Tarjeta madre
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Placa base (sistema) placa ( Placa base en inglés , coloquialmente: "placa base", "madre") - placa de circuito impreso , que es la base para construir un dispositivo electrónico modular , por ejemplo, una computadora .
La placa base contiene la parte principal del dispositivo, por ejemplo, en el caso de una computadora: el procesador , bus o buses del sistema , RAM , controladores de dispositivos periféricos "incorporados", lógica de servicio, y conectores para conectar placas intercambiables adicionales, llamadas placas de expansión , generalmente conectadas a un bus o buses comunes; por ejemplo, a principios de la década de 2000, la placa base de una computadora compatible con IBM PC , por regla general, llevaba conectores para tres buses diferentes: ISA , PCI y AGP . A diferencia del backplane/board , que simplemente conecta los conectores de las tarjetas de expansión entre sí, la placa base siempre lleva componentes activos o conectores para su instalación. En la literatura en idioma inglés, también es habitual dividir las placas base en placas madre mismas ("placas base"), que tienen la capacidad de expandirse y modificarse, y "placas principales" ("placas base"), que no tienen tales capacidades y representan un sistema completo e inmutable.
Historia
Las primeras computadoras digitales casi nunca fueron modulares y, a menudo, consistían en una mezcolanza de componentes conectados por cables individuales. Sin embargo, a fines de los años 40, el principio modular, que hizo posible facilitar en gran medida la resolución de problemas y la reparación de las máquinas de lámparas, que en ese momento eran extremadamente poco confiables, comenzó a ser ampliamente utilizado en la industria. Por ejemplo, la popular serie de computadoras de tubo IBM 700 se construyó a partir de módulos de dimensiones estándar que contenían de 4 a 8 lámparas y elementos pasivos, y se conectaron mediante montaje en superficie . Dichos módulos implementaron un componente estándar, por ejemplo , un flip- flop , y usaron conectores estándar, se instalaron en un backplane , cuyos conectores se conectaron mediante envoltura de cables . El montaje atornillado y especialmente con bisagras fue reemplazado muy rápidamente por el cableado impreso , que era mucho más barato de fabricar y más fácil de automatizar; a principios de los años 60, el uso de placas de circuito impreso se había generalizado. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos electrónicos, no solo las computadoras, sino también los sistemas analógicos, los equipos de comunicaciones y control, y similares, todavía constaban de una gran cantidad de componentes discretos dispersos en varias placas.
El procesador de una minicomputadora puede consistir en una docena o dos placas diferentes instaladas en una canasta de montaje en bastidor y conectadas por un backplane que transporta un bus de sistema . Otros dispositivos también podrían ocupar una canasta separada o instalarse en una común con el procesador, como las tarjetas de expansión modernas. El concepto de "placa base" y "placas de extensión" comenzó a tomar forma a finales de los años 70, cuando la difusión de los microprocesadores hizo posible la creación de computadoras compactas de placa única. En este tipo de máquina, la unidad central de procesamiento , la memoria y los periféricos generalmente se colocaban en placas de circuito impreso separadas que estaban conectadas al panel posterior . El neumático S-100 ampliamente utilizado de la década de 1970 es un ejemplo de este tipo de sistema.
Posteriormente, con el desarrollo de la microelectrónica, los fabricantes de computadoras personales y domésticas llegaron a la conclusión de que era más rentable transferir los componentes principales del sistema desde tarjetas separadas al backplane; esto permitió reducir el costo de producción y proporcionar mejor control del mercado. Una de las primeras computadoras domésticas populares, la Apple II , también fue la primera en tener una verdadera placa base, en la que se instalaron la unidad central de procesamiento y la memoria RAM , y el resto de las funciones se extrajeron en placas adicionales que se instalaron en el siete ranuras de expansión disponibles. IBM Corporation siguió el mismo principio cuando lanzó al mercado su IBM PC . Ambas empresas, además del principio modular, también utilizaron el principio de arquitectura abierta , publicando diagramas esquemáticos, interfaces de programación y otra documentación que permitía la creación de placas de expansión, y luego placas base alternativas (en el caso de máquinas compatibles con IBM PC , Las placas base de Apple fueron patentadas [1] ) a terceros fabricantes. Por lo general, destinadas a crear computadoras nuevas compatibles con muestras, muchas placas base ofrecían un rendimiento adicional u otras características y se usaban para actualizar el hardware original del fabricante.
A fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, se hizo económicamente factible trasladar un número cada vez mayor de funciones periféricas a la placa base. A fines de la década de 1980, las placas base de las computadoras personales comenzaron a incluir IC únicos (también llamados chips Super I/O ) capaces de admitir un conjunto de periféricos de baja velocidad: teclados , ratones , unidades de disquete , puertos seriales y paralelos. A fines de la década de 1990, muchas placas base de computadoras personales incluían funciones integradas de audio, video, almacenamiento y redes de nivel de consumo sin la necesidad de placas adicionales, excepto quizás para juegos 3D de alta gama y tarjetas gráficas de gráficos de computadora . Además , las tarjetas de expansión continúan utilizándose en PC, estaciones de trabajo y servidores profesionales para proporcionar funciones específicas, mayor confiabilidad o mayor rendimiento.
Las computadoras portátiles , desarrolladas en la década de 1990, combinaron los periféricos más comunes. Incluso incluyeron placas base sin componentes actualizables, una tendencia que continuará incluso cuando se inventen dispositivos más pequeños (como tabletas y netbooks).
La evolución de las placas base para PC de IBM
- El primer modelo de IBM PC contenía un mínimo de dispositivos en la placa base: procesador , coprocesador matemático , RAM , ROM con BIOS , bus ISA , controlador de teclado y lógica de servicio. La memoria se escribió en microcircuitos separados insertados en los paneles, y toda la lógica del servicio se construyó sobre microcircuitos con un bajo grado de integración. La configuración se cambió mediante puentes o interruptores DIP. Además de las ranuras de expansión ISA, la placa solo tenía conectores para conectar un teclado y una grabadora . Todos los demás dispositivos ( adaptador de video , controlador de disquete y disco duro , puertos COM y LPT ) estaban ubicados en tarjetas de expansión ;
- Con la llegada de IBM PC/AT, el tamaño de la placa y las posiciones de los puntos de montaje se estandarizaron como el " factor de forma AT ". Se decidió abandonar el conector de la grabadora , ya que este método de almacenamiento de datos resultó poco prometedor para una PC. Apareció en la placa un reloj de tiempo real y una memoria no volátil , donde se transfirieron algunas de las funciones de configuración del sistema.
- A medida que la arquitectura de PC de IBM ganó popularidad, se comenzaron a fabricar microcircuitos especializados llamados chipset para conectar el procesador con otros componentes de la computadora . Esto hizo posible reducir el costo de las placas base y, al mismo tiempo, transferirles algunas de las funciones que antes funcionaban a través de las placas de expansión: controladores de disco, puertos de comunicación, etc.
- Para aumentar la confiabilidad, facilitar las actualizaciones y ahorrar espacio en la placa base, los chips RAM comenzaron a combinarse en módulos que se instalaron verticalmente en la placa, al principio eran módulos SIPP , que, sin embargo, resultaron ser insuficientemente confiables y pronto fueron suplantado por SIMM , y luego por DIMM .
- A medida que aumentaba el rendimiento de los procesadores, aumentaba el consumo de energía y, en consecuencia, la disipación de calor. Los modelos posteriores de procesadores 80486 ya requerían refrigeración activa, que debe estar conectada a la placa base. Con el fin de reducir el consumo de energía, los niveles lógicos y, por lo tanto, el voltaje de suministro del procesador, se redujeron primero a 3,3 V y luego aún más abajo, hasta voltajes de alrededor de un voltio. Para garantizar un voltaje tan bajo, se requiere colocar una fuente de alimentación secundaria (el llamado VRM , ing. Módulo regulador de voltaje - módulo regulador de voltaje) muy cerca del procesador en la placa base.
- Desde 1995, el estándar ISA ha sido reemplazado por el bus PCI más avanzado . Sin embargo, pronto el ancho de banda de este bus ya no fue suficiente para el funcionamiento de tarjetas de video de alto rendimiento, y específicamente para esto, se desarrolló un puerto AGP en 1996 , que se instaló en las placas base simultáneamente con ranuras PCI y, a veces, incluso ISA.
- A mediados de la década de 1990, el estándar de placa base AT estaba obsoleto y debía ser reemplazado por el nuevo estándar ATX desarrollado en 1995 . Sin embargo, debido a la incompatibilidad de su chasis y fuente de alimentación con el AT, las placas de tipo AT continuaron produciéndose hasta finales de la década de 1990. El nuevo estándar incluía pines de control de la fuente de alimentación en el bloque de alimentación. También en el caso debe haber una ventana rectangular para conectores adicionales, que se cierra con una tapa suministrada con la placa base; el número y la ubicación de los conectores en esta zona no están limitados solo por sus dimensiones geométricas.
- En 1995, se desarrolló el estándar USB , sin embargo, comenzó a integrarse en las placas base solo a fines de la década de 1990, en parte gracias a Apple , que en ese momento vendía computadoras que no eran compatibles con x86 , pero contribuyó al desarrollo de dispositivos periféricos para el puerto nuevo Como resultado, los estándares ATX y USB se generalizaron casi simultáneamente a principios de la década de 2000: casi todas las placas base ATX admitían USB, mientras que las placas base AT generalmente no lo hacían.
- los zócalos de procesador hasta el zócalo 7 eran universales: permitían instalar procesadores de la misma generación de Intel , AMD y Cyrix . En el futuro, Intel y AMD comenzaron a fabricar procesadores mecánica y eléctricamente incompatibles entre sí.
- El procesador Pentium II y algunos otros se soldaron en una placa separada junto con el caché y se instalaron verticalmente en una ranura especial , como las tarjetas de expansión, pero en el futuro esta disposición no se usó mucho y se encuentra principalmente en computadoras industriales y embebidas.
- A medida que crecía el rendimiento de los procesadores y las tarjetas de video, también aumentaba su consumo de energía, razón por la cual comenzaron a aparecer conectores adicionales en las placas base para alimentar el procesador. Para aumentar la estabilidad y reducir la ondulación, los convertidores de voltaje para alimentar el procesador y otros componentes comenzaron a ser multifásicos.
- Desde mediados de la década de 2000, el conector ATA comenzó a ser reemplazado por el conector SATA (que existe desde hace algún tiempo en paralelo). El conector SATA es mucho más compacto y en la placa base se colocan hasta una docena, a veces más. Solo con el conector IDE desaparecen los conectores de disquetes , que se siguieron utilizando, a pesar de que su volumen ya era insuficiente para principios de los 90.
- Además, desde mediados de la década de 2000, comenzaron a aparecer placas base en el bus PCI Express , diseñadas para reemplazar tanto a PCI como a AGP . Y si AGP fue reemplazado con bastante rapidez, entonces se fabricó una cantidad suficientemente grande de dispositivos para PCI, por lo que los conectores PCI (y, a veces, incluso ISA ) continúan instalándose en las placas base más de una década después del advenimiento de PCI Express.
- Además, para reducir el ruido con cargas bajas y aumentar la eficiencia con cargas altas, las placas base comenzaron a equiparse con sensores térmicos y circuitos de control de ventiladores. Además, los sensores térmicos comenzaron a integrarse directamente en los procesadores. Esto fue especialmente importante para los entusiastas del overclocking .
- Si antes solo era posible actualizar el BIOS usando un programador , desde mediados de la década de 2000 es posible actualizar directamente desde el sistema operativo, lo que brindó más oportunidades para el overclocking y también hizo posible corregir errores en el BIOS.
- En 2013, se introdujo un nuevo formato de tarjeta de expansión: M.2 . Estas tarjetas son de tamaño pequeño y se instalan horizontalmente en la placa base. Básicamente, las tarjetas de formato M.2 se utilizan para unidades SSD de alta velocidad y adaptadores de red Wi-Fi . La principal ventaja de las tarjetas M.2 para unidades SSD es la capacidad de utilizar el protocolo NVMe en lugar de AHCI , lo que puede aumentar significativamente tanto la velocidad de lectura/escritura secuencial como aleatoria debido a la paralelización. Además, las tarjetas SSD M.2 se instalan en la placa sin necesidad de cables y sujetadores adicionales, lo que puede ser muy conveniente en ensamblajes de tamaño pequeño.
- A fines de la década de 2010, las PC con una pared de carcasa transparente para exhibir su contenido están de moda. Los fabricantes de placas base comenzaron a aplicar serigrafía a las placas, para instalar disipadores de calor de fantasía diseñados no solo para disipar el calor, sino también con fines puramente decorativos. Además, las placas base para entusiastas pueden equiparse con iluminación decorativa.
- También en la década de 2010, las placas base en miniatura microATX y mini-ITX comenzaron a ganar popularidad para ensamblar sistemas de alto rendimiento en un paquete compacto.
Componentes comunes de una placa base de computadora
Como partes principales (no extraíbles), la placa base tiene:
La placa base con los dispositivos asociados está montada dentro de la carcasa con un sistema de suministro de energía y enfriamiento , formando juntos una unidad de sistema informático .
Clasificación de placas base por factor de forma
Factor de forma de la placa base: un estándar que determina las dimensiones de la placa base para una computadora, el lugar de su unión al chasis ; la ubicación en él de las interfaces de bus, puertos de E / S , zócalo del procesador , ranuras para RAM , así como el tipo de conector para conectar la fuente de alimentación .
El factor de forma (como cualquier otro estándar) es de naturaleza consultiva. La especificación del factor de forma define los componentes obligatorios y opcionales. Sin embargo, la gran mayoría de los fabricantes prefieren cumplir con la especificación, ya que el precio del cumplimiento de los estándares existentes es la compatibilidad de la placa base y los equipos estandarizados (periféricos, tarjetas de expansión) de otros fabricantes (lo cual es clave para reducir el costo de propiedad ). , inglés TCO ).
Hay placas base que no coinciden con ninguno de los factores de forma existentes ( ver tabla ). Esta es una decisión fundamental del fabricante, debido al deseo de crear una “marca” incompatible con los productos existentes en el mercado ( Apple , Commodore , Silicon Graphics , Hewlett-Packard , Compaq más que otros estándares ignorados) y producir exclusivamente periféricos. dispositivos y accesorios para ello.
El propósito de la computadora (negocios, personal, juegos) influye en gran medida en la elección del proveedor de la placa base.
- Para las necesidades de SOHO o empresariales , es más rentable comprar una computadora lista para usar (o una solución, por ejemplo, un " servidor de cliente " o un servidor blade con la compra o arrendamiento de una solución lista para usar).
- Para uso personal , una computadora portátil se posiciona como el dispositivo principal[ ¿por qué? ] . Las placas base de las computadoras portátiles son significativamente diferentes de las placas base de las computadoras de escritorio : para reducir el tamaño de la computadora, se incrustan (integran) muchas placas periféricas separadas en la placa de circuito original (por ejemplo, se incorpora una tarjeta de video ) - esto asegura dimensiones compactas y bajo consumo de energía de la computadora portátil, pero conduce a una menor confiabilidad, problemas con un disipador de calor , un aumento significativo en el costo de las placas base, así como la falta de intercambiabilidad.
Por lo tanto, la compra de una placa base separada se justifica con la creación de una computadora con una configuración "especial", por ejemplo, de bajo ruido o juegos .
Definición de modelo
Puede determinar el modelo de la placa base instalada
- visualmente, usando etiquetas de fábrica e inscripciones en el tablero
- utilizando herramientas de software como DMI
- programáticamente, usando una utilidad como CPU-Z . En Linux puede usar la utilidad dmidecode, en Windows puede usar SIW o AIDA64
Tecnologías de ahorro de energía
La mayor atención a las tecnologías "verdes" que requieren soluciones de ahorro de energía y respetuosas con el medio ambiente, y la provisión de características importantes para las placas base, ha obligado a muchas empresas de fabricación a desarrollar diversas soluciones en esta área.
Con la creciente popularidad de los dispositivos electrónicos durante los próximos 20 a 30 años, la Unión Europea decidió introducir una estrategia efectiva para abordar los problemas de consumo de energía. Para ello, se emitieron requisitos de eficiencia energética - ErP (Productos relacionados con la energía) y EuP (Producto que utiliza energía). El estándar está diseñado para determinar el consumo de energía de los sistemas terminados. Según lo exige ErP/EuP, el sistema debe consumir menos de 1 W de energía en estado apagado.
Las especificaciones de ErP/EuP 2.0 son mucho más estrictas que la primera versión. Para cumplir con ErP/EuP 2.0 (que entró en vigor en 2013), el consumo total de energía de la computadora cuando está apagada no debe exceder los 0,5 vatios.
- Motor EPU
- Ultra Durable (versiones 1, 2 y 3) es una tecnología de Gigabyte [2] diseñada para mejorar la temperatura y la confiabilidad de la placa base, que incluye:
- El espesor aumentado (duplicado) de las capas de cobre de 70 µm (2 oz/ft²) en los planos de alimentación y tierra de la placa del sistema reduce la impedancia de la placa en un 50 %, lo que da como resultado temperaturas de funcionamiento más bajas, mayor eficiencia energética y mayor estabilidad del sistema bajo condiciones de aceleración.
- Uso de transistores de efecto de campo con resistencia de encendido reducida (RDS(on)). Los transistores de los convertidores de potencia de +12 voltios emiten relativamente mucho calor, y cuando hablan de enfriar el subsistema de potencia del procesador, se refieren exactamente a ellos.
- Uso de estranguladores con núcleo de ferrita : estos estranguladores proporcionan menos pérdida de energía y menos radiación electromagnética . [3]
- Uso de soldadura sin plomo.
- Reutilización de envases tanto de cartón como de plástico.
Véase también
Notas
- ↑ IBM patentó el código de firmware del BIOS , pero no la interfaz de programación, lo que hizo posible eludir la patente utilizando el método de "sala limpia" .
- ↑ Tecnología CU 29 Archivado el 10 de enero de 2013 en Wayback Machine // gigabyte.ru
- ↑ Ultra Durable 3 Archivado el 27 de abril de 2012 en Wayback Machine Ferra.ru
Literatura
- Scott Müller. Actualización y reparación de PC = Actualización y reparación de PC. - 17ª ed. - M .: Williams , 2007. - S. 241-443. — ISBN 0-7897-3404-4 .
Enlaces