مادربرد (Motherboard):

    برد مدار اصلی که ارتباط بین اجزای مختلف کامپیوتر را به هم متصل می کند و امکان برقراری ارتباط را فراهم می کند.

مادربردها چگونه کار می کنند؟ 

مادربرد یکی از اجزای حیاتی کامپیوتر است که به عنوان برد مدار اصلی برای اتصال قطعات سخت افزاری مختلف عمل می کند. به عنوان هاب مرکزی عمل می کند و ارتباط و هماهنگی بین بخش های مختلف سیستم کامپیوتری را تسهیل می کند. در اینجا یک نمای کلی از مادربرد و نحوه عملکرد آن آورده شده است:

اجزای مادربرد

 هر مادربرد برای پشتیبانی از اجزای خاص مانند CPU و حافظه طراحی شده است. آنها می توانند اکثر انواع هارد دیسک ها و تجهیزات جانبی را در خود جای دهند. بسیاری از عناصر دیگر یک مادربرد معمولی را تشکیل می دهند. مادربرد را به عنوان موزاییک بزرگی از اتصالات الکتریکی در نظر بگیرید که بخش های مختلف یک کامپیوتر را به هم متصل می کند.

در اصل، مادربرد به عنوان سیستم عصبی مرکزی کامپیوتر عمل می کند و ارتباط و هماهنگی بین اجزای سخت افزاری مختلف را برای اطمینان از عملکرد صحیح کل سیستم تسهیل می کند

باس های روی مادربرد:

باس های روی مادربرد مانند مسیرهای ترافیکی یک کامپیوتر هستند که به اجزای جداگانه اجازه می دهند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
باس ها انواع مختلفی دارند (گذرگاه داده، گذرگاه آدرس، گذرگاه کنترل، گذرگاه قدرت) که هر کدام عملکردهای متفاوتی را انجام می دهند.
عملکرد روان یک کامپیوتر به این بوس ها بستگی دارد زیرا جریان اطلاعات را کنترل می کنند.

انواع باس روی مادربرد:

گذرگاه داده:

1. گذرگاه داده (Data Bus):
   • وظیفه: انتقال داده‌های واقعی بین اجزایی مانند CPU، RAM و دستگاه‌های ذخیره‌سازی.
   • مثال: زمانی که برنامه‌ای را اجرا می‌کنید، داده‌های لازم از دستگاه ذخیره‌سازی به RAM منتقل شده و سپس از طریق گذرگاه داده به CPU ارسال می‌شوند.
2. گذرگاه آدرس (Address Bus):
   • وظیفه: انتقال اطلاعات مربوط به آدرس‌های حافظه که داده‌ها باید از آنجا خوانده یا در آنجا نوشته شوند.
   • مثال: وقتی CPU به داده‌ای در RAM نیاز دارد، از گذرگاه آدرس برای مشخص کردن مکان دقیق آن داده در حافظه استفاده می‌کند.
3. گذرگاه کنترل (Control Bus):
   • وظیفه: انتقال سیگنال‌های کنترلی و نظارتی بین اجزا برای هماهنگی عملیات.
   • مثال: تعیین می‌کند که آیا داده‌ها باید خوانده شوند یا نوشته شوند و زمان‌بندی عملیات را کنترل می‌کند.
4. گذرگاه توان (Power Bus):
   • وظیفه: تأمین انرژی الکتریکی برای اجزای مختلف روی مادربرد.
   • توجه: نباید با باس‌های انتقال داده اشتباه گرفته شود؛ این باس فقط وظیفه تأمین برق را دارد.

پل شمالی (Northbridge) و پل جنوبی (Southbridge)

     چیپست (Chipset):

چیپست مجموعه ای از قطعات الکترونیکی است که ارتباط بین CPU، حافظه و سایر تجهیزات جانبی متصل را مدیریت می کند. نقش مهمی در هماهنگی جریان داده روی مادربرد دارد.چیپست North Bridge  CPU ، حافظه، ذخیره سازی و سایر اجزا را به هم متصل می کند. چیپست Southbridge که عناصر جانبی را به مادربرد متصل می کند و به Northbridge متصل می شود.

در معماری مادربردهای سنتی، پل شمالی و پل جنوبی دو تراشه مهم هستند که به عنوان پل‌های ارتباطی بین CPU و سایر اجزای سیستم عمل می‌کنند.

پل شمالی (Northbridge):

• وظیفه: مدیریت ارتباطات با اجزای پرسرعت سیستم.
• جزئیات:
  • ارتباط مستقیم با CPU از طریق گذرگاه جلو (Front Side Bus – FSB).
  • کنترل حافظه RAM و کارت گرافیک (از طریق اسلات‌های PCI Express یا AGP).
• اهمیت: پل شمالی به دلیل مدیریت ارتباطات با اجزای پرسرعت، تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سیستم دارد.

پل جنوبی (Southbridge):

• وظیفه: مدیریت ارتباطات با اجزای کم‌سرعت‌تر سیستم.
• جزئیات:
  • کنترل دستگاه‌های ذخیره‌سازی (مانند SATA، IDE).
  • مدیریت پورت‌های ورودی/خروجی (مانند USB، Ethernet، Audio).
  • کنترل اسلات‌های توسعه (مانند PCI).
• اهمیت: پل جنوبی مسئول هماهنگی و ارتباط بین اجزای جانبی و کندتر سیستم است.

سوکت CPU (واحد پردازش مرکزی) / ( CPU Socket (Central Processing Unit

مانند مغز کامپیوتر است و سوکت CPU روی مادربرد محل نصب پردازنده است. CPU از طریق چیپست با سایر اجزا ارتباط برقرار می کند که جریان داده بین CPU، RAM و تجهیزات جانبی را مدیریت می کند. اسلات های توسعه به دستگاه های اضافی اجازه می دهد تا با CPU و حافظه ارتباط برقرار کنند.

تغییرات در معماری‌های مدرن

با پیشرفت فناوری، بسیاری از وظایف پل شمالی به داخل CPU منتقل شده‌اند. در پردازنده‌های مدرن:

• کنترل‌کننده حافظه و واحد پردازش گرافیکی (GPU) به صورت یکپارچه در داخل CPU قرار گرفته‌اند.
• پل شمالی ممکن است به طور کامل حذف شده یا وظایف آن به چیپست‌های دیگر منتقل شده باشد.
• پل جنوبی همچنان وجود دارد اما به عنوان چیپست یا Platform Controller Hub (PCH) شناخته می‌شود و وظایف بیشتری را بر عهده دارد.

شکاف های (حافظه دسترسی تصادفی) /RAM Slots (Random Access Memory):

RAM حافظه کوتاه مدت کامپیوتر است. مادربرد دارای اسلات هایی برای نصب ماژول های RAM است که به سیستم امکان دسترسی سریع به داده ها را می دهد. مادربرد CPU را قادر می سازد تا به سرعت به داده های ذخیره شده در RAM دسترسی پیدا کند و اجرای وظایف و اجرای برنامه ها را تسهیل کند.

شکاف های توسعه (Expansion Slots):

این اسلات ها برای اتصال اجزای اضافی مانند کارت گرافیک، کارت صدا یا کارت شبکه هستند. این اسلات های توسعه به کاربران اجازه می دهد تا قابلیت های رایانه خود را شخصی سازی و ارتقا دهند.

عکس اسلات های PCI Express روی مادربرد:

فناوری انتقال PCI Express بر اساس دو جفت خط دیفرانسیل (4 سیم) است که به آنها پیوند یا خطوط گفته می شود. یک جفت کابل برای ارسال داده و دیگری برای دریافت داده. برای افزایش سرعت، یک دستگاه می تواند از چندین خط استفاده کند. در مجموع می توان تا 32 خط را باندل کرد. با این حال، در عمل، کارت های توسعه ساده فقط یک خط دارند. اسلات های کارت گرافیک استثنا هستند که PEG (PCI Express for Graphics) نامیده می شوند. 16 لاین در دسترس شماست.
با این حال، داده ها در سطح الکتریکی موازی نمی شوند، بلکه در سطح پروتکل بالاتری هستند. تفاوت در زمان حمل و نقل، اختلالات و خرابی خطوط نیز در اینجا جبران می شود.

سرعت انتقال با PCIe بر اساس نسخه و تعداد پیوندها یا خطوط است. هرچه نسخه بالاتر و خطوط بیشتر باشد، پهنای باند بیشتر و سرعت انتقال بیشتر می شود.
پهنای باند نشان می دهد که چه مقدار ظرفیت از نظر تئوری یا حداکثر برای انتقال داده در دسترس است. با این حال، نرخ واقعی داده کمتر است.

     کانکتورهای برق (Connector):

مادربرد دارای کانکتور هایی برای دریافت برق از واحد منبع تغذیه (PSU) است. این کانکتورها برق را به اجزای مختلف مادربرد توزیع می کنند. واحد منبع تغذیه، برق مادربرد را از طریق کانکتورهای تعیین شده تامین می کند. مادربرد در صورت نیاز برق را به اجزای مختلف تقسیم می کند.

فن های خنک کننده که دمای عملیات داخلی مناسب را حفظ می کنند.

اتصال جانبی: اتصالات برای دستگاه های جانبی مانند پورت های USB و سایر اتصالات برای دستگاه های خارجی؛ اسلات های توسعه ( Expansion slots)، پورت های USB و سایر کانکتورها به کاربران اجازه می دهند دستگاه های خارجی مانند کارت های گرافیک، درایوهای ذخیره سازی و دستگاه های ورودی را متصل کنند و قابلیت های رایانه را افزایش دهند.

باتری پشتیبان که تضمین می کند داده های پیکربندی کلیدی سیستم در زمانی که برق اصلی در دسترس نیست حفظ می شود.

     تراشه BIOS/UEFI:

در حین راه‌اندازی، تراشه BIOS/UEFI اجزای سخت‌افزاری را بارگذاری می‌کند، خودآزمایی روشن (POST) را انجام می‌دهد و سیستم عامل را از فضای ذخیره‌سازی در RAM بارگذاری می‌کند.

     کانکتورها و هدرها: مادربرد دارای کانکتورها و هدرهای مختلف برای وسایل جانبی مانند پورت های USB، جک های صوتی، پورت های SATA برای اتصال دستگاه های ذخیره سازی و غیره است.