Motherboard:
El motherboard también llamado mainboard, placa madre y
placa principal es un circuito impreso que consiste en un material aislante
(fibra de vidrio, pertinax, etc.) cubierta con un material conductor (cobre)
con el cual se dibujan las pistas conductoras que conectan entre si los
componentes y constiuyen también los contactos de los componentes que
Irán soldados sobre ella. 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 personal como concepto el
componente a destacar es el motherboard.
Las PC nacieron con el concepto de arquitectura modular,
que quiera decir que cualquier fabricante puede producir sus partes si respeta
las normas y standares para cada una de ellas. Por lo tanto los
motherboards también gozaron de esta arquitectura modular o tecnología abierta
que posibilita incorporar o intercambiar elementos a 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 sólo en
algunos de esos componentes (marcas que se dedican a fabricar placas
motherboard, otros que solo producen placas de video).
1. Conectores: Los motherboards actuales que respetan las normas ATX disponen de una serie de conectores que permiten la conexión de diversos componentes.
2. Zócalo del microprocesador
(socket): aquí se conecta el microprocesador. Su tamaño, tipo y disposición
de conectores depende la marca y modelo del microprocesador. En muchos casos
también posee los anclajes capa el cooler (disipador y ventilador).
3. Conectores (slots para la memoria RAM):
aquí se colocan los módulos de memoria RAM dinámicas llamados SIMM, DIMM, RIMM.
4. Conectores IDE: aquí se conectan los
discos rígidos y las unidades lectoras grabadoras de CD/DVD. Estos conectores
están cayendo en desuso siendo reemplazados por los SATA que son más veloces.
Habitualmente existían dos conectores en cada motherboard que permitían
conectar dos unidades por conector.
5. Conectores SATA: estos remplazan a los
IDE siendo hasta cuatro veces más rápido.
6. Conector de alimentación: mediante este
conector se suministra al motherboard las diferentes tensiones de alimentación
provenientes de la fuente antiguamente eran conectores tipo AT hoy en día se
utilizan los conectores ATX.
7. BIOS (Basic input output system): este
chip 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 rígidos y mantiene el
reloj en hora. La BIOS contiene dos tipos de memoria una memoria ROM (memoria
de solo lectura actualmente tipo flash) y una memoria RAM llamada SETUP (que es
mantenida por una pila) a la que se accede cuando la maquina arranca
(comúnmente apretando f2 o suprimir f2 durante el inicio).
9. Conectores
al gabinete: aquí se conectan los cables correspondientes a los botones e
indicadores que se encuentran en el frente del gabinete: LED de encendido,
botón de encendido, LED de acceso de datos al disco rígido, botón de reset,
etc.
10. Chip
set south bridge (puente sur) es la parte del chip set encargada de brindar
conectividad. Controla los discos rígidos, el bus PCI y los puertos USB.
11. Pila:
mantiene los datos del set up. Es del tipo CR2032.
12. Slot PCI: en estas ranuras se insertan las placas de sonido, sintonizadoras de tv, capturadora de video, etc. (las placas de video se conectan actualmente a los slot PCI Express.
Factor de forma (form factor): atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta los fabricantes de motherboar deben atenerse al cumplimiento de los estándares y normas de la industria del hardware. Además surge un nuevo dispositivo (por ej. Cuando surgieron los puertos USB) los fabricantes deben cumplir con las normas dispuestas para el nuevo hardware. El factor de forma indica las dimensiones, los puntos de anclaje y la distribución de los principales componentes (zócalo del microprocesador, conectores PCI, conectores para la memoria RAM).
Los formatos obsoletos son AT, BABY AT.
Actuales ATX, MICRO ATX y el ATX FLEX
AT:
ATX:
Micro ATX:
El puente norte (Northbridge):
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 recibe el nombre de
puente. Generalmente las innovaciones tecnológicas como el soporte de memoria
DDR y el Bus frontal FSB son soportados por este chip. La tecnología de
fabricación es muy avanzada y es comparable con la fabricación del
microprocesador. Por ejemplo, cuando se encarga de controlar el bus frontal
llega a velocidades de entre 400 y 800 Megahertz.
Clock (Reloj): En muchos casos este
chip suele llevar un disipador y hasta un ventilador.
Puente sur (southbridge):
Es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y
salida de datos para periféricos y también determina el tipo de soporte ID, la
cantidad de puertos USB y el bus PCI. También controla los puertos SATA y el
audio de hasta 6 canales.
La conexión entre los puentes norte y sur se realizaba a través del bus
PCi, pero actualmente, los fabricantes han empezado a usar buses especiales y
dedicados que permiten una transferencia de datos directos y sin interferencia
entre los dos puentes. El problema es que la vieja conexión PCI tiene un ancho
de banda de solamente 133 Mbitsxseg que quedo insuficiente para la velocidad de
los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos
rondan los 100 mbitsxseg y si le agregamos las transferencias de las placas que
esten colocadas en los slots PCI y los puertos USB 2.0 vemos que el bus PCI se
encuentra congestionado. La mejor solución fue conectar los puentes con un bus
dedicado. Por ejemplo: el chipset INTEL I810 incorpora un bus de 8 bits (1
byte) entre ambos 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 dividen en bus
de datos, bus de direcciones y bus de sistema.
Parámetros del bus:
Ancho: es la cantidad de líneas conductoras
que constituyen el bus. Se mide en bits
Velocidad de trasferencia: se mide en bits x seg.
Frecuencia del clock: se mide en ciclos x
segundos o Hertz.
La cantidad máxima de dispositivos permitidos:
se miden en cantidad.
El bus de datos transporta datos e
instrucciones en forma de pulsos eléctricos desde y hacia el microprocesador.
Dependiendo del sistema este bus tendrá una cantidad de líneas llamada “ancho
del bus”. Las primeras PC tenían buses de 8 bits y en la actualidad llegan a 64
bits.
El bus de direcciones determina cual es el
origen y el destino de los datos. Cada dispositivo y cada posición de memoria
tienen una dirección dentro de lo que se llama el “mapa de memoria”. Las
direcciones no se pueden repetir.
Lo descrito anteriormente se refiere a los
elementos que están efectivamente montados sobre la placa. El sistema puede componerse
además por dispositivos y se conectan a la placa mediante puertos o ranuras de expansión
(slot) que también deben interceptarse. Entonces, parte de los contactos de
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
propia, por ejemplo: los slots PCI, AGP y PCI Express, en las pc modernas sólo
se mantiene los PCI y PCI Express.
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Bus PCI: EL BUS PCI POSEE UN CONECTOR (slot), un conector
blanco de aproximadamente de 8,5 cm de largo. Este conector posee una ranura
que impide conectar las placas al revés. Este bus fue desarrollado por Intel y
puesto a disposición de la industria que lo adopto como estándar.
Actualmente en esta bus se conectan placas de expansión,
placas de red, placas de sonido, modem telefónico, sintonizadoras de tv, placas
de ampliación de puertos USB, etc.
Ancho del bus 32 o 64 bit (seleccionable)
Velocidad del clock. 33 Mhz
Velocidad de transferencia: 133 Mbs_32bit o 266Mbs_64bit
BUS ISA (industrial standard architecture): este bus es
obsoleto y algunas de sus características eran:
Ancho del bus 32 bits
Velocidad máxima de transferencia 16Mb
Frecuencia de clock: 8Mhs
Bus PCI Express:
El bus pci express comenzó a desarrollarse
entre 1999 y 2001. Durante su desarrollo tuvo varios nombres system i/o,
infiniban, 3 gio, arapahoe. Finalmente el desarrollo termino en manos del grupo
PCI-SIG (special interest group), que es una organización sin fines de lucro
que tiene como asociados a las empresas productoras de hardware.
El bus pci
express presenta características 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 la pc, que nació
con una interfaz serie llamada RS232 que servía inicialmente para comunicar dos
máquinas entre sí y con el desarrollo de Windows fue el primer conector que se
usó para conectar el mouse.
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 genéricas 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
de banda en particular y se comunicara con otra sin que nada interfiera en su
camino. Por ejemplo dijimos que el puerto pci estándar tiene todos los
conectores conectados en paralelo por lo que comparte el ancho de banda del
bus.
En el
sistema pci express la conexión de los conectores de expansión (slot) se
realiza directamente con el chipset mediante un módulo llamado switch (muchas
veces está incluido en el puente sur)
Podemos
comparar el bus pci y el pci express haciendo una analogía con los
concentradores de red: el switch y el hab, en un hab los datos que quieren
pasar de una maquina a otra deben pasar por todas las que estén entre un puerto
y otro hasta que encuentre el destino correcto, mientras que en un switch tiene
una "inteligencia" que le permite saber la conexión de cada máquina
conectada y envía los datos directamente desde una hacia la otra sin pasar por
ningún otro puerto.
La conexión
básica pci (x1) tiene 4 conductores, 2 para enviar datos y 2 para recibir. Cada
uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2 GHz, lo que brinda una transferencia
de datos de 2 gbs, que equivale a 256 megabytes x segundo. Debemos considerar
que eso 256/seg se transmite en un solo sentido y que si contamos también el
otro sentido óseo el que estoy recibiendo alcanzamos los 512 mbs que es una
cifra bastante superior a los 133mbs del bus pci. Gracias a esta característica
de contar con solo 4 cables es que ahora los diseños del motherboard son más
sencillos y compactos. Las ranuras pci express (x4) tienen 4 pares de
conductores y las pci express (x16) tienen 16 pares de conductores (imagen pci
o algunos dispositivos pci)
actualmente
se conectan al bus pci express no solamente placas de video sino también otros
dispositivos tales como discos rígidos de estado sólido (ssd), placas con
puerto USB 3.0
Bus frontal (front side bus - fsb):
Antiguamente solo existía un bus de datos y el microprocesador accedía
a la memoria RAM y a la memoria cache a través de él. Para optimizar el
desempeño INTEL introdujo el DIB (Dual Independent Bus) que dividió el acceso
en dos buses, el backside bus para la memoria cache y el frontside bus para la
memoria RAM.
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 de microprocesador de 500 MHz.
Este proceso se conoce como Overcloking. Antiguamente se realizaba cambiando un
puente (jumper) en el motherboard. Hoy en dia se realiza desde el SETUP.
