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Tarjetas Madre
Daniel Rojas
UTN
Thursday, May 22, 14
Historia
Una de las primeras tarjetas madre fue desarrollada en
los 80s para la PC de IBM.
IBM liberó los diseños y la forma de comunicarse con
el BIOS a manera de estándares abiertos.
El plan era mantener el diseño del BIOS cerrado.
El plan falló cuando los competidores aplicaron
ingeniería inversa al BIOS.
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Historia
El conocimiento sobre el BIOS abrió el mercado para
los clones de IBM.
Muchos de los diseños originales son responsables del
diseño actual de la Tarjeta Madre.
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BackPlane
Antes de las Tarjetas Madres se utilizaba el concepto
de Back Plane.
Se considera un grupo de conectores en paralelo, de
tal forma que forma un bus.
Se utiliza como un backbone para unir varios circuitos
impresos.
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BackPlane
La computadora Altair 8800 utilizaba un backplane
para comunicar el procesador con tarjetas de
expansión.
La principal diferencia con una tarjeta madre es que
carece de procesamiento propio y elementos de
almacenamiento.
La otra alternativa a Back planes era cablear las
tarjetas.
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BackPlanes
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Historia
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Primera PC IBM (5150)
Se lanzó al público el 12 de Agosto de 1981 en el Hotel Waldorf
Astoria de Nueva York.
Se podía escoger entre un monitor monocromático o CGA (16
colores).
Podía tener una unidad de cassette y hasta dos unidades de 5
1/4.
Con un adaptador adicional se podía tener un disco de 10 MB.
Costaba entre $3000 y $7500.
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Primera PC IBM (5150)
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Primera PC IBM (5150)
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Primera PC IBM (5150)
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Definición
Se le puede considerar el circuito impreso (PCB)
principal de una computadora o equipo similar.
En ella van ubicados el procesador, la memoria y la
conexión con periféricos por mencionar algunos.
A diferencia de un BackPlane, en la tarjeta madre se
ubica el procesador y otros componentes.
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Definición
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Estructura y Componentes
Conexiones de Circuitos
Tipos de Bus
Reloj
Otros Componentes
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Conexiones de Circuitos
Además del procesador existen muchos circuitos
necesarios para que una computadora funcione.
Una forma común de conectar estos circuitos es a
través de cables, debido a sus limitaciones sería
imposible conectar los circuitos de una computadora a
través de cables.
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Conexiones de Circuitos
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Conexiones de Circuitos
La solución es utilizar un circuito impreso (PCB).
La mayoría de los equipos electrónicos de consumo
masivo tienen un circuito impreso.
Sostienen los componentes en un lugar determinado y
brindan conexiones eléctricas a los componentes.
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Conexiones de Circuitos
Un circuito impreso normalmente tiene tres componentes:
Componentes: Son los componentes electrónicos que se
desean conectar mediante el circuito.
Rastros: Son las líneas que conectan los componentes. Son los
“cables”.
Vias: Los rastros son bidimensionales. ¿Cómo hacer que un
rastro salte sobre otro? Vias son pequeños orificios que
atraviesan la tarjeta. Permiten convertir a los rastros en
tridimensionales.
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Conexiones de Circuitos
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Conexiones de Circuitos
Los circuitos impresos pueden tener varias capas.
Algunas tienen una o dos, el frente el reverso y la
tarjeta en si.
Se pueden encontrar circuitos de inclusive 16 capas.
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Conexiones de Circuitos
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Tipos de Bus
Un bus es un sistema que transfiere datos entre dos
componentes de una computadora.
Las computadoras actuales normalmente utilizan las
arquitecturas de bus Northbridge y Southbridge.
Nothbridge normalmente maneja la comunicación entre
el CPU, la memoria y algunas ranuras de expansión.
Southbridge maneja la comunicación entre los puertos
Serial, USB y los controladores de disco duro.
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Tipos de Bus
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Tipos de Bus
El bus frontal conecta el CPU con otros componentes de la tarjeta
madre (memoria, BIOS, ranuras de expansión...)
El bus frontal controla:
Frecuencia del CPU: El bus frontal opera a una frecuencia
menor al CPU. La señal de reloj del bus frontal pasa por un
multiplicador de frecuencia antes de entrar al CPU.
Frecuencia de la Memoria: El bus frontal también controla el
reloj de la memoria.
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Buses de expansión
ISA (Industry Standard Architecture):
Este bus se implementó en la 5051. Diseñado en
8 bits. Con una transmisión de datos de 4.77
MHZ.
Posteriormente se utilizó con 16 bit a 8 MHZ.
Un problema era que necesitaba configurar
manualmente las tarjetas mediante jumpers.
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Buses de expansión
MCA (Micro Channel Architecture):
Se diseñó para funcionar a 32 bits. De igual forma
era retrocompatible a 16 bits.
Funcionaba a 10 Mhz.
Permitía a las tarjetas comunicarse entre sí, sin pasar
por el procesador.
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Buses de expansión
EISA (Enhanced Industry Standard):
Fue la respuesta de los competidores a MCA.
Funcionaba a 32 bit.
Permitía compatibilidad con las tarjetas ISA.
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Buses de expansión
PCI (Peripheral Component Interconnect):
Desarrollado por Intel.
Introdujo el concepto de Plug and Play.
El software es el que realiza la configuración.
Permitía dispositivos a 32 bit y 64 bit.
Funcionaba a 33.33 Mhz.
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Buses de expansión
AGP (Accelerated Graphics Port):
Desarrollado por Intel.
Nació del problema que las tarjetas PCI no
soportaban la velocidad requerida para las tarjetas
gráficas.
Funcionaba en 32 bit con un reloj de 66 Mhz.
Permitía hasta 254 MB/sec, sin embargo nuevas
versiones permiten 1018 MB/sec.
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Buses de expansión
PCI Express:
Utiliza comunicación serial.
Diseñada en 32 bits.
Puede alcanzar velocidades de 31.51 GB/s
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Reloj de Sistema
Permite sincronizar las acciones de los circuitos.
Permite realizar operaciones al mismo tiempo
consistentemente.
La mayoría de tarjetas madre generan el reloj utilizando
un oscilador de cristal. Normalmente con quarzo.
El quarzo tienen una propiedad conocida como
piezoeléctricidad.
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Oscilador de Quarzo
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Otros Componentes
IDE (Integrated Drive Electronics):
Es un conector que se utiliza para los discos duros,
CD, DVD y otros medios de almacenamiento.
Se han dado algunas mejoras como EIDE y ATA.
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Otros Componentes
Cableado:
Los conectores ATA (también PATA) conectan los dispositivos
con cables de 40 pines.
Cada cable va de la tarjeta madre hasta el dispositivo, en
configuraciones maestro esclavo.
De los 40 pines, 16 transmiten datos.
Actualmente presentan problemas de ruido, distancia y
circulación de aire.
Están siendo reemplazados por cables de 80 pines.
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Otros Componentes
SATA:
Se diferencia de ATA por utilizar transmisión Serial.
Permite velocidades de hasta 6.0 Gbits/s.
Permite hot-swapping.
Reduce la cantidad de pines del cable a 7.
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Otros componentes
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Tipos de Tarjetas Madres
ATX
Micro ATX
Flex ATX
WTX
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ATX
Advanced Technology Extended
Desarrollada en 1995 por Intel
Se rotó 90 grados el CPU y la memoria, para mejor
aprovechamiento del espacio.
No incluye soporte para I/O (serial, paralelo...), estos
conectores van directo a la tarjeta madre.
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ATX
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Micro ATX
Desarrollada en 1997
Retrocompatible con ATX
Reduce en uno los puertos PCI
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Flex ATX
Desarrollada en 1999
Especificación desarrollada por Intel
La mayor modifación se dio en el tamaño
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WTX
Workstation Technology Extended
Desarrollada para servidores y workstations
Uno de los cambios más importantes fue mejorar el
flujo de aire para soportar procesadores de mayor
rendimiento
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Comparación en Tamaño
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Tarjetas Madre para
Servidores
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Tarjetas Madre para
Servidores
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