Si analizamos la PC, el conjunto motherboard y microprocesador resultan los componentes centrales. La característica que siempre tuvieron los motherboard es que la podemos llamar arquitectura modular y abierta que posibilita incorporar o intercambiar elementos de la PC para mejorar sus características. Esta tecnología deja la puerta abierta para que muchos fabricantes produzcan las partes que conforman los equipos. Es decir, se puede armar una PC con un motherboard de una marca, una placa de video de otro, una placa de sonido de otra, etc. y reemplazar cualquiera de ellas por otra de otra marca. Es decir que todos los componentes se fabrican siguiendo estándares bien definidor. Como veremos mas adelantes esas normas son dictadas muchas veces por organizaciones internacionales y otras por los propios fabricantes que se reúnen para definirlas.
De esta manera surgieron los llamados "clones de PC" que no tienen una marca especifica y cuyos componentes procedes de diferentes fabricantes.
Elementos de un motherboard:
1) Conectores: Los Motherboard que respetan la norma ATX(advanced technology extended) incorporan un grupo de conectores estándar: El RS232(serie), el puerto paralelo(centronics), conectores PS/2(teclado y mouse), puertos USB, puertos VGA(monitor), RJ45 conector de red, conectores de audio(microfono, parlantes o auriculares y entrada de linea)
2) Socket (zocalo) del microprocesador: Aquí se coloca el microprocesador. La cantidad de contactos y la medida dependen de la marca y del modelo utilizado, ademas tambien tiene en algunos casos los anclajes para el cooler(disipador y ventilador).
3) Conectores de memoria: Aquí se colocan los modulos de memoria RAM DINAMICAS que reciben el mismo nombre que las memorias SIMM, DIMM y RIMM.
SIMM:
DIMM:
RIMM:
4) Conector de disquetera: Ya en desuso.
5) Conectores IDE: En estos conectores se conectan las cables planos que permiten conectar hasta 4 dispositivos (discos rigidos y/o lectoras/grabadoras de CD/DVD), en los motherboard mas modernos se encuentran los conectores SATA que es la interface que se usa actualmente para los discos rigidos.
IDE: 130 mb/s
SATA 1: 150 mb/s
SATA 2: 150 mb/s
SATA 3: 300 mb/s
SATA 4: 600 mb/s
IDE: 130 mb/s
SATA 1: 150 mb/s
SATA 2: 150 mb/s
SATA 3: 300 mb/s
SATA 4: 600 mb/s
6) Conectar de la alimentancion: mediante este conector el Motherboard recibe las tensiones de alimentacion. Los conectores que se usan en la actualidad siguen la norma ATX que reemplazo a los antiguos conectores AT.
7) BIOS(Basic Input Output System): Este circuito integrado contiene el software basico que le permite al Motherboard que se comunique con el sistema operativo. Entre otras cosas, el BIOS controla la forma en que el Motherboard controla la memoria, los discos duros y mantiene la fecha y la hora del reloj. El BIOS contiene 2 tipos de memoria: Una memoria ROM(memoria de solamente lectura) y una memoria RAM(memoria de lectura y escritura) llamada Set Up, que mantiene la informacion aunque la maquina se apague debido a que esta alimentada por una batería.
8) Chipset Northbridge (puente norte) y Southbridge (puente sur): Es el encargado de controlar el bus de datos del procesador y el bus de direcciones.
9) Conectores al gabinete: aqui se conectan los comandos e indicadores que se encuentran en el frente del gabinete: Led de encendido, led de funcionamiento del disco rigido, boton de encendido, boton de reset.
11) Pila: mantiene el setup, es de tipo CR 2032. En caso de que la computadora pierda su configuracion como por ejemplo la hora, la fecha o la geometria del disco rigido, debera ser cambiada.
12) Slot PCI: en estas ranuras se insertan las placas de expansion, como por ejemplo, las placas de red, placas de sonido capturadora de video, sintonizadoras de tv, etc. Actualmente las placas de video se conectan al puerto PCI express.
13) Slot AGP: aqui se conectaban las placas de video. Actualmente está en desuso.
Factor de forma (form factor)
Atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta, los fabricantes de motherboard deben atenerse al cumplimiento de los estandares y normas de la industria del hardware. Ademas cuando surge un elemento nuevo, como por ejemplo el puerto USB, todos los fabricantes deberan cumplir con las normas y caracteristicas constructivas de este puerto para no quedar fuera del negocio del hardware . El factor de forma indica las dimensiones y el tamaño de la placa lo que lo vincula con el gabinete especifico. Tambienestablece la posicion de los anclajes y la distribucion de los componentes (slots de expansion), ubicacion de los bancos de memoria, ubicacion del socalo del microprocesador, etc. Los formatos obsoletos son los AT y baby-AT y los formatos en uso son los ATX, micro-ATX y ATX-flex.
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". Generalmente las innovaciones tecnologicas como las memorias DDR y el FSB(front side bus) son soportados por este chip. La tecnologia de fabricacion del northbridge es similar a la del propio microprocesador ya que debe ocuparse de manejos de alta velocidad como el FSB cuya frecuencia va de 400 a 800 mhz . Por esa razon este circuito integrado esta dotado de un disipador de calor y en algunas maquinas hasta de un ventilador.
South Bridge
El puente sur es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y salida de datos de los perifericos. Controla los puertos IDE y SATA (discos rigidos y lectoras y grabadoras),los puertos USB y el bus PCI y el audio de 6 canales La conexion entre los puentes norte y sur se realizaba 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. La vieja conexion PCI tiene un ancho de banda de solo 133 mbit/s que quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rigidos actuales rondan los 100 mbit/s y si le agregamos la transferencia de las placas que estan colocadas en los slot PCI y los puertos USB 2.0 vemos que el bus PCI se encuentra congestionado. La mejor solucion fue entonces conectar los puentes con unbus dedicado. Por ejemplo el chipset I810 de Intel incorporo un pequeño bus de 8 bit (1 byte) a 266 mhz.
Buses
Los buses constituyen fisicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que interconectan 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 datos o instrucciones en forma de pulsos electricos desde y hacia el microprocesador. Dependiendo del sistema y del microprocesador, este bus tendra una cantidad de lineas llamadas ancho del bus. Las primeras pcs tenian buses de 8 bits y en la actualidad pueden llegar hasta 64 bits.
El bus de direcciones determina cual es el origen y el destino de los datos. Cada dispositivo y cada posicion de memoria tiene una direccion dentro de lo que se llama "mapa de memoria", que es su identificacion en el sistema. Las direcciones no pueden repetirse. Todo lo descripto anteriormente se refiere a los elementos que efectivamente estan montados sobre la placa.
El sistema puede componerse ademas por dispositivos que se conectan a la placa mediante ranuras de expansion (slots) que tambien deben interconectarse, entonces los contactos de las placas de expansion que se conectan a estas ranuras se integran al sistema. Cada tipo de ranura de expansión se conecta a un bus particular con caracteristicas propias. Por ejemplo los slots, AGP, PCI y PCI express.
En los PC modernos solo se mantienen los PCI y PCI express
Parametros de los buses
*Ancho se mide en bits
*Velocidad de transferencia: Bits/segundo
*Cantidad de dispositivos que soporta
*Clock (Hz)
Al bus PCI se lo identifica como un conector blanco de aproximadamente 8.5 cm de largo. Tiene una muezca para la correcta conexion de las placas. Este bus fue desarrollado por Intel, sometido al consenso del resto de la industria que lo adopto como estandar. Todavia es utilizada y posee las siguientes caracteristicas: ancho del bus 32 o 64 bits, velocidad de transferencia maxima de datos:
133 mb/s --- 32 bits --- 33 mhz
266 mb/s --- 64 bits --- 33 mhz
Clock 33 mhz
Bus frontal (FSB - Front Side Bus)
Antiguamente solo existia un bus de datos y el microprocesador accedia a la ram y a la memoria caché de segundo nivel a traves de él. Para optimizar el desempeño, Intel introdujo el DIB (Dual Independent Bus), donde el microprocesador accedia a la memoria caché de nivel 2 por el BSB (Back Side Bus) y a la ram por el FSB.
Regularmente la velocidad del microprocesador se determina aplicando un factor de multiplicacion a la frecuencia del FSB. Por ejemplo, si aplicamos un factor de multiplicacion 5 a un FSB que esta trabajando a 100 mhz se obtiene una velocidad de microprocesador de 500 Mhz, este procedimiento se denomina Overclocking.
En las maquinas viejas se realizaba cambiando de posicion un puente (jumper) en el motherboard. Actualmente se hace desde el set up.
Bus ISA (Industry Standard Architecture)
Es obsoleto.
Ancho del bus: 32 bits
Velocidad de transferencia: 32 mb/s
Clock: 8 Mhz
Bus AGP (Advanced Graphics Port)
Ancho del bus: 32 bits
Frecuencia del clock: 66 Mhz
Velocidad de transferencia
AGP: 266 Mb/s
AGP x2: 533 Mb/s
AGP x4: 1 Gb/s
AGP x8: 2.1 Gb/s
El bus AGP se usó durante cierto tiempo para conectar las placas de video. Si bien llegó a velocidades de transferencia de 2 Gb/s fué reemplazado rápidamente por el slot PCI express.
Bus PCI express
El bus PCI express es el que se usa actualmente para la conexión de placas de video, se desarrolló entre los años 1999 y 2001. Durante su desarrollo tubo varios nombres, System I/O, Infiniband, 3GIO (3rd Generation Imput Output) y Araphade.
Finalmente el desarrollo terminó en manos del PCI-SIG (Preripherical Component Interconection 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 características de flexibilidad y velocidad como son la transmisión en serie y la conexión punto a punto.
La transmision en serie es una de las interfaces mas antigua de las pcs (RS232) que sigue presente en los motherboards actuales aunque está practicamente en desuso frente a interfaces externas superiores como la USB. La transmision de datos en el bus PCI express se realiza en serie, es decir, que los datos van pasando bit a bit uno detras 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 tension, generan menos interferencias electricas y permiten alcanzar mayores distancias y velocidades sin perdida de la informacion; además son mas simples lo que permite un diseño mas compacto.
La conexion punto a punto quiere decir que la comunicacion entre un dispositivo y otro es directa lo que permite un aprobechamiento total del ancho de banda puesto que cada placa tendra su ancho de banda en particular y se comunicara con otra sin que nada interfiera su camino. Dijimos que el puerto PCI standard tiene todas los slot conectados en paralelo por lo que comparten el ancho de banda del bus (133mb/s).
En el sistema PCI express, la conexion en la ranura de expansion con el chipset se realiza mediante un modulo llamado switch (muchas veces incluido en el puente sur del chipset).
Podemos comparar el bus PCI express y el PCI haciendo una analogia con los concentradores de red switch y hub. En un hub todos los datos que quieren pasar de una maquina a otra deben pasar por todas las que esten entre un puerto y otro hasta que encuentre el destino correcto mientras que un switch tiene una "inteligencia" que le permite saber la direccion de cada maquina conectada y envia los datos directamente desde una hacia la otra sin pasar por ningun otro puerto. Una conexion basica PCI express (x1) consta solamente de 4 cables, 2 para la transmision de datos en un sentido y 2 para el otro. Cada uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2.5 Ghz lo que brinda una tasa de transferencia de datos de 2 Gbit/s (256gb/s). Debemos considerar que esos 256mb/s se transmiten en un solo sentido y que si contamos tambien el otro alcanzamos los 512 mb/s, una cifra nada despreciable teniendo en cuenta los 133 mb/s del puerto PCI. La ranura PCI express (x4) tiene 4 pares de conductores y la PCI express (x16) tiene 16 pares de conductores siempre full duplex.
Problema:
Calcular la velocidad de transferencia de un bus de 32bit cuya frecuencia de clock es de 32 Mhz.
Si la frecuencia del clock es de 33 Mhz puede transmitir 33 millones de bits por segundo.
Cant. de bits/seg = 33 Mb/s x 32
= 33.000.000 x 32
= 1056.000.000 bit/seg
La velocidad de transferencia de un bus se expresa en byte/seg (1byte=8bits).
Veloc. de trans. = 1056.000.000 b/seg / 8 = 132.000.000 bit/seg
= 132 Mbyte/s
Interfaz para disco rígido
La interfaz IDE es un conector con una doble ilera de pines donde se conecta un conector asociado a un cable plano.
La evolucion de la norma ATA esta directamente relacionado con dos modos de transferencia de datos: PIO y DMA. El metodo de transferencia mas antiguo es el PIO (Programable Imput Output) en donde el microprocesador controlaba la transferencia de datos. Este modo tubo la siguiente evolucion.
PIO 0 -> 3.3 Mb/s
PIO 1 -> 5.2 Mb/s
PIO 2 -> 8.3 Mb/s
PIO 3 -> 11.1 Mb/s
PIO 4 -> 16 Mb/s
Debido al bajo rendimiento de la interface ATA porque requeria el uso del microprocesador se introduce la tecnologia DMA (Direct Memory Access), de esta forma los discos rigidos pudieron acceder directamente a la memoria sin pasar por el microprocesador. Para ello fue necesario un chip DMA. Esta norma fue mejorando hasta llegar a la UDMA (Ultra DMA) que llega hasta los 133 Mb/s con la siguiente evolucion.
ATA33 -> 33 Mb/s
ATA66 -> 66 Mb/s
ATA100 -> 100 Mb/s
ATA133 -> 133 Mb/s
Interfaz SATA
La interfaz ATA/IDE fue superada en el año 2003 cuando se introdujo la variante serie llamada SATA cuyas ventajas son: mayor velocidad de transferencia, permite usar cables mas largos y permite conectar y desconectar unidades sin apagar la maquina. Actualmente es estandar en todos los motherboards.
Hasta el momento se han desarrollado 3 protocolos SATA, con las siguientes velocidades de transferencia.
SATA 1 = 150 Mb/s
SATA 2 = 300 Mb/s
SATA 2 = 600 Mb/s
Pines SATA
1 GND (tierra)
2 TX + (transmision +)
3 TX - (transmision -)
4 GND (tierra)
5 RX + (recepcion +)
6 RX - (recepcion -)
7 GND (tierra)
Interfaz SCSI (Small Computer System Interface)
Es una interfaz standard para la transferencia de datos entre distintos dispositivos de la computadora. Se utiliza habitualmente en los discos rigidos, pero tambien interconectan una amplia gama de dispositivos incluyendo scanners, unidades de CD-ROM, DVD y hasta impresoras.
En el pasado era comun en toda clase de computadoras, pero actualmente se utiliza casi con exclusividad en estaciones de trabajo de alto rendimiento, servidores y periféricos. En las computadoras que se utilizan normalmente interfaces mas lenta como la SATA y USB(el USB emplea un conjunto de comandos SCSI para algunas operaciones). Actualmente se está usando un sistema SCSI serie(serial attachment SCSI-SAS) que es la continuación de la interface SCSI paralela. Actualmente llega a 66 b/s(SAS600). Esta ultima tecnologia se encuentra presente en Mother Boards para servidores como el S5520 HCde Intel que soporte 2 microprocesadores Intel XEON 5500 ranuras para memoria DDR3, 6 puertos PCI-Express, 6 puertos SATA y un puerto SAS600.
Motherboard S5520 HC
Motherboard S5520 HC
Puerto USB(Universal Serial Bus)
El bus USB fue desarrollado en la decada de los '90. La propuesta original fue de Intel junto con IBM, actualmente el foro USB agrupa a más de 680 compañías.
El USB permitió estandarizar la conexion de perisfericos como Mouse, teclado, joystick, scanner, impresoras, modem, tarjetas de red(alambricas e inalambricas), sintonizadores de TV, discos rigidos externos, camaras digitales, teléfonos celulares y pendrive, lectoras y grabadoras de CD/DVD externas, etc.
El exito fué total, desplazando al puerto serie, al paralelo y al PS/2.
El USB poseé dos tipos de conectores: a y b. Cada uno de ellos a su vez tiene 3 tamaños: normal, mini y micro.
Velocidades de transmisión:
Los dispositivos USB se clasifican en 4 tipos segun su velocidad de transferencia de datos:
- Baja velocidad (1.0) -> Taza de transferencia 1,5 Mb/s(192 KB/S). Este puerto soporta la mayor parte de los dispositivos de interfaz humana, como los teclado y los mouses.
-Velocidad completa(1.1) -> Taza de transferencia hasta 12 Mb/s(1,5MByte/s). Este standard fue rapidamente superado por la especificacion USB 2.0.
