت صحنه قرار گرفته و به خوبی کار می‌کند.

برای درک دقیق مسئله
وقتی با فرکانس‌ها و نرخ‌های داده‌ای که به 33 و 66 ختم می‌شوند سر و کار داریم، باید در نظر داشته باشیم که هر 33 دارای یک سوم (1/3) و هر 66 دارای دو سوم (2/3) مرتبط است. مقادیر اضافی از نتیجه نهایی کم شده‌اند اما برای درک دقیق مسئله باید آن‌ها را به جمع اضافه کنیم. خبر خوب این است که حذف این مقادیر کوچک از معادله باز هم شما را به نتیجه نزدیک می‌کند و کمی تجربه با این اعداد به شما کمک می‌کند تا به سرعت ارتباط بین آن‌ها را برقرار کنید.

اسلات‌های گسترش PCI-X

اسلات‌های گسترش PCI-X از نظر ظاهری شبیه به PCI 64 بیتی هستند چون از همان شکاف‌ها استفاده می‌کنند. اما PCI-Extended (PCI-X) فرکانس 66 مگاهرتزی را در PCI به سطوح بالاتری می‌برد. نسخه 1.0 این مشخصات، عملکرد 66 مگاهرتزی (533 مگابایت بر ثانیه) را ارائه داد و همچنین گزینه‌ای که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گرفت، یعنی 133 مگاهرتز (1066 مگابایت بر ثانیه). نسخه 2.0 حداکثر فعلی و احتمالاً آخرین را معرفی کرد که 533 مگاهرتز است. با یک باس 8 بایتی (64 بیتی)، این به ظرفیت انتقال حداکثر 4266 مگابایت بر ثانیه می‌رسد، حدوداً 4.3 گیگابایت بر ثانیه. همچنین، نسخه 2.0 PCI-X از یک باس 266 مگاهرتز (2133 مگابایت بر ثانیه) هم پشتیبانی می‌کند.

از آنجا که شکاف‌های PCI-X از لحاظ فیزیکی با آداپتورهای PCI سازگارند و همه شکاف‌های PCI-X از فرکانس حداقل 66 مگاهرتز پشتیبانی می‌کنند، اسلات‌های PCI-X با آداپتورهای PCI 66 مگاهرتز سازگار هستند.

PCI-X برای کامپیوترهای سرور طراحی شده است که سرعت بالا و امکان اتصال و جدا کردن قطعات در حین کارکرد را دارند. اما با این حال، سرعت‌هایی که با PCIe می‌توان به دست آورد، بسیار بیشتر است و PCI-X را به تدریج کنار گذاشته است. نتیجتاً نسخه 2.0 PCI-X به زودی منسوخ شد. همچنین، PCI-X مانند PCI از توپولوژی اشتراکی باس (shared-bus) استفاده می‌کند که باعث می‌شود هنگام استفاده از چندین آداپتور، همه آداپتورها به سرعت کمترین آداپتور موجود در سیستم کاهش پیدا کنند.

به عبارت ساده‌تر، PCI-X یک نوع ارتقای سرعت برای کامپیوترهای سرور است که سرعت بیشتری نسبت به PCI معمولی ارائه می‌دهد. اما با وجود این سرعت بیشتر، هنوز هم نمی‌تواند با سرعت‌هایی که PCIe ارائه می‌دهد رقابت کند. در نتیجه، استفاده از PCI-X کم‌کم کاهش یافته و جای خود را به PCIe داده است. همچنین، مشکل دیگری که PCI-X دارد، این است که همه آداپتورها در یک سیستم با سرعت کمترین آداپتور کار می‌کنند، که می‌تواند به کاهش کارایی منجر شود.

اسلات‌های گسترش PCIe

آخرین نوع اسلات‌های گسترش که در مادربوردها استفاده می‌شود، PCI Express یا به اختصار PCIe است. این سیستم برای جایگزینی AGP (پورت گرافیکی پیشرفته) و PCI طراحی شده است. PCIe هم سرعت بیشتری نسبت به AGP دارد و هم انعطاف‌پذیری PCI را حفظ می‌کند. اما PCIe با AGP یا PCI از لحاظ اتصال سازگار نیست. به همین دلیل، مادربوردهای جدید PCIe هنوز اسلات‌های PCI را برای سازگاری با محصولات قدیمی‌تر دارند، اما اسلات‌های AGP دیگر استفاده نمی‌شوند.

PCIe به طور غیررسمی به عنوان یک معماری بس (bus) نامیده می‌شود تا مقایسه‌اش با سایر فناوری‌های بس آسان‌تر باشد. در مقابل، PCIe از یک کامپوننت سوئیچینگ (switching) با اتصالات نقطه‌به‌نقطه به اسلات‌ها استفاده می‌کند که به هر کامپوننت اجازه می‌دهد از پهنای باند مربوطه به طور کامل استفاده کند و بیشتر یک توپولوژی ستاره به جای بس ایجاد کند. علاوه بر این، PCIe به خلاف سایر بس‌های گسترش که معماری موازی دارند، یک فناوری سریال است و داده‌ها را در مسیرهای سریال چندگانه ارسال می‌کند تا سرعت‌های بالاتری بدست آورد.

PCIe از مفهوم خطوط (lanes) استفاده می‌کند که مسیرهای ارتباطی سوئیچینگ نقطه‌به‌نقطه بین دو کامپوننت PCIe هستند. هر خطی که سوئیچ بین دو دستگاه در ارتباط با یکدیگر قرار می‌دهد، شامل یک جفت سیم جداگانه برای هر دو جهت ارتباط است. هر جفت PCIe بین کارت‌ها نیازمند مذاکره برای تعیین بیشترین تعداد خطوط مشترک پشتیبانی شده است. تعداد خطوط تکی یا مجموعه‌ای از خطوط که سوئیچ بین دستگاه‌ها قرار می‌دهد، به عنوان یک پیوند (link) شناخته می‌شود.

PCIe هفت عرض پیوند مختلف پشتیبانی می‌کند که با نام‌های x1، x2، x4، x8، x12، x16 و x32 شناخته می‌شوند که در میان آن‌ها x1، x4 و x16 رایج‌تر هستند. عرض پیوند x8 کمتر رایج است اما از سایر موارد بیشتر استفاده می‌شود. اسلاتی که یک عرض پیوند خاص را پشتیبانی می‌کند، از لحاظ اندازه فیزیکی به آن عرض مرتبط است زیرا عرض بر اساس تعداد خطوط پشتیبانی شده است که نیازمند تعداد مربوطه سیم‌هاست. در نتیجه، اسلات x8 بزرگتر از اسلات x1 اما کوچکتر از اسلات x16 است. هر اسلات PCIe دارای یک بخش مشترک 22 پین به سمت عقب مادربورد است که می‌توانید در شکل 1.7 ببینید که در آن عقب مادربورد به سمت چپ قرار دارد. این 22 پین عمدتاً از سیم‌های ولتاژ و زمین (ground) تشکیل شده‌اند.

چهار نسخه اصلی از PCIe در حال حاضر وجود دارد: 1.x، 2.x، 3.0 و 4.0. در این چهار نسخه، یک خط (lane)، و بنابراین یک اسلات x1، در هر جهت کار می‌کند (یا از دیدگاه هر دستگاه در حال ارتباط، اطلاعات را می‌فرستد و دریافت می‌کند) با سرعت داده‌ای 250 مگابایت بر ثانیه (تقریباً دو برابر سرعت معمولی اسلات PCI)، 500 مگابایت بر ثانیه، حدوداً 1 گیگابایت بر ثانیه و تقریباً 2 گیگابایت بر ثانیه.

یک پیوند (link) دوجهته مرتبط دارای ظرفیت انتقال نام‌برداری دو برابر این سرعت‌ها است. برای مقایسه PCIe با سایر بس‌های گسترش، از سرعت دو برابر استفاده کنید چرا که سایر سرعت‌ها برای ارتباط دوجهته هستند. این بدین معناست که پیوند دوجهته 500 مگابایت بر ثانیه یک اسلات x1 در نسخه اول PCIe با بهترین PCI، یعنی اسلات 64 بیتی با سرعت 66 مگاهرتز و تولید ظرفیت انتقال 533 مگابایت بر ثانیه، قابل مقایسه است.

ترکیب خطوط (lanes) موجب ضرب خطی این سرعت‌ها می‌شود. به عنوان مثال، یک اسلات PCIe 1.1 x16 قادر به انتقال 4 گیگابایت بر ثانیه در هر جهت است، 16 برابر سرعت x1 به اندازه 250 مگابایت بر ثانیه. به صورت دوجهته، این اسلات که نسبتاً رایج است، ظرفیت انتقال 8 گیگابایت بر ثانیه را تولید می‌کند. مشخصات جدیدتر PCIe این ظرفیت انتقال را حتی بیشتر می‌کند. به عنوان مثال، در نسخه‌های بالاتری از PCIe مثل 3.0 و 4.0، سرعت انتقال داده‌ها به میزان قابل توجهی بیشتر می‌شود.

در نسخه 3.0 PCIe، یک اسلات x1 می‌تواند سرعتی حدود 1 گیگابایت بر ثانیه را در هر جهت ارائه دهد. در مقایسه با نسخه‌های قبلی، این سرعت به مراتب بیشتر است. در نسخه 4.0، سرعت یک اسلات x1 به حدود 2 گیگابایت بر ثانیه افزایش می‌یابد که دو برابر سرعت نسخه 3.0 است.

به طور کلی، با افزایش نسخه‌های PCIe، سرعت انتقال داده‌ها نیز به صورت قابل توجهی افزایش می‌یابد. این بهبود سرعت‌ها باعث می‌شود که رایانه‌ها بتوانند بهتر و سریع‌تر کار کنند و امکان استفاده از قطعات و کارت‌های گرافیکی جدیدتر و قوی‌تر را به ما بدهند.

نکته:”Up-plugging” (اتصال به بالا) در مشخصات PCIe به معنی قابلیت استفاده از اسلاتی با توانایی بیشتر برای آداپتور کمتر است. به عبارت دیگر، شما می‌توانید یک کارت کوتاه‌تر (کم‌خط) را در اسلاتی بلندتر استفاده کنید. به عنوان مثال، شما می‌توانید یک کارت x8 را در یک اسلات x16 قرار دهید. کارت x8 اسلات را به طور کامل پر نمی‌کند، اما اگر “up-plugging” توسط مادربورد پشتیبانی شود، با سرعت‌های x8 کار خواهد کرد. در غیر این صورت، مشخصات لازم است که دستگاه‌های اتصال به بالا فقط با نرخ x1 کار کنند. این موضوعی است که باید از آن آگاه باشید و از پیش بررسی کنید.

“Down-plugging” (اتصال به پایین) فقط در اسلات‌های باز امکان‌پذیر است، اگرچه در مشخصات رسمی مجاز نیست. حتی اگر شما یک اسلات باز پیدا کنید یا بسازید (با برش یک شکاف در انتها) که قبول کند لبه‌ی کارت طولانی‌تر، آداپتور درج شده نمی‌تواند سریع‌تر از توانایی حداکثر امتیازدهی اسلات عمل کند زیرا سیم‌کشی فیزیکی لازم به سوئیچ PCIe در Northbridge (پل شمالی) وجود ندارد.

پورت AGP

پورت گرافیکی پیشرفته (AGP) یک استاندارد قدیمی‌تر برای اتصال کارت‌های گرافیک به مادربورد کامپیوتر است. AGP در اواخر دهه 1990 معرفی شد و به طور عمده برای افزایش سرعت و کارایی کارت‌های گرافیکی طراحی شده بود. این استاندارد به کارت‌های گرافیک اجازه می‌داد تا به طور مستقیم به حافظه‌ی رم (RAM) کامپیوتر دسترسی داشته باشند و بتوانند با سرعت بالاتری تصاویر را روی صفحه‌ی نمایش ارائه کنند.

اما با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، استاندارد AGP کم‌کم از رده خارج شد و جای خود را به PCI Express (PCIe) داد. PCIe نسبت به AGP سرعت بیشتری دارد و انعطاف‌پذیری بیشتری را در اتصال انواع مختلف قطعات به مادربورد فراهم می‌کند. به همین دلیل، در مادربوردهای جدید، از اسلات‌های PCIe استفاده می‌شود و AGP دیگر کاربردی ندارد.

در کل، AGP یک استاندارد قدیمی برای اتصال کارت‌های گرافیک به مادربورد است که در گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفت. با این حال، به دلیل پیشرفت‌های فناوری و ظهور استانداردهای جدیدتر مانند PCIe، این روزها از AGP استفاده نمی‌شود و کامپیوترهای جدیدتر با استفاده از PCIe ساخته می‌شوند.

Memory Slots and Cache

شکاف‌های حافظه یا random access memory (RAM)، بعدی قابل توجه در یک مادربورد هستند. این شکاف‌ها برای ماژول‌هایی طراحی شده‌اند که حافظه چیپ‌ها را که حافظه اصلی را تشکیل می‌دهند و برای ذخیره داده‌ها و دستورالعمل‌هایی که در حال استفاده توسط واحد پردازش مرکزی (CPU) هستند، به کار می‌روند. انواع مختلف حافظه برای کامپیوترهای شخصی امروزی در دسترس هستند. در این فصل، با ظاهر و مشخصات شکاف‌ها در مادربورد آشنا می‌شوید تا بتوانید آن‌ها را شناسایی کنید.

بیشتر کامپیوترهای شخصی امروزی، از چیپ‌های حافظه روی یک برد مدار چاپی کوچک استفاده می‌کنند. ماژول حافظه با دو خط موازی (DIMM) یک نوع برد مدار چاپی است. DIMMهای امروزی در تعداد رسانه‌ها یا پین‌ها که هر فاکتور فرم فیزیکی خاصی استفاده می‌کند، متفاوت هستند. برخی از مثال‌های رایج، تنظیمات 168، 184 و 240 پین هستند. همچنین حافظه لپ‌تاپ در اندازه‌های کوچکتر با فاکتور فرمی کوچکتری به نام SODIMMs و MicroDIMMs عرضه می‌شود. ماژول حافظه با یک خط موازی (SIMM) نوعی فرم فاکتور حافظه قدیمی‌تر است که شروع به جایگزینی چیپ‌های حافظه در ماژول‌ها کرد. در بخش “شناسایی هدف و ویژگی‌های حافظه” در این فصل، جزئیات بیشتری در مورد بسته‌بندی حافظه و تکنولوژی‌های استفاده شده در آن‌ها می‌تواند متنوع باشد. برای بیشتر بسته‌بندی‌های حافظه در رایانه‌های شخصی، از ماژول‌های حافظه با تراشه‌های حافظه DRAM استفاده می‌شود. این تراشه‌ها در ماژول‌های حافظه قرار گرفته و ممکن است به صورت افقی یا عمودی باشد. تراشه‌های حافظه در معرض گرما هستند، بنابراین برای جلوگیری از آسیب دیدن آن‌ها باید بسته‌بندی آن‌ها دارای اثرات حرارتی مثل پوشش حرارتی باشد. این پوشش حرارتی به عنوان شیلد عمل می‌کند و از تداخل الکترومغناطیسی جلوگیری می‌کند. همچنین، برخی ماژول‌های حافظه، به‌ویژه برای کاربران پرطرفدار، با پوشش‌های زیبا و منحصر به فردی همراه هستند.

کش (Cache) نوعی حافظه موقت است که به کمک آن، سرعت عملکرد رایانه بسیار بیشتر می‌شود. کش معمولاً در پردازنده و یا در یک ماژول جداگانه درون رایانه نصب می‌شود. کش سه نوع دارد: لوله کش (L1 Cache)، لوله کش دسترسی مشترک (L2 Cache) و لوله کش سطح سیستم (L3 Cache). این حافظه‌های موقت در اولویت پردازش داده‌هایی که احتمال دسترسی به آن‌ها بیشتر است، قرار دارند. به عنوان مثال، اگر برنامه‌ای در حال اجرا باشد و به یک فایل برای خواندن دسترسی داشته باشد، اطلاعات مربوط به آن فایل در کش قرار می‌گیرد تا داده‌های مورد نیاز برای پردازش بعدی به سرعت در دسترس بودن حافظه و توانایی سریع ذخیره و بازیابی داده‌ها، نقش مهمی در عملکرد کامپیوتر دارد. برای افزایش سرعت و کارایی حافظه، از تکنولوژی حافظه پنهان (Cache) استفاده می‌شود. حافظه پنهان یک حافظه کوچک و سریع است که در مقابل حافظه اصلی (primary memory) در نزدیکی پردازنده قرار دارد. داده‌هایی که بیشترین استفاده را دارند، در حافظه پنهان نگهداری می‌شوند تا بتوان به سرعت به آن‌ها دسترسی پیدا کرد. به این ترتیب، زمان لازم برای خواندن اطلاعات از حافظه اصلی کاهش می‌یابد و سرعت کامپیوتر بهبود می‌یابد. اما به دلیل محدودیت حجم حافظه پنهان، فقط بخش کوچکی از داده‌ها می‌توانند در آن نگهداری شوند. بنابراین، استفاده بهینه از حافظه پنهان به هوشمندی در نرم‌افزارها بستگی دارد.

شکاف حافظه در مادربورد به راحتی شناسایی می‌شود. اسلات‌های کلاسیک حافظه DIMM به طور معمول سیاه بودند و مانند همه شکاف‌های حافظه، به هم نزدیک قرار داشتند. امروزه، اسلات‌های DIMM با کد رنگی شایع‌تر هستند. کد رنگی این اسلات‌ها به عنوان راهنمای نصب حافظه عمل می‌کند. برای مطالعه بیشتر درباره این موضوع به بخش “حافظه تک کاناله، دو کاناله و سه کاناله” در این فصل مراجعه کنید. برای تعیین ماژول‌های خاص و جهت‌گیری مورد نیاز آن‌ها، باید به مستندات مادربورد مراجعه شود. تعداد شکاف‌های حافظه بر روی هر مادربورد متفاوت است، اما ساختار شکاف‌های مختلف مشابه است. پین‌های فلزی در پایین شکاف با پین‌های فلزی بر روی هر ماژول حافظه تماس برقرار می‌کنند.

در هر سمت اسلات حافظه چند تکه فلزی یا پلاستیکی قرار دارد که حافظه را به طور ایمن در محل خود نگه می‌دارند. در جدول 1.1 انواع اسلات حافظه‌ای که در تصاویر مختلف در این فصل دیده می‌شوند، شناسایی شده‌اند. همه‌ی این اسلات‌ها دارای تب‌های مجرایی هستند که در هر دو سر آن‌ها قرار دارند. مادربرد ATX در شکل ۱.۲ و مادربرد در شکل ۱.۴ نشانگرهای دوکانالی با اسلات‌های دو رنگ دارند. شکل ۱.۹ تنها اسلات حافظه از مادربرد ATX در شکل ۱.۲ را به عنوان مرجع نشان می‌دهد.