Placa-mãe
Placa-mãe, também denominada mainboard ou motherboard, é uma placa de circuito impresso, que serve como base para a instalação dos demais componentes de um computador, como o processador, memória RAM, os circuitos de apoio, as placas controladoras, os slots do barramento e o chipset.
Tipos de placas-mãe
Placa AT - É a sigla para (Advanced Technology). Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até 1996. Um dos fatores que contribuíram para que o padrão AT deixasse de ser usado, é o espaço interno reduzido, que com a instalação dos vários cabos do computador (flat cable, alimentação), dificultavam a circulação de ar, acarretando, em alguns casos danos permanentes à máquina devido ao super aquecimento. Isso exigia grande habilidade do técnico montador para aproveitar o espaço disponível. Além disso, o conector de alimentação da fonte AT, que é ligado à placa-mãe, é composto por dois plugs semelhantes (cada um com seis pinos), que devem ser encaixados lado a lado, sendo que os fios de cor preta de cada um deveriam ficar localizados no meio. Caso esses conectores sejam invertidos, a placa-mãe será fatalmente queimada. No padrão AT, é necessário desligar o computador pelo sistema operacional, aguardar um aviso de que o computador já pode ser desligado e clicar no botão "Power" presente na parte frontal do gabinete. Somente assim o equipamento é desligado. Isso se deve a uma limitação das fontes AT, que não foram projetadas para fazer uso do recurso de desligamento automático. Os modelos AT geralmente são encontrados com slots (barramentos) ISA, EISA ou VESA nos primeiro modelos e ISA e PCI nos mais novos AT. Somente um conector "soldado" na própria placa-mãe, que no caso, é o do teclado que segue o padrão DIN e o mouse utiliza a conexão serial. Posição dos slots de memória RAM e socket de CPU sempre em uma mesma região na placa-mãe, mesmo quando placas de fabricantes diferentes. Nas placas AT são comuns os slots de memória SIMM ou SDRAM, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe.
ATX - É a sigla para (Advanced Technology Extended). Pelo nome, é possível notar que trata-se do padrão AT aperfeiçoado. Um dos principais desenvolvedores do ATX foi a Intel. O objetivo do ATX foi de solucionar os problemas do padrão AT (citados anteriormente), o padrão apresenta uma série de melhorias em relação ao anterior. Atualmente a maioria dos computadores novos vem fundamentados neste padrão. Entre as principais características do ATX, estão:
o maior espaço interno, proporcionando uma ventilação adequada,
conectores de teclado e mouse no formato mini-DIN PS/2 (conectores menores)
conectores serial e paralelo ligados diretamente na placa-mãe, sem a necessidade de cabos,
melhor posicionamento do processador, evitando que o mesmo dificulte a instalação de placas de expansão. Quanto à fonte de alimentação, há melhoras significativas. A começar pelo conector de energia ligado à placa-mãe. Ao contrário do padrão AT, não é possível encaixar o plug de forma invertida. Cada orifício do conector possui um
formato, que impede o encaixe errado. A posição dos slots de memória RAM e socket de CPU variam de posição conforme o fabricante. Nestas placas serão encontrados slots de memória SDRAM, rambus, DDR, DDR2 ou DDR3, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe. Geralmente os slots de expansão mais encontrados são os PCI, AGP e PCI-Express. As placas mais novas vêm com entrada na própria placa-mãe para padrões de disco rígido IDE, Serial ATA ou Serial ATA II. O gerenciamento de energia quando desligado o micro, suporta o uso do comando "shutdown", que permite o desligamento automático do micro sem o uso da chave de desligamento encontrada no gabinete.
LPX - Formato de placas-mãe usado por alguns PCs "de marca" como por exemplo Compaq. Seu principal diferencial é não ter slots. Os slots estão localizados em uma placa a parte, também chamada "backplane", que é encaixada à placa-mãe através de um conector especial. Seu tamanho padrão é de 22 cm x 33 cm. Existe ainda um padrão menor, chamado Mini LPX, que mede 25,4 cm x 21,8 cm.
Esse padrão foi criado para permitir PCs mais "finos", já que as placas de expansão em vez de ficarem perpendiculares à placa-mãe, como é o normal, ficam paralelas.
ITX - É um padrão de placa-mãe criado em 2001 pela VIA Technologies, destinada a micros altamente integrados e compactados, com a filosofia de oferecer não o computador mais rápido do mercado, mas sim o mais barato, já que na maioria das vezes as pessoas usam um micro para poder navegar na Internet e editar textos.
A intenção da placa-mãe ITX é ter tudo on-board, ou seja, vídeo, áudio, modem e rede integrados na placa-mãe. Outra diferença dessa placa-mãe está em sua fonte de alimentação. Como possui menos periféricos, reduzindo assim o consumo de energia, sua fonte de alimentação pode ser fisicamente menor, possibilitando montar um computador mais compacto.
Funcionamento
A placa-mãe realiza a interconexão das peças componentes do microcomputador. Assim, processador, memória, placa de vídeo, HD, teclado,mouse, etc. estão ligados diretamente à placa-mãe. Ela possui diversos componentes eletrônicos (circuitos integrados, capacitores, resistores, etc) e entradas especiais (slots) para que seja possível conectar os vários dispositivos. Na arquitetura de uma placa-mãe típica, temos seus mais importantes componentes:
Componentes - Processador - Memoria RAM - Bios (memória ROM) - Bateria
Chipset (norte e sul)
Conectores
- Slots de expansão (PCI, ISA, AGP etc) - Conector IDE / SATA
- Conector Mouse - Conector de teclado
- Conector Impressora (porta paralela) - Conector USB
Processador - O processador fica encaixado no soquete devendo-se observar que uma placa-mãe não aceita qualquer tipo de processador, pois é desenvolvida para soquetes específicos. Cada tipo de processador tem características que o diferenciam de outros modelos, a quantidade de pinos, por exemplo, ou o barramento da ponte norte. Assim sendo, a placa-mãe é desenvolvida para aceitar determinados processadores.
Memória RAM - As placas-mãe mais antigas trabalhavam com tecnologia conhecida com SDRAM e a DDR, atualmente o padrão mais usado é o DDR2, mas em breve se tornarão obsoletas, dando lugar as memórias DDR3.
Com relação à capacidade de instalação de memória RAM nas placas-mãe mais antigas chegavam a 32 MB ou 64 MB, entretanto hoje temos micros com módulos de memória com 1 GB ou 2 GB, podendo chegar em algumas placas para servidor a 128 GB (embora essas placas sejam muito raras, a possibilidade existe).
BIOS - BIOS (Basic Input Output System) é um tipo de chip(Flash-ROM) que contém um pequeno software responsável por controlar o uso dos dispositivos e mantém informações de data e hora. O BIOS trabalha junto com o POST (Power On Self Test), um software que testa os componentes do micro em busca de eventuais erros. Podemos alterar as configurações de hardware através do Setup, uma interface também presente na Flash-ROM.
Bateria - A bateria interna do tipo Lítio(bateria de lítio) CR2032 tem a função de manter as informações da
Flash-ROM (EEPFlash-ROM) armazenadas enquanto o computador está desligado (somente em placas-mãe antigas, nas atuais sua
principal função é manter o relógio interno funcionando).
Chipset
Northbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E Southbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E
Chipset - É um chip (ou conjunto de chips) responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída como o barramento de comunicação do processador, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e
off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe. Geralmente, é
dividido em duas partes:
O northbridge faz a comunicação do processador com as memórias, através do barramento de comunicação externa do processador, e com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express. Como ele faz o trabalho mais pesado, geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu aquecimento elevado.
O southbridge geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces IDE/SATA que ligam os HDs, os drives de CD-ROM, drives de DVD-ROM ao processador. Geralmente cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som.
Este circuito desempenha um papel muito importante no funcionamento de uma placa de CPU, ele pertence a escala VLSI (Very Large Scale of Integration) ou seja, no seu interior existem centenas de milhares de transistores.
O Chipset é um dos principais fatores para o bom desempenho de um PC, ficando atrás do processador e das memórias. Por isso sempre há a necessidade de escolher placas de CPU com o chipset adequado. Há vários fabricantes no mercado como Asus, Soyo, Pcchips, Gigabyte, Intel etc. As diferenças entre um fabricante e outro se referem a qualidade e tecnologia empregada no chip.
Seus diversos circuitos servem para realizar uma série de funções a nível de hardware, como:
Controle do barramento PCI; Controle do barramento AGP; Controle do barramento ISA (pc's mais antigos); Controle e acesso a memória, incluindo a cache L2; Controle dos sinais de interrupção IRQ, e DMA; Timer; Controle da Interface IDE; Controle da Interface USB.
Muitos Chipsets também possuem integrados nele circuitos como de som e vídeo, são as famosas placas de CPU de baixo custo com som e vídeo on-board.
Slots de expansão - Algumas tecnologias foram desenvolvidas para dar maior flexibilidade aos computadores pessoais uma vez que cada cliente pretende utiliza-lo para um fim específico.
O barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) é uma tecnologia para conectar diferentes periféricos na Placa-mãe.
O barramento AGP (Accelerated Graphics Port) é uma tecnologia de barramento usada principalmente por placas de vídeo. As placas AGP excedem um pouco em tamanho as placas PCI. A tecnologia AGP foi substituída pelo PCI Express. A tecnologia PCI Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais.
Controladores
On-board: como o próprio nome diz, o componente on-board vem diretamente conectado aos circuitos da placa mãe, funcionando em sincronia e usando capacidade do processador e memória RAM quando se trata de vídeo, som, modem e rede. Tem como maior objetivo diminuir o preço das placas ou componentes, mas em caso de defeito o dispositivo não será recuperável. São exemplos de circuitos on-board: vídeo, modem, som e rede.
Off-board: são os componentes ou circuitos que funcionam independentemente da placa mãe e por isso, são separados, tendo sua própria forma de trabalhar e não usando o processador, geralmente, quando vídeo, som, modem ou rede, o dispositivo é "ligado" a placa-mãe usando os slots de expansão para isso, têm preço mais elevado que os dispositivos on-board, sendo quase que totalmente o contrário em todos os aspectos do tipo on-board, ou seja, praticamente todo o processamento é realizado pelo próprio chipset encontrado na placa do dispositivo.
O Northbridge (em português: ponte norte), também conhecido como memory controller hub (MCH) em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam northbridge), é tradicionalmente um dos dois chips que constituem o chipset numa placa-mãe de PC, sendo o outro o southbridge. Separar o chipset em northbridge e southbridge é comum, embora existam instâncias raras em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.
O northbridge geralmente lida com a comunicação entre a CPU, memória RAM, AGP ou PCI Express e o southbridge. Alguns northbridges também contém controladores de vídeo integrados, os quais também são conhecidos como Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) em sistemas Intel. Visto que processadores e RAM diferentes exigem sinalizações diferentes, um northbridge tipicamente funcionará com somente uma ou duas classes de CPU e geralmente com apenas um tipo de RAM. Existem uns poucos chipsets que suportam dois tipos de RAM (geralmente eles estão disponíveis quando há uma mudança para um novo padrão).
O nome northbridge deriva do desenho da arquitetura como em um mapa. A CPU fica no topo do mapa, precisamente no norte, conectada ao chipset por uma ponte rápida (ao northbridge via FSB), localizado ao norte dos outros dispositivos do sistema no layout. O northbridge então se conectaria ao restante do chipset através de uma ponte lenta (o southbridge), localizado ao sul dos outros dispositivos de sistema no layout.
O northbridge na placa-mãe de um sistema particular é o fator principal na determinação da quantidade, freqüência e tipo de CPUs e RAMs que podem ser usados. Outros fatores como regulação de voltagem e número de conectores também desempenham um papel importante. Virtualmente, todos os chipsets em nível de consumidor suportam somente uma série de processador, com a quantidade máxima de memória RAM variando pelo tipo de processador e design da placa-mãe. Máquinas da era Pentium freqüentemente tinham uma limitação de 128 MB de memória, enquanto a maioria das máquinas Pentium 4 possuem um limite de 4 GB. Desde o Pentium Pro, a arquitetura Intel pode acomodar endereços físicos maiores do que 32 bits, tipicamente, 36 bits, os quais possibilitam endereçar até 64 GB, embora placas-mãe que possam suportar tamanha quantidade de RAM sejam raras por conta de outros fatores (limitações do sistema operacional e dispêndio de RAM).
O northbridge desempenha um papel de destaque no quanto um computador pode sofrer overclocking, visto que sua freqüência é usada como ponto de partida pela CPU para estabelecer sua própria freqüência operacional. Nas máquinas modernas, este chip tem se tornado crescentemente mais quente a medida em que os computadores tornam-se mais rápidos. Não é mais incomum que o northbridge tenha de usar um dissipador ou mesmo algum tipo de sistema de refrigeração.
Em PCs, o FSB (Front Side Bus ou barramento frontal) é o barramento de transferência de dados que transporta informação entre a CPU e o northbridge da placa-mãe, sendo extremamente rapido é capaz de transferir até 10 GB/s.
Alguns computadores também possuem um barramento traseiro (ou backside bus) o qual conecta a CPU à memória cache interna. Este barramento e a memória cache associada à ela podem ser acessados muito mais rapidamente do que a RAM do sistema através do barramento frontal.
Deve ser observado que muitos fabricantes hoje em dia anunciam a capacidade do FSB em megatransfers por segundo (MT/s), não na frequência do clock do FSB em megahertz (MHz). Isto se deve ao fato de que a frequência real é determinada pela quantidade de transferências que podem ser realizadas a cada ciclo de clock, bem como pela frequência do clock. Por exemplo, se uma placa-mãe (ou processador) possui um FSB de 200 MHz e realiza 4 transferências por ciclo de clock, o FSB é dito como de 800 MT/s.
Barramento frontal é um nome alternativo para os barramentos de dados e endereços de uma CPU, conforme definido nos datasheet dos fabricantes. O termo é associado com maior frequência aos vários barramentos de CPU usados nas placas-mãe de PCs (incluindo servidores etc), raramente com os barramentos de dados e endereços usados em sistemas embarcados e em pequenos computadores.
Um esquema north/southbridge típico.
O barramento frontal funciona como uma conexão entre a CPU e o restante do hardware através do chipset. Sendo geralmente dividido em northbridge e southbridge, servindo de ponto de conexão para todos os outros barramentos do sistema. Barramentos tais como o PCI, AGP e de memória conectam-se ao chipset para que os dados fluam entre os dispositivos conectados. Estes barramentos secundários geralmente operam em frequências derivadas do clock do barramento frontal, mas não são necessariamente sincronizados com ele.
Semelhante ao barramento de memória, os barramentos PCI e AGP também podem operar de modo assíncrono em relação ao barramento frontal. Em sistemas antigos, estes barramentos operavam a uma fração da frequência do barramento frontal. Esta fração era ajustada no BIOS. Em sistemas mais novos, os barramentos periféricos PCI, AGP e PCI Express frequentemente recebem seus próprios sinais de clock, os quais eliminam sua dependência do barramento frontal para temporização.
O Southbridge (em português: ponte sul), também conhecido como I/O Controller Hub em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam southbridge), é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitetura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente conectado à CPU. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à CPU.
O South Bridge controla as interfaces IDE, USB, ISA e ele se comunica com o North Bridge através de um barramento PCI, ou seja, ele também é um dispositivo PCI, mas interno à placa de CPU e portanto controlado pelo North Bridge, nele também está conectado o BIOS e um chip chamado de Super I/O, no qual estão as interfaces de mouse e teclado, interfaces seriais, paralelas, e interface para drive de disquete.
Visto que o southbridge não está diretamente conectado à CPU, a ele é dada a responsabilidade pelos dispositivos mais lentos num PC típico. Um southbridge em particular geralmente irá funcionar com vários northbridges diferentes, mas estes dois chips devem ser projetados para trabalhar em conjunto; não há um padrão amplo para interoperabilidade entre projetos de chipsets de lógicas diferentes. Tradicionalmente, esta interface entre northbridge e southbridge era simplesmente o barramento PCI, mas visto que isto criava um gargalo de performance, a maioria dos chipsets modernos usam uma interface diferente (frequentemente proprietária) com performance mais alta.
O nome deriva do desenho da arquitetura como em um mapa e foi descrita pela primeira vez como tal com a introdução da PCI Local Bus Architecture na plataforma PC em 1991. Os autores da especificação PCI na Intel viam o barramento local PCI como sendo o verdadeiro centro da arquitetura da plataforma PC (isto é, o "Equador"). O assim chamado northbridge estende-se ao norte do barramento PCI e dá suporte a CPU, memória/cache e outras capacidades de performance crítica. Da mesma forma, o southbridge estende-se ao sul do barramento PCI e faz a conexão de tarefas menos críticas de I/O, tais como interface de disco, áudio etc. Embora a arquitetura da plataforma PC moderna tenha substituído o PCI com um backbone por um I/O mais rápido, a convenção dos nomes north/southbridge permanece.
A funcionalidade encontrada num southbridge contemporâneo inclui:
Barramento PCI. O suporte ao barramento PCI, mas pode também incluir suporte para PCI-X e PCI Express. O LPC Bridge fornece um caminho de controle e dados para o Super I/O (a conexão normal para teclado, mouse, portas paralela e serial e controlador de disco) e hub FWH (firmware que provê acesso ao BIOS de armazenamento flash).
O barramento SPI é um barramento serial simples, usado principalmente por firmware (por exemplo, BIOS de armazenamento flash.
SMBus é usado para comunicação com outros dispositivos na placa-mãe (isto é, sensores de temperatura do sistema, controladores de ventoinhas etc).
O controlador DMA permite que dispositivos ISA acessem diretamente a memória principal.
O controlador de interrupção provê um mecanismo para que dispositivos conectados obtenham atenção da CPU. Controlador IDE (SATA ou PATA). A interface IDE permite ligação direta dos HDs do sistema.
Gerenciamento de energia, as funções APM ou ACPI fornecem métodos e sinalização para permitir ao computador hibernar ou desligar-se para economizar energia.
O sistema CMOS, assistido pela energia complementar da bateria, cria uma área limitada de armazenamento não-volátil de dados de configuração do sistema.
Interfaces de som AC97 ou Intel High Definition Audio. Baseboard Management Controller
Opcionalmente, o southbridge pode incluir suporte para Ethernet, RAID, USB, codec de áudio e FireWire. Mais raramente, o southbridge também pode incluir suporte para teclado, mouse e portas seriais, mas normalmente estes dispositivos são conectados através de outro dispositivo conhecido como Super I/O.
Southbridge VIA VT82C686B. Diagrama de um chipset de placa-mãe.
Resumo
O chipset é um dos principais componentes lógicos de uma placa-mãe, dividindo-se entre "ponte norte" (northbridge, controlador de memória, alta velocidade) e "ponte sul" (southbridge, controlador de periféricos, baixa velocidade). A ponte norte faz a comunicação do processador com as memórias, e em alguns casos com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express. Já a ponte sul, abriga os controladores de HDs (ATA/IDE e SATA), portas USB, paralela, PS/2, serial, os barramentos PCI e ISA, que já não é usado mais em placas-mãe modernas.
O chipset é quem define, entre outras coisas, a quantidade máxima de memória RAM que uma placa-mãe pode ter, o tipo de memória que pode ser usada.
As marcas de placas-mãe mais conhecidas são, entre outras. É muito comum confundir a marca da placa-mãe com a marca do chipset. Por exemplo, pelo fato de uma placa-mãe usar chipset SiS, isto não significa que a placa foi produzida por essa empresa, pois a SiS fabrica apenas os circuitos usados por motherboards, mas não fabrica placas, algumas pessoas também confundem a marca do processador com a da placa mãe. Por exemplo, uma placa mãe que use um processador Intel pode não ter sido fabricada pela Intel apesar da empresa também fabricar placas-mãe, muitas outras empresas também fazem placas que utilizam os processadores Intel.
