Hardware Básico. Placa mãe. Professor: Wanderson Dantas
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- João Azeredo Alencar
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1 Hardware Básico Placa mãe Professor: Wanderson Dantas
2 A INVENÇÃO DA PRIMEIRA PLACA MÃE O coração do seu computador encontra-se em um sistema central que unifica todos os componentes de hardware em uma única peça. Esse sistema é conhecido como placa mãe. Cada acessório do seu PC, como portas e plugues, são conectados ou integrados a ela. Esta unificação das funções em grande escala foi desenvolvida em etapas, em um processo cujo início marcou a invenção da própria placa mãe
3 ANTES DA PLACA MÃE A placa mãe, às vezes chamada de "placa central", tem uma história gradual. Ao invés de ser inventada de uma vez, como uma peça de tecnologia completamente nova, ela surgiu a partir de um tipo simples de placa de circuito chamada de "backplane". Esse sistema era uma espécie de placa mãe, mas que não possuía nada de extremamente elaborado. Antes de 1980, os fabricantes de computadores instalavam cada componente individualmente em sua própria placa de circuito, e ligavam essas placas em um "backplane", que atuava como elo comum entre todas as peças.
4 A PRIMEIRA PLACA MÃE A IBM Personal Computer fabricou a primeira placa mãe como a conhecemos, embora tenha sido chamada inicialmente de "planar". A empresa abrigou a CPU, memória RAM, áudio, bem como muitas outras funções, como portas para teclado, fitas cassete, entradas para cartão, etc, em um sistema chamado "bus", que gerencia todo esse fluxo de informação. Lançado em 1981, o PC original, com sua simplicidade e abertura de sistema, serviu como padrão para muitas especificações de hardware em computadores chamados de "IBM PCs" - hoje em dia chamados simplesmente de "PCs".
5 DOS BLACKPLANES À PLACA MÃE A placa mãe reúne as funções de um "backplane" oferecendo uma placa de serviço em comum com slots expansivos para placa-filhas. Os cientistas foram além do que o backplanes tinha a oferecer e introduziram um processador onboard central, memória, gerenciamento de energia, painel input/output para dispositivos externos como teclado e todos os componentes necessários para o fluxo de informação entre a CPU, o hard drive, o teclado e os outros componentes de um PC. Nos anos 80, à medida que os avanços tecnológicos iam se tornando mais atrativos economicamente e permitiam combinar múltiplas funções em uma única placa, os fabricantes começaram a interligar esses componentes à backplane, sendo o IBM PC o modelo precursor desse processo.
6 PLACAS MÃE ATUAIS Atualmente, a placa mãe pode facilmente executar todas as funções que você precisa em computador - incluindo processamento de gráficos, de áudio e conectividade de rede. Algumas placas mães podem não executar certas funcionalidades, uma vez que o usuário pode optar por instalar uma placa dedicada, como um jogador que quer usar uma placa gráfica exclusiva. De qualquer maneira, as placas mãe de hoje já percorreram um longo caminho desde o "backplane" - evoluindo do que eram essencialmente quadros vazios com ranhuras, para computadores independentes, onde você não precisa adicionar um único cartão.
7 CONTROLADORES On-board Off-board
8 ON-BOARD São placas que já possuem periféricos integrados nela, como por exemplo, vídeo, som, modem e rede. Podemos reconhecer uma placa mãe on-board facilmente, pois possui pouca possibilidade de expansão (quantidade menor de slots para periféricos). Uma vantagem desse tipo de placa é seu baixo custo, pois com ela o usuário não terá que comprar os periféricos citados acima. A desvantagem é que nesse tipo de placa, quem ficará responsável pelo gerenciamento dos dispositivos integrados, será o processador, fazendo com que haja uma perda no processamento de dados. No caso do vídeo integrado, é ainda mais grave, pois ele ainda reserva uma quantidade de memória que não poderá ser utilizada pelo sistema operacional, havendo mais uma perda. Caso queime um dispositivo, o mesmo não poderá ser trocado, a solução seria a substituição por uma placa, desde que tenha slot para isso.
9 ON-BOARD
10 OFF-BOARD Esta, geralmente, não tem nenhum tipo de periférico embutido na placa mãe. Neste tipo de placa, cabe ao usuário definir qual placa de vídeo, som, rede, etc, que será instalada. Por serem placas e não interfaces (flats ligados a terminais na placa mãe) estas possuem seu próprio gerenciador de dados, liberando o processador. Caso uma das placas instaladas, por algum motivo queime, podemos facilmente substitui-la por outra sem problema algum. Uma placa off-board pode ser facilmente reconhecida, pela quantidade de slots de expansão.
11 MODELOS DE PLACAS MÃE AT AT e ATX ATX
12 AT AT é a sigla para (Advanced Technology). Trata-se de um tipo de placa mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até Um dos fatos que contribuíram para que o padrão AT deixasse de ser usado (e o ATX fosse criado), é o espaço interno reduzido, que com a instalação dos vários cabos do computador (cabo flat, alimentação), dificultavam a circulação de ar, acarretando, em alguns casos danos permanentes à máquina devido ao superaquecimento. Isso exigia grande habilidade do técnico montador para aproveitar o espaço disponível da melhor maneira. 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 devem ficar localizados no meio. Caso esses conectores sejam invertidos e a fonte de alimentação seja ligada, a placa mãe será fatalmente queimada.
13 AT Com o 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 ISA, EISA, VESA nos primeiro modelos e, ISA e PCI nos mais novos AT (chamando de baby AT quando a placa mãe apresenta um tamanho mais reduzido que os dos primeiros modelos 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.
14 AT e ATX Modelo de transição entre o AT e o ATX uma vez que as duas tecnologias são encontradas simultaneamente. Esta é uma estratégia criada pelos fabricantes para obterem maior flexibilidade comercial.
15 ATX ATX é a sigla para (Advanced Technology Extended). Pelo nome, é possível notar que se trata 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 melhoras em relação ao anterior. Atualmente todos os computadores novos vêm baseados 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-dim 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 impeça a instalação de placas de expansão por falta de espaço.
16 ATX Quanto à fonte de alimentação, encontramos 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 dificulta o encaixe errado. A posição dos slots de memória RAM e socket de CPU variam a posição conforme o fabricante.
17 COMPONENTES Existem alguns componentes que são extremamente importantes e que não mudam, quer dizer que em qualquer placa mãe esses componentes estarão presentes, são eles: Soquetes; Slots; Conectores; BIOS, POST, SETUP; CMOS e Bateria; CHIPSET (Norte e Sul).
18 SOQUETES O processador e a memória RAM ficam encaixados nos soquetes, devendo observar que uma placa mãe não aceita qualquer tipo de processador ou memória, pois é desenvolvida para soquetes específicos. No caso do processador, cada tipo tem características que diferenciam de outros modelos, a quantidade de pinos, por exemplo. No caso das memórias é basicamente da mesma forma, só que as memórias mudam seu padrão em uma velocidade menor que os processadores. Hoje em dia, o padrão mais usado para memória RAM é o DDR3, mas em breve as placas já estarão aceitando o novo padrão DDR4.
19 SLOTS Slot é um termo em inglês para designar ranhura, fenda, conector, encaixe ou espaço. Sua função é ligar os periféricos ao barramento e suas velocidades são correspondentes as dos seus respectivos barramentos. Nas placas mãe são encontrados vários slots para o encaixe de placas (memória, vídeo, som, modem e rede por exemplo). Alguns exemplos de slots: ISA PCI AGP PCI Express
20 SLOT ISA Os slots ISA geralmente são preto, ele foi o primeiro barramento de expansão criado para trabalhar com o processador 8088, que usava um barramento de 8 bits, com a introdução do processador que trabalhava a 16 bits, modificou-se o slot ISA aumentando o seu tamanho, para que trabalhasse também a 16 bit e sua frequência de trabalho é de 8 MHz, o que é muito lento, mas perfeitamente viável para uma placa de fax-modem ou uma placa de som. Até algum tempo atrás, placas mães traziam algum slot ISA para que usuários tivessem alguma placa ISA em um velho 286, pudesse utiliza-la em um Pentium. Os slots ISA são conectados em paralelo, isso significa que são absolutamente iguais, dessa forma pode-se instalar uma placa em qualquer slot vago.
21 SLOT PCI Este tipo de slot foi criado pela Intel, ele geralmente é branco e seu barramento não se prende a nenhum tipo de processador, o que garante que todos os futuros processadores poderão utilizar esse tipo de barramento. Ele não é ligado diretamente ao barramento da placa mãe. Ele trabalha a 32 bits e a 33 MHz, existem outras frequências e quantidade de bits que ela pode trabalhar, porém esses não são tão utilizados. Uma grande vantagem do PCI é que ele trabalha melhor com a tecnologia Plug and Play, além disso ele pode compartilhar até 2 dispositivos com a mesma linha de interrupção.
22 SLOT AGP Pode-se reconhecer esse slot por ser único, geralmente é marrom e encontramos somente em placas off-board. Ele é usado somente para placas de vídeo, sua frequência de trabalho é de 66 MHz e 32 bits, isso permite que atinja uma taxa teórica de 264 MB/s, esse modo de operação é chamado de 1x. O barramento AGP pode transferir mais que um dado por pulso de clock, aumentando a sua taxa de transferência.
23 SLOT PCI-Express Se você já parou para ver uma placa mãe, notou que ela tem várias linhas que percorrem toda a sua superfície. Essas linhas são chamadas de trilhas e são através delas que os dados percorrem a placa mãe e chegam às diferentes peças instaladas. Essas trilhas passam dos conectores de placas e outros componentes, levando os dados coletados ali para outros setores do sistema. Barramentos PCI e AGP ficavam responsáveis por serem as portas para placas de vídeo, som e rede serem instaladas no PC. Com o aumento do tráfego de dados, ambas as conexões começaram a ser insuficientes para um funcionamento veloz e dentro do potencial que poderia alcançar.
24 SLOT PCI-Express Desde sua primeira implementação em uma placa mãe, os barramentos PCI-Express evoluíram conforme novas placas de expansão foram lançadas. Atualmente, o PCI-Express está disponível em segmentos de 1x a 32x, sendo mais comum encontrar até 16x. Esses números têm a ver com o número de caminhos utilizados para a transmissão dos dados. Existem três tipos de barramentos PCI-Express disponíveis, sendo que a única diferença entre eles é a velocidade da transmissão de dados entre placa de expansão e computador. Isso significa que uma placa de vídeo que é conectada a um conector PCIe 3.0 pode funcionar também em um do tipo 1.0. O que muda é a quantidade e velocidade de dados que serão enviados.
25 SLOT PCI-Express PCI-Express 1.0 Primeiro modelo, lançado em Contando com 16 caminhos de transmissão de dados (16x), um slot PCI-Express pode realizar o tráfego de até 4 GB/s. PCI-Express 2.0 Lançado em 2007, o tipo de barramento mostrou um aumento de desempenho e envio de dados, o que para placas gráficas, por exemplo, é muito importante. Com 16x, slots PCI-Express 2.0 alcançam até 8 GB/s, podendo chegar até 16 GB/s caso seja um conector 32x.
26 SLOT PCI-Express PCI-Express 3.0 PCI-Express 3.0 é o modelo mais recente e apresenta a maior velocidade alcançada por faixa de dados até o momento (1 GB/s), podendo chegar até 16 GB/s. A primeira placa gráfica a utilizar o potencial do barramento foi a Radeon HD 7970, da AMD, lançada em janeiro de PCI Express 4.0 Foi anunciado em novembro de 2011 que o desenvolvimento de slots PCI Express 4.0 havia sido iniciado e que ele agora teria uma taxa de transmissão de 2 GB/s por faixa. Isso possibilitaria uma transmissão de 32 GB/s em slots 16x. Placas com PCI Express 4.0 devem ser lançadas entre 2014 e 2015.
27 CONECTORES Um conector é um dispositivo que efetua a ligação entre uma porta de saída de um determinado equipamento e a porta de entrada de outro (por exemplo, entre um computador e um periférico). Exemplos de conectores: Conector IDE - Usado para conectar HDs, Drives CD/DVD; Conector SATA - Usado para conectar HDs, Drives CD/DVD; Conector PS2; - Usado para conectar Mouses e Teclados; Porta Paralela - Usada para conectar impressoras antigas; Conector USB Conector universal; Firewire Parecido com o conector USB e é bem mais rápido que o USB 2.0
28 BIOS Basic Input/Output System, responsável por ensinar o processador a manipular os dispositivos básicos do computador, tais como os circuitos de apoio à unidade de disquete e vídeo em modo texto. É interessante ressaltar que ao se falar de BIOS, é comum as pessoas apontarem para o chip de memória ROM, por este motivo, um vício de linguagem comum é chamar de a BIOS, sendo que estamos nos referindo ao Sistema Básico de Entrada e Saída, o BIOS, que nada mais é do que um programa.
29 POST Power-On Self Test, responsável pelo teste físico inicial sempre que ligamos o computador. Esse teste executa as seguintes rotinas quando o micro é ligado: Identifica a configuração instalada; Inicializa todos os circuitos de apoio (chipset) da placa mãe; Inicializa o vídeo; Testa a memória; Testa o teclado; Carrega o sistema operacional para a memória; Entrega o controle do processador ao sistema operacional.
30 SETUP Programa de configuração do computador. Os ajustes feitos nele são armazenados em uma memória de configuração chamada de CMOS (tipo de memória RAM). Atualmente esta memória está integrada ao chipset da placa mãe, e é alimentada por uma bateria, para que os dados contidos nela não sejam perdidos quando o micro for desligado. Caso os dados de sua memória ROM sejam apagados ou gravados erroneamente a placa mãe não funcionará mais. Por isso, algumas placas têm um circuito de memória ROM de backup, caso aconteça alguma coisa com o ROM primário, alteramos um jumper e ela voltará a funcionar normalmente. Esse tipo de placa mãe é conhecido como dual BIOS.
31 CMOS e BATERIA As informações básicas de configuração do computador são armazenadas em uma espécie de memória RAM, a CMOS. Sendo assim, ela perderia seus dados logo que o computador fosse desligado e teríamos que configura-lo novamente. Para que isso não aconteça, a CMOS é constantemente alimentada por uma bateria. Esta bateria também é responsável por manter o relógio de tempo real que está embutido no chipset. Essa bateria pode ser de: Níquel-cádmio Recarregável; Lítio Como a de um relógio, tem a duração aproximada de 2 a 3 anos;
32 CHIPSET É o circuito mais importante da placa mãe, ele é quem determina a qualidade da placa mãe. Apesar de existirem vários fabricantes de placas mãe no mundo, existem poucos fabricantes de chipset. Os mais conhecidos são VIA, ALi, SiS e Intel. O desempenho de uma placa está diretamente ligado à qualidade do chipset que é utilizado na placa mãe. Testes comprovam que placas mãe de marcas diferentes que utilizam o mesmo chipset têm o desempenho similar. Em geral são divididos em dois circuitos: A Ponte Norte e a Ponte Sul.
33 PONTE NORTE Chamado também de controlador de sistema, esse é o circuito mais importante do chipset, ele é quem controla a parte nobre da placa mãe como a memória RAM, também serve de ponte entre o barramento PCI e AGP, no caso de placas mais antigas controla também o cache L2.
34 PONTE SUL Chamado também de controlador de periféricos, ele tem a função de ponte entre o barramento PCI-ISA, fazer interfaceamento com os periféricos básicos integrados à placa mãe como as portas IDEs, controla as linhas de interrupções, controlador de DMA (Direct Memory Access), o relógio de tempo real, a memória de configuração (CMOS). O chipset é quem determina a arquitetura da placa mãe. É nele também que vamos verificar todas as características que a placa mãe pode ou não oferecer, pois mesmo o chipset tem um som on-board, por exemplo, se o fabricante da placa decidir por não instalar um CODEC, ela não terá opção para o usuário. Então para sabermos sobre um chipset e verificarmos se ele é bom, devemos observar:
35 PONTE SUL Máximo de memória RAM que ele é capaz de acessar; Máximo de memória cache que ele pode acessar (cache externo); Tipos de memória que ele pode acessar; Frequência máxima de operação do chipset; Se possui e qual o modo de operação do barramento AGP; Capacidade ou não de multiprocessamento; Tipos de barramento que pode acessar; Características do I/O (responsável por controlar todos os dispositivos lentos que estão integrados à placa mãe).
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