اللوحة الأم Motherboard

اللوحة الأم Motherboard :
هي لوحة إلكترونية تسمى باللوحة الرئيسية Main Board حيث تتصل كل وحدات الحاسوب بها سواء كانت هذه الوحدات وحدات معالجة أو إدخال أو إخراج أو تخزين فكل جزء من أجزاء الحاسوب يجب أن يتصل باللوحة الأم ولهذا سميت بهذه الاسم وتحتوي اللوحة الأم على الآتي :


***
مكونات اللوحة الأم:
اللوحة الأم Mother Board تضم جميع مكونات الكمبيوتر الأخرى سواء المعالج أو الكروت المختلفة أو الذاكرة وغيرها من مكونات الكمبيوتر الهامة .. لكن ما هو الدور الذى تقوم به اللوحة الأم فى أداء الكمبيوتر؟ وكيف تربط وتنسق بين جميع هذه المكونات مع بعضها البعض ؟ . . هذا ما سوف نتعرف عليه فى هذه المقالة .
تتكون اللوحات الأم في أجهزة الكمبيوتر المكتبية من لوحة دائرة كهربائية تحتوي علي منافذSlots وSockets وشرائح صغيرة , تثبت اللوحة الأم في صندوق الوحداتCase بالكمبيوتر وذلك بعد تثبيت المعدات والبطاقات والموصلات اللازمة بها .
تتنوع اللوحات الأمMotherboard في حجمها المادي وفقا لعدد المنافذ وSockets والموصلات التي تشملها إلا أن اللوحات الأم القياسية يبلغ حجمها 9.5 * 12 بوصة فهي بذلك اكبر قليلا من ورقA4 , تشترك اغلب اللوحات الأم في تصميم مكوناتها وموصلاتها إذ لابد من تواجد منافذ التوسعExpansion Slots والمنافذ الخارجية في المكان والترتيب الملائم مع الحفاظ علي ترتيب الفجوات والثقوب في صناديق الوحدات بالكمبيوتر .
يعرف ترتيب المنافذSlots وSockets ومنافذ التوصيلPorts في اللوحات الأم الحديثة باسمATX ويلائم التصميم القياسيATX حجم اللوحة الأم حيث تثبت المنافذ والموصلات والتي تثبت بها البطاقات واللوحات بمسامير في صندوق الوحدات .
هناك العديد من تصميمات اللوحة الأم الأخرى بخلافATX منهاMicroATX وFlexATX وهي تشمل عدد أقل في المنافذ وأجهزة أكثر تقدما مما يسمح لها بالتثبيت في صناديق وحدات أصغر .
نعود مرة أخري إلي تصميم ATX الشهير, حيث تنقسم اللوحة الأم إلي قسمين يشمل أحدهما منافذ الامتداد, في حين يشمل القسم الآخرSocket الخاص بالمعالج ومنافذ تثبيت الذاكرة, ويثبت بسطح اللوحة الأم مجموعة من الشرائح الصغيرة التي تتحكم في سريان البيانات بالكمبيوتر وأهم الشرائح الموجودة باللوحة الأم هي شرائحChipset وهي المسئولة عن نقل البيانات من وإلي المعالج الرئيسي والذاكرة وبطاقات الامتداد بالإضافة لوجود أجهزة التشغيل الداخليةInternal Drivers والمنافذ الخارجية .
وفيما يلي نقدم شرحا تفصيليا لمكونات وخصائص اللوحة الأم :
منفذ توصيل المعالج Processor Socket
تمتاز معالجات أجهزة الكمبيوتر المكتبية بصغر حجمها إلا أنها تتطلب مئات التوصيلات باللوحة الأم, يثبت المعالج في منتصف إطار بلاستيكي أكبر يشتمل علي المئات من فتحات التوصيل التي تثبت باللوحة الأم ويضم السطح العلوي للمعالج قطعة بلاستيكية عازلة أما السطح السفلي فيحتوي علي المئات من الإبرPins لتوصيله بالإطار البلاستيكي ثم باللوحة الأم, ويتم تزويد المعالج بمبرد للهواء للحفاظ عليه من الحرارة الزائدة .
تثبت مبردات الهواء بالمعالج نفسه فيما عدا أنظمةPentium 4 حيث توصل مبردات الهواء في ثقوب خاصة بسطح اللوحة الأم .
التصميم Layout
يمتاز المعالج بشكله المربع, كما يوجد متحكم بلاستيكيPlastic Lever بجوار المعالج وعند رفع المتحكم لأعلي يمكن إزالة المعالج من مكانه وعند خفضه لأسفل يمكن تثبيت المعالج وتعرف هذه المنافذ باسم Zero Insertion Force (ZIF) أو قوة التحكم في التثبيت .
يوجد بجوار منفذ المعالج موصل يزود المبرد بالطاقة الكهربية اللازمة ويعتبر مبرد الهواء من أهم الأجزاء باللوحة الأم, وبدونها يمكن أن يتعرض الجهاز للتلف .
يوجد بمنتصف منفذ وحدة المعالجة المركزيةCPU ترمومتر صغير لقياس حرارة الCPU وتوجد معلومات سرعة مبرد الهواء وترمومترCPU في إعدادات البايوس, مما يؤكد أهمية هذه الأجزاء والتي بدونها تتلف وحدات المعالجة المركزية بسهولة .
هناك بعض اللوحات الأم يتم تصميمها لتلائم وحدتيCPU أو أكثر .
منفذSocket 370
هي أقدم أنواع المنافذSockets التي تدعم توصيل معالجات ذات 370 إبرةPin ومن هذه المعالجاتIntel Celeron وPentium III يعمل منفذSocket 370 القديم مع إصدارات PPGA (Plastic Pin Grid Array) أو مصفوفة شبكة الإبر البلاستيكية لمعالجات Celeron وهي متاحة فقط في سرعات تصل إلي 533 ميجاهرتز .
منفذSocket A
تشمل كافة معالجات AMD Athlon و Duron الحالية إصدارات ذات 462 إبرة Pin وتعرف منافذ توصيلها باسمSocket A وصممت AMD معالجات Athlon XP لمواجهة مشكلات عدم التوافقية التي كانت تحدث مع اللوحات الأقدم, فإذا كنت ترغب في استخدام معالجAthlon XP ستحتاج لوحة أمSocket A لتشغيله .
أما اللوحات الأم التي تم تصميمها عقب إصدار معالجAthlon XP فإنها لا تتطلب سوي ترقية البايوس لتتوافق مع المعالج .
منافذSockets 423 &478
تم إصدار معالجاتPentium 4 بتصميم جديد يشتمل علي 423 إبرةPin ومع نهاية عام 200, قامتIntel بتغيير تصميم أجهزةP4 إلي تصميم أصغر ولكنه يشتمل علي عدد إبر (بإجمالي 478 إبرة) .
منافذ الذاكرةMemory Slots
هناك ثلاثة أنواع من منافذ الذاكرة العشوائية المتزامنةDRAM هي :
SDRam Dimms وDDRDimms وRDRam Rimms وتختلف الأنواع الثلاثة في الحجم والفولتات وبالتالي لا تتوافق مع بعضها وتوجد منافذ الذاكرة باللوحة الأم في شكل مميز يوضح نوع الذاكرة التي يجب توصيله بها وتدعم اللوحة الأم واحدة أو أكثر من هذه التقنيات الخاصة بالذاكرة .
يوجد بأغلب اللوحات الأم منفذان أو ثلاثة أو أربعة من منافذ الذاكرة علي سطحها, إلا أن حجم الذاكرة التي تدعمها اللوحة الأم ترتبط بتصميم منافذ اللوحة الأم نفسها, فكلما زادت سرعات وقدرات منافذ الذاكرة باللوحة الأم زاد مقدار الذاكرة التي يمكن للوحة الأم تشغيلها .
منافذ التوسع Expansion Slots
تحتوي اللوحات الأمATX علي عدد من منافذ التوسع تستخدم لمضاعفة قدرات أجهزة الكمبيوتر. ومن أشهر بطاقات الامتداد بطاقة العرض Graphics Card وبطاقات الصوتSound Card وبطاقات الشبكةNetwork Card والمودم .
يتنوع التوسع والامتداد باللوحة الأم, ولكل منها قدراته وأشكاله المختلفة ومن أقدم أنواع منافذ التوسع منفذ ISA (Industry Standard Architecture) وهي المنافذ الأكبر حجما بين منافذ التوسع إذ يبلغ طولها حوالي 6 بوصة .
ويعتبر أشهر منافذ التوسع الحديثة منفذ PCI (Peripheral Component Interconnect) أو منفذ موصل المكونات الفرعية الذي يبلغ طوله 3.5 بوصة وهو أسرع بمعدل 8 مرات من منافذISA .. وتحتوي أغلب اللوحات الأم علي خمسة أو ستة منافذPCI .
أصبحت الألعاب ثلاثية الأبعاد 3D Games هي الأكثر استخداما بأجهزة الكمبيوتر وقد تستهلك كافة موارد منافذPCI إذا تم تشغيلها باستخدام بطاقات العرضGraphic Card التقليدية وفي هذا السياق طورت شركةIntel ما يعرف باسم بطاقاتAGP (Accelerated Graphics Port) والذي صمم بطريقة تجعله أسرع مرتين من منفذPCI ومنذ إصدار بطاقاتAGP ضاعفتIntel من سرعة بطاقاتAGP وذلك بتطوير AGP2x ( وهو أسرع أربعة مرات من منفذ PCI ) ثم طورت حديثا بطاقات AGP4x ( وهي أسرع 8 مرات من منفذ(PCI) ومن المنتظر أن تصدرIntel بطاقاتAGP8x مع نهاية العام الحالي .
وهناك بعض اللوحات الام التي تحتوي علي منافذAGP pro وهي امتداد لAGP يوفر هذا المنفذ طاقة 110 وات لبطاقات موائمة الأشكال الرسومية التي تحتاج لطاقة كهربية عالية. تحتاج بطاقةAGPpro لوحة أم مزودة بمنفذAGPpro إلا أن هذه المنافذ يمكنها أيضا تشغيل بطاقاتAGP 1x وAGP2x وAGP4x .
تحتاج كافة أجهزة الكمبيوتر لبطاقة واحدة العرض وهناك أجهزة تدعم تشغيل بطاقتين لتشغيل اكثر من وحدة عرض إلا أنه لا يوجد سوي منفذAGP واحد فقط بهذه اللوحات.
يمكن ان تحتوي بعض اللوحات الام علي منفذ صغير اسفل أو أعلي منافذPCI وAGP الرئيسية ووظيفة هذه المنافذ هي توفير إمكانيات إضافية للمودم أو الصوت أو الشبكات وتعرف هذه المنافذ باسمCommunication and Network Riser (CNR) أو محسن الاتصالات والتقنيات كما يمكن أن تعرف أيضا باسمAudio Modem Riser (AMR) أو محسن الصوت والمودم ويعتبر منفذ Advanced Communication Riser (ACR) أو محسن الاتصالات المتقدم هي احدث هذه المنافذ .
موصلات وحدات التشغيل Drive Connectors
تحتوي اللوحات الام القياسية علي ثلاثة موصلات لوحدات التشغيل الداخلية يتم فيها استخدام أسلاك مسطحة وعريضة ذات أطراف بلاستيكية. وهناك زوج من هذه الموصلات متماثلة ومتجاورة يسميان الموصل الأوليPrimary والثانويSecondary نسبة إلي قناتيATA/IDE التي تدعمها اغلب الشرائح.
تدعم كل قناةIDE وحدتي تشغيل IDE مثل الأقراص الصلبة ووحدات التشغيلCD DVD وRW, لذا فإن قناتيIDE تستطيع تشغيل أربعة وحدات تشغيل وتتحدد سرعة القناة علي حسب الوحدة المتصلة بها, مثلا : فإن القناة الأوليةPrimary Channel تستخدم لتشغيل الأقراص الصلبة في حين تستخدم القناة الثانوية Secondary Channel في تشغيل الوحدات الأبطأ مثل وحدات قراءة أقراص الليزر ويختص الموصل الثالث بوحدة قراءة الأقراص المرنةFloppy Drive وهناك بعض اللوحات الام تحتوي علي متحكمات إضافية مثلRaid) و(SCSI ).
القافزات والرؤوس Jumpers and Headers
ينتشر علي سطح اللوحة الام مجموعة من الإبر الرأسيةPins والتي تستخدم لتوصيلها بالمنافذ الخارجية أو موصلات الإشارات الضوئية أو تستخدم لتهيئة بعض الإعدادات الأخرى, يحتوي صندوق الوحدات بالكمبيوتر علي مفاتيح مسئولة عن إصدار إشارات ضوئية وسماعات مكبرة تتصل جميعها بمجموعة من الإبر أسفل اللوحة الأم وتتصل اللوحات الأمATX الحديثة بمفتاح للطاقةPower Button وذلك عن طريق زوج من الإبرPins بسطحها ويسمح ذلك المفتاح للوحة الأم بتشغيل أو إغلاق نفسها تلقائيا .
وهناك طريقة أخري تستخدم فيها الإبرPins لتهيئة الإعدادات , وذلك حين يتم تثبيت متحكم بلاستيكي يسمي القافزJumper بها وتقوم هذه المتحكمات بتوصيل الإبر كهربيا وإغلاق الدائرة. وعند إزالة المتحكمJumper أو توصيله بإبرة واحدة يتم فتح الدائرة. ويمكن تنفيذ أكثر الإعدادات التي تقوم بهاJumper باستخدام قوائم البايوس مما أدى إلي قلة وجود Jumpers باللوحات الام الحديثة .
تستخدم مجموعة من 8 إلي 10 ابر Pins للتوصيل لمنافذ خارجية إضافية وتعرف هذه الإبر باسم الرؤوس Headers وتحتوي أغلب اللوحات الام علي واحدة أو أثنين من هذه الرؤوس توفر كل منها منفذينUSB إضافيين ولاستخدام هذه المنافذ الإضافية ستحتاج موصل يحتوي علي طرف بلاستيكي وطرف آخر به موصلUSB .
الموصلات والمنافذ Plugs and Ports
يوجد علي سطح اللوحات الأم الحديثةATX منافذ قياسية خارجيةPorts ومن أنواع المنافذPorts الموجودة باللوحة الأم القياسية منفذان (PS/2 أحدهما للماوس والآخر للوحة المفاتيح) ومنفذان متواليان Serial Ports 9 Pin ومنفذ متوازيParallel Port ومنفذانUSB كما يوجد باللوحة الأم أيضا توصيلاتPlugs لزيادة قدرات الشبكات وكفاءة الأشكال الرسومية .
الطاقة Power
من أهم وظائف اللوحة الأم تزويد وحدة المعالجة المركزيةCPU ووحدات التبريد والذاكرة والبطاقات بالطاقة الكهربية وتحصل اللوحة الأم علي هذه الطاقة من مزود الطاقة الرئيسيPower Supply وتعيد توزيعها علي المكونات المختلفة حسب الحاجة.
تضم اللوحات الامATX مزود طاقة خاصا بها يسميATX Power Supply وهو مزود بمبرد خاص يدفع الهواء للمكونات الأخرى كالمعالجات وبطاقات الامتداد وتحتوي مزودات الطاقةATX Power Supply علي عدد من موصلات الطاقة الداخلية التي تزود اللوحة الأم بالطاقة اللازمة لتوزيعها علي الشرائح والبطاقات المختلفة .

المكونات الأخرى
يتبقى لنا أن نستعرض بعض المكونات الأخرى التي تدخل في تكوين اللوحة الأم وتتكامل مع غيرها من المكونات لتشغيل هذه المنظومة الهائلة :
تشمل هذه المكونات الأخري علي سبيل المثال شريحة البايوسBios Chip والبطاريةBattery التي تسمح للبايوس والمؤقت بتذكر إعدادات المستخدم .
تحتوي اللوحات الام ايضا علي عدد من المكثفاتCapacitors المتمركزة حول منفذ وحدة المعالجة المركزيةCPU Socket تساعد هذه المكثفات بالإضافة إلي مجموعة أخري من الموصلاتTransistors علي تنظيم الطاقة زيادة استقرار النظام وتوجد هذه الموصلات عادة بجوار منفذ المعالجProcessor Socket كما تحتوي اللوحات الام أيضا علي ما يسميled بسطحها وهي تساعد علي تهيئة النظام والتغلب علي المشكلات المختلفة. وتوضح LED وجود الطاقة في النظام في حين يوضح بعضها الآخر تشخيصات أكثر تعقيدا مثل تحديد المكونات المفقودة أو التالفة .
الشرائح Chipsets
تتحكم الشريحةChipset في الاتصالات التي تحدث باللوحة الام كما تحتوي الشريحة علي متحكمات مسئولة عن تشغيل الوحدات والمنافذ المختلفة, تدعم الشريحة نوعا واحدا فقط من المعالجات والذاكرة ويمكن أن تدعم تشغيل قرص واحد أو أكثر حيث ترتبط بالقدرة الكلية للوحة الأم والشرائح الموجودة عليها , مما يعني أنك لا تستطيع ترقيتها دون استبدال اللوحة الأم كاملة. فمثلا إذا كان لديك لوحة أم مصممة لتشغيل وحدة معالجة مركزيةIntel P4 فلن تستطيع استبدالها بوحدةAMD Athlon والعكس .
القسم الشماليNorth bridge والجنوبي Southbridge
تنقسم الشريحة نفسها إلي شريحتين ماديتين باللوحة الام أحدهما شماليةNorth bridge والأخرى جنوبيةSouthbridge . توجد اللوحة الشمالية بين المعالج والذاكرة باللوحة الام وتعني بالتوصيل فيما بينهما كما تتصل هذه الشريحة مباشرة ببطاقةAGP مما يسمح لبطاقات العرض graphics Cards بالعمل أسرع , وتتأثر هذه الشريحة بالحرارة تماما كالمعالج, لذا فإنها تحتوي علي مبردات صغيرة للحرارة لإبقائها باردة .
توجد الشريحة الجنوبية عادة بجوار منافذ الامتداد باللوحة الام وتعالج كافة عمليات الإدخالInput والإخراجOutput بالكمبيوتر مثل دعم القرص الصلب ووحدات تشغيل الأقراص المرنة والأقراص المدمجة ولا تحتاج هذه الشريحة إلي مبرد للهواء حيث أنها تظل باردة دائما.
الدعم والقدراتSupport and Capabilities
تتنوع الشرائحChipsets في دعمها وقدراتها حيث تصمم الشريحة الشماليةNorthbridge Chip لدعم نوع واحد من وحدات المعالجة المركزيةCPU مثل أجهزةP4 أوAthlon /Duron كما أنها تدعم أيضا نوعا واحدا من الذاكرة, مثلا تدعم الشريحة الشمالية الحديثة ذاكرة معدل البيانات المزدوجةDouble Data Rate (DDR) وبطاقات موائمة الأشكال الرسوميةAGP 4X , لذا تلزم قدرات الشريحة الشمالية بدعم تهيئات خاصة بالمعالج والذاكرة وبطاقات موائمة الأشكال الرسومية أما بالنسبة للشريحة الجنوبيةSouthbridge فإن إصداراتها الحديثة تدعم تشغيل أسرع الأقراص الصلبة ومتحكماتUSB .
الملحقات المدمجة Onboard Peripheral
تدعم اغلب اللوحات الأم تثبيت أجهزة إضافية غير الأجهزة المثبتة بشريحتها وهناك متحكمات إضافية للصوت والشبكات والقرص الصلب توفر علي المستخدم تثبيت بطاقات امتداد إضافية وتمتاز هذه المتحكمات بأنها مدمجةOnboard مما يتسبب في زيادة سعر اللوحة الام, وتكمن الميزة في الملحقات المدمجة في السعر والملائمة والحجم وذلك لأنها اقل سعرا من اللوحة الام الرئيسية المثبت بها بطاقات امتداد ملحقة كما أنها لا تشغل مساحة كبيرة بالجهاز .
أما فيما يتعلق بالأداء فليس هناك فارق ما بين متحكمات مدمجةOnboard وأخري موجودة ببطاقات امتداد .
الموصلات والمؤقتات Buses and Clocks
السبب الرئيسي في سرعة الكمبيوتر إلي المعالج حيث وصلت سرعات المعالجات الحديثة إلي أكثر من 2 جيجاهرتز أما الموصلاتBuses فهي المسئولة عن نقل البيانات من أحد أجزاء الكمبيوتر إلي جزء آخر. وتختلف أنواع الموصلات في الكمبيوتر ولكل منها سرعته الخاصة .
وإذا شبهنا اللوحة الأم بإحدى المدن فإن الموصلاتBuses تعمل بمثابة الطرق التي تربط أجزاء هذه المدينة ببعضها وتعمل هذه الطرق بحدود معينة للسرعة وعدد محدد من المسارات وكلما زادت السرعة زاد عدد السيارات (وهي في هذه الحالة البيانات) التي تمر في كل مرة. وبتطبيق هذا المثال علي الموصلاتBuses باللوحة الأم فإن حدود السرعة هي مؤقت الموصلBus Clock مقدرة بالميجاهرتز وعدد المسارات هي عرض الموصل مقدرة بالبتات وعلي ذلك يمكن حساب سرعة كل موصل بضرب مقدار المؤقتClock في عرض الموصلBus ويقدر الناتج بالبت / الثانية.
البايوس Bios
يرمز مصطلح Bios إلي Basic Input Output System أو نظام وحدة الإدخال والإخراج الرئيسية بالكمبيوتر وهو النظام المسئول عن بدء تشغيل الكمبيوتر حيث يقدم سلسلة تشخيصية يفحص بها وجود وحدة المعالجة المركزيةCPU والذاكرة والبطاقات الداخلية الرئيسية ثم تنشيطها .
فإذا اكتشف البايوس أي مشكلات بالبطاقات أو وحدة المعالجة المركزية أو نموذج الذاكرة فإنه يخبر مكبر الصوت بصندوق الوحدات لإصدار إشارة صوتية خاصة يعرض البايوس واجهة لمعدات الكمبيوتر الداخلية والخارجية كالمنافذPorts ولوحة المفاتيحKeyboard ومتحكمات الأقراص وبمجرد تشغيل نظام التشغيل ينتهي تحكم البايوس.
وبالنظر إلي الشكل المادي للبايوس نجد أنه عبارة عن شريحة تقليدية باللوحة الام يبلغ عرضها حوالي نصف بوصة وطولها حوالي بوصتين أما عن التركيب الداخلي للبايوس, فهو عبارة عن جزء صغير من الذاكرة يخزن به برنامج البايوس وإعدادات التهيئة الافتراضية.
يحتاج البايوس لمعرفة التهيئة الخاصة بجهازك مثل أنواع برامج التشغيل بالكمبيوتر ومن أي برنامج يقوم بالتشغيل منها وبأي ترتيب بالإضافة للأساسيات الأخرى كالتوقيت والتاريخ تخزن هذه التهيئات في قسم قابل لإعادة برمجته يسميComs اختصارا ل Comlementary Metal Oxide Semiconductor .
يستخدمComs ذاكرة وبطارية لحفظ إعدادات كل مستخدم عند تشغيل الجهاز وتمتاز البطارية بإمكانية استبدالها كما أنها في شكل بطارية الآلة الحاسبة (تقريبا في حجم العملة المعدنية) وتستخدم غالبية البطاريات تقنية الليثيوم ويفقد المؤقت الحقيقي بضع ثوان شهريا, مما يحتاج لإعادة تصحيحه من وقت لآخر.