Factor de forma

Atendiendo a la estructura modular o a la arquitectura abierta, los fabricantes de motherboard deben atenerse a los estándares y normas de la industria del hardware. Además cuando surge un elemento nuevo como por ej.: el puerto USB, todos los fabricantes deben cumplir con las normas y características constructivas de este puerto para no quedar afuera del negocio del hardware.El factor de forma de las placas indica las dimensiones y tamaño de las placas, lo que se vincula con el gabinete especifico también establece la posición de los anclajes, la distribución de los componentes (Slot de expansión, ubicación de los bancos de memoria, del zócalo del microprocesador, etc.) los formatos obsoletos son el AT y el BABY AT, y los formatos en uso son el AT-X, MICRO AT-X y el AT-X FLEX.

AT-X FLEX

Baby AT

MICRO AT - X

AT

PUENTE NORTE (NORTH BRIDGE)

El puente norte se encarga de soportar al microprocesador en el manejo de los BUSES y la memoria. Justamente sirve de conexión entre el motherboard, el microprocesador y la memoria, por eso su nombre de puente.
Generalmente las innovaciones tecnológicas como el soporte de memoria DDR y el BUS FSV son soportados por este chip.
La tecnología de fabricación del Northbridge es muy avanzada y es comparable a la del propio microprocesador. Por ejemplo si deben cargarse del BUS frontal de alta velocidad deberá manejar frecuencias de 400 a 800 MHz. Por eso requiere llevar un disipador y en algunos casos un ventilador.

PUENTE SUR (SOUTHBRIDGE)

El puente sur es el segundo chip de importancia y controla los BUSES de E/S de datos para periféricos y también determina el tipo de soporte IDE, la cantidad de puertos USB y el BUS PCI. También controla los puertos SATA.
La conexión entre los puertos norte y sur se realizaba a través del BUS PCI, pero recientemente, los fabricantes de motherboard han empezado a usar BUSES especialmente dedicados que permiten una transferencia de datos directa y sin interferencia entre los 2 puentes. El problema es que la vieja conexión PCI tiene un ancho de banda de solo 133 Mbit/Seg y quedo insuficiente para la velocidad de los dispositivos actuales. Solamente teniendo en cuenta que los discos rígidos actuales rondan los 100 Mbit/Seg y si le agregamos las transferencias de las placas que están colocadas en los slots PCI y los puertos USB 2.0 vemos que el bus PCI se encuentra congestionado. Por ejemplo el chipset i810 de Intel incorporó un pequeño BUS de 8 bits (1Byte) para interconectar ambos puentes.

BUSES

Los BUSES constituyen físicamente pistas de cobre de los circuitos impresos que intercomunican eléctricamente los dispositivos montados sobre el motherboard (Microprocesador, memoria RAM, BIOS, Puertos, etc.). Los BUSES de un motherboard se pueden dividir en: BUS de datos, BUS de direcciones y BUS de control. 
El BUS de datos transporta los datos o instrucciones en forma de pulsos eléctricos desde y hacia el microprocesador. Dependiendo del sistema y del microprocesador este BUS tendrá una cantidad de líneas llamada ancho del BUS. Las primeras PC tenían BUSES de 8 Bits (8 líneas) y en la actualidad pueden llegar a 64 Bits. 
Los parámetros de los buses son:
Ancho (cantidad de bits (líneas) por la que circulan los datos): se mide en bits.
Velocidad máxima de transferencia: Se mide en Bits/Segundo (Bps)Frecuencia del Clock: Se mide en ciclos/segundo (Hz).
Cantidad máxima de dispositivos permitidos: Se mide en cantidad (ejemplo, el cable IDE soporta hasta 2 dispositivos, 1 en la punta y otra en el medio).

	Ancho de banda	Velocidad de transferencia	Frecuencia del clock	Cant. máxima de dispositivos
PCI	32 bits o 64 bits	133mb/s--32bits 266mb/s--64bits	33,33 Mhz	1 por slot
USB 1.1	1 Bit	12 Mb/s
USB 2.0	1 Bits	480 Mb/s
USB 3.0	2 Bits	4,8 Gb/s
ISA (x16)	16 Bits	16 Mb/s	8 MHz	1 por slot
IDE	16 Bits	166 Mb/s		2 por cable
SATA I	8 Bits	150 Mb/s	1500 MHz	1 por cable
SATA II	8 Bits	300 Mb/s	3000 MHz	1 por cable
SATA III	8 Bits	600 Mb/s	6000 MHz	1 por cable
PCI Express (x16)	16 Bits	4 Gb/s		1 por slot

El bus de direcciones determina cual es el origen y destino de los datos. Cada dispositivo y cada posición de memoria tiene una dirección dentro de lo que se llama el mapa de memoria. Las direcciones no se pueden repetir. Lo descripto anteriormente se refiere a los elementos que están efectivamente montados sobre la placa.El sistema puede componerse además por dispositivos que se conectan a la placa mediante zócalos o ranuras de expansión (slot) que también deben interconectarse. Entonces las placas de expansión que se conectan a estas ranuras se integran al sistema. Cada tipo de ranura de expansión se conecta a un bus particular con características propias. Por ej. Los slot PCI, PCI Express y AGP.

Bus PCI (Peripherical Component Interface)

El bus PCI posee un conector blanco de aproximadamente 8.5 cm de largo. Tiene una ranura para la correcta colocación de las placas. Fue desarrollado por Intel y luego adoptado por la industria. Actualmente en este slot se conectan placas de expansión como: placas de red, placas de audio, modem telefónico, sintonizadoras de tv, placas de adquisición de datos, placas de ampliación de puertos USB, etc.
Cantidad máxima de dispositivos: 10.
Ancho del bus: 32 o 64 bits (seleccionable).
Frecuencia del clock: 33mhz.
Velocidad de transferencia: 133mb/s _ 32bits
                                        266mb/s _ 64bits

Bus PCI Express

El bus PCI-e se comenzó a desarrollar entre los años 1999 y 2001. Durante su desarrollo tuvo varios nombres como: System I/O, Infinibaud, 3GIO, Araphade. Finalmente su desarrollo termino en manos de un grupo denominado PCI-SIG (Peripherical Component Interface – Special Interest Group) que es una organización sin fines de lucro que tiene como asociados a empresas fabricantes de hardware.
El bus PCI presenta mejores características de velocidad y flexibilidad, como son la transmisión en serie y el sistema de conexión punto a punto.

La transmisión en serie es una de las primeras interfaces de la PC que sigue presente en los motherboards actuales. La interfaz R2232 ha sido reemplazada por una superior como la USB. La transmisión de datos en el bus PCI-e justamente se realiza en serie, es decir, los datos van pasando bit a bit, uno detrás del otro, mientras que en las interfaces en paralelo, los datos viajan por varios cables a la vez, actualmente se privilegia el uso de interfaces en serie porque utilizan menos tensión, genera menos interferencias eléctricas y permitir alcanzar mayores sin perdidas de información, además son más simples y permiten un diseño más compacto.
La conexión punto a punto quiere decir que la comunicación entre un dispositivo y otro es directa, lo que permite total del ancho de banda puesto que cada dispositivo se comunicara con otro sin que nada interfiera en su camino, por ejemplo:
Dijimos que el puerto PCI estándar tiene todos los conectores conectados en paralelo por lo que comparten el ancho de banda del bus (133mb/s).
En el sistema PCI-e la conexión de los conectores de expansión con el chipset se realiza mediante un módulo muchas veces en un puente sur. Podemos comparar el bus PCI-e y el bus PCI haciendo una analogía con los concentradores de red; los puntos switch y hub. En un java los datos que quieren pasar de una maquina a otra deben pasar por todos los que estén en un puerto y otro hasta que encuentren el destino correcto, mientras que el switch tiene una “inteligencia” que le permite saber la dirección de cada máquina conectada y envía los datos directamente de una hacia la otra.
La conexión básica (x1) consta solamente de 4 cables, 2 para la transmisión de datos en un sentido y 2 para el otro. Cada uno de ellos trabaja a una frecuencia de 2ghz, lo que permite una transferencia de datos de 2ghz/s, lo que equivale a 256mb/s. Debemos considerar que esos 256mb/s se transmiten en un solo sentido y que contando el otro sentido alcanzamos los 512mb/s, que es una cifra media despreciable comparada con los 133mb/s del bus PCI.
Gracias a esta característica de contar simplemente con 4 cables es que ahora los diseños del motherboard son más sencillos y compactos, la ranura PCI-e x4 tiene 4 pares de conectores y la PCI-e x16 tiene 16 pares de conectores.

Bus frontal (Font Side Bus, FSB)

Antiguamente solo existía un bus de datos y el microprocesador accedía a la RAM y a la memoria cache a través de él. Para optimizar el desempeño Intel introdujo el DIB (dos buses independientes) que permite que el microprocesador acceda a la memoria cache a través del Back-side bus y a los datos a través del Front-side bus, regularmente la velocidad del microprocesador está determinada por la frecuencia, se determina aplicando un factor de multiplicación a la frecuencia del SSD, por ejemplo: si aplicamos un factor de multiplicación de 5 a 1 SSD que está trabajando a 100mhz, se obtiene una velocidad de procesamiento del procesador de 50mhz. Este procesamiento se conoce como overclocking, en algunos motherboards esto se hacía cambiando la posición de un puente (jumper) y hoy en día se hace desde el set up.

Motherboard

  El motherboard, también llamado placa principal (mainboard), es un circuito impreso que consiste en un material aislante (fibra de vidrio, Pertinax) sobre el cual se hallan los conductores de cobre que permiten la interconexión y la fijación de los diversos componentes electrónicos necesarios para el funcionamiento de la PC.

  Con la tecnología actual pueden producirse circuitos impresos con varias capas.

  Las PC nacieron con el concepto de arquitectura modular que quiere decir que cualquier fabricante puede producir sus partes, si respeta ciertas normas y estándares. Por lo tanto los motherboards también gozaron de la arquitectura modular, lo que posibilita no solo usar partes de diversos fabricantes, sino también efectuar mejoras (upgrades) que dejan la puerta abierta para que terceros produzcan partes que se puedan incorporar a las PC: placas de video, placas de sonido, placas sintonizadoras y capturadoras de TV, placas de red, etc. De esta manera surgieron los llamados clones de PC, sin marca específica, cuyos componentes proceden de diferentes fabricantes, algunos de ellos especializados en un tipo de componente.

Elementos de un motherboard

1) Conectores: Todos los motherboards con factor de forma ATX poseen un panel trasero con conectores, entre ellos se encuentran los siguientes: para mouse y teclado (tipo PS/2), puerto USB, conector paralelo (impresora), conector RJ-45 (red Ethernet), VGA, DVI, HDMI (video y sonido estéreo), puerto de audio (micrófono, línea, auriculares), puerto RS232.

2) Socket (zócalo del microprocesador): aquí se coloca el microprocesador, su forma y cantidad de pines, depende de la marca y modelo del microprocesador. En algunos casos, también posee los anclajes para el cooler  (disipador y ventilador).

3) Conectores  (slot para la memoria RAM): aquí se conectan los módulos de memorias RAM dinámica que reciben el mismo nombre que las memorias  (SIMM, DIMM, RIMM).

4)  Conectores IDE: estos conectores, se conectan los discos rígidos y las unidades de lectura y escritura de CD’s y DVD’s.  Permite conectar hasta 2 unidades por conector y están siendo reemplazados actualmente por conectores SATA.

5) Conectores SATA: son los usados actualmente en lugar de los IDE. Permiten velocidades de transferencia 4 veces más rápidas.

6) Conector de alimentación: mediante este conector, se suministran al motherboard  las diferentes tensiones de alimentación provenientes de la fuente.  Antiguamente, este conector era del tipo AT, hoy en día la norma es ATX.

Arriba conector AT

Arriba conector ATX

7) BIOS (Basic Input Output System): este  chip alberga el software básico del motherboard que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Entre otras cosas el BIOS, controla la forma en que el motherboard maneja la memoria, los discos duros y mantiene el reloj en hora. El BIOS contiene 2 tipos de memoria: una memoria ROM (Read Only Memory, es decir, de lectura solamente, actualmente de tipo “flash”) y una memoria RAM (Memoria de lectura y escritura) llamada Set Up, que es mantenida por una pila a la que se accede cuando la maquina arranca (apretando F2 o suprimir cuando inicia).

8) Chipset Northbridge: es un circuito integrado que se encarga del control del bus de datos y la memoria. En motheroboards antiguos también controlaba el bus AGP.

9) Conectores al gabinete: aquí se conectan los comandos e indicadores que se encuentran en el frente del gabinete: LED de encendido, Botón de encendido, Botón de reset, LED que indica el acceso a datos en el disco rígido, etc.

10) Chipset Southbridge: es la parte del chipset que se encarga de brindar conectividad. Controla los discos rígidos, el BUS PCI y los puertos USB.

11) Pila (Tipo CR2032): mantiene el SET UP.

12) Slot PCI: En esta ranura se conectan actualmente algunas placas como por ejemplo sintonizadoras de TV, capturadoras de video, puertos USB 2.0, y placas de adquisición de datos, etc.

13) Slot AGP: Antiguamente se conectaba en esta ranura la placa de video. Hoy en día está en desuso y se utiliza el slot PCI EXPRESS.