A05. PLACA BASE
1. BUSOS: ARQUITECTURA I FUNCIONAMENT
La interconnexió de totes les unitats estudiades es duu a terme a través d'una sèrie de canals de connexió denominats busos, que físicament, són un conjunt de línies per les quals es transmet la informació binària (sigui d'una instrucció, una dada, o una adreça, en un instant donat).
El bus de sistema és l'encarregat de comunicar les diferents parts de l'ordinador.
Es denomina ample de bus a la grandària d'aquest nombre de fils o bits que es transmeten simultàniament per un d'aquests canals. Es poden distingir tres busos fonamentals:
• Bus de dades (bidireccional). Transporta dades procedents o destinades a la memòria principal i les unitats d'E/S. Cal destacar que la velocitat d'aquest bus en la seva connexió amb la memòria RAM és un factor determinant en el rendiment del sistema.
• Bus d'adreces (unidireccional). Transporta les adreces de la unitat de control a la memòria principal o als perifèrics
• Bus de control (bidireccional). Transporta els senyals de control (microordres) generades per la unitat de control.
2. CONTROLADORS d'E/S I PERIFÈRICS
Un ordinador tindria una utilitat nul·la sense la presència d'algun mitjà que permeti realitzar les E/S de dades per poder interactuar amb el ell. El concepte d'E/S fa referència a tota comunicació o intercanvi d'informació entre la CPU o la memòria central amb l'exterior.
Aquestes operacions se solen dur a terme a través d'una àmplia gamma de dispositius externs anomenats perifèrics que proporcionen a l'ordinador les vies per intercanviar dades amb l'exterior.
La part de l'equip que permet aquesta comunicació és la unitat d'E/S, entenent per tal concepte en les arquitectures reals a un conjunt de mòduls o canals d'E/S encarregats de governar un o més perifèrics associats als quals es subministra la intel·ligència necessària per al seu funcionament coordinat amb la CPU.
Aquests mòduls d'E/S estarien formats pels controladors de perifèrics (circuits d'interfície, per exemple la tarja gràfica, controlador SCSI, etc.), de manera que cada perifèric necessita el seu propi controlador per comunicar-se amb la CPU i els ports d'E/S, que són registres que connecten directament a un dels busos de l'ordinador. Cada port té associada una adreça o codi, de manera que el processador veu al perifèric com un port o conjunt de ports.
Bàsicament aquests mòduls o canals s'utilitzen per resoldre les diferències (velocitat de transmissió, format de dades, etc.) que poden existir entre el processador i els perifèrics.
Segons com s'estableix el control del trànsit de dades entre CPU i perifèrics es troben els següents mecanismes d'E/S:
• E/S per programa. La CPU controla quan s'inicia i acaba l'operació d'E/S. La CPU consulta periòdicament el controlador per conèixer el seu estat i saber si es pot fer la transferència de les dades.
• E/S per interrupcions. La CPU inicia l'operació d'E/S i el controlador (quan ha acabat l'operació i té les dades) envia un senyal d'interrupció a la CPU per a que aquesta inicie la transferència de dades.
• E/S per DMA (Direct Access Memory). El DMA s'encarrega de transferir les dades de perifèric/memòria descarregant a la CPU d'aquesta tasca.
3. LA PLACA BASE
La placa base o placa mare (motherboard) és un dels elements principals de l'ordinador, ja que a ella estan connectats tots els altres components, sent conegut com un component integrador.
Físicament es tracta d'una gran targeta de circuit imprès, a la qual es connecten diversos
elements que es troben inserits sobre ella, entre els quals destaquen: el microprocessador, la memòria RAM, targetes d'expansió i diversos xips de control com la BIOS (que permet realitzar funcions bàsiques de prova i reconeixement de dispositius, càrrega de sistema d'arrencada), el chipset, etc.
La placa base juga un paper fonamental en diversos aspectes de l'ordinador com:
• Rendiment. En determinar el tipus de processador, memòria, busos i interfície de discos durs que poden utilitzar-se d'una banda, així com establir la capacitat de comunicació entre diferents dispositius per mitjà del chipset, la BIOS i de tots els seus canals de comunicació.
• Organització. La forma en què la placa base està dissenyada determina com s'organitzarà l'ordinador ja que tot està connectat a ella.
• Actualització i expansió. La placa base determina en quina mesura es pot actualitzar l'ordinador i els dispositius que poden instal·lar-se.
4. PRINCIPALS FORMATS DE PLACA BASE
Els formats de placa base estan molt lligats al tipus de xassís on es van a utilitzar. El format més emprat és l'ATX. Els avantatges principals d'aquestes plaques són una millor ventilació en situar-se la CPU just sota la font d'alimentació rebent aire fresc d'aquesta, i menys embull de cables ja que els connectors estan més a prop dels discos durs i les unitats.
De l'estàndard ATX (305 x 244 mm) van sorgir diverses variants anomenades micro-ATX (244 x 244 mm), mini-ATX (284 x 208 mm), flex-ATX (229 x 191 mm) les dimensions del qual són més reduïdes. La reducció de grandària d'aquestes plaques no és notable, simplement redueixen dues o tres ranures d'expansió i la placa resultant segueix sent bastant gran. La reducció important es porta a terme, per exemple, en les plaques mini-ITX (170 x 170 mm), nano-ITX (120 x 120 mm) i pico-ITX (72 x 100 mm).
5. SÒCOLS DEL PROCESSADOR (SOCKET)
És el connector on s'insereix el microprocessador. Els primers microprocessadors estaven soldats a la placa base o inserits en sòcols on era impossibles treure'ls.
Els formats de sòcols actuals més utilitzats són els següents:
• Socket PGA (Pin Grid Array). Són sockets clàssics utilitzats en microprocessadors que van ser importants en el seu temps com el 386 i 486. Consisteix en una matriu de connectors en els quals es van inserint les patilles del xip a pressió.
• Socket ZIF (Zero Insertion Force). Aquests sockets a més de la matriu de connectors disposen d'un mecanisme amb una palanca que permet quan està aixecada inserir el microprocessador i quan aquesta està baixada el micro encaixa i fa connexió sense realitzar força sobre ell per a la seva inserció.
• Socket LGA (Land Grid Array). En aquest socket els pins estan en la placa base en comptes d'estar en el micro. El micro té una sèrie de contactes que faran contacte amb els pins de la placa base. Aquests microprocessadors són menys delicats que els microprocessadors amb pins ja que que els pins se solen doblegar amb molta facilitat.
6. CHIPSET
El chipset és un conjunt de circuits integrats dissenyats a partir d'una arquitectura de processador determinada que permeten comunicar la placa base on resideix i els components connectats a ella. En l'actualitat està format per un parell de xips denominats NorthBridge i SouthBridge.
• NorthBridge. També anomenat pont nord o memory controller hub. És el circuit integrat més important de tots els xips que componen el cor de la placa base. Se li va assignar aquest nom per estar en la part superior de les plaques base ATX. És l'encarregat de controlar els components d'alta velocitat tals com l'E/S al microprocessador, la memòria RAM, les ranures d'expansió AGP i PCI-Express, la gràfica per a les plaques base amb vídeo integrat i també el SouthBridge.
Entre les seves funcions es destaquen les següents:
• Controlar tot el relacionat amb el microprocessador, com la velocitat, tipus de microprocessador, nombre de processadors que suporta la placa base, etc.
• Controla tot el relacionat amb la memòria RAM, com la quantitat màxima de memòria suportada per la placa base, la manera de funcionament, etc.
• En els models de placa base amb controladora gràfica integrada, és l'encarregat de dur a terme tota la gestió de vídeo.
• SouthBridge. També anomenat pont sud o I/O controller hub. És el circuit integrat encarregat de coordinar els diferents dispositius d'E/S i les funcionalitats de baixa velocitat de la placa base. El southbridge no es comunica directament amb la CPU, sinó que ho fa a través del northbridge.
Les funcions que realitza el SouthBridge són les següents:
• Controlar la BIOS.
• Oferir suport als busos d'expansió com els PCI, EISA, ISA, etc.
• Implementa també el control de les interfícies de dispositius com són els PATA, SATA, SCSI, etc.
• Connectivitat a través dels ports USB i FireWire (IEEE 1394).
• Controlar els ports usb, sèrie, paral·lel, etc.
• S'encarrega de controlar la interfície de so.
• Administra la potència elèctrica.
• També realitza altres funcions, del sistema tals com, tecnologia Plug & Play, el control de DMA, controlar interrupcions, el rellotge, teclat, ratolí, etc.
Les característiques més importants del chipset que haurem de tenir en compte a l'hora d'adquirir una placa base són les següents:
• La velocitat del bus (800 MHz, 1066 Mhz, 1333 Mhz, etc.). • El tipus de CPU suportat (Pentium IV, Core, Sempron, Phenom, etc.) • El número de CPU suportat (simple, dual, quàdruple, etc.) • Els tipus de memòria suportats (DDR, DDR2, DDR3, etc.) • La grandària màxima dels mòduls de memòria (512 Mb, 1 Gb, 2 Gb, etc.) • Les característiques especials suportades (AGP, IrDA, USB, FireWire, PS/2, etc.)
7. SÒCUL DE MEMÒRIA RAM
Els sòcols de memòria són les ranures de la placa on s'allotgen els mòduls de memòria RAM. Han existit diversos formats de sòcols, però l'actual és el DIMM. El sòcol DIMM (Dual In-line Memory Module) existeix en tres formats diferents que tenen la mateixa dimensió, però alberguen tipus de memòria diferents.
• DIMM 240 contactes: per a memòria DDR2 i DDR3. • DIMM 184 contactes: per a memòria DDR. • DIMM 168 contactes: per a memòria SDR (memòria anterior a la DDR).
Existeix una versió compacta dels sòcols DIMM anomenada SO-DIMM que és la típica dels ordinadors portàtils, netbooks, tablets PC i altres dispositius com algunes impressores, etc. Els SO-DIMM (Small Outline Dual In-line Memory Module) tenen les mateixes característiques en voltatge i potència que els DIMM convencionals. Depenent del tipus de memòria, trobem diverses variants:
• SO-DIMM 204 contactes: per a memòria DDR3. • SO-DIMM 200 contactes: té només un osca en un extrem. Normalment utilitzats per a memòria DDR i DDR2. • SO-DIMM 144 contactes: té un osca prop del centre. Utilitzats per a memòria DDR2 i també per a SDRAM. • SO-DIMM 100 contactes: té dos osques. Utilitzat per a memòria DDR.
7.1. DUAL CHANNEL
És la tecnologia mitjançant la qual ens permet incrementar el rendiment de la memòria, accedint simultàniament a dos mòduls de memòria, de manera que en comptes de fer transferències de blocs de 64 bits s'aconsegueixen 128 bits. Per aconseguir aquest efecte el chipset ha de tenir implementat un segon controlador de memòria en el northbridge, a més s'ha de tenir dos mòduls de memòria de la mateixa capacitat, velocitat i tipus (DDR, DDR2 i DDR3) col·locats en dos sòcols d'igual color.
El seu efecte es nota fonamentalment quan es treballa amb controladores de vídeo integrades a la placa base ja que aquestes, al no comptar amb memòria pròpia, utilitzen la RAM del sistema d'aquesta manera poden accedir simultàniament a un mòdul mentre el sistema accedeix a l'altre gràcies al doble canal.
Les memòries SDR SDRAM o també conegudes simplement com SDRAM (les anteriors a les DDR) no admeten el doble canal.
8. BUSOS D'EXPANSIÓ
Els busos d'expansió s'encarreguen de connectar la part principal de l'ordinador amb dispositius addicionals.
8.1. BUS PCI
El bus PCI (Peripheral Component Interconnect), va ser creat en 1992 per Intel i transmet dades en paral·lel. Va reemplaçar busos antics com els ISA i els VESA. Després de diverses versions, l'estàndard final és el PCI 3.0. Aquest tipus de bus està desapareixent donant pas al PCI-Express.
En general, les plaques mare compten amb almenys 3 o 4 connectors PCI, identificables generalment pel seu color blanc estàndard.
La interfície PCI existeix en 32 bits amb un connector de 124 contactes o en 64 bits amb un connector de 188 contactes. També existeixen dos nivells de senyalització de voltatge 3,3 V per als ordinadors portàtils i 5 V per als equips d'escriptori.
Hi ha targetes universals que són targetes específiques PCI que seleccionen automàticament el voltatge i poden funcionar en els dos sistemes anteriors.
Evolució del bus:
• PCI 1.0. Primera versió del bus PCI. Es tracta d'un bus de 32 bits a 16 Mhz.
• PCI 2.0. Primera versió estandarditzada i comercial. Bus de 32 bits, a 33 Mhz
• PCI 2.1. Bus de 32 bits, a 66 Mhz i senyal de 3.3 volts.
• PCI 2.2. Bus de 32 bits, a 66 Mhz, requerint 3.3 volts. Transferència de fins a 533MB/s
• PCI 2.3. Bus de 32 bits, a 66 Mhz. Permet l'ús de 3.3 volts però no suporta senyals de 5 volts en les targetes.
• PCI 3.0. És l'estàndard definitiu PCI, ja sense suport per 5 volts.
• PCI-X. Canvia el protocol PCI lleugerament i augmenta la transferència de dades a 133 Mhz. La transferència màxima és de 1014 MB/s. Presenta compatibilitat amb PCI que funciona amb 3,3 volts.
8.2. BUS AGP
Aquest slot (ranura) només està dedicada a connectar targetes de vídeo AGP (Accelerated Graphics Port) i degut a la seva arquitectura només pot hi haver un slot. És una evolució de l'especificació PCI 2.1 desenvolupada per Intel en 1996 provocada per les necessitats en l'aspecte gràfic. Sol ser de color marró (encara que també pot ser d'altres colors com verd, lila, etc.) mentre que els PCI normals solen ser de color blanc. Les targetes AGP es troben més prop del microprocessador que les PCI.
El port AGP és de 32 bits com PCI però compta amb notables diferències com 8 canals més addicionals per a accés a l'accés a RAM. A més, es pot accedir directament a aquesta a través del NorthBridge podent emular així memòria de vídeo en la RAM. La velocitat del bus és de 66 Mhz.
El bus AGP compta amb diferents maneres de funcionament:
• AGP 1X. Velocitat 66 MHz amb una taxa de transferència de 266 MB/s i funcionant a un voltatge de 3,3V.
• AGP 2X. Velocitat 133 MHz amb una taxa de transferència de 532 MB/s i funcionant a un voltatge de 3,3V.
• AGP 4X. Velocitat 266 MHz amb una taxa de transferència d'1 GB/s i funcionant a un voltatge de 3,3 o 1,5V per adaptar-se als dissenys de les targetes gràfiques.
• AGP 8X. Velocitat 533 MHz amb una taxa de transferència de 2 GB/s i funcionant a un voltatge de 0,7V o 1,5V.
A partir de 2006, l'ús del port AGP ha anat disminuint amb l'aparició d'una nova evolució coneguda com PCI-Express, que proporciona majors prestacions quant a freqüència i ample de banda.
8.3. BUS PCI-EXPRESS
PCI-Express és abreujat com PCI-E, va ser desenvolupat en 2002 per Intel a partir del bus PCI. A diferència del bus PCI, que s'executa en una interfície paral·lela, el bus PCI Express s'executa en una interfície en sèrie utilitzant una freqüència de treball molt més alta, la qual cosa permet aconseguir un ample de banda molt major que amb el bus PCI.
Una de les característiques més interessants del bus PCI-Express és que admet la connexió en calent, és a dir, que pot connectar-se i desconnectar-se sense que sigui necessari apagar o reiniciar la màquina.
Les targetes i les ranures PCI-Express es defineixen pel nombre de lanes1 que formen l'enllaç, normalment un, quatre, vuit o setze lanes, donant lloc a configuracions anomenades x1, x2, x4, x8, x16.
• El connector PCI-Express 1X posseeix 36 contactes, i està destinat a usos d'entrada/sortida amb un gran ample de banda.
• El connector PCI-Express 4X posseeix 64 contactes, i està destinat a l'ús en servidors.
• El connector PCI-Express 8X posseeix 98 contactes i té com a finalitat l'ús en servidors.
• El connector PCI-Express 16X posseeix 164 contactes, mesura 89 mm de llarg, i té com a finalitat l'ús en el port gràfic
Un slot PCI-Express amb un únic lane és una ranura x1, ofereix una taxa de transferència de dades de 250 MB/s per cada sentit. Una PCI-Express x4 ofereix una taxa de transferència de dades de 250 MB/s x 4 = 1 GB/s.
9. DIAGNÒSTIC DE LA PLACA BASE
Per diagnosticar avaries o fallades en la placa base sempre s'ha de tenir present el manual de la placa base. A més, la mateixa placa base pot proporcionar informació sobre la incidència que s'està produint en ella. Per a això pot usar un codi de sons o senyals lluminosos. També existeixen eines per al diagnòstic de la placa base. Un exemple d'aquestes són la targeta de diagnòstic PCI. Aquesta targeta determina si ha algun problema en la placa i torna el resultat codificat en un nombre.
1 Un lane és un enllaç punt a punt bidireccional, format per quatre cables, dos per cada sentit de transmissió.
No hay comentarios:
Publicar un comentario