Placa-mãe

Uma placa-mãe com o suporte do microprocessador no centro à esquerda em branco , dois conectores de memória em azul , à direita os conectores (PCI) para as placas de expansão .

Modelo	Hardware de computador , placa de sistema ( d )

Características

Composto de	Chipset , soquete , slot de expansão ( d ) , barramento do computador , módulo regulador de tensão , conectores , processador , Fate / stay night

A placa - mãe é a placa de circuito impresso que suporta a maioria dos componentes e conectores necessários para a operação de um PC compatível . É essencialmente constituído por circuitos impressos e portas de ligação que garantem a ligação de todos os componentes e periféricos específicos de um microcomputador ( discos rígidos (HDD / SSD), memória de acesso aleatório (RAM Random access memory ), microprocessador , placas filhas , etc. . ) de forma que possam ser reconhecidos e configurados pelo microprocessador utilizando o programa contido no BIOS ( sistema básico de entrada e saída ) que deve configurar e inicializar todos os equipamentos corretamente.

Introdução

É a placa principal de um microcomputador que agrupa os circuitos principais, tais como:

suporte para todas as interconexões entre circuitos integrados (incluindo os barramentos e o fornecimento de energia para todos os componentes que o requeiram);
conectores para placas opcionais ( PCI , PCI Express , etc. ) e interfaces para periféricos internos (placa de som ou interface de rede, por exemplo) ou externos ( USB , HDMI , etc. );
o chipset ( North Bridge e South ) e todos os componentes integrados ( placa de vídeo , placa de som , etc. );
circuitos conectáveis:
- o microprocessador,
- a unidade de memória ,
- e todas as placas opcionais ( por exemplo: placa gráfica , modem ).

Organização Geral

Desde a sua criação, a placa-mãe tem sido constantemente enriquecida com muitos recursos. Entre estes, podemos citar entre outros:

o controlador USB ;
o controlador Ethernet (que permite gerenciar a rede operando por cabo);
o chip de áudio (que gerencia o som).

Esses recursos, que só estavam disponíveis por meio de placas de expansão até a década de 1990, são encontrados hoje na maioria das placas-mãe. No entanto, alguns deles têm recursos adicionais (por exemplo, um cartão Wi-Fi ). Podemos portanto dizer que as placas-mães do mercado se diferenciam pelos recursos que oferecem.

É assim que o público em geral continua a falar de “cartões”, ao passo que quando uma funcionalidade (por exemplo, gráficos, som, Wi-Fi) é incluída em uma placa-mãe, ela passa a ser incluída na forma de um circuito integrado .

Estrutura

Conectores elétricos

Esses conectores são usados para rotear a corrente elétrica da fonte de alimentação para a placa-mãe. Cada cartão tem dois:

o conector do tipo ATX de 24 pinos : esta é a principal fonte de alimentação da placa. Como o próprio nome sugere, este soquete possui 24 pinos que permitem que as várias tensões de alimentação sejam direcionadas para a placa. Isso ocorre porque todos os componentes de uma placa-mãe não operam com a mesma voltagem elétrica . É por isso que a fonte de alimentação fornece três tensões diferentes: +12 V , +5 V e +3,3 V ;
o conector de quatro ou oito pinos para CPU: este conector quadrado tem apenas quatro ou oito pinos. Ele garante o fornecimento de energia ao processador. Ele produz uma tensão de 12 V .

Existem também outros tipos de conectores elétricos, como os adequados para cartões de classe AT (que são menos práticos porque invertê-los poderia causar sérios danos).

Suporte para processador

O suporte do processador (ou soquete em inglês) é o conector específico do processador. Se disser "livre" (ZIF, Zero Insertion Force em inglês) , permite inserir e remover o processador simplesmente levantando a alavanca de travamento na lateral para liberar o soquete facilmente para instalar ou remover o processador. Este sistema presente em todas as placas-mães recentes permite grande modularidade, pois você pode instalar qualquer processador compatível com a pinagem. Na prática, certas restrições são necessárias, a saber:

Marca do processador Hoje, os dois principais fabricantes de processadores são Intel e AMD . Cada uma dessas duas empresas usa um tipo diferente de processador devido às suas características físicas. Na AMD, os processadores são cobertos com pequenos pinos de conexão em sua parte inferior e o soquete correspondente é perfurado com orifícios nos quais o processador é conectado. A Intel usa a técnica reversa, ou seja, os pinos de conexão estão no soquete enquanto a superfície inferior do processador é coberta com pequenas áreas de contato. Em 2020, a AMD está usando o soquete AM4 para seus processadores, a Intel está usando o soquete LGA 1151 para os principais processadores do consumidor (geração Skylake para: Pentium / Core I3 / Core I5 / Core I7 ). Geração de Processador Cada nova geração de processador (seja Intel ou AMD) usa um soquete ligeiramente diferente (devido ao posicionamento dos pinos de conexão). Portanto, cada nova geração não é compatível com as anteriores, o que obriga o usuário a trocar de placa-mãe quando deseja instalar um processador incompatível com a placa que já possui.

Chipset

Para fazer com que todos esses componentes coexistam e funcionem, a placa-mãe usa um circuito específico chamado chipset . Este é dividido em duas partes distintas:

a “ ponte norte” , para periféricos “rápidos” ( memória , PCI Express , etc. ). Em alguns microprocessadores, esta parte do chipset foi integrada desde 2011;
a "ponte sul" (em inglês ponte sul ) para dispositivos "lentos" ( PCI , discos rígidos e SSD ... Desde 2011, ele atua como Controlador de armazenamento USB / SATA .).

Autocarro

Os barramentos da ponte norte e ponte sul do microprocessador (veja a imagem ao lado), cada um usa um barramento específico da placa-mãe que vai para a memória e os periféricos (internos e externos).

Desde a década de 1990, a placa-mãe vem equipada com o barramento PCI que permite a conexão de todas as placas de expansão. Este barramento PCI está disponível em duas versões de velocidades diferentes: a mais rápida sendo a PCI Express dedicada, entre outras coisas, a placas gráficas .

Barramentos externos ( E-SATA , USB , HDMI , etc. ) são conectados ao barramento PCI por meio de conectores na placa-mãe ou painéis de acesso externos.

Desde os anos 2000, o fabricante AMD usa o barramento Hypertransport para conectar o processador a bancos de memória, como a Intel que usa um barramento QPI ( QuickPath Interconnect ).

BIOS e UEFI

Ao inicializar, a placa-mãe precisa saber quais periféricos estão conectados a ela. Para executar esta tarefa, ele possui um firmware inicialmente denominado BIOS (do inglês Basic Input Output System "que significa sistema básico de entrada / saída") ou em computadores mais recentes de seu equivalente UEFI. Ambos estão contidos em um chip de “ memória somente leitura ” (inicialmente ROM e depois EEPROM (ou EPROM )) soldado na mesma placa-mãe. O microprocessador lança este código automaticamente quando o cartão é ligado - em outras palavras, quando o usuário liga seu computador:

BIOS O microprocessador usa o código contido no BIOS para configurar cada dispositivo conectado à placa-mãe (RAM, discos rígidos , placas de expansão, etc. ). Se o microprocessador não pode exibir uma mensagem de erro ou iniciar o "configurador BIOS", a placa emite uma série de bipes que informam o usuário do problema impedindo-o de continuar (entre outras coisas se a tela, teclado ou mouse não forem detectados) - estes os sinais são exclusivos para cada placa. O significado do erro relacionado a esta série de bipes é especificado no manual da placa-mãe.
Quando todos os periféricos estiverem configurados, o microprocessador executa as instruções contidas no registro mestre de inicialização encontrado no periférico identificado como aquele que contém o primeiro sistema disponível contido em um dos dispositivos de armazenamento em massa ( CDROM , disco rígido , SSD , chave USB , etc. ). UEFI UEFI é o novo tipo de BIOS ligado ao desenvolvimento tecnológico desde os anos 2000. Um consórcio de fabricantes desenvolveu um novo padrão de firmware (firmware intermediário entre os elementos componentes da placa-mãe e do sistema operacional). UEFI (que significa Unified Extensible Firmware Interface ) oferece algumas vantagens sobre o BIOS: funcionalidade de rede como padrão, interface gráfica de alta resolução, gerenciamento integrado de várias instalações de sistema operacional e liberação do limite de disco para 2, 2 TB . UEFI é escrito em linguagem C .

Conectores de memória

Dispostos próximos ao soquete da CPU, os slots de memória ( slots em inglês) são dois, quatro, seis ou raramente oito. De formato alongado, eles se distinguem de outros conectores pela presença de pinos de segurança em suas duas extremidades e um dispositivo de codificação que evita que o cartão seja inserido de cabeça para baixo. Eles permitem que você conecte os módulos de RAM à placa-mãe.

Em 2016, os slots de memória acomodam módulos de memória no formato DDR3 ou DDR4 .

Slots de expansão

Localizados na parte inferior da placa-mãe, esses conectores grandes são usados para conectar placas de expansão à placa-mãe, a fim de adicionar novos recursos. Existem vários tipos de interfaces usadas para conectar placas de expansão:

ISA ( Industry Standard Architecture ) bus : originalmente criado pela IBM , este foi o primeiro interna barramento de computador usado para conectar placas de expansão. Ele desapareceu das placas-mãe desde a década de 1990 em favor de um barramento mais compacto (do ponto de vista físico) e também mais rápido: PCI;
o barramento PCI ( Peripheral Component Interconnect ): surgiu em 1994, é o descendente do barramento ISA. Ainda hoje está presente ( anos 2010 ), mas em uma versão mais rápida e compacta: o barramento PCI Express ;
o barramento AGP ( Accelerated Graphics Port ): lançado em 1997 pela Intel, era um barramento reservado para placas gráficas , criado para superar o barramento PCI que o fundador considerava lento demais para exibição 3D em tempo real . Ele não está mais presente em nossas placas-mãe hoje porque foi substituído pelo barramento PCI Express , que é mais rápido e adequado para suportar placas de vídeo (embora também seja capaz de suportar outros tipos de placas).

Os conectores de armazenamento são conectores específicos encontrados em todas as placas-mãe, permitindo a você adicionar dispositivos de armazenamento em massa ( disco rígido , unidade de disco óptico , disco SSD ). Existem três tipos:

o conector de disquete : permite conectar uma unidade de disquete à placa-mãe. É uma interface bastante antiga que não se encontra mais nas placas-mãe desde o final dos anos 2010 ( as chaves USB têm tido muito sucesso). No entanto, existem unidades de disquete que podem ser conectadas ao computador via USB;

Conectores IDE (também chamados de PATA para ATA paralela ): esses conectores, que são mais longos do que os conectores de disquete (mesmo que pareçam à primeira vista), permitem conectar dois tipos de periféricos: discos rígidos IDE e unidades / gravadores de disco óptico com conectores IDE. Essa interface, criada em 1986, foi substituída pela SATA, que é menor e mais rápida;

Conectores SATA (para Serial ATA ): permitem conectar três tipos de periféricos: discos rígidos SATA, SSDs e disco óptico (DVD) e leitores-gravadores Blu-Ray . Esta interface criada em 2003 está atualmente na versão 3 ;

Conectores M.2 : melhoria do conector mSATA, esses conectores lançados por volta de 2013 destinam-se a acomodar placas-filha do tipo: discos de armazenamento SSD / WIFI / Bluetooth, etc.

Painel de entrada / saída

O painel de I / O (Inglês I O Painel / ( Input / Output Panel )) é uma interface que inclui todos os conectores de entrada / saída. Esses conectores, em conformidade com o padrão PC 99 , permitem ao usuário conectar periféricos externos ao computador (como monitor , teclado , mouse , kit de alto-falante ou impressora ). Existem vários tipos de conectores:

o USB ( Universal Serial Bus ) conecta quase todos os hardwares mais novos ( drives USB , impressoras, etc. ). O padrão USB apareceu em 1996 e ainda está presente hoje; em 2016, as placas-mãe passaram a oferecer portas USB na versão 3.0 (5 Gbit / s ) que podem ser identificadas por seus conectores azuis;
o conector RJ45 permite que o computador seja conectado a uma rede de computadores com fio; em 2016, o soquete é o padrão 1000BASE-T ;
o conector VGA ( Video Graphics Array ): este conector de vídeo analógico é usado para conectar uma tela ao computador. Este conector é conectado ao IGP ( Integrated Graphics Processor ) do processador (que é uma espécie de pequena placa de vídeo integrada ao processador; todos os processadores modernos possuem uma);
o conector DVI ( Digital Visual Interface ): este conector de vídeo digital é usado para conectar uma tela ao computador. Também é conectado ao IGP do processador;
o conector HDMI : este conector digital gerencia áudio e vídeo em alta definição . Ele permite que você conecte uma tela de alta definição ao computador;
Conector DisplayPort : este conector de vídeo digital gerencia áudio e vídeo de alta definição (como HDMI). Ele permite que você conecte uma tela de alta definição ao computador;
conectores de áudio analógico: conectores jack de 3,5 mm na borda do painel. Eles permitem que você conecte um sistema de áudio ao computador (como um kit de alto-falantes, fones de ouvido ) ou um microfone , de forma analógica;
conectores de áudio digital ( SPDIF ): são usados para conectar um sistema de áudio ao computador, por meio de um fluxo de dados digital (fluxo de bits);
o conector Firewire (IEEE1394) : é usado para conectar certos periféricos ao computador (discos rígidos externos, câmeras de vídeo, etc. ).

Fabricantes

Em 2018, os principais fabricantes de placas-mãe são:

Placa multiprocessadora

Uma placa de multiprocessador (como o próprio nome sugere) pode acomodar vários processadores fisicamente distintos ( geralmente 2, às vezes quatro, raramente mais). Esses cartões relativamente caros são usados principalmente em arquiteturas de servidor ou supercomputadores . Na verdade, a presença de dois processadores torna possível dobrar o poder de computação da máquina. Para gerenciar dois processadores juntos, existem duas técnicas:

Gerenciamento assimétrico: com este método, cada processador recebe uma tarefa diferente. Isso torna possível confiar uma tarefa a um processador enquanto o segundo está ocupado com outra coisa.
Gerenciamento simétrico: com este método, cada tarefa é distribuída igualmente em cada processador (ou seja, cada processador cuida da metade da tarefa)

O sistema operacional Linux permite o gerenciamento simétrico de dois processadores desde o lançamento do kernel Linux versão 2.6 (2003).

Diferentes formatos de placa-mãe

Conforme a computação evoluiu, vários formatos padronizados de placa-mãe surgiram. Aqui estão os principais:

AT (1984): 305 mm × 279–330 mm ( IBM ) (formato amplamente substituído desde o início dos anos 2000 pelo formato ATX);
- Baby-AT (1985): 216 mm × 254–330 mm ;
ATX (1995): 305 mm × 244 mm ( Intel );
- microATX (1996): 244 mm × 244 mm ,
- FlexATX (1999): 228,6 mm × 190,5 mm ,
- ATX-E: 305 mm × 330 mm ,
- Mini-ATX (2005): 150 mm × 150 mm ;
ITX (2001): 215 mm × 191 mm ( VIA );
- Mini-ITX (2001): 170 mm × 170 mm máx.,
- Nano-ITX (2003): 120 mm × 120 mm ,
- Pico-ITX (2007): 100 mm × 72 mm máx. ;
BTX (2004): 325 mm × 267 mm máx. ( Intel );
- MicroBTX (2004): 264 mm × 267 mm máx.,
- PicoBTX (2004): 203 mm × 267 mm máx. ;
DTX (2007): 203 mm × 244 mm máx. ( AMD );
- Mini-DTX (2007): 170 mm × 203 mm máx.

Notas e referências

Início da década de 2010.
Thomas Olivaux " Eletrônica, Eletricidade o papel de cada componente em nossos PCs ", Hardware Revista , n o 71,Junho - julho de 2014, p. 105-107.
Samuel Demeulmeester “, Motherboards: devemos ainda se importa ? " Canard PC Hardware , n o 17,Julho - agosto 2013, p. 66-67 ( ISSN 2264-4202 ).
Placas-mãe: cuidado com os formatos , em tomshardware.fr , 6 de setembro de 2017 (acessado em 10 de setembro de 2017).