Trabajo Practico Nº4-Ejercicio Nº 2

                          Partes del Motherboard

                             
1-Conectores:
 Los Motherboard que respetan las normas ATX (Advanced Technlogy Extended) incorporan un grupo de conectores estandar : serie(RS232), paralelo(CENTRONIX),Teclado y Mouse (PS2) y puertos USB(Universal Serial Bus).
Tambien se agrega el conector de sonido (Entrada de microfono y linea y Salida de parlantes) y el conector de red (ETHERNET-RJ45) y la salida para el monitor Puerto VGA (en algunos Motjerboard tambien se pueden encontrar la salida digital para monitores DVI y la salida multimedia de alta definicion HDMI).

                                                                                                          

                                       
2-Socalo del Microprocesador(SOCKET) aqui se coloca el Microprocesador. El tamaño, la forma y la cantidad de contactos varia segun la marca y el modelo del Microprocesador usado.
Posee ademas los anclajes para el cooler (esta compuesto por dos cosas: El Disipador y el Ventilador)

                                                             SOCKET INTEL

SOCKET AMD

                                                         CONECTORES HDMI

CONECTORES DVI

3-CONECTORES DE MEMORIA:Aqui se colocan los modulos de memoria RAM dinamica que reciben el mismo nombre que las memorias (SIMM,DIMM,RIMM)

                                                  MEMORIA  SIMM

                                                                          

MEMORIAS DIMM

MEMORIA RIMM

           Ranuras de la memoria RAM: DIMM, SIMM, RIMM

4- Conector de disquetera (actualmente en desuso)

5- Conectores IDE: En estos conectores se conectan los cables planos que conectan que permiten conectar hasta 4 dispositivos entre discos rígidos y/o lectoras grabadoras de CD/ DVD en los motherboard modernos se encuentran los conectores SATA que es la interfase que se usa actualmente para los discos rígidos y lectoras grabadoras de CD-DVD


Velocidad de transferencia:  IDE: 130 MB /s.
                                                 SATA1: 150 MB /s.
                                                 SATA2: 300 MB /s.
                                                 SATA3: 600 MB/s

                                 
                                                   CONECTOR IDE

                                                CONECTOR SATA

6- CONECTOR DE ALIMENTACIÓN: Existen 2 tipos de conectores, los mas viejos son de la norma AT y los mas nuevos de la norma ATX. A través de este conector se suministra al motherboard diferentes tensiones provenientes de la fuente.

                                             

                                         

                                                                    CONECTOR AT

                                                                   CONECTOR ATX

7- Bios (Basic Input Output System):

Este circuito integrado alberga un programa basico del motherboard que le permite al sistema operativo comunicarse con hardware entre otras cosas el BIOS controla la forma enque el motherboard maneja la memoria,los discos rigidos y mantiene el reloj en hora.  El BIOS contiene dos tipos de
memoria; una memoria ROM (memoria de lectura solamente), actualmente tipo flash y una memoria RAM 
(memoria de lectura escritura)  que es mantenida por una pila a la que se accede apretando (F2 o suprimir). 


8-CHIPSET NORTHBRIDGE (Puente Norte): Es el encargado de controlar el Bus de datos del microprocesador y el acceso a la memoria. Las maquinas antiguas también controlaban el Bus AGP 

9-CONECTORES AL  GABINETE: Aquí se conectan los comandos e indicadores que se encuentran en el frente del gabinete:Led de encendido, Led de funcionamiento de acceso a datos del disco rígido, Boton de encendido, Boton de reset.

10-CHIPSET SOUTHBRIDGE (Puente Sur): Es la parte del chipset encargada de brindar conectividad. Controla los discos rígidos, el Bus PCI  y los puertos USB

11-PILA: Es la encargada de alimentar la memoria RAM del BIOS (SETUP).Es del tipo CR2032

12-RANURA (Slot )PCI: En estas ranuras se insertan accesorios opcionales como por ejemplo placas sintonizadoras de television, modem telefonico, placa de sonido,etc. Las placas de video actualmente se conectan a un slot PCI EXPRESS 

   

13-SLOT AGP: Antiguamente se conectaban en estas ranuras las placas de video. Actualmente esta es desuso

FACTOR DE FORMA (Form Factor)
El factor de forma es una caracteristica de los motherboard que resulta como consecuencia de la estructura modular o arquitectura abierta que habiamos mencionado. Los fabricantes de motherboard deben atenerse al cumplimieto de estandares y normas de la industria del hardware. Ademas cuando surge un elemento nuevo, como paso con los puertos USB, todos los fabricantes deberan cumplir con las normas y caracteristicas contructivas de este puerto para no quedar fuera del negocio del hardware. 
el factor de forma indica las dimensiones, el tamaño de la placa, la posicion de los anclajes y la distribucion de los componentes y lo vincula con el gabinete especifico. 
Los formatos obsoletos son los AT y los BABY AT  y los formatos en uso actualmente son los ATX, MICRO ATX y FLEX ATX.

El Chipset

el chipset es un conjunto de circuitos integrados que "ayudan" al microprocesador  en el manejo de algunos dispositivos como :el acceso a memoria , el bus PSI , AGP, PSI EXPRESS ,USB,ETC.Sirve como fuente de comunicacion entre los componentes de motherboard y el microprocesador .
En los motherboard modernos suelen incluir dos integrados , el puente norte (north bridge) y el puente sur (south brigde).Las marcass mas comunes de chipset son:AMD,INTEL,ATITECHNOLOGIES,NVIDIA,SILICON INTEGRATED SYSTEM,VIA TECHNOLOGIES.

EL PUENTE NORTE (NORTH BRIGDE):

El puente norte se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria.controla las funciones de acceso hacia y desde el microprocesador de la memoria ram y el puerto para graficos (antiguamente AGP , hoy en dia PSI EXPRESS ).Generalmente la innovaciones tecnologicas como de soporte de memoria DDR y el FSB son soportados por este integrado.

la tecnologia de fabricacion de l north brigde es muy avanzada y compatible con la del propio microprocesador por ejemplo: si debe encargasre

EL PUENTE SUR  (SOUTH BRIGDE) : Es el segundo chip de importancia y controla los buses de entrada y salida de datos para perifericos como son los controladores de disco ID o SATA los puertos USB,y firewere ,ranuras PSI ranura AMR , puertos infrarojos , LAN ,sonidos y una larga lista de todos los elementos que podemos imaginar en la placa madre.  

Antiguamente la conexion entre el puente norte y el puente sur se realizaba a través del bus PCI `pero receintemente algunos fabricantes del motherboard han empezaso a usar buses especiales dedicados que permiten una transferencia de datos directa entre los dos puentes sin interferencias.El problema es que la vieja  conexion PCI (peripherical component interconnect) tiene un ancho de banda de solo 133mb por segundo y quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales .Solamente teniendo en cuenta que los discos rigidos actuales rondan los 7mb/s y si le agregamos la transferencia de datos de las placas que estan colocadas en los slot PCI y los dispositivos en los puertos USB 2.0 vemos que el bus PCI se encuentra congestionado .La mejor solucion fue conectar  los puentes con un bus local dedicado ,Por ejemplo el chipset y 810 de intel incorpora un pequeño bus de 8bit (byte) a 266 Mhz. 

BUSES

los buses constituyen físicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que intercomunican electricamente los dipositivos ubicados en el motherboard , (microprocesador memoria RAM ,BIOS,Puertos ,etc) los buses de un motherboard se dividen en : bus de datos ,bus de direcciones, y bus de sistemas.

Bus de datos :el bus de datos transportan los datos e instrucciones en forma de pulsos eléctricos desde y hacia el microprocesador dependiendo del sistema y del microprocesador este bus tendrá una cantidad de lineas llamada ancho del bus. Las primeras Pc tenían buses de datos de 8 bits y en la actualidad pueden llegar a 64 bits.
El bus de direcciones determine 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 y que es su identificación en el sistema. Las direcciones no se pueden repetir. Lo descripto anteriormente se refiere a los elementos que efectivamente están montados sobre la placa del motherboard.
El sistema puede componerse ademas por dispositivos que se conectan a la placa mediante socalos o ranuras de expansión (SLOTS) que también deben interconectarse.Entonces parte de los contactos de la placa de expansión que se conectan en 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, PCI, PCI EXPRESS y AGP.

En las Pc modernas para la conexión de periféricos solamente se mantienen los buses PCI y PCI EXPRESS 

Parámetros de los buses:  

Ancho del bus: se mide en bits 

Frecuencia del clock: se mide en Hertz

Cantidad máxima de dispositivos permitidos

Bus PCI (Peripherical Component Interconnet)

Al bus PCI se lo identifica con un conector blanco de aproximadamente 8.5 cm de largo. Tiene una ranura para la correcta colocacion de las placas. Este bus fue desarrollado por INTEL, sometido al consenso del resto de la industria que lo adopto como estándar. Es uno de los mas utilizados en la actualidad y posee las siguientes características: Cantidad maxima de dispositivos 10 Ancho del bus: Seleccionable 32 o 64 bitsVelocidad de transferencia maxima de datos 133 MB/seg a 32 bits y 33 MhZ y 266 MB/seg a 64 bit y 33 MhzFrecuencia del clock 33 MhzActualmente en este bus se conectan placas de expansion como: placas de audio, sintonizadoras de TV,modem telefónico, placas de adquisición de datos, placas de ampliacion de puertos USB, etc.

Bus FRONTAL ( Frontal side Bus- FSB) 

Antiguamente solo existia un bus de datos y el microprocesador accedia a la memoria RAM y a la memoria cache de segundo nivel a travez de el. Para optimizar el desempeño de este bus INTEL introdujo el IB ( Dual. Independet. Bus) donde el microprocesador accedia a la memoria cache L2 por el BACK side BUS y a la RAM por el Front Side Bus.Regularmente la velocidad del microprocesador se determina aplicando un factor de multiplicacion a la frecuencia del FSB. Por ejemplo si aplicamos un factor de multiplicacion de 5 a una FSB de 100 Mhz obtenemos un bus operando a 500 Mhz. Este proceso se conoce como " OVERCLOKING". Antiguamente  esto se restauraba cambiando unos puentes (Jumper) en el motherboard. Actualmente se hace en el inicio del sistema desde el setup.

El viejo Bus ISA( Industria Standard Architeture)

Este bus es obsoleto algunas de sus caracteristicas son: *Ancho de bus 32 bits. *Frecuencia de clock 8 Mhz.
 *Vel. maxima de transferencia 16 MB/seg.

 Puerto PCI EXPRESS:

LA TRANSMISION EN SERIE ES UNA DE LAS INTERFACES MAS ANTIGUAS DE LAS PC (RS232), QUE SIGUE PRESENTE EN LOS MOTHERBOARD  ACTUALES , AUNQUE ESTA PRACTICAMENTE EN DESUSO FRENTE A INTERFACES INTERNAS SUPERIORES COMO LA USB LA TRANSMISION DE DATOS EN EL BUS PCI –EXPRESS   JUSTAMENTE SE REALIZA EN SERIE  ES DECIR QUE LOS DATOS VAN PASANDO BIT A BIT uno detrás del otro, mientras que en las interfaces en paralelo los datos viajan por varios cables a la vez. Actualmente se privilegia el uso de interfaces serie porque utilizan menos tensión, generan menos interferencias eléctricas y permiten alcanzar mayores velocidades sin pérdida de información además son más simples lo que permite un diseño más compacto la conexión punto a punto quiere decir que la comunicación entre un dispositivo y otro es directa lo que permite   aprovechamiento total del ancho de banda puesto que cada placa tendrá su ancho en particular y se comunicara con otro sin que nada interfiera en su camino por ejemplo dijimos que el puerto PCI estándar tiene todos los conectores conectados en paralelo por lo que comparten el ancho de banda del bus (133 MB/s).En el sistema PCI-EXPRESS la conexión de los conectores de expansión con el chipsep se realiza mediante un modulo llamado switch (muchas veces incluido en el Puente Sur del chipset).Podemos comparar el bus PCI-EXPRESS y el PCI haciendo una analogía con concentradores de red: Switch y Hub. En un Hub los datos que quieren pasar de una maquina a otra deben pasar por todas las que estén entre un puerto y otro hasta que encuentren 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 ningún puerto.La conexión básica PCI-EXPRESS (por 1) consta solamente de cuatro cables, dos para transmisión de datos en un sentido y dos para el otro. Cada uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2 GHz lo que brinda una tasa de transferencia de dato s de  2 Gbps que es equivalente a 256 MBps  debemos considerar que esos 256 MBps se transmiten en un solo sentido y que si contamos también el otro alcanzamos los 512 MBps una cifra nada despreciable teniendo en cuenta los 133 MBps del puerto PCI

Gracias a esta caracteristicas de contar de contar de simplemente con 4 cables es que ahora los diseños del motherboard son mas sencillos y compactos. La ranura PCI Express x1 tiene como dijimos anterior mente un par de coneductores para enviar informacion en un sentido y otros dos para enviar invformacion en el otro sentido. La ranura PCI Express x4 tiene 4 pares de conductores y la PCI Express x16 tiene 16 pares de conectores.

Algunos dispositivos que se conectan al puerto PCI-Express son:

• Placas gráficas.
• Interfaces PCI-Express a USB 2.0 y 3.0.
• Interfaz PCI-Express a FireWire.
• Discos Rígidos de Estado Sólido.
• Placas de Interfaz RAID.

Ejercicio:

Calcular  la velocidad de transferencia en bytes de un bus de 32bit de ancho trabajando a una frecuencia de 33Mhz.

33Mhz à 33 Mbits/seg

Velocidad total= 33MMps * 32=1056  Mps

Velocidad de transferencia (MBps)  1056Mbps/ 8= 133 Mbps

                                    Interfaz para discos rígidos

Veremos las formas en que se transmiten la informacion desde los medios de almacenamiento macivos como discos rigidos y lectoras-gravadoras de CD y DVD desde y hacia el motherboard.

 Actualmente se usa prepondarantemente la interfas SERIAL ATA o SATA  que esta remplazando a la interfas IDE .

Puerto IDE:

 La interfaz IDE es un conector con una doble hilera de pines donde se inserta el conector asociado a un cable plano.

                               Disco con interfaz IDE

                                                  Cable IDE

                      Conectores IDE en un motherboard

Regularmente hay dos conectores sobre el motherboard bajo los nombres IDE0 e IDE1. La interfasas IDE esta basado en el estándar creada por IBM en los años 80 llamados ATA. Por eso esta interfaz se conoce también como IDE/ATA.En principio esta interfaz soportaba solamente discos rígidos, pero mas tarde se convierte en ATAPI. Y es capaz de soportar unidades de CD-ROM. Por eso en el inicio de una pc con lectora de CD se lee el mensaje ATAPI CD-ROM. La evolución de la norma ATA fue capaz de soportar discos cada vez mas rápidos ( ATA1, ATA2, ATA3, ATA4, ATA5, FAST ATA). Esto esta directamente relacionados con dos modos de transferencia PIO y DMA. El modo PIO es el mas antiguo en donde el micro procesador controlaba la transferencia de datos. Dentro del modo PIO sucedieron varias evoluciones.

  PIO-0à 3.3 MBps

 PIO-1à5.2MBps

 PIO-2à8.3MBps

   PIO-3à11.1MBps

PIO-4à16MBps

Debido al bajo rendimiento del porque requería el uso del microprocesador se introduce la tecnología DMA. De esta forma los discos rígidos pudieron acceder directamente a la memoria sin pasar por el microprocesador. Para eso fue necesario un chip DMA. Esta norma fue mejorando hasta llegar a la norma que se conoce UDMA( Ultra DMA) que llega a los 133MBps.

Algunos dispositivos que se conectan al dispositivo PCI EXPRESS son: Placas graficas, interfaces PCI EXPRESS a USB2 y USB3, interfaz PCI EXPRESS a FIREWIRE, disco de estado sólido PCI EXPRESS, placa de sonido PCI EXPRESS, modem wi-fi o común, placa controladora RAID PCI EXPRESS.

Interfaz Serial-ATA (SATA)

La interfaz ATA paralelo fue superada en el año 2003 cuando se introdujo la variante Serial-ATA. Esta interfaz proporciona mayores velocidades de transferencia, permite mayor longitud del cable y permite conectar unidades al instante sin tener que apagar la computadora. Actualmente es estándar en todos los motherboard. Así como existe un grupo de interés para el BUS PCI EXPRESS  también existe un grupo internacional llamado SATA-IO que es responsable de desarrollar las especificaciones estatalizadas SATA. Hasta el momento se han desarrollado tres protocolo SATA con las siguientes velocidades:

·                                                                                                                                       SATA 1à 150Mbps 

  

·                                                                                                                                       SATA 2 à 300Mbps

·                                                                                                                                        SATA 3 à600Mbps  

      Puerto SATA 3 en un motherboard MSI de ultima generación

                                           Cable SATA

                                 Disco rigido con conexion SATA

                      Diagrama de pines de una conexion SATA

                              

                            Interfaz SCI (Small Computer System Interface)

Es una interfaz estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos de la computadora. Se utiliza habitualmente los rígidos pero también interconecta una amplia gama de dispositivos incluyendo escáneres, unidad de CD-ROM, unidades de DVD-ROM y hasta impresoras. En el pasado era común en toda clase de computadoras pero actualmente se utiliza por exclusividad en estaciones de trabajo de alto rendimiento, servidores y periféricos de alta gama. En las computadoras que se utilizan normalmente se usan interfaces más lentas como las SATA y USB (el USB emplea un conjunto de comandos SCSI para algunas operaciones. Actualmente se está usando un sistema SCSI serie (SAS) que es la continuación que es la evolución de la interface SCSI paralela. Actualmente llega a 6GBps. Esta tecnología se encuentra presente en motherboard`s para servidores como el Intel S5520HC que soporta 2 micro procesadores Intel XEON 5500, con 12 ranura para memoria de DDR3, 6 puertos PCI EXPRESS, 6 puertos SATA3, un puerto SAS600, etc.

       Link de manual de S5520HC 

http://www.intel.com/content/www/us/en/motherboards/server-motherboards/server-board-s5520hc.html

                                                 

                                                                Motherboard para servidores Intel S5520 HC

                                                          Disco rigido con interfaz SCSI

                                                                                           Cable SCSI

   Interfaz USB (Universal Serial Bus):

   El bus USB fue desarrollado en la decada de los 90. la propuesta original fue de IBM junto a INTEL. Actualmente existe un foro USB que agrupa a mas de 680 companias.

  El USB permitio estandarizar la coneccion de perisfericos como mouse, teclado, joistyck, escaner, camaras digitales, telefonos celulares, impresoras, modem, tarjetas de red (alambricas e inalambricas), sintonizadoras de TV, disco rigidos externos, lectoras grabadoras de CD externas, memoria flash tipo pendrive, etc. El exito fue total desplasando al puerto serie (RS-232), al paralelo, PS/2, etc. Existen dos tipos de conexiones A y B. Y cada una de ellas cuenta con las versiones estandar mini y micro.

  La BIOS y el arranque de sistema 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           El bios es un programa que se encuentra permanentemente almacenado en un chip (Firmware) del motherboard y se ejecuta cuando se inicia la pc para verificar y habilitar todos sus componentes principales , de forma tal que luego se pueda dar pie al inicio del sistema operativo, todo este proceso se conoce como arranque de sistema .

     Si ponemos arriba de una mesa los componentes de una pc :

     motherboard con microprocesador , memoria y placa de vídeo y le conectamos las        fuentes de alimentación , el teclado , el mouse y el monitor , al encender la fuente de    alimentación "algo" pasa y estos dispositivos funcionan ¿como ocurre esto si no tiene disco rigido ni sistema operativo?.Evidentemente hay algo mucho mas básico y permanente previo al sistema operativo , que por ende no esta en el disco rígido y que hace que apenas encendemos  la fuente de alimentación halla un reconocimiento del equipo y luego cargue el sistema operativo .Eso es el bios (basic input output sistem)

    Los antiguos bios eran memorias ROM de tipo EPROM  que se programaban  mediante un circuito especial y se borraban mediante luz ultravioleta a través de una ventana de cuarzo que tenían para tal fin .

    Actualmente las BIOS son de tipo flash :

k  El BIOS es un programa al que no tiene acceso el usuario, no se puede modificar (aunque si actualizar ) y siempre que se lo necesite .Debido a que es una función básica e inicial no puede estar alojado como los otros programas de la pc en un disco duro o otra unidad,porque justamente es el que habilita a estos componentes para que funcionen.
    Una parte del BIOS nos permite modificar ciertos parámetros como la ubicación de los puertos Serie y Paralelo la presencia de configuración en los discos rígidos  su tamaño y la fecha y la hora del equipo.Para que el usuario pueda configurar estos valores se utiliza una pequeña memoria RAM de 256 Bytes de tecnología CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

   Esta memoria consume muy poca energia y puede ser alimentada por una simple pila de 3V tipo CR2032 que se puede cambiar sin necesidad de soldar o desoldar como ocurría en los antiguos motherboards .
Esta memoria tiene entre su información un dato llamado :checksum(verificacion de suma) que incluye la suma de todos los bytes de información que contiene.Cada vez que se inicia el equipo se realiza esta suma y se la compara con el resultado guardado en el checksum a fin de verificar sino se ha corrumpido algún dato de la memoria (algo no muy común pero que puede ocurrir en ciertas ocasiones en las que se realiza modificaciones de hardware) esta memoria se ubica físicamente en el puente sur del  chipset y es llamada comúnmente Set up .
 Para iniciar el sistema de la pc el BIOS cumple con una serie de tareas consecutivas, es decir que solo pasa a la siguiente si la anterior esta bien. al encender la pc, el primer dispositivo que funciona es el microprocesador que busca la primera instrucción para ejecutar, como el disco rígido todavía no arranco no hay sistema operativo arrancado y lo primero que hace es leer la dirección de memoria 0000(16) del bus de direcciones que justamente se encuentra en la bios. En ese momento comienza el inicio de la pc, es decir, que se comienza a ejecutar el programa contenido en la bios que hace lo siguiente: 
     1-Revisa el setup para cargar los parámetros almacenados en él (fecha, hora, geometría del disco duro, etc.). Recordemos que el setup es el único lugar del bios donde el usuario puede entrar y modificar opciones de modificación básica
     2-Carga los controladores (drivers) y las interrupciones asociadas a los elementos básicos (teclado, mouse, etc.)
     3-Busca y habilita la placa de vídeo (muchas placas cuentan con su propio controlador que se carga en ese instante y cuya información aparece en la pantalla.
         A continuación el bios analiza algo importante, determina si este proceso de inicio se produce desde cero (arranque en frío  o si se trata de un reinicio, generalmente este proceso ocurre después de instalar un  programa. Para esto verifica el valor de la memoria de la dirección 0476 si el valor hallado en esta dirección de memoria es 1234 indica que se trata de un reinicio y pasa por alto el resto de la rutina iniciando inmediatamente la carga del sistema operativo.
       En caso contrario, si se trata de un arranque en frío realiza todo el proceso llamado POST (power in self test) lo que implica lo siguiente:
     Verifica la memoria RAM haciendo una prueba rápida de escritura y lectura sobre cada 
      revisa los puertos USB y PC2 en busca del teclado y del mouse 
    Revisa los conectores PCI y PCI EXPRESS en busca de las placas conectadas.
      Si hallara algún problema en estos elementos emitirá un mensaje por pantalla o indicara el error mediante sonidos que responde a un codigo 
        CÓDIGO DE SONIDO DE ERRORES DEL MOTHERBOARD PARA IMB

1 Breve-------------- Normal, todo bien en el POST. 
2 Breves------------- error en el POST, indicación en el monitor. 
Sonido constante----- error en la fuente de alimentación. 
1 largo, 1 breve---- error de la placa base. 
1 largo, 2 breves--- error gráfico (Mono/CGA) 
1 largo, 3 breves--- Error gráfico (EGA) 
3 largos------------ error de teclado. 



También existen placas de diagnósticos que poseen una indicación numérica que permiten identificar la falla producida durante la rutina de arranque. Estas placas tienen conexión PCI, algunos motherboard ya poseen integrada la placa de diagnostico POST