El Motherboard
El motherboard también llamado mainboard, placa madre, placa principal, es un circuito impreso que consiste en un material aislante (fibra de vidrio, pertinax, etc) cubierta por un material conductor con el cual se dibuja las pistas (conductores) que unirán los distintos componentes y los contactos a donde 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 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 PC nacieron con un concepto de arquitectura modular, 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 (placa de vídeo y sonido, modems, 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
- Conectores PS/2 para mouse y teclado: incorporan un icono para distinguir su uso específico.
- Puerto paralelo: puerto utilizado por la impresora. Actualmente está siendo reemplazado por USB.
- Conectores de sonido: los motherboards modernos incluyen onboard una placa de sonido con todas sus conexiones.
- Puerto serie: utilizado para mouse y conexiones de baja velocidad entre PCs.
- Puerto USB: puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos, como los escáneres o las cámaras digitales.
- Puerto FireWire:Otro puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos. No todos los motherboards cuentan con una conexión de este tipo.
- Red: generalmente los motherboards de última generación incorporan una placa de red onboard y la conexión correspondiente.
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 ademas los anclajes para el disipador y el ventilador ( el refrigerador o cooler)
3) Conectores de memoria: aquí se colocan los módulos de memoria RAM dinámica
Los zócalos reciben los nombres de las memorias (SIMM, DIMM Y RIMM).
SIMM: siglas en ingles de Single In-line Memory Module
Memorias SIMM. Podemos ver a la Izquierda una memoria de 30 contactos y a la derecha uno de 72 contactos.
DIMM: sigla en inglés de dual in-line memory module
↓↓RIMM: siglas en ingles de RAMBUS inline memory module↓↓
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 compactriz.
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 eran del tipo AT y en los motherboard mas modernos son los 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 también administraba el bus AGP.
Es el encargado de controlar el bus de datos del microprocesador y de la memoria. Antiguamente también administraba el bus AGP.
9) Conectores al gabinete: aquí se conectan los comando o 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. busca ilustración de conectores al gabinete.
10) Chipset: Puente sur (South Bridge): Es la parte del Chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rígidos, el bus PCI y los puertos usb.
11) Pila: esta pila mantiene el Setup. En los viejos motherboards iba soldada, actualmente es del tipo CR2032.
12) Slot PCI: En este slot se conectan placas de expansión como por ejemplo placas de red , sintonizadores de TV, módem telefónico, etc.
13) Slot AGP: En un tiempo se conectaban aquí las placas de video. Actualmente es obsoleto.
Factor de forma (form factor)
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. Ademas, cuando surge un elemento nuevo como el puerto USB todos los fabricantes deberán cumplir con la 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 forma en uso: ATX, Micro ATX y Flex ATX.
El factor de forma indica las dimensiones de la placa que la vinculan con un gabinete especifico. También establece la posición de los anclajes y la distribución de los componentes (slot de expansión, ubicación los bancos de memoria, zócalo de microprocesador, etc).
Factores de forma obsoleto: AT y Baby AT.
Factores de forma en uso: ATX, Micro ATX y Flex ATX.
↓↓Motherboard AT↓↓
↓↓Motherboard Baby AT↓↓
↓↓Motherboard ATX↓↓
↓↓Motherboard Micro ATX↓↓
↓↓Motherboard Flex ATX↓↓
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 micro y la memoria por eso su nombre de puente. Ademas, muchas innovaciones tecnológicas como el soporte de memoria de DDR y el bus frontal FSB (Frontal Side Bus). 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.
Puente Sur (South Bridge)
El puente sur 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 SATA, los puertos USB y PCI.
La conexión entre los puertos norte y sur se realizaba antiguamente a través del bus PCI, pero recientemente algunos fabricantes del motherboard han empezado a usar buses especiales dedicados que permiten una trasferencia 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 MBs por segundo, que quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos rondan los 100 MBs por segundo y si le agregamos las transferencias de las placas que están colocada en los slots PCI y los que este conecta 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 chip set i 810 de intel tiene un bus de 8 bit a una frecuencia de 266 MHz.
Buses
Los buses constituyen físicamente vistas de cobre de los circuitos impresos que ínter-comunican electricamente 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.
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.
Parametros de los buses
Ancho: Se mide en Bits y se refiere a la cantidad de lineas.
Velocidad máxima de transferencia de datos: Se mide en Bit por segundo o Bite por segundo.
Frecuencia de clock: Se mide en hertz (Hz).
Cantidad máxima de dispositivos permitidos: Se mide en cantidad.
Armar una tabla con los parametros anteriores para los siguientes buses:
PCI
PCI Express (1x, 4x, 8x, 16x)
USB (1.0, 2.0, 3.0)
IDE
SATA (1, 2, 3)
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.
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.
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.
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 vídeo otros dispositivos que requieren alta velocidad de transferencia como discos SSD, puertos USB 3.0, etc.
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 vídeo otros dispositivos que requieren alta velocidad de transferencia como discos SSD, puertos USB 3.0, etc.
↓↓Pci-e 4 Puertos Usb 3.0↓↓
↓↓Discos SSD con interfaz PCI Express con 1.6 TB↓↓
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