El Motherboard
El motherboard también llamado
“mainboard”, placa madre, placa principal, es una circuito impreso que consiste
en un material aislante (fibra de vidra, pertinax, etc) cubierto por un material
conductor con el cual se dibujan las pistas (conductores), que unirán los
distintos componentes y los contactosw a dónde irán 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 quedarán
dudas de que el elemento central es el microprocesador, pero si analizamosla
computadora como concepto, el componente a destacar es el motherboard.
Las
PC’s nacieron con un 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 de sonido, modem, placas de red, sintonizadores, y
capturadores de TV, etc). De esta manera surgieron los llamados clones de pc
sin marca específica cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes,
algunos de ellos especializados en un solo tipo de componente, por ejemplo:
placas de video, placa de Red, placa de sonido
Elementos de un motherboard:
1_Los motherboard que respetan
las normas ATX (Advanced Tecnology Extender) incorporan un grupo de conectores
estándar:
Conectores para teclado y mouse, PS2, puerto usb, también se agrega conectores de audio (micrófono, parlante, entrada de línea y salida de parlante) y el conector RJ45 que es la entrada de red.
2_Sócalo (socket) del microprocesador: aquí se coloca el microprocesador, la medida y la cantidad de contactos varía según la marca y el modelo del microprocesador usado.
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 CD.
6) Conector de Alimentación:A través de este conector el motherboard recibe las diferentes tensiones de alimentación para su correcto funcionamiento. En los motherboard mas viejos era de tipo AT. Y en los motherboard mas modernos ATX.
Conectores para teclado y mouse, PS2, puerto usb, también se agrega conectores de audio (micrófono, parlante, entrada de línea y salida de parlante) y el conector RJ45 que es la entrada de red.
2_Sócalo (socket) del microprocesador: aquí se coloca el microprocesador, la medida y la cantidad de contactos varía según la marca y el modelo del microprocesador usado.
3) Conectores de memoria: Son los conectores de la memoria principal del ordenador.
Los módulos de memoria dan nombre a los zócalos.
Diferencias entre SIMM, DIMM y RIMM: La SIMM significa Single In-Line Memory Module, y es la memoria que se usaba "antiguamente" en las Pentiums y anteriores, tenía 30 pines (conectores de cobre en su base). La limitante en realidad es su capacidad y velocidad (max. 256 MB).
La DIMM significa Double In-Line Memory Module tiene 184 pines y su capácidad máx. es de 4 GB (el límite es porque aún la mayoría tenemos sistemas de 32-bits).
Los módulos de memoria dan nombre a los zócalos.
Los zócalos reciben el nombre de las memorias SIMM, DIMM o RIMM.
Diferencias entre SIMM, DIMM y RIMM: La SIMM significa Single In-Line Memory Module, y es la memoria que se usaba "antiguamente" en las Pentiums y anteriores, tenía 30 pines (conectores de cobre en su base). La limitante en realidad es su capacidad y velocidad (max. 256 MB).
La DIMM significa Double In-Line Memory Module tiene 184 pines y su capácidad máx. es de 4 GB (el límite es porque aún la mayoría tenemos sistemas de 32-bits).
Los módulos RIMM RDRAM cuentan con 184 pines y debido a sus altas frecuencias de trabajo requieren de difusores de calor consistentes en una placa metálica que recubre los chips del módulo. Se basan en un bus de datos de 16 bits y están disponibles en velocidades de 300MHz (PC-600), 356 Mhz (PC-700), 400 MHz (PC-800) y 533 Mhz (PC-1066) que por su pobre bus de 16 bits tenía un rendimiento 4 veces menor que la DDR. La RIMM de 533MHz tiene un rendimiento similar al de un módulo DDR133, a pesar de que sus latencias son 10 veces peores que la DDR.
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 CD.
7) Bios(basic.input.output.system): este circuito integrado alberga el software basico de 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 dos tipos de memoria: una memoria ROM(memoria de lectura solamente, actualmente tipo flash) y una memoria RAM llamada setup(mantenida por una pila) a la que se accede cuando la maquina arranca (apretando f2 o suprimir)
8) Chipset: Tiene dos puentes: 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.
8) Chipset: Tiene dos puentes: 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 comandos 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 birndar conectividad. Controla los discos rigidos, el bus PCI y los puertos USB.
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El problema es que la vieja conexión PCI tiene un ancho de banda de solo 133MB/seg que quedó insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos rondan los 100MB/seg y si le agregamos las transferencias de las placas que estan colocadas en los slots PCI y lo que este conectado a los puertos USB vemos que el bus PCI se encuentra congestionado. La mejor solución fue entonces colocar un bus dedicado para interconectar los puentes. Por ejemplo el chipset i810 de Intel tiene un bus de 8bits a una frecuencia de 266MHz.
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.
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.
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 conectaban aqui las placas de video. Actualmente es obsoleto.
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Factor de forma:
Atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta los fabricantes de motherboard deben atenerse al cumplimiento de los estándares y normas de la industria del hardware. Además cuando surgen elementos nuevos como por ejemplo el puerto USB todos los fabricantes deberan cumplir con las normas y características constructivas de este puerto para no quedar afuera del negocio del hardware.
Factores de forma obsoleto: AT y baby AT.
Factores de foma en uso: ATX, MicroATX, FLEX ATX.
MicroATX:
ATX:
Baby AT:
AT:
FLEX ATX:
El factor de forma indica las dimensiones de la placa que la vinculan con un gabinete específico. También establece la posición de los anclajes y la distribución de los componentes. (SLOT de expansión, ubicación de los bancos de memoria, zócalo del 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 conexión entre el motherboard el microprocesador y la memoria, por eso su nombre de puente. Además muchas innovaciones tecnológicas como el soporte para memoria DDR y el bus frontal (FSB) son soportados por este chip.
La tecnología de fabricación del north bridge es muy avanzada y compatible con la del propio microprocesador. Por ejemplo, cuando se encarga del bus frontal deberá manejar frecuencias comprendidas entre 400 y 800 MHz. Por eso este chip o circuito integrado suele llevar un disipador y en algunos casos también un ventilador.
El puente sur (SOUTH BRIDGE): Es el segundo chip de importancia, controla los buses de entrada y salida de datos para periféricos, es decir controla los buses IDE y/o Serial ATA, los puertos USB y PCI.
La conexión entre los puertos norte y sur se realizaba antiguamente a travez 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.
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.
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-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.
- Insertar tabla con los comparando los buses PCI, PCI-Express, SATA I, II y III, USB2.0 y 3,0, IDE con todos estos parámetros
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-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.
-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
Disco SSD:
Puerto USB 3.0:
Placa de video:
