comptia اللوحة الأم: الجزء الأول

سنبدأ في هذا الدرس، الأول من سلسلة دروس عن امتحان CompTIA A+ 220-901، شرح أهمِّ أجزاء الحاسوب وهي اللوحة الأم وسنستعرض كيفية عملها ومكوناتها مع شرح وظيفة كلٍّ منها.

تمهيد

يتكون الحاسوب الشخصي Personal Computer من عناصر متعدِّدةٍ تعمل مع بعضها لأداء مهمةٍ ما كالحساب أو الكتابة أو الرسم …إلخ. وتتصف بخصائص ومزايا معينة، وتكون أغلب هذه الأجهزة قابلةً للفك والاستبدال.
سنبدأ بأهمِّ هذه المكونات وهي اللوحة الأم Motherboard وتسمى أيضًا اللوحة الرئيسة Mainboard أو لوحة النظام Systemboard وهي لوحةٌ ذات دارات مطبوعة عليها وظيفتها وصل جميع مكونات الحاسوب مع بعضها عبر نواقل Buses وتأمين طريقة مناسبة للتواصل بينها لأداء المهام، وتمثِّل العمود الفقري للحاسوب. وتتصف اللوحة الأم بعامل شكلٍ Form factor يحدِّد أبعادها وبعناصرها المكونة لها.

عامل الشكل

اللوحة الأم هي عبارة عن لوحة دارات مطبوعة Printed Circuit Board مصنوعة من الألياف الزجاجية Fiberglass والنحاس وقد تراها لوحة واحدة ولكنَّها مكوَّنةٌ من طبقات متعدِّدة، أربعة طبقات أو أكثر، بحسب الشركة المصنعة والجودة والعناصر المكوِّنة للوحة، ويُحدَّد حجم اللوحة وطريقة تموضع عناصرها بعامل يدعى “عامل الشكل” وأشهر عوامل الشكل المستخدمة هي ATX الذي صممته شركة Intel ويبين الجدول التالي أشهر عوامل الشكل مع بعض مواصفاتها.

لاحظ الأبعاد والاختلاف في توزيع العناصر وعددها في الصورة، وللتعرف على المزيد من عوامل الشكل راجع الصفحة التالية.

عناصر اللوحة الأم

تحوي اللوحة الأم كثيرًا من العناصر وهي:

مقبس المعالج CPU Socket

يُؤمِّن هذا المقبس اتصالًا فيزيائيًا وإلكترونيًا بين اللوحة الأم والمعالج، ولكلّ معالج مقبس مخصَّص له ويمكن أن يتشارك معالجان أو أكثر مقبسًا واحدًا، وستلاحظ أنَّ بعض المقابس تحوي إبرًا والأخرى تحوي ثقوبًا إذ الفرق بينهما أنَّ الأولى مخصَّصة لمعالجات من نوع LGA‏ (Land Grid Array) والثانية مخصَّصة لمعالجات من نوع PGA‏ (Pin Grid Array) وسنشرحها لاحقًا في درس المعالجات، ويُكتب اسم المقبس على اللوحة بجانبه أو عليه مباشرةً.

المقبسA 462

LGA 775

ويوضح الجدول التالي بعض أنواع المقابس والمعالجات التي تدعمها.

النواقل Buses

هي عبارة عن أسلاك نحاسية مطبوعة على اللوحة الأم وظيفتها نقل البيانات والتيار الكهربائي، يتَّصف الناقل بعرض يقاس بالبت Bit وسرعة تقاس بالميغاهيرتز MHz. والنواقل التي تراها أعلى وأسفل اللوحة هي للطبقة الأولى والأخيرة من اللوحة.

الجسر الشمالي Northbridge والجسر الجنوبي Southbridge

هما من نوع الدارات المتكاملة Integrated Circuit ومدمجتان على اللوحة الأم، والجسر الشمالي - ويدعى أيضًا Chipset- أكبر حجمًا من الجسر الجنوبي وأقرب إلى المعالج، ويشبه المسؤول عن مكتب المدير العام فلا أحد يتواصل معه إلا عن طريقه. وظيفة الجسر الشمالي هي وصل جميع عناصر اللوحة الأم مع المعالج عبر الناقل الأمامي Front-Side Bus ‏(FSB) حيث يصل الذاكرة وبطاقة الشاشة (المنفصلة عن اللوحة الأم) والجسر الجنوبي مع المعالج، بينما تتصل بقية العناصر بالجسر الجنوبي ومنها رقاقة الصوت ومنافذ USB ومنافذ SATA/IDE وشقوق التوسعة …إلخ. ويوضح ذلك الشكل التالي.

هل بطاقة العرض لديك مدمجة أم منفصلة؟! كثيرًا ما نسأل هذا السؤال خاصَّة إذا أردنا شراء حاسوب للرسم والتصميم الهندسي، إذا كانت بطاقة العرض مدمجة فإنها تكون ضمن الجسر الشمالي أي مدمجة معه على اللوحة الأم وحينئذٍ تكون كفاءتها وذاكرتها أقل، أمَّا إن كانت منفصلة فإنها تركَّب على شق خاصٍّ بها وسنذكره لاحقًا.
يحدِّد الجسر الشمالي سعة ونوع الذاكرة إذ يتحكم بها عبر “مُتحكم الذاكرة” Memory Controller Chip (MMC) الموجود ضمنه عبر ناقلٍ يدعى “ناقل الذاكرة” Memory Bus ويتكوَّن من ثلاثة أجزاء أحدها للتحكم بالذكرة Control والثاني لإرسال العناوين Address والثالث لإرسال البيانات Data وهي موضحة بالصورة.

يوجد ناقلٌ بين الجسر الشمالي والمعالج يدعى “ناقل العناوين” Address Bus، إضافةً إلى الناقل الأمامي، وظيفته نقل عناوين الملفات التي يطلبها المعالج من الذاكرة ليعالجها، إذ يرسل المعالج عنوان الملف المخزَّن في الذاكرة إلى متحكم الذاكرة الذي يرسله بدوره عبر ناقل العناوين إلى الذاكرة، ثمَّ ترسل الذاكرةُ الملفَّ عبر ناقل البيانات إلى الجسر الشمالي ومنه إلى المعالج عبر الناقل الأمامي ليُعالج هذا الملف ثم يعود إلى الذاكرة بالطريقة نفسها. إن تُهت بين النواقل فما عليك سوى النظر إلى الصورة وإعادة قراءة النص السابق بهدوء.

إن كان عرض ناقل العناوين بين الجسر الشمالي والمعالج 32 بت فإن أكبر سعة للذاكرة تستطيع وصلها بحاسوبك هي 4 غيغابايت لأن 2³² = 4 غيغابايت. وكلما زاد عرض الناقل زادت سعة الذاكرة التي يمكن وصلها. هل عرفت الآن لماذا يقولون لك إن كانت سعة الذاكرة لديك 4 غيغابايت وما فوق ثبِّت نظام تشغيل 64 بت.
يحدِّد الجسر الشمالي أيضًا نوع وسرعة المعالج إذ يكون الناقل الأمامي بسرعة معينة ولتكن مثلًا 200 ميغاهيرتز فتكون سرعة المعالج 3200 ميغاهيرتز ناتجة عن ضرب 16 بالعدد 200، ويدعى الرقم 16 بمعامل الضرب Multiplier. إذا لم يدعم الجسر الشمالي سرعة الناقل 200 أو لم يدعم معامل الضرب 16 فلن تحصل على سرعة معالج 3200 ميغاهيرتز لذلك انتبه جيِّدًا لتوافق المعالج مع الجسر الشمالي.
يُدمج أحيانًا الجسر الشمالي مع الجسر الجنوبي في دارة واحدة لذا لا تتعجب إن لم تجد أي أثر للجسر الجنوبي في بعض اللوحات. يُزوَّد الجسر الشمالي بمشتت حراري أو مروحة لشدَّة الحرارة المنبعثة منه بينما يزود أحيانًا الجسر الجنوبي بمشتت حراري صغير فوقه. ونظرًا لدرجة أهمية الجسر الشمالي فإنَّك تجد البائعين يسمون اللوحة الأم باسم نوع جسرها الشمالي.

شقوق الذاكرة Memory Slots

هي منافذ مخصَّصة للذاكرة وتقع على يمين المعالج وتتميز بوجود قفلين على جانبيها وتدعم نوعًا واحدًا من الذاكرة (DDR3 أو DDR4 …إلخ) ويختلف عددها بحسب بنية اللوحة الأم وأدائها وعامل الشكل ويتراوح بين 1 إلى 4 في اللوحة العادية. ويجب الانتباه إلى وجود ثلم في هذا الشق أثناء تركيب الذاكرة وإذا لم تركَّب الذاكرة عليه فتأكد من التوافق بينهما.

شقوق التوسعة Expansion Slots

تستخدم لوصل أجهزة إضافية إلى اللوحة الأم فهي تُوسِّع من عملها ومن هذه الأجهزة بطاقة العرض وبطاقة المودم والصوت …إلخ. وتقع في القسم الجنوبي من اللوحة ولها عدَّة أنواع وهي:

• ISA: هو شق قديم جدًا يتصف بحجم كبير ولونه بني ولم يعد يستخدم لأنه بطيء وحلَّ مكانه النوع PCI.

• PCI: ابتكرته شركة Intel عام 1993 وانتشر بسرعة كبيرة نظرًا لسرعته وتطوره الكبير ويستعمل حتى هذه الأيام، ويعمل هذا الشق بعرض 32 بت أو 64 بت وبتردد 33 ميغاهيرتز ويصل إلى 133 ميغاهيرتز في اللوحة الخاصة بالخواديم Servers. وهنالك PCI-X وهو أسرع من النوع PCI بأضعاف ويوجد إصدار حديث منه وهو PCI-X 2.0.
• APG: كانت بطاقة العرض تركَّب على شقوق من نوع PCI والموصول مع الجسر الجنوبي ومنه إلى الشمالي ثمَّ المعالج مما يعطي أداءً محدودًا، ومع تطور بطاقات وأجهزة العرض صُممت تقنية جديدة لبطاقات العرض فقط وهي AGP تتميّز بسرعة كبيرة تصل إلى 8 أضعاف من سرعة PCI إذ يتصل هذا الشق مع الجسر الشمالي مباشرةً، ويوجد نوع أحدث منه يدعى AGP express.

• PCI-e: طورته شركة Intel عام 2004 وهو أسرع من PCI و AGP وبظهوره بدأ النوعان السابقان بالانقراض إذ يُستخدم مع بطاقات العرض والمودم والشبكة …إلخ. وله أنواع كثيرة وهي PCI-e (X1-X4-X8-X16) وغالبًا يستخدم النوع PCI-e X16 مع بطاقات العرض ويتميز بوجود قفل في نهايته، وتوضح الصورة الفرق بينها بالشكل والأداء.

• الشقوق CNR و AMR و ACR: هي شقوق مُصمَّمة لنوع معين من البطاقات كبطاقة الشبكة والمودم والصوت، وتتميز بلونها البني وحجمها الصغير وهي غير مخصصة للمستخدم العادي.

ملحوظة: إن لم تتعرف على نوع الشق فابحث حوله عن اسمه ونوعه فهو مطبوع على اللوحة وقد يكتب بخط صغير أو قد لا تراه نتيجة تراكم الغبار.

منافذ التغذية

تستخدم هذه المنافذ لتزويد اللوحة الأم بالطاقة اللازمة لعملها وهي ثلاثة أنواع:

• المنفذ ATX: هو المنفذ الأساسي لتغذية اللوحة الأم بالطاقة عبر الكابل الآتي من وحدة التغذية Power Suplay وإمَّا أن يكون عدد الثقوب 20 أو 24 بحسب كمية الطاقة التي تحتاجها اللوحة.
• المنفذ ATX 12 volt: يقع هذا المنفذ بجوار المعالج ويمدُّه بالتغذية ويتألف من أربعة ثقوب.
• منافذ التغذية الإضافية: تتطلب اللوحات الأم ذات الأداء الكبير أو التي تحوي على الكثير من شقوق التوسعة طاقة أكبر لذا أضيفت منافذ إضافية لهذا الغرض ومنها المنفذ EPS 12 volt الذي يزود اللوحة الأم التي تحوي أكثر من معالج بالطاقة.

المنفذ EPS 12v مع الوصلة التي تركب عليه

المنفذ PATA/IDE

يدعى هذا المنفذ IDE أو PATA نسبة لتقنية النقل Advanced Technology Attachment (ATA) على التوازي Parallel، ويصل هذا المنفذ القرص الصلب والسواقة باللوحة الأم. عدد المنافذ على اللوحة 2 أحدهما يكون أساسيًّا Primary لونه أبيض والآخر ثانويًّا Scondary لونه أزرق. وكل منفذ يصل جهازين كأقصى حد أي يمكن وصل 4 أجهزة (أقراص صلبة أو سواقات) فقط. وهو منفذ قديم جدًا وبطيء وبدأ بالانقراض بعد ظهور المنفذ SATA.

المنفذ SATA

يعتمد هذا المنفذ على التقنية السابقة نفسها ATA ولكنَّ طريقة النقل على التسلسل Serial حيث يختلف كثيرًا عن المنفذ PATA لذا فهو أسرع بكثير منه. يتميَّز بسرعة كبيرة ويدعم طول كبل يصل إلى 2 متر كما يمكن وصل جهاز خارجي إلى اللوحة كالقرص الصلب عبر التقنية eSATA.

منفذ USB

يستخدم هذا المنفذ لتوصيل منافذ USB خارجية كالموجودة على الصندوق من الجهة الأمامية، ويكتب بجوار هذا المنفذ “USB” لتمييزه عن منفذ توصيل أزرار التشغيل بالصندوق Case. ويكون الكبل الذي نصله بهذا المنفذ قطعة واحدة وانتبه جيدًا للاتجاه الصحيح أثناء توصيله.

منافذ التوصيل بهيكل الصندوق

تتوضع بالقرب من منافذ USB ومنافذ SATA وتستخدم لتوصيل الأزرار الأمامية (التشغيل وإعادة التشغيل وضوء التشغيل وضوء القرص الصلب) باللوحة الأم ويكتب بجوارها “F_PANEL”، والكابلات الآتية من الصندوق قد تكون مبعثرة ومنفردة وتحتاج إلى مخطط لتوصيلها وهو مبين بالصورة التالية، وقد تكون قطعةً واحدةً تشبه كابل توصيل USB وتوصيلها حينئذ سهلٌ جدًا. يوجد منفذ “مكبر الصوت” Speaker بجانب المنفذ السابق وهو المسؤول عن الصوت الذي تسمعه أثناء تشغيل الحاسوب.

مخطط توصيل أكبال الهيكل مع المنفذ F_PANEL

الخلاصة

تعلَّمت في هذا الدرس وظيفة اللوحة الأم وبعض عناصرها نظريًّا ولكن أنصحك بعد إنهاء قراءة هذه الكلمات التوجه مباشرة إلى حاسوبك المكتبي وفتح غطاء الصندوق للتعرف عمليًّا على اللوحة الأم وعناصرها. وسنكمل بقية العناصر في الدرس القادم.

المصادر

How motherboards are made a miracle of modern electronics،‏ Techradar.
اللوحة الأم، ويكيبيديا.
Motherboard، ويكيبيديا.
Computer_form_factor، ويكيبيديا.
Northbridge، ويكيبيديا.
PCI express pictures، ‏Howstuffworks.
الشهالي، اسماعيل: صيانة الحاسوب من البداية وحتى الاحتراف الجزء الأول، 2015.

حقوق الصور

صورة عامل الشكل نشرت تحت رخصة المشاع الابداعي CC BY لصاحبها Kozuch

صورة المقبسA (462). نشرت الصورة برخصة المشاع الابداعي BY-SA لصاحبها I, FxJ.

صورة المقبسLGA 775. نشرت الصورة برخصة المشاع الابداعيBY-SA لصاحبهاJulianprescott.

صورة الجسر الشمالي والجنوبي نشرت برخصة المشاع الابداعيBY-SA لصاحبها Moxfyre.