تحقیق مقاله مادربورد

مقدمه:

مادربورد شامل قطعات اساسی کامپیوتر است، یا به عبارت دیگر، کلیه قطعات کامپیوتر به نحوی با مادربورد در ارتباط هستند. تمام قطعات مهمی که وجود آن ها در کامپیوتر الزامی است روی مادربورد قرار دارند.

اجزای(المانهای) یک مادربورد:

1.محل یا سوکت نصب پردازنده ( CPU )

2.محل یا سوکت کمک پردازنده ( اگر مادربورد از نوع 4865x به پایین باشد).

3.حافظه با یاس (ROM) : که شامل برنامه های اصلی کارکرد مادربورد و سیستم می باشد و توسط کارخانه سازنده مادربورد پر می شود.

4.سوکت ها یا اسلات های RAM

5.سوکت های حافظه کش به همراه تراشه های نصب شده در آن( در مادربوردهای جدید به صورت لحیم شده بر روی بورد می باشد.)

6.باس یا اسلات های توسعه جهت نصب کارت های جانبی مختلف

7.بایاس یا کنترلر صفحه کلید: که اطلاعات سریال ارسالی از صفحه کلید را دریافت کرده و پس از تبدیل به موازی آن را جهت پردازنده ارسال می کند.

8.کانکتور صفحه کلید جهت اتصال صفحه کلید به سیستم

9.باطری

10.تراشه ها: این تراشه ها در مادربوردهای XT به صورت جدا از هم و در مادربوردهای AT به صورت ترکیب شده و در یک یا چند تراشه بزرگتر می باشند.

11.جامپرها: یک سری پایه های فلزی که با اتصال آن ها به یکدیگر ترکیب درست جهت کار یک مادربورد تعریف می شود.

12.کانکتور اتصال برق مادربورد

13.یک یا چند عدد ترانزیستور تحت عنوان رگولاتور

14.کانکتورهای مربوط به سیم های آمده از پانل جلوی کیس.                  

  اسلات های توسعه:                                                                                                                 

1) گذرگاه یا خط حامل آیزا ( ISA ):

زمانی که اولین کامپیوتر شخصی در سال 1981 تولید شد، گذر گاه آن دارای هشت سیم بود که به قطعات کامپیوتر اجازه می داد در هر بار یک بایت (8 بیت) را با هم رد و بدل کنند. این گذرگاه 8 بیتی (ISA ) آیزا نام گرفت. هنگامی که در سال 1984، کامپیوترهایAT (Advanced Technology) به بازار عرصه شد دارای یک گذرگاه 16 بیتی بود. به این ترتیب گذرگاه آیزا در این سال به گذرگاه 16 بیتی تبدیل شد که به آن گذرگاه AT نیز می گویند. این گذرگاه با وجود قدمتی که دارد به دلایل زیر هنوز به گونه أی وسیع به کار می رود: (1) سازگاری  (2) ضریب اطمینان (3) کارا بودن.

2) گذرگاه یا خط حامل EISA :

با تولید کامپیوترهای 386 ، یک گذرگاه عریض تر 32 بیتی به کار گرفته شد که به گذرگاه ( ای زا ) معروف شد. این کارت دارای مزایای زیر است:

چند پردازنده قادرند به طور هم زمان به این گذرگاه دسترسی پیدا کنند.

 این گذرگاه با گذرگاه ISA کاملا سازگار است.

 سرعت انتقال داده ها تقریبا پنج برابر گذرگاه ISA (آیزا) است.  

 با وجودی که شکاف های (EISA ) کارت های ISA را قبول می کردند اما با این وجود این گذرگاه 32 بیتی نتوانست گذرگاه 16 بیتی و 8 مگا هرتزی آیزا را با وجود کلی و آهسته بودن و اختلاف شدید سرعت با پردازنده های32 بیتی، از میدان به در کند و گذرگاه ISA به عنوان گذرگاه غالب صنعت رایانه باقی ماند.

3) گذرگاه یا خط حامل ام کا (MCA ) :

در سال 1987 با پیدایش رایانه های PS/2 ، معماری ویژه أی برای آن بر پایه گذرگاه آیزا پدید آمد. این سیستم ها از سیستم های آیزا سریع تر و با آنها نا سازگار بود. این نوع معماری  به دلایل زیر موفقیت زیادی کسب نکرد: (1) گرانی قیمت (2) ناسازگاری با کارت های ISA وEISA .

4) گذرگاه ویزا و گذرگاه محلی :

 در کنار گذرگاه استاندارد ISA (آیزا) یک گذرگاه دیگر نصب شد که این گذرگاه مستقیما به گذرگاه 32 بیتی پردازنده متصل می شد، وبا همان سرعت پالس ساعت پردازنده داده ها را جا به جا می کرد. این گذرگاه جدید گذرگاه محلی (Local Bus  ) نام گرفت. این گذرگاه دارای خصوصیات زیر است:

استفاده از وسایل ورودی و خروجی 32 بیتی را امکان پذیر می کند. (2) پردازنده حق دسترسی به کارت گرافیکی را دارد. در حالیکه در گذرگاه های EISA پردازنده قبل از رفتن به سراغ کارت گرافیکی، باید ابتدا به تراشه RAM سرمی زد. 

افزایش سرعت تبادل در سیستم های مجهز به گذرگاه محلی باعث شد که، سازندگان کامپیوتر استانداردی به نام ویزا (VESA ) برای گذرگاه محلی معرفی کنند. کار در این سیستم ساده تر و سریع تر انجام می شود و از همه مهم تر اینکه امکاناتی در آن قرار داده شده است تا برخی از کارت های جانبی هوشمند بتوانند بدون وابستگی به پردازنده عمل پردازش را انجام دهند. در ضمن این معماری با سه معماری پیش یعنی ISA   ،EISA و MCA سازگار بود. اشکال این معماری این بود که  برای کامپیوتر های486 با سرعت 33 مگا هرتز و به صورت 32 بیتی وضع شده بود و استفاده از آن درپردازنده های 64 بیتی امکان نداشت.

5) گذرگاه PCI :

این گذرگاه بر خلاف گذرگاه های محلی ویزا، یک گذرگاه واقعی نیست، بلکه نتیجه توسعه پردازنده است که می تواند نسبت به طرح های گذرگاهی قبلی با سرعتی نزدیک به سرعت پردازنده کار کند. این گذرگاه دارای قابلیت های زیر است:

1-   استفاده از گذرگاه بر اساس اولویت

2-   کنترل بیت توازن برای تمام اجزای رایانه

3-   پیکر بندی بدون استفاده از جامپرها و کلید های دیپ

  تجهیزات PCI توانایی پیکربندی خودکار را دارند، و نیازی به تغییر کلیدهای دیپ و جامپرها در آن ها نیست.

6) گذرگاه USB :

کامپیوترهای دارای این استاندارد، دارای خصوصیات زیر هستند:

1- کاهش اسلات های توسعه

2- عدم نیاز به درگاه های سری و موازی و درگاه های مربوط به اتصال صفحه کلید و ماوس.

3-ادوات جانبی USB ، را وقتی رایانه در حال کار است می توان از رایانه جدا کرد، و ادوات دیگر USB را برای رایانه در حال کار و روشن، از طریق درگاه USB وصل کرد. به این عمل تعویض فعال (Hot Swapping) گویند.

4-   امکان استفاده از 127 وسیله جانبی : زیرا وقتی یک کامپیوتر دارای USB روشن می شود کامپیوتر به تمام ادوات USB وHub های آن ها آدرس صفر را اختصاص می دهد و تمام ارتباط ها را قطع می کند. آن گاه به قطعه اول آدرس 2 می دهد و بعد به هر یک از ادوات USB آدرس جدیدی می دهد و به این ترتیب تا 127 قطعه را می تواند آدرس دهی کند.

5- عدم نیاز به تنظیم وقفه ها با جامپرها، برای ادوات جانبی مورد استفاده.

7) گذرگاه AGP :

عبارتست از یک گذرگاه PCI پیشرفته که به کارت های گرافیکی اختصاص یافته است. این گذرگاه جدید وظیفه برقراری ارتباط مستقیم بین حافظه اصلی روی مادربورد و تراشه های شتاب دهنده روی کارت گرافیکی را داراست.حالا شتاب دهنده گرافیکی می تواند بجای حافظه گرافیکی موجود روی کارت گرافیکی، از حافظه اصلی کامپیوتر برای نگهداری طرح ها و تصویرها استفاده کند. درحالیکه در گذشته می بایست این تصویرها را در حافظه کارت گرافیکی نگهداری می کرد تا پردازنده گرافیکی بتواند به آن ها دسترسی پیدا کند. ولی اکنون می تواند بطور مستقیم در حافظه اصلی قرار گیرند. به این ترتیب تصویرها سه بعدی و واقعی تر به نظر می رسند.

کامپیوتر80286 و تئوری عملکرد آن:

نگاهی به مادربرد:

با نگاهی به مادر برد این کامپیوتر به المان های اصلی زیر برخورد خواهید نمود.

 80286 به عنوان پردازنده اصلی سیستم

 سوکت پردازنده 80287 به عنوان پردازنده ریاضی سیستم

 کنترل کننده باس سیستم ( تراشه 82C211 )

 کنترلر حافظه EMS و حالت Interleave/Page (تراشه 82C212 )

 بافر آدرس / اطلاعات ( تراشه 82C215 )

کنترلر DMA ، وقفه، تایمر و پالس دائم سیستم (تراشه 82C207 )

حافظه ROM

کنترلر صفحه کلید ( تراشه 8042 )

 بانک های مربوط به حافظه DRAM

کنترلر فلاپی دیسک

 پورت سریال و موازی

 کنترلر ویدئویی سیستم ( تراشه PVGA )

المان های اصلی و نقش آن ها :

وجود المان های با تعداد پایه زیاد و یا VLSI در مادر برد های AT میزان قابل توجهی از حجم آن کاسته است. انجام چندین عمل توسط یک المان VLSI به جای المان های معمولی در سیستم های XT باعث افزایش راندمان سیستم نیز شده است. در ادامه نقش المان های فوق را همراه سیگنال های زمانی آن بررسی می کنیم.

تراشه 82C211 ( کنترلر باس ) :

82C211 به عنوان کنترلر باس، وظیفه تولید سیگنال های کنترل، پالس پردازنده (PROCCLK  ) و پالس باس AT سیستم برای کل مادربرد را بر عهده دارد. سیگنال های صادر شده از طرف تراشه فوق، جهت اداره و کنترل منطق طراحی سیستم به کار برده می شود. زمانبندی و تمام سیگنالهای باس در اختیار کنترلر باس می باشد. حالت و موقعیت و کنترلر پورت B سیستم در درون این تراشه به وجود می آید (پورت B به عنوان یک پورت خروجی کنترل قسمتی از سیستم را بر عهده دارد) و به طور کلی این تراشه نقش هماهنگ کنندگی کل سیستم را بر عهده دارد.

تراشه 82C215 ( بافر باس آدرس/اطلاعات ):

این تراشه بر خلاف نامش یک بافر ساده نبوده و در پروسه بافر اطلاعات دو نقش اصلی و اساسی بر عهده آن گذاشته شده است. همانطور که می دانیم 80286 یک پردازنده 16 بیتی بوده که باید اطلاعات را از المان های جانبی به صورت 8 یا 16 بیتی دریافت دارد. ساختن اطلاعات 16 بیتی از باس 8 بیتی ابزار جانبی بر عهده این تراشه می باشد. در واقع آن با لچ نمودن اولین پایت به عنوان بایت با وزن بیشتر و سپس بایت با وزن کمتر یک کلمه را جهت استفاده CPU به وجود می آورد. همچنین تست بیت پریتی یا توازن نیز بر عهده این بافر می باشد و چنانچه خطای توازن رخ دهد از طریق سیگنال های خروجی PARERR آن را به کنترلر باس (82C211) خبر می دهد.

تراشه 82C212    (کنترلر حافظه EMS  و حافظه DRAM ) :

تراشه فوق جهت کنترل حافظه سیستم به کار برده میشود وتقریبا تمامی توابع لازم جهت دسترسی به حافظه دینامیکی در دو مد صفحه ای (Page)و اینترلیو(Interleave )توسط آن به وجود می آید. 

تراشه فوق از حافظه گسترش یافته   EMS-LIM(Lotus,Intel, Microsoft) پشتیبانی نموده و آن را از حافظه توسعه یافته شبیه سازی می نماید. برای بالا بردن بازدهی و راندمان، در زمان بوت شدن، یک کپی از EPROM به فضایی از RAM کپی می شود که به آن سایه کردن (Shadow) اتلاق می شود، این عمل بر عهده این تراشه می باشد و اجازه می دهد کدهای بایاس به جای اجرا در فضای آدرس فیزیکی EPROM در یک فضای تعریف شده (Resident)در RAM اجرا شوند. همچنین تازه سازی حافظه دینامیکی سیستم و تولید پالس 14.31 و 1.19 مگا هرتز از دیگر وظایف این تراشه می باشد.

تراشه 82C256 ( کنترلر جانبی ) :

کنترلر فوق در داخل خود دارای دو عدد کنترلر DMA (82C37) و دو عدد کنترلر وقفه (8259) و یک تایمر / کانتر (8254) و یک حافظه CMOS با پالس دائمی سیستم

( MC146818) به مقدار 64 بایت و مپ کننده (Maper) حافظه (74LS612) و دیگر تراشه های منطقی TLL/SSI جهت ارتباط المان ها با همدیگر و دنیای خارج می باشد. وجود تراشه های منطقی به همراه کنترلرها در یک تراشه، باعث افزایش در سرعت و دانستن پیشرفت در بسیاری از پارامترهای سیستم می شود. همچنین این تراشه دارای یک گزینه، جهت انتخاب سرعت E  یا 8 مگا هرتز برای پالس سیستم می باشد.  

تراشهPVGA1 :

تراشه پارادیس PVGA1 با 100 پایه و تکنولوژی 1.5 میکرونی LSI ، جهت کنترل ویدئویی سیستم ساخته شده است وبا مدهای عملکرد IBMVGA به طورکامل سازگار می باشد. ساختار معماری این کنترلر را می توان به چهار قسمت عمده تقسیم کرد که عبارتند از : (1) ردیف کننده (Seqvencer) ، (2) اینتر فیس CPU ، (3) کنترل ویدئو (4) کنترلر CRT (صفحه نمایش). تمام سیگنالهای لازم جهت کنترل و تازه سازی حافظه ویدئو و سیگنالهای خروجی توسط تراشهPVGA1  تولید می شود. رجیسترهای داخلی این تراشه بطور کامل با VGA سازگار می با شد.

ردیف کننده:

این بخش انجام چهار عمل زیر را بر عهده دارد:

تولید تایمینگ مربوط به ستون ها (CAS ) و ردیف های (RAS) حافظه ویدئو با نمایش.

تولید سیگنال های فعال خروجی جهت نقشه های (Planes) حافظه نمایش .

تولید پالس کاراکتر.

تولید سیگنال های انتخاب فونت کاراکتر.

بخش ردیف کننده شامل رجیسترهایی برای کنترل تفکیک(Resolution) نمایش، انتخاب فونت کاراکترها و مدیریت دستیابی به حافظه ویدئو می باشد. بخش فوق، هر گونه سیکل حافظه جهت پخش کنترلر CRT را تولید می نماید مگر این که CPU نیازمند به دستیابی به حافظه ویدئو باشد. اگر CPU در چهار سیکل حافظه به حافظه نمایش دسترسی نداشته باشد آن گاه در پایان سیکل بعدی RAS ، اجازه دسترسی به حافظه خواهد داشت. چهار سیکل بعد از آن به کنترلر CRT متعلق می باشد و سه سیکل اول از چهار سیکل فوق جهت دسترسی CPU به حافظه ویدئو به دو پریود پالس جهت ساختن شش پریود پالس ( در مد 640 350) کوتاه می شود و آن گاه سیکل چهارم جهت دسترسی کنترلر CRT به حافظه موجود می باشد. این تکنیک که پارادیس از آن استفاده نموده به Rubber banding معروف می باشد.

اینترفیس CPU :

این بخش جهت ایجاد ارتباط بین سخت افزار ویدئو و CPU تعبیه شده است. در این بخش چهار عدد لچ 8 بیتی وجود دارد که جهت لچ کردن اطلاعات حافظه ویدئو به کار می رود (هر لچ جهت یک پلن(plan) حافظه) و چهار تا بودن آن به خاطر این است که این کنترلر ویدئو دارای چهار پلن حافظه می باشد. هر لچ در یک دستورالعمل خواندن CPU پر می شود. خروجی این لچ ها با یک مالتی پلکسر به باس اطلاعات CPU وصل می شود.