تحتاج كل لوحة أم إلى قطعة صغيرة من الذاكرة الصلبة غير المتطايرة لحفظ برمجيات الإقلاع الأولية التي تُعرف بنظام البيوس (BIOS) أو واجهة UEFI الحديثة. وعلى مدار الأربعين عاماً الماضية، شهدت هذه الرقاقات الصغيرة تغيرات جذرية في أحجامها الفيزيائية، وطريقة إرسال البيانات، ومتطلبات الجهد الكهربائي الخاص بها.
الشكل 3: رقاقة بيوس حديثة من نوع SOIC ذات 8 أرجل ملحومة مباشرة بمسارات البوردة.
1. العقود الأولى: تغليف DIP-28 و DIP-32
في حقبة أجهزة IBM PC XT و AT في الثمانينيات، تم حفظ كود البيوس في رقاقات من نوع **DIP (Dual In-line Package)**. كانت هذه الرقاقات كبيرة الحجم وذات 28 أو 32 دبوساً سميكاً. وكانت الرقاقات القديمة إما تقبل البرمجة لمرة واحدة فقط (OTP) أو رقاقات **EPROM** (التي تتطلب تعريضها للأشعة فوق البنفسجية عبر نافذة كوارتز دائرية لمسح محتوياتها).
وفي أواخر التسعينيات، تم استبدالها بذواكر **EEPROM** (ذواكر القراءة فقط القابلة للمسح والبرمجة كهربائياً)، مما سمح بتحديث البيوس عبر نظام التشغيل مباشرة. واشتهر حينها تغليف **PLCC-32** المربع الذي يركب على قواعد خاصة ويسهل فكه باستخدام ملاقط سحب مخصصة.
2. ثورة الاتصال التسلسلي (SPI Flash): رقاقات SOIC-8 و SOIC-16
في عام 2005 تقريباً، استبدل مصنعو اللوحات الأم ذواكر القراءة المتوازية بذواكر **SPI (Serial Peripheral Interface)**. وبدلاً من الحاجة إلى 32 دبوساً لنقل البيانات، تستخدم ذواكر SPI التسلسلية 8 دبابيس فقط (أو 16 دبوساً للرقاقات الكبيرة).
رقاقات SOIC-8 الشهيرة
اليوم، تعد رقاقة **SOIC-8** هي شريحة البيوس الأكثر استخداماً في العالم، وتصنعها شركات مثل Winbond و Macronix و GigaDevice. وتعمل هذه الرقاقات بجهدين كهربائيين أساسيين:
رقاقات 3.3 فولت: تُستخدم في اللوحات الأم القديمة ومعظم لوحات الكمبيوتر المكتبي (مثل Winbond 25Q64FVSIG).
رقاقات 1.8 فولت: وتستخدم في أجهزة اللابتوب والأنحف الحديثة (مثل Winbond 25Q64FWSIG). إن توصيل مبرمجة بجهد 3.3 فولت مباشرة برقاقة تعمل بجهد 1.8 فولت بدون استخدام محول فولتية (Level Shifter) سيؤدي إلى تلف الشريحة فوراً.
3. التغليف الحديث: رقاقات WSON-8 ومتحكمات التحكم المدمجة (EC)
مع تزايد نحافة أجهزة اللابتوب، استمر حجم رقاقات البيوس بالتقلص:
تغليف WSON-8: رقاقات كهربائية لها نفس Pinout رقاقات SOIC-8 ولكن بدون أرجل خارجية بارزة، بل تحتوي على وسادات معدنية مسطحة أسفلها (شبيهة برقاقات QFN)، وتطلب استخدام أجهزة الهوت إير (Hot-air rework) لفكها ولحمها.
برمجيات التحكم المدمجة (Embedded Controller - EC): تقوم اللوحات الأم الحديثة بتقسيم أكواد التشغيل. فبالإضافة لرقاقة البيوس الرئيسية (8 أو 16 ميجابايت)، توجد رقاقة سوبر آي أو (Super I/O) أو متحكم EC يدير تسلسل طاقة البوردة ولوحة المفاتيح والبطارية. ويتم حفظ الكود البرمجي بداخل هذه الرقاقات (مثل KB9012 و IT8586) وتتم برمجتها بمبرمجات خاصة عبر فلاتة الكيبورد مباشرة.
المصادر وكتيبات المواصفات
كتاب: Designing Embedded Hardware للكاتب John Catsoulis — كتاب مرجعي ممتاز لشرح ناقل SPI الإلكتروني ورقاقات الذاكرة.
كتيب مواصفات الرقاقة: Winbond W25Q64FV Datasheet — التفاصيل الكهربائية والبرمجية لشريحة البيوس الأكثر شهرة.
أداة البرمجة المفتوحة: Flashrom Project — أداة برمجية مفتوحة المصدر للتعرف على رقاقات الذاكرة وقراءتها وكتابتها.