Componentes da Placa Mãe

Socket (Ficha) para a CPU

As placas mãe dispõem de uma ficha para encaixe do chip da CPU. Este é um dos componentes que contribui em larga escala para a não adaptabilidade das placas mãe a determinadas fases de evolução dos computadores.

Efetivamente, tanto o método de encaixe como principalmente o número de pinos dos chips CPU são objeto de constantes modificações, na realidade resultantes da sua evolução e não de questões comerciais.

Para melhor entendermos, é importante definirmos o que são os pinos num chip. Os pinos são os pontos de ligação dos circuitos da CPU com as linhas da Placa Mãe. O distanciamento entre os pinos obedece a normas elétricas, pelo que a dimensão do encapsulamento do chip depende essencialmente da quantidade de pinos. O chip propriamente dito, tem uma dimensão diminuta face ao seu encapsulamento.

Tentemos então entender o porquê da diferença entre os diversos chips CPU. Para não irmos mais atrás, basta lembrarmos que um chip CPU 486 tinha 168 pinos, o chip CPU Athlon 64 FX tem 940 pinos e o chip CPU Core i7 topo de gama tem 1366 pinos.

Para que se perceba bem como é difícil a compatibilidade entre os sockets para chips CPU, note-se que, só dentro da mesma família dos recentes processadores Core i7 da Intel, temos a série 900 com 1366 pinos  e as séries abaixo com 1156 pinos.

Mas dentro de uma mesma CPU, com a agravante de ser de conceção atualíssima e do mesmo fabricante, como entender esta incompatibilidade sem ser numa vertente comercial?

É simples. Basta saber que a série 900 dessas CPU têm 3 canais de acesso à memória, enquanto as séries mais baixas dispõem só de 2 canais de acesso às mesmas.

Figura-8-6-e-7
Figura 1

Ainda há relativamente poucos anos tínhamos as CPU da AMD já com acesso independente à Memória Principal, com um número muito superior de pinos relativamente aos chips da  Intel que ainda faziam toda a circulação de informação pelo barramento frontal, gerando por isso enorme diferença de pinos entre ambas.

Na Figura 1 podemos ver a Fotografia de um chip Pentium 4, com os pinos de encaixe no socket à vista (à esquerda), já encaixado na Placa Mãe e coberto de uma pomada branca especial para estabelecer o contacto térmico com o dissipador ventilado (ao centro) e o dissipador ventilado que vai provocar o seu arrefecimento (à direita). Este equipamento é o específico da Placa Mãe que estamos a analisar.

Chipset

Tal como o nome diz, o Chipset é um conjunto de chips, conhecidos por Northbridge (Ponte Norte) e Southbridge (Ponte Sul). Estes nomes provêm da representação gráfica da Placa Mãe, que apresenta a CPU no topo superior, ou seja a Norte, por analogia com a representação dos mapas geográficos. Logo, o chip que se encontra junto à CPU é o Northbridge e o que se encontra mais abaixo é o Southbridge.

É através do Chipset que é feita a definição das CPU que a placa mãe suporta. Devido à total incompatibilidade entre as CPU da AMD e da Intel, limita-se a definir as CPU que suporta dentro de uma marca e a gama de frequências de operação da CPU suportada.

O Chipset define igualmente a quantidade de memória RAM suportada, bem como o número de slots para encaixe de módulos de memória (conhecidos como pentes), quando o controlador de memória se encontra no Northbridge. Da mesma forma define o tipo de barramentos de expansão suportados, conforme aqueles que estiverem inseridos na placa mãe, suportando os controladores para os mesmos, como por exemplo PCI, AGP, IDE, ATA, SATA, PCIe, USB, IEEE 1394 (FireWyre), etc.

É no Chipset que estão os controladores para os diferentes tipos de transferência de dados tal como DMA (direct Memory Access), que faz a gestão de transferência de dados diretamente entre os periféricos e a memória sem intervenção da CPU.

Northbridge ou Ponte Norte 

Também conhecido como MCH (Memory Controller Hub) é o chip responsável pelo controle da RAM e também pela ligação ao barramento dedicado a placas de vídeo de alta performance (AGP ou PCI express).É esta que gere os acessos à memória principal de forma que veremos quando abordarmos esse tema.

Resumindo, o chip Northbridge é responsável pelo controle da RAM (tendo por essa razão nele incorporado o controlador de memória), pelo barramento Hub Link de ligação com o Southbridge e pelo barramento dedicado a placas de vídeo. É também por ele e através do FSB que é estabelecida a comunicação com a CPU.

Southbridge ou Ponte Sul

Também conhecido por ICH (Input/Output Controller Hub), é conectado à ponte norte e a sua função é basicamente controlar os restantes dispositivos de entrada e saída.

É neste chip que se encontra o controlador de DMA, que permite o acesso direto de periféricos à memória principal sem ocupação de tempo de CPU.

É a este chip que ligam o barramento SATA (Serial ATA) mais recentemente e o barramento IDE/PATA no caso corrente, dedicados essencialmente aos Discos Rígidos.

É neste chip que se encontra o controlador de USB em conjunto com o Host Hub, do qual partem todas as expansões para as diversas portas USB existentes no computador.

É neste chip que se encontra o controlador do barramento PCI, barramento paralelo de 32 bits funcionando à frequência da placa mãe comum a vários slots PCI que ligarão outras tantas placas filhas configuradoras de acesso a outros tantos dispositivos (SCSI, Som, anteriormente Vídeo, e muitos outros).

Será também este chip que controlará outros barramentos como PCI express 1x.

Se a Placa Mãe tiver som embarcado (onboard) o controlador de som estará também neste chip, devendo nesse caso estar disponível na placa mãe um outro chip chamado de AudioCodec, inserido entre as entradas/saídas de som e o Southbridge e responsável pela codificação e descodificação digital do som.

Se a placa mãe tiver ligação Ethernet embarcada (onboard), o controlador dessa ligação estará também neste chip, devendo a placa mãe dispor de outro chip antes da ligação, dedicado a esta comunicação a 10/100 Mbits/s.

Foram entretanto deslocadas para um chip externo ao Southbrige, o chip Súper I/O, determinadas ligações com periféricos que exigem muito menor largura de banda por trabalharem a taxas de transferência muito mais baixas.

Tanto o Chip súper I/O como o chip BIOS estão ligados ao Southbridge através de um barramento designado por LPC (Low Pin Count), característico por suportar taxas de transferência mais baixas que os outros. Falamos de uma frequência de clock de 33 MHz e de uma taxa de transferência de 16 MB/s, o que é suficiente para os dispositivos a que liga, permitindo assim chips com muito menos pinos.

Chip Súper I/O

O Chip Súper I/O suporta as ligações mais antigas com periféricos tais como:

  • Portas COM (Série RS 232)
  • Portas LPT (Paralelo – Impressoras por ex.)
  • Teclado
  • Rato
  • Drive de Disquetes

BIOS

Já pensou no que um computador faz quando é ligado?

Teoricamente nada, pois toda a informação que ensina o processador a trabalhar se encontra no Disco Rígido e ele nem sequer sabe que há um. Tudo o que estava na memória principal desapareceu quando o desligámos. Faz menos que uma lâmpada que, pelo menos, dá luz para nos iluminar.

Então como é que, depois de ligarmos o interruptor podemos ter à nossa disposição toda a maravilha que um computador hoje nos proporciona?

Pois precisamente, através do chip BIOS e da informação que o mesmo contém.

BIOS (Basic Input/Output System  ou Sistema Básico de Entrada/Saída) é um programa de computador pré-gravado em memória ROM, executado por um computador quando é ligado. Ele é responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, bem como por iniciar a carga do Sistema Operativo.

Lembra-se dos descodificadores de que já falámos? Lá, abordámos pela primeira vez este tema, pois o BIOS é um programa que inicialmente era gravado sob a forma de um descodificador de instruções mapeado, fixo e imutável. Daí o termo ROM (Read Only Memory). Em alternativa podia ser usado o sistema PROM (Programmable Read Only Memory), em que todas as ligações do circuito descodificador estavam previamente estabelecidas através de fusíveis que eram queimados, quebrando as ligações, de acordo com as nossas pretensões, não sendo modificáveis a partir daí.

Após várias fórmulas mais ou menos relacionadas com o nome ROM, atualmente é gravado em memórias Flash (tipo a das Pendrive).

O BIOS funciona conjuntamente com outros dois programas que se encontram na memória ROM da placa mãe chamados SETUP (usado para configurar alguns parâmetros do BIOS), e POST (Power On Self Test) que consiste numa sequência de testes ao hardware do computador para verificar se o sistema se encontra operacional.

As informações do SETUP são armazenadas numa minúscula memória RAM que se localiza atualmente num circuito integrado construído com tecnologia Flash,  portanto não volátil e inserido na Southbridge.

Esta pequena memória RAM não volátil, armazena informações relativas à configuração de hardware, que podem ser alteradas de acordo com as mudanças do sistema aquando do Boot do mesmo, precisamente através do Setup da BIOS. Essas informações são usadas pela BIOS para modificar ou complementar a sua programação padrão, conforme necessário.

Esta pequena memória foi durante muitos anos associada ao termo CMOS, por ter sido essa a tecnologia de transístores associada ao CI que o continha. São transístores de baixíssimo consumo que permitiam a manutenção dos valores neles registados durante anos através da alimentação por uma pequena bateria de lítio.

Depois de carregar os Manipuladores de Interrupção e os drivers do hardware básico, a BIOS transfere para a Memória Principal os dados necessários para a relação com o hardware e que serão de futuro utilizados pelo SO. Já de seguida vamos definir o que estes estranhos nomes significam.

De seguida a BIOS ativa o POST (Auto teste de Partida).

Então, a CPU, comandada pelo POST:

  • Efetua uma série de testes a si própria e ao POST.
  • Envia sinais através do sistema de barramentos da placa mãe, o circuito onde todos os componentes se acoplam e verifica se estão a funcionar.
  • Testa então a memória da placa de vídeo e os sinais de vídeo que controlam o monitor. A BIOS da placa de vídeo passa a fazer parte da BIOS total do sistema e da configuração da memória.
  • De seguida testa os chips da memória principal. São gravados dados em cada chip e depois é lido cada byte enviado. A comparação entre o que é enviado e gravado na memória e o que é lido, é feita para certificar que a memória funciona corretamente.
  • Verifica se o teclado está corretamente ligado. Verifica a existência de rato devidamente ligado.
  • Envia sinais até aos discos através de barramentos específicos. A resposta aos sinais indica quais drives estão disponíveis.

Os resultados obtidos nos testes são confrontados com os dados gravados no SETUP. Os problemas, se os houver, são comunicados por uma combinação de sons (bips) numa determinada sequência e se possível, exibidos no monitor. O manual do fabricante permite a identificação do problema descrevendo a mensagem que cada sequência de sons representa.

De seguida o BIOS lê os sistemas de armazenamento do computador de acordo com as configurações e pela ordem de prioridade registadas no SETUP. O SETUP permite definir qual a ordem por que os dispositivos de armazenamento devem ser consultados para encontrarem um Sistema Operativo. Por norma a Drive de Disquetes era definida como Drive de primeiro acesso. O Disco rígido era acedido como segunda opção desde que não houvesse media inserida na Drive de Disquetes. Em caso de falha deste, era enviada a simpática mensagem de:

  • “Boot Failure on Drive C:“
  • “Insert a Disc on Drive A:“

Posteriormente a primeira Drive de acesso passou a ser a dos CD/DVD, sempre unidades que deviam estar instaladas em slots da placa mãe. Atualmente também já é possível definir unidades ligadas por portas USB. Os atuais BIOS já permitem a seleção durante o arranque da unidade de que se pretende fazer o boot, pelo que agora o HDD pode ser definido como dispositivo primário de Boot.  Assim evita-se a desagradável mensagem: “Boot failure on Drive X:” quando nos esquecíamos de alguma media na Drive de primeiro acesso.

Executadas estas rotinas, o BIOS carrega em memória o código de Boot do MBR (Master Boot Record), o primeiro setor de um HDD, que sabe  da existência e localização de um Sistema Operativo instalado para lhe entregar o comando das operações. Esta parte é bem mais complexa, mas não queremos introduzir para já os termos inerentes a essa procura, ficando a descrição correta do funcionamento do Boot de um computador para o capítulo sobre os Sistemas de Ficheiros, em que iremos falar na organização lógica dos dados no HDD (Hard Disk Drive ou Disco Rígido).

O boot passará então para a fase de carregamento do Sistema Operativo. Ele é enviado para a memória RAM e passa a comandar as operações da máquina. Nessa fase, o Sistema Operativo passa a ter o controle do microprocessador.

Agora, a informação que prometemos atrás:

Manipuladores de Interrupção são pequenos pedaços de software que atuam como tradutores entre os componentes de hardware e o sistema operativo. Um exemplo: quando é pressionada uma tecla, o evento associado ao sinal é enviado para o manipulador de interrupção do teclado, que o remete, traduzido, à CPU. A CPU trata-o e envia-o para o sistema operativo que interrompe o processo em curso para atender à nova solicitação. Algo que veremos com mais pormenor quando falarmos sobre Sistemas Operativos.

Drivers são pequenos pedaços de software que identificam cada equipamento de hardware perante o Sistema Operativo, indicando-lhe como podem ser operados.

Outros Componentes da Placa Mãe

Para além de outros barramentos que possam eventualmente existir numa placa mãe mas que não constituem regra, existem outros pequenos componentes tais como:

RTC

RTC (Real Time Clock),é um pequeno chip CMOS que mantém permanentemente o valor da data e hora atualizado.

Pilha

Mantém em funcionamento o RTC. Tinha antigamente também que manter o SETUP do BIOS, o que agora como já vimos, se encontra em memória flash incorporado no Southbridge

Cristal de Quartzo

Este cristal, em conjunto com um circuito eletrónico apropriado, é o gerador de frequência que, com as devidas multiplicações e desmultiplicações,  é responsável pelos sinais de clock dos barramentos e componentes diversos do computador e portanto da sua sincronização.

Conectores para o painel frontal do computador

A placa mãe inclui um encaixe de 20 pinos que permite efetuar a conexão de várias funções oferecidas pelo painel frontal da caixa do computador, como por exemplo:

  • Botão de Reset
  • Interruptor On/Off do sistema.
  • Led indicador de atividade no HD
  • Led indicador de power On
  • Alto-falante

Conector para alimentação da Placa Mãe

Normalmente, para uma placa ATX e para uma fonte ATX será um conector de 20 pinos que garante alimentação à placa nas tensões de 3.3V, 5V e 12V.

Reguladores de Tensão

As gamas de tensão utilizadas por componentes da placa mãe como os chipset, o processador, barramentos de expansão e outros são hoje em dia tão baixas e diversas que mesmo a mais moderna fonte de alimentação não é capaz de as fornecer.

Existem assim, soldados à placa, vários reguladores de tensão que têm por efeito corrigir as tensões que vão para esses componentes.

Condensadores

Têm por função a filtragem de sinais elétricos que circulam pela placa mãe. Podem passar despercebidos mas são normalmente em grande quantidade.

Conectores para ventoinhas

Concretamente a CPU, o Northbridge e a Placa gráfica têm dissipadores  que podem ou não ter ventoinhas acopladas, devido ao seu especial sobreaquecimento. Por existirem mais dissipadores em outros pontos da Placa Mãe dever-se-á prover a caixa do PC com uma ventoinha geral do sistema.

Todas estas ventoinhas ligam a conectores que para o efeito existem na Placa Mãe.

Conectores para os diferentes barramentos

  • Conectores PS2 para rato e teclado
  • Conector porta Paralela ou LPT
  • Conector porta COM
  • Conectores para entrada e saída de som e para micro
  • Conector para Modem
  • Conector para rede Ethernet
  • Conector VGA
  • Conectores USB
  • Conector Firewire
  • Conectores SATA
  • Slots PCI
  • Slots PCIe
  • Slots para módulos de memória