SEMANA
2 TARJETA MADRE
Concepto de chipset
Chipset
es el conjunto
de circuitos integrados diseñados con base a la arquitectura de un procesador
(en algunos casos diseñados como parte integra de esa arquitectura),
permitiendo que ese tipo de procesadores funcionen en una placa base. Sirven de
puente de comunicación con el resto de componentes de la placa, como son la
memoria, las tarjetas de expansión, los puertos USB, ratón, teclado, etc.
Las placas base modernas suelen incluir dos integrados, denominados NorthBridge (Puente Norte) y SouthBridge (Puente Sur), y suelen ser los circuitos integrados más grandes después del microprocesador. El chipset determina muchas de las características de una placa base y por lo general la referencia de la misma está relacionada con la del Chipset.
Las placas base modernas suelen incluir dos integrados, denominados NorthBridge (Puente Norte) y SouthBridge (Puente Sur), y suelen ser los circuitos integrados más grandes después del microprocesador. El chipset determina muchas de las características de una placa base y por lo general la referencia de la misma está relacionada con la del Chipset.
Chipset
785G de AMD el cual veremos
como
funciona en la siguiente sección.
Funcionamiento
El Chipset es el que hace posible que la placa base funcione como eje del sistema, dando soporte a varios componentes e interconectándolos de forma que se comuniquen entre ellos haciendo uso de diversos buses. Es uno de los pocos elementos que tiene conexión directa con el procesador, gestiona la mayor parte de la información que entra y sale por el bus principal del procesador, del sistema de vídeo y muchas veces de la memoria RAM.
En el caso de los computadores PC, es un esquema de arquitectura abierta que establece modularidad: el Chipset debe tener interfaces estándar para los demás dispositivos. Esto permite escoger entre varios dispositivos estándar , por ejemplo en el caso de los buses de expansión, algunas tarjetas madre pueden tener bus PCI-Express y soportar diversos tipos de tarjetas con de distintos anchos de bus (1x, 8x, 16x). En el caso de equipos portátiles o de marca, el chipset puede ser diseñado a la medida y aunque no soporte gran variedad de tecnologías, presentara alguna interfaz de dispositivo. La terminología de los integrados ha cambiado desde que se creó el concepto del chipset a principio de los años 90, pero todavía existe equivalencia haciendo algunas aclaraciones:
El Chipset es el que hace posible que la placa base funcione como eje del sistema, dando soporte a varios componentes e interconectándolos de forma que se comuniquen entre ellos haciendo uso de diversos buses. Es uno de los pocos elementos que tiene conexión directa con el procesador, gestiona la mayor parte de la información que entra y sale por el bus principal del procesador, del sistema de vídeo y muchas veces de la memoria RAM.
En el caso de los computadores PC, es un esquema de arquitectura abierta que establece modularidad: el Chipset debe tener interfaces estándar para los demás dispositivos. Esto permite escoger entre varios dispositivos estándar , por ejemplo en el caso de los buses de expansión, algunas tarjetas madre pueden tener bus PCI-Express y soportar diversos tipos de tarjetas con de distintos anchos de bus (1x, 8x, 16x). En el caso de equipos portátiles o de marca, el chipset puede ser diseñado a la medida y aunque no soporte gran variedad de tecnologías, presentara alguna interfaz de dispositivo. La terminología de los integrados ha cambiado desde que se creó el concepto del chipset a principio de los años 90, pero todavía existe equivalencia haciendo algunas aclaraciones:
- El NorthBridge, puente norte, MCH (memory controller hub), GMCH (Graphic MCH), se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP o el PCI-Express de gráficos, y las comunicaciones con el puente sur. Al principio tenía también el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.
- El SouthBridge o puente sur, ICH (Imput Controller Hub), controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, FireWire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN, PCI-Express 1x y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. Es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
Para que entendais mejor como funciona os dejo el diagrama del chipset 785G mencionado en la imagen anterior.
Concepto de Bus
Un bus de datos es un dispositivo mediante el cual al interior de una computadora se transportan datos e información relevante.
Para la informática, el bus es una serie de cables que funcionan cargando datos en la memoria para transportarlos a la Unidad Central de Procesamiento o CPU. En otras palabras, un bus de datos es una autopista o canal de transmisión de información dentro de la computadora que comunica a los componentes de dicho sistema con el microprocesador. El bus funciona ordenando la información que es transmitida desde distintas unidades y periféricos a la unidad central, haciendo las veces de semáforo o regulador de prioridades y operaciones a ejecutar.
Su funcionamiento es sencillo: en un bus, todos los distintos nodos que lo componen reciben datos indistintamente, aquellos a los que estos datos no son dirigidos los ignoran y, en cambio, aquellos para los cuales los datos tienen relevancia, los comunican.
Desde el punto de vista técnico, un bus de datos es un conjunto de cables o conductores eléctricos en pistas metálicas sobre la tarjeta madre o “mother” del ordenador. Sobre este conjunto de conductores circulan las señales que conduce los datos.
Existen distintos tipos de buses. El bus de direcciones, por ejemplo, vincula el bloque de control de la CPU para colocar datos durante procesos de cómputo. El bus de control, por otro lado, transporta datos respecto de las operaciones que se encuentra realizando el CPU. El bus de datos propiamente dicho, transporta información entre dispositivos de hardware como teclado, mouse, impresora, monitor y también de almacenamiento como el disco duro o memorias móviles.
En diferentes tipos de ordenadores se emplean diversos tipos de buses. Para PC, por ejemplo, son comunes el PCI, ISA, VESA, MCA, PATA, SATA y otros como USB o Firewire. En Mac, en cambio, se utilizan los mismos u otros como el NuBus.
Bus ISA
El bus
ISA maneja un bus de direcciones de 20 bits y un bus de datos de 8 bits.
Permite trabajar con la mayoría de las señales de interrupción del PC, e
incluso utilizar los circuitos de DMA (direct memory access).
Descripción
del BUS.
El BUS
clásico de un PC (ISA BUS) se compone de dos partes:
La clásica de 8 bits, pertenenciente a los PC, XT y AT.
La extensión de 16 bits de los AT.
Entre
ambos forman el bus ISA que todos los ordenadores PC actuales poseen (no
confundir con VESA o PCI, siendo el primero una tercera ampliación del bus ISA
de 8 bits y el PCI un bus totalmente diferente).
En la
figura se puede ver el pinout del bus ISA. El BUS esta dividido en dos caras.
En la primera los pines se denominan desde A1 hasta A31 y es la cara de
componentes. Contiene el bus de direcciones y de datos. Los pines de la segunda
cara se denominan desde B1 hasta B31 y es la cara de soldadura. Esta cara
contiene los pines de alimentación así como las señales relacionadas con las
interrupciones y las transferencias de datos vía DMA.
Un ciclo de lectura a un puerto funciona de la siguiente manera: El microprocesador pone la señal ALE a "1", entonces envía la dirección del puerto a través de A0-A19. ALE es puesta a nivel bajo. El microprocesador envía el byte de datos que será escrito. Luego pone un "0" en -IOW. Después que el dispositivo ha tenido tiempo de leer el byte, el uP pone la señal -IOW a nivel alto de nuevo.
La única diferencia entre un ciclo de lectura/escritura a memoria y un ciclo de lectura/escritura a un puerto consiste en que en un ciclo de memoria se utilizaran las señales -MEMR y -MEMW de la misma manera que se hace con -IOR y -IOW.
Manejando interrupciones.
En el mapa de memoria del PC podemos encontrar dos tipos de interrupciones, las de software y las de hardware. En este tutorial solo se explicaran interrupciones de hardware. En un PC, las interrupciones externas son manejadas por el controlador de prioridad de interrupciones 8259A. Cuando el 8259A recibe una señal de interrupción a través de las señales IRQ2 a IRQ7, envía una señal de petición de interrupción a la entrada INTR del uP. Entonces el 8086 envía una señal INTA (interrupt-acknowledge) al 8259A. El uP puede luego leer el tipo de interrupción del dispositivo externo. El 8086 usa el tipo de interrupción leído desde el dispositivo externo para obtener la dirección de la rutina de servicio de la interrupción de la tabla de vectores de interrupción en la memoria. Note que las señales INTR y INTA no están presentes en el bus ISA, estas señales solo son utilizadas por el uP y el 8259A.
Bus PCI
El bus PCI
El bus PCI (Interconexión de componentes periféricos) fue desarrollado por Intel el 22 de junio de 1992. A diferencia del bus VLB, no se trata de un bus local tradicional sino de un bus intermedio ubicado entre el bus de procesador (Puente Norte) y el bus de entrada/salida (Puente Sur).Conectores PCI
Por lo general, las placas madre cuentan con al menos 3 ó 4 conectores PCI, identificables generalmente por su color blanco estándar.La interfaz PCI existe en 32 bits con un conector de 124 clavijas o en 64 bits con un conector de 188 clavijas. También existen dos niveles de señalización de voltaje:
- 3,3 V para los ordenadores portátiles
- 5 V para los equipos de escritorio
El voltaje señalizado no es igual
al voltaje de la fuente de alimentación de la placa madre, sino que es el
umbral de voltaje necesario para el cifrado digital de los datos.
Existen 2 tipos de conectores de 32 bits: - conector PCI de 32 bits, 5 V:
http://static.commentcamarche.net/es.kioskea.net/pictures/pc-images-connecteur-pci-5v.png
- conector PCI de 32 bits, 3,3 V:
http://static.commentcamarche.net/es.kioskea.net/pictures/pc-images-connecteur-pci-33v.png
Los conectores PCI de 63 bits disponen de
clavijas adicionales para tarjetas PCI de 32 bits. Existen 2 tipos de
conectores de 64 bits: - conector PCI de 64 bits, 5 V:
http://static.commentcamarche.net/es.kioskea.net/pictures/pc-images-connecteur-pci-64-bits-5v.png
- conector PCI de 64 bits, 3,3 V:
http://static.commentcamarche.net/es.kioskea.net/pictures/pc-images-connecteur-pci-64-bits-33v.png
Interoperabilidad
En general, no se pueden cometer errores al introducir una tarjeta PCI en una ranura PCI. Si la tarjeta encaja correctamente, entonces es compatible. De lo contrario, existen dispositivos infalibles que pueden evitar dicha instalación.
http://static.commentcamarche.net/es.kioskea.net/pictures/pc-images-pci-emplacements.png
Existen tarjetas de expansión equipadas con
lo que se denomina conectores "universales", es decir, que
poseen dos tipos de dispositivos infalibles (dos muescas). Dichas tarjetas de
expansión pueden detectar el voltaje señalizado y adaptarse a él. Por lo tanto,
pueden insertarse tanto en ranuras de 3,3 V como en ranuras de 5 V. Actualizaciones del bus
La versión original del bus PCI es de 32 bits de ancho y su velocidad de reloj es de 33 MHz, lo que en teoría permite un rendimiento de 132 Mb/s a 32 bits. En las arquitecturas de 64 bits, el bus funciona a 64 bits y su rendimiento teórico es de 264 Mb/s.Con el fin de actualizar el estándar PCI, se formó un grupo de interés compuesto por un gran número de fabricantes, apodado PCI-SIG (Grupo de interés especial de PCI). Se publicaron actualizaciones del bus. La versión 2.0 del 30 de abril de 1993 definió la forma de los conectores y las tarjetas adicionales, y le confirió una velocidad de reloj de 66 MHz, en contraste con los 33 MHz de la versión 1.0. De esta manera se logró duplicar el rendimiento teórico hasta alcanzar los 266 MHz a 32 bits.
El 1 de junio de 1995, la revisión 2.1 del bus PCI mejoró su uso hasta 66 MHz. En ese momento, los ingenieros anticiparon un movimiento progresivo desde un voltaje señalizado de 5 V hasta 3,3 V.
La versión 2.2 del bus PCI, que apareció el 18 de diciembre de 1998, incorporó la capacidad de conectar los periféricos directamente (conexión en caliente).
La revisión 2.3, editada el 29 de marzo de 2002, eliminó la posibilidad de utilizar tarjetas de 5 V adicionales, pero incorporó el uso de tarjetas que admiten ambos voltajes con el fin de garantizar la compatibilidad descendente. La revisión 3.0 del estándar PCI eliminó por completo el uso de tarjetas de 5 V compatibles.
En septiembre de 1999, tuvo lugar un cambio importante en el bus PCI, cambio que fue conocido como PCI-X. El bus PCI-X 1.0 admite frecuencias de 66, 100 y 133 MHz. Dicho bus es completamente compatible con el formato PCI, y las ranuras PCI-X admiten tarjetas de formato PCI y viceversa.
La revisión 2.0 del bus PCI-X admite frecuencias de 66, 100, 133, 266 y 533 MHz, y permite un rendimiento de 4,27 Gb/s a 64 bits.
Bus IDE
El puerto IDE (Integrated device Electronics) o ATA
(Advanced Technology
Attachment) controla los dispositivos de
almacenamiento masivo de datos, como
los
discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) y
además añade dispositivos como las unidades CD-ROM.
En el sistema IDE el controlador del dispositivo se
encuentra integrado en la
electrónica del dispositivo. Las diversas versiones
de sistemas ATA son:
Parallel ATA (algunos están utilizando la sigla
PATA)
ATA-1
ATA-2, soporta transferencias rápidas en bloque y
multiword DMA.
ATA-3, es el ATA2 revisado y mejorado.
ATA-4, conocido como Ultra-DMA o ATA-33 que soporta
transferencias en 33 MB/s.
ATA-5 o Ultra ATA/66, originalmente propuesta por
Quantum para transferencias en
66 MB/s.
ATA-6 o Ultra ATA/100, soporte para velocidades de
100 MB/s.
ATA-7 o Ultra ATA/133, soporte para velocidades de
133 MB/s.
Serial ATA, remodelación de ATA con nuevos
conectores (alimentación y datos),
cables, tensión de alimentación y conocida por
algunos como SATA.
Ata over ethernet implementación sobre Ethernet de
comandos ATA para montar
una red SAN. Se presenta como alternativa a iSCSI
En un primer momento, las controladoras IDE iban
como tarjetas de ampliación,
mayoritariamente ISA, y sólo se integraban en la
placa madre de equipos de marca
como IBM, Dell o Commodore. Su versión más extendida
eran las tarjetas multi I/O,
que agrupaban las controladores IDE y de disquete,
así como los puertos RS-232 y
el puerto paralelo, y sólo modelos de gama alta
incorporaban zócalos y conectores
SIMM para cachear el disco. La integración de
dispositivos trajo consigo que un solo
chip fuera capaz de desempeñar todo el trabajo.
Con la aparición del bus PCI, las controladoras IDE
casi siempre están incluidas en la
placa base, inicialmente como un chip, para pasar a
formar parte del chipset. Suele
presentarse como dos conectores para dos dispositivos
cada uno. De los dos discos
duros, uno tiene que estar como esclavo y el otro
como maestro para que la
controladora sepa a/de qué dispositivo
mandar/recibir los datos. La configuración se
realiza mediante jumpers. Habitualmente, un disco
duro puede estar configurado de
una de estas tres formas:
Como Maestro ('Master'). Si es el único dispositivo
en el cable, debe tener esta
configuración, aunque a veces también funciona si
está como esclavo. Si hay otro
dispositivo, el otro debe estar como esclavo.
Como Esclavo ('slave'). Debe haber otro dispositivo
que sea maestro.
Selección por cable (cable select). El dispositivo
será maestro o esclavo en función
de su posición en el cable. Si hay otro dispositivo,
también debe estar configurado
como cable select. Si el dispositivo es el único en
el cable, debe estar situado en la
posición de maestro. Para distinguir el conector en
el que se conectará el primer
bus Ide (Ide 1) se utilizan colores distintos.
Este diseño (dos dispositivos a un bus) tiene el inconveniente
de que mientras se
accede a un dispositivo el otro dispositivo del
mismo conector IDE no se puede usar.
En algunos chipset (Intel FX triton) no se podría
usar siquiera el otro IDE a la vez.
Este inconveniente está resuelto en S-ATA y en SCSI,
que pueden usar dos
dispositivos por canal.
Los discos IDE están mucho más extendidos que los
SCSI debido a su precio mucho
más bajo. El rendimiento de IDE es menor que SCSI
pero se están reduciendo las
diferencias. El UDMA hace la función del Bus Mastering
en SCSI con lo que se reduce
la carga de la CPU y aumenta la velocidad y el
Serial ATA permite que cada disco
duro trabaje sin interferir a los demás.
De todos modos aunque SCSI es superior se empieza a
considerar la alternativa SATA
para sistemas informáticos de gama alta ya que su
rendimiento no es mucho menor y su diferencia de precio sí resulta más
ventajosa.
Bus SATA
Serial ATA es el nuevo estándar de conexión de
discos duros. Hasta hace
relativamente poco tiempo, en el mercado del consumo
se hacía uso del puerto IDE
en los estándares ATA (también llamado Pararell
ATA), del que existen variedades de
hasta 133MBytes/seg teóricos.
Dicho tipo de conexión consiste en unas fajas planas
(de 40 u 80 hilos, dependiendo
de las especificaciones de ATA) a las cuales se
pueden conectar hasta dos discos
duros (o unidades ópticas).
Serial ATA, la nueva tecnología, es totalmente
compatible con la anterior, de
manera que no habrá problemas de compatibilidad con
los sistemas operativos. De
hecho se pueden encontrar conversores con el formato
antiguo, ya que no solo se
trata de un cambio en el formato de los conectores,
sino también en el tipo de
puerto (mientras que un puerto IDE trabaja como un
puerto Paralelo, SATA es un
tipo de puerto Serie).
Es cierto que a nivel físico está más cercano de lo
que sería un puerto Firewire o un
USB, aunque en el caso de SATA tan sólo se puede
conectar un dispositivo por
puerto.
Ventajas que nos reporta este nuevo sistema.
En cuanto velocidad hay grandes ventajas, ya que la
nueva interfaz comienza
trabajando a 150MBytes/seg (133 como máximo en ATA),
siendo lo habitual
actualmente el tipo SATA2, con una tasa de
transferencia de 300MBytes/seg.
Otra de las grandes mejoras respecto al sistema
anterior (en mi opinión) es el tipo
de cableado que se utiliza, mucho más fino y
aerodinámico que el anterior , lo que
permite que estos cables, al ser muchísimo más
finos, faciliten el flujo de aire
dentro de la caja, reduciendo el calentamiento de
nuestro equipo.
Otra ventaja de este tipo de puerto es que permite
hasta 1 metro de longitud en el
cable (menos de medio metro en las conexiones ATA).
Respecto al cable de alimentación también es
diferente al de los discos ATA
originales, y las tensiones de trabajo son menores,
teniendo un consumo menor.
Además no es necesaria la configuración Master/Slave
tradicional, ya que las
unidades SATA conectan una por puerto, indicándose
en el Setup tan sólo cual es el
SATA al que se debe dirigir en primer lugar el orden
de arranque (Boot secuence).
En los dibujos de abajo se puede ver la diferencia
en las conexiones, disco
tradicional ATA a la izquierda y un Serial
ATA a la derecha.
Bus AGP
El
bus AGP o Advanced Graphics Port
Interfaz
y conector especiales desarrollados por Intel en 1997 para reemplazar al bus
PCI que estimaba demasiado lento, así como para responder a las necesidades de
visualización en banda ancha debido a las tarjetas gráficas cada vez más
potentes.
La
interfaz AGP está inspirada en la interfaz del bus PCI, pero permite acelerar
las cadencias de visualización y conviene particularmente a la visualización en
3D. Para llegar a este resultado, abre un canal de acceso directo entre el
controlador de video y la memoria RAM, canal de 32 bits operando a 66 MHz. La
velocidad total de transferencia es de 266 Mbit/s para la AGP1x, o sea el doble
de la velocidad de transferencia del bus PCI.
Los diferentes buses AGP
El bus AGP experimento grandes
evoluciones que lo volvieron cada vez más rápido.
Entre los buses AGP para tarjetas gráficas comunes, podemos distinguir:
Entre los buses AGP para tarjetas gráficas comunes, podemos distinguir:
- AGP 1×: Bus 32-bit operando a 66 MHz con una tasa de transferencia máxima de 266 MB/s, obtenido multiplicando por 2 la frecuencia de 33 MHz del bus PCI.
- AGP 2×: Bus 32-bit operando a 66 MHz DDR permitiendo una tasa de transferencia máxima de 533 MB/s.
- AGP 4×: Bus 32-bit operando a 66 MHz QDR permitiendo una tasa de transferencia máxima de 1 066 MB/s (1 GB/s).
- AGP 8×: Bus 32-bit operando a 66 MHz con una frecuencia 8 veces mayor permitiendo una tasa de transferencia máxima teórica de 2 133 MB/s (2 GB/s).
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