La placa base de la computadora, para lo que está diseñado y cómo se ve

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Материнская плата компьютера, для чего она предназначена и как выглядит

La placa madre de la computadora es la base sobre la cual se construyen todos los componentes de la unidad del sistema .

El papel de la placa base de la computadora no se puede exagerar. Después de todo, depende de si puede ampliar la funcionalidad de su PC en el futuro o no. Aumentar la cantidad de RAM , poner una tarjeta gráfica más eficiente? ¿La extensión adicional ("actualización") de todo el sistema permitirá la presencia de ranuras y conectores adicionales, originalmente no utilizados? Esto es como la base de la casa: no lo hará cualitativamente y, con el tiempo, el diseño puede colapsar.

La placa base es un "pie" multicapa de placas de circuitos impresos de una sola capa (de una o dos caras). Cada una de las capas y representa una tarifa separada. La formación de capas, en primer lugar, es necesaria para combatir las interferencias e interferencias creadas por las líneas de señal (trayectorias) de la placa, cerca unas de otras ubicadas. Para aumentar esta distancia y aislar las líneas de señal de una capa de la otra e inventar todo este "sándwich". Cada capa está separada entre sí por forros especiales hechos de fibra de vidrio (adhesivo) y después de todo esto se presiona en un horno especial.

Gráficamente, la estructura interna del producto se puede representar aproximadamente así:

Como beneficio adicional, la fuerza mecánica general de dicha estructura también aumenta. ¡El número de capas individuales en productos de marca modernos puede alcanzar hasta diez, o incluso más! Después de eso, la placa base casi lista en ambos lados está cubierta con un barniz protector dieléctrico del color correcto, seco, perforado en él, agujeros necesarios para los sujetadores, instalación de conectores y otros componentes, orificios metálicos en los bordes y ¡el producto está casi listo! Por supuesto, después de eso debe instalar los conectores y toda la base de elementos de los componentes electrónicos, realizar su soldadura, control de calidad, realizar pruebas exhaustivas bajo carga, pero este proceso se muestra claramente en el video debajo del artículo, así que no veo razón para describirlo nuevamente.

Nota: la placa de circuito impreso o PCP (placa de circuito impreso) es una placa dieléctrica en la que las pistas eléctricamente conductoras se forman químicamente o mecánicamente. Se pueden formar como un método clásico de grabado en la pizarra, o utilizando tecnología de grabado láser.

Dado que estamos interesados ​​principalmente en placas base de alta calidad de la computadora, volvamos nuestra atención al pago de tamaño completo del fabricante "Asus". Una gran cantidad de elementos y ranuras de expansión nos permiten esperar una buena perspectiva de actualización y una base de componentes de alta calidad y un diseño de placa durante un largo período de tiempo.

Vamos, como siempre, revisamos el orden en toda la notación y descubrimos en qué componentes está compuesta la placa base de la computadora:

  1. socket CPU (conector donde está instalado el procesador de la computadora)
  2. hay dos ranuras para tarjetas gráficas PCI Express (en placas base costosas puede instalar dos tarjetas de video discretas al mismo tiempo)
  3. cuatro ranuras para memoria DDR2
  4. puente norte del chipset de la motherboard de la computadora
  5. Puente sur del chipset de la placa base
  6. Radiadores de sistema de refrigeración para circuitos de potencia (fases de potencia) del procesador
  7. cuatro salida USB (salida a la parte posterior de la carcasa de la computadora )
  8. salidas de la tarjeta de sonido incorporada
  9. disquetera 3.5 (unidad) controlador FDC
  10. cuatro salidas SATA para conectar discos duros
  11. tres ranuras PCI para la conexión de tarjetas de expansión adicionales (sintonizador de TV, red o tarjeta de sonido, tarjeta de captura de video, etc.)
  12. batería "BIOS"
  13. procesador de conector de alimentación de 12 voltios de cuatro pines
  14. Conector de 24 pines para suministro de energía y suministro de voltaje a la placa base
  15. dos conectores para conectar discos duros o CD-DVD-ROM del antiguo "IDE"
  16. el chip BIOS en sí

Vamos a detenernos en los puntos más importantes que requieren comentarios individuales. En la imagen, podemos ver claramente el sistema de enfriamiento en el centro, con tubos de cobre que se separan de él. El radiador central cubre el chip "norte" del chipset de la placa base. Incluye componentes tan importantes como una tarjeta gráfica integrada , un controlador de memoria y un controlador de bus del sistema (ahora estos elementos se transfieren activamente a la CPU) y, por supuesto, admite la interfaz con el microcircuito "sur".

Los nombres "norte" y "sur" indican solo la ubicación geográfica de estos elementos en relación con las ranuras PCI (norte, más alta o más al sur, más baja). El chip del "puente" sur también está cubierto por un radiador. Por lo general, contiene un controlador de la tarjeta de red integrada de la computadora, bus USB, sonido integrado, es responsable del funcionamiento del bus PCI, varios sensores en el tablero, etc.

Nota: conjunto de chips (chipset): conjunto de chips diseñados para trabajar juntos para realizar cualquier tarea. El segundo nombre es un conjunto de lógica de sistema.

Aplicable a computadoras, el chipset clásico en la placa base consta de dos chips grandes:

  • puente norte (Northbridge)
  • puente sur (Southbridge)

El puente norte conecta (a través de controladores integrados) la CPU con dispositivos de alto rendimiento ubicados en la placa madre de la computadora (memoria, adaptador de video). El "puente" sur es responsable de soportar dispositivos periféricos más "lentos" (USB, tarjeta de sonido y red, discos duros, varias tarjetas de expansión, etc.)

Aquí, por ejemplo, parece un conjunto de lógica de sistema ("norte" - el más grande y "sur" - puente más pequeño) producido por la empresa "VIA".

Un conjunto de lógica de sistema Un conjunto de lógica de sistema

Seguimos adelante. Debajo de los números "6" (vea la primera foto del artículo) en la placa base, tenemos dos radiadores que enfrían los circuitos de alimentación del procesador. Los elementos ubicados debajo de los radiadores (condensadores y transistores) evitan fuertes fluctuaciones en la tensión de alimentación de la CPU cuando cambia su carga. La calidad de su desempeño es uno de los indicadores de una buena placa base. De acuerdo, si el trabajo de la computadora será inestable simplemente debido a una fuente de alimentación de baja calidad, ¡será insultante!

Separar por separado que la base elemental de los circuitos de potencia en las placas base modernas es bastante diversa: incluye un controlador PWM, convertidores de voltaje, transistores, resistencias, bobinas de choque, condensadores, etc.

La foto a continuación muestra un esquema típico de energía multifase de un procesador moderno:

Por ejemplo, los convertidores de voltaje son necesarios para alimentar uno u otro elemento estrictamente necesario para su operación normal de potencia. Una cosa es que a la entrada del convertidor de la fuente de alimentación "viene" 12 voltios, ¡pero no todos los elementos son exactamente doce! Aquí los convertidores lo reducen al valor deseado y "dan" al "consumidor final" (un chip específico u otro elemento).

Sugiero con más detalle hablar sobre para qué se necesitan todas estas fases y cómo funcionan. ¡Creo que es necesario saber! El VRM (Voltage Regulation Module) o VRD (Voltage Regulator Down) pueden actuar como convertidor descendente. Especialmente no te centres en esto, será suficiente si recuerdas estos acrónimos y sabrás a qué se refieren.

Como regla, varios MOSFET también están incluidos en el circuito del convertidor. Están controlados por un campo eléctrico, por lo que se llaman "campo" (campo). La abreviatura MOS se deriva de un "semiconductor de óxido de metal", en la versión inglesa: "transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal" o abreviado MOSFET. Por lo tanto, puede encontrar el nombre, como mosfet-transistors (en las personas - "mosfety").

En el corazón de la administración de la fase de potencia en la placa madre de la computadora, como regla general, está el controlador PWM. La abreviatura PWM también tiene su propio significado y es "Pulse Wide Modulation" - modulación por ancho de pulso, en Russian PWM. Por lo tanto, dichos componentes a menudo se denominan controladores PWM.

Así es como podría verse:

El controlador PWM "aprende" sobre la potencia requerida para el procesador en este momento, utilizando una señal especial de 8 bits, que "le dice" qué voltaje debe aplicarse a la CPU en un momento dado.

En computadoras muy antiguas, todos los circuitos del regulador de voltaje eran monofásicos, pero con el tiempo (como la energía consumida por los procesadores) se volvieron ineficientes y los fabricantes tuvieron que usar varias fases para ajustar la tensión aplicada a la CPU. Por lo tanto, apareció el concepto de "multifase". Potencia trifásica de ocho fases, etc. ... ¡Ahora parece haber incluso 24 fases! :)

¿Qué hay detrás de este concepto? ¡Intentemos resolverlo! ¿Cuál es la principal limitación de un regulador monofásico? En primer lugar, a la máxima corriente que se puede pasar a través de los elementos que la forman: mosquetes, inductores (bobinas), condensadores. Su limitación es de unos treinta amperios, mientras que las CPU modernas pueden consumir más de cien amperios. Está claro que con tales "solicitudes" una fase "hierve" muy rápidamente :) Eso es para compensar esta limitación, en placas base y comenzó a usar potencia multifase.

Cuando se utiliza un regulador multifásico, la corriente de carga total se puede distribuir por el número N de fases individuales, que en total producirán la potencia (nominal) deseada. Por ejemplo: con un suministro de seis fases para cada una de las seis fases, habrá 30 amperios (recuerde el límite de corriente), ¡mientras que en total todas nuestras fases pueden "pasar" hasta 180 amperios en cargas pico!

Nota: para los procesadores Intel de la generación Core i7 con un consumo de energía de más de 130 vatios (incluso considerando la capacidad de overclocking), la energía de seis fases es suficiente. Todo eso más: del marketer astuto :)

También se debe tener en cuenta que la base del elemento no se detiene y en lugar de los condensadores electrolíticos convencionales, los llamados polímeros en estado sólido, cuya vida útil excede las 50,000 horas, los estrangulamientos con núcleo de ferrita, etc., son ahora ampliamente utilizados. Todo esto junto, le permite pasar a través de ellos, la corriente máxima ya no es 30, sino 40 amperios. Por lo tanto, dicho circuito (circuito) de seis fases de la potencia del procesador puede proporcionar completamente corriente al procesador de aproximadamente 240 amperios (consumo de energía superior a 200 vatios). ¿Qué tipo de CPU doméstica consume excepto AMD? :)

Lo último que quisiera agregar, ahora en las motherboards de las computadoras a menudo se usa como una dinámica de conmutación de las fases de poder. Esto significa que a medida que la necesidad (el procesador consume más corriente), se incluye un número creciente de fases en el trabajo, y cuando la carga disminuye, algunas de ellas se desactivan. En teoría, una CPU débil puede iniciarse solo con una fase de trabajo. Es otro asunto, ¿cuánto tiempo durará? ¡Pero para comenzar en modo de prueba, este método puede ser útil!

Entonces, de vuelta a nuestro material principal! Si intenta representar esquemáticamente la ubicación de todos los elementos principales y conectores en la placa base de la computadora, obtendrá algo como esto:

Como puede ver, todo comienza con la CPU y más (a través del bus del sistema): los datos se transfieren a todos los nodos de la computadora.

Aquí hay otra encarnación (gráfica) de esta idea:

Diseño de la placa madre Diseño de la placa madre

Digamos unas palabras sobre el bus del sistema de la placa: FSB (bus frontal): bus frontal del sistema. Esta es una interfaz de alta velocidad entre el procesador y el puente norte del chipset de la placa base. Cuanto mayor sea su frecuencia, mayor será la velocidad de transferencia de datos y la velocidad de todo el sistema. La frecuencia del FSB se mide en megahercios.

Nota: cuál es la frecuencia, qué valores pueden tomar y qué medida usted y yo hemos discutido aquí en este artículo.

Directamente al bus del sistema, solo la CPU está conectada, los otros dispositivos están conectados a ella a través de controladores dedicados que están integrados en el chip del puente norte.

En aras de la justicia, vale la pena señalar que ahora existe una tendencia a una alta integración de los controladores principales e incluso dispositivos completos (acelerador de gráficos) directamente en el núcleo de la CPU.

Uno de los primeros conjuntos de chips se transfirió al controlador de memoria, lo que redujo los retrasos de tiempo que son inevitables en la transmisión de datos y comandos en el bus del sistema. Por ejemplo, en el procesador basado en "Intel LGA1156" se transfirieron casi todos los controladores principales, previamente ubicados en la placa base. Como resultado, de hecho, ¡no hay FSB!

Los desarrolladores de la compañía "AMD" usan su tecnología patentada para reemplazar el bus del sistema. Se llama Hyper Transport. Este desarrollo ya se ha sometido a varias revisiones y se utiliza con éxito no solo en computadoras personales, sino también en dispositivos de alto rendimiento como los enrutadores de red de Cisco.

Otro de los "candidatos" para transferir directamente al núcleo de la CPU era el video incrustado, que solía sentirse bastante cómodo en el puente norte del chipset de la placa base. Y, al parecer, ¿a dónde podría llegar desde allí? Y pasó un tiempo y, por favor: un núcleo de video en un chip con procesador. Fantástico! :)

¿Cómo se hizo esto posible? En primer lugar, debido al hecho de que el proceso de fabricación de todos los elementos principales de la computadora está disminuyendo constantemente. Por ejemplo, la familia de procesadores Intel Core i7 está fabricada con tecnología de proceso de 22 nanómetros, lo que permitió colocar en la misma área del cristal unos 1.400 millones de transistores.

Nota: 22 nanómetros corresponden, en este caso, a la resolución lineal del equipo litográfico utilizado en la fabricación del dispositivo final. ¡Y "nanómetro" (nm o nm) es una milmillonésima parte de un metro (milimicrón)!

¿Qué tenemos? Con la disminución en la tecnología de proceso, el tamaño de los elementos principales (transistores) que podemos colocar en el chip también disminuye. ¡En consecuencia, estos mismos transistores en la misma área podemos acomodar más! Y, como resultado, construye sobre la base de un motor de gráficos incorporado o cualquier otro elemento en la CPU. En realidad, los desarrolladores lo están usando activamente, tratando de reducir constantemente el proceso tecnológico de producción.

Con el tiempo, esto llevó al hecho de que todas las principales interfaces y controladores de alta velocidad "migraron" bajo la cubierta del procesador, y muchas motherboards de las computadoras modernas perdieron no solo el puente sur, sino también el puente norte. Como todos los controladores periféricos se movieron al puente norte, el sur simplemente desapareció por innecesario. Hoy todavía se pueden encontrar placas base con la disposición clásica de los elementos de la lógica del sistema (chipset), pero esto ocurre cada vez menos.

Entonces, continuemos! Para placas base más baratas, la situación es típica cuando los fabricantes reclutan todos sus elementos en la placa ya cortada (desde abajo o en el lateral) de textolita. Como resultado, todos los elementos de la placa base se encuentran muy cerca el uno del otro y se deben olvidar algunos conectores o salidas adicionales (¡aquí lo principal cabría todo!).

Recuerde: la relación de aspecto de una buena placa base debe ser la misma que en la foto (¡no debe ser un cuadrado pequeño o rectangular alargado) y debe haber mucho espacio en ella! Hasta ahora, este es mi mi humilde opinión, a pesar del año 2015 :) Los fabricantes de motherboards para computadoras de escritorio de probada eficacia son las empresas: "Msi", "Asus", "Gigabyte" e "Intel".

Por ejemplo, la compañía "Gigabyte" además "capas" varias capas de cobre entre las capas de la placa de circuito impreso. Esta tecnología patentada incluso tiene su propio nombre: "Ultra Durable" (foto al comienzo del artículo). El cobre actúa como un radiador adicional que elimina el calor de las áreas más calientes de la placa base: el procesador con sus circuitos de potencia y chipset de chipset.

Además, los diferentes fabricantes de tableros que agregan sus productos le agregan todo tipo de mejoras: como una doble bios (en caso de falla, no use el programador), un sensor de código postal, botones de encendido y reinicio en el tablero en sí, etc.

Aquí hay un ejemplo de cómo mejorar la calidad de las placas base.

La parte inferior del rojo está rodeada por el sensor de código POST, que mencionamos anteriormente. Él puede "decirnos" sobre el problema en el trabajo de la computadora a través de combinaciones digitales en el marcador. Su decodificación, por regla general, se adjunta a la placa base en forma de un pequeño libro.

Pero, ¿qué otras placas base hay? La foto de abajo es un factor de forma "micro ATX" con el procesador "Atom 550" en refrigeración pasiva.

Al final del artículo, quiero mostrarte mi lugar de trabajo y cómo se prueba la próxima placa base:

Ahora estoy instalando Windows. Este tipo de conexión permite eliminar los casos de cortocircuito de la placa en la carcasa de la computadora, y la inspección visual y el control general del proceso es mucho más conveniente.

También hay placas base de servidor. ¿Cuál es la diferencia entre las soluciones de servidor y las soluciones de escritorio (de escritorio)? Primero que nada, ¡mayor confiabilidad! Después de todo, los servidores tienen que funcionar en modo 24/7 (como supermercado). Los servidores suelen estar equipados con RAM de registro costosa con control de paridad (ECC) y pueden admitir varios procesadores físicos. En la foto a continuación, vemos una placa en la que se pueden instalar cuatro CPU físicas.


Esto ya es un producto no relacionado con el segmento SOHO (Small Office / Home Office), pero soluciones corporativas serias. Naturalmente, aquí también tienen sus propios productos Lov-End (baratos) y Hi-End (caros), pero esa es otra historia. También en los servidores, como regla, se crean controladores RAID (RAID), hechos en forma de una placa de circuito impreso separada, en los escritorios, tal funcionalidad solo se puede obtener por software.

Nota: RAID (Redundant Array of Independent Disks es una matriz redundante de discos independientes). La tecnología de almacenamiento de datos confiable basada en la redundancia de la información almacenada. Cuando varios discos duros se combinan en un elemento de lógica virtual para garantizar la fiabilidad y el rendimiento.

Por separado, puede identificar el segmento de jugador de placas base. Como regla general, tales soluciones cuestan un orden de magnitud más y tienen un montón de opciones adicionales: en forma de capacidades avanzadas de overclocking, control avanzado de potencia y enfriamiento, varios sensores para indicar los estados, una base de elementos fortalecida, etc. Un ejemplo es el producto de Asus (Asus Maximus 7):

Placa base de jugadores Placa base de jugadores

Cool "juguete", ¿verdad? Finalmente, - la idea del artículo, formado sobre la base de la experiencia personal: una buena (calidad) cosa no puede costar 30-50 dólares. Bueno, ¡eso es todo! :)

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