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sábado, 26 de julho de 2014

PCI Express

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Foto de um slot PCI Express x16.
1 x PCI; 2 x PCIe 2.0 x1; 1 x PCIe 2.0 x16.
PCI-Express (também conhecido como PCIe ou PCI-Ex) é o padrão de slots (soquetes) criada para placas de expansão utilizadas em computadores pessoais para transmissão de dados. Introduzido pela empresa Intel em 2004, o PCI-Express foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI.
Sua velocidade vai de 1x até 32x, mesmo a versão 1x consegue ser seis vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das placas de vídeo, um slot PCI Express de 16x (transfere até 4GB por segundo) é duas vezes mais rápido que um AGP 8x. Isto é, possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transmissão de dados.
A tecnologia utilizada no PCI-Ex conta com um recurso que permite o uso de várias conexões seriais ("caminhos" também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa apenas um caminho (conexão) a demais que o PCI comum, então diz-se que este utiliza o barramento PCI Express 1x, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4x e assim por consequentemente. Cada lane pode ser bidirecional, isto é, recebe e envia dados (250 MB/s) em ambas direções simultaneamente.
O PCI Express usa uma arquitetura de baixa tensão elétrica nas suas conexões, chamadas de linhas LVDS (Low Voltage Differential Signalling). Devido isso, permite grande imunidade ao ruído e também permite aumentar a largura de banda. Isso foi possível graças à redução de atrasos nas linhas de transmissão (timing skew).

Resumo

O PCI Express é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo e bidirecional de comunicação com o chipset. Isto contrasta fortemente com o padrão PCI, que é um barramento em que todos os dispositivos compartilham a mesma comunicação, de 32 bits (ou 64 bits), num caminho paralelo.
Há contradições quanto a forma de se referir ao PCI Express como sendo um barramento, já que, no sentido estrito da palavra, o termo "barramento" surgiu para descrever um canal de comunicação compartilhado por vários dispositivos ou periféricos, no entanto, em toda a sua documentação é usado o termo "PCI Express bus" para mencioná-lo.
Foto de uma placa de vídeo PCI Express x16.
Cada slot PCIe roda a um, dois, quatro, oito, dezesseis ou trinta e dois caminhos de dados entre a placa mãe e a placa ligada ao slot. A contagem dos caminhos é escrita com um sufixo "x", por exemplo, 1x para um único caminho e 16x para uma placa de dezesseis caminhos.
Trinta e dois caminhos de 250 MB/s (PCIe 1.1) apresenta uma taxa máxima de transferência de 8 GB/s (250 MB/s multiplicado por 32x, ou seja, 8 bilhões de bytes por segundo) em cada sentido. No entanto, o maior tamanho de uso comum é de 16x, resultando numa taxa de transferência de 4 GB/s (250 MB/s multiplicado por 16x) em cada sentido. Por isso em perspectiva, um único caminho do PCIe 1.1 tem quase o dobro da taxa de dados do barramento PCI tradicional. Um slot de 4x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do antigo barramento paralelo PCI-X 1.0, e um slot de 8x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do AGP.
Slots PCIe suportam uma variedade de tamanhos diferentes referenciados a seu número máximo de caminhos, ou seja, 1x, 2x, 4x, 8x, 16x e 32x. Uma placa PCIe caberá em um slot de seu tamanho ou de tamanhos maiores, mas não caberá em um slot PCIe menor.
O número de caminhos realmente conectados a um slot, pode ser menor que o número suportado pelo tamanho físico do slot. Como exemplo: um slot 8x que na verdade só é executado em 1x (esse slot permitirá o uso a qualquer placa 1x, 2x, 4x ou 8x), embora apenas funcionará à velocidade de 1x. Este tipo de soquete é descrito como um slot “8x (Modo 1x)”, o que significa que esse slot aceita fisicamente conexões de até 8x, mas que neste exemplo só funcionará com 1x de velocidade. A vantagem é que uma gama de placas PCIe podem ser utilizadas sem que haja necessidade de que o hardware da placa mãe dê suporte a taxa de transferência total.
O número de caminhos é "negociado" durante a inicialização ou explicitamente durante a operação. Esta flexibilidade na contagem de caminhos pode proporcionar um padrão único para as necessidades de placas de banda larga (por exemplo, placas gráficas, placas 10 Gigabit Ethernet e placas Multiport Gigabit Ethernet), enquanto também pode ser rentável para as placas menos exigentes. Esse recurso permite que uma placa de 1x possa ser inserida em um slot 4x. O sistema irá desabilitar a ligação para o slot 4x e passará a fornecer dados para a placa utilizando apenas 1 caminho. O que não impossibilita que a placa-mãe realize operação a 4x neste slot em particular, se estiver conectado a uma placa de 4x.
Assim como nas placas de expansão para desktops e servidores, a interface elétrica PCIe é usada em uma variedade de outros formatos de interface, incluindo o ExpressCard, interface de expansão para laptops. PCIe é também muitas vezes usado para conectar-se periféricos integrados na placa-mãe.
As especificações do formato estão sendo mantidas e desenvolvidas por um grupo de mais de 900 líderes industriais da empresa denominada PCI-SIG (PCI Special Interest Group).

Visão Geral

A camada física do PCIe é constituída por uma rede de interconexões seriais. Na placa-mãe, um switch age como um gerenciador de conexões seriais que permite uma interconexão de dispositivos ponto-a-ponto para ser rapidamente roteada. Este comportamento de conexão dinâmica ponto-a-ponto leva mais uma vez a um paralelismo no qual um par de dispositivos podem comunicar uns com os outros, ao mesmo tempo. (Em contrapartida, as interfaces dos PCs mais antigos tinham todos os dispositivos permanentemente conectados ao mesmo barramento, portanto, apenas um dispositivo poderia falar de uma só vez.) É semelhante à diferença entre conversar durante um telefonema onde você só pode ligar para uma pessoa de cada vez, e conversar, em uma reunião, onde você pode conversar com uma pessoa diretamente ao seu lado. O modelo também permite agrupamento de canal, em que vários caminhos são colados a um único par de dispositivos, a fim de proporcionar maior largura de banda.
O formato serial "colado" foi escolhido, devido a um fenômeno (timing skew) que é uma consequência direta das limitações impostas pela velocidade de um sinal elétrico, o que é feito em uma velocidade finita. Porque diferentes sinais em uma interface tem diferentes comprimentos, paralelamente sinais transmitidos ao mesmo tempo a partir de uma fonte chegam ao destino em momentos diferentes. Quando a taxa do clock aumenta ao ponto em que o comprimento de onda de um único bit for inferior a esta diferença de caminho de comprimento, os bits de uma só palavra não chegam ao destino ao mesmo tempo. Assim, a velocidade do sinal elétrico, combinado com a diferença de comprimento entre o maior e o menor sinal numa interconexão paralela, naturalmente requer a máximo largura de banda. O canal serial “colado” evita esse problema por não exigir que os bits cheguem simultaneamente. PCIe é apenas um exemplo de uma tendência que distancia-se do barramento paralelo ao utilizar interconexões seriais. Para outros exemplos, veja HyperTransport, Serial ATA, USB, SAS, FireWire ou RapidIO.
PCIe é mantido principalmente pela Intel, que começou a trabalhar no padrão com o projeto Arapahoe depois de remover o sistema InfiniBand. PCIe destina-se a ser utilizado apenas como uma interligação local. Ele foi projetado para ser compatível com o software padrão PCI preexistente, fazendo a conversão de placas PCI e de sistemas para PCI Express, tão simples como a substituição da camada física sem exigir uma mudança de software. O aumento da largura de banda no PCI Express levou a unificação, como é rápido o suficiente para substituir quase todos os barramento internos existentes, incluindo AGP e PCI. A Intel prevê um único controlador PCI Express “falando” com todos os dispositivos externos no futuro, ao invés da solução northbridge/southbridge usada em máquinas atuais.
Contrariamente ao que precede os padrões de interfaces de expansão, PCIexpress é um "barramento" ponto-a-ponto. Isto significa que, embora a norma PCI-X (133 MHz 64 bits) e PCIe 4x têm aproximadamente a mesma taxa de transferência dos dados, PCIe 4x terá melhor desempenho se pares de dispositivo múltiplos estiverem se comunicando simultaneamente ou se a comunicação é entre um único par de dispositivos (bidirecional).

Histórico

Embora em desenvolvimento, PCI Express (PCIe) foi submetido a níveis internos como a Intel Arapahoe ou 3GIO para 3 ª geração E/S (dispositívos de entrada e saída).
PCIe é uma tecnologia em constante desenvolvimento e aperfeiçoamento. A antiga versão do PCIe era descrita com a versão 1.1; A partir de 15 de janeiro de 2007, o PCI-SIG disponibilizou o PCI Express versão 2.0, no qual a taxa de transferência de dados de cada faixa era o dobro da versão 1.1. Este é compatível com a versão 1.1 permitindo que placas mais velhas ainda sejam capazes de trabalhar em máquinas equipadas com esta nova versão.
  • Cada "caminho" do PCIe 1.1 envia informações a uma taxa de 250 MB/s (250 milhões de bytes/seg) em cada sentido.
  • O PCIe 2.0 dobra essa taxa de transferência de dados. O barramento PCI Express é encontrado nos mais novos sistemas como os baseados na Intel X38 ou na AMD 780G chipsets.
  • As últimas propostas para o lançamento do padrão PCIe 3.0, que está previsto para 2009-2010, é que a velocidade das ligações aumente ainda mais.

PCI Express 2.0

Em janeiro de 2007 foi concluído o desenvolvimento do padrão PCI Express 2.0 (PCIe 2.0), que oferece o dobro de velocidade do padrão antigo (v.1.1), ou seja, 500 MB/seg (também bidirecional). Um slot PCIe modelo x16 no padrão 2.0, poderá transferir até 8 GB/seg contra 4 GB/seg do padrão anterior.
Quanto a compatibilidade entre os padrões 1.0, 1.1 e 2.0, no FAQ do PCI-SIG, consta que as placas de vídeo PCIe padrão 2.0 se adaptam as placas-mãe com barramentos PCIe 1.x. E o inverso também é verdadeiro, as placas-mãe PCIe 2.0 aceitam placas de vídeo 1.X.1
Vale lembrar que muitas pessoas estão tendo dúvidas quanto ao desempenho de placas de video com suporte à PCIe 2.0 utilizadas em PCIe 1.1, não se encontra em lugar nenhum testes e comparativos mostrando o desempenho de uma mesma placa de video nesta situação (voltagem e taxa de transferencia).
Em junho de 2007 a Intel liberada a especificação do chipset P35, que não só o apoio PCIe 2.0 PCIe 1.1. Algumas pessoas podem ser confundidas com a P35 diagrama de bloco que afirma a Intel, P35 tem um link gráficos PCIe x16 (8 GB/seg) e 6 links x1 PCIe (500 MB/seg cada) com mesmo número de vias e largura de banda do padrão PCIe 2.0, mas foi libertado antes que o mesmo fosse finalizado. AMD começou a colaborar com PCIe 2.0 com o seu chipset RD700 série e a NVIDIA revelou que o MCP72 será a sua primeira PCIe 2.0.2

PCI Express 3.0

Segundo o site Baboo o PCI-Special Interest Group (PCI-SIG) decidiu adiar a nova geração do padrão PCI Express (3.0) até o segundo trimestre de 2010, pois o plano anterior era lançar o PCI Express 3.0 em 2009 e os primeiros produtos baseados nele chegariam ao mercado em 2010.3 Aparentemente o SIG tomou esta decisão para conseguir mais tempo para verificar e garantir a retrocompatibilidade e outros detalhes. Quando for lançado, o padrão 3.0 deve oferecer taxas de transferência de até 32 GB/seg e menor consumo de energia do que o padrão anterior.
Além das placas de vídeo, controladoras de rede de alta velocidade e muitas controladoras de discos tendem a ser baseadas no PCI Express. Com os discos e as redes oferecendo altas velocidades, o PCI-Ex precisa ficar mais rápido para poder suportar a alta largura de banda.
De acordo com Al Yanes, presidente e chairman do PCI-SIG, a retrocompatibilidade permitirá que uma placa baseada no padrão 3.0 seja usada em um slot de padrão anterior sem nenhum problema e vice-versa.

Protocolo de Hardware

A ligação do PCIe está construída em torno pares de seriais (1-bit) unidirecionalmente dedicados, conexões ponto-a-ponto conhecidas como "caminhos". Isto está em nítido contraste com a ligação PCI, que é um barramento onde todos os dispositivos compartilham a mesma bidirecional, de 32 bits (ou 64 bits), paralela ao barramento.
PCI Express é um protocolo de camadas, constituído por uma camada de Transações, uma camada de Ligação, e uma camada Física. A camada de Ligação é ainda dividida de modo a incluir uma subcamada denominada Controle de Acesso de Mídia. A camada Física é ainda dividida em duas subcamadas, a Lógica e a Elétrica. A subcamada Lógica, por sua vez contém uma Subcamada de Codificação Física (do inglês Physical Coding Sublayer - PCS). (Termos adotados do padrão IEEE 802 - modelo de protocolo de rede).
1 Transações

2 Ligação

2 -> Controle de Acesso de Mídia
3 Física

3 -> Lógica
3 -> Codificação Física
3 -> Elétrica

Camada Física

A especificação da camada Física do PCIe é dividida em duas subcamadas, o que corresponde as camadas Eléctrica e Lógica. A camada Lógica é dividida em uma Subcamada de Codificação, embora que esta divisão não é formalmente parte da especificação do PCIe. Uma especificação publicada pela Intel, sobre a interface física do PCI Express, define a funcionalidade do Controle de Acesso de Mídia e da Subcamada de Codificação Física e também a interface entre esses duas subcamadas. A especificação da interface física do PCIe identifica também a camada Atalho de Mídia Física, que inclui o Serializador/Deserializador e outros circuitos analógicos, no entanto, uma vez que as implementações do Serializador/Deserializador variam muito entre os vendedores, a interface física do PCIe não especifica uma interface entre a Subcamada de Codificação Física e o Atalho de Mídia Física.
A ligação entre quaisquer dois dispositivos PCIe é conhecido como uma "ligação", e se desenvolve a partir de uma colecção de uma ou mais faixas. Todos os dispositivos devem suportar no mínimo um caminho único (1x). Os dispositivos opcionalmente podem suportar ligações compostas de 2, 4, 8, 12, 16, ou 32 caminhos. Isto permite uma excelente compatibilidade de duas formas:
  • Uma placa PCIe irá fisicamente conectar (e funcionar corretamente) em qualquer slot que seja pelo menos tão grande como é (por exemplo, um cartão de tamanho x1 irá trabalhar em qualquer tamanho slot);
  • Num slot de uma grande dimensão física (por exemplo, 16x) pode conectar, eletricamente, uma placa com menos caminhos (por exemplo, 1x, 4x, ou 8x), contanto que o slot fornece a alimentação e as ligações-terra exigidas pela maior dimensão física do slot.
Em ambos os casos, o PCIe irá negociar o mais elevado número de caminhos suportados.
Não é possível colocar uma placa PCIe fisicamente maior (por exemplo, uma placa de 16x) em um slot de menor dimensão, apesar de ambos serem compatíveis quanto ao sinal. Algumas placas-mães têm os slots PCIe em aberto, o que permitiria que uma placa, fisicamente, maior pudesse ser inserido em um slot PCIe menor.
A largura de um conector PCIe é 8,8 mm, enquanto que a altura é 11,25 mm, e o comprimento é variável. A metade ‘secundária’ do conector é 11,65 mm de comprimento e contém 22 pinos, enquanto que o comprimento da metade ‘principal’ é variável. A espessura da placa que é encaixada no conector é 1,8 milímetros.
Caminhos Total de pinos Pinos da metade 'principal' Comprimento Total Comprimento da metade 'principal'
1x 36 14 25 milímetros 7,65 milímetros
4x 64 42 39 milímetros 21,65 milímetros
8x 98 76 56 milímetros 38,65 milímetros
16x 164 142 89 milímetros 71,65 milímetros

Transmissão de dados

O PCI envia todas as mensagens controle, incluindo interrupções, pela mesma ligação usada para os dados. O protocolo serial nunca pode ser bloqueado, de forma que a latência ainda é comparável ao PCI, que tem linhas de interrupção dedicadas.
A transmissão de dados em múltiplos caminhos é intercalada, o que significa que cada byte é enviado por caminhos sucessivos. A especificação do PCIe refere-se a esta intercalação como "data striping". Apesar de requisitar complexidade de hardware para sincronizar os dados, data striping pode aumentar significativamente o volume de processamento da ligação. Devido às exigências, striping pode não necessariamente reduzir a latência de pequenos pacotes de dados em uma ligação.
Tal como acontece com todos os dados que utilizam protocolos de transmissão serial, informações clocking devem ser incorporados no sinal. Ao nível físico, PCI Express utiliza o 8B/10B, esquema de codificação muito comum para assegurar aquela sequência de uns ou zeros consecutivos está limitando o comprimento. Isto é necessário para evitar que o receptor perca a trilha de onde os bits estão. Neste esquema de codificação, cada 8 bits (não codificados) de dados são substituídos por 10 bits (codificados) para transmitir os dados, consumindo um extra de 25% do total da largura de banda elétrica.
Muitos outros protocolos (tais como SONET) utilizam uma forma diferente de codificação conhecido como "scrambling" para inserir informações de clock nos fluxos de dados. A especificação do PCI Express também define um algoritmo de scrambling, mas ele é utilizado para reduzir a interferência eletromagnética, impedindo a repetição do padrão de dados no fluxo de dados transmitidos.

Taxa de sinalização

A primeira geração PCIe transfere dados a 2,5 GT/seg (gigatransfer por segundo) sinalizando taxa por caminho. O PCIe versão 2.0 dispõe de um aumento da taxa sinalizando a 5 GT/seg por caminho. Uma especificação da terceira geração PCIe, que está em desenvolvimento, prevê aumentar ainda mais a taxa.

Data Link Layer

A Camada de Ligação de Dados implementa a sequenciação do Transaction Layer Packets (TLPs) que são geradas pela Transaction Layer, a protecção dos dados de 32 bits através de um controlo de redundância cíclica de código (CRC, neste contexto conhecido como LCRC) e um aviso protocolo (sinalizadores ACK e NAK). TLPs passam um cheque LCRC e um número seqüencial que é verificado e dado um resultado como um aviso (ACK), enquanto aqueles que não cumprem essas verificações, um resultado negativo no aviso (NAK). TLPs que resultam em um NAK, ou timeouts que ocorrem enquanto se espera por um ACK, resultam no renvio das TLPs a partir de um buffer especial, na transmissão de dados via Camada de Ligação de Dados.
Sinais ACK/NAK são comunicados através de um maço de baixo nível conhecido como uma data link layer packet, ou DLLP. DLLPs também são usados para controlar fluxo, comunicar informações entre as duas camadas de transação entre dispositivos conectados, bem como de algumas funções de gestão.

Transaction Layer

PCIe implementa dividir transações (operações com pedido e resposta separados por tempo), permitindo a ligação para o transporte de outros veículos, enquanto o dispositivo alvo recolhe dados para a resposta.
PCI Express utiliza credit-based para controlo de fluxo. Neste esquema, um dispositivo publicita um montante inicial de crédito para cada um dos buffers receber no seu Transaction Layer. O dispositivo na extremidade oposta da ligação, quando as transações para enviar ao dispositivo, irá contar o número de créditos consumidos por cada TLP a partir da sua conta. O dispositivo só pode transmitir uma TLP quando isso não resulte em seu consumidos crédito, superior a conta limite de crédito. Quando o dispositivo receptor termina o tratamento do TLP a partir do seu tampão, é sinais de um regresso aos créditos do dispositivo de envio que, depois, aumenta o limite de crédito pela montante restaurada. Os balcões são modulares de crédito, bem como a comparação dos créditos consumidos para limite de crédito requer módulo. A vantagem deste sistema é a de que a latência de crédito que retornoa, não afeta o desempenho, desde que o limite de crédito não seja encontrado. Esta hipótese é geralmente cumprida se cada dispositivo é projetado com dimensões adequadas de buffer.
Primeira - geração PCIe é freqüentemente citado para apoiar uma taxa de transferência de dados de 250 MB/seg em cada sentido, por (x1) lane. Este valor é o cálculo da taxa física sinalizadoras (2,5 Gbaud) dividida pela codificação overhead (10 bits por byte). Isto significa que em uma PCIe (x16) lane, teoricamente seria capaz de transferir dados a 250MB/seg * 16 = 4 GB/seg em cada sentido. Enquanto isto é correto em termos de bytes, cálculos mais significativos, será baseada em dados utilizáveis pela taxa de carga útil, o que depende do perfil do tráfego, que é uma função do alto nível (software) e a aplicação que protocola os níveis intermediários.

Competir protocolos

Surgiram normas para várias comunicações de banda larga baseados em arquitetura serial. Estes incluem, mas não estão limitados, a HyperTransport, InfiniBand, RapidIO, e StarFabric.
Essencialmente, as diferenças são baseadas em que as implicações entre a flexibilidade e a extensibilidade vs latência em gerais. Um exemplo deste tipo de troca é complexa, cabeçalho acrescentando informações transmitidas a um pacote para permitir um complexo roteamento. Esta sobrecarga adicional reduz a eficácia da largura de banda da interface e complica a descoberta e inicialização de software pelo bus. Também tornar o sistema hot plug-exige que o software pista topologia muda. Exemplos de bus adaptados para o efeito são InfiniBand e StarFabric.

Status

A partir de 2007, foi substituído o barramento AGP por PCI Express como a interface mais comum para placas gráficas em novos sistemas. Com poucas exceções, todas as placas gráficas sendo liberada hoje (2008) da ATI e NVIDIA usam PCIe. NVIDIA utiliza a transferência de dados de banda larga PCIe para a sua recém-desenvolvidos Scalable Link Interface (SLI) tecnologia, que permite que duas placas gráficas de chipset do mesmo modelo e número a ser executado como um par, permitindo maior desempenho. ATI também tem desenvolvido um sistema dual-GPU PCIe baseada no chamado CrossFire. Quase no final de 2007, AMD divulgou um chipset da placa mãe, a AMD 790FX, que suporta até quatro slots PCIe x16, permitindo tri-GPU e quad-GPU para placas ATI.
A aceitação de outras formas de expansão PC tem sido muito lento e PCI permanece dominante. PCI Express é comumente utilizado para onboard gigabit Ethernet e wi-fi mas add-in cards estão ainda geralmente PCI, em especial no segmento inferior do mercado.
Placas de som, modems, cartões de porta serial e de outros cartões com baixa velocidade ainda são quase todas as interfaces PCI. Por esta razão mais placas mães apoiando PCI slots PCI Express oferece legado tão bem.

External PCI Express

O nome utilizado pelo PCI-SIG (PCI Interesse Especial Group) é PCI Express externas cabeamento. O nome é mais comumente usado externas PCI Express (28400-Google hits, 2008-03) ou abreviado PCIe externas. Outro nome utilizado é Cabled PCI Express (2400 Google-hits, 2008-03) ou abreviado Cabled PCIe.

Externas PCIe Video Cards

PCIe externas poderia dar a um notebook o poder gráfico de uma área de trabalho, através da ligação com qualquer um notebook PCIe (fechada em sua própria habitação externo), no entanto, apenas um produto finalizado e dois conceito produtos existentes. Todos os três entregar o poder da placa de vídeo externa exibe apenas, e todos os ligar a um notebook através de uma ExpressCard interface que limita a largura de banda de x16 inserida uma placa de vídeo (4 GB/seg em cada sentido), para apenas x1 (250 MB/seg em cada sentido).

PCI Express

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PCI Express

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Foto de um slot PCI Express x16.
1 x PCI; 2 x PCIe 2.0 x1; 1 x PCIe 2.0 x16.
PCI-Express (também conhecido como PCIe ou PCI-Ex) é o padrão de slots (soquetes) criada para placas de expansão utilizadas em computadores pessoais para transmissão de dados. Introduzido pela empresa Intel em 2004, o PCI-Express foi concebido para substituir os padrões AGP e PCI.
Sua velocidade vai de 1x até 32x, mesmo a versão 1x consegue ser seis vezes mais rápido que o PCI tradicional. No caso das placas de vídeo, um slot PCI Express de 16x (transfere até 4GB por segundo) é duas vezes mais rápido que um AGP 8x. Isto é, possível graças a sua tecnologia, que conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais para transmissão de dados.
A tecnologia utilizada no PCI-Ex conta com um recurso que permite o uso de várias conexões seriais ("caminhos" também chamados de lanes) para transferência de dados. Se um determinado dispositivo usa apenas um caminho (conexão) a demais que o PCI comum, então diz-se que este utiliza o barramento PCI Express 1x, se utiliza 4 conexões, sua denominação é PCI Express 4x e assim por consequentemente. Cada lane pode ser bidirecional, isto é, recebe e envia dados (250 MB/s) em ambas direções simultaneamente.
O PCI Express usa uma arquitetura de baixa tensão elétrica nas suas conexões, chamadas de linhas LVDS (Low Voltage Differential Signalling). Devido isso, permite grande imunidade ao ruído e também permite aumentar a largura de banda. Isso foi possível graças à redução de atrasos nas linhas de transmissão (timing skew).

Resumo

O PCI Express é um barramento ponto a ponto, onde cada periférico possui um canal exclusivo e bidirecional de comunicação com o chipset. Isto contrasta fortemente com o padrão PCI, que é um barramento em que todos os dispositivos compartilham a mesma comunicação, de 32 bits (ou 64 bits), num caminho paralelo.
Há contradições quanto a forma de se referir ao PCI Express como sendo um barramento, já que, no sentido estrito da palavra, o termo "barramento" surgiu para descrever um canal de comunicação compartilhado por vários dispositivos ou periféricos, no entanto, em toda a sua documentação é usado o termo "PCI Express bus" para mencioná-lo.
Foto de uma placa de vídeo PCI Express x16.
Cada slot PCIe roda a um, dois, quatro, oito, dezesseis ou trinta e dois caminhos de dados entre a placa mãe e a placa ligada ao slot. A contagem dos caminhos é escrita com um sufixo "x", por exemplo, 1x para um único caminho e 16x para uma placa de dezesseis caminhos.
Trinta e dois caminhos de 250 MB/s (PCIe 1.1) apresenta uma taxa máxima de transferência de 8 GB/s (250 MB/s multiplicado por 32x, ou seja, 8 bilhões de bytes por segundo) em cada sentido. No entanto, o maior tamanho de uso comum é de 16x, resultando numa taxa de transferência de 4 GB/s (250 MB/s multiplicado por 16x) em cada sentido. Por isso em perspectiva, um único caminho do PCIe 1.1 tem quase o dobro da taxa de dados do barramento PCI tradicional. Um slot de 4x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do antigo barramento paralelo PCI-X 1.0, e um slot de 8x tem uma taxa de transferência comparável ao da versão mais rápida do AGP.
Slots PCIe suportam uma variedade de tamanhos diferentes referenciados a seu número máximo de caminhos, ou seja, 1x, 2x, 4x, 8x, 16x e 32x. Uma placa PCIe caberá em um slot de seu tamanho ou de tamanhos maiores, mas não caberá em um slot PCIe menor.
O número de caminhos realmente conectados a um slot, pode ser menor que o número suportado pelo tamanho físico do slot. Como exemplo: um slot 8x que na verdade só é executado em 1x (esse slot permitirá o uso a qualquer placa 1x, 2x, 4x ou 8x), embora apenas funcionará à velocidade de 1x. Este tipo de soquete é descrito como um slot “8x (Modo 1x)”, o que significa que esse slot aceita fisicamente conexões de até 8x, mas que neste exemplo só funcionará com 1x de velocidade. A vantagem é que uma gama de placas PCIe podem ser utilizadas sem que haja necessidade de que o hardware da placa mãe dê suporte a taxa de transferência total.
O número de caminhos é "negociado" durante a inicialização ou explicitamente durante a operação. Esta flexibilidade na contagem de caminhos pode proporcionar um padrão único para as necessidades de placas de banda larga (por exemplo, placas gráficas, placas 10 Gigabit Ethernet e placas Multiport Gigabit Ethernet), enquanto também pode ser rentável para as placas menos exigentes. Esse recurso permite que uma placa de 1x possa ser inserida em um slot 4x. O sistema irá desabilitar a ligação para o slot 4x e passará a fornecer dados para a placa utilizando apenas 1 caminho. O que não impossibilita que a placa-mãe realize operação a 4x neste slot em particular, se estiver conectado a uma placa de 4x.
Assim como nas placas de expansão para desktops e servidores, a interface elétrica PCIe é usada em uma variedade de outros formatos de interface, incluindo o ExpressCard, interface de expansão para laptops. PCIe é também muitas vezes usado para conectar-se periféricos integrados na placa-mãe.
As especificações do formato estão sendo mantidas e desenvolvidas por um grupo de mais de 900 líderes industriais da empresa denominada PCI-SIG (PCI Special Interest Group).

Visão Geral

A camada física do PCIe é constituída por uma rede de interconexões seriais. Na placa-mãe, um switch age como um gerenciador de conexões seriais que permite uma interconexão de dispositivos ponto-a-ponto para ser rapidamente roteada. Este comportamento de conexão dinâmica ponto-a-ponto leva mais uma vez a um paralelismo no qual um par de dispositivos podem comunicar uns com os outros, ao mesmo tempo. (Em contrapartida, as interfaces dos PCs mais antigos tinham todos os dispositivos permanentemente conectados ao mesmo barramento, portanto, apenas um dispositivo poderia falar de uma só vez.) É semelhante à diferença entre conversar durante um telefonema onde você só pode ligar para uma pessoa de cada vez, e conversar, em uma reunião, onde você pode conversar com uma pessoa diretamente ao seu lado. O modelo também permite agrupamento de canal, em que vários caminhos são colados a um único par de dispositivos, a fim de proporcionar maior largura de banda.
O formato serial "colado" foi escolhido, devido a um fenômeno (timing skew) que é uma consequência direta das limitações impostas pela velocidade de um sinal elétrico, o que é feito em uma velocidade finita. Porque diferentes sinais em uma interface tem diferentes comprimentos, paralelamente sinais transmitidos ao mesmo tempo a partir de uma fonte chegam ao destino em momentos diferentes. Quando a taxa do clock aumenta ao ponto em que o comprimento de onda de um único bit for inferior a esta diferença de caminho de comprimento, os bits de uma só palavra não chegam ao destino ao mesmo tempo. Assim, a velocidade do sinal elétrico, combinado com a diferença de comprimento entre o maior e o menor sinal numa interconexão paralela, naturalmente requer a máximo largura de banda. O canal serial “colado” evita esse problema por não exigir que os bits cheguem simultaneamente. PCIe é apenas um exemplo de uma tendência que distancia-se do barramento paralelo ao utilizar interconexões seriais. Para outros exemplos, veja HyperTransport, Serial ATA, USB, SAS, FireWire ou RapidIO.
PCIe é mantido principalmente pela Intel, que começou a trabalhar no padrão com o projeto Arapahoe depois de remover o sistema InfiniBand. PCIe destina-se a ser utilizado apenas como uma interligação local. Ele foi projetado para ser compatível com o software padrão PCI preexistente, fazendo a conversão de placas PCI e de sistemas para PCI Express, tão simples como a substituição da camada física sem exigir uma mudança de software. O aumento da largura de banda no PCI Express levou a unificação, como é rápido o suficiente para substituir quase todos os barramento internos existentes, incluindo AGP e PCI. A Intel prevê um único controlador PCI Express “falando” com todos os dispositivos externos no futuro, ao invés da solução northbridge/southbridge usada em máquinas atuais.
Contrariamente ao que precede os padrões de interfaces de expansão, PCIexpress é um "barramento" ponto-a-ponto. Isto significa que, embora a norma PCI-X (133 MHz 64 bits) e PCIe 4x têm aproximadamente a mesma taxa de transferência dos dados, PCIe 4x terá melhor desempenho se pares de dispositivo múltiplos estiverem se comunicando simultaneamente ou se a comunicação é entre um único par de dispositivos (bidirecional).

Histórico

Embora em desenvolvimento, PCI Express (PCIe) foi submetido a níveis internos como a Intel Arapahoe ou 3GIO para 3 ª geração E/S (dispositívos de entrada e saída).
PCIe é uma tecnologia em constante desenvolvimento e aperfeiçoamento. A antiga versão do PCIe era descrita com a versão 1.1; A partir de 15 de janeiro de 2007, o PCI-SIG disponibilizou o PCI Express versão 2.0, no qual a taxa de transferência de dados de cada faixa era o dobro da versão 1.1. Este é compatível com a versão 1.1 permitindo que placas mais velhas ainda sejam capazes de trabalhar em máquinas equipadas com esta nova versão.
  • Cada "caminho" do PCIe 1.1 envia informações a uma taxa de 250 MB/s (250 milhões de bytes/seg) em cada sentido.
  • O PCIe 2.0 dobra essa taxa de transferência de dados. O barramento PCI Express é encontrado nos mais novos sistemas como os baseados na Intel X38 ou na AMD 780G chipsets.
  • As últimas propostas para o lançamento do padrão PCIe 3.0, que está previsto para 2009-2010, é que a velocidade das ligações aumente ainda mais.

PCI Express 2.0

Em janeiro de 2007 foi concluído o desenvolvimento do padrão PCI Express 2.0 (PCIe 2.0), que oferece o dobro de velocidade do padrão antigo (v.1.1), ou seja, 500 MB/seg (também bidirecional). Um slot PCIe modelo x16 no padrão 2.0, poderá transferir até 8 GB/seg contra 4 GB/seg do padrão anterior.
Quanto a compatibilidade entre os padrões 1.0, 1.1 e 2.0, no FAQ do PCI-SIG, consta que as placas de vídeo PCIe padrão 2.0 se adaptam as placas-mãe com barramentos PCIe 1.x. E o inverso também é verdadeiro, as placas-mãe PCIe 2.0 aceitam placas de vídeo 1.X.1
Vale lembrar que muitas pessoas estão tendo dúvidas quanto ao desempenho de placas de video com suporte à PCIe 2.0 utilizadas em PCIe 1.1, não se encontra em lugar nenhum testes e comparativos mostrando o desempenho de uma mesma placa de video nesta situação (voltagem e taxa de transferencia).
Em junho de 2007 a Intel liberada a especificação do chipset P35, que não só o apoio PCIe 2.0 PCIe 1.1. Algumas pessoas podem ser confundidas com a P35 diagrama de bloco que afirma a Intel, P35 tem um link gráficos PCIe x16 (8 GB/seg) e 6 links x1 PCIe (500 MB/seg cada) com mesmo número de vias e largura de banda do padrão PCIe 2.0, mas foi libertado antes que o mesmo fosse finalizado. AMD começou a colaborar com PCIe 2.0 com o seu chipset RD700 série e a NVIDIA revelou que o MCP72 será a sua primeira PCIe 2.0.2

PCI Express 3.0

Segundo o site Baboo o PCI-Special Interest Group (PCI-SIG) decidiu adiar a nova geração do padrão PCI Express (3.0) até o segundo trimestre de 2010, pois o plano anterior era lançar o PCI Express 3.0 em 2009 e os primeiros produtos baseados nele chegariam ao mercado em 2010.3 Aparentemente o SIG tomou esta decisão para conseguir mais tempo para verificar e garantir a retrocompatibilidade e outros detalhes. Quando for lançado, o padrão 3.0 deve oferecer taxas de transferência de até 32 GB/seg e menor consumo de energia do que o padrão anterior.
Além das placas de vídeo, controladoras de rede de alta velocidade e muitas controladoras de discos tendem a ser baseadas no PCI Express. Com os discos e as redes oferecendo altas velocidades, o PCI-Ex precisa ficar mais rápido para poder suportar a alta largura de banda.
De acordo com Al Yanes, presidente e chairman do PCI-SIG, a retrocompatibilidade permitirá que uma placa baseada no padrão 3.0 seja usada em um slot de padrão anterior sem nenhum problema e vice-versa.

Protocolo de Hardware

A ligação do PCIe está construída em torno pares de seriais (1-bit) unidirecionalmente dedicados, conexões ponto-a-ponto conhecidas como "caminhos". Isto está em nítido contraste com a ligação PCI, que é um barramento onde todos os dispositivos compartilham a mesma bidirecional, de 32 bits (ou 64 bits), paralela ao barramento.
PCI Express é um protocolo de camadas, constituído por uma camada de Transações, uma camada de Ligação, e uma camada Física. A camada de Ligação é ainda dividida de modo a incluir uma subcamada denominada Controle de Acesso de Mídia. A camada Física é ainda dividida em duas subcamadas, a Lógica e a Elétrica. A subcamada Lógica, por sua vez contém uma Subcamada de Codificação Física (do inglês Physical Coding Sublayer - PCS). (Termos adotados do padrão IEEE 802 - modelo de protocolo de rede).
1 Transações

2 Ligação

2 -> Controle de Acesso de Mídia
3 Física

3 -> Lógica
3 -> Codificação Física
3 -> Elétrica

Camada Física

A especificação da camada Física do PCIe é dividida em duas subcamadas, o que corresponde as camadas Eléctrica e Lógica. A camada Lógica é dividida em uma Subcamada de Codificação, embora que esta divisão não é formalmente parte da especificação do PCIe. Uma especificação publicada pela Intel, sobre a interface física do PCI Express, define a funcionalidade do Controle de Acesso de Mídia e da Subcamada de Codificação Física e também a interface entre esses duas subcamadas. A especificação da interface física do PCIe identifica também a camada Atalho de Mídia Física, que inclui o Serializador/Deserializador e outros circuitos analógicos, no entanto, uma vez que as implementações do Serializador/Deserializador variam muito entre os vendedores, a interface física do PCIe não especifica uma interface entre a Subcamada de Codificação Física e o Atalho de Mídia Física.
A ligação entre quaisquer dois dispositivos PCIe é conhecido como uma "ligação", e se desenvolve a partir de uma colecção de uma ou mais faixas. Todos os dispositivos devem suportar no mínimo um caminho único (1x). Os dispositivos opcionalmente podem suportar ligações compostas de 2, 4, 8, 12, 16, ou 32 caminhos. Isto permite uma excelente compatibilidade de duas formas:
  • Uma placa PCIe irá fisicamente conectar (e funcionar corretamente) em qualquer slot que seja pelo menos tão grande como é (por exemplo, um cartão de tamanho x1 irá trabalhar em qualquer tamanho slot);
  • Num slot de uma grande dimensão física (por exemplo, 16x) pode conectar, eletricamente, uma placa com menos caminhos (por exemplo, 1x, 4x, ou 8x), contanto que o slot fornece a alimentação e as ligações-terra exigidas pela maior dimensão física do slot.
Em ambos os casos, o PCIe irá negociar o mais elevado número de caminhos suportados.
Não é possível colocar uma placa PCIe fisicamente maior (por exemplo, uma placa de 16x) em um slot de menor dimensão, apesar de ambos serem compatíveis quanto ao sinal. Algumas placas-mães têm os slots PCIe em aberto, o que permitiria que uma placa, fisicamente, maior pudesse ser inserido em um slot PCIe menor.
A largura de um conector PCIe é 8,8 mm, enquanto que a altura é 11,25 mm, e o comprimento é variável. A metade ‘secundária’ do conector é 11,65 mm de comprimento e contém 22 pinos, enquanto que o comprimento da metade ‘principal’ é variável. A espessura da placa que é encaixada no conector é 1,8 milímetros.
Caminhos Total de pinos Pinos da metade 'principal' Comprimento Total Comprimento da metade 'principal'
1x 36 14 25 milímetros 7,65 milímetros
4x 64 42 39 milímetros 21,65 milímetros
8x 98 76 56 milímetros 38,65 milímetros
16x 164 142 89 milímetros 71,65 milímetros

Transmissão de dados

O PCI envia todas as mensagens controle, incluindo interrupções, pela mesma ligação usada para os dados. O protocolo serial nunca pode ser bloqueado, de forma que a latência ainda é comparável ao PCI, que tem linhas de interrupção dedicadas.
A transmissão de dados em múltiplos caminhos é intercalada, o que significa que cada byte é enviado por caminhos sucessivos. A especificação do PCIe refere-se a esta intercalação como "data striping". Apesar de requisitar complexidade de hardware para sincronizar os dados, data striping pode aumentar significativamente o volume de processamento da ligação. Devido às exigências, striping pode não necessariamente reduzir a latência de pequenos pacotes de dados em uma ligação.
Tal como acontece com todos os dados que utilizam protocolos de transmissão serial, informações clocking devem ser incorporados no sinal. Ao nível físico, PCI Express utiliza o 8B/10B, esquema de codificação muito comum para assegurar aquela sequência de uns ou zeros consecutivos está limitando o comprimento. Isto é necessário para evitar que o receptor perca a trilha de onde os bits estão. Neste esquema de codificação, cada 8 bits (não codificados) de dados são substituídos por 10 bits (codificados) para transmitir os dados, consumindo um extra de 25% do total da largura de banda elétrica.
Muitos outros protocolos (tais como SONET) utilizam uma forma diferente de codificação conhecido como "scrambling" para inserir informações de clock nos fluxos de dados. A especificação do PCI Express também define um algoritmo de scrambling, mas ele é utilizado para reduzir a interferência eletromagnética, impedindo a repetição do padrão de dados no fluxo de dados transmitidos.

Taxa de sinalização

A primeira geração PCIe transfere dados a 2,5 GT/seg (gigatransfer por segundo) sinalizando taxa por caminho. O PCIe versão 2.0 dispõe de um aumento da taxa sinalizando a 5 GT/seg por caminho. Uma especificação da terceira geração PCIe, que está em desenvolvimento, prevê aumentar ainda mais a taxa.

Data Link Layer

A Camada de Ligação de Dados implementa a sequenciação do Transaction Layer Packets (TLPs) que são geradas pela Transaction Layer, a protecção dos dados de 32 bits através de um controlo de redundância cíclica de código (CRC, neste contexto conhecido como LCRC) e um aviso protocolo (sinalizadores ACK e NAK). TLPs passam um cheque LCRC e um número seqüencial que é verificado e dado um resultado como um aviso (ACK), enquanto aqueles que não cumprem essas verificações, um resultado negativo no aviso (NAK). TLPs que resultam em um NAK, ou timeouts que ocorrem enquanto se espera por um ACK, resultam no renvio das TLPs a partir de um buffer especial, na transmissão de dados via Camada de Ligação de Dados.
Sinais ACK/NAK são comunicados através de um maço de baixo nível conhecido como uma data link layer packet, ou DLLP. DLLPs também são usados para controlar fluxo, comunicar informações entre as duas camadas de transação entre dispositivos conectados, bem como de algumas funções de gestão.

Transaction Layer

PCIe implementa dividir transações (operações com pedido e resposta separados por tempo), permitindo a ligação para o transporte de outros veículos, enquanto o dispositivo alvo recolhe dados para a resposta.
PCI Express utiliza credit-based para controlo de fluxo. Neste esquema, um dispositivo publicita um montante inicial de crédito para cada um dos buffers receber no seu Transaction Layer. O dispositivo na extremidade oposta da ligação, quando as transações para enviar ao dispositivo, irá contar o número de créditos consumidos por cada TLP a partir da sua conta. O dispositivo só pode transmitir uma TLP quando isso não resulte em seu consumidos crédito, superior a conta limite de crédito. Quando o dispositivo receptor termina o tratamento do TLP a partir do seu tampão, é sinais de um regresso aos créditos do dispositivo de envio que, depois, aumenta o limite de crédito pela montante restaurada. Os balcões são modulares de crédito, bem como a comparação dos créditos consumidos para limite de crédito requer módulo. A vantagem deste sistema é a de que a latência de crédito que retornoa, não afeta o desempenho, desde que o limite de crédito não seja encontrado. Esta hipótese é geralmente cumprida se cada dispositivo é projetado com dimensões adequadas de buffer.
Primeira - geração PCIe é freqüentemente citado para apoiar uma taxa de transferência de dados de 250 MB/seg em cada sentido, por (x1) lane. Este valor é o cálculo da taxa física sinalizadoras (2,5 Gbaud) dividida pela codificação overhead (10 bits por byte). Isto significa que em uma PCIe (x16) lane, teoricamente seria capaz de transferir dados a 250MB/seg * 16 = 4 GB/seg em cada sentido. Enquanto isto é correto em termos de bytes, cálculos mais significativos, será baseada em dados utilizáveis pela taxa de carga útil, o que depende do perfil do tráfego, que é uma função do alto nível (software) e a aplicação que protocola os níveis intermediários.

Competir protocolos

Surgiram normas para várias comunicações de banda larga baseados em arquitetura serial. Estes incluem, mas não estão limitados, a HyperTransport, InfiniBand, RapidIO, e StarFabric.
Essencialmente, as diferenças são baseadas em que as implicações entre a flexibilidade e a extensibilidade vs latência em gerais. Um exemplo deste tipo de troca é complexa, cabeçalho acrescentando informações transmitidas a um pacote para permitir um complexo roteamento. Esta sobrecarga adicional reduz a eficácia da largura de banda da interface e complica a descoberta e inicialização de software pelo bus. Também tornar o sistema hot plug-exige que o software pista topologia muda. Exemplos de bus adaptados para o efeito são InfiniBand e StarFabric.

Status

A partir de 2007, foi substituído o barramento AGP por PCI Express como a interface mais comum para placas gráficas em novos sistemas. Com poucas exceções, todas as placas gráficas sendo liberada hoje (2008) da ATI e NVIDIA usam PCIe. NVIDIA utiliza a transferência de dados de banda larga PCIe para a sua recém-desenvolvidos Scalable Link Interface (SLI) tecnologia, que permite que duas placas gráficas de chipset do mesmo modelo e número a ser executado como um par, permitindo maior desempenho. ATI também tem desenvolvido um sistema dual-GPU PCIe baseada no chamado CrossFire. Quase no final de 2007, AMD divulgou um chipset da placa mãe, a AMD 790FX, que suporta até quatro slots PCIe x16, permitindo tri-GPU e quad-GPU para placas ATI.
A aceitação de outras formas de expansão PC tem sido muito lento e PCI permanece dominante. PCI Express é comumente utilizado para onboard gigabit Ethernet e wi-fi mas add-in cards estão ainda geralmente PCI, em especial no segmento inferior do mercado.
Placas de som, modems, cartões de porta serial e de outros cartões com baixa velocidade ainda são quase todas as interfaces PCI. Por esta razão mais placas mães apoiando PCI slots PCI Express oferece legado tão bem.

External PCI Express

O nome utilizado pelo PCI-SIG (PCI Interesse Especial Group) é PCI Express externas cabeamento. O nome é mais comumente usado externas PCI Express (28400-Google hits, 2008-03) ou abreviado PCIe externas. Outro nome utilizado é Cabled PCI Express (2400 Google-hits, 2008-03) ou abreviado Cabled PCIe.

Externas PCIe Video Cards

PCIe externas poderia dar a um notebook o poder gráfico de uma área de trabalho, através da ligação com qualquer um notebook PCIe (fechada em sua própria habitação externo), no entanto, apenas um produto finalizado e dois conceito produtos existentes. Todos os três entregar o poder da placa de vídeo externa exibe apenas, e todos os ligar a um notebook através de uma ExpressCard interface que limita a largura de banda de x16 inserida uma placa de vídeo (4 GB/seg em cada sentido), para apenas x1 (250 MB/seg em cada sentido).

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Southbridge

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Um esquema north/southbridge numa placa-mãe típica.
O southbridge (em português: ponte sul), também conhecido como I/O Controller Hub em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam southbridge), é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitetura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente conectado à UCP. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à UCP.

Visão geral

Visto que o southbridge não está diretamente conectado à UCP, a ele é dada a responsabilidade pelos dispositivos mais lentos num PC típico. Um southbridge em particular geralmente irá funcionar com vários northbridges diferentes, mas estes dois chips devem ser projetados para trabalhar em conjunto; não há um padrão amplo para interoperabilidade entre projetos de chipsets de lógicas diferentes. Tradicionalmente, esta interface entre northbridge e southbridge era simplesmente o barramento PCI, mas visto que isto criava um gargalo de performance, a maioria dos chipsets modernos usam uma interface diferente (frequentemente proprietária) com performance mais alta.É o Chip responsável pela comunicação com as placas PCI e periféricos. Também faz a comunicação com portas USB, paralela e serial e, no caso de placas-mãe com periféricos embutidos (on board), com chips de áudio, e rede e de espelhamento de discos rígidos (Raid).

Etimologia

O nome deriva do desenho da arquitetura ao modo dum mapa e foi descrita pela primeira vez como tal com a introdução da PCI Local Bus Architecture na plataforma PC em 19911 . Os autores da especificação PCI na Intel viam o barramento local PCI como sendo o verdadeiro centro da arquitetura da plataforma PC (isto é, o "Equador"). O assim chamado northbridge estende-se ao norte do barramento PCI e dá suporte a UCP, memória/cache e outras capacidades de performance crítica. Da mesma forma, o southbridge estende-se ao sul do barramento PCI e faz a conexão de tarefas menos críticas de entrada/saída, tais como interface de disco, áudio etc. Embora a arquitetura da plataforma PC moderna tenha substituído o PCI com um backbone por um I/O mais rápido, a convenção dos nomes north/southbridge permanece.

Funcionalidades

Southbridge VIA VT82C686B.
A funcionalidade encontrada num southbridge contemporâneo inclui:
  • Barramento PCI. O suporte ao barramento inclui uma tradicional especificação PCI, mas pode também incluir suporte para PCI-X e PCI Express.
  • Barramento ISA ou LPC Bridge. Embora o suporte ISA seja raramente usado, tem sido gerenciado para permanecer como uma parte integrada do chip southbridge moderno. O LPC Bridge fornece um caminho de controle e dados para o Super I/O (a conexão normal para teclado, mouse, porta paralela, porta serial, porta IR e controlador de disco) e hub FWH (firmware que provê acesso ao BIOS de armazenamento flash).
  • Barramento SPI. O barramento SPI é um barramento serial simples, usado principalmente por firmware (por exemplo, BIOS de armazenamento flash.
  • SMBus. O SMBus é usado para comunicação com outros dispositivos na placa-mãe (isto é, sensores de temperatura do sistema, controladores de ventoinhas etc).
  • Controlador DMA. O controlador DMA permite que dispositivos ISA ou LPC acessem diretamente a memória principal sem precisar de ajuda da UCP.
  • Controlador de interrupção. O controlador de interrupção provê um mecanismo para que dispositivos conectados obtenham atenção da UCP.
  • Controlador IDE (SATA ou PATA). A interface IDE permite ligação direta dos HDs do sistema.
  • RTC. O relógio de tempo real fornece um registro persistente do tempo.
  • Gerenciamento de energia (APM e ACPI). As funções APM ou ACPI fornecem métodos e sinalização para permitir ao computador hibernar ou desligar-se para economizar energia.
  • RAM-CMOS. O sistema CMOS, assistido pela energia complementar da bateria, cria uma área limitada de armazenamento não-volátil de dados de configuração do sistema.
  • Interfaces de som AC97 ou Intel High Definition Audio.
  • Baseboard Management Controller
Opcionalmente, o southbridge pode incluir suporte para Ethernet, RAID, USB, codec de áudio e FireWire. Mais raramente, o southbridge também pode incluir suporte para teclado, mouse e portas seriais, mas normalmente estes dispositivos são conectados através de outro dispositivo conhecido como Super I/O.

Referências

  1. Inside the PCI Local Bus in Byte.com, fevereiro de 1994. Acessado em 15 de junho de 2008

Ver também

Southbridge

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Southbridge

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Um esquema north/southbridge numa placa-mãe típica.
O southbridge (em português: ponte sul), também conhecido como I/O Controller Hub em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam southbridge), é um chip que implementa as capacidades mais "lentas" da placa-mãe numa arquitetura de chipset northbridge/southbridge. O southbridge pode ser geralmente diferenciado do northbridge por não estar diretamente conectado à UCP. Em vez disso, o northbridge liga o southbridge à UCP.

Visão geral

Visto que o southbridge não está diretamente conectado à UCP, a ele é dada a responsabilidade pelos dispositivos mais lentos num PC típico. Um southbridge em particular geralmente irá funcionar com vários northbridges diferentes, mas estes dois chips devem ser projetados para trabalhar em conjunto; não há um padrão amplo para interoperabilidade entre projetos de chipsets de lógicas diferentes. Tradicionalmente, esta interface entre northbridge e southbridge era simplesmente o barramento PCI, mas visto que isto criava um gargalo de performance, a maioria dos chipsets modernos usam uma interface diferente (frequentemente proprietária) com performance mais alta.É o Chip responsável pela comunicação com as placas PCI e periféricos. Também faz a comunicação com portas USB, paralela e serial e, no caso de placas-mãe com periféricos embutidos (on board), com chips de áudio, e rede e de espelhamento de discos rígidos (Raid).

Etimologia

O nome deriva do desenho da arquitetura ao modo dum mapa e foi descrita pela primeira vez como tal com a introdução da PCI Local Bus Architecture na plataforma PC em 19911 . Os autores da especificação PCI na Intel viam o barramento local PCI como sendo o verdadeiro centro da arquitetura da plataforma PC (isto é, o "Equador"). O assim chamado northbridge estende-se ao norte do barramento PCI e dá suporte a UCP, memória/cache e outras capacidades de performance crítica. Da mesma forma, o southbridge estende-se ao sul do barramento PCI e faz a conexão de tarefas menos críticas de entrada/saída, tais como interface de disco, áudio etc. Embora a arquitetura da plataforma PC moderna tenha substituído o PCI com um backbone por um I/O mais rápido, a convenção dos nomes north/southbridge permanece.

Funcionalidades

Southbridge VIA VT82C686B.
A funcionalidade encontrada num southbridge contemporâneo inclui:
  • Barramento PCI. O suporte ao barramento inclui uma tradicional especificação PCI, mas pode também incluir suporte para PCI-X e PCI Express.
  • Barramento ISA ou LPC Bridge. Embora o suporte ISA seja raramente usado, tem sido gerenciado para permanecer como uma parte integrada do chip southbridge moderno. O LPC Bridge fornece um caminho de controle e dados para o Super I/O (a conexão normal para teclado, mouse, porta paralela, porta serial, porta IR e controlador de disco) e hub FWH (firmware que provê acesso ao BIOS de armazenamento flash).
  • Barramento SPI. O barramento SPI é um barramento serial simples, usado principalmente por firmware (por exemplo, BIOS de armazenamento flash.
  • SMBus. O SMBus é usado para comunicação com outros dispositivos na placa-mãe (isto é, sensores de temperatura do sistema, controladores de ventoinhas etc).
  • Controlador DMA. O controlador DMA permite que dispositivos ISA ou LPC acessem diretamente a memória principal sem precisar de ajuda da UCP.
  • Controlador de interrupção. O controlador de interrupção provê um mecanismo para que dispositivos conectados obtenham atenção da UCP.
  • Controlador IDE (SATA ou PATA). A interface IDE permite ligação direta dos HDs do sistema.
  • RTC. O relógio de tempo real fornece um registro persistente do tempo.
  • Gerenciamento de energia (APM e ACPI). As funções APM ou ACPI fornecem métodos e sinalização para permitir ao computador hibernar ou desligar-se para economizar energia.
  • RAM-CMOS. O sistema CMOS, assistido pela energia complementar da bateria, cria uma área limitada de armazenamento não-volátil de dados de configuração do sistema.
  • Interfaces de som AC97 ou Intel High Definition Audio.
  • Baseboard Management Controller
Opcionalmente, o southbridge pode incluir suporte para Ethernet, RAID, USB, codec de áudio e FireWire. Mais raramente, o southbridge também pode incluir suporte para teclado, mouse e portas seriais, mas normalmente estes dispositivos são conectados através de outro dispositivo conhecido como Super I/O.

Referências

  1. Inside the PCI Local Bus in Byte.com, fevereiro de 1994. Acessado em 15 de junho de 2008

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Northbridge

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 Este artigo ou se(c)ção cita uma ou mais fontes fiáveis e independentes, mas ela(s) não cobre(m) todo o texto (desde setembro de 2013).
Por favor, melhore este artigo providenciando mais fontes fiáveis e independentes e inserindo-as em notas de rodapé ou no corpo do texto, conforme o livro de estilo.
Encontre fontes: Google — notícias, livros, acadêmico — Scirus — Bing. Veja como referenciar e citar as fontes.
Um esquema north/southbridge numa placa-mãe típica.
O northbridge (em português: ponte norte), também conhecido como memory controller hub (MCH) em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam northbridge), é tradicionalmente um dos dois chips que constituem o chipset numa placa-mãe de PC, sendo o outro o southbridge. Separar o chipset em northbridge e southbridge é comum, embora existam instâncias raras em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.

Visão geral

O northbridge geralmente lida com a comunicação entre a UCP, memória RAM, AGP ou PCI Express e o southbridge.1 2 Alguns northbridges também contém controladores de vídeo integrados, os quais também são conhecidos como Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) em sistemas Intel. Visto que processadores e RAM diferentes exigem sinalizações diferentes, um northbridge tipicamente funcionará com somente uma ou duas classes de UCPs e geralmente com apenas um tipo de RAM. Existem uns poucos chipsets que suportam dois tipos de RAM (geralmente eles estão disponíveis quando há uma mudança para um novo padrão). Por exemplo, o northbridge do chipset NVIDIA nForce2 somente funcionará com processadores Socket A combinados com DDR SDRAM, o chipset Intel i875 chipset somente funcionará com sistemas que usem processadores Pentium 4 ou Celeron que tenham uma taxa de clock maior que 1,3 GHz e que utilizem DDR SDRAM, e o chipset Intel i915g somente irá operar com o Intel Pentium 4 e Celeron, mas que usem memória DDR ou DDR2.

Etimologia

Northbridge VIA KT600 (dissipador removido)
O nome northbridge deriva do desenho da arquitetura ao modo dum mapa. A UCP fica no topo do mapa, precisamente no norte, conectada ao chipset por uma ponte rápida (o northbridge), localizado ao norte dos outros dispositivos do sistema no layout. O northbridge então se conectaria ao restante do chipset através de uma ponte lenta (o southbridge), localizado ao sul dos outros dispositivos de sistema no layout.

Importância

O northbridge na placa-mãe de um sistema particular é o fator principal na determinação da quantidade, freqüência e tipo de CPU e RAM que podem ser usados. Outros fatores como regulação de voltagem e número de conectores também desempenham um papel. Virtualmente, todos os chipsets em nível de consumidor suportam somente uma série de processador, com a quantidade máxima de memória RAM variando pelo tipo de processador e design da placa-mãe. Máquinas da era Pentium freqüentemente tinham uma limitação de 128 MiB de memória, enquanto a maioria das máquinas Pentium 4 possuem um limite de 4 GiB. Desde o Pentium Pro, a arquitetura Intel pode acomodar endereços físicos maiores do que 32 bits, tipicamente, 36 bits, os quais possibilitam endereçar até 64 GiB (ver PAE), embora placas-mãe que possam suportar tamanha quantidade de RAM sejam raras por conta de outros fatores (limitações do sistema operacional e dispêndio de RAM).
Um northbridge tipicamente só irá funcionar com um ou dois tipos de southbridge ASICs; neste respeito, isto afeta algumas das outras características que um dado sistema pode ter ao limitar quais tecnologias estão disponíveis no seu parceiro southbridge.
O northbridge possui sua própria memória lookup table (IOMMU), um mapa dos endereços e layout na memória principal.

Desenvolvimentos recentes

O controlador de memória, que lida com a comunicação entre a UCP e a RAM, foi movido para dentro do die do processador no AMD64. A Intel também integrará o controlador de memória no die do processador a partir dos processadores baseados em sua microarquitetura Nehalem.
Um exemplo desta mudança é o chipset NVIDIA nForce3 para sistemas AMD64 num único chip. Ele combina todas as características de um southbridge normal com uma porta AGP e conecta-se diretamente com a UCP. Em placas nForce4, isto é denominado MCP (Media Communications Processor).

Northbridge e overclock

O northbridge desempenha um papel de destaque no quanto um computador pode sofrer overclocking, visto que sua freqüência é usada como ponto de partida pela UCP para estabelecer sua própria freqüência operacional. Nas máquinas modernas, este chip tem se tornado crescentemente mais quente a medida em que os computadores tornam-se mais rápidos. Não é mais incomum que o northbridge tenha de usar um dissipador ou mesmo algum tipo de sistema de refrigeração.

Referências

  1. InformIT: Motherboards & Core-Logic Chipsets: The Deep Stuff > What the North Bridge and South Bridge Do
  2. George Jones - Maximum PC 2005 Buyer's Guide - Prentice Hall PTR - ISBN 0768663121

Ver também

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Um esquema north/southbridge numa placa-mãe típica.
O northbridge (em português: ponte norte), também conhecido como memory controller hub (MCH) em sistemas Intel (AMD, VIA, SiS e outros geralmente usam northbridge), é tradicionalmente um dos dois chips que constituem o chipset numa placa-mãe de PC, sendo o outro o southbridge. Separar o chipset em northbridge e southbridge é comum, embora existam instâncias raras em que ambos são combinados num único die quando a complexidade do design e os processos de fabricação o permitem.

Visão geral

O northbridge geralmente lida com a comunicação entre a UCP, memória RAM, AGP ou PCI Express e o southbridge.1 2 Alguns northbridges também contém controladores de vídeo integrados, os quais também são conhecidos como Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) em sistemas Intel. Visto que processadores e RAM diferentes exigem sinalizações diferentes, um northbridge tipicamente funcionará com somente uma ou duas classes de UCPs e geralmente com apenas um tipo de RAM. Existem uns poucos chipsets que suportam dois tipos de RAM (geralmente eles estão disponíveis quando há uma mudança para um novo padrão). Por exemplo, o northbridge do chipset NVIDIA nForce2 somente funcionará com processadores Socket A combinados com DDR SDRAM, o chipset Intel i875 chipset somente funcionará com sistemas que usem processadores Pentium 4 ou Celeron que tenham uma taxa de clock maior que 1,3 GHz e que utilizem DDR SDRAM, e o chipset Intel i915g somente irá operar com o Intel Pentium 4 e Celeron, mas que usem memória DDR ou DDR2.

Etimologia

Northbridge VIA KT600 (dissipador removido)
O nome northbridge deriva do desenho da arquitetura ao modo dum mapa. A UCP fica no topo do mapa, precisamente no norte, conectada ao chipset por uma ponte rápida (o northbridge), localizado ao norte dos outros dispositivos do sistema no layout. O northbridge então se conectaria ao restante do chipset através de uma ponte lenta (o southbridge), localizado ao sul dos outros dispositivos de sistema no layout.

Importância

O northbridge na placa-mãe de um sistema particular é o fator principal na determinação da quantidade, freqüência e tipo de CPU e RAM que podem ser usados. Outros fatores como regulação de voltagem e número de conectores também desempenham um papel. Virtualmente, todos os chipsets em nível de consumidor suportam somente uma série de processador, com a quantidade máxima de memória RAM variando pelo tipo de processador e design da placa-mãe. Máquinas da era Pentium freqüentemente tinham uma limitação de 128 MiB de memória, enquanto a maioria das máquinas Pentium 4 possuem um limite de 4 GiB. Desde o Pentium Pro, a arquitetura Intel pode acomodar endereços físicos maiores do que 32 bits, tipicamente, 36 bits, os quais possibilitam endereçar até 64 GiB (ver PAE), embora placas-mãe que possam suportar tamanha quantidade de RAM sejam raras por conta de outros fatores (limitações do sistema operacional e dispêndio de RAM).
Um northbridge tipicamente só irá funcionar com um ou dois tipos de southbridge ASICs; neste respeito, isto afeta algumas das outras características que um dado sistema pode ter ao limitar quais tecnologias estão disponíveis no seu parceiro southbridge.
O northbridge possui sua própria memória lookup table (IOMMU), um mapa dos endereços e layout na memória principal.

Desenvolvimentos recentes

O controlador de memória, que lida com a comunicação entre a UCP e a RAM, foi movido para dentro do die do processador no AMD64. A Intel também integrará o controlador de memória no die do processador a partir dos processadores baseados em sua microarquitetura Nehalem.
Um exemplo desta mudança é o chipset NVIDIA nForce3 para sistemas AMD64 num único chip. Ele combina todas as características de um southbridge normal com uma porta AGP e conecta-se diretamente com a UCP. Em placas nForce4, isto é denominado MCP (Media Communications Processor).

Northbridge e overclock

O northbridge desempenha um papel de destaque no quanto um computador pode sofrer overclocking, visto que sua freqüência é usada como ponto de partida pela UCP para estabelecer sua própria freqüência operacional. Nas máquinas modernas, este chip tem se tornado crescentemente mais quente a medida em que os computadores tornam-se mais rápidos. Não é mais incomum que o northbridge tenha de usar um dissipador ou mesmo algum tipo de sistema de refrigeração.

Referências

  1. InformIT: Motherboards & Core-Logic Chipsets: The Deep Stuff > What the North Bridge and South Bridge Do
  2. George Jones - Maximum PC 2005 Buyer's Guide - Prentice Hall PTR - ISBN 0768663121

Ver também

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BIOS

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
(Redirecionado de Bios)
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 Este artigo ou se(c)ção cita uma ou mais fontes fiáveis e independentes, mas ela(s) não cobre(m) todo o texto (desde outubro de 2013).
Por favor, melhore este artigo providenciando mais fontes fiáveis e independentes e inserindo-as em notas de rodapé ou no corpo do texto, conforme o livro de estilo.
Encontre fontes: Google — notícias, livros, acadêmico — Scirus — Bing. Veja como referenciar e citar as fontes.
Chip de BIOS do tipo DIP (Dual In Parallel), encontrado em placas-mãe antigas
BIOS, em computação Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída). O termo é incorretamente conhecido como Basic Integrated Operating System (Sistema Operacional Básico Integrado) ou Built In Operating System (Sistema Operacional Interno). O BIOS é um programa de computador pré-gravado em memória permanente (firmware) executado por um computador quando ligado. Ele é responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, bem como por iniciar a carga do sistema operacional.1

Origem do termo

O termo apareceu pela primeira vez no sistema operacional CP/M, descrevendo a parte do sistema carregada durante a inicialização, que lidava diretamente com o hardware (máquinas CP/M normalmente tinham apenas um simples boot loader na ROM). A maioria das versões do DOS tem um arquivo chamado "IBMBIO.COM" ou "IO.SYS" que são análogos ao disco CP/M BIOS.
Mesmo entre os profissionais de Informática, é muito comum o uso da expressão “a BIOS”, entretanto, isso é incorreto porque “sistema básico de entrada e saída” é um termo no masculino e, portanto, o correto é utilizar-se “o BIOS”.

Onde se localiza

Chip de BIOS do tipo PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier), encontrado em placas-mãe modernas
O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory) que pode ser do tipo Mask-ROM e PROM nas placas-mãe produzidas até o início da década de 1990, e Flash ROM (memória flash) nas placas mais recentes. Na memória ROM da placa-mãe existem mais dois programas chamados Setup (usado para configurar alguns parâmetros do BIOS), e POST (Power On Self Test) (uma seqüência de testes ao hardware do computador para verificar se o sistema se encontra em estado operacional).

Funcionamento

Entre outras funções o papel mais importante do BIOS é o carregamento do sistema operacional. Quando o computador é ligado e o microprocessador tenta executar sua primeira instrução, ele tem que obtê-la de algum lugar. Não é possível obter essa instrução do sistema operacional, pois esse se localiza no disco rígido, e o microprocessador não pode se comunicar com ele sem que algumas instruções o digam como fazê-lo. É o BIOS o responsável por fornecer essas instruções.

Sequência de funcionamento

Quando o computador é ligado, o BIOS opera na seguinte sequência:
  1. Verifica as informações armazenadas em uma minúscula memória RAM, que se localiza em um chip fabricado com tecnologia CMOS. A memória CMOS armazena informações relativas a configuração de hardware, que podem ser alteradas de acordo as mudanças do sistema. Essas informações são usadas pelo BIOS modificar ou complementar sua programação padrão, conforme necessário.
  1. POST (Power-On Self-Test ou Autoteste de Partida), que são os diagnósticos e testes realizados nos componentes físicos (Disco rígido, processador, etc). Os problemas são comunicados ao usuário por uma combinação de sons (bipes) numa determinada seqüência e se possível, exibidos na tela. O manual do fabricante permite a identificação do problema descrevendo a mensagem que cada seqüência de sons representa.
  2. Ativação de outros BIOS possivelmente presentes em dispositivos instalados no computador (ex. discos SCSI e placas de vídeo).
  3. Descompactação para a memória principal. Os dados, armazenados numa forma compactada, são transferidos para a memória, e só aí descompactados. Isso é feito para evitar a perda de tempo na transferência dos dados.
  4. Leitura dos dispositivos de armazenamento, cujos detalhes e ordem de inicialização são armazenados na CMOS. Se há um sistema operacional instalado no dispositivo, em seu primeiro sector (o Master Boot Record) estão as informações necessárias para o BIOS encontrá-la (este sector não deve exceder 512 bytes).
Existem pequenos trechos de softwares chamados de Manipuladores de Interrupção que atuam como tradutores entre os componentes de hardware e o sistema operacional. Um exemplo dessa tradução é quando é pressionada uma tecla no teclado, o evento associado ao sinal é enviado para o manipulador de interrupção do teclado que é enviado a CPU que trata e envia esse evento para o sistema operacional. Os drivers de dispositivos são outros trechos de software que identificam e atuam como interface entre os componentes básicos de hardware como o teclado, mouse, disco rígido.

Inicialização do Computador

Ao ligar o computador, o primeiro software que você vê a ser lido é o do BIOS. Durante a seqüência de inicialização (boot), o BIOS faz uma grande quantidade de operações para deixar o computador pronto a ser usado. Depois de verificar a configuração na CMOS e carregar os manipuladores de interrupção, o BIOS determina se a placa gráfica está operacional. Em seguida, o BIOS verifica se trata de uma primeira inicialização (cold boot) ou de uma reinicialização (reboot). Esta verifica as portas PS/2 ou portas USB à procura de um teclado ou um rato (mouse). Procura igualmente por um barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) e, caso encontre algum, verifica todas as placas PCI instaladas. Se o BIOS encontrar algum erro durante o início (POST), haverá uma notificação ao utilizador em forma de bipes e mensagens.
Após tudo isto são apresentados detalhes sobre o sistema:
  • Processador
  • Unidades (drives) de disco flexível e disco rígido
  • Memória
  • Versão e data do BIOS

Recursos

Na época do MS-DOS o BIOS atendia praticamente a todas as chamadas de entrada e saída E/S ou I/O (Input/Output) da máquina, atualmente a conexão é feita através da instalação de drivers e é por meio desses drivers que os sistemas operacionais tem contato direto com os hardwares.
Na maioria dos BIOS é possível especificar em qual ordem os dispositivos de armazenamento devem ser carregados. Desta forma é possível, por exemplo, carregar uma distribuição do sistema operacional Linux que funciona diretamente do CD antes do sistema operacional instalado no HD (especificando que o CD deve ser verificado antes do HD).
Alguns BIOS também permitem a escolha entre diversos sistemas operacionais instalados, mas isto geralmente é feito com um software de terceiros (boot loader).

Actualização ou Upgrade

Na maioria das placas-mãe modernas o BIOS pode ser atualizado, e os fabricantes disponibilizam arquivos para essa finalidade. A atualização pode resolver problemas de funcionamento de periféricos, ou mesmo erros da versão anterior do BIOS. A atualização altera três programas que estão dentro da memória ROM (BIOS, POST, Setup) e é uma operação de risco e requer muito cuidado para não haver danos na placa-mãe.
Há vários problemas que podem acontecer nas atualizações, alguns deles são: arquivos corrompidos, falta de informações para a solicitação do software correto, ou ainda a falta de energia elétrica. Se ocorrer algum problema o sistema poderá não iniciar, deixando a placa-mãe muitas vezes inoperante.
A atualização ou o upgrade do chip somente deve ser feito quando for realmente necessário.
Os principais fabricantes deste firmware são: American Megatrends (AMI), Award, General Software, Insyde Software, e Phoenix Technologies.

Referências

  1. PCGuide - Ref - System BIOS. www.pcguide.com. Página visitada em 29 de Janeiro de 2011.

Ver também

BIOS

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Chip de BIOS do tipo DIP (Dual In Parallel), encontrado em placas-mãe antigas
BIOS, em computação Basic Input/Output System (Sistema Básico de Entrada/Saída). O termo é incorretamente conhecido como Basic Integrated Operating System (Sistema Operacional Básico Integrado) ou Built In Operating System (Sistema Operacional Interno). O BIOS é um programa de computador pré-gravado em memória permanente (firmware) executado por um computador quando ligado. Ele é responsável pelo suporte básico de acesso ao hardware, bem como por iniciar a carga do sistema operacional.1

Origem do termo

O termo apareceu pela primeira vez no sistema operacional CP/M, descrevendo a parte do sistema carregada durante a inicialização, que lidava diretamente com o hardware (máquinas CP/M normalmente tinham apenas um simples boot loader na ROM). A maioria das versões do DOS tem um arquivo chamado "IBMBIO.COM" ou "IO.SYS" que são análogos ao disco CP/M BIOS.
Mesmo entre os profissionais de Informática, é muito comum o uso da expressão “a BIOS”, entretanto, isso é incorreto porque “sistema básico de entrada e saída” é um termo no masculino e, portanto, o correto é utilizar-se “o BIOS”.

Onde se localiza

Chip de BIOS do tipo PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier), encontrado em placas-mãe modernas
O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory) que pode ser do tipo Mask-ROM e PROM nas placas-mãe produzidas até o início da década de 1990, e Flash ROM (memória flash) nas placas mais recentes. Na memória ROM da placa-mãe existem mais dois programas chamados Setup (usado para configurar alguns parâmetros do BIOS), e POST (Power On Self Test) (uma seqüência de testes ao hardware do computador para verificar se o sistema se encontra em estado operacional).

Funcionamento

Entre outras funções o papel mais importante do BIOS é o carregamento do sistema operacional. Quando o computador é ligado e o microprocessador tenta executar sua primeira instrução, ele tem que obtê-la de algum lugar. Não é possível obter essa instrução do sistema operacional, pois esse se localiza no disco rígido, e o microprocessador não pode se comunicar com ele sem que algumas instruções o digam como fazê-lo. É o BIOS o responsável por fornecer essas instruções.

Sequência de funcionamento

Quando o computador é ligado, o BIOS opera na seguinte sequência:
  1. Verifica as informações armazenadas em uma minúscula memória RAM, que se localiza em um chip fabricado com tecnologia CMOS. A memória CMOS armazena informações relativas a configuração de hardware, que podem ser alteradas de acordo as mudanças do sistema. Essas informações são usadas pelo BIOS modificar ou complementar sua programação padrão, conforme necessário.
  1. POST (Power-On Self-Test ou Autoteste de Partida), que são os diagnósticos e testes realizados nos componentes físicos (Disco rígido, processador, etc). Os problemas são comunicados ao usuário por uma combinação de sons (bipes) numa determinada seqüência e se possível, exibidos na tela. O manual do fabricante permite a identificação do problema descrevendo a mensagem que cada seqüência de sons representa.
  2. Ativação de outros BIOS possivelmente presentes em dispositivos instalados no computador (ex. discos SCSI e placas de vídeo).
  3. Descompactação para a memória principal. Os dados, armazenados numa forma compactada, são transferidos para a memória, e só aí descompactados. Isso é feito para evitar a perda de tempo na transferência dos dados.
  4. Leitura dos dispositivos de armazenamento, cujos detalhes e ordem de inicialização são armazenados na CMOS. Se há um sistema operacional instalado no dispositivo, em seu primeiro sector (o Master Boot Record) estão as informações necessárias para o BIOS encontrá-la (este sector não deve exceder 512 bytes).
Existem pequenos trechos de softwares chamados de Manipuladores de Interrupção que atuam como tradutores entre os componentes de hardware e o sistema operacional. Um exemplo dessa tradução é quando é pressionada uma tecla no teclado, o evento associado ao sinal é enviado para o manipulador de interrupção do teclado que é enviado a CPU que trata e envia esse evento para o sistema operacional. Os drivers de dispositivos são outros trechos de software que identificam e atuam como interface entre os componentes básicos de hardware como o teclado, mouse, disco rígido.

Inicialização do Computador

Ao ligar o computador, o primeiro software que você vê a ser lido é o do BIOS. Durante a seqüência de inicialização (boot), o BIOS faz uma grande quantidade de operações para deixar o computador pronto a ser usado. Depois de verificar a configuração na CMOS e carregar os manipuladores de interrupção, o BIOS determina se a placa gráfica está operacional. Em seguida, o BIOS verifica se trata de uma primeira inicialização (cold boot) ou de uma reinicialização (reboot). Esta verifica as portas PS/2 ou portas USB à procura de um teclado ou um rato (mouse). Procura igualmente por um barramento PCI (Peripheral Component Interconnect) e, caso encontre algum, verifica todas as placas PCI instaladas. Se o BIOS encontrar algum erro durante o início (POST), haverá uma notificação ao utilizador em forma de bipes e mensagens.
Após tudo isto são apresentados detalhes sobre o sistema:
  • Processador
  • Unidades (drives) de disco flexível e disco rígido
  • Memória
  • Versão e data do BIOS

Recursos

Na época do MS-DOS o BIOS atendia praticamente a todas as chamadas de entrada e saída E/S ou I/O (Input/Output) da máquina, atualmente a conexão é feita através da instalação de drivers e é por meio desses drivers que os sistemas operacionais tem contato direto com os hardwares.
Na maioria dos BIOS é possível especificar em qual ordem os dispositivos de armazenamento devem ser carregados. Desta forma é possível, por exemplo, carregar uma distribuição do sistema operacional Linux que funciona diretamente do CD antes do sistema operacional instalado no HD (especificando que o CD deve ser verificado antes do HD).
Alguns BIOS também permitem a escolha entre diversos sistemas operacionais instalados, mas isto geralmente é feito com um software de terceiros (boot loader).

Actualização ou Upgrade

Na maioria das placas-mãe modernas o BIOS pode ser atualizado, e os fabricantes disponibilizam arquivos para essa finalidade. A atualização pode resolver problemas de funcionamento de periféricos, ou mesmo erros da versão anterior do BIOS. A atualização altera três programas que estão dentro da memória ROM (BIOS, POST, Setup) e é uma operação de risco e requer muito cuidado para não haver danos na placa-mãe.
Há vários problemas que podem acontecer nas atualizações, alguns deles são: arquivos corrompidos, falta de informações para a solicitação do software correto, ou ainda a falta de energia elétrica. Se ocorrer algum problema o sistema poderá não iniciar, deixando a placa-mãe muitas vezes inoperante.
A atualização ou o upgrade do chip somente deve ser feito quando for realmente necessário.
Os principais fabricantes deste firmware são: American Megatrends (AMI), Award, General Software, Insyde Software, e Phoenix Technologies.

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  1. PCGuide - Ref - System BIOS. www.pcguide.com. Página visitada em 29 de Janeiro de 2011.

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Slot

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 Esta página ou secção não cita nenhuma fonte ou referência, o que compromete sua credibilidade (desde setembro de 2013).
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Slots PCI (64 bits).
Slot é um termo em inglês para designar ranhura, fenda, conector, encaixe ou espaço. Sua função é ligar os perifericos ao barramento e suas velocidades são correspondentes as do seus respectivos barramentos. Nas placas-mãe são encontrados vários slots para o encaixe de placas (vídeo, som, modem e rede por exemplo).

Exemplos de slots

  • ISA: (Industry Standard Architecture): Que é utilizado para conectar periféricos lentos, como a placa de som e fax modem. (16 bits baixa velocidade)
  • PCI: Utilizado por periféricos que demandem velocidade, como a placa de vídeo. (32 bits, alta velocidade)
  • AGP: (Accelerated Graphics Port): Utilizado exclusivamente por interface de vídeos 3D. (32 bits, alta velocidade)
  • PCI Express: Utilizadas nas placas de vídeo mais modernas, ela varia de 1X até 32X.

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Exemplos de slots

  • ISA: (Industry Standard Architecture): Que é utilizado para conectar periféricos lentos, como a placa de som e fax modem. (16 bits baixa velocidade)
  • PCI: Utilizado por periféricos que demandem velocidade, como a placa de vídeo. (32 bits, alta velocidade)
  • AGP: (Accelerated Graphics Port): Utilizado exclusivamente por interface de vídeos 3D. (32 bits, alta velocidade)
  • PCI Express: Utilizadas nas placas de vídeo mais modernas, ela varia de 1X até 32X.

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Placa-mãe

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A placa mãe (do inglês: mainboard ou motherboard )é a parte do computador responsável por conectar e interligar todos os componentes do computador, ou seja, processador com memória RAM, disco rígido, placa gráfica, entre outros.1 Além de permitir o tráfego de informação, a placa também alimenta alguns periféricos com a energia elétrica que recebe da fonte do gabinete.2

Tipos de placas-mãe

AT

Placa-mãe com slot ISA (destaque)
AT é a sigla para Advanced Tecnology.Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até 1996. Um dos fatores 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 (flat cable, alimentação), dificultavam a circulação de ar, acarretando, em alguns casos danos permanentes à máquina devido ao super aquecimento. 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. 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. Posição dos slots de memória RAM e soquete de CPU sempre em uma mesma região na placa-mãe, mesmo quando placas de fabricantes diferentes. Nas placas AT são comuns os slots de memória SIMM ou SDRAM, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe.Embora cada um destes tenha de ser utilizado individualmente.

ATX

Ver artigo principal: ATX
Conectores PS/2
ATX é a sigla para "Advanced Technology Extended". Pelo nome, é possível notar que trata-se 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 melhorias em relação ao anterior. Atualmente a maioria dos 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-DIN 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
Conector de energia ATX (24 furos)
Placa-mãe ATX com slot AGP (destaque)
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. Nestas placas serão encontrados slots de memória SDRAM, Rambus, DDR, DDR2 ou DDR3, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe. Geralmente os slots de expansão mais encontrados são os PCI, AGP, AMR/CNR e PCI-Express. As placas mais novas vêm com entrada na própria placa-mãe para padrões de disco rígido IDE, Serial ATA ou Serial ATA II. Gerenciamento de energia quando desligado o micro, suporta o uso do comando "shutdown", que permite o desligamento automático do micro sem o uso da chave de desligamento encontrada no gabinete. Se a placa mãe for alimentada por uma fonte com padrão ATX é possível ligar o computador utilizando um sinal externo como, por exemplo, uma chamada telefônica recebida pelo modem instalado.

BABY AT

Como o nome leva a deduzir,é uma versão de tamanho reduzido da placa-mãe padrão AT original. Essa redução foi possível com miniaturização de muitos componentes internos.
BTX é um formato de motherboards criado pela Intel e lançado em 2003 para substituir o formato ATX. O objetivo do BTX foi aperfeiçoar o desempenho do sistema e melhorar a ventilação interna. Atualmente, o desenvolvimento desse padrão está parado.

ITX

É um padrão de placa-mãe criado em outubro de 2001 pela VIA Technologies.3
Destinada a computadores altamente integrados e compactados, com a filosofia de oferecer não o computador mais rápido do mercado, mas sim o mais barato, já que na maioria das vezes as pessoas usam um computador para poder navegar na Internet e editar textos.
A intenção da placa ITX é ter tudo on-board, ou seja, vídeo, áudio, modem e rede integrados na placa-mãe.
Outra diferença dessa placa-mãe está em sua fonte de alimentação. Como possui menos periféricos, reduzindo assim o consumo de energia, sua fonte de alimentação pode ser fisicamente menor, possibilitando montar um computador mais compacto.

LPX

As placas padrão LPX possuem uma característica que as torna facilmente identificáveis: Possui uma placa "em pé" que se encaixa em uma conexão específica da placa principal. Nesta placa é encaixada as demais placas do computador. Formato de placas-mãe usado por alguns PCs "de marca" como por exemplo Compaq. Seu principal diferencial é não ter slots. Os slots estão localizados em uma placa a parte, também chamada "backplane", que é encaixada à placa-mãe através de um conector especial. Seu tamanho padrão é de 22 cm x 33 cm. Existe ainda um padrão menor, chamado Mini LPX, que mede 25,4 cm x 21,8 cm. Esse padrão foi criado para permitir PCs mais "finos", já que as placas de expansão em vez de ficarem perpendiculares à placa-mãe, como é o normal, ficam paralelas. Após o padrão de placas-mãe ATX ter sido lançado, uma versão do LPX baseada no ATX foi lançada, chamada NLX. Visualmente falando é fácil diferenciar uma placa-mãe LPX de uma NLX. No padrão LPX o conector para a placa de expansão (backplane) está localizado no centro da placa-mãe e este é um conector parecido com um slot (conector "fêmea"). Já no padrão NLX o conector para a placa de expansão está localizado em uma das laterais da placa, e é um contato de borda contendo 340 pinos, similar ao usado por placas de expansão (ou seja, é um conector "macho").

NLX

A placa-mãe NLX é muito recente e foi criada para microcomputadores que usam processadores Pentiun III e 4. Este design agrupa os melhores recursos do ATX e do LPX.4

Funcionamento

A placa-mãe realiza a interconexão das peças componentes dos microcomputadores. Assim, processador, memória, placa de vídeo, HD, teclado, mouse, etc. estão ligados diretamente à placa-mãe. Ela possui diversos componentes eletrônicos (circuitos integrados, capacitores, resistores, etc) e entradas especiais (slots) para que seja possível conectar os vários dispositivos. A manutenção é feita por pessoas treinadas, técnicos e engenheiros da área. Uma forma de remover algumas sujeiras e oxidação simples, que qualquer pessoa pode fazer é a lavagem com algo isopropílico. Mas, também se deve ter um conhecimento mínimo de montagem e manutenção de microcomputadores.

Componentes

Arquitetura de uma placa-mãe típica.
Vamos destacar os mais importantes componentes de uma placa mãe:
Conectores

Processador

Ver artigo principal: Processador
Processador AMD-AthlonXP 1700+
O processador fica encaixado no soquete devendo observar que uma placa-mãe não aceita qualquer tipo de processador, pois é desenvolvida para soquetes específicos. Cada tipo de processador tem características que o diferenciam de outros modelos, a quantidade de pinos, por exemplo, ou o barramento da ponte norte. Assim sendo, a placa-mãe deve ser desenvolvida para aceitar determinados processadores.

Memória RAM

Ver artigo principal: RAM
DDR400 de 1GB da Kingston
As placas-mãe mais antigas trabalhavam com tecnologia conhecida com SDR SDRAM e a DDR, atualmente o padrão mais usado é o DDR2, mas em breve se tornarão obsoletas, dando lugar as memórias DDR3.
Com relação à capacidade de instalação de memória RAM nas placas-mãe mais antigas chegavam a 32 MiB ou 64 MiB, entretanto hoje não é dificil achar micros com módulos de memória com 1 GiB ou 2 GiB, podendo chegar em algumas placas para servidor a 128 GiB (embora essas placas sejam muito raras, a possibilidade existe).

BIOS

Ver artigo principal: BIOS
Flash-ROM BIOS da American Megatrends 1992
BIOS (Basic Input Output System) é um tipo de chip (Flash-ROM) que contém um pequeno software responsável por controlar o uso dos dispositivos e mantém informações de data e hora. O BIOS trabalha junto com o POST (Power On Self Test), um software que testa os componentes do micro em busca de eventuais erros. Podemos alterar as configurações de hardware através do Setup, uma interface também presente na Flash-ROM.

Bateria

Bateria de Lítio CR2032 3V
A bateria interna do tipo Lítio(bateria de lítio) CR2032 tem a função de manter as informações da Flash-ROM (EEPROM) armazenadas enquanto o computador está desligado (somente em placas-mãe antigas, nas atuais sua principal função é manter o relógio interno funcionando). A bateria de lítio tem voltagem de três volts e é para manter funcionando sem atrasar o relógio e outros componentes como as informações gravadas na BIOS.

Chipset

Ver artigo principal: Chipset
Southbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E
Northbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E
Chipset é um chip (ou conjunto de chips) responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída como o barramento de comunicação do processador, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe. Geralmente, é dividido em southbridge e northbridge.
  • O northbridge faz a comunicação do processador com as memórias, através do barramento de comunicação externa do processador, e com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express. Como ele faz o trabalho mais pesado, geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu aquecimento elevado.
  • O southbridge geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces IDE que ligam os HDs, os drives de CD-ROM, drives de DVD-ROM ao processador. Controlam também as interfaces Serial ATA. Geralmente cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som.

Slots de expansão

placa de rede 100Mbit tipo PCI da NIC
Foto do adaptador gráfico tipo PCI Express Gigabyte com um chipset NVIDIA (Geforce 6200TC)
Algumas tecnologias foram desenvolvidas para dar maior flexibilidade aos computadores pessoais uma vez que cada cliente pretende utiliza-lo para um fim específico.
O barramento PCI ou (Peripheral Component Interconnect) é uma tecnologia para conectar diferentes periféricos na Placa-mãe. Veja maiores detalhes no artigo Peripheral Component Interconnect.
As placas-mãe mais antigas dispunham de outras tecnologias leia os artigos para saber mais: barramento ISA, barramento EISA, barramento VESA.
O barramento AGP ou (Accelerated Graphics Port) é uma tecnologia de barramento usada principalmente por placas de vídeo. As placas AGP excedem um pouco em tamanho as placas PCI. A tecnologia AGP já está sendo substituída pelo barramento PCI Express. A tecnologia PCI Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais. Veja mais no artigo PCI Express.

Controladores

  • On-board: como o próprio nome diz, o componente on-board vem diretamente conectado aos circuitos da placa mãe, funcionando em sincronia e usando capacidade do processador e memória RAM quando se trata de vídeo, som, modem e rede. Tem como maior objetivo diminuir o preço das placas ou componentes mas, em caso de defeito o dispositivo não será recuperável, no caso de modem AMR, basta trocar a "placa" do modem AMR com defeito por outra funcionando, pois, este é colocado em um slot AMR na placa-mãe. São exemplos de circuitos on-board: vídeo, modem, som e rede.
  • Off-board: são os componentes ou circuitos que funcionam independentemente da placa mãe e por isso, são separados, tendo sua própria forma de trabalhar e não usando o processador, geralmente, quando vídeo, som, modem ou rede, o dispositivo é "ligado" a placa-mãe usando os slots de expansão para isso, têm um preço mais elevado que os dispositivos on-board, sendo quase que totalmente o contrário em todos os aspectos do tipo on-board, ou seja, praticamente todo o processamento é realizado pelo próprio chipset encontrado na placa do dispositivo.

Componentes

A placa-mãe pode variar conforme o modelo e fabricante, mas há componentes que se mantêm:

Referências

  1. Miller, Paul (2006-07-08). Apple sneaks new logic board into whining MacBook Pros. Engadget. Página visitada em 2013-10-02.
  2. Filipe Garrett. O que é placa-mãe e como funciona. TechTudo.com.br (Globo Comunicação e Participações S.A.). Página visitada em 09 de Novembro de 2013.
  3. Mini-ITX 2.0: a plataforma mini PC do futuro Acessado em 27 de Agosto de 2008.
  4. Golden Oldies: 1993 mainboards. Página visitada em 2007-06-27.

Placa-mãe

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Placa-mãe

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A placa mãe (do inglês: mainboard ou motherboard )é a parte do computador responsável por conectar e interligar todos os componentes do computador, ou seja, processador com memória RAM, disco rígido, placa gráfica, entre outros.1 Além de permitir o tráfego de informação, a placa também alimenta alguns periféricos com a energia elétrica que recebe da fonte do gabinete.2

Tipos de placas-mãe

AT

Placa-mãe com slot ISA (destaque)
AT é a sigla para Advanced Tecnology.Trata-se de um tipo de placa-mãe já antiga. Seu uso foi constante de 1983 até 1996. Um dos fatores 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 (flat cable, alimentação), dificultavam a circulação de ar, acarretando, em alguns casos danos permanentes à máquina devido ao super aquecimento. 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. 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. Posição dos slots de memória RAM e soquete de CPU sempre em uma mesma região na placa-mãe, mesmo quando placas de fabricantes diferentes. Nas placas AT são comuns os slots de memória SIMM ou SDRAM, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe.Embora cada um destes tenha de ser utilizado individualmente.

ATX

Ver artigo principal: ATX
Conectores PS/2
ATX é a sigla para "Advanced Technology Extended". Pelo nome, é possível notar que trata-se 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 melhorias em relação ao anterior. Atualmente a maioria dos 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-DIN 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
Conector de energia ATX (24 furos)
Placa-mãe ATX com slot AGP (destaque)
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. Nestas placas serão encontrados slots de memória SDRAM, Rambus, DDR, DDR2 ou DDR3, podendo vir com mais de um dos padrões na mesma placa-mãe. Geralmente os slots de expansão mais encontrados são os PCI, AGP, AMR/CNR e PCI-Express. As placas mais novas vêm com entrada na própria placa-mãe para padrões de disco rígido IDE, Serial ATA ou Serial ATA II. Gerenciamento de energia quando desligado o micro, suporta o uso do comando "shutdown", que permite o desligamento automático do micro sem o uso da chave de desligamento encontrada no gabinete. Se a placa mãe for alimentada por uma fonte com padrão ATX é possível ligar o computador utilizando um sinal externo como, por exemplo, uma chamada telefônica recebida pelo modem instalado.

BABY AT

Como o nome leva a deduzir,é uma versão de tamanho reduzido da placa-mãe padrão AT original. Essa redução foi possível com miniaturização de muitos componentes internos.
BTX é um formato de motherboards criado pela Intel e lançado em 2003 para substituir o formato ATX. O objetivo do BTX foi aperfeiçoar o desempenho do sistema e melhorar a ventilação interna. Atualmente, o desenvolvimento desse padrão está parado.

ITX

É um padrão de placa-mãe criado em outubro de 2001 pela VIA Technologies.3
Destinada a computadores altamente integrados e compactados, com a filosofia de oferecer não o computador mais rápido do mercado, mas sim o mais barato, já que na maioria das vezes as pessoas usam um computador para poder navegar na Internet e editar textos.
A intenção da placa ITX é ter tudo on-board, ou seja, vídeo, áudio, modem e rede integrados na placa-mãe.
Outra diferença dessa placa-mãe está em sua fonte de alimentação. Como possui menos periféricos, reduzindo assim o consumo de energia, sua fonte de alimentação pode ser fisicamente menor, possibilitando montar um computador mais compacto.

LPX

As placas padrão LPX possuem uma característica que as torna facilmente identificáveis: Possui uma placa "em pé" que se encaixa em uma conexão específica da placa principal. Nesta placa é encaixada as demais placas do computador. Formato de placas-mãe usado por alguns PCs "de marca" como por exemplo Compaq. Seu principal diferencial é não ter slots. Os slots estão localizados em uma placa a parte, também chamada "backplane", que é encaixada à placa-mãe através de um conector especial. Seu tamanho padrão é de 22 cm x 33 cm. Existe ainda um padrão menor, chamado Mini LPX, que mede 25,4 cm x 21,8 cm. Esse padrão foi criado para permitir PCs mais "finos", já que as placas de expansão em vez de ficarem perpendiculares à placa-mãe, como é o normal, ficam paralelas. Após o padrão de placas-mãe ATX ter sido lançado, uma versão do LPX baseada no ATX foi lançada, chamada NLX. Visualmente falando é fácil diferenciar uma placa-mãe LPX de uma NLX. No padrão LPX o conector para a placa de expansão (backplane) está localizado no centro da placa-mãe e este é um conector parecido com um slot (conector "fêmea"). Já no padrão NLX o conector para a placa de expansão está localizado em uma das laterais da placa, e é um contato de borda contendo 340 pinos, similar ao usado por placas de expansão (ou seja, é um conector "macho").

NLX

A placa-mãe NLX é muito recente e foi criada para microcomputadores que usam processadores Pentiun III e 4. Este design agrupa os melhores recursos do ATX e do LPX.4

Funcionamento

A placa-mãe realiza a interconexão das peças componentes dos microcomputadores. Assim, processador, memória, placa de vídeo, HD, teclado, mouse, etc. estão ligados diretamente à placa-mãe. Ela possui diversos componentes eletrônicos (circuitos integrados, capacitores, resistores, etc) e entradas especiais (slots) para que seja possível conectar os vários dispositivos. A manutenção é feita por pessoas treinadas, técnicos e engenheiros da área. Uma forma de remover algumas sujeiras e oxidação simples, que qualquer pessoa pode fazer é a lavagem com algo isopropílico. Mas, também se deve ter um conhecimento mínimo de montagem e manutenção de microcomputadores.

Componentes

Arquitetura de uma placa-mãe típica.
Vamos destacar os mais importantes componentes de uma placa mãe:
Conectores

Processador

Ver artigo principal: Processador
Processador AMD-AthlonXP 1700+
O processador fica encaixado no soquete devendo observar que uma placa-mãe não aceita qualquer tipo de processador, pois é desenvolvida para soquetes específicos. Cada tipo de processador tem características que o diferenciam de outros modelos, a quantidade de pinos, por exemplo, ou o barramento da ponte norte. Assim sendo, a placa-mãe deve ser desenvolvida para aceitar determinados processadores.

Memória RAM

Ver artigo principal: RAM
DDR400 de 1GB da Kingston
As placas-mãe mais antigas trabalhavam com tecnologia conhecida com SDR SDRAM e a DDR, atualmente o padrão mais usado é o DDR2, mas em breve se tornarão obsoletas, dando lugar as memórias DDR3.
Com relação à capacidade de instalação de memória RAM nas placas-mãe mais antigas chegavam a 32 MiB ou 64 MiB, entretanto hoje não é dificil achar micros com módulos de memória com 1 GiB ou 2 GiB, podendo chegar em algumas placas para servidor a 128 GiB (embora essas placas sejam muito raras, a possibilidade existe).

BIOS

Ver artigo principal: BIOS
Flash-ROM BIOS da American Megatrends 1992
BIOS (Basic Input Output System) é um tipo de chip (Flash-ROM) que contém um pequeno software responsável por controlar o uso dos dispositivos e mantém informações de data e hora. O BIOS trabalha junto com o POST (Power On Self Test), um software que testa os componentes do micro em busca de eventuais erros. Podemos alterar as configurações de hardware através do Setup, uma interface também presente na Flash-ROM.

Bateria

Bateria de Lítio CR2032 3V
A bateria interna do tipo Lítio(bateria de lítio) CR2032 tem a função de manter as informações da Flash-ROM (EEPROM) armazenadas enquanto o computador está desligado (somente em placas-mãe antigas, nas atuais sua principal função é manter o relógio interno funcionando). A bateria de lítio tem voltagem de três volts e é para manter funcionando sem atrasar o relógio e outros componentes como as informações gravadas na BIOS.

Chipset

Ver artigo principal: Chipset
Southbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E
Northbridge da placa-mãe ASUS P4P800-E
Chipset é um chip (ou conjunto de chips) responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída como o barramento de comunicação do processador, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe. Geralmente, é dividido em southbridge e northbridge.
  • O northbridge faz a comunicação do processador com as memórias, através do barramento de comunicação externa do processador, e com os barramentos de alta velocidade AGP e PCI Express. Como ele faz o trabalho mais pesado, geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu aquecimento elevado.
  • O southbridge geralmente é responsável pelo controle de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces IDE que ligam os HDs, os drives de CD-ROM, drives de DVD-ROM ao processador. Controlam também as interfaces Serial ATA. Geralmente cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som.

Slots de expansão

placa de rede 100Mbit tipo PCI da NIC
Foto do adaptador gráfico tipo PCI Express Gigabyte com um chipset NVIDIA (Geforce 6200TC)
Algumas tecnologias foram desenvolvidas para dar maior flexibilidade aos computadores pessoais uma vez que cada cliente pretende utiliza-lo para um fim específico.
O barramento PCI ou (Peripheral Component Interconnect) é uma tecnologia para conectar diferentes periféricos na Placa-mãe. Veja maiores detalhes no artigo Peripheral Component Interconnect.
As placas-mãe mais antigas dispunham de outras tecnologias leia os artigos para saber mais: barramento ISA, barramento EISA, barramento VESA.
O barramento AGP ou (Accelerated Graphics Port) é uma tecnologia de barramento usada principalmente por placas de vídeo. As placas AGP excedem um pouco em tamanho as placas PCI. A tecnologia AGP já está sendo substituída pelo barramento PCI Express. A tecnologia PCI Express conta com um recurso que permite o uso de uma ou mais conexões seriais. Veja mais no artigo PCI Express.

Controladores

  • On-board: como o próprio nome diz, o componente on-board vem diretamente conectado aos circuitos da placa mãe, funcionando em sincronia e usando capacidade do processador e memória RAM quando se trata de vídeo, som, modem e rede. Tem como maior objetivo diminuir o preço das placas ou componentes mas, em caso de defeito o dispositivo não será recuperável, no caso de modem AMR, basta trocar a "placa" do modem AMR com defeito por outra funcionando, pois, este é colocado em um slot AMR na placa-mãe. São exemplos de circuitos on-board: vídeo, modem, som e rede.
  • Off-board: são os componentes ou circuitos que funcionam independentemente da placa mãe e por isso, são separados, tendo sua própria forma de trabalhar e não usando o processador, geralmente, quando vídeo, som, modem ou rede, o dispositivo é "ligado" a placa-mãe usando os slots de expansão para isso, têm um preço mais elevado que os dispositivos on-board, sendo quase que totalmente o contrário em todos os aspectos do tipo on-board, ou seja, praticamente todo o processamento é realizado pelo próprio chipset encontrado na placa do dispositivo.

Componentes

A placa-mãe pode variar conforme o modelo e fabricante, mas há componentes que se mantêm:

Referências

  1. Miller, Paul (2006-07-08). Apple sneaks new logic board into whining MacBook Pros. Engadget. Página visitada em 2013-10-02.
  2. Filipe Garrett. O que é placa-mãe e como funciona. TechTudo.com.br (Globo Comunicação e Participações S.A.). Página visitada em 09 de Novembro de 2013.
  3. Mini-ITX 2.0: a plataforma mini PC do futuro Acessado em 27 de Agosto de 2008.
  4. Golden Oldies: 1993 mainboards. Página visitada em 2007-06-27.

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, , Postado por: Osvaldo
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