Aula 5 - Placa Mãe

Hardware Básico
Placa mãe
Professor: Wanderson Dantas
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
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.
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".
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.
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.
CONTROLADORES

On-board

Off-board
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.
ON-BOARD
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.
MODELOS DE PLACAS MÃE

AT

AT e ATX

ATX
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 1996. 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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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
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 80286
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.
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.
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.
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.
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.
SLOT PCI-Express
PCI-Express 1.0
Primeiro modelo, lançado em 2004. 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.

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 2012.

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.

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
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.
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.
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.
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;
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.
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.
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:
PONTE SUL

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





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).