در مطلب «سخت افزار رایانه را بهتر بشناسیم» دستهبندی قسمتهای بعدی را مشخص کرده و گفتیم به ترتیب از مادربرد شروع خواهیم کرد. پس متن این مقاله قرار است اختصاصی درباره Motherboard باشد. ابتدا از پیشینه این قطعه صحبت خواهیم کرد و سپس به سراغ خصوصیات اصلی آن شامل فاکتورهای ظاهری و تکنولوژیکی خواهیم رفت. پیش از جمعبندی درباره مادربرد و رابطه آن با گیمینگ مختصری توضیح ارائه کرده و در نهایت به معرفی مشهورترین و قویترین بردهای حال حاضر بازار خواهیم پرداخت. برای آشنایی بیشتر و بهتر با برد مادر همراه بازینگار باشید.
معرفی اجمالی
برد مادر به نامهای مختلفی از جمله برد اصلی (mainboard)، برد رسانا (circuit board)، یا لفظ mobo شناخته و خوانده میشود. برد مادر صفحه رسانای اصلی (PCB) در دستگاههای الکترونیکی مثل رایانه یا غیر آن محسوب میشود. جنس بدنه آن از پلاستیک فشرده غیر رسانا و جنس خطوط چاپی روی آن مس یا آلومینیوم بسیار نازک است. تمامی ارتباطات بین تمام بردهای دختر، سوکتها، و اتصالات روی خود این صفحه توسط همین مسیرها که به track معروف هستند تشکیل میشوند. بردهای رسانای اصلی به دو شکل ساده (backplane) و پیچیده (mobo) به کار گرفته میشوند؛ مدل ساده دارای قطعه یا به اصطلاح سیستم فرعی نیست و فقط از مسیرها و خطوط تشکیل شده؛ مدل پیشرفته خودش دارای زیرمجموعههایی جدای از بردهای دختری است؛ مثل چیپست. به طور خاص از لفظ motherboard برای آن دسته از این صفحهها استفاده میشود که قابلیت ارتقاء و افزایش و کاهش داشته باشد. برای همین کلمه «مادر» به آن اضافه میشود تا رابطه و سلسله مراتب بین این برد و سایرین مشخص شود.
پیشینه
پیش از اختراع ریزتراشهها، رایانه متشکل بود از تعدادی کارت یا برد مجزا که توسط یک صفحه رسانا ساده (backplane) و سوکت به هم متصل میشدند. در نمونههای اولیه از سیمهای نازک و مسی استفاده میشد اما اینها جای خودشان را به مسیرهای چاپی دادند. چاپ مسیر روی برد اصطلاحاً به فرآیندی گفته میشود که طی آن خطوط رسانا به شکل مورد نیاز و طبق نقشهای از پیش تعیین شده روی سطح نارسانا چسبانده یا «پرینت» میشوند. پس سیپییو، حافظه، و قطعات ثانویه همه روی بردهای مجزا قرار داشتند و از طریق سوکت به خطوط رسانای برد اصلی متصل میشدند. یکی از معروفترین این بردها که از آنها تحت عنوان bus یاد میشود مدل S-100 است که اولین نسخه تجاری از این فناوری به حساب میآید؛ این قطعه ۴۷ سال پیش تولید شده و تا پیش از نسل رایانههای IBM بر بازار کامپیوترها حاکم بوده.
اولین نمونههای مدرن
نسل بعد از این کامپیوترها در سالهای ۱۹۸۰ شامل تولیداتی مثل Apple II و IBM PC میشوند. در این زمان، عده زیادی از سازندگان ثالث با استفاده از اسناد منتشر شده توسط این دو شرکت توانستند از طریق مهندسی معکوس سرعت تغییرات در زمینه الکترونیک رایانه را افزایش بدهند و بازار کامپیوتر تا پیش از رسیدن به دهه آخر قرن ۲۰ شاهد عرضه بردهای متنوع و فراوان بود. به خاطر اینکه از لحاظ فنی و کیفی بین این تولیدات و آن دو کامپیوتر نامدار فاصله زیاد بود، سازندگان فراوانی مجبور شدند راهی برای ارتقاء دادن بردهای دختری باز کنند و به این ترتیب اولین تلاشها برای تولید مدارهای جانبی قابل ارتقاء آغاز شد. مسیر این حرکت تا جایی پیش رفت که صنعت توان ادغام و یکی کردن بسیاری از بردهای ثانویه درون مادربرد را منطقی و شدنی و اقتصادی برآورد کرد و به این شکل اولین گونههای بردهای مادر واقعی شکل گرفتند؛ صفحههایی رسانا که کاری بیشتر از اتصال سایر مدارها به یکدیگر داشتند و برای خودشان قطعات و سیستمهای ثانویه داشتند.
آیسی تاثیر آن در ساختار Motherboard
اولین آیسیهای منفردی که برای رایانهها ساخته شدند به نام Super I/O چیپ شناخته میشوند. این چیپها به مادربرد قابلیت ادغام و اتصال مستقیم چندی از قطعات ثانویه مثل موس و کیبوردهای PS/2، درایو فلاپی، و ورودیهای موازی و سری را میداد. اواخر دهه ۱۹۹۰، بسیاری از کامپیوترهای خانگی به صورت استاندارد از امکانات صدا و تصویر و شبکه بهرهمند بودند و این در حالی بود که هیچکدام از این قابلیتها به شکل خارجی (external) یا توسط کارتهای اضافه تامین نمیشدند؛ همه این کاربریها روی خود برد مادر ایجاد شده بود (integrate). در این دوران فقط سیستمهای اختصاصی برای کارهای ۳بعدی نیاز به کارت گرافیک و سیستمهای سرور نیاز به سرعت پردازش بیشتر داشتند که از کارخانه بدون امکانات داخلی ارائه میشدند تا مشتری بتواند به دلخواه خودش قطعات مورد نیاز را نصب و عزل کند.
رایانههای قابل حمل و تاثیر آنها
قدم بعدی در این مسیر گرایش به تولید لوازم قابل حمل مثل لپتاپ (و بعد تبلت و موبایل هوشمند) بود که با قدرت نانوتکنولوژی روز به روز قویتر میشد. در این مسیر، سازندگان ابتدا به دنبال قرار دادن تمام قابلیتها و قطعات روی یک برد اصلی بودند طوری که بدون نیاز به کارتهای دختری و صرفاً با بهرهگیری از توان پردازشی چیپها همه چیز رخ دهد. حتی سیپییو هم قسمتی از برد مادر بوده. در نسلهای قبلی این نوع قطعات را با اصطلاح on-board معرفی میکردند. به همین علت بسیاری از رایانههای قابل حمل و تلفنهای همراه قابلیت ارتقاء ندارند. بردهای مادر امروزی با هم نوعان خودشان در ابتدای نسل رایانه (بیش از ۵۰ سال قبل) شباهتهای پایهای اما تفاوتهای عملکردی فراوانی دارند.
اجزاء، خصوصیات، و عملکردها
مهمترین جزء برد مادر چیپست پشتیبان ریزپردازنده است. این قطعه رابط و بسترساز تعامل پردازنده مرکزی با سایر محلهای اتصال (bus) است. خصوصیات و ویژگیهای این چیپست تعیین کننده عملکرد و تواناییهای یک مادربرد است. بعد از چیپست، بردهای مادر امروزی شامل این قسمتها میشوند:
- سوکت یا اسلات (slot) سیپییو که میتوان یک یا چند پردازنده به آن وصل کرد. در برخی انواع طراحی مدار الکترونیک مثل VIA Nano و Goldmont Plus، سیپییو را به شکل داخلی (integrate) روی برد مادر وصل میکنند.
- اسلاتهای حافظه که محل قرارگیری رمهای ماژول DIMM است که نسلهای آن را با عبارت DDR میشناسیم (بعداً در مقاله اختصاصی معرفی و بررسی خواهند شد).
- تراشههای دائم که اطلاعات سیستمی را ثابت و همیشگی در خود ذخیره میکنند. این قطعات را به نام ROM میخوانند که حاوی firmware یا BIOS است. BIOS مخفف Basic Input/Output System است و وظیفه آن صدور دستورات راه اندازی (boot) و هماهنگ کردن زمان عملکردهای سیستمی است.
- ساعت که وظیفهاش ایجاد هماهنگی بین عملکرد اجزای برد مادر است. اطلاعات مربوط به فعالیت این واحد درون BIOS قرار دارد.
- اسلاتهای ارتقا که با توجه به bus خوانا با چیپست طراحی میشوند.
- پین و سوکتهای تامین نیرو که باید به منبع تغذیه متصل شوند. تا پیش از نسل جدید بردهای دختری، قطعاتی که به برد مادر وصل میشدند نیاز به اتصال برق مجزا نداشتند؛ به استثنا دستگاههایی مثل درایوها که دارای صفحه گرداننده بودند. با افزایش تقاضا و نیاز به قدرت پردازش بیشتر، طی دو دهه اخیر قطعات زیادی راهی بازار شدهاند که به شکل مستقل و مستقیم از منبع تغذیه برق دریافت میکنند.
- سوکتهای اتصال درایوهای نوری، هارد، یا SSD که به دو شکل SATA و NVMe در رایانههای جدید به کار میروند.
علاوه بر اینها، تقریباً تمامی بردهای مادر دارای مدخلهایی برای پورت USB هستند. همچنین با توجه به توان مصرف و پردازش بالای کامپیوترهای امروزی، اکثر Motherboardهای مدرن دارای صفحههای رسانای گرما (heat sink) و پایه نصب فن خنک کننده هستند.
فاکتور فورم
به استانداردهایی که شکل و سایز بردهای مادر را تعیین میکند computer form factor میگویند که با توجه به محصول نهایی تعیین میشود. این یعنی بر اساس اندازه و حجم کیس میتوان motherboardهای مختلف تهیه کرد. رایجترین فاکتور فورم تا سال ۲۰۰۵ برای رایانههای خانگی استاندارد ATX بوده که در کامپیوترهای مکینتاش هم استفاده میشد. انواع دیگر این فاکتور: AT، BTX، DTX، LPX، و NLX. لازم است بین فورم فاکتور مادربرد و کیس و منبع تغذیه تناسب برقرار باشد. در مورد لپتاپها و گوشیهای هوشمند با برد مادری سر و کار داریم که تا بیشترین حد ممکن به صورت داخلی (integrate) ساخته شده و تا حد امکان کوچک و جمع و جور شده. به همین علت این دستگاهها عملاً قابل ارتقاء نیستند (در مورد لپتاپ امکانات ارتقاء به شکل بسیار محدود وجود داد) و تعمیر آنها هزینه بیشتری دارد چون خراب شدن یک قطعه به معنی آسیب خوردن برد اصلی است.
سوکت سیپییو
سوکت سیپییو جزء اضافاتی است که در نسلهای اول مادربردها وجود نداشته. همانطور که بالاتر اشاره شد، اوایل سیپییو را به شکل یک تراشه و با اتصال داخلی روی برد مادر نصب میکردهاند و این یعنی آسیب به پردازنده مرکزی = آسیب به برد اصلی. سالهای بعد و با در نظر گرفتن این مشکل سازندگان برای ایجاد امکان ارتقاء و تعمیر دست به تولید پردازندههای خارجی (external) زدند تا با این روش هزینه تعمیر و ارتقاء کاهش پیدا کند (خلاف سیاست صنعتی در مورد موبایل و لپتاپ). شکل و نوع سوکت سیپییو از خصوصیات اصلی یک motherboard به حساب میآید و بر اساس معماری اصلی (مثلا Intel x86) تعیین کننده سرعت و سری پردازنده هم هست. لازم است بین چیپست برد مادر و این سوکت تناسب برقرار باشد.
اتصالات ثانویه
تعداد اتصالات و اسلاتهای جانبی برد مادر بر اساس فاکتور فورم و استاندارد قطعه تعیین میشود. به طور استاندارد یک مادربرد ATX دو یا سه اتصال PCI-Express x16 برای کارت گرافیک، یک یا دو اتصال PCI ساده برای کارتهایی مثل کپچر/تیوی و…، و یک یا دو اتصال PCI-E x1 (نسل جدید PCI) میشود. در فورم فاکتور EATX شاهد حداقل دو الی چهار اتصال PCI-Express x16 و تعداد زیادی از انواع دیگر PCI هستیم. این مدل گاهی هم یک اتصال PCI-E x4 دارد که بر اساس کلاس و سازنده فرق میکند. پورتهای PCI-Express x16 از طریق فناوریهای انحصاری انویدیا و ایامدی قابل اتصال به یکدیگر هستند. همچنین در بردهای جدید از اتصال M.2 برای استفاده از حافظههای SSD استفاده میشود. لازم به ذکر است که رنگبندیهای مورد استفاده در سوکتها و اتصالات مادربرد بار فنی دارند و مشخص کننده محل اولیه/ثانویه یا جفتها و کانالهای موازی هستند.
مادربرد و گیم
جهت تشخیص بهترین برد مادر برای مصارف گیمی بهتر است به چند نکته دقت کنیم: پس از تعیین چیپست و مدل که از جمله مهمترین موارد موثر روی عملکرد دستگاه هستند، بد نیست کمی هم به ویژگیها و خصوصیات جانبی motherboard توجه داشته باشیم. برای مثال، گیمرها نیاز به پورتهای USB بیشتری دارند و باید هنگام خرید به تعداد اینها روی برد مادر توجه کنند. از جمله مواردی که بازیبازها بهتر است هنگام خرید مادربرد به آنها توجه کنند:
- پشتیبانی از اتصالهای جدید و بیننسلی
- نوع سوکتهای رم
- میزان و کیفیت پشتیبانی از سیستمهای خنککننده
- استانداردهای مصرف برق
- قابلیت اورکلاک در سوکت سیپییو
همیشه هنگام خرید مادربرد به این نکته توجه داشته باشید که هیچ برد ثانویهای نمیتواند از برد مادر قویتر باشد (مسیر ارتقا از motherboard به پایین است نه به بالا) پس با اختصاص بودجه بیشتر آن مادربردی را بگیرید که طی سالهای آتی توان ارتقای بالاتری داشته باشد و از چیپستهای جدیدتر پشتیبانی کند.
معرفی چند محصول قوی در بازار
محصولات اینتل و ایامدی توسط برندهای مختلفی در بازار پخش میشوند. در حال حاضر ASUS یکی از معتبرترین تولیدکنندگان در این میدان به حساب میآید. از انواع پرچمدار این برند برای چیپست اینتل مدل ROG Maximus XII Extreme Z490 است که با پشتیبانی از چیپست نسل ۱۰ و ۱۲ پورت USB و ۸ سوکت ساتا عملاً غول به حساب میآید. مدلهای مختلف این محصول از ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ دلار قیمت دارند. MSI هم از این سری محصول تولید کرده. خرید این قطعه شما را به راحتی برای چند (یا چندین) سال آینده از نیاز ارتقای برد مادر بیمه میکند. یک رده از این پایینتر سری B460 قرار میگیرد که با قیمتهای منطقیتر تقریباً همه امکانات لازم برای یک سیستم قوی و به روز گیمینگ را ارایه میدهند. از بهترین مدلهای این کلاس MSI MAG B460 Mortar است که با قیمت زیر ۲۰۰ دلار از نسل ۱۰ اینتل پشتیبانی میکند و ۶ پورت یواسبی دارد. ردههای پایینتر از این دو کلاس توانایی پشتیبانی از نسل ۱۰ اینتل را ندارند.
در سمت AMD هم دوباره میدان دست ASUS است که با مدل ROG Crosshair VIII Dark Hero در کلاس X570 بهترین تجربه از این چیپست را با پشتیبانی کامل از تمام سریهای ۵۰۰۰ به پایین، بالاترین سرعت حافظه (DDR4-4866) و ۱۳ پورت USB و ۸ ساتا فراهم میکند. شروع قیمت این برد افسانهای از ۵۰۰ دلار و سقف آن (در نسخههای استاندارد) ۱۵۰۰ دلار است. یک کلاس پایینتر مجموعه B550 است که MSI با مدل MAG B550 Mortar سعی کرده بهترین حالت آن را با پشتیبانی از نسل ۴ رایزن در قالب یک برد کوچک (micro-ATX) با قیمت زیر ۳۰۰ دلار به بازار عرضه کند. اما اگر به دنبال گزینههای اقتصادیتر هستید بهتر است در کلاس A520 بروید سراغ Gigabyte مدل Aorus Elite و با هزینهای زیر ۱۵۰ دلار پشتیبانی نسل ۳ و ۴ رایزن را در کنار سرعت بالای حافظه (DDR4-4733) با ۸ USB و ۳ ساتا به دست بیاورید.
جمعبندی
نزدیک به ۳۰ جزء اساسی در هر مادربرد وجود دارد که بررسی هر کدام بحثی طولانی است. این کار از حوصله متن ما خارج بوده و برای مخاطبین غیرمتخصص جذاب یا لازم نیست. مطلب را در همین حد خاتمه میدهیم اما امیدواریم با اتمام این دوره از مقالات با درخواست شما مخاطبین عزیز به سراغ بررسی عمقیتر و حرفهایتر این موارد برانگیخته شویم. منتظر قسمت سوم این مجموعه درباره پردازنده مرکزی یا CPU باشید و تا آن موقع در بخش نظرات برای ما و سایر خوانندگان اطلاعات مفید و جالبی درباره مادربرد ثبت کنید.
این متن به کمک مقالات What is Motherboard، Best gaming motherboards in 2021، و مدخلهای ویکیپدیا به نگارش درآمده.