Placa mare

Parts de la placa base o placa mare (clica per veure-ho en detall).

La placa base és el circuit imprès principal del PC, on van insertats la resta de components (microprocessador, memòria, targetes d'expansió, etc.). Les expansions (dispositius afegits) es fan a través del bus de sistema (PCI, ISA, Vesa LocalBus, PCI-x, SCSI, etc.). Des de fa alguns anys es van integrant a la placa base nous dipositius d'ús general que abans s'havien de posar com a expansió, per exemple, la xarxa (LAN), la targeta de so i el mateix adaptador gràfic.

Components de la placa mare

esquema de la Placa Base

Placa base DFI LANparty. Fixeu-vos en els slots PCI-e (d'esquerra a dreta) x16, x4, x8 i x16

Els components que caracteritzen la placa base son el PCB (circuit imprès que sustenta i connecta els components), el Xipset (Northbridge + Southbridge) i la BIOS (Basic Input Output System).

Components principals de la placa base

Veiem cadascun dels components:

• Circuit integrat (PCB): circuit imprès que acompleix 2 objectius:
  • Sustenta físicament els altres components.
  • Inteconnecta els components. Per aconseguir connectar tants cables disposa de diverses capes (layers) de connexions internes (fins unes 16).
• Sòcol CPU: connector per insertar la CPU. Està basat en el sistema ZIF o Zero Insertion Force, amb palanca, per no haver de fer força a l'insertar-ho ja que és un component delicat i car.
• Sòcols RAM: solen tenir de 2 a 4 ranures (o més) per la memòria RAM. Poden estar en 2 blocs amb colors diferents per fer un dual channel i duplicar la velocitat de transferència de dades.
• Chipset: elements centrals d'interconnexió de les dades. Està distribuït entre el Northbridge i Southbridge.
  • Northbridge: connecta la CPU amb la RAM i la targeta gràfica, és a dir, els elements del FSB. És un dispositiu d'alta velocitat.
  • Southbridge: connecta el Northbridge amb la resta de dispositius de baixa velocitat.
• BIOS: Basic Input Output System, és un xip tipu EEPROM que conté el programa d'arranc i les principals configuracions del hardware de l'equip.
• Bus del microprocessador: més conegut pel model comercial de Intel FSB (Front-Side Bus), és el bus principal del micro, de més alta velocitat. S'implementa dins del Northbridge.
• Bus de sistema o bus d'expansió: és el bus que permet ampliar amb funcionalitats diverses el PC. El més conegut és el PCI, però hi ha hagut d'altres com el ISA, el VSB (Vesa Local Bus), etc.
• Sòcols per memòria secundària (SATA, IDE, SSD, floppy, etc.).

Connexions externes

Connectors Firewire o IEEE 1394. L'USB és majoritari, però continua havent-hi molts dispositius que utilitzen aquesta interfície. El connector s'assembla al USB però és una mica diferent

Els connectors externs han evolucionat:

• Connectors "antics":
  • Port sèrie: utilitzat anteriorment per dispositius com mòdems, gestors de entrades/sortides (industrials), etc. Connector DE-9 (D-sub) de 9 pins.
  • Port paral·lel: similar al port sèrie però amb comunicació paral·lel amb connector D-sub de 25 pins (DB-25). Es solia utilitzar per la impressora, i posteriorment per dongles, unitats zip, webcams, etc.
  • PS/2: tipus de port sèrie especial per teclats i ratolins (IBM). En desús a favor del USB.
• Connectors "de 2a generació": Tenen sistema plug'n play.
  • USB: Universal Serial Bus: el bus que ha substituït als clàssics ports sèrie i paral·lel. Hi ha la versió 1.0 i la 2.0, de molta més velocitat (per àudio i vídeo).
  • Firewire: (a.k.a. IEEE 1394) port sèrie d'altes prestacions per àudio/vídeo. Va aparèixer abans que l'USB, però aquest ha aconseguit més popularitat.

Panel posterior ATX

• Dispositius integrats: normalment han estat integrats al sistema com a dispositus afegits pel bus d'expansió
  • Adaptador d'àudio
  • Adaptador de vídeo
  • Xarxa LAN
  • etc.

A la imatge adjunta del panell posterior es poden veure (d'esquerra a dreta) connectors PS/2 (verd i lila), port paral·lel (rosa) i 2 ports sèrie (blau fosc), diversos slots USB, 1 Firewire i 1 RJ-45 per xarxa Ethernet, i finalment connectors jack per l'àudio (targeta de so integrada). Les plaques actuals incorporen també una targeta de vídeo senzilla integrada (sense acceleració 3D), pel que podriem trobar també algun connector VGA i/o DVI.

Fabricació de plaques base

Podeu consultar aquí com es fabrica una placa base.

Bus del microprocessador

És un bus molt ràpid pel micro i la RAM. Els més coneguts son:

• FSB: Front-Side Bus de Intel que va aparèixer amb el i386 l'any 1985 i ha anat tenint modificacions per augmentar la seva freqüència de rellotge (inicalment d'uns 20MHz fins als 400 MHz actuals).
• HyperTransport: bus de microprocessador establert pel HyperTransport Consortium el 2001, una consorci d'empreses que volen un estàndard de referència (hi figuren AMD, NVIDIA, MIPS, Sun, HP, IBM, VIA, Cisco, etc.).
• Intel QuickPath Interconnect: resposta de Intel al HyperTransport. Encara no s'ha implantat massivament, però sense dubte serà molt utilitzat. Intel continua així la seva estratègia de mantenir els seus propis estàndards, el que li permet un cert domini comercial.

Com la majoria de dispositius actuals, els dos darrers (HyperTransport i QuickPath) busquen estratègies de comunicació sèrie molt ràpida (com la SATA o el USB), canviant radicalment l'estratègia antiga de busos paral·lels.

Bus de sistema

Bus d'ús general per expandir els perifèrics del PC. Va connectat al Southbridge ja que connecta dispositius força més lents que el micro.

• ISA: Industrial Standard Architecture (IBM 1980). Va aparèixer amb el IBM PC i va ser l'estàndard durant molts anys, fins l'aparició del PCI (forçat per les limitacions del ISA). Primera versió corria a 4,7 MHz i 8 bits, i després es va millorar a 8 MHz i 16 bits d'amplada (IBM AT).
  
• VLB: VESA Local Bus. Era una expansió del primer ISA, el que feia que fossin targetes molt grans i incòmodes d'instal·lar. El PCI es va imposar per practicitat i estratègia de Intel que el va lligar el Pentium al PCI.
• SCSI: Small Computer System Interface (1986). Alternativa d'alta gamma al ISA que encara es manté activa.
• PCI: Peripheral Component Interconnect (Intel 1995). Millora el ISA perquè els components es configuren automàticament (filosofia Plug'n'Play). Corre a 33 MHz i amb 32 bits d'amplada, el que resulta en un màxim de 133 MB/s d'amplada de banda.
• PCI-x: PCI-eXtended' OJU! no confondre amb PCI-e! (IBM, HP i Compaq, 1998) versió expandida del PCI a 64 bits i més frequència de bus (fins a 533 MHz) que ens dona fins a 1GB/s de transferència per poder donar més prestacions amb dispositius ràpids (com Gigabit Ethernet, Fibre Channel i Ultra3 i Ultra 320 SCSI).

Els busos gràfics requereixen un tractament a part, ja que van connectats directament al Northbridge perquè s'utilitzen per a dispositius més crítics (adaptador de vídeo):

• AGP: Advanced Graphics Port (Intel amb el Pentium II, Slot 1), similar al PCI (32 bits) però amb el doble de freqüència de rellotge (66 MHz) el que duplicava l'ample de banda. Posteriorment han sortit versions que multiplicaven la velocitat del bus a 2x, 4x i 8x que aconseguien velocitats de (533 MB/s, 1GB/s i 2 GB/s respectivament).
• PCI-e: PCI-Express (Intel 2004), és una millora que vol substituïr el AGP. Funciona en connexió sèrie, per això el connector és més estret. No té res a veure amb el PCI-x encara que al pronunciar-ho s'assemblen molt!.
  Hi ha diverses versions de PCI-e amb diferent amplada de bus: x1, x4, x8, x16 i x32 (a la imatge podem veure la x1, x4 i x16 en color taronja i en verd clar el PCI estàndard). Cada canal PCI-e transmet a 250 MB/s, pel que una targeta x32 pot arribar a:
  Ample de banda (BW) PCI-e x1 = 250 MB/s x 1 canals = 250 MB/s.
  Ample de banda (BW) PCI-e x32 = 250 MB/s x 32 canals = 8 GB/s.
  La utilització dels PCI-e x1 seran per dispostius més lents com targetes de xarxa, controladors de disc dur, etc. mentre que les x16 i x32 es poden utiltizar per targetes gràfiques i dispositius d'alta velocitat com interfaces fiber channel.
  La idea de Intel és que només tinguem un controlador PCI-e i abandonar l'estructura de North/Southbridge.

Bus	Fabricant	Any	Freqüència	Ample del bus	Ample de banda
ISA XT	IBM		4,7 MHz	8 bits	4,7 MB/s
ISA AT	IBM		8 MHz	16 bits	16 MB/s
VLB	Consorci		8 MHz	32 bits	32 MB/s
PCI	Intel	1995	33 MHz	32 bits	133 MB/s
PCI 64	Intel		66 MHz	64 bits	533 MB/s
AGP	Intel	1997	66 MHz	64 bits	533 MB/s
AGP x8	Intel			64 bits	4 GB/s
PCI-x 1.0	IBM/HP/Compaq	1998	133 MHz	64 bits	1 GB/s
PCI-x 2.0	IBM/HP/Compaq	2003	533 MHz	64 bits	4.3 GB/s
PCI-e x1	Intel, Dell, IBM, HP	2004	2 GHz	1 bit	250 MB/s
PCI-e x16	Intel, Dell, IBM, HP		2 Ghz	16 bit	8 GB/s

La BIOS

La BIOS (Basic Input Output System) és un programa d'interface que localitza el sistema operatiu i el carrega a la RAM. Es troba en un xip tipus ROM ó EPROM. Per tant és un memòria no volàtil que no necessita alimentació per tal de mantenir la informació. Actualment disposen del sistema dual BIOS, que son dos chips idèntics per tal d'evitar problemes a l'hora d'actualitzar la BIOS.

BIOS Phoenix dintre del seu socket

La CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) és una petita memòria RAM on s'emmagatzemen valors i ajustaments de la BIOS com poden ser l'hora i la data, els paràmetres del disc dir o la seqüència d'arrencada. Necessita d'una petita alimentació per tal de mantenir la memòria. Aquesta alimentació la subministra la pila de la BIOS.

Per entrar a la BIOS normalment ho fem mitjançant la tecla Supr. També pot ser amb la tecla F2 o F10, depenent del model d'ordinador.

Configuracions de la BIOS

Cada menú de BIOS és particular de cada fabricant de plaques base. Tindrà més o menys opcions depenent del hardware que l'integri.

En la BIOS resulta habitual poder configurar:

• Velocitat del FSB i CPU: es pot fer overclocking, però s'ha d'anar amb compte perquè això pot cremar la CPU.
• Activació (enable/disable) dels dispostius integrats (USB, adaptador de vídeo, so, etc.)
• Boot sequence: ordre de prioritat del dispositius d'arranc.
• Hora i data del rellotge del sistema.
• Contrassenya: per controlar l'accés al PC des del moment d'arranc de la BIOS.
• Configuració manual dels discs durs: en els PCs antics s'havia de configurar manualment la geometria del HDD. Avui en dia ja no cal ja que es configuren automàticament (a part, la geometria ja no és tan senzilla i una configuració manual podria ser complicada).

Abans de sortir del menú de configuració (normalment amb la tecla ESC) ens demanarà si volem guardar els canvis i sortir.

Arrencada del PC

Seqüència d'arranc d'un PC simplificada

La seqüència d'arranc d'un PC és com segueix:

• La placa base disposa d'una alimentació permanent, inclús en repòs (standby) de la font (sempre i quan estigui activat l'interruptor del darrera de la font).
• POWER SWITCH: pulsador frontal connectat a la placa base. Si es prem, la placa base curtcircuita les potes 13 i 14 de la font d'alimentació, el que fa que arrenqui.
• Arranc de la font: la font d'alimentació s'engega i dóna tots els votatges correctes. S'engega el LED frontal (POWER LED).
• Arranc de la BIOS: la placa base dóna execució al primer programa contingut a la BIOS (que en el fons és una ROM).
• POST (Power On Self Test): el programa de la BIOS comprova i testeja els principals components del sistema (per exemple, comprova que hi hagi microprocessador, memòria, etc). Si quelcom falla dona un error que es pot saltar (skip) o es para la màquina si és greu, generant xiulets d'error per més informació a l'usuari.
• Targeta gràfica: si es detecta correctament la targeta gràfica durant el POST, els missatges d'errors a partir d'ara es mostraran al monitor.
• Detecció busos IDE/SATA: es detecten els dispositius dels canals IDE/SATA per arrencar (boot)la màquina.
• Boot: en acabar el test, la BIOS busca la llista de dispositius d'arranc i prova d'arrancar a través d'ells. Si no pot amb el primer, passa al segon, etc.
• MBR: Quan troba un disc dur o dispostiu equivalent d'arranc, busca el MBR (Master Boot Record), és a dir, el primer sector o sector d'arranc, i executa el codi que troba en ell.
• S.O.: el codi contingut en el MBR decideix a quina partició anar a buscar la informació i posa en marxa el sistema operatiu.

Alternatives a la BIOS

Aparèixen nous substituts per la BIOS. Volen ser sistemes que implementin funcions d'interface a nivell firmware que estandaritzin l'accés als dispositius per part de qualsevol sistema operatiu. Si aquestes iniciatives tinguéssin èxit, facilitarien molt l'accés a perifèrics per part de qualsevol tipus d'arquitectura i sistema operatiu. De moment, però, els drivers s'inegren de manera particular en cada sistema operatiu.

• EFI: Extensible Firmware Interface, propulsat per Intel, està present en moltes màquines actuals com els MacIntosh. Intel ha aparentat una certa obertura del codi, però no completament, ja que la FSF (Free Software Foundation) critica l'aparició del EFI ja que diu aporta pocs avantatges a les BIOS tradicionals.
• Open Firmware: projecte propulsat per Sun i seguit per IBM (i inicalment per Apple) per integrar controladors firmware independents de la plataforma (hardware i sistema operatiu).
  • Open BIOS: és una implementació concreta del projecte Open Firmware.

Sockets i Slots

Socket 1 per l'Intel i486

Socket 775: el micro no té pins i els contactes son especials

• Des dels primers micros i fins els primers i486 anaven soldats a la placa base.
• Els darrers i486 van començar amb el Socket 1, (1990) amb el xip i els contactes paral·lels a la placa base.
• Amb el Pentium II va aparèixer el Slot 1 el 1997, el que va canviar la disposició dels connectors, perpendiculars a la placa base. Van seguir el Slot 2 i el Slot A (de AMD). Però aquest estil va durar poc perquè el creixent nombre de contactes necessaris va obligar a retornar de nou a l' "estil socket".
• Amb els Intel Pentium III es torna a l' "estil socket" de segona generació amb el Socket 370, però ara el número que acompanya el nom de "Socket" indica el nombre de pins del connector. Així, van aparèixer els Sockets 370, 423, 478, 775 (o Socket "T"), 1156, 1366, 603, 604, 771, LS. Alguns d'aquests també apareixen amb el nom com a "LGA xxx". Aquests "sockets de segona generació" porten palanca d'acord amb el sistema ZIF o "Zero Insertion Force" per forçar el mínim el micro al ser introduït.
• Els AMD també van començar amb el número de pins, però també van passar amb altres noms com Socket AM2, AM3, F, F+, C32, G34, etc.

Slot 1 que es va utiltizar al Pentium II. Aquest tipus de connector es va deixar per tornar a l'estil socket.