Anakart
Anakart (anakart, ana devre kartı, mb, mboard, arka panel kartı, taban kartı, sistem kartı, mantık kartı (yalnızca Apple bilgisayarlarda) veya mobo olarak da adlandırılır), genel amaçlı bilgisayarlarda ve diğer genişletilebilir sistemlerde ana baskılı devre kartıdır (PCB). Merkezi işlem birimi (CPU) ve bellek gibi bir sistemin önemli elektronik bileşenlerinin çoğunu tutar ve bunlar arasındaki iletişime izin verir ve diğer çevre birimleri için konektörler sağlar. Bir arka panelden farklı olarak, bir anakart genellikle merkezi işlemci, yonga setinin giriş/çıkış ve bellek denetleyicileri, arayüz konektörleri ve genel kullanım için entegre edilmiş diğer bileşenler gibi önemli alt sistemler içerir. ⓘ
Anakart, özellikle genişleme özelliklerine sahip bir PCB anlamına gelir. Adından da anlaşılacağı gibi, bu kart genellikle çevre birimleri, arabirim kartları ve ek kartları içeren kendisine bağlı tüm bileşenlerin "anası" olarak adlandırılır: ses kartları, video kartları, ağ kartları, ana bilgisayar veri yolu adaptörleri, TV tuner kartları, IEEE 1394 kartları; ve çeşitli diğer özel bileşenler. ⓘ
Benzer şekilde, anakart terimi, lazer yazıcılar, televizyon setleri, çamaşır makineleri, cep telefonları ve sınırlı genişleme yeteneklerine sahip diğer gömülü sistemlerdeki kontrol kartları gibi tek bir karta sahip olan ve ek genişletme veya yetenek içermeyen bir cihazı tanımlar. ⓘ
Tarihçe
Mikroişlemcinin icadından önce, dijital bilgisayar, birbirine bağlı soketlerden oluşan bir arka panel ile bağlanan bileşenlere sahip bir kart kafesi kasasındaki çok sayıda baskılı devre kartından oluşuyordu. Çok eski tasarımlarda, bakır teller kart konektör pimleri arasındaki ayrı bağlantılardı, ancak baskılı devre kartları kısa sürede standart uygulama haline geldi. Merkezi işlem birimi (CPU), bellek ve çevre birimleri, arka panele takılan ayrı ayrı baskılı devre kartlarına yerleştirildi. 1970'lerin her yerde bulunan S-100 veri yolu bu tür arka panel sistemine bir örnektir. ⓘ
Apple II ve IBM PC gibi 1980'lerin en popüler bilgisayarları, hızlı tersine mühendislik ve üçüncü taraf yedek anakartlara izin veren şematik diyagramlar ve diğer belgeler yayınladı. Genellikle örneklerle uyumlu yeni bilgisayarlar inşa etmek için tasarlanan birçok anakart, ek performans veya diğer özellikler sunuyor ve üreticinin orijinal ekipmanını yükseltmek için kullanılıyordu. ⓘ
1980'lerin sonu ve 1990'ların başında, artan sayıda çevre birimi işlevini anakarta taşımak ekonomik hale geldi. 1980'lerin sonlarında, kişisel bilgisayar anakartları bir dizi düşük hızlı çevre birimini destekleyebilen tek IC'ler (Süper I/O çipleri olarak da adlandırılır) içermeye başladı: PS/2 klavye ve fare, disket sürücü, seri portlar ve paralel portlar. 1990'ların sonlarına doğru, birçok kişisel bilgisayar anakartı, herhangi bir genişletme kartına ihtiyaç duymadan tüketici sınıfı gömülü ses, video, depolama ve ağ işlevlerini içeriyordu; 3D oyun ve bilgisayar grafikleri için üst düzey sistemler tipik olarak yalnızca grafik kartını ayrı bir bileşen olarak tutuyordu. İş bilgisayarları, iş istasyonları ve sunucuların daha güçlü işlevler ya da daha yüksek hızlar için genişleme kartlarına ihtiyaç duyma olasılığı daha yüksekti; bu sistemler genellikle daha az gömülü bileşene sahipti. ⓘ
1990'larda geliştirilen dizüstü ve notebook bilgisayarlar en yaygın çevre birimlerini entegre etmiştir. Hatta bu, yüzyılın başından sonra (tablet bilgisayar ve netbook gibi) daha küçük sistemler tanıtıldıkça devam edecek bir eğilim olan yükseltilebilir bileşenleri olmayan anakartları da içeriyordu. Bellek, işlemciler, ağ denetleyicileri, güç kaynağı ve depolama bazı sistemlere entegre edilecekti. ⓘ
Tasarım
Bir anakart, sistemin diğer bileşenlerinin iletişim kurduğu elektrik bağlantılarını sağlar. Bir arka panelden farklı olarak, merkezi işlem birimini de içerir ve diğer alt sistemleri ve aygıtları barındırır. ⓘ
Tipik bir masaüstü bilgisayarın mikroişlemcisi, ana belleği ve anakarta bağlı diğer temel bileşenleri vardır. Harici depolama, görüntü ve ses denetleyicileri ve çevresel aygıtlar gibi diğer bileşenler anakarta takılabilir kartlar veya kablolar aracılığıyla bağlanabilir; modern mikrobilgisayarlarda, bu çevre birimlerinin bazılarının anakarta entegre edilmesi giderek yaygınlaşmaktadır. ⓘ
Bir anakartın önemli bir bileşeni, CPU ile çeşitli veri yolları ve harici bileşenler arasında destekleyici arayüzler sağlayan mikroişlemcinin destekleyici yonga setidir. Bu yonga seti bir dereceye kadar anakartın özelliklerini ve yeteneklerini belirler. ⓘ
Modern anakartlar şunları içerir:
- Bir veya daha fazla mikroişlemcinin takılabileceği CPU soketleri (veya CPU yuvaları). VIA Nano ve Goldmont Plus gibi bilyeli ızgara dizi paketlerindeki CPU'larda, CPU doğrudan anakarta lehimlenir.
- Sistemin ana belleğinin takılacağı bellek yuvaları, tipik olarak DRAM yongaları içeren DIMM modülleri şeklinde DDR3, DDR4, DDR5 veya yerleşik LPDDRx olabilir.
- CPU, ana bellek ve çevresel veri yolları arasında bir arayüz oluşturan yonga seti
- Sistemin aygıt yazılımını veya BIOS'unu içeren uçucu olmayan bellek yongaları (genellikle modern anakartlarda Flash ROM)
- Çeşitli bileşenleri senkronize etmek için sistem saat sinyalini üreten saat jeneratörü
- Genişleme kartları için yuvalar (yonga seti tarafından desteklenen veri yolları üzerinden sisteme arayüz)
- Bilgisayar güç kaynağından elektrik gücü alan ve bunu CPU, yonga seti, ana bellek ve genişletme kartlarına dağıtan güç konektörleri. 2007 itibariyle, bazı grafik kartları (örneğin GeForce 8 ve Radeon R600) anakartın sağlayabileceğinden daha fazla güce ihtiyaç duymaktadır ve bu nedenle bunları doğrudan güç kaynağına bağlamak için özel konektörler tanıtılmıştır
- Sabit disk sürücüleri, optik disk sürücüleri veya katı hal sürücüleri için konektörler, tipik olarak SATA ve NVMe artık. ⓘ
Ayrıca, neredeyse tüm anakartlar, fare aygıtları ve klavyeler için USB gibi yaygın olarak kullanılan giriş aygıtlarını desteklemek için mantık ve konektörler içerir. Apple II veya IBM PC gibi ilk kişisel bilgisayarlar anakart üzerinde yalnızca bu asgari çevre birimi desteğini içeriyordu. Bazen video arayüz donanımı da anakarta entegre edilmiştir; örneğin Apple II'de ve nadiren IBM PC Jr. gibi IBM uyumlu bilgisayarlarda. Disk denetleyicileri ve seri portlar gibi ek çevre birimleri genişleme kartları olarak sağlanmıştır. ⓘ
Yüksek hızlı bilgisayar CPU'larının ve bileşenlerinin yüksek termal tasarım gücü göz önüne alındığında, modern anakartlar neredeyse her zaman fazla ısıyı dağıtmak için ısı alıcıları ve fanlar için montaj noktaları içerir. ⓘ
Tipik bir masaüstü bilgisayarın anakartı büyükçe bir baskılı devre kartından ibarettir. Elektronik bileşen ve bağlantıları üzerinde barındırmasının yanında, rahatlıkla gözle görülebilen ve diğer bilgisayar donanımlarının takılabileceği soket, slot ve başlıklar gibi yapıları da içerir. ⓘ
Anakartların çoğu asgarî şu bileşenleri içerir: ⓘ
Günümüz bilgisayarlarının çoğu, yüksek hızlı işlemci ve diğer bileşenlerin soğutulması için gerekli soğutucu ve ısı emicilerin monte edilebilmesi için gerekli olabilecek vida yuvalarına sahiptir. ⓘ
Form faktörü
Anakartlar, bazıları her bir bilgisayar üreticisine özgü olmak üzere, form faktörü adı verilen çeşitli boyut ve şekillerde üretilir. Ancak IBM uyumlu sistemlerde kullanılan anakartlar çeşitli kasa boyutlarına uyacak şekilde tasarlanmıştır. 2005 yılı itibariyle, çoğu masaüstü bilgisayar anakartı ATX standart form faktörünü kullanmaktadır - Macintosh ve Sun bilgisayarlarda bulunanlar bile, emtia bileşenlerinden üretilmemiştir. Bir kasanın anakartı ve güç kaynağı ünitesi (PSU) form faktörü eşleşmelidir, ancak aynı aileden bazı daha küçük form faktörlü anakartlar daha büyük kasalara uyacaktır. Örneğin, bir ATX kasa genellikle bir microATX anakartı barındıracaktır. Dizüstü bilgisayarlar genellikle son derece entegre, minyatürleştirilmiş ve özelleştirilmiş anakartlar kullanır. Bu, dizüstü bilgisayarların yükseltilmesinin zor ve tamirinin pahalı olmasının nedenlerinden biridir. Genellikle bir dizüstü bilgisayar bileşeninin arızalanması, tüm anakartın değiştirilmesini gerektirir ve bu da genellikle bir masaüstü anakarttan daha pahalıdır ⓘ
CPU soketleri
Bir CPU soketi (merkezi işlem birimi) veya yuvası, bir Baskılı Devre Kartına (PCB) takılan ve bir CPU (mikroişlemci olarak da adlandırılır) barındırmak üzere tasarlanmış elektrikli bir bileşendir. Çok yüksek pin sayıları için tasarlanmış özel bir entegre devre soketi türüdür. Bir CPU soketi, CPU'yu desteklemek için fiziksel bir yapı, bir ısı emici için destek, değiştirmeyi kolaylaştırma (maliyeti düşürmenin yanı sıra) ve en önemlisi hem CPU hem de PCB ile elektriksel bir arayüz oluşturma gibi birçok işlev sağlar. Anakart üzerindeki CPU soketleri, çoğu masaüstü ve sunucu bilgisayarda (dizüstü bilgisayarlar tipik olarak yüzeye monte CPU'lar kullanır), özellikle de Intel x86 mimarisine dayalı olanlarda bulunabilir. Bir CPU soket tipi ve anakart yonga seti CPU serisini ve hızını desteklemelidir. ⓘ
Entegre çevre birimleri
Entegre devrelerin maliyetlerinin ve boyutlarının giderek azalmasıyla birlikte, anakart üzerinde birçok çevre birimi için destek sağlamak artık mümkün hale gelmiştir. Birçok fonksiyonu tek bir PCB üzerinde bir araya getirerek sistemin fiziksel boyutu ve toplam maliyeti azaltılabilir; bu nedenle yüksek entegre anakartlar özellikle küçük form faktörlü ve ekonomik bilgisayarlarda popülerdir.
- SATA sürücüler ve tarihsel PATA sürücüler için disk denetleyicileri.
- Tarihsel disket denetleyicisi
- VGA, DVI, HDMI, DisplayPort ve TV çıkışı ile 2D ve 3D grafikleri destekleyen entegre grafik denetleyicisi
- 8 kanallı (7.1) ses ve S/PDIF çıkışını destekleyen entegre ses kartı
- LAN'a bağlanmak ve İnternet almak için Ethernet ağ denetleyicisi
- USB denetleyici
- Kablosuz ağ arayüz denetleyicisi
- Bluetooth kontrol cihazı
- Yazılımın bilgisayar bileşenlerinin sağlığını izlemesine olanak tanıyan sıcaklık, voltaj ve fan hızı sensörleri. ⓘ
Çevresel kart yuvaları
Tipik bir anakart, standardına ve form faktörüne bağlı olarak farklı sayıda bağlantıya sahip olacaktır. ⓘ
Standart, modern bir ATX anakart tipik olarak grafik kartı için iki veya üç PCI-Express x16 bağlantısına, çeşitli genişletme kartları için bir veya iki eski PCI yuvasına ve bir veya iki PCI-E x1'e (PCI'ın yerini almıştır) sahip olacaktır. Standart bir EATX anakart, grafik kartları için iki ila dört PCI-E x16 bağlantısına ve değişen sayıda PCI ve PCI-E x1 yuvasına sahip olacaktır. Bazen bir PCI-E x4 yuvasına da sahip olabilir (marka ve modellere göre değişir). ⓘ
Bazı anakartlar, özel donanım olmadan 2'den fazla monitöre izin vermek için iki veya daha fazla PCI-E x16 yuvasına sahiptir veya SLI (Nvidia için) ve Crossfire (AMD için) adı verilen özel bir grafik teknolojisi kullanır. Bunlar 2 ila 4 grafik kartının birbirine bağlanmasına izin vererek oyun, video düzenleme vb. gibi yoğun grafik işlem görevlerinde daha iyi performans sağlar. ⓘ
Daha yeni anakartlarda M.2 yuvaları SSD ve/veya Kablosuz ağ arayüz denetleyicisi içindir. ⓘ
Sıcaklık ve güvenilirlik
Anakartlar genellikle modern anakartlardaki daha büyük yongalara monte edilen ısı alıcıları ile hava soğutmalıdır. Yetersiz ya da yanlış soğutma bilgisayarın iç bileşenlerine zarar verebilir ya da bilgisayarın çökmesine neden olabilir. Pasif soğutma veya güç kaynağına monte edilmiş tek bir fan, 1990'ların sonlarına kadar birçok masaüstü bilgisayar CPU'su için yeterliydi; o zamandan beri, artan saat hızları ve güç tüketimi nedeniyle çoğu, ısı alıcılarına monte edilmiş CPU fanlarına ihtiyaç duymaktadır. Çoğu anakartta ek bilgisayar fanları için konektörler ve anakart ve CPU sıcaklıklarını tespit etmek için entegre sıcaklık sensörleri ve BIOS veya işletim sisteminin fan hızını düzenlemek için kullanabileceği kontrol edilebilir fan konektörleri bulunur. Alternatif olarak bilgisayarlar çok sayıda fan yerine su soğutma sistemi kullanabilir. ⓘ
Sessiz ve enerji tasarruflu çalışma için tasarlanmış bazı küçük form faktörlü bilgisayarlar ve ev sineması PC'leri fansız tasarımlara sahiptir. Bu tipik olarak düşük güçlü bir CPU kullanımının yanı sıra anakartın ve diğer bileşenlerin ısı emici yerleşimine izin verecek şekilde dikkatli bir şekilde düzenlenmesini gerektirir. ⓘ
2003 yılında yapılan bir çalışmada, ekran görüntüsü bozulmalarından G/Ç okuma/yazma hatalarına kadar uzanan bazı sahte bilgisayar çökmeleri ve genel güvenilirlik sorunlarının yazılım veya çevre donanımına değil, PC anakartlarındaki eskiyen kapasitörlere atfedilebileceği bulunmuştur. Nihayetinde bunun, kapasitör vebası olarak adlandırılan bir sorun olan hatalı elektrolit formülasyonunun bir sonucu olduğu gösterilmiştir. ⓘ
Modern anakartlar, kartın etrafına dağıtılan DC gücünü filtrelemek için elektrolitik kapasitörler kullanır. Bu kapasitörler, su bazlı elektrolitleri yavaşça buharlaştığı için sıcaklığa bağlı bir oranda yaşlanır. Bu durum kapasitans kaybına ve ardından voltaj dengesizlikleri nedeniyle anakart arızalarına yol açabilir. Çoğu kapasitör 105 °C'de (221 °F) 2000 saatlik çalışma için derecelendirilmiş olsa da, beklenen tasarım ömürleri bunun altındaki her 10 °C (18 °F) için kabaca iki katına çıkar. 65 °C'de (149 °F) 3 ila 4 yıllık bir kullanım ömrü beklenebilir. Ancak birçok üretici, kullanım ömrünü önemli ölçüde azaltan standart altı kapasitörler sunmaktadır. Yetersiz kasa soğutması ve CPU soketi çevresindeki yüksek sıcaklıklar bu sorunu daha da kötüleştirir. Üstten üfleyicilerle anakart bileşenleri 95 °C'nin (203 °F) altında tutulabilir ve bu da anakart ömrünü etkili bir şekilde iki katına çıkarır. ⓘ
Öte yandan orta ve üst seviye anakartlar yalnızca katı kapasitörler kullanır. Her 10 °C'lik azalma için ortalama ömürleri yaklaşık üç katına çıkar ve 65 °C'de (149 °F) 6 kat daha yüksek bir ömür beklentisi ile sonuçlanır. Bu kapasitörler 105 °C'de (221 °F) 5000, 10000 veya 12000 saatlik çalışma için derecelendirilebilir ve standart katı kapasitörlere kıyasla öngörülen kullanım ömrünü uzatır. ⓘ
Masaüstü ve dizüstü bilgisayarlarda anakart soğutma ve izleme çözümleri genellikle Süper I/O veya Gömülü Denetleyiciye dayanır. ⓘ
Önyükleme
Anakartlar, donanım cihazlarını başlatmak ve çevresel bir cihazdan işletim sistemi yüklemek için bir ROM (ve daha sonra EPROM, EEPROM, NOR flash) içerir. Apple II ve IBM PC gibi mikrobilgisayarlar anakart üzerindeki yuvalara monte edilmiş ROM çipleri kullanıyordu. Açılışta, merkezi işlemci birimi program sayacına Boot ROM'un adresini yükler ve Boot ROM'dan talimatları yürütmeye başlardı. Bu talimatlar sistem donanımını başlatır ve test eder, ekranda sistem bilgilerini görüntüler, RAM kontrolleri yapar ve ardından çevresel bir cihazdan bir işletim sistemi yüklerdi. Hiçbiri mevcut değilse, bilgisayarın modeline ve tasarımına bağlı olarak bilgisayar diğer ROM depolarından görevleri yerine getirir veya bir hata mesajı görüntüler. Örneğin, hem Apple II hem de orijinal IBM PC'de Cassette BASIC (ROM BASIC) vardı ve disketten ya da sabit diskten herhangi bir işletim sistemi yüklenemediğinde bunu başlatıyordu. ⓘ
Modern anakart tasarımlarının çoğu, bir işletim sistemini başlatmak için anakarta lehimlenmiş veya soketlenmiş bir EEPROM veya NOR flash yongasında saklanan bir BIOS kullanır. Bilgisayar açıldığında BIOS ürün yazılımı belleği, devreyi ve çevre birimlerini test eder ve yapılandırır. Bu Açılışta Kendi Kendine Test (POST) aşağıdakilerden bazılarının test edilmesini içerebilir:
- Ekran kartı
- Geleneksel PCI ve PCI Express gibi yuvalara takılan genişleme kartları
- Tarihsel disket sürücüsü
- Donanım izleme için sıcaklıklar, voltajlar ve fan hızları
- BIOS yapılandırmasını saklamak için kullanılan CMOS belleği
- Klavye ve Fare
- Ses kartı
- Ağ bağdaştırıcısı
- Optik sürücüler: CD-ROM veya DVD-ROM
- Sabit disk sürücüsü ve katı hal sürücüsü
- Parmak izi okuyucu gibi güvenlik cihazları
- USB yığın depolama aygıtı gibi USB aygıtları ⓘ
Birçok anakart artık UEFI adı verilen BIOS'un bir halefini kullanmaktadır. Microsoft, bir sistemin Windows 8'i çalıştırmak üzere sertifikalandırılması için bunu zorunlu tutmaya başladıktan sonra popüler hale geldi. ⓘ