Trabajo practico Nº 4:

motherboard:

El motherboard tambien llamado main board/placa madre o placa principal es  un circuito impreso construido con un material aislante (fibra de vidrio, pertinax, etc.) cubierto con un material conductor (cobre) con el cual se dibuja las pistas conductoras que conectan entre si los componentes y constituyen tambien los contactos de los componentes que iran soldados sobre ella. Con la tecnologia actual se construyen circuitos impresos que pueden tener varias capas.

Si analizamos la PC desde el punto de vista de su funcionamiento y aplicaciones no quedaran dudas de que el elemento central es el micro procesador, pero si analizamos la computadora personal como concepto el componente a destacar es el motherboard.

  Las PC's nacieron con el concepto de arquitectura modular que quiere decir que cualquier fabricante puede producir sus partes si respeta las normas y estándares para cada una de ellas. Por lo tanto los motherboard también gozaron de esa arquitectura modular o tecnología abierta para que terceros produzcan elementos que se puedan incorporar al equipo placas de vídeo y sonido, placas de red, sintonizadores y capturadoras de TV, etc.

  De esta manera surgieron los llamados clones de PC sin marca especifica, cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes, algunos de ellos especializados solo en determinados componentes.

Elementos de un motherboard

1) Conectores.

Los motherboard que respetan la norma ATX (advanced technology extended) incorporan un grupo de conetores estandar para las funciones localizadas sobre el motherboard (on board). 

2) Zócalo del microprocesador (socket).

Aqui se coloca el microprocesador, la medida y la cantidad de contactos varian segun la marca y el modelo del microprocesador usado. Posee además los anclajes para el disipador y el ventilador (cooler).

3) Conectores de memoria.
Aquí se colocan los módulos de memoria RAM dinámica que reciben los mismos nombres que las memorias: Simn, Dimm, Rimm.

4) Conectores IDE.

Aquí se conectan los discos rígidos. Hasta 2 dispositivos (disco rígido y/o lector-grabador de CD-DVD). Esta interface es obsoleta y esta siendo reemplazada por la conexión SATA.

5) Conectores SATA.
Esta es la interface que se usa actualmente para los discos rígidos. La velocidad de transferencia de la interface era de 130 MB por segundo y los sucesivos desarrollos de la interface SATA tienen velocidades de: 150 MB/s (SATA 1), 300 MB/s (SATA 2), 600 MB/s (SATA 3).

6) Conector de alimentación.
A través de este conector el motherboard recibe las diferentes tensiones de alimentación provenientes de la fuente. Las antiguas fuentes tenían conectores tipo AT, reemplazadas hoy en día por los conectores ATX.

7) BIOS (Basic Input Output System).
Este chip o circuito integrado aloja el software básico del motherboard que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Entre otras cosas el BIOS controla la forma en el que el motherboard maneja la memoria, los discos duros y mantiene el reloj en hora. El BIOS contiene 2 tipos de memoria: una memoria ROM (Memoria de lectura solamente, actualmente tipo flash) y una memoria RAM (memoria de lectura y escritura) llamada Setup cuyo contenido se mantiene debido a la alimentación eléctrica de una pila. El contenido del Setup puede ser modificado por el usuario y se accede apretando la tecla "F2" o "suprimir" (depende del BIOS) en el momento del arranque.

8: Chipset North Bridge(Puente Norte): Es el encargado de controlar el bus de datos de procesador y la memoria. También administra el bus AGP

9: Conectores al Gabinete: aquí se conectan los comandos e indicadores que   se encuentran en el frente del gabinete: Led de encendido, el Led de funcionamiento de acceso a datos del disco rígido el botón de encendido el botón de reset.

10: Chipset South bridge Puente sur: es la parte del chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rígidos el bus PCI y los puertos USB

11:Pila: Mantiene el Setup en todas todas la maquina CR2032

12: Slot PCI: en estas ranuras se insertan las placas de sonido, de video, etc.(las placas de video se conectan a los spots PCI Express)

  

13: Slot AGP : Antiguamente se conectaba la placa de video. Ya en Desuso.

Ubicación en el motherboard:

Factor de forma

Atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta los fabricantes de MB deben atenerse al cumplimiento de los estándares y normas de la industria del hardware. Además cuando surge un elemento nuevo como por ejemplo el puerto USB todos los fabricantes deberán cumplir con las normas y características constructivas de este puerto para no quedar fuera del negocio del hardware.
El factor de forma (Form Factor) indica las dimensiones y el tamaño de l a placa lo que se vincula con el gabinete específico. También establece la posición de los anclajes y la distribución de los componentes (Slot de Expansión, Ubicación de los bancos de memorias, del zócalo del microprocesador, etc.).
Los formatos obsoletos son los AT y el BABY AT los formatos en uso son los ATX, Micro ATX y 

Flex ATX.

El puente norte (North Bridge)

El puente norte se encarga de soportar al microprocesador en el manejo de los buses y la memoria. Justamente sirve de conexión entre el motherboard, el microprocesador y la memoria, por eso su nombre de puente. Generalmente las innovaciones tecnologicas como el soporte de memoria DDR y el bus FSB son soportados por este chip.

La tecnologia de fabricacion del NorthBridge es muy avanzado y es comparable a la del propio micropocesador. Por ejemplo si debe encargarse el bus frontal de alta velocidad debera manejar frecuencias de 400 hasta 800 MHz. Por eso este chip suele llevar un disipador y en algunos casos tambien un ventilador.



 

El puente sur (South Bridge)

El puente sur es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y salida de datos para perifericos y tambien determina el tipo de soporte IDE, la cantidad de puertos USB y el bus PCI. Tambien controlan los puertos Serial ATA (SATA) y el audio de 6 canales.

El  puente norte y el puente sur constituyen el llamado Chipset:

La conexión entre los puentes norte y sur se realizaba a través del bus PCI, pero recientemente algunos fabricantes de motherboard han empezado a usar buses especiales dedicados que permiten una transferencia de datos directa y sin interferencia entre los dos puentes. El problema es que la vieja conexión PCI tiene un ancho de banda de solo 133 Mb/s que quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos actuales rondan los 100 Mb/s y si le agregamos las  transferencias de las placas que estén colocadas en los slots PCI y los puertos USB 2.0 vemos que el bus PCI se encuentra congestionado. La mejor solución entonces fue conectar los puentes con un bus dedicado. Por ejemplo el chipset i810 de Intel incorporo un pequeño bus de 8 bit (1 byte) a 266 MHz

Buses

Los buses, constituyen físicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que intercomunican eléctricamente los dispositivos montados sobre el motherboard (microprocesador, memoria RAM, BIOS, Puertos, etc.).

Los buses de un motherboard se pueden dividir en:

Bus de datos, Bus de direcciones y Bus de sistema.

El bus de datos transporta los datos o instrucciones en forma de pulsos electricos desde y hacia el microprocesador. Dependiendo del sistema y del microprocesador, este bus tendrá una cantidad de líneas llamada  ancho del bus. Las primeras PC tenían buses de 8 bits, y en la actualidad pueden llegar a 64 bits

El bus de direcciones determina cuál es el origen y el destino de los datos. Cada dispositivo y cada posición de memoria  tiene una dirección dentro de lo que llama mapa de memoria,  que es su identificación en el sistema. Las direcciones no se pueden repetir. Lo descripto anteriormente se refiere a los elementos que efectivamente están montados sobre la placa.

El sistema puede componerse además por dispositivos que se conectan a la placa mediante zócalos o ranuras de expansión (Slots) que también deben interconectarse. Entonces las placas de expansión que se conectan en estas ranuras  se integran al sistema. Cada tipo de ranura de expansión se conecta  a un bus particular con características propias. Por ejemplo los slots PCI, AGP y PCI-Express.

En las PC modernas sólo se mantienen los: PCI y el PCI-Express.

Parámetros de los buses:

-Ancho del bus (Se mide en bits).

-Velocidad máxima de transferencia de datos (Se mide en bits/segundo)

-Frecuencia del clock (Se mide en Hertz)

-Cantidad máxima de dispositivos permitidos.

Bus PCI (Peripheral Component Interconnect)

El bus PCI posee un un conector (SLOT) blanco de aproximadamente 8,5 centímetros de largo. Tiene una  ranura  para la correcta colocación de las placas. Este bus fue desarrollado por Intel, sometido al consenso del resto de la industria que lo adoptó como estándar. Es uno de los más utilizados en la actualidad y posee las siguientes características:
-Cantidad máxima de dispositivos: 10
-Ancho de bus: seleccionable 32 ó 64 bits
Frecuencia de clock: 33 MHz

-Velocidad de transferencia máxima de datos:
133 MB/Seg a 32 bits
266 MB/Seg a 64 bits
Actualmente en este bus se conectan placas de expansión como: placas de red, placas de sonido, sintonizadoras de TV, modem telefónico, placas de adquision de datos, placas de ampliacion de puertos USB, etc

Bus frontal: Front-side Bus

Antiguamente sólo existía un bus de datos, y el microprocesador accedía a la RAM y a la memoria caché a través de él. Para optimizar el desempeño, Intel introdujo el DIB (Dual Independent Bus) donde el microprocesador accedía a la memoria caché L2 por el backside bus y a la RAM por el front side bus.

Regularmente, la velocidad del microprocesador se determina aplicando un factor de multiplicación  a la frecuencia del FSB. Por ejemplo, si aplicamos un factor de multiplicación de 5 a un FSB que está trabajando a 100 MHz, se obtiene una velocidad del microprocesador de 500 MHz, este procedimiento se conoce como overclocking.

En las viejas máquinas, se realizaba cambiando de posición un puente (Jumper) en el motherboard. Actualmente se hace desde el setup.

Bus ISA (Industry Standart Architecture)

Este bus es obsoleto. Algunas de sus características son:

-Ancho de bus: 32 bits

-Velocidad máxima de transferencia: 16 MB/seg

-Frecuencia de clock 8 MHz

Bus PCI-Express (X-Press)

El bus PCI-Express se desarrolló entre los años 1999 y 2001. Durante su desarrollo tuvo varios nombres como System I/O, Infiniband, 3GIO (Third Generation Input Output) y ARAPAHOE. Finalmente, el desarrollo terminó en manos del PCI-SIG . (Peripherical Connection Interconnect – Special Interest Group).que es una organización sin fines de lucro que tiene como asociados a empresas fabricantes de hardware

El bus PCI-Express presenta mejores característica de flexibilidad y velocidad, como son la transmisión en serie y el sistema de conexión punto a punto.

La transmisión en serie es una de las interfaces más antiguas de las PC (RS232) que sigue presente en los motherboard actuales, aunque está prácticamente en desuso frente a interfaces externas superiores como la USB. La transmisión de datos en el bus PCI-Express justamente se realiza en serie es decir que los datos van pasando bit a bit uno detrás del otro, mientras que en las interfaces en paralelo, los datos viajan por varios cables a la vez. Actualmente se privilegia el uso de interfaces serie porque utilizan menos tensión, generan menos interferencias eléctricas y permiten alcanzar mayores velocidades sin pérdida de información, además son más simples, lo que permite un diseño más compacto.

La conexión punto a punto quiere decir que la comunicación entre un dispositivo y otro es directa, lo que permite un aprovechamiento total del ancho de banda puesto que cada placa tendrá su ancho en particular y se comunicará con otra sin que nada interfiera su camino.

Por ejemplo, dijimos que el puerto PCI estándar o convencional tiene todas los conectores conectados en paralelo por lo que comparten el ancho de banda del bus (133MB/s).

En el sistema PCI-Express la conexión de los conectores de expansión con el chipset se realiza mediante un módulo llamado switch (Muchas veces incluido en el puente sur del chipset).

Podemos comparar el bus PCI-Express y el PCI haciendo una analogía con los concentradores de red: Switch y Hub. En un Hub, los datos que quieren pasar de una máquina a otra deben pasar por todas las que estén entre un puerto y otro hasta que encuentren el destino correcto, mientras que un Switch tiene una “inteligencia” que le permite saber la dirección de cada máquina conectada y envía los datos directamente desde una hacia la otra sin pasar por ningún otro puerto.

La conexión básica PCI-Express (x1) consta solamente de 4 cables, dos para la transmisión de datos en un sentido y dos para el otro. Cada uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2 GHz, lo que brinda una tasa de transferencia de datos de 2Gbps (256MB/s). Debemos considerar que esos 256MB/s se transmiten en un solo sentido y que si contamos también el otro, alcanzamos los 512 MB/s, una cifra nada despreciable teniendo en cuenta los 133MB/s del puerto PCI.

Gracias a esta característica de contar simplemente con cuatro cables es que ahora los diseños del motherboard son más sencillos y compactos.

La ranura PCI-Express x4 tiene cuatro pares de conductores , la PCIExpress x 8, 8 pares y la PCI-Express x16 tiene 16 pares de conductores .

Actualmente en el SLOT PCI express se conectan además de placas de video otros dispositivos que requieren alta velocidad de transferencia como discos SSD, puertos USB 3.0, etc

Placa de video 

                                                                                 

Disco ssd

Puertos USB 3.0