Trabajo Pracico N°4: Motherboard

El motherboard, también llamado mainboard, placa madre, placa principal, es un circuito impreso que consiste en un material aislante (fibra de vidrio, pertinex, etc) cubierta por un material conductor con el cual se dibuja las pistas (conductores) que unirán los distintos componentes y los contactos a donde iran soldados. Con la tecnología 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 microprocesador, pero si analizamos la computadora como concepto el componente a destacar es el motherboard; las PCs nacieron con el concepto de arquitectura modular y quiere decir que cualquier fabricante puede producir sus partes si respeta las normas y protocolos para cada una de ellas. Por lo tanto los motherboard también gozaron de esta arquitectura modular o tecnología abierta lo que posibilita incorporar e intercambiar elementos de la PC. Esto permite mejoras (UPGRADES) y dejan la puerta abierta para que terceros produzcan elementos que se puedan incorporar al equipo (placas de video y sonido, modem, placas de red, sintonizadoras 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 en un solo tipo de componente. Por ejemplo: placas de vídeo, placas de red, placa de sonido.

Elementos de un motherboard

1) Los motherboard que respetan la norma ATX (Advanced Technology Extended) incorporan un grupo de conectores estándar: conectores para Mouse y teclado RS/2, conector paralelo Centronics para la impresora, conector RS 232, paralelo, teclado y mouse PS/2, puerto usb también se agregan los conectores de audio, micrófono, parlante y entrada de línea y el conector RJ45 que es la entrada de red.

2) Zócalo (socket) del microprocesador:

Aquí se coloca el microprocesador, la medida y la cantidad de contactos varia según 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.

 4) Conectores IDE:

En estos conectores se conectan los cables planos para los discos rígidos (hasta 2 discos o unidades de CD-ROM por conector).

 5) Conectores SATA:

Los conectores SATA son los que se usan actualmente para conectar discos rígidos y unidades de compact disk.

6) Conector de alimentación

Através de este conector el motherboard recibe las diferentes tensiones de alimentación para su correcto funcionamiento. En los motherboard más viejos era del tipo AT y en los motherboard más modernos son del tipo ATX.

7) BIOS (Basic Input Output System):

Este circuito integrado alberga el software básico del motherboard que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Entre otras cosas el BIOS controla la forma en 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 
Llamada SETUP (que es mantenida por una pila) a la que se accede cuando la maquina arranca (apretando F2 o Suprimir). 

8) Chipset Puente Norte (North Bridge): 

Es el encargado de controlar el bus de datos del microprocesador y de la memoria. Antiguamente tambien administraba el bus AGP.

9) Conectores al Gabinete:

Aqui se conectan los comando e indicadores que se encuentran en el frente del gabinete: led de encendido, led que indica el acceso a datos del disco rígido, el botón de encendido, el botón de reset, etc.

 

10) Chipset Puente Sur (South Bridge):

Es la parte del Chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rígidos, el bus PSI y los puertos USB.

 

11) Pila:

Esta pila mantiene el setup. En los viejos motherboard iba soldada, actualmente es del tipo CR2032.

 

12) Slot PCI:

En este slot se conectan placas de expansión como por ejemplo placas de red sintonizadoras de tv, módem telefónico,etc.

13) Slot AGP:

En un tiempo se conectaba aquí las placas de vídeo, actualmente es obsoleto.

Todos los Elementos del Motherboard

Factor de Forma

Atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta, los fabricantes de motherbiard deben atenerse al cumplimiento de los standares o normas en la industria del hardware. Ademas cuando surge un elemento nuevo como por ejemplo los puertos USB, todos los fabricante deben cumplir con las normas y características constructivas de este puesto para no quedar afuera del negocio de hardware.



Factores de Forma Obsoletos : AT y Baby AT






Factores de Forma en Uso : ATX, Micro ATX, ATX Flex






El factor de forma indica las dimensiones de la placa que la vinculan con un gabinete especifico. Tambien establece la posicion de los anclajes y la distribucion de los componentes (slot de expansion, ubicacion de los bancos de memoria, socalos de microprocesador, etc.

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 conexion entre el motherboard, el microprocesador y la memoria, por eso su nombre de puente. Ademas muchas inovaciones tecnologicas como el soporte de memoria DDR y el BUS FRONTAL (FSB) son soportados por este chip. 

La tecnologia de fabricacion del north bridge es muy avanzada y compatible con la del propio microprocesador. Por ejemplo: cuando se encarga del BUS FRONTAL debera manejar frecuencias comprendidas entre 400 y 800 MHz. Por eso este chip o circuito integrado suele llevar un disipador, que en algunos casos tambien un ventilador. 

El Puente Sur (South Bridge):

El puente sur es el segundo chip de importancia, controla los buses de entrada y salida de datos para perifericos, es decir controla los buses IDE y / o SATA para discos rigidos, los puertos USB y PCI.

La conexion entre los puertos norte y sur se realizaban antiguamente a traves 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 conexion 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 lo discos rigidos rondan los 100 MB/S y si le agregamos la transferencias de las placas estan colocadas en los slot PCI y lo que este conectado a los puertos USB vemos que el BUS PCI se encuentra congestionado. La mejor solucion fue entonces colocar un BUS dedicado para interconectar los puentes.  Por ejemplo el chipset  i810 de intel tiene un Bus de 8 Bits a una frecuencia de 266 MHz.

   
Buses

Los Buses constituyen fisicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que intercomunican electricamente los dispositivos montados sobre el motherboard (microprocesador, memoria RAM, puertos, bios, etc.) 

Parametros de los Buses: 

• Ancho: Se mide en Bits. Se refiere a la cantidad de lineas.
• Velocidad maxima de transferencia de datos: Se mide en bits por segundo o byte por segundo. 
• Frecuncia del Clock: Se mide en Hertz (Hz) Ciclos/ segundos.
• Cantidad maxima de dispositivos permitidos: se mide en cantidad.

Tablas de con todos los Parametros

• PCI:

• PCI Express:

• USB:

• SATA - IDE

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.