Trabajo Practico N°3

Motherboard 

Si analizamos la PC, el conjunto motherboard y microprocesador resultan los componentes centrales. La característica que siempre tuvieron los motherboard es la que podemos llamar modular y abierta.  Esto posibilita incorporar e intercambiar elementos de la PC para mejorar sus caracteristicas (upgrade). Esta tecnologiadeja abierta la puerta para que muchos fabricantes produzcan las partes que conforman los equipos. Se puede armar una PC con un motherboard de una marca, una placa de video de otra, una placa de sonido de otra, etc. y remplazar cualquiera de ellas por otra de otra máquina.

Es decir, que todos los componentes se fabrican siguiendo estándares bien definidos. Como veremos mas adelante, esas normas son dictadas por organismos internacionales de estandarización o, en algunos casos, por asociaciones de fabricantes. De esta manera surgieron los llamados clones que no tienen una marca definida y cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes. El motherboard es un circuito impreso que consta de un material aislante (fibra de vidrio, pertinax, etc.) sobre la cual se hallan los conductores (pistas) que conectan los distintos componentes entre si y que iran soldados a ellos. Con la tecnología actual se construyen circuitos impresos que pueden tener varias capas.

A.Elementos de un motherboard:

1. Conectores:
   Los motherboard que respondan la norma ATX (Advanced Tecnology Extended) incorporan un grupo de conectores estándar: conector RS232(serie), el puerto paralelo(centronics), conectores PS/2(Mouse y teclado), puertos USB, puerto VGA, RJ45(conector de red) y los conectores de audio(micrófono, entrada de linea y la salida para auriculares y/o parlantes).

2. Socket de microprocesador: Aqui se coloca el microprocesador. La medida, el tamaño y la forma y la cantidad de contactos dependen de la marca y el modelo del microprocesados. Sobre el Socket o en sus cercanias se encuentran los anclajes del Cooler (Disipador y Ventilador - Sink- Fan)

Socket de micro AMD

Socket de micro Intel

3. Conectores de memoria: Aquí se colocan los módulos de memoria RAM dinámicas. Estos conectores oslots reciben el mismo nombre que los memorias que se van a colocar en él (SIMM, DIMM, RIMM).

Conectores SIMM

Conectores DIMM

4. Conector de la disquetera: En desuso.

 5. Conectores IDE: En estos conectores se conectan los cables planos que permiten conectar hasta 4 discos rígidos o lectoras/grabadoras de CD-DVD. En las cercanías de estos conectores en los MB más modernos se encuentran los conectores Serial ATA (SATA) que son la interfase que se usa actualmente para los discos rigidos y para lectora/grabadora de CD.

 -Velocidad de transferencia:

-         IDE: 130 Mb/s

-         Sata 1: 150 Mb/s

-         Sata 2:300 Mb/s

-         Sata 3: 600 Mb/s

Conectores IDE

6. Conector de alimentación: Este conector tipo ATX permite la alimentación electrica al MB con las diferentes tensiones de alimentación provenientes de la fuente tipo SWITCHING.

Conector ATX

7. BIOS (Basic Input Output System): Este chip alberga el software más básico del MB que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Entre otras cosas el BIOS controla la forma en que el MB 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) y una memoria RAM (memoria de lectura y escritura) llamada Set Up, que es mantenida por una vida. A esta memoria se accede durante al arranque de la maquina apretando las teclas F2 o Supr.

8. Chipset-Northbridge: Es el encargado de controlar el bus de datos del procesador y la   memoria.

9. Chipset-Southbridge (puente sur:( es la parte del chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rigidos, 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 funcionamiento de acceso a datos del disco rigido, boton de encendido, boton de reset.

11. Pila: mantiene la memoria RAM del Set Up. Es de tipo CR2032. en caso de que la maquina pierda la configuración del Set Up, como por ejemplo la hora, fecha o geometria del disco rigido, esta pila debera cambiarse. 

12. Slot PCI: en estas ranuras se incertan la placa de sonido, placas de red, capturadotas y sintonizadotas de televisión, etc. Las placas de video se conectan actualmente a los spots PCI Express.

PCI

PCI Express

13. Slot AGP: En desuso,antes usado para conectar las placas de video.                                   slot agp

Factor de forma

Atendiendo a la estructura modular o arquitectura abierta que habiamos mencionado, los fabricantes de motherboards 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 deberán cumplir con las normas y características constructivas de ese puerto para no quedar afuera del negocio del hardware.

El factor de forma (form factor) indica las dimensiones y el tamaño de la placa, lo que se vincula con el gabinete especifico. Tambien establece la posición de los anclajes y la distribución de los componentes (Slot de expancion, ubicación de los bancos de memoria, zocalo del microprocesador, etc.).

Los formatos obsoletos son los AT  y Baby AT, mientras que los formatos actuales son los ATX, Micro ATX y ATX Flex.

ATA

AT Baby

ATX

ATX FLEX

Puente Norte

Es el encargado de controlar el bus de datos del procesador y la memoria.

Justamente sirve de conexión entre el motherboard, el microprocesador y la memoria, por eso su nombre de puente. Generalmente, las innovaciones tecnologicas, como el soporte de memoria DDR y FSB son soportados por este chip. La tecnologia de fabricación del northbridge es muy avanzada y comparable a la del propio microprocesador. Por ejemplo, si debe encargarse del FSB (Front Side Bus) de alta velocidad, debera manejar frecuencias de 400 hasta 800 MHz. Por eso este chip suele llevar un disipador y en algunos casos, tambien, un ventilador.

Puente Sur

Es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y salida de datos para periféricos. Controla el bus IDE, el SATA, los puertos USB, el bus PCI y el audio de 6 canales.

Buses

Los buses constituyen fisicamente 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 del sistema.

El bus de datos transporta los datos o instrucciones en forma de pulsos eléctricos desde y hacia el microprocesador. Dependiendo del sistema y del microprocesador, este bus tendrá un ancho determinado. Las primeras PC tenían buses de ocho bits, y en la actualidad puede llegar a 64 bits (o 8 bytes).

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 mapa de memoria, que es su identificación en el sistema, y las direcciones no pueden repetirse para que no haya confusiones. Lo descripto anteriormente se refiere a los elementos que efectivamente están montados sobre la placa.

Pero el sistema puede componerse además por dispositivos que se conectan a la placa mediante zócalos o ranuras de expansión llamados slots, que también deben interconectarse. Entonces, parte de los contactos de las placas de expansión que se conectan con estos zócalos se integran en el bus del sistema. A su vez, cada tipo de ranura de expansión responde a un bus particular con características propias, por ejemplo los slots PCI Express y AGP.

PARAMETROS DE LOS BUSES:

Ancho del bus: se mide en bits

Ancho de transferencia: se mide en b/s

Frecuencia del clock: ciclos/s = MHz

Cantidad máxima de dispositivos admitidos: N

BUS PCI (Peripherical Component Interconection)

Al bus PCI se lo identifica con un conector blanco de aproximadamente 8,5cm de largo. Tiene una muesca que permite la correcta inserción de las placas. Este bus fue desarrollado por Intel y luego sometido al consenso del resto de la industria que lo adopto como estándar. Sigue siendo utilizado en la actualidad, y los periféricos mas comunes que se conectan a él son placas de red, MODEM telefónico, placas de audio, sintonizadotas de TV, etc. Las placas de video se conectan actualmente al PCI Express. 

Caracteristicas del bus PCI:

-Ancho del bus: 32 o 64 bits.

-Frecuencia del clock: 33 MHz.

-Taza de transferencia maxima: 133 MB/seg en el bus de 32 bits y 266MB/seg en el de 64 bits.

-Cantidad maxima de dispositivos: 10

Bus frontal (FSB – Front Side Bus)

Antiguamente existía un solo bus de datos y el microprocesador accedía a la memoria RAM y a la memoria CACHE de segundo nivel a través de él. Para mejorar el desempeño, Intel introdujo el DIB (Dual Independent Bus) donde el microprocesador accedia a la CACHE L2 por el Back Side Bus, y a la memoria RAM por el Front Side Bus. Regularmente, la velocidad del microprocesador se determina aplicando un factor de multiplicación a la frecuencia FSB. Por ejemplo, si aplicamos un factor de multiplicación de cinco a un FSB de 100 MHz obtendremos que la frecuencia del procesador es de 500 MHz. Este proceso se conoce como OVERCLOCKING.

En las viejas maquinas esta operación se realizaba moviendo un puente físico de lugar, llamado JUMPER. Hoy en dia, se hace directamente desde el Set Up.

Bus ISA (Industry Standard Architecture)

Este bus es obsoleto. Fue el predesesor del PCI y durante un tiempo ambos tipos estubieron presentes en el motherboard.

Caracteristicas:
-Ancho del bus: 32 bits.

-Velocidad de transferencia:16 MB/seg

-Frecuencia del clock: 8 MHz

Bus AGP (Advanced Graphics Port)

El bus AGP se uso durante cierto tiempo para conectar las placas de video. Si bien llego a velocidades de transferencia de 2GB/s, fue remplazado rápidamente por el spot PCI Express.

Ancho del bus: 32 bits.

-Frecuencia del clock: 66 MHz.

-Velocidad de transferencia:

-AGP: 266 MB/s

-AGPx2: 533 MB/s

-AGPx4: 1GB/s

-AGPX8: 2,1 GB/s

Bus PCI Express

El bus PCI Express se desarrollo entre los años 1999 y 2001. Durante su desarrollo tuvo varios nombres:

-         System I/O

-         Infiniband

-         3GIO (3º Generation Input Output)

-        Araphade

Finalmente el desarrollo termino en manos de una organización llamada PCI-SIG (Peripherical component Interconection – Special Interest Group) que es una organización sin fines de lucro que tiene asociados a los fabricantes de hardware.

El bus PCI Express presenta mejores características de flexibilidad y velocidad, como son la transmisión en serie y el sistema de conexión punto a punto.

La transmisión, uno de los interfaces más antiguos de la PC (RS232), sigue presente en los motherboards, aunque esta prácticamente en desuso frente a interfaces internos superiores como el USB. La transmisión de datos en el bus PCI Express justamente se realizo 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 interfase serie porque utiliza menos tensión, generan menos interferencias eléctricas y permiten alcanzar mayores velocidades sin perdida de información, además son más simples, lo que permite un diseño mas compacto.

  La conexión punto a punto quiere decir que la comunicación entre un dispositivo u otro es directa, lo que permite un aprovechamiento total del ancho de banda, puesto que cada placa tendrá su ancho en particular y se comunicara con otra sin que nada interfiera en su camino. Dijimos que el PCI estándar o convencional tiene todos los conectores conectados en paralelo, por lo que comparten en ancho de banda del bus (133MB/s).

   En el sistema PCI Express, la conexión entre los conectores de expansión con el chipset se realiza mediante un modulo llamado swich, muchas veces incluido en el puente sur.

   Podemos comparar el bus PCI Express y el PCI haciendo una analogía con los concentradores de red: los concentradores de red más comunes son el HUB y el SWICH. En los HUB, los datos que quieren pasar de una maquina a otra, deben pasar por todas las que están entre un puerto y otro hasta que encuentren el destino correcto, mientras que un SWICH tiene una “inteligencia” que le permite saber la dirección de cada maquina conectada y envía los datos directamente desde una hacia la otra sin pasar por ningún puerto. La conexión básica PCI Express (x1) consta solamente de cuatro cables, dos para la transmisión de datos en un sentido y dos para el otro. Cada uno de ellos trabaja una frecuencia de 2GHz, lo que brinda una taza de transferencia de 256MB/s. debemos considerar que esos 256 MB/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 x1, como dijimos anteriormente, tiene un par de conductores para enviar la información en un sentido, y otros dos para enviar información en el otro sentido. La ranura PCI Express x4 tiene cuatro pares de conductores y la PCI Express x16 tiene 16 pares de conductores.

Calculo de la velocidad de transferencia de un bus:

-Calcular la velocidad de transferencia de un bus de 32 bits operando a 33 MHz.

33 MHz = 33Mb/s = 33000000 bits/s.

Total para el bus= 33000000 bits/s x 32 = 1056000000 b/s

Velocidad de transferencia byte/s = (1056000000 b/s)/8 = 132000000 B/s = 132 MB/s

Interfaz para discos rígidos:    

Veremos la forma en que se transmiten la información desde los medios de almacenamiento masivos, como discos rígidos y lectoras/grabadoras de CD y DVD desde y hacia el motherboard. Actualmente se usa preponderantemente la interfaz Serial ATA (SATA) que va remplazando a la interfaz IDE (ATA)

Puerto IDE:

             

  La interfaz IDE es un conector con una doble hilera de pines donde va el conector asociado a un cable plano.

  Regularmente hay dos conectores sobre el motherboard bajo los nombres IDE-0 y IDE-1. La interfaz IDE esta basada en el estándar creado por IBM en los años 80 llamado ATA (Advanced Technology Attachment). Por eso esta interfaz también se conoce como IDE/ATA. Esta interfaz se mejoro con el tiempo, y fue capaz de soportar disco cada vez mas rápidos (ATA 1, 2, 3, 4 y Fast ATA). En principio solo soportaba discos rígidos, pero más tarde es capaz de soportar unidades de CD ROM y se convierte en ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface). Es por eso que en muchas maquinas con esta interfase en el inicio se le el mensaje ATAPI CD ROM. La evolución de la norma ATA esta directamente relacionada con dos modos de transferencia de dato: PIO (Programmable Input-output) y DMA (Direct Memory Access).

Interfaz SCSI (Small Computer System Interface):      

Es una interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos de la computadora. Se utiliza habitualmente en los discos rígidos, pero también interconecta una amplia gama de dispositivos, incluyendo escáneres, unidades de CDROM,unidades de DVD y hasta impresoras.

En el pasado, era común en toda clase de computadoras, pero actualmente se utiliza casi con exclusividad en estaciones de trabajo de alto rendimiento, servidores y periféricos de alta gama. En las computadoras que se utilizan normalmente se usan interfases más lentas, como la SATA y USB (el USB utiliza una serie de comando SCSI para algunas operaciones). Actualmente se esta usando un sistema de SCSI serie (Serial Attached SCSI) que es la continuación de la interfase SCSI paralela. El sistema SCSI llega, actualmente, a 6 GB/s (SAS 600). Esta última tecnología se encuentra presente en motherboards para servidores, como el S5520HC de Intel, que soporta dos microprocesadores Intel Xeon 5500 con 12 ranuras para memoria ddr3, 6 puertos PCI Express, 6 puertos SATA, y un puerto SAS.

Interfaz USB (Universal Serial Bus) :    

El bus USB fue desarrollado en los años 1990. La propuesta original fue de Intel, junto con IBM. Actualmente, el foro USB agrupa a más de 680 compañías. El USB permitió estandarizar la conexión de periféricos como: Mouse, teclado, joystick, escáneres, cámaras digitales, teléfonos móviles, impresoras, MODEM, tarjetas de red (alámbricas e inalámbricas, sintonizadotas de TV, discos duros externos y lectoras o grabadoras de CD/DVD, etc. Su éxito ha sido total, desplazando al puerto serie, al puerto paralelo y a los puertos PS/2.

Su campo de aplicación se ha extendido a otros dispositivos, como estereos para autos, equipos de música, V, etc. Algunos dispositivos que requieren mínima potencia para su funcionamiento se pueden conectar a concentradores (HUBS) sin necesidad de fuentes de alimentación.

Para los dispositivos con más consumo de energía, como discos rígidos, grabadoras y reproductoras de CD externa, se requieren HUBS con su propia fuente de alimentación.

Los dispositivos USB han evolucionado de la siguiente forma:

-USB 1.0: 1.5 Mb/seg = 192 KB/seg

-USB 1.1: 12 Mb/seg = 1.5 MB/seg

-USB 2.0: 480 Mb/seg = 60 MB/seg

-USB 3.0: 4.8 Gb/seg = 600/seg

USB y mini-USB