Bo mạch chủ là gì và nó hoạt động như thế nào

Hôm nay chúng ta phải nói về bo mạch chủ của máy tính. Bo mạch chủ chắc chắn là yếu tố cơ bản để tạo ra một máy tính, phần còn lại của các thành phần như CPU ​​hoặc RAM sẽ được cài đặt trên nó để máy có khả năng khởi động và làm việc. Vì vậy, hãy xem chi tiết bo mạch chủ là gì và cách thức hoạt động.

Chỉ số nội dung

Bo mạch chủ là gì?

Bo mạch chủ chắc chắn là phần quan trọng nhất của máy tính. Đây là cái sẽ xác định kiến ​​trúc mà nhóm chúng tôi có trong các thành phần bên trong của nó. Mỗi bo mạch chủ sẽ được thiết kế để chứa các thành phần nhất định hoặc một số loại họ thành phần nhất định và cũng sẽ hỗ trợ các tốc độ và công suất nhất định mà các thành phần đó có.

Tất cả hoặc gần như tất cả các thành phần là một phần của máy tính sẽ được kết nối với bo mạch chủ, nó cũng sẽ chịu trách nhiệm thiết lập một bus truyền thông giữa các thành phần đó (CPU, RAM, card đồ họa) và các thiết bị ngoại vi được cài đặt trên nó (chuột, bàn phím, màn hình, v.v.)

Khía cạnh vật lý của nó là một mạch điện tử có kích thước nhất định trong đó một loạt các yếu tố như chip, tụ điện, đầu nối linh kiện và đường dây điện được lắp đặt, tạo thành cấu trúc của một máy tính.

Hầu hết tất cả chúng phải được cài đặt bốn thành phần cơ bản:

• Cung cấp năng lượng Bộ xử lý trung tâm Bộ nhớ chương trình Đơn vị lưu trữ

Các bo mạch chủ bao gồm các định dạng vật lý khác nhau xác định kích thước vật lý mà chúng sẽ có.

Định dạng bo mạch chủ

Các định dạng mà chúng ta có thể tìm thấy trên thị trường là như sau:

E-ATX

Đây là yếu tố hình thức lớn nhất chúng tôi có trên thị trường. Kích thước của nó là 305 x 330 mm. Các bảng này thường có nhiều lỗ hổng cho thẻ mở rộng và nhiều khả năng về việc cài đặt card đồ họa trong SLI hoặc Crossfire.

Ngoài ra, chúng tôi sẽ có tối đa 8 khe cắm để cài đặt bộ nhớ RAM

ATX

Các bo mạch này đã có mặt trên thị trường từ năm 1995 nhờ được Intel triển khai. Chúng cũng là phổ biến nhất chúng ta có thể tìm thấy. Kích thước của nó là 305 x 244 mm mặc dù cũng có một số kích thước hơi khác nhau. Tất nhiên, các lỗ cho vị trí của nó trong khung máy phải được đặt chính xác ở những nơi được tiêu chuẩn hóa.

Loại bo mạch chủ này được sử dụng cho hầu hết tất cả các loại hệ thống, văn phòng, chơi game, v.v. Điều này là do khả năng mở rộng của nó. Thông thường chúng ta có 7 khe cắm mở rộng và 4 khe cắm để cài đặt bộ nhớ RAM.

Micro ATX

Các bo mạch chủ với định dạng này có kích thước là 244 x 244 mm, vì vậy chúng khá nhỏ hơn các bo mạch trước, khoảng 25%. Các bảng này, có định dạng nhỏ hơn, nhắm vào các nhóm làm việc văn phòng, không cần nhiều khe cắm mở rộng và cũng chiếm khung nhỏ hơn.

Trong số các khả năng mở rộng của nó, nó có tối đa 5 khe cắm mở rộng, mặc dù bình thường là 3 và không gian chứa tối đa 4 bộ nhớ RAM. Loại tấm này sẽ cần khung tương thích với sự cố định của chúng vì vị trí của các ốc vít sẽ khác với các tấm ATX.

ITX nhỏ

Đây là định dạng tấm nhỏ nhất có sẵn cho máy tính gia đình. Nó có kích thước 170 x 170 mm. Để sửa chữa, nó bao gồm bốn lỗ trùng với các lỗ được lắp đặt cho tấm ATX.

Trên các bảng này, chúng ta có thể tìm thấy một khe cắm mở rộng duy nhất cho card đồ họa và hai khe cắm cho bộ nhớ RAM

Có những loại khác được hình thành như XL-ATX, nhưng chúng thường không được nhìn thấy nhiều trong phạm vi thấp / trung bình. Chỉ trong phạm vi PREMIUM

Thành phần vật lý của bo mạch chủ

Đây sẽ là phần rộng nhất trong bài viết này, vì bo mạch chủ có một loạt các thành phần đáng để đặt tên. Hãy bắt đầu sau đó.

Chipset

Chipset hay "chipset" là một tập hợp các mạch tích hợp được thiết kế để thiết lập giao tiếp giữa bộ xử lý và các thành phần khác được cài đặt trên bo mạch chủ. Các yếu tố này có thể là bộ nhớ RAM, ổ cứng, khe cắm mở rộng và cổng đầu vào và đầu ra.

Với sự phát triển của công nghệ bo mạch chủ, những con chip này thường được tạo thành từ một con chip trung tâm duy nhất. Hơn nữa, các chip này được thiết kế dành riêng cho một bộ vi xử lý hoặc một nhãn hiệu nhất định và cho các mô-đun bộ nhớ RAM nhất định. Điều này khiến chúng ta cần phải mua bo mạch chủ từ thị trường, chúng ta buộc phải mua một bộ xử lý và mô-đun RAM tương thích cho nó.

Bo mạch chủ cũ

Chipset có thể được tích hợp bởi hai chip và còn được gọi là North Bridge hoặc North Brigde và South Bridge hoặc South Bridge. Mỗi chip này chịu trách nhiệm cho một số nhiệm vụ được thực hiện:

North Bridge: Con chip này được gắn trực tiếp vào bus bộ xử lý và có giao tiếp trực tiếp với nó và bộ nhớ RAM. Xe buýt này còn được gọi là Front Side Bus hoặc (FSB) và có ý nghĩa quyết định đến tốc độ và hiệu suất của máy tính. Ngoài ra, nó cũng chịu trách nhiệm liên lạc với các cổng PCI-Express, vì đây là những thiết bị hỗ trợ các thành phần tốc độ cao nhất như bo mạch chủ hoặc bộ lưu trữ trạng thái rắn M.2 và PCI-E mới.

Cầu Nam: Con chip này được kết nối trực tiếp với cây cầu phía bắc thông qua giao diện Direct Media Interface hoặc (DMI). Con chip này chịu trách nhiệm liên lạc với các thiết bị đầu vào và đầu ra và kết nối chúng với cầu bắc. Ví dụ: ổ cứng SATA, USB, Dây cứu hỏa, card mạng, AUDIO, v.v.

Bo mạch chủ hiện đại

Hiện tại với sự xuất hiện của các bộ xử lý đa lõi như Intel Core và AMD FX, chipset này đã được giảm đáng kể xuống chỉ còn một con chip, do đó làm biến mất cây cầu phía nam.

Điều này là do các bộ xử lý mới tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ trong chúng, do đó chúng được kết nối trực tiếp với bus bộ nhớ RAM. Giả sử cầu nối FSB được tích hợp trong bộ xử lý và bus phụ trách các thiết bị khác được gọi là Trung tâm điều khiển Plataform (PCH), thay thế cho bus DMI.

Chipset các loại

Có một số lượng lớn các mô hình chipset. Với mỗi sự phát triển của bộ xử lý cũng có sự phát triển của những con chip này. Như trong tất cả mọi thứ, có cấp thấp, để quản lý thành phần tốc độ thấp hơn hoặc thấp hơn, tầm trung và cao cấp cung cấp tốc độ tối đa và hỗ trợ cho các loại card đồ họa khác nhau và RAM nhanh nhất trên thị trường.

Theo nhà sản xuất bộ xử lý, chúng ta có thể tìm thấy các chipset được thiết kế cho bộ xử lý AMD và chipset được thiết kế cho bộ xử lý Intel.

Để biết thêm thông tin về các mẫu chipset đánh dấu mới nhất cho cả công nghệ và so sánh của chúng, hãy truy cập các bài viết sau của chúng tôi:

Ổ cắm vi xử lý

Vì không thể khác, trên bo mạch chủ là nơi phải lắp đặt bộ vi xử lý và đối với điều này, một ổ cắm với các đầu nối vật lý sẽ là cần thiết để giao tiếp điều này với bo mạch chủ. Có hai loại ổ cắm:

• PGA (Pid Grid Array): trong ổ cắm này có một bảng có lỗ để chèn bộ vi xử lý bên trong, sẽ có các chân tiếp xúc để chèn. LGA (Land Grid Array) - Ổ cắm có ma trận các tiếp điểm mạ vàng tạo liên lạc giữa bo mạch chủ và chip xử lý, chỉ có bề mặt phẳng với các điểm tiếp xúc.

Công nghệ chèn được gọi là ZIF (Lực chèn bằng không) và chip không khớp hoàn toàn trong ổ cắm nếu bạn cần áp dụng lực trong quy trình.

Cũng như bộ xử lý, có nhiều loại ổ cắm cho cài đặt của bạn. Điều này có nghĩa là khi mua một bo mạch chủ có kiến ​​trúc nhất định, cần phải có bộ xử lý tương thích với nó.

Ngoài ra, mỗi bo mạch chủ được thiết kế cho một nhà sản xuất bộ xử lý, vì vậy cả ổ cắm và chipset phải tương thích với thương hiệu được đề cập.

Để tìm hiểu thêm về cách bộ xử lý hoạt động, chúng tôi khuyên bạn nên viết bài sau:

• Bộ xử lý là gì và nó hoạt động như thế nào?

Khe cắm bộ nhớ RAM

Các đầu nối hoặc xe buýt này chịu trách nhiệm chứa các mô-đun bộ nhớ RAM sẽ được cài đặt trong thiết bị. Nhìn chung, bo mạch chủ có 4 khe cắm hoặc bo mạch chủ cao cấp có 8.

Các khe này thường sẽ được thiết kế để hoạt động với công nghệ kênh đôi hoặc thậm chí là công nghệ kênh bốn. Cũng như bộ xử lý, mỗi bo mạch chủ sẽ hỗ trợ một kiến ​​trúc RAM nhất định.

Các bo mạch chủ hiện có các loại khe cắm RAM khác nhau, mặc dù chúng đều thuộc về chuẩn DDR. Chúng ta sẽ có: DDR, DDR2, DDR3 và DDR4

Để tìm hiểu thêm về cách RAM hoạt động, chúng tôi khuyên bạn nên viết bài viết của mình:

• RAM là gì và nó hoạt động như thế nào?

VRM

Từ viết tắt của Module ổn áp. Chúng là một tập hợp các thành phần biến đổi dòng điện tới bo mạch chủ thành điện áp của các giá trị và dòng điện khác nhau để chúng được sử dụng bởi các thành phần khác được cài đặt trên nó. Thành phần này, mặc dù không đặc biệt bắt mắt, nhưng rất cần thiết để các thành phần hoạt động chính xác và tránh vỡ.

Để biết thêm về các thành phần này truy cập bài viết của chúng tôi:

Khe mở rộng

Chúng sẽ là các khe có chức năng mở rộng phần cứng được cài đặt trong thiết bị của chúng tôi. Trong đó bạn có thể cài đặt card đồ họa, ổ cứng, card mạng, card âm thanh, v.v.

Các khe cắm này hiện được gọi là PCI-Express hoặc PCI-E và là vật thay thế cho PCI truyền thống. Mỗi khe cắm mở rộng PCI-E mang các liên kết dữ liệu 1, 2, 4, 8, 16 hoặc 32 giữa bo mạch chủ và các thẻ được kết nối. Chúng tôi mã hóa số lượng liên kết này dưới dạng tiền tố x, ví dụ: x1 cho liên kết đơn hoặc đơn vị và x16 cho thẻ có 16 liên kết, được sử dụng cho thẻ đồ họa. Mỗi liên kết này cho tốc độ 250 MB / s.

Nếu chúng ta có 32 liên kết, chúng sẽ cung cấp băng thông tối đa, nghĩa là 8 GB / giây cho mỗi hướng cho PCIE 1.1. Được sử dụng phổ biến nhất là PCI-E x16 cung cấp băng thông 4GB / s (250MB / sx 16) theo mỗi hướng. Một liên kết đơn nhanh gấp khoảng hai lần so với liên kết PCI thông thường. 8 liên kết có băng thông tương đương với phiên bản nhanh nhất của bus AGP, đó là các khe cũ cho card đồ họa.

BIOS

BIOS hoặc Hệ thống đầu vào-đầu ra cơ bản là bộ nhớ ROM, EPROM hoặc Flash-RAM chứa thông tin về cấu hình của bo mạch chủ ở mức thấp nhất.

Bên trong BIOS cũng có một chip bộ nhớ gọi là CMOS, với chương trình mà nó lưu trữ bên trong, nó có thể khởi tạo tất cả các thành phần vật lý của bo mạch để khởi động máy tính. Ngoài ra, có trách nhiệm kiểm tra xem chúng có lỗi hay không có thiết bị, ví dụ, thiếu RAM, CPU hoặc Ổ cứng.

Bộ nhớ BIOS được cung cấp năng lượng liên tục bằng pin. Theo cách này, khi tắt máy, dữ liệu và tham số được cấu hình trong máy tính sẽ không bị mất. Nếu trong bất kỳ trường hợp nào, pin này cạn kiệt hoặc chúng tôi loại bỏ nó, thông tin BIOS được đặt lại về giá trị mặc định, nhưng chúng không bao giờ bị mất.

Card âm thanh và card mạng

Chúng là những con chip chịu trách nhiệm xử lý âm thanh đa phương tiện của thiết bị của chúng tôi và kết nối mạng. Các chip của nó được đặt gần các cổng đầu ra của bo mạch chủ và chúng tôi có thể nhận dạng nó nhiều lần bởi RealTek đặc biệt vì đây là nhà sản xuất của nhiều thiết bị này được tích hợp trên bo mạch chủ.

Đầu nối SATA

Đây là tiêu chuẩn giao tiếp trong các PC hiện nay để kết nối ổ cứng cơ học và cả SSD. Trong SATA, một bus nối tiếp được sử dụng thay vì song song để truyền dữ liệu. Nó nhanh hơn nhiều so với IDE truyền thống và hiệu quả hơn. Ngoài ra, nó cho phép kết nối nóng của các thiết bị và có các xe buýt nhỏ hơn và dễ quản lý hơn.

Trên bo mạch chủ, chúng ta có thể có tới 6 hoặc 10 cổng này để cài đặt ổ cứng. Tiêu chuẩn hiện tại được tìm thấy trong SATA 3 cho phép truyền tối đa 600 MB / s

Để tìm hiểu thêm về cách ổ cứng hoạt động, chúng tôi khuyên bạn nên viết bài sau:

• Ổ cứng là gì và nó hoạt động như thế nào?

Đầu nối M.2

Hầu như tất cả các bảng đã được cài đặt cổng này. M.2 là chuẩn giao tiếp mới nhằm thay thế kết nối cho các ổ SSD SATA trong trung và ngắn hạn. Nó sử dụng cả giao thức truyền thông SATA và NVMe. M.2 được dành riêng cho việc cài đặt các đơn vị lưu trữ theo cách này, chúng tôi tránh chiếm các khe cắm PCI-E. Chuẩn này không có tốc độ của PCI-E nhưng cao hơn nhiều so với SATA.

Để tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của SSD, chúng tôi khuyên dùng bài viết sau:

• SSD là gì và nó hoạt động như thế nào?

Đầu nối nguồn

Bo mạch chủ phải kết nối với nguồn điện và vì thế nó có các loại đầu nối nguồn khác nhau.

ATX

Đây là đầu nối truyền thống cung cấp năng lượng cho bo mạch chủ trong hầu hết các thành phần của nó. Nó được tạo thành từ 24 dây cáp hoặc chân và thường được đặt ở phía bên phải của nó, bên cạnh các khe RAM.

Sức mạnh CPU

Ngoài đầu nối ATX2, hầu như tất cả các bo mạch chủ mới, ít nhất là ATX, cũng có loại đầu nối này dành riêng để cung cấp năng lượng cho bộ xử lý. Những loại bộ nguồn này giúp tăng nguồn cung cấp cho bo mạch chủ, đặc biệt trong trường hợp bộ xử lý được ép xung cần nhiều năng lượng hơn để tiêu thụ.

Chúng ta có thể tìm thấy một đầu nối CPU 4 chân (cũ hơn), một trong 8 hoặc một trong 4 chân 6 +. Các chức năng của nó sẽ thực tế giống nhau, và tất cả đều đi với điện áp 12V.

Kết nối bên ngoài

Các đầu nối này sẽ được đặt ở một bên của bo mạch chủ, hầu như luôn luôn ở bên trái. Bạn sẽ chịu trách nhiệm kết nối các thiết bị ngoại vi mà chúng tôi có trong thiết lập của chúng tôi, ví dụ: máy in, chuột, bàn phím, loa, bộ lưu trữ, v.v. Chúng ta có thể phân biệt các loại sau:

• PS / 2: Có hai cổng loại này, thực tế đã bị vô hiệu hóa. Chúng có 6 chân và được dùng để kết nối bàn phím và chuột. Hầu như không có bàn phím nào có loại đầu nối này, vì vậy chúng được di chuyển và thay thế bằng USB USB (Universal serial Bus): đây là chuẩn kết nối nối tiếp được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới. Đầu nối này là plug and play, vì vậy chúng ta có thể kết nối một thiết bị nóng để hệ điều hành nhận ra nó ngay lập tức. Ngoài việc trao đổi dữ liệu, nó cũng cho phép căn chỉnh ngoại vi, làm cho nó rất thuận tiện và linh hoạt. Hiện tại có bốn phiên bản của cổng này, USB 1.1 với tốc độ 12 Mb / giây, USB 2.0 với 480 Mb / giây, USB 3.0 với 4, 8 Gb / giây và USB 3.1 với FireWire 10 Gb / s : Đây là một tiêu chuẩn tương tự như USB, nhưng chủ yếu được sử dụng ở Mỹ. Chúng thực tế có các chức năng tương tự như USB và nó có 4 phiên bản, nhanh nhất là FireWire s3200 với HDMI hoặc DisplayPort 3, 2 Gb : Các cổng này sẽ tồn tại nếu bo mạch chủ có card đồ họa tích hợp. Nó là một chuẩn truyền thông đa phương tiện kỹ thuật số cho phép kết nối các thiết bị video độ nét cao. Cả tín hiệu video và âm thanh đều đi qua các cổng này, khiến chúng đặc biệt hữu ích. Hiện tại, họ thực tế đã thay thế hoàn toàn cổng VGA DVI và VGA: các cổng để kết nối màn hình Ethernet tiền nhiệm HDMI : cổng dành cho đầu nối RJ 45 trên internet 3.5 "Jack: Đầu nối cho thiết bị đầu vào hoặc đầu ra âm thanh

Các yếu tố khác

• Các cổng bên trong cho USB: các đầu nối có sẵn ở dưới cùng của bo mạch chủ để mở rộng các cổng USB của thiết bị của chúng tôi. Các cổng USB có sẵn trên khung thường sẽ được kết nối. Cổng âm thanh bên trong: Cũng như USB, bo mạch có cổng bên trong để kết nối micrô và loa từ các cổng được bố trí trong khung. Đồng hồ: để đồng bộ hóa tất cả các thành phần bên trong, một loạt các đồng hồ hoạt động ở các tần số khác nhau là cần thiết, tùy thuộc vào nhu cầu của từng thành phần. Đầu nối quạt: Đây là các đầu nối 12V dùng để chèn quạt như CPU ​​hoặc quạt khung. Chúng có 4 chân. Bảng điều khiển khởi động: chúng là một loạt các đầu nối nguồn trong đó các nút trên khung được kết nối, có nhiệm vụ khởi động và đặt lại hệ thống. Các ổ cứng và đèn LED nguồn cũng sẽ được kết nối.

Vận hành bo mạch chủ

Hoạt động của một bo mạch chủ khá phức tạp, do số lượng lớn các yếu tố được cài đặt trên nó và số lượng xe buýt dành cho việc trao đổi thông tin. Theo sơ đồ, chúng ta có thể biểu diễn nó theo cách sau:

Trong sơ đồ này, chúng ta có thể phân biệt các yếu tố chính can thiệp vào hoạt động và quản lý và lấy quy trình khởi động của máy tính làm tài liệu tham khảo:

Điều đầu tiên một bo mạch chủ nên làm trước khi tải hệ điều hành từ ổ cứng là khởi tạo các thành phần. Chương trình nằm trong BIOS chịu trách nhiệm kiểm tra tất cả các thiết bị được kết nối với nó: CPU, RAM và Đĩa cứng theo cách cơ bản. Nếu bất kỳ lỗi nào trong số chúng bị thiếu, bị hỏng hoặc phát hiện các dị thường khác, bo mạch chủ sẽ phát ra một mã lỗi được dịch bằng tiếng bíp hoặc cũng bằng một mã trong bảng đèn LED nằm trên nó.

Khi giai đoạn xác minh hoàn tất, xe buýt nội bộ được tải thông tin từ các đơn vị lưu trữ. Ở đây cây cầu phía nam (nếu nó tồn tại) và cây cầu phía bắc can thiệp.

Sau khi yêu cầu thông tin từ ổ đĩa cứng, và các thiết bị đầu vào / đầu ra và các thành phần khác, cầu bắc có trách nhiệm kết nối bộ xử lý với RAM. Điều này được thực hiện thông qua xe buýt phía trước hoặc Xe buýt phía trước (FSB). Điều này sẽ bao gồm 64 luồng hoặc 64 + 64 trong trường hợp thực hiện công nghệ kênh đôi.

Trong mọi trường hợp, dữ liệu hệ điều hành được tải trong bộ nhớ sẽ được tìm thấy để khởi động máy tính.

Đồng thời, cây cầu phía bắc sẽ gửi tín hiệu đồ họa đến card đồ họa, được cài đặt trong khe CPI-E x16 do nó trực tiếp quản lý. Hoặc trong trường hợp của bạn, nó sẽ kết nối với card đồ họa được cài đặt trên bo mạch chủ. Điều này được thực hiện bởi xe buýt FSB.

Trong mọi trường hợp, máy tính sẽ khởi động và việc trao đổi dữ liệu để xử lý sẽ được quản lý bởi các yếu tố được kết nối với bus và chipset.

Kết luận cuối cùng và kỳ vọng về bo mạch chủ là gì

Nếu một điều đã trở nên rõ ràng với chúng ta là ngày càng khó giải thích hoạt động của các thành phần của máy tính một cách đơn giản. Công nghệ đang tiến bộ với một tốc độ đáng kinh ngạc và các yếu tố đang trở nên phức tạp hơn và nhiều chức năng và phức tạp hơn.

Với tốc độ mà chúng ta đang đi, có thể sẽ đạt được rào cản 5nm trong một thời gian rất ngắn và chúng ta sẽ thấy rằng các công ty lớn nghĩ ra để tiến xa hơn.

Về phần chúng tôi, chúng tôi rất vui mừng với những tiến bộ này, ngày càng nhanh hơn, thiết bị phức tạp hơn và với mức giá ổn định nếu chúng tôi đi đến các thành phần tầm trung cũng rất tốt.

Chúng tôi cũng đề nghị bài viết của chúng tôi về bộ xử lý lượng tử

• Bộ xử lý lượng tử là gì và nó hoạt động như thế nào?

Chúng tôi hy vọng rằng với bài viết này, bạn đã tìm hiểu thêm về các thành phần của bo mạch chủ và hoạt động cơ bản của nó. Đối với bất kỳ nghi ngờ, làm rõ hoặc lỗi, đừng ngần ngại cho chúng tôi biết.