اللوحات الأم المتقدمة Advanced Motherboard–الجزء السابع

الناقل PC1-X:

يبدو أن مجموعة الـ PC1-SIG لم تستسلم، فقد أطلقت حديثاً مواصفات جديدة لمعيار PC1 جديدة أسمته PC1-X عرض ناقلته 64-bit وسرعتها 133 MHz نتوقع لهذا المعيار أن يحل محل المعيار PC1 العادي الذي نراه حالياً في أجهزة الكمبيوتر اليوم. صمم معيار الـ PC1-X أصلاً ليكون بجوار الـ PC1 العادي على اللوحة الأم. توجد بعض الحدود Limitations المتعلقة بهذا المعيار يجب أن نوضحها. إذا تم تركيب جهاز بالنظام وكان هذا الجهاز يعمل عند سرعة 133 MHz فإنه سيكون هذا الجهاز هو الوحيد الذي سيعمل على الناقل PC1-X ولكن إذا تم تركيب جهازين 100 MHz فإنه يمكن تركيبها على ناقل الـ PC1X ويمكن أيضاً تركيب أربعة أجهزة في آن واحد على ناقل الـ PC1-X في حالة إن كانت سرعتهم 66 MHz في حالة استخدام الناقل 66 MHz PC1 فإنه غير مصرح إلا لجهازين 66 MHz فقط بحد أقصى.

حتى لو كانت الأجهزة المستخدمة على الناقل PC1-X جميعها 66 MHz فإن الأداء سيظل عالي ومتفوق الـ PC1-x عن الـ PC1 العادل في معدل نقل البيانات (يطلق عليه Bandwidth)) حيث معدل نقل البيانات لناقل الـ PC1-X عن واحد جيجا بايت في الثانية (1 GB/sec) أما ناقل الـ 66 MHz PCl فإن معدل نقل البيانات له يقترب من القيمة 512 MB/sec

أجهزة الـ I/O الموجودة على اللوحة الأم:

عندما تنظر خلف جهاز الكمبيوتر فإنك ترى وصلات "Connectors" أجهزة الـ 1/0 تأخذ هذه الموصلات أماكنها بأوضاع معينة تتوقف على نوع شكل اللوحة الأم، حيث هناك ثلاث أشكال للوحة الأم يطلق على شكل اللوحة الأم المصطلح From Factor إذن هناك ثلاث أنواع من From Factors أكثرهم شيوعاً هو النوع Baby-AT والنوع ATX في حالة النوع Baby-AT ستجد معظم الوصلات موجودة على كارتات الموائمة الموضوعة في مجاريها على اللوحة الأم، وفقط وصلة لوحة المفاتيح Keyboard Connector هي التي تكون موجودة على اللوحة الأم مباشرة. لكن في بعض الأحوال، ستجد وصلات لمنافذ التوالي ومنافذ التوازي مثبته مباشرة على شاسيه الكمبيوتر بدلاً من الكارتات، ولكن مع توصيل هذه الوصلات بالكارتات الخاصة بها أو باللوحة الأم عن طريق كابلات داخلية في حالة نظم الـ ATX فإن وصلة لوحة المفاتيح ووصلات التوالي ووصلة الماوس ووصلات منافذ التوازي في الغالب تكون مثبته مباشرة على شاسية الكمبيوتر وفي نفس الوقت تكون ملحومة مباشرة في اللوحة الأم دون استخدام أي كابلات. يطلق على هذه المنافذ المصطلح Integrated Ports ويطلق على حاكماتها المصطلح Integrated Controllers معظم نظم الـ ATX اليوم، تمتلك منفذ أو منفذين USB ( USB هي اختصار Universal Serial ) وبعض هذه النظم يمتلك أيضاً وصلات ألعاب Game Connectors لأجهزة الصوت وأجهزة عصا التوجيه Joy Stick.

النوع الثالث من أنواع الـ Form Factors يطلق عليه المصطلح "Low Profile" في هذا النوع لا يتم تركيب كارتات الموائمة في مجاري اللوحة الأم. إنما في هذا النوع تكون هناك كارتة مبنية على اللوحة الأم وتأخذ وضعاً رأسياً وهي تحتوى على المجاري التي تركب فيها كارتات الموائمة. معني هذا أن الكارتات بعد تركيبها ستكون موازية للوحة الأم، ولا يسمح إلا بكارتين أو ثلاثة وهذا ما يسمح بأن يكون جهاز الكمبيوتر ارتفاع سمكه صغير ولذلك أطلق عليه "Low Profile" أي منخفض المنظر. ولأن شكل هذا النظام هكذا، لذا أطلق عليه أيضاً الاسم Pizza-Box Computer (أي كمبيوتر صندوق البيتزا) ولأن هذا النظام لا يسمح إلا بعدد قليل من الكارتات، لذلك معظم المنافذ والحاكمات Controllers قد بنيت على اللوحة الأم. وعلى سبيل المثال، تقريباً جميع تصميمات الـ Low Profile" تحتوى على وصلات صوت وألعاب وفيديو مبنية على اللوحة الأم ذاتها، وفي الغالب رابط شبكة Network Interface مبني أيضاً على اللوحة الأم. في عام 1996، جاء نظام "Low Profile" جديد أطلق عليه Low Profile Extension وجاء موازياً أو مكافئاً للنظام ATX وقد عرف بالمصطلح "NLX" فيما يلي استعراض ملخص لتوصيلات روابط أجهزة الـ 1/0 المبنية على اللوحة الأم:

· منفذ لوحة المفاتيح Keyboard Port: في جميع النظم القديمة أو الحديثة دائماً يكون هذا المنفذ مبني على اللوحة الأم.

· حاكم الأقراص المرنة Floppy controller: ابتداء من عام 1992 وقد أصبح حاكم مشغل الأقراص المرنة مبني على اللوحة الأم. بينما في النظم الأقدم كان هذا الحاكم عبارة عن كارتة تركب في مجرى ISA على اللوحة الأم.

· رابط الـ (IDE interface) IDE: هو اختصار Integrated Drive Electronics تم تقديم هذا الرابط رسمياً في عام 1988 ليحل محل رابط مشغل الأقراص الصلبة المعياري الذي يسمى ST-506/412 والذي كان عبارة عن كارتة تركب في مجري ISA تماماً مثل كارتة حاكم مشغل الأقراص المرنة القديم ولأن حاكم مشغل الأقراص الصلبة من النوع IDE يكون على الـ Hard-Disk نفسه، لذا فإن رابط الـ IDE المبني على اللوحة الأم يشتمل على عدد قليل جداً من الرقاقات "Chips".

· منافذ اتصالات التوالي والتوازي: نفس ما حدث بالنسبة لحاكمات الأقراص المرنة ورابطات الأقراص الصلبة، حدث لمنافذ اتصالات التوالي والتوازي فقد بنيت على اللوحة الأم منذ عام 1992 قبل عام 1992 معظم منافذ التوالي والتوازي كانت تتاح فقط على كارتان الموائمة فقط، حتى بعد أن أصبحت منافذ التوالي والتوازي مبنية على اللوحة الأم فإنه لابد من كابل يبين وصلات الـ Dual-Row Header الموجودة على اللوحة الأم والوصلات الخارجية DB9 (وصلة توالي) وDB25 (وصلة توازي) المثبتين على شاسيه الكمبيوتر- ممكن أن تكون هذه الوصلات موضوعه على جزء ثابت من الشاسيه مجاور لمصدر القدرة على أن تكون في أماكن أغطية المجاري بحيث تظهر من خارج خلفية جهاز الكمبيوتر وكأنها جزء من كارتة موائمة منذ عام 1996، نظم كثيرة جداً تحجز أماكن على اللوحة الأم مباشرة لوصلات التوالي والتوازي نظم كثيرة جداً من التي تستخدم المعيار ATX تحجز أماكن على اللوحة الأم مباشرة لوصلات التوالي ووصلات التوازي الأخرى ثم توصل عن طريق كابلات بالوصلات الخارجية المثبتة على شاسيه الكمبيوتر.

· رابطات الصوت والفيديو والموديم والشبكة والـ SCSI: جميع هذه الرابطات Interfaces تبنى على اللوحة الأم سواء في نظم الـ ATX أو الـ NLX. ومع ذلك يفضل أن تكون هذا الرابطات في كروت موائمة حتى يمكن تغييرها سواء للإصلاح عند حدوث أعطال أو للتحسين بدلاً من الأضرار إلى تغيير اللوحة الأم ذاتها.

رقاقات الـ Chipsets:

كما سبق وأن ذكرنا من قبل أن عدد كبير من الرقاقات كل منهم كان يتولى مهمة معينة على اللوحة الأم في الماضي، أما في الوقت الحاضر مع تقدم تكنولوجيا رقاقات الكثافة العالية جداً "VLSI" أصبح هذا العدد الكبير من الرقاقات مدمج في رقاقات مدمج في رقاقتين فقط أطلق عليهما Chipest المهام الأساسية لهاتين الرقاقتين هي: التفاعل مع جميع عناصر Hardware بالنظام وتحديد سرعات ناقل النظام وتولي جميع مهما العنونة للمعالج. في الوقت الحاضر أطلق على رقاقة الـ Chipset الأولي المصطلح "Northbridge" بينما أطلق على الرقاقة الثانية المصطلح "Southbridge" ومع ذلك فهناك رقاقة ثالثة على اللوحة الأم بمعظم النظم الحديثة. تتكامل وظيفة هذه الرقاقة مع رقاقات الـ Chipsets ويطلق على هذه الرقاقة الثالثة "Super 1/0

عنصر الـ "Northbridge":

أعطى الاسم Northbridge لرقاقة حاكم النظام "System Controller" وهي الرقاقة التي توصل ناقل الجانب الأمامي FSB للمعالج بعناصر النظام العالية السرعة والتي تشمل الـ ROM ومنفذ الـ AGP وجميع الوحدات الطرفية العالية السرعة. يجب أن يكون ناقل الـ FSB للمعالج متزامناً مع جميع الأجهزة الأخرى. تقوم الـ Northbridge بتحديد المعالج الذي يصلح استخدامه على اللوحة الأم، أيضاً تضبط السرعة لناقل الـ FSB لذلك إذ كانت اللوحة الأم مزودة بـ Chipset تدعم معالجات ذات سرعة حتى 500 MHz فإنه عند تركيب معالج على هذه اللوحة الأم من النوع الذي سرعته واحد جيجا هرتز 1 GHz فإن هذا المعالج لن يتمكن من تقديم ميزة السرعة العالية التي يتمتع بها. هناك شيء أخر يضع قيداً بسبب الـ Northbridge وهو مسألة العنونة إذا نظرنا مثلاً لغرض ناقل العنوان بمعالج Pentium فهو كما نعلم 32-bit وذلك يمكنه عنونة 4 GB من ذاكرة الـ RAM ومع ذلك فإن الـ Chipset المصنعة من أجل استخدام الـ Pentium تربط بالـ RAM عن طريق جزء من ناقل العنوان وليس كل ناقل العنوان. جاء بعد ذلك معالج الـ Pentium 11 بناقل عنوان يمكنه نظرياً عنونة 64GB اشتملت رقاقة الـ "Northbridge" على وظيفة رقاقة حاكم الذاكرة Memory Controller Chip، هذه الرقاقة التي تم دمجها داخل رقاقة الـ Northbridge ومهام حاكم الذاكرة تنحصر في تحديد خريطة البيانات على الذاكرة وأداء جميع الأعمال المختصة بدورات الإنعاش "Refresh Cycles" وتوقيتات انتقاء الصف "RAS" وتوقيتات انتقاء العمود "CAS" (أرجع للفصل الثالث) أيضاً نحدد الـ Northbridge أي نوع من الذاكرة يصلح استخدامه على النظام ، أيضاً يمكنها تدعيم خيار استخدام الـ ECC Memory.

عنصر الـ "Southbridge":

عنصر الـChipset الذي يسمى Southbridge هو حاكم ناقل الوحدات الطرفية "Peripheral Bus Controller" أي أنه المسئول عن توصيل المعالج بعناصر النظام البطيئة. الأجهزة التي تدار بواسطة هذه الرقاقة مثل منافذ الـ IDE ومنافذ الـ USB وناقل الـ ISA وأجهزة أخري لا تعامل عن طريق رقاقة الـ Super 1/0.

رقاقة الـSuper I/O :

رقاقة الـ Super I/O ليست جزءاً من الـChipset حتى أنه في معظم النظم لا تأتي الـ Super 1/0 من نفس المصنع الذي تأتي منه الـ Chipset. تتحكم رقاقة الـ1/0 Super في وظائف الـ 1/0 الموجودة على اللوحة الأم، أي منافذ التوالي ومنافذ التوازي وحاكمات مشغلات الأقراص المرنة Floppy Drive Controllers ومنافذ الـ IDE وهكذا...أيضاً في معظم النظم تتولي الـ Super 1/0 أمر حاكم لوحة المفاتيح Keyboard Controller بعض الـ Super 1/0 تتولي وظيفة ساعة التوقيت Real-Time Clock .

رؤية جديدة للـChipset:

ابتداء من الرقاقة 820، بدأت شركة إنتل في الابتعاد عن تصميم الـ Northbridge/ Southbridge التقليدي، حيث قدمت تصميماً جديداً يعتمد أيضاً على رقاقتين مثلما كان يفعل التصميم الذي قبله (Northbridge/Southbridge) ولكن مع اختلاف طريقة تعاملها مع موارد النظام اختلافاً كلياً. فقد تم استبدال عنصر الـ "Northbridge" بجهاز آخر يسمى صرة حاكم الذاكرة "Memory Controller Hub" هذا الجهاز يتولى التحكم في جميع ذاكرة النظام. أيضاً يتحمل هذا الجهاز مسئولية اتصالات ناقل AGP أما الرقاقة الثانية، يطلق عليها الاسم (صرة حاكم الـ 1/0 المحسن "Enhanced 1/0 Controller Hub" وتتولى جميع الوظائف الأخرى. الفلسفة وراء هذا التغيير جاءت من ازدياد طلبات تحسين سرعة أداء النظام مما تسبب في اختفاء الوحدات الطرفية البطيئة. حتى أن هذه الـ Chipset الجديدة لا تدعم ناقل الـ ISA.

على مدار السنين، شركات كثيرة لتصنيع الـ Chipset جاءت ثم اختفت ولم يبقى إلا القليل منها لازال صامداً في مجال هذه الصناعة من هذه الشركات ما يلي:

- Acer Laboratories, Inc. (ALI)

- Advanced Micro Devices (AMD)

- Eteq Components, Ltd.

- Intel Corporation.

- OPTi

- PC Chips Manufacturing Limited

- Silicon Integrated systems Corporation (SiS)

- VIA Technologies

من هذه الشركات شركة Intel وشركة VIA اللتين في مقدمة الأسواق. مع بقاء شركة SiS قوية في سوق الـ Chipset، حيث تدعم عدد كبير جداً من اللوحات الأم المبني عليها أجهزة طرفيه مثل الفيديو والصوت إلخ..ومن الشركات التي دخلت مجال صناعة الـ Chipset ثم توقفت ما يلي:

- Chips and Technologies (C&T)

- LSI Logic Corporation

- SMC Network

- UNI Corporation

- United Microelectronics Corporation (UMC)

- VLSI, Inc

وظائف الـ Chipset:

قدمنا في مناقشة الـ Northbridge والـ Southbridge كثير من وظائف الـ Chipset تشبه كيفية تأدية هذه الوظائف كيفية أداء الـ BIOS لعملها. يوجد على الرقاقات برامج صغيرة Hard-Coded هي المسئولة عن توجيه هذه الوظائف. على سبيل المثال، في كل مرة يصل فيها الكمبيوتر لجهاز على منفذ الـ USB فإنه قبل استخدام المعالج لبيانات هذا الجهاز، تقوم الـ BIOS أولاً بتشغيل روتين تشغيل منفذ لابد أولاً من تشغيل روتين الـ BIOS المدعم لهذا الجهاز (هذا الروتين مخزون في رقاقة الـ (ROM BIOS حتى يمكن لمنفذ الـ USB أن يعمل. ثم قبل أن يتمكن المعالج من استخدام البيانات، لابد للـChipset من أن تقوم بتشغيل البرنامج المرفق بها الذي يحول البيانات إلى شيء يمكن للمعالج أن يفهمه كما رأينا، أن هناك علاقة وثيقة وتكامل بين الـ Chipset والـ BIOS، ولذلك من الضروري أن تعمل مصانع الـ "Chipset" على قرب وتفاهم من مصانع الـ BIOS للتأكيد على التوافقية بين Chipset والـ BIOS. لكل Chipset جديدة تظهر يظهر معها رقاقة BIOS مرافقة لها. من سمات الكمبيوتر التي تتحدد عن طريق الـ Chipset، السمات التالية:

· جهد المعالج Processor Voltage

· عدد المعالجات Number Voltage

· سرعات المعالج التي تدعمها Processor speed supported

· سرعة الناقل Bus Speed

· أنواع الذاكرة التي تدعمها Types of Memory Supported

· كمية الذاكرة التي تدعمها Amount Of Memory Supported

· ناقلات (مجاري) الامتداد التي تدعمها Expansion Buses Supported

· عدد مجاري الامتداد التي تدعمها Number of Expansion slots Addressed

· إدارة القدرة Power Management

· تدعيم الأجهزة المتقدمة Advanced Device Support

الجدول من (أ) إلى (د) تستعرض الأنواع المختلفة من الـ Chipsets والمعالجات المتوافقة معها والمواصفات الأساسية التي تحددها للنظام: