▷ מהי לוח אם ואיך זה עובד

היום עלינו לדבר על לוח האם של מחשב. לוח האם הוא ללא ספק האלמנט הבסיסי ליצירת מחשב, שאר הרכיבים כמו ה- CPU או RAM יותקנו עליו כך שהמכונה תוכל להתחיל ולעבוד. אז בואו נראה בפירוט מהי לוח האם ואיך זה עובד.

מדד התוכן

מה זה לוח האם?

לוח האם הוא ללא ספק החלק החשוב ביותר במחשב. זה זה שיקבע איזו ארכיטקטורה יש לצוות שלנו ברכיבים הפנימיים שלו. כל לוח האם יתוכנן להכיל רכיבים מסוימים, או סוגים מסוימים של משפחות רכיבים, ויתמוך גם במהירויות וקיבולות מסוימים שיש ברכיבים אלה.

כל או כמעט כל הרכיבים שהם חלק מהמחשב יחוברו ללוח האם, זה יהיה גם האחראי על הקמת אוטובוס תקשורת בין אותם רכיבים (מעבד, זיכרון RAM, כרטיס גרפי) לבין ציוד היקפי המותקן עליו (עכבר, מקלדת, מסך וכו ')

ההיבט הפיזי שלו הוא של מעגל אלקטרוני בממדים מסוימים בו מותקנים סדרת אלמנטים כמו שבבים, קבלים, מחברי רכיבים וקווי חשמל, שמהווים יחד את מבנה המחשב.

כמעט כולם חייבים להתקין ארבעה רכיבים בסיסיים:

• ספק כוח מעבד מרכזי זיכרון RAM יחידות אחסון

לוחות האם מורכבים מפורמטים פיזיים שונים שקובעים את המימדים הפיזיים שיהיו לאלה.

פורמטים של לוח האם

הפורמטים שנוכל למצוא בשוק באים כדלקמן:

E-ATX

זהו גורם הצורה הגדול ביותר שיש לנו בשוק. מידותיו 305 על 330 מ"מ. ללוחות אלה בדרך כלל יש חורים בשפע לכרטיסי הרחבה ואפשרויות רבות מבחינת התקנת כרטיסים גרפיים ב- SLI או Crossfire.

בנוסף יהיו לנו עד 8 משבצות זמינות להתקנת זיכרון RAM

ATX

לוחות אלה קיימים בשוק מאז 1995 בזכות יישומם על ידי אינטל. הם גם הנפוצים ביותר שאנו יכולים למצוא. הממדים שלו הם 305 על 244 מ"מ למרות שיש גם כאלה עם מידות שונות במקצת. כמובן שהחורים למיקומו בשלדה חייבים להיות ממוקמים בדיוק במקומות הסטנדרטיים.

לוחות אם מסוג זה משמשים כמעט לכל סוגי המערכות, למשרד, למשחקים וכו '. זה נובע מהאפשרויות הרחבות שלו. בדרך כלל יש לנו 7 חריצי הרחבה ו -4 חריצים להתקנת זיכרונות RAM.

מיקרו ATX

לוחות אם בפורמט זה הם בעלי מידות של 244 x 244 מ"מ, כך שהם קטנים למדי מהקודמים, סביב 25%. לוחות אלה, בעלי פורמט קטן יותר, מכוונים לצוותי עבודה משרדים, שאינם זקוקים לכמה חריצי הרחבה וגם תופסים שלדה קטנה יותר.

בין אפשרויות ההתרחבות שלו יש לה מקסימום 5 חריצי הרחבה, אם כי הנורמליים הם 3 וחללים של עד 4 זיכרונות RAM. סוגים אלה של צלחות יזדקקו לשלדה התואמת לקיבועם מכיוון שמיקום הברגים יהיה שונה מלוחות ATX.

מיני ITX

זהו פורמט הלוח הקטן ביותר הקיים למחשבים ביתיים. יש לו מידות של 170 על 170 מ"מ. לתיקון זה מורכב מארבעה חורים זה בזה עם אלה המותקנים לצלחת ATX.

בלוחות אלה אנו יכולים למצוא חריץ הרחבה יחיד לכרטיס הגרפי ושני חריצים לזיכרון RAM

ישנם אחרים שנוצרו כמו XL-ATX, אך לרוב הם לא רואים הרבה בטווח הנמוך / אמצע. רק בטווח PREMIUM

מרכיבים פיזיים של לוח אם

זה יהיה החלק הרחב ביותר במאמר זה, מכיוון שללוח האם יש שלל רכיבים שכדאי לתת להם שמות. נתחיל אז.

ערכת שבבים

ערכת השבבים או "ערכת השבבים" היא קבוצה של מעגלים משולבים אשר נועדו ליצור תקשורת בין המעבד לבין שאר הרכיבים המותקנים בלוח האם. אלמנטים אלה יכולים להיות זיכרון RAM, כוננים קשיחים, חריצי הרחבה ויציאות כניסה ויציאה.

עם התפתחות טכנולוגיית לוח האם, שבבים אלו מורכבים בדרך כלל משבב מרכזי יחיד. יתר על כן, שבבים אלה מיועדים אך ורק עבור מערך מעבדים או מותג מסוים ולמודולי זיכרון RAM מסוימים. זה הופך את ההכרח שכאשר אנו רוכשים לוח אם מהשוק אנו נאלצים לקנות גם מעבד תואם ומודולי זיכרון RAM עבורו.

לוחות אם ישנים

ניתן לשלב את ערכת השבבים על ידי שני שבבים והם נקראים גם הגשר הצפוני או צפון בריג'ה והגשר הדרומי או הגשר הדרומי. כל אחד מהשבבים הללו אחראי על משימות מסוימות שיש לבצע:

North Bridge: השבב הזה מחובר ישירות לאוטובוס המעבד ויש לו תקשורת ישירה איתו וזיכרון RAM. אוטובוס זה נקרא גם אוטובוס קדמי או (FSB) והוא מכריע במהירות ובביצועים של מחשב. בנוסף לכל זה, הוא אחראי גם על התקשורת עם יציאות PCI-Express, מכיוון שאלו הם התומכים ברכיבים המהירים ביותר כמו לוח האם או יחידות האחסון החדשות של מצב ה- M.2 ו- PCI-E מוצק.

South Bridge: השבב הזה מחובר ישירות לגשר הצפון דרך ממשק המדיה הישירה או האוטובוס (DMI). שבב זה אחראי על התקשורת של התקני הכניסה והפלט ועל חיבורם לגשר הצפוני. לדוגמה, כוננים קשיחים של SATA, USB, חוט Fire, כרטיס רשת, AUDIO וכו '.

לוחות אם מודרניים

נכון לעכשיו עם הופעתם של מעבדים רב ליבתיים כמו Intel Core ו- AMD FX ערכת השבבים הזו הופחתה משמעותית לשבב בודד, וכך נעלמה הגשר הדרומי.

הסיבה לכך היא שהמעבדים החדשים משלבים בתוכם את בקר הזיכרון, כך שהם מחוברים ישירות לאוטובוס זיכרון ה- RAM. בואו נגיד שגשר ה- FSB משולב במעבד והאוטובוס האחראי על המכשירים האחרים נקרא ה- Plataform Controller Hub (PCH), ומחליף את האוטובוס DMI.

סוגי שבבים

ישנם מספר גדול של דגמי ערכות שבבים. עם כל התפתחות של המעבדים קיימת גם התפתחות של שבבים אלה. כמו בכל דבר, ישנם קצה נמוך, לניהול רכיבי מהירות נמוכים או נמוכים, טווח בינוני וגימור גבוה המציע מהירות ותמיכה מרבית לכרטיסי גרפיקה שונים וה- RAM המהיר ביותר בשוק.

לדברי יצרן המעבד, אנו יכולים למצוא ערכות שבבים המיועדות למעבדי AMD, וערכות שבבים המיועדות למעבדי אינטל.

למידע נוסף על דגמי ערכת השבבים העדכניים ביותר לשתי הטכנולוגיות והשוואתם, בקר במאמרים הבאים:

שקע מיקרו-מעבד

כפי שלא יכול היה להיות אחרת, בלוח האם הוא המקום בו יש להתקין את המעבד למיקרו ולשם כך יש צורך בשקע עם המחברים הפיזיים כדי לתקשר זאת עם לוח האם. ישנם שני סוגים של שקעים:

• PGA (מערך רשת גריד): בשקע זה יש לוח עם חורים להכנסת המיקרו-מעבד פנימה, שיהיו בו סיכות מגע להכנסה. LGA (Land Grid Array) - השקע כולל מטריצה ​​של אנשי קשר בציפוי זהב שיוצרים קשר בין לוח האם לשבב המעבד, שיש לו רק משטח שטוח עם נקודות מגע.

טכנולוגיית ההכנסה נקראת ZIF (Zero Insertion Force) והשבב אינו מתאים באופן מושלם לשקע אם אתה צריך להפעיל כוח בתהליך.

כמו במעבדים, ישנם סוגים רבים של שקעים להתקנה שלך. המשמעות היא שכאשר קונים לוח אם של ארכיטקטורה מסוימת, יש צורך לרכוש מעבד התואם אותו.

בנוסף, כל לוח האם מיועד ליצרן מעבד, כך שגם השקע וגם ערכת השבבים חייבים להיות תואמים למותג המדובר.

למידע נוסף על אופן פעולתו של מעבד, אנו ממליצים על המאמר הבא:

• מהו מעבד ואיך זה עובד?

חריצי זיכרון RAM

מחברים או אוטובוסים אלה אחראים לאחסון מודולי זיכרון ה- RAM שיותקנו בציוד. באופן כללי, ללוחות אם יש 4 משבצות או שללוחות האם מתקדמים יש 8.

חריצים אלה בדרך כלל יתוכננו לעבודה עם טכנולוגיית ערוצים כפולים או אפילו טכנולוגיית ארבע-ערוצים. כמו במעבד, כל לוח האם יתמוך בארכיטקטורה מסוימת של זיכרון RAM.

ללוחות האם יש כרגע סוגים שונים של חריצי זיכרון RAM, אם כי כולם שייכים לתקן DDR. יהיו לנו: DDR, DDR2, DDR3 ו- DDR4

למידע נוסף על אופן העבודה של RAM, אנו ממליצים על המאמר שלנו:

• מה זה זיכרון RAM ואיך זה עובד?

VRM

ראשי תיבות של מודול רגולטור מתח. הם קבוצה של רכיבים ההופכים את הזרם החשמלי שמגיע ללוח האם למתחים עם ערכים וזרמים שונים כך שישמשו אותם על ידי שאר הרכיבים המותקנים עליו. רכיב זה, על אף שאינו מושך עין במיוחד, חיוני בכדי שהרכיבים יתפקדו כראוי וימנעו שבירה.

למידע נוסף על רכיבים אלה בקר במאמר שלנו:

חריצי הרחבה

הם יהיו החריצים שיש להם את הפונקציונליות של הרחבת החומרה המותקנת בציוד שלנו. בהם ניתן להתקין כרטיסים גרפיים, כוננים קשיחים, כרטיסי רשת, כרטיסי קול וכו '.

משבצות אלה נקראות כיום PCI-Express או PCI-E והן מהוות תחליף ל- PCI המסורתי. כל חריץ הרחבה של PCI-E כולל קישורי נתונים 1, 2, 4, 8, 16 או 32 בין לוח האם לכרטיסים המחוברים. אנו מקודדים את מספר הקישורים הזה כקידומת x, למשל x1 לקישור יחיד או יחידה ו- x16 לכרטיס עם 16 קישורים המשמשים לכרטיסי גרפיקה. כל אחד מהקישורים הללו נותן מהירות של 250 מגהבייט / שניות.

אם יש לנו 32 קישורים, הם יתנו את רוחב הפס המקסימלי, כלומר 8 GB / s לכל כיוון עבור PCIE 1.1. הנפוץ ביותר הוא PCI-E x16 המספק רוחב פס של 4GB / s (250MB / sx 16) לכל כיוון. קישור יחיד מהיר בערך פי שניים מקישור PCI רגיל. לשמונה קישורים יש רוחב פס הדומה לגירסה המהירה ביותר של אוטובוס AGP, שהם החריצים הישנים לכרטיסי מסך.

BIOS

מערכת ה- BIOS או מערכת קלט-פלט בסיסית היא זיכרון ROM, EPROM או Flash-RAM המכיל מידע על תצורת לוח האם ברמה הנמוכה ביותר.

בתוך ה- BIOS יש גם שבב זיכרון בשם CMOS, עם התוכנית שהוא מאחסן בתוכו, הוא מסוגל לאתחל את כל הרכיבים הפיזיים של הלוח על מנת להפעיל את המחשב. בנוסף, היא אחראית לבדוק מהם שגיאות או היעדר מכשירים, למשל, חוסר RAM, מעבד או כונן קשיח.

זיכרון ה- BIOS מופעל ברציפות על ידי סוללה. בדרך זו, כאשר המכונה נכבית, הנתונים והפרמטרים המוגדרים במחשב לא הולכים לאיבוד. אם בכל מקרה הסוללה הזו תשושה או שאנחנו מסירים אותה, מידע ה- BIOS מאופס לערכי ברירת המחדל, אך הם לעולם לא הולכים לאיבוד.

כרטיס קול וכרטיס רשת

הם השבבים האחראים על עיבוד צליל המולטימדיה של הציוד שלנו וחיבור הרשת. השבבים שלו ממוקמים בסמוך ליציאות הפלט של לוח האם ואנחנו יכולים לזהות אותה בהזדמנויות רבות על ידי ה- RealTek הייחודי שלה שכן מדובר ביצרנית של רבים מהמכשירים הללו המשולבים בלוח האם.

מחברי SATA

זהו תקן התקשורת במחשבים המקוונים של ימינו לחיבור כוננים קשיחים מכניים וגם SSDs. ב- SATA משתמשים באוטובוס סידורי במקום במקביל להעברת הנתונים. זה הרבה יותר מהיר מ- IDE המסורתי ויעיל יותר. בנוסף, הוא מאפשר חיבורים חמים של המכשירים ויש לו אוטובוסים קטנים בהרבה וניתנים לניהול.

בלוח האם אנו יכולים לקבל עד 6 או 10 מהיציאות הללו להתקנת כוננים קשיחים. התקן הנוכחי נמצא ב- SATA 3 המאפשר העברות של עד 600 מגהבייט / שניות

למידע נוסף על אופן פעולתו של כונן קשיח, אנו ממליצים על המאמר הבא:

• מהו כונן קשיח ואיך הוא עובד?

מחבר M.2

כמעט לכל הלוחות כבר מותקן יציאה זו. M.2 הוא תקן התקשורת החדש שנועד להחליף את החיבור לכונני SATA SSD בטווח הבינוני והקצר. הוא משתמש גם בפרוטוקולי תקשורת SATA וגם NVMe. M.2 מיועד אך ורק להתקנת יחידות אחסון בדרך זו אנו נמנעים מכיבוש חריצי PCI-E. תקן זה אינו בעל מהירות ה- PCI-E אך הוא גבוה בהרבה מ- SATA.

למידע נוסף על אופן פעולת SSD, אנו ממליצים על המאמר הבא:

• מה זה SSD וכיצד הוא עובד?

מחברי כוח

על לוח האם להתחבר למקור חשמל ולצורך זה יש סוגים שונים של מחברי חשמל.

ATX

זה המחבר המסורתי שמפעיל את לוח האם ברוב מרכיביו. זה מורכב מ- 24 כבלים או סיכות והוא בדרך כלל ממוקם בצד הימני של זה, ליד חריצי ה- RAM.

כוח מעבד

בנוסף למחבר ATX2, כמעט לכל לוחות האם החדשים, לפחות ATX, יש גם סוג זה של מחברים המיועדים אך ורק להניע את המעבד. סוגים אלה של ספקי כוח עוזרים להגדיל את אספקת החשמל של לוח האם, במיוחד במקרים של מעבדים מוגזמים יתר שצריכים יותר חשמל לצריכה.

אנו יכולים למצוא מחבר מעבד עם 4 פינים (ישן יותר), אחד מתוך 8 או אחד מתוך 4 + 6 פינים. הפונקציות שלה יהיו זהות כמעט, וכל זה הולך עם מתח 12 וולט.

מחברים חיצוניים

מחברים אלה ימוקמו בצד אחד של לוח האם, כמעט תמיד בצד שמאל. אתה אחראי על חיבור ציוד היקפי שיש לנו בהתקנה שלנו, למשל מדפסות, עכברים, מקלדות, רמקולים, יחידות אחסון וכו '. אנו יכולים להבחין בין הסוגים הבאים:

• PS / 2: ישנן שתי יציאות מסוג זה, שכבר כמעט אינן בשימוש. יש להם 6 סיכות ונועדו לחבר את המקלדת והעכבר. כמעט ללא מקלדת אין מחבר מסוג זה, ולכן הם מועברים ומחליפים USB USB (אוטובוס סידורי אוניברסלי): זהו תקן החיבור הסדרתי הנפוץ ביותר בעולם. מחבר זה הוא Plug and Play, כך שנוכל לחבר מכשיר חם כך שמערכת ההפעלה תזהה אותו מייד. בנוסף להחלפת נתונים, הוא גם מאפשר יישור היקפי, מה שהופך אותו לנוח ורבגוני מאוד. כרגע קיימות ארבע גרסאות של יציאה זו, USB 1.1 עם מהירות של 12 מגהבייט / שניות, USB 2.0 עם 480 מגהבייט / שניות, USB 3.0 עם 4.8 ג'יגה-ביט / ים ו- USB 3.1 עם FireWire של 10 ג'יגה-בתים / s : זהו תקן הדומה ל USB, אך בעיקר בשימוש באמריקה. יש להם כמעט את אותן הפונקציות כמו USB ויש לו 4 גרסאות, המהירות ביותר היא FireWire s3200 עם 3.2 Gb / s HDMI או DisplayPort: יציאות אלה קיימות אם ללוח האם יש כרטיס גרפי משולב. זהו תקן תקשורת מולטימדיה דיגיטלית המאפשר חיבור התקני וידאו בהבחנה גבוהה. שני אותות הווידיאו והשמע נעים דרך יציאות אלה, מה שהופך אותם לשימושיים במיוחד. נכון לעכשיו הם החליפו כמעט לחלוטין את יציאת VGA DVI ו- VGA: יציאות לחיבור מסך ה- Ethernet של קודמו HDMI : יציאה למחבר RJ 45 שקע אינטרנט 3.5 אינץ ': מחבר להתקני כניסה או פלט שמע.

אלמנטים אחרים

• יציאות פנימיות ל- USB: מחברים זמינים בתחתית לוח האם כדי להרחיב את יציאות ה- USB של הציוד שלנו. בדרך כלל מחוברים יציאות ה- USB הזמינות במארז. יציאות קול פנימיות: כמו ב- USB, ללוח יש יציאה פנימית לחיבור מיקרופון ורמקולים מהיציאות המסודרים בשלדה. שעונים: כדי לסנכרן את כל הרכיבים הפנימיים, יש צורך בסדרת שעונים העובדים בתדרים שונים, בהתאם לצרכים של כל רכיב. מחברי מאווררים: אלה הם מחברי 12V המיועדים להכניס מאווררים כמו מעבד המעבד או המארז. יש להם 4 סיכות. לוח המתנע: הם סדרה של מחברי חשמל שבהם מחוברים הכפתורים במארז, האחראים על התחלה ואיפוס של המערכת. נוריות הכונן הקשיח ונורות החשמל יחוברו גם הן.

הפעלת לוח האם

תפעול לוח האם הוא די מורכב, בגלל ריבוי האלמנטים המותקנים עליו ומספר האוטובוסים המיועדים לחילופי מידע. באופן סכמטי אנו יכולים לייצג זאת באופן הבא:

בתכנית זו אנו יכולים להבחין בין האלמנטים העיקריים המתערבים בתפעול ובניהול ולקחת את תהליך ההתחלה של מחשב כהפניה:

הדבר הראשון שעל לוח האם לעשות לפני טעינת מערכת ההפעלה מהכונן הקשיח הוא לאתחל את הרכיבים. התוכנית הממוקמת ב- BIOS אחראית על בדיקת כל המכשירים המחוברים אליו: מעבד, זיכרון RAM ודיסק קשיח בצורה בסיסית. אם מישהו מהם חסר, נשבר או מזהה חריגות אחרות, לוח האם ישלח קוד שגיאה שתורגם בצפצופים או גם באמצעות קוד בלוח LED הממוקם עליו.

לאחר השלמת שלב האימות, האוטובוס הפנימי טעון במידע מיחידות האחסון. כאן מתערבים הגשר הדרומי (אם קיים) והגשר הצפוני.

לאחר בקשת המידע מכוננים קשיחים, ומתקני כניסה / יציאה ורכיבים אחרים, הגשר הצפוני אחראי לחיבור המעבד עם זיכרון RAM. זה נעשה באמצעות האוטובוס הקדמי או האוטובוס הקדמי (FSB). זה יכלול 64 חוטים או 64 + 64 במקרה של יישום טכנולוגיה של ערוץ כפול.

בכל מקרה, נתוני מערכת ההפעלה שנטענו בזיכרון כבר יתגלו כאתחל את המחשב.

במקביל, הגשר הצפוני ישלח את האותות הגרפיים לכרטיס הגרפי, המותקן בחריץ CPI-E x16 המנוהל על ידיו ישירות. או במקרה שלך, זה יתחבר לכרטיס הגרפי המותקן בלוח האם עצמו. זה נעשה על ידי אוטובוס FSB.

בכל מקרה, המחשב יתחיל והחלפת הנתונים לעיבוד תנוהל על ידי האלמנטים המחוברים לאוטובוס ולערכת השבבים.

מסקנה סופית וציפיות לגבי מהי לוח אם

אם דבר אחד התברר לנו הוא שקשה יותר ויותר להסביר את פעולת רכיבי המחשב בצורה מפושטת. הטכנולוגיה מתקדמת בקצב מדהים והאלמנטים הופכים מורכבים יותר ופונקציונאליים ומורכבים יותר.

בקצב שאליו אנו הולכים, יתכן שהמחסום בגודל 5 ננומטר יושג תוך זמן קצר מאוד ונראה לראות שהחברות הגדולות מתכוונות להמשיך הלאה.

מצידנו, אנו שמחים מההתקדמות הללו, ציוד מהיר ומורכב יותר ויותר, ובמחיר מתמשך אם נעבור לרכיבי טווח בינוני שהם גם טובים מאוד.

אנו ממליצים גם על המאמר שלנו בנושא מעבדי קוונטים

• מהו מעבד קוונטי וכיצד הוא עובד?

אנו מקווים שעם מאמר זה למדתם יותר על מרכיבי לוח האם ועל פעולתו הבסיסית. לכל ספק, בירור או שגיאה, אל תהססו לספר לנו.