Si analizamos la PC, el conjunto Mother Board y Microprocesador resultan los componentes centrales. La característica que siempre tuvieron los Mother Board es lo que podemos llamar abierta o modular que posibilita incorporara o intercambiar elementos de la PC para mejorar sus características.
Esta tecnología deja la puerta abierta para que muchos fabricantes produzcan las puertas que conforman los equipos. Es decir se puede armar una PC con un Mother Board de una maquina, una placa de video de otra, con 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 definidos. Como veremos mas adelante 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 específica y cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes.
♦ Elementos del Mother Board:
1 ♦ Conectores:
Los Mother Board que representan la norma ATX
(Advanced Technology
Extended) incorporan un
grupo de conectores estándares:
•El RS232 (serie).
•El Puerto Paralelo (centronics).
•Conectores PS/2 (para Teclado y el Mouse).
•Puerto USB.
•Puerto VGA (Monitor).
•Conector RJ45 (para la Red).
•Conectores de Audio (Micrófono, Parlantes o Auriculares y Entrada de Línea).
2 ♦ Zocalo del microprocesador (Socket):
• Socket AMD:
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| Foto del Zócalo AMD - Athlon X2 |
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| Zócalos AMD dentro del Mother Board. |
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| Foto del Zócalo Intel - Pentium 4 |
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| Zócalos Intel dentro del Mother Board. |
Aquí se colocan los módulos de memoria RAM dinámicas que reciben el mismo nombre que las memorias.
• Memoria Simm:
• Memoria Dimm:
4 ♦ Conectores de la Disquetera:
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| Puerto utilizado antiguamente para conectar una Disquetera al Mother Board, para poder utilizar los Disquetes (aunque sean casi obsoletos, todavia vienen en los Mother Board mas modernos). |
En estos conectores se conectan los cables planos que permiten conectar hasta 4 dispositivos (discos rígidos y/o lectoras grabadoras de CD/DVD). En los Mother Board más modernos se encuentran los conectores SATA que es la interface que se usa actualmente para los discos rígidos. IDE: 130 Mb/s - SATA1: 150 Mb/s - SATA2: 300 Mb/s - SATA3: 600 Mb/s.
2 - Conector hacia el Disco Duro (o cualquier unidad Master).
3 - Conector hacia el CD-Rom (o cualquier unidad Slave).
• El cable rojo indica siempre que se trata del Cable de Alimentación, que debe ir conectado al PIN Nº1, tanto de la placa como de las unidades IDE.
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| Cable IDE. |
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| Cable IDE conectado. |
6 ♦ Conector de alimentacion:
Mediante este conector, el Mother Board recibe las tensiones de alimentación. Los conectores que se usan en la actualidad siguen la norma ATX que reemplazo a los antiguos conectores AT.
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| Comparación de los antiguos conectores AT con los actuales conectores ATX. |
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| Conector ATX de 20 pines, que le proporciona al Mother Board la corriente electrica proveniente de la fuente de alimentación. |
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| Conector ATX conectado al Mother Board. |
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| Conector ATX con extensión de 24 pines. |
7 ♦ Bios (Basic Input Output System):
Este circuito contiene el Software basico que le permite al Mother Board que se comunique con el sistema operativo. Entre otras cosas, el Bios, controla la forma en que el Mother Board maneja la Memoria, los Discos Duros, y mantiene la fecha y la hora del reloj.
El Bios contiene dos tipos de Memorias: una Memoria ROM(memoria de solamente lectura) y una Memoria RAM(memoria de lectura y escritura, llamada Setup, que mantiene la informacion aunque la maquina se apague, debido a que esta alimentada por una bateria).
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| Basic Input Output System por separado. |
+1.jpg) |
| Bios en el Mother Board. |
8 ♦ Chipset NorthBridge (Puente Norte):
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.
10 ♦ Chipset SouthBridge (Puente Sur):
Es la parte del Chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rigidosel bus PCI, los puertos USB.
11 ♦ Pila:
Mantiene el Setup (de
tipo CR 2032). En caso
de quela 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 incertan las placas de expansion como por ejemplo: las placas de red, placa de sonido, capturadora de video, sintonizadoras de TV, etc. Actualmente las placas de video se conectan al puerto PCI express. | |
| Slots PCI en el Mother Board (el slot negro en la izquierda es AGP ) |
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| PCI |
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| 1- PCI Express x1 | 2-PCI Express x16 | 3- PCI |
13 ♦ Slot AGP:
Aqui se conectaban las placas de video. Actualmente esta en desuso.
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| Como estan conectados al Mother Board |
Factor de forma (Form Factor)
Atendiendo a la extructura modular o arquitectura abierta los fabricantes de Mother Board 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 dimenciones y el tamaño de la placa, lo que lo vincula con el gabinete especifico. Tambien establede la posicion de los anclajes y la distribucion de los componentes (Slot de expancion, ubicacion de los bancos de memoria, ubicacion del zocalo 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.
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| Mother Board AT |
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| Mother Board Baby AT |
← Obsoletos
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| Mother Board ATX |
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| Mother Board Micro ATX |
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| Mother Board AT FLEX |
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| Foto Puente Norte en el MotherBoard. |
El Puente Norte se encarga de sorportar al microprocesador en el manejo de los buses y la memoria. Justamente sirve de coneccion entre el Mother Board, 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 North Bridge es similar al del propio microprocesador ya que debe ocuparce 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.
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| Foto Puente Sur en el MotherBoard. |
El Puente Sur es el segundo chip de
importancia y controla los buses de entrada y salida de datos de los preifericos. Controla los puertos IDE y SATA (discos rigidos y lectoras/grabadoras), los puertos USB y el bus PCI y el audio de 6 canales. La coneccion de los puertos Norte y Sur se realizaba a traves del bus PCI, pero recientemente algunos fabricantes de Mother Board an empezado a usar buses especiales dedicados que permiten una transferencia de datos directa y sin interferencia entre los dos puentes. La vieja coneccion PCI tiene un ancho de banda de solo 133 Mb/seg que quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta los discos rigidos actuales rondan los 100 Mb/seg y si le agregamos la transferencia de las placas que estan colocadas en los Slots PCI y los puertos USB 2.0, vemos que el bus PCI se encuentra congestionado. La mejor solucion fue entonces conectar los puentes con un bus dedicado. Por ejemplo: el Chipset I810 de Intel, incorporo un pequeño bus de 8 bits (1 byte a 266 Mhz).
Buses
Los buses constituyen físicamente 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 y bus de sistema.
El bus de datos transporta datos o instrucciones en forma de pulsos eléctricos 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 cual es el origen y el destino de los datos. Cada dispositivo y cada posición de memoria tiene una dirección dentro de lo que se llama mapa de memoria, que es su identificación en el sistema. Las direcciones no pueden repetirse. Todo lo descrito 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 ranuras de expansión (slots) que también deben interconectarse. Entonces los contactos de las placas de expansión que se conectan a 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 AGP, PCI y PCI express.
• Parámetro de los buses:
- Ancho: se mide en bits.
- Velocidad de transferencia: bits/segundo.
- Cantidad de dispositivos que soporta.
- Clock (reloj): Hz.
♦ Bus PCI (Peripherical Component Interconect)
Al bus PCI se lo identifica como un conector blanco de aproximadamente 8,5 cm de largo. Tiene una muesca 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. Todavía es utilizado y posee las siguientes características:
- Ancho del bus: 32 o 64 bits.
- Velocidad de transferencia máxima de datos:
- 133 MB/s _ 32 bits _ 33 Hz
- 266 MB/s _ 64 bits _ 33 Hz
♦ Bus Frontal (FSB - Front Side Bus)
Antiguamente solo existía un bus de datos y el microprocesador accedía a la memoria RAM y a la Caché de segundo nivel a través de él. Para optimizar el desempeño, Intel introdujo el DIB (Dual Independent Bus), donde el microprocesador accedía a la memoria Caché de segundo nivel por el Back Side Bus y a la RAM por la 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 a 100 MHz se obtiene una velocidad del microprocesador de 500 MHz, este procedimiento se denomina Overclocking. Las máquinas viejas se realizaba cambiando de posición un puente (jumper) en el motherboard. Actualmente se hace desde el setup.
♦ Bus ISA (Industry Standard Architecture):
- Es obsoleto.
- Ancho de bus: 32 bits.
- Velocidad de transporte: 32 MB/s.
- Clock: 8 MHz.
♦ Bus AGP (Advance 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 1GB/S
AGP X8 201 BB/S
El Bus AGP se uso durante sierto tiempo para conectar las placas de videos. Si bien llego a velocidades de transferencia de 2 GB/S fue reemplazado rapidamente por el Slot PCI Express.
♦ Bus PCI Express:
El bus PCI Express es el que se usa actualmente para la coneccion de placas de video, se desarrollo entre los años 1999 y 2001 durante su desarrollo tubo varios nombres, System I/O; Infiniband; 3GIO (3º Generation Input Output); Araphade.
Finalmente el desarrollo termino en manos del PCI SIG (Peripherical Componenet Iuterconection Special Interest Group) es una organizacion 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 coneccion punto a punto. La transmisión en serie de datos es una de las interfaces mas antigua de la PC (RS 232) que sigue presente en los Mother Board actuales aunque esta practicamente en desuso frente a interfaces externas superiores como la USB. La transmicion de datos en el bus PCI Express se realiza en serie, es decir, que los datos van pasando bit a bit uno detrás de otro, mientras que en las interfaces en paralelo los datos viajan por varios cables a la ves. Actualmente se privilegia el uso de interfaces serie porque utiliza menos tensión, generan menos interferencias eléctricas y permiten alcanzar mayores
distancias y velocidades sin perdida de la información; además son mas simples, lo que permite un diseño mas compacto.
La conección punto a punto, quiere decir que la comunicacion entre un dispositivo y otro es directa, lo que permiten 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 su camino.
Dijimos que el puerto PCI Estandard tiene todos los slots conectados en paralelo por lo que comparte el ancho de banda del bus. En el sistema PCI Express la coneccion de la ranura de expancion con el Chipset se realiza mediante un modulo llamado Switch (muchas veces incluido en el chipset del puente sur). Podemos comprar el Bus PCI y PCI Express haciendo una analogia con los consentradores 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 estén entre un puerto y otro hasta que encuentre el destino correcto mientras que un switch 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 ningun otro puerto.
Una coneccion basica PCI Express (X1) consta solamente de 4 cables, dos para la transmicion de datos en un sentido, y dos 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 GH/s (256 Mb/s), debemos considerar que esos 256 Mb/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. En el puerto PCI EXPRESS se conectan distintos tipos de dispositivos e interfaces placas graficas,placas de sonido,interfaces PCI EXPRESS a USB y a USB 3,discos rigidos SSD.
♦ Interfaz para el disco rígido:
Veremos la forma en que se transmiten datos desde los medios de almacenamiento masivo como discos rígidos y grabadoras/reproductoras de CD/DVD, desde y hacia el Mother Board.
Esta interfaz está compuesta actualmente por Conectores y Buses SATA que han reemplazado a los Conectores y Buses IDE.
♦ Interfaz IDE (Integrated Drive Electronics):
La interfaz IDE es un conector con una doble idea de pines donde va el conector asociado a un cable plano.
Regularmente hay dos conectores sobre el Mother Board bajo los nombres IDE 0 e IDE 1.
La interfaz IDE está basada en el estándar creado por IBM en los años '80 llamado ATA (Advanced Technology Attachment) por eso esta interfaz se la conoce como IDE/ATA. Esta interfaz se la mejoro con el tiempo y fue capaz de soportar discos mas rápidos pasando sucesivamente por ATA (1,2,3,4 y fase ATA). Hasta ese momento soportaba solamente discos rígidos pero mas tarde la interfaz ATA se convierte en ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface ) y es capaz de soportar unidades de CD-ROM. Es por eso que en el inicio de una PC con lectora de CD-ROM se lee el mensaje ATAPI-CD ROM. La evolución de la Norma ATA esta directamente relacionada con dos modos de transferencias de datos PIO (Programmable Input Output) y DMA (Direct Memory Acces) en donde el microprocesador controlaba la transferencia de datos. Este modo tuvo la siguiente evolución:
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 deL Interface ATA porque requería el uso del microprocesador se introduce la tecnología de DMA (Direct Memory Acess) de esta forma los discos rígidos 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 por la siguiente evolución:
ATA33 → 33 MB/s
ATA66 → 66 MB/s
ATA100 → 100 MB/s
ATA133 → 133 MB/s
♦ Interfaz SATA (Serial ATA):
La interfaz ATA/IDE (paralelo) fue superada en el año 2003 cuando se introdujo la variante serie llamada SATA cuyas ventajas son:
• Mayor velocidad de transferencia.
• Permite usar cables más largos.
• Permite conectar y desconectar unidades sin apagar la máquina.
• Actualmente es estandard en todos los Mother Boards.
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| Cables Serial ATA |
Hasta el momento se han desarrollado tres protocolos SATA: SATA 1, SATA 2 y SATA 3 con las siguientes velocidades de transferencia:
SATA 1 → 150 MB/seg
SATA 2 → 300 MB/seg
SATA 3 → 600 MB/seg
♦ Interfaz SCSI (Small Computer System Interface):
Es una interfaz estandard para la transferencia de datos entre los distintos dispositivos de la computadora. Se utiliza habitualmente en los discos rigidos, pero tambien intrconecta una amplia gama de dispositivos incluyendo Scaners, Unidades de CD-ROM,DVD y hasta Impresoras. En el pasado era comun en todas clase de computadoras pero actualmente se utiliza casi con exclusividad en estaciones de trabajo de alto rendimiento, servidores y perifericos de alta gama. En las computadoras que se utilizan normalmente se usan interfaces mas lentas como la SATA y USB (que emplea un conjunto de comandos SCSI para algunas operaciones) actualmente se esta usando un sistema SCSI paralela. Actualmente llega a 6 GB/s (SAS 600).
Esta ultima tecnologia se encuentra presente en Mother Boards para servidores como el S5520 HC de Intel que soporta dos microprocesadores Intel Xeon 5500 con 12 ranuras para memoria DDR3, 6 puertos PCI Express, 6 puertos SATA y 1 puerto SAS 600.
♦ 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 mas de 680 compañias. El USB permitio estandarizar la conexion de perifericos como mouse, teclado, joystick, scanner, impresora, modem, tarjeta de red (alambricos e inalambricos), sintonizadoras de TV, discos rigidos externos, camaras digitales, telefonos celulares y pendrive, lectoras grabadoras de CD o DVD externas, etc.
El exito fue total desplazando al puerto serie al paralelo, al PS2, entre otros.
Un USB posee dos tipos de conectores A y B y cada uno de ellos a su vez tiene 3 tamaños (normal, mini, micro).
Los dispositivos USB se clasifican en 4 tipos segun su velocidad de transferencia de datos:
• Baja velocidad (1.0): Tasa de transferencia hasta 1,5 Mb/s (192 Kb/s). Este puerto soporta la mayor parte de los dispositivos de interfaz humana como los teclados y los mouse.
• Velocidad completa (1.1): Tasa de transferencia gasta 14 Mb/s (1,5 MB/s). Este estandard fue rapidamente superado por la especificacion 2.0
• Alta Velocidad (2.0): Tasa de transferencia 480 Mb/s (60 MB/s) aunque por lo general se limita hasta 125 Mb/s (16 MB/s). El cable USB 2.0 dispone de 4 lineas un par para datos y otro par para alimentacion.
