Definición
Es un circuito impreso. Éste consiste en un material aislante (fibras de vidrio, vertinax, etc.) cubierta con un material conductor con el cuál se dibujan las pistas y contactos de los componentes que irán soldados sobre ellos. 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 analizamos la computadora personal como concepto, el componente a destacar es el motherboard.
La caracteríztica que siempre tuvieron los motherboard es lo que llamamos arquitectura modular o tecnología abierta que posibilita incorporar o intercalar elementos a la PC posteriormente a su compra, mejorar sus caracterízticas y dejar la puerta abierta para que terceros produzcan elementos que se incorporan al equipo (placas de sonido, placas de video, módem, placa de red, etc.) De ésta manera, surgieron los llamados clones de PC sin marca específica, cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes, alguno de esos componentes (marcas que se dedican a fabricar solo motherboard, otros que solo producen placas de video, otros módem, etc.)
Elementos de un motherboard
Conectores internos
1) Conectores: Los motherboard que respetan la norma ATX incorporan un grupo de conectores estándar: serie, paralelo, teclado y mouse PS2 y puertos USB. También se agrega el sonido y el conector de red (RJ45)
2) SOCKET (zócalo): Aquí se coloca el microprocesador. La medida y la cantidad de contactos varían segun el tipo de microprocesador usado. Posee ademas los anclajes para el disipador y el ventilador (COOLER)
3) Zócalos de memoria: Aquí se colocan los módulos de memorias RAM y dinámicas. Los zócalos reciben el mismo nombre que las memorias que alojan (DIM, RIMM, etc.)
4) Conectores IDE para discos rígidos: En estos dos conectores se conecta los cables planos que permiten conectar hasta 4 discos rígidos. En la cercanía de estos conectores en los motherboards mas modernos se encuentran los conectores SATA que se usa actualmente para discos rígidos
Velocidad de transferencia típicas:
IDE 133 mb/seg
SATA 150 mb/seg
SATA II 600 mb/seg
SATA VI 6 gb/seg
6) Conector de alimentación: A través de éste conector ATX, se suministra a el motherboard las diferentes tensiones de alimentación, provenientes de la fuente de alimentación tipo SWITCHING
7) BIOS (Basic Input/Output System) : Éste chip alberga el software básico del motherboard que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Entre otras cosas, el BIOS controlaba 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 solamente lectura, actualmente tipo flaser), y una memoria RAM llamada SETUP que es mantenida por una pila a la que se accede cuando la máquina arranca (en algunas máquinas apretando la tecla F2 o SUPR durante el arranque).
8) Chipset (North Bridge) : Es el encargado de controlar el bus de datos del procesador y la memoria. También administra el bus AGP
9) Chipset (South Bridge) : Es la parte del chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos duros, el bus PCI y los puertos USB
10) Conectores al gabinete : aquí se conectan los comandos e indicadores que se encuentran en el frente del gabinete (led de encendido, led de trabajo en el disco rígido, botón de reset, botón de encendido, etc.)
11) Mantiene el SETUP
12) Slots PCI : En éstas ranuras se insertan las placas de sonido, módems, etc. Existiendo un slot PCI express donde se conectan las placas de video y de sonido
13) AGP : Especialmente utilizado para colocar placas de video. Actualmente en desuso
14) Factor de forma : Atendiendo al concepto de modularidad o arquitectura abierta explicando abteriormente es necesario
15) Las características principales de las placas ATX son :
*Conectores de puertos serie (COM)
*Conectores de puertos paralelo (LPT)
*USB on board
Lo que implica que el gabinete debe tener un lugar donde éstos conectores calcen justo
16) Conectores minidin (PS/2) : Conector eléctrico de alimentación para la fuente ATX (este conector reemplaza a los viejos conectores de alimentación P8 y P9)
Las fuentes de alimentación ATX permiten su manejo por software, accediendose así a su apagado, encendido o modo suspendido.
17) Slots PSI y PSI express (los slots ISA y AGP prácticamente desaparecidos)
*Otras de las consideraciones que se tuvieron en cuenta en la norma ATX fue la refrigeración. El conjunto de un motherboard y un gabinete ATX es más eficaz técnicamente, ya que hay una mayor circulación de aire entre el gabinete y el exterior
Intel introdujo una modificación a la norma ATX, la versión 2.03 que agrega un nuevo conector de alimentación eléctrica para los motherboard que utiliza el microprocesador pentium 4
Conectores externos de un motherboard ATX
1) Conectores PS/2 para mouse y teclado : Incorporan un ícono para distinguir su uso específico.
2) Puerto paralelo : Puerto utilizado por la impresora. Actualmente está siendo reemplazado por USB.
3) Conectores de sonido : Los motherboard modernos incluyen on board una placa de sonido con todas sus conexiones.
4) Puerto serie : Utilizado para mouse y conexiones de baja velocidad entre PCs.
5) Puerto USB : Puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos, como los escáners o las cámaras digitales
6) Puerto Firewire : Otro puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos. No todos los motherboard cuentan con una conexión de este tipo.
7) Red : generalmente los motherboards de última generación incorporan una placa de red on board y la conexión correspondiente.
Función del motherboard:
Las tareas dentro del motherboard se distribuyen de la siguiente manera:
La conexión física de los elementos mediante los conectores y las pistas del circuito impreso.
Estas conexiones eléctricas se denominan buses del sistema.
La regulación de las señales eléctricas se realiza mediante el microprocesador y el chipset.
Chipset
El chipset es el componente del motherboard que coordina el intercambio de la información que circula por los buses. Es el soporte del microprocesador y su tarea es intercambiar información entre los diferentes componentes del sistema.
Como regla general Intel y AMD fabrican chipsets para sus propios microprocesadores y hay otras marcas como SIS, VIA que fabrican chipsets que soportan microprocesadores, tanto Intel como AMD.
Básicamente un chipset esta conformado por dos chips. Uno, el mas importante, se denomina puente norte (North Bridge) que suele llevar un disipador. Su función principal es controlar el funcionamiento y la frecuencia de Bus del procesador, la memoria y el puerto AGP (obsoleto). De esta forma sirve de conexión (por eso se llama puente) entre el motherboard y los principales componentes: Procesador, memoria y video.
Generalmente las grandes innovaciones tecnológicas, como el soporte para memorias DDR, se implementan mediante este chip. La tecnología de fabricación del North Bridge es muy avanzada y su complejidad comparable a la del microprocesador. Por ejemplo, cuando se encarga de manejar el Bus frontal de alta velocidad (FSB) debe manejar frecuencias de 400 hasta 800 MHz. Son estas altas velocidades de procesamiento lo que obliga a colocarle un disipador.
Puente Sur
El puente sur es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y salida de datos para periféricos y el soporte IDE, 2 puertos USB y el bus PCI. También controla los puertos serial ATA (SATA) y el audio de 6 canales
La conexión entre los puentes norte y sur se realizaba a través del bus PCI, pero recientemente algunos faltantes han empezado a usar buses especiales dedicados que permiten una transferencia de datos directa y sin interferencia. El problema es que la vieja conexión PCI tiene una velocidad de transferencia (ancho de banda) de 133 Mb/Seg que quedó insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos rondan los 100 Mb/Seg y si le agregamos las transferencias de las placas que están colocados 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 I810 de Intel incorporó un pequeñobus de 8 Bit a 266 Mb/Seg
Buses
Los buses son básicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que interconectan 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
*Bus de sistema
El bus de datos transporta los datos desde y hacia el microprocesador. Dependiendo del sistema y del microprocesador, éste bus tendra un ancho determinado. Las primeras PCs, tenían buses de 8 Bits y en la actualidad pueden llegar a 64 Bits.
El bus de direcciones determina cual es el origen y el destino de los datos. Éstas direcciones no pueden repetirse para que no halla confusiones.
Los buses de sistema son los que permiten la conexión de los dispositivos que se pueden agregar a la placa (ranuras o slots de expansión PCI, PCI Express, SATA, etc.). Es decir que cada renura de expansión responde a un bus particular con características propias. Por ejemplo los slots PCI, AGP, y PCI Express se conectan mediante los buses del sistema.
En las PCs modernas solo se mantienen los PCI y el PCI Express
Parámetros de los buses
*Ancho del bus (se mide en Bits)
*Velocidad de transferencia de datos (se mide en Bits/Seg)
*Frecuencia del clock (se mide en Hertz)
Cantidad de dispositivos permitidos
Frontiside Bus
Antiguamente solo existía un bus de datos y el microprocesador accedía a la RAM y a la memoria C de segundo nivel a través de él para optimizar el desempeño de este bus Intel introdujo del DIB (Dual Independent Bus) que permitió el microprocesador acceda a la memoria Caché L2 por el backside bus y a la RAM por el frontside bus.
Regularmente la velocidad del microprocesador Se determina aplicando un factor multiplicador a la frecuencia del FSB (Front Side Bus). Por ejemplo si aplicamos un factor de multiplicacion D5 FSB esta a 100MHz se obtiene una velocidad de microprocesador de 500 Mhz. Este proceso se conoce como Overcloking. Antiguamente esto se realizaba cambiando de lugar un Jumper en la placa mother. Actualmente se hace desde el setup.
BUS PCI (Peripherical component Interconnect)
Algun PCI se lo identifica como un conector blanco de aproximadamente 8,5 cm de largo. El conector tiene una muesca para la correcta colocacion de las placas.
Este bus fue desarrolado por INTEL y luego el resto de la industria lo adopto como estandar. Es uno de los utilizados en la actualidad por las siguientes caracteriticas:
Cantidad de dispositivos: 10
Ancho del Bus 32 O 64 BITS
Velocidad maxina de tranferencia:
133 Mb/seg a 32 bit y 33Mhz
266 Mb/seg a 64 y 33Mhz
Frecuencia del clock 33 Mhz
BUS ISA(Industrial Standard Arquitecture)
Este bus es obsoleto. Algunas de sus caracteriticas son: ancho del BUS 32 bits
Velocidad maxima de tranferencia: 16 Mb/seg
Frecuencia del clock: 8 Mhz
BUS AGP(Acelerated Graphis Port)
el bus AGP se uso durante unos años para conectar con exclusividad placas de video. Si bien llego a velocidades de tranferencia de 2Gbits/seg fue reemplazado rapidamente por el slot PCI express
Ancho de BUS: 32 bits
Frecuencia del clock 66 Mhz
Velocidad de transferencia de datos
AGP: 266 Mb/seg
AGPx2 =533 Mb/seg
AGPx4=1GB/seg
AGPx8=2,1GB/seg
BUS PCI EXPRESS
en un pci express se desarrollo en los años 1999 y 2001. durante su desarrollo tuvo varios nombres como: x System I/O
x Infiniband
x 3gio (thir generation Input Output)
x Araphoe
Finalmente el desarrollo termino en manos del grupo PCI – SIG (PCI 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 caracteristicas de flexibilidad y velocidad por ejemplo la transmision en serie y el sistema de conezion punto a punto.
La transmision en serie es una de las mas antiguas de las PC (Rs-232 )que sigue presente en los motherboards actuales aunque esta practicamente en desuso frente a interfaces externas superiores como la USB. La transmision de datos en el b us pci express se realiza en serie al igual que las nuevas interfaces de discos serial ATA una transmision de datos en serie quiere decir que los datos van pasando bit a bit uno detrás del otro, en las interfases en paralelo los datos viajan por varios cables a la vez. Se privilegia el uso del de fase serie por que utilizan tenciones menores, generan menos interferencias y permiten alcanzar mayores velocidades sin perdida de informacion, ademas son mas simples lo que permite un diseño mas compacto.
La conexion punto a punto quiere decir que la comunicación y otro es directa lo que permite un aprovechamiento toal del ancho de banda puesto que cada placa se comunicara directamente con otra sin que nada interfiera en su camino. Como dijimos en el puerto PCI se pueden conectar hasta 10 dispositivos lo que hace que estos compartan el ancho del banda del BUS (133 Mhz) en el sistema PCI express la conexión de las ranuras de expansion del chipset se ralzia emdiante un modulo llamado Switch (y muchas veces incluido en el puente sur del chipset) podemos comparar el BUS pci expressy el pci haciendo una analogia con los concentradores de red: Hub y Switch. En un Hub los datos que quieren pasar de una maquina a otra deben pasar por todas las que esten entre un puerto y otro hasta que encuentren el destino correcto, mientras que un switch tiene una “Inteligencia”que le permite saber la direccion de cada pagina conectada y envia datos directamente de una hacia la otra sin pasar por ningun puerto.
Una conexión basica express x1 consta de 4 cables, dos para las transmision de datos en un sentido, dos para el otr. Cada uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2,5 Ghz loq ue brinda una tasa de transferenciade dos Gbit/seg esto equivale a 256 Gbits/seg. Debemos considerar que esos 256 Mbits/seg se transmiten en solo sentido y que si contamos tambien el otro alcanzamos los 512 Mbit/seg, una cifra nada despreciable teniendo en cuenta los 133 Mbit/seg delantiguo puerto PCI gracias a las caracteriticas de contar simplemente con cuatro cables es que ahora los diseños de motherboard son ams sensillos y compactos. Las ranuras PCI express x 1 tiene entonces un par de conductores para enviar informacion y otro para recibir. La ranura PCI express x4 tiene 4cuatro pares de conductores y la PCI x16 tiene 16 pares de conductores simepre full duplex
La interfas para discos rigidos
Actualmente se usa preponderantemente la interfas SERIAL-ATA (sata) que esta reemplazando a la interface IDE (Integral device electronics).
Las interfas IDE se reconoce porque no es un conector tipo ranura sino que es un conector con una doble hilera de pines donde va el conector hembra asociado a un cable plano.
Regularmente hay 2 conectores sobre el motherboard juntos, los nombres de IDE 0 e IDE 1. la interfas IDE esta basada en un estandar por IBM llamado ATA (Advance Techonology Attachment). Por eso esta interfas se conoce como IDE/ATA. Esta interfas se mejoro con el tiempo y fue capaz de soportar discos cada vez mas rapidos.
La interfas ATA evoluciono como 1,2,3,4,5 y Fast ATA. En principio esta interfas soportaba solamente discos rigidos, pero mas tarde la interfas ATA se convierte en ATAPI (Advance Technology Attachment Package Interface) y es capaz de soportar CD ROM. Es por esto qu en inicio de una PC conectora se lle el mensaje ATAPI ROM . la evolucion de la norma ATA ESTA directamente relacionada con los odos de tranferencia de los datos PIO y DMA. El modo ams antiguo se llamaba PIO (Programmable Input output) dentro del modo PIO se sucedieron varias evoluciones
Pio 0: 3,3 Mb/seg
Pio 1: 5,2 Mb/seg
Pio 2: 8,3 Mb/seg
Pio 3: 11,1 Mb/seg
Pio 4: 16 Mb/seg
Debido al bajo rendimiento de la interface data por el uso que hacia del microprocesador se introduce la tecnologia de DMA (Direct Memory Acces) 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/seg con la sguiente evolucion.
ATA 3
UDMA 0: 16 Mb/seg
UDMA 1: 25 Mb/seg
UDMA 2: 33 Mb/seg
ATA 66
UDMA 3: 44 Mb/seg
UDMA 4: 66Mb/seg
ATA 100
UDMA 5: 100 Mb/seg
ATA 133
UDMA 6: 133Mb/seg
La interface ATA (paralelo) fue superada en el año 2003 cuando se introdujo la bariante serie SATA
SATA 1: 150Mb/seg
SATA 2: 300 Mb/seg
SATA 3: 600 Mb/seg
El BIOS (sigla en inglés de basic input/output system; en español "sistema básico de entrada y salida") es un software que localiza y reconoce todos los dispositivos necesarios para cargar el sistema operativo en la memoria RAM; es un software muy básico instalado en la placa base que permite que ésta cumpla su cometido. Proporciona la comunicación de bajo nivel, el funcionamiento y configuración del hardware del sistema que, como mínimo, maneja el teclado y proporciona una salida básica (emitiendo pitidos normalizados por el altavoz de la computadora si se producen fallos) durante el arranque. El BIOS usualmente está escrito en lenguaje ensamblador. El primer uso del término "BIOS" se dio en el sistema operativo CP/M, y describe la parte de CP/M que se ejecutaba durante el arranque y que iba unida directamente al hardware (las máquinas de CP/M usualmente tenían un simple cargador arrancable en la memoria de sólo lectura, y nada más). La mayoría de las versiones de MS-DOS tienen un archivo llamado "IBMBIO.COM" o "IO.SYS" que es análogo al BIOS de CP/M.
El BIOS es un sistema básico de entrada/salida que normalmente pasa inadvertido para el usuario final de computadoras. Se encarga de encontrar el sistema operativo y cargarlo en la memoria RAM. Posee un componente de hardware y otro de software; este último brinda una interfaz generalmente de texto que permite configurar varias opciones del hardware instalado en el PC, como por ejemplo el reloj, o desde qué dispositivos de almacenamiento iniciará el sistema operativo (Microsoft Windows, GNU/Linux, Mac OS X, etc.).
El BIOS gestiona al menos el teclado de la computadora, proporcionando incluso una salida bastante básica en forma de sonidos por el altavoz incorporado en la placa base cuando hay algún error, como por ejemplo un dispositivo que falla o debería ser conectado. Estos mensajes de error son utilizados por los técnicos para encontrar soluciones al momento de armar o reparar un equipo.
El BIOS antiguamente residia en memorias ROM o EPROM pero desde mediados de los 90 comenzó a utilizarse memorias flash que podían ser actualizadas por el usuario. Es un programa tipo firmware. El BIOS es una parte esencial del hardware que es totalmente configurable y es donde se controlan los procesos del flujo de información en el bus del ordenador, entre el sistema operativo y los demás periféricos. También incluye la configuración de aspectos importantes de la máquina.
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