Papan induk

Papan induk (juga disebut mainboard, papan sirkuit utama, papan sistem, baseboard papan planar, papan logika,^[1] dan mobo) adalah papan sirkuit cetak utama (Printed Circuit Board (PCB)) di komputer. Komponen ini memungkinkan perangkat-perangkat elektronik penting pada suatu sistem terhubung satu sama lain, misalnya unit pemrosesan sentral (Central Processing Unit (CPU)) dan memori. Selain itu juga menyediakan konektor untuk perangkat tambahan lain seperti mesin pencetak, pemindai, atau mikrofon. Tidak seperti backplane, papan induk biasanya berisi sub-sistem penting, seperti prosesor pusat, pengontrol input/output dan memori chipset, konektor antarmuka, dan komponen lain yang terintegrasi untuk penggunaan umum.

Papan induk secara khusus berarti PCB dengan kemampuan yang dapat diperluas. Seperti namanya, papan ini sering disebut sebagai "ibu" dari semua komponen yang menyertainya, yang sering kali mencakup periferal, kartu antarmuka, dan daughtercards: kartu suara, kartu video, kartu jaringan, hard drive, dan bentuk lain dari penyimpanan persisten; Kartu TV tuner, kartu yang menyediakan slot USB atau FireWire ekstra; dan berbagai komponen kustom lainnya.

Demikian pula, istilah mainboard menggambarkan perangkat dengan papan tunggal dan tidak ada perluasan atau kemampuan tambahan, seperti papan pengendali di mesin cetak laser, set televisi, mesin cuci, ponsel, dan sistem tertanam lainnya dengan kemampuan ekspansi terbatas.

Istilah papan logika mengacu pada merek tertentu, yang diciptakan oleh Apple pada awal 1980-an untuk papan induk di komputer Macintosh.^[2]

Sejarah

Sebelum penemuan mikroprosesor, komputer digital terdiri dari beberapa papan sirkuit cetak dalam kotak kandang kartu dengan komponen yang dihubungkan oleh bidang belakang, satu set soket yang saling berhubungan. Dalam desain yang sangat tua, kabel tembaga adalah koneksi terpisah antara pin konektor kartu, tetapi papan sirkuit tercetak segera menjadi praktik standar. Unit pemrosesan sentral (CPU), memori, dan periferal ditempatkan pada papan sirkuit tercetak individual, yang dihubungkan ke bidang belakang. Bus S-100 yang ada di mana-mana pada tahun 1970-an adalah contoh dari jenis sistem bidang belakang ini.

Komputer paling populer di tahun 1990-an seperti Apple II dan IBM PC telah menerbitkan diagram skematik dan dokumentasi lain yang memungkinkan papan induk dengan rekayasa balik dan penggantian pihak ketiga yang cepat. Biasanya ditujukan untuk membangun komputer baru yang kompatibel dengan contoh, banyak papan induk menawarkan kinerja tambahan atau fitur lain dan digunakan untuk meningkatkan peralatan asli pabrikan.

Desain

Sebuah papan induk menyediakan sambungan listrik yang digunakan komponen lain dari sistem untuk berkomunikasi. Tidak seperti bidang belakang, ini juga berisi unit pemrosesan pusat dan menampung subsistem dan perangkat lain.

Sebuah Komputer desktop pada umumnya memiliki mikroprosesor, memori utama, dan komponen penting lainnya yang terhubung ke papan induk. Komponen lain seperti penyimpanan eksternal, pengontrol untuk tampilan video dan suara, dan perangkat periferal dapat dipasang ke papan induk sebagai kartu plug-in atau melalui kabel; dalam mikrokomputer modern, semakin umum untuk mengintegrasikan beberapa periferal ini ke papan induk itu sendiri.

Papan induk modern meliputi:

Soket (atau slot) di mana satu atau lebih mikroprosesor dapat dipasang. Dalam kasus CPU dalam paket array grid bola, seperti VIA C3, CPU langsung disolder ke papan induk.^[4]
Slot memori tempat memori utama sistem akan dipasang, biasanya berupa modul DIMM yang berisi chip DRAM dapat berupa D3 atau D4
Sebuah chipset yang membentuk antarmuka antara bus sisi depan CPU, memori utama, dan bus periferal
Cip memori non-volatile (biasanya Flash ROM di papan induk modern) yang berisi firmware atau BIOS sistem
Sebuah generator jam yang menghasilkan sinyal jam sistem untuk menyinkronkan berbagai komponen
Slot untuk kartu ekspansi (antarmuka ke sistem melalui bus yang didukung oleh chipset)
Konektor daya, yang menerima daya listrik dari suplai daya komputer dan mendistribusikannya ke CPU, chipset, memori utama, dan kartu ekspansi. Per 2007, beberapa kartu grafis (misalnya GeForce 8 dan Radeon R600) memerlukan daya lebih dari yang dapat disediakan papan induk, dan dengan demikian konektor khusus telah diperkenalkan untuk memasangkannya langsung ke catu daya.^[5]
Konektor untuk hard drive, biasanya hanya untuk SATA.

Selain itu, hampir semua papan induk menyertakan logika dan konektor untuk mendukung perangkat input yang umum digunakan, seperti USB untuk perangkat mouse dan keyboard. Komputer pribadi awal seperti Apple II atau IBM PC hanya menyertakan dukungan periferal minimal ini pada papan induk.

Faktor bentuk

Papan induk diproduksi dalam berbagai ukuran dan bentuk yang disebut faktor bentuk komputer, beberapa di antaranya khusus untuk produsen komputer individu. Namun, papan induk yang digunakan dalam sistem yang kompatibel dengan IBM dirancang agar sesuai dengan berbagai ukuran casing. Sejak tahun 2005, sebagian besar papan induk komputer desktop menggunakan faktor bentuk standar ATX - bahkan yang ditemukan di komputer Macintosh dan Sun, yang tidak dibuat dari komponen komoditas. papan induk casing dan faktor bentuk unit suplai daya (PSU) semuanya harus cocok, meskipun beberapa papan induk dengan faktor bentuk yang lebih kecil dari keluarga yang sama akan cocok dengan casing yang lebih besar. Misalnya, casing ATX biasanya mengakomodasi papan induk microATX. Komputer umumnya menggunakan papan induk yang sangat terintegrasi, miniatur dan dapat disesuaikan.

Soket CPU

Sebuah Soket CPU (unit pemrosesan sentral) atau slot adalah komponen listrik yang dipasang ke Papan Sirkuit Cetak (PCB) dan dirancang untuk menampung CPU (juga disebut mikroprosesor). Ini adalah jenis soket sirkuit terintegrasi khusus yang dirancang untuk jumlah pin yang sangat tinggi. Soket CPU menyediakan banyak fungsi, termasuk struktur fisik untuk mendukung CPU, dukungan untuk penyekat panas, memfasilitasi penggantian (serta mengurangi biaya), dan yang terpenting, membentuk antarmuka listrik baik dengan CPU maupun PCB. Soket CPU pada papan induk paling sering ditemukan di sebagian besar desktop dan server komputer (laptop biasanya menggunakan CPU dudukan permukaan), terutama yang berbasis pada arsitektur Intel x86. Jenis soket CPU dan chipset papan induk harus mendukung seri dan kecepatan CPU.

Periferal terintegrasi

Dengan biaya dan ukuran sirkuit terintegrasi yang terus menurun, sekarang mungkin untuk menyertakan dukungan untuk banyak periferal pada papan induk. Dengan menggabungkan banyak fungsi pada satu PCB, ukuran fisik dan biaya total sistem dapat dikurangi; papan induk yang sangat terintegrasi dengan demikian sangat populer dalam faktor bentuk kecil dan komputer anggaran.

Pengontrol disk untuk drive floppy disk, drive PATA, dan drive SATA
Pengontrol grafis terintegrasi yang mendukung grafik 2D dan 3D, dengan output VGA dan TV
Kartu suara terintegrasi yang mendukung audio 8-channel (7.1) dan output S/PDIF
Pengontrol jaringan Ethernet untuk koneksi ke LAN dan untuk menerima Internet
Pengontrol USB
Pengontrol IrDA untuk komunikasi data inframerah (misalnya dengan telepon seluler atau printer berkemampuan IrDA)
Sensor suhu, voltase, dan kecepatan kipas yang memungkinkan perangkat lunak memantau kesehatan komponen komputer.

Suhu dan keandalan

Papan induk umumnya berpendingin udara dengan penyekat panas yang sering dipasang pada chip yang lebih besar di papan induk modern.^[6] Pendinginan yang tidak memadai atau tidak tepat dapat menyebabkan kerusakan pada komponen internal komputer, atau menyebabkan crash. Pendinginan pasif, atau kipas tunggal yang dipasang pada catu daya, cukup untuk banyak CPU komputer desktop hingga akhir 1990-an; sejak saat itu, sebagian besar memerlukan kipas CPU yang dipasang di penyekat panas, karena kecepatan clock dan konsumsi daya yang meningkat.

Sebuah studi tahun 2003 menemukan bahwa beberapa crash komputer palsu dan masalah keandalan umum, mulai dari distorsi gambar layar hingga kesalahan baca/tulis I/O, tidak dapat dikaitkan dengan perangkat lunak atau perangkat keras periferal, tetapi karena kapasitor yang menua pada papan induk PC. Pada akhirnya ini terbukti sebagai hasil dari formulasi elektrolit yang salah,^[7] sebuah masalah yang disebut wabah kapasitor.

Papan induk standar menggunakan kapasitor elektrolitik untuk menyaring daya DC yang didistribusikan ke seluruh papan. Kapasitor ini menua pada tingkat yang bergantung pada suhu, karena elektrolit berbasis airnya perlahan menguap. Hal ini dapat menyebabkan hilangnya kapasitansi dan kegagalan fungsi papan induk berikutnya karena ketidakstabilan tegangan. Sementara sebagian besar kapasitor diberi nilai untuk 2000 jam operasi pada 105°C (221° F),^[8] umur desain yang diharapkan kira-kira dua kali lipat untuk setiap 10°C (18°F) di bawah ini. Pada 65°C (149°F) masa hidup 3 sampai 4 tahun dapat diharapkan. Namun, banyak pabrikan memberikan kapasitor di bawah standar,^[9] yang secara signifikan mengurangi harapan masa hidup. Pendinginan casing yang tidak memadai dan suhu yang tinggi di sekitar soket CPU memperburuk masalah ini. Dengan blower atas, komponen papan induk dapat disimpan di bawah 95° C (203°F), yang secara efektif menggandakan masa pakai papan induk.

Bootstrap menggunakan Sistem Input/Output Dasar

Papan induk berisi beberapa memori non-volatile untuk menginisialisasi sistem dan memuat beberapa startup perangkat lunak , biasanya sistem operasi, dari beberapa perangkat periferal eksternal. Mikrokomputer seperti Apple II dan IBM PC menggunakan chip ROM yang dipasang di soket pada papan induk. Saat daya-hidup, prosesor pusat akan memuat penghitung programnya dengan alamat ROM boot dan mulai menjalankan instruksi dari ROM. Instruksi ini menginisialisasi dan menguji perangkat keras sistem yang menampilkan informasi sistem di layar, melakukan pemeriksaan RAM, dan kemudian memuat program awal dari perangkat periferal. Jika tidak ada yang tersedia, maka komputer akan melakukan tugas dari penyimpanan memori lain atau menampilkan pesan kesalahan, tergantung pada model dan desain komputer dan versi ROM.

Kebanyakan desain papan induk modern menggunakan BIOS, disimpan dalam chip EEPROM yang disolder atau dipasang pada soket papan induk, untuk mem-boot sistem operasi. Program boot non-sistem operasi masih didukung pada mesin modern IBM PC-terdahulu, tetapi saat ini diasumsikan bahwa program booting akan menjadi sistem operasi yang kompleks seperti Microsoft Windows atau Linux. Power-On Self Test ini (POST) dapat termasuk menguji beberapa hal berikut:

Adaptor video
Kartu dimasukkan ke dalam slot, seperti PCI konvensional
Drive floppy
Suhu, voltase, dan kecepatan kipas untuk perangkat keras pemantauan
Memori CMOS digunakan untuk menyimpan konfigurasi pengaturan BIOS
Keyboard dan Mouse
Pengontrol jaringan
Drive optikal: CD-ROM atau DVD-ROM
Hard drive SCSI
IDE, EIDE, atau Serial ATA Hard disk drive
Perangkat keamanan, seperti pembaca sidik jari atau status sakelar pengunci untuk mendeteksi intrusi
Perangkat USB, seperti perangkat penyimpanan memori.

Pada papan induk terbaru, BIOS juga dapat menambal mikrokode prosesor pusat jika BIOS mendeteksi bahwa CPU yang dipasang adalah salah satu yang errata-nya telah diterbitkan.

Banyak papan induk sekarang menggunakan penerus BIOS yang disebut UEFI. Ini menjadi populer setelah Microsoft mulai membutuhkannya untuk sistem yang akan disertifikasi untuk menjalankan Windows 8.^[10]^[11]

Referensi

^ Miller, Paul (2006-07-08). "Apple sneaks new logic board into whining MacBook Pros". Engadget. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-10-04. Diakses tanggal 2013-10-02.
^ https://www.techwalla.com/articles/difference-in-logic-board-motherboard
^ "Golden Oldies: 1993 mainboards". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-05-13. Diakses tanggal 2007-06-27.
^ "CPU Socket Types Explained: From Socket 5 To BGA [MakeUseOf Explains]". 2013-01-25. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-04-07. Diakses tanggal 2015-04-12.
^ W1zzard (2005-04-06). "Pinout of the PCI-Express Power Connector". techPowerUp. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-10-04. Diakses tanggal 2013-10-02.
^ Karbo, Michael. "The CPU and the motherboard". Karbos Guide. Diarsipkan dari versi asli tanggal 27 April 2015. Diakses tanggal 21 June 2015.
^ Chiu, Yu-Tzu; Moore, Samuel K. (2003-01-31). "Faults & Failures: Leaking Capacitors Muck up Motherboards". IEEE Spectrum. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2003-02-19. Diakses tanggal 2013-10-02.
^ "Capacitor lifetime formula". Low-esr.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-09-15. Diakses tanggal 2013-10-02.
^ Carey Holzman The healthy PC: preventive care and home remedies for your computer McGraw-Hill Professional, 2003 ISBN 0-07-222923-3 page 174
^ "Windows Hardware Certification Requirements for Client and Server Systems". Microsoft. January 2013. System.Fundamentals.Firmware.CS.UEFISecureBoot.ConnectedStandby ... Platforms shall be UEFI Class Three (see UEFI Industry Group, Evaluating UEFI using Commercially Available Platforms and Solutions, version 0.3, for a definition) with no Compatibility Support Module installed or installable. BIOS emulation and legacy PC/AT boot must be disabled.
^ "Microsoft: All You Need to Know About Windows 8 on ARM". PC Magazine. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2018-12-27. Diakses tanggal 30 September 2013.