چیپ (Chip) چیست؟ – آشنایی با تراشه الکترونیکی | به زبان ساده

احتمالاً هنگام صحبت در مورد رایانه‌ها، واژه‌های «چیپست» و «چیپ» را فراوان شنیده‌اید، اما چیپ چیست و چگونه بر عملکرد رایانه تأثیر می‌گذارد؟ در ادامه، به این پرسش‌ پاسخ خواهیم داد.

چیپ چیست ؟

در پاسخ به این پرسش که چیپ چیست باید بگوییم یک چیپ به عنوان مرکز ارتباطات «بورد اصلی» (Mainboard) یا همان «مادربورد» (Motherboard) و کنترل‌کننده ترافیک عمل می‌کند و در نهایت مشخص می‌کند چه اجزایی (از جمله رم، سی پی یو، هارد و کارت گرافیک) با مادربورد سازگار هستند. همچنین گزینه‌های ممکن برای توسعه یا اصطلاحاً ارتقای سیستم در آینده را تعیین می‌کند و مشخص می‌کند که در صورت امکان تا چه حد می‌توان سیستم را «اورکلاک» (Overclock) کرد (به زبان ساده، اورکلاک به معنی افزایش سرعت کلاک یا همان فرکانس کاری یکی از اجزای سخت‌افزاری است).

گاهی به چیپست، چیپ نیز می‌گویند. چیپست مجموعه تراشه‌هایی است که ارتباط بین همه زیرسیستم‌های رایانه را فراهم می‌کند. چیپ گذرگاه‌ها و وسایل الکترونیکی را برای تعامل پردازنده، حافظه و دستگاه‌های ورودی/خروجی فراهم می‌کند. چیپست‌های رایانه‌های شخصی که روی یک تا چهار تراشه قرار دارند، تقریباً برای تمام وسایل جانبی مشترک شامل کنترل‌کننده‌های داخلی تعبیه شده‌اند. اجزای اصلی مادربرد چیپست PC، سی‌پی‌یو، حافظه، کلاک، گذرگاه‌ها و BIOS هستند.

تاریخچه مختصری از چیپ‌ها

در گذشته، مادربوردهای رایانه‌ها از مدارهای مجزا تشکیل شده بود. این امر به طور کلی به یک چیپ جدا یا چیپ‌هایی برای کنترل هریک از اجزای سیستم از قبیل موس، صفحه‌کلید، گرافیک، صدا و غیره نیاز داشت. همان‌طور که می‌توانید تصور کنید، پراکندگی تراشه‌های مختلف بسیار ناکارآمد است. برای رفع این مشکل، مهندسان کامپیوتر به طراحی سیستم بهتری نیاز داشتند و شروع به ادغام این تراشه‌های متفاوت در تعداد تراشه‌های کمتری کردند.

با ظهور گذرگاه PCI، طرح جدیدی به نام «پل» (Bridge‌) به وجود آمد. مادربوردها به جای دسته‌ای از تراشه‌ها، یک «پل شمالی» (Northbridge) و یک «پل جنوبی» (Southbridge) داشتند که فقط از دو تراشه تشکیل شده بود و وظایف و اهداف بسیار خاصی داشتند.

تراشه پل شمالی به این دلیل به این نام شناخته می‌شد که در قسمت بالایی یا شمالی مادربورد قرار داشت. این تراشه مستقیماً به CPU متصل بود و به عنوان یک واسط ارتباطی برای اجزای سریع‌تر سیستم (RAM (کنترل‌کننده‌های حافظه)، کنترل‌کننده «پی‌سی‌آی اکس‌پرس» (PCI Express) و در طرح مادربوردهای قدیمی، کنترل‌کننده AGP) عمل می‌کرد. اگر این اجزا می‌خواستند با CPU ارتباط برقرار کنند، ابتدا باید با گذر از پل شمالی این کار را می‌کردند.

از طرف دیگر، پل جنوبی در سمت پایین (قسمت جنوبی) مادربورد قرار داشت. پل جنوبی وظیفه مدیریت اجزای کم‌کارتر مانند شکاف‌های گذرگاه PCI (برای کارت‌های توسعه)، رابط‌های SATA و IDE (برای هارد درایوها)، پورت‌های USB، بخش صوتی و شبکه داخلی و سایر موارد را بر عهده داشت.

برای اینکه این اجزا با CPU ارتباط برقرار کنند، ابتدا باید از پل جنوبی عبور می‌کردند، سپس به پل شمالی مرتبط می‌شدند و از آنجا به CPU ارتباط پیدا می‌کردند.

این تراشه‌ها به عنوان «چیپست» یا «چیپ» شناخته شدند، زیرا به معنای واقعی مجموعه‌ای از تراشه‌ها بودند.

حرکت به سوی یکپارچه‌سازی کامل

به مرور زمان، طراحی سنتی قدیمی پل شمالی و پل جنوبی بهبود پیدا کرد و جای خود را به چیپست امروز داد که دیگر مجموعه‌ای از تراشه‌ها نیستند و یک چیپ را تشکیل می‌دهند. امروزه، معماری قدیمی پل شمالی/پل جنوبی به یک سیستم مدرن و تک‌تراشه‌ای تبدیل شده است. بسیاری از اجزا، مانند کنترل‌کننده‌های حافظه و گرافیک، اکنون مستقیماً در پردازنده مرکزی ادغام و کنترل می‌شوند. با انتقال این کنترل‌کننده‌های با اولویت بالاتر به CPU، سایر وظایف باقیمانده به یک تراشه مشابه پل جنوبی منتقل می‌شوند.

به عنوان مثال، سیستم‌های جدید اینتل از Platform Controller Hub یا PCH استفاده می‌کنند که در واقع یک تراشه در مادربرد است که وظایفی را بر عهده دارد که تراشه قدیمی پل جنوبی قبلاً اداره می‌کرد. PCH از طریق چیزی به نام Direct Media Interface یا DMI به CPU متصل می‌شود. DMI در واقع نوآوری جدیدی نیست و از سال 2004 به بعد روش سنتی اتصال پل شمالی به پل جنوبی در سیستم‌های اینتل بوده است.

چیپ‌های AMD تفاوت چندانی ندارند، به طوری که پل جنوبی اکنون Fusion Controller Hub یا FCH نامیده می‌شود. CPU و FCH در سیستم‌های AMD از طریق Unified Media Interface یا UMI به یکدیگر متصل می‌شوند. این معماری در اصل همان معماری Intel است، اما با نام‌های متفاوت.

بسیاری از پردازنده‌های مرکزی Intel و AMD دارای گرافیک داخلی نیز هستند، بنابراین نیازی به کارت گرافیک اختصاصی نیست (مگر اینکه کارهای فشرده‌تری مانند بازی یا ویرایش ویدیو انجام دهید). (AMD از این تراشه‌ها به جای CPU به عنوان واحدهای پردازش سریع یا APU یاد می‌کند، اما این اصطلاح بیشتر یک اصطلاح بازاریابی است که به افراد کمک می‌کند بین پردازنده‌های AMD با گرافیک یکپارچه و سایر موارد تفاوت قائل شوند.)

بنابراین، مواردی مانند کنترل‌کننده‌های ذخیره‌سازی (پورت‌های SATA)، کنترل‌کننده‌های شبکه و همه آن‌ اجزایی که قبلاً عملکرد کمی داشتند، اکنون فقط یک «گام» (Hop) دارند. به جای رفتن از پل جنوبی به پل شمالی به CPU، می‌توانند از PCH (یا FCH) به CPU بروند. در نتیجه، تأخیر کاهش یافته و پاسخ‌گویی سیستم بهبود می‌یابد.

اهمیت چیپ چیست و چه چیزهایی را تعیین می‌کند؟

اکنون که به یک دید کلی در مورد اینکه چیپ چیست رسیده‌ایم، این پرسش پیش می‌آید که دلیل اهمیت چیپ چیست و چه نقشی در سیستم دارد. چیپ رایانه سه مورد اصلی را تعیین می‌کند: سازگاری اجزا (از چه CPU و رمی می‌توانید استفاده کنید)، گزینه‌های ارتقا (چند کارت PCI می‌توانید استفاده کنید) و قابلیت اورکلاک شدن. در ادامه، درباره هریک از این موارد با جزئیات بیشتری بحث می‌کنیم.

چیپ سازگاری بخش‌های مختلف را مشخص می‌کند

انتخاب اجزا و قطعات مختلف موضوع مهمی در حیطه سخت‌افزاری رایانه‌ها است. آیا سیستم جدید شما آخرین نسل پردازنده Intel Core i7 خواهد بود یا مایلید به چیزی کمی قدیمی‌تر (و ارزان‌تر) بسنده کنید؟ آیا می‌خواهید رم DDR4 با ساعت یا همان کلاک بالاتر داشته باشید یا با DDR3 مشکلی ندارید؟ چه تعداد و چه نوع هارد دیسکی را به متصل می‌کنید؟ آیا به Wi-Fi داخلی احتیاج دارید یا از اترنت استفاده می‌کنید؟ از چندین کارت گرافیک استفاده می‌کنید یا یک کارت گرافیک واحد دارید؟

با این پرسش‌ها و در نظر گرفتن همه ملاحظات، احتمالاُ دچار سردرگمی می‌شوید. اما در اینجا نقش چیپ چیست ؟ چیپ‌های بهتر گزینه‌های بیشتر (و جدیدتری) را ارائه می‌دهند. قیمت نیز در اینجا عامل تعیین‌کننده مهمی خواهد بود. نیازی به گفتن این موضوع نیست که هرچه سیستم بزرگ‌تر و بهتر باشد، هزینه آن نیز بیشتر خواهد شد.

چیپ گزینه‌های ممکن ارتقای سیستم را تعیین می‌کند

اما نقش دوم چیپ چیست ؟ چیپ فضای کافی برای کارت‌های توسعه (مانند کارت گرافیک، تیونر تلویزیون، کارت RAID و...) را به لطف گذرگاه‌هایی که از آن‌ تعبیه شده در سیستم تعیین می‌کند.

اجزای سیستم و تجهیزات جانبی (CPU ،RAM، کارت‌های توسعه، چاپگرها و غیره) از طریق «گذرگاه» به مادربورد متصل می‌شوند. هر مادربورد شامل چندین نوع مختلف باس یا گذرگاره است که از نظر سرعت و پهنای باند می‌توانند متفاوت باشند، اما برای سادگی می‌توانیم آن‌ها را به دو گذرگاه خارجی (از جمله USB، سریال و موازی) و گذرگاه داخلی تقسیم کنیم.

گذرگاه اصلی داخلی موجود در مادربوردهای مدرن با نام PCI Express یا  PCIe شناخته می‌شود. PCIe از «خطوط یا مسیرهای ارتباطی» (Lanes) استفاده می‌کند که به اجزای داخلی مانند RAM و کارت‌های توسعه اجازه می‌دهد تا با CPU و بالعکس ارتباط برقرار کنند.

یک «خط» (Lane) دو جفت اتصال سیمی است که یک جفت از آن داده را می‌فرستد و دیگری داده را دریافت می‌کند. بنابراین، یک خط پی‌سی‌آی اکسپرس 1x از چهار سیم تشکیل می‌شود، 2x دارای هشت سیم است و... . هرچه تعداد سیم بیشتر باشد، داده‌های بیشتری قابل تبادل است. اتصال 1x می‌تواند 250 مگابایت را در هر جهت اداره کند، 2x قابلیت مدیریت 512 مگابایت را دارد و ... .

تعداد مسیرهای ارتباطی در دسترس شما به تعداد مسیرهای ارتباطی مادربرد و همچنین ظرفیت پهنای باند (تعداد مسیرهای ارتباطی) پردازنده بستگی دارد. به عنوان مثال، بسیاری از پردازنده‌های کامپیوترهای رومیزی اینتل دارای 16 مسیر ارتباطی هستند (پردازنده‌های نسل جدید 28 یا حتی 40 خط ارتباطی دارند). مادربوردهای چیپست Z170 تعداد ۲۰ خط دیگر دارند که در مجموع 36 عدد است.

بسته به پردازنده مرکزی که استفاده می‌کنید، چیپست X99 دارای 8 خط PCI Express 2.0 و حداکثر 40 خط PCI Express 3.0 است.

بنابراین، در یک مادربورد Z170، یک کارت گرافیک PCI Express 16x به تنهایی از 16 خط استفاده خواهد کرد. در نتیجه، شما می‌توانید دو عدد از این‌ها را با هم در Z170 با سرعت کامل استفاده کنید و چهار خط دیگر برای اجزای اضافه باقی می‌ماند. به همین ترتیب، شما می‌توانید یک کارت PCI Express 3.0 را در بیش از 16 خط (16 برابر) و دو کارت در بیش از 8 خط (8 برابر) یا چهار کارت در 8 برابر (اگر مادربوردی خریداری کنید که این قابلیت را داشته باشد) داشته باشید.

اجرای چندین کارت با 8x به جای 16x، تنها موجب کاهش عملکرد به اندازه چند فریم در ثانیه خواهد شد. به همین ترتیب، بعید است که تفاوتی بین PCIe 3.0 و PCIe 2.0 نیز مشاهده کنید و این تفاوت اغلب کمتر از 10 درصد است.

اما اگر قصد داشته باشید کارت‌های توسعه زیادی داشته باشید (مانند دو کارت گرافیک، تیونر تلویزیون و کارت Wi-Fi) می‌توانید خیلی سریع شیارهای مادربورد را پر کنید. در بسیاری از موارد، قبل از اینکه تمام پهنای باند PCIe خود را استفاده کنید، دیگر شیار خالی نخواهید داشت. اما در موارد دیگر، باید مطمئن شوید که پردازنده و مادربورد شما دارای خطوط کافی برای پشتیبانی از تمام کارت‌هایی است که می‌خواهید اضافه کنید (یا ظرفیت خطوط تکمیل می‌شود و ممکن است بعضی از کارت‌ها کار نکنند).

چیپ قابلیت اورکلاک کردن را مشخص می‌کند

دیدیم که نقش سوم چیپ چیست و مشخص می‌کند که کدام قسمت‌ها با سیستم شما سازگار هستند و از چند کارت توسعه می‌توانید استفاده کنید. اما نقش دیگر چیپ چیست ؟ نقش سوم یک مورد تعیین‌کننده بوده و اورکلاک کردن نام دارد.

به زبان ساده، «اورکلاک کردن» (Overclocking) به معنای افزایش سرعت کلاک به بالاتر از آن چیزی است که جزء مورد نظر برای کار در آن طراحی شده است. بسیاری از افراد بدون افزایش هزینه بیشتر، CPU یا GPU خود را برای افزایش کارایی در بازی‌ها یا سایر عملکردها اورکلاک می‌کنند. در کنار افزایش سرعت، مصرف انرژی و تولید گرما نیز بیشتر می‌شود که می‌تواند پایداری را تحت تأثیر قرار دهد و موجب کاهش طول عمر قطعات شود. همچنین برای اطمینان از خنک نگه داشتن سیستم به هیت سینک‌ها و فن‌های بزرگ‌تر (یا خنک‌کننده مایع) نیاز خواهد بود.

البته باید در نظر داشت که تنها CPUهای خاصی برای اورکلاکینگ ایده‌آل هستند. علاوه بر این، فقط چیپست‌های خاصی امکان اورکلاک شدن را دارند و بعضی از آن‌ها ممکن است به سیستم عامل خاصی برای فعال کردن آن نیاز داشته باشند. بنابراین، اگر می‌خواهید اورکلاک کنید، هنگام خرید مادربورد، باید چیپست را در نظر بگیرید.

تراشه‌هایی که امکان اورکلاک را فراهم می‌کنند، کنترل‌های لازم (ولتاژ، ضرب، کلاک پایه و غیره) را در UEFI یا BIOS خود دارند تا سرعت کلاک پردازنده را افزایش دهند. اگر چیپست از پس اورکلاک برنیاید، دیگر آن کنترل‌ها وجود نخواهد داشت (یا اگر هم وجود داشته باشند، کاربردی نخواهند داشت). بنابراین اگر اورکلاکینگ برایتان مهم است، باید بدانید که چه چیپ‌هایی برای آن مناسب‌ترند.

فیلم آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - مقدماتی

برای آشنایی با معماری کامپیوتر، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - مقدماتی مراجعه کنید که توسط فرادرس ارائه شده است. این آموزش در ۲۰ ساعت و ۲۸ دقیقه و در قالب ۱۰ درس ارائه شده است. در درس اول این آموزش، مقدمه‌ای بر مدارات منطقی و مجتمع بیان شده و انتقال ثبات - ریزعمل‌ها موضوع درس دوم آن است. طراحی کامپیوتر پایه و برنامه نویسی کامپیوتر پایه نیز در درس‌های سوم و چهارم معرفی شده‌اند.

واحد کنترل و طراحی واحد پردازشگر مرکزی نیز، به ترتیب، موضوع درس‌های پنجم و ششم هستند. در درس هفتم خط لوله (پایپ لاین)، پردازش موازی، پردازش برداری آموزش داده شده است. الگوریتم‌های محاسباتی، سازمان ورودی - خروجی و سازمان حافظه نیز موضوع درس‌های هشتم تا دهم این آموزش هستند.

• برای مشاهده فیلم آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - مقدماتی + اینجا کلیک کنید.

فیلم آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - پیشرفته

یکی دیگر از آموزش‌های معماری کامپیوتر فرادرس، آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - پیشرفته است. این آموزش ۱۳ ساعت و ۴۳ دقیقه‌ای در ۵ درس ارائه شده است. در درس اول این آموزش مقدمات موازات مورد بحث قرار گرفته است. شبکه‌های ارتباطی موضوع درس دوم است. کارایی مقیاس‌پذیر و پایپ لاین (خط لوله) نیز موضوعاتی هستند که به طور کامل در درس‌های سوم و چهارم این آموزش بیان شده‌اند. در نهایت، موضوع درس پنجم حافظه است.

• برای مشاهده فیلم آموزش معماری کامپیوتر با رویکرد حل مساله - پیشرفته + اینجا کلیک کنید.