Placa-mãe - Motherboard

Uma placa-mãe (também chamada de placa-mãe , placa de circuito principal ou mobo ) é a placa de circuito impresso principal (PCB) em computadores de uso geral e outros sistemas expansíveis. Ele mantém e permite a comunicação entre muitos dos componentes eletrônicos cruciais de um sistema, como a unidade de processamento central (CPU) e a memória , e fornece conectores para outros periféricos . Ao contrário de um backplane , uma placa-mãe geralmente contém subsistemas significativos, como o processador central, a entrada / saída do chipset e controladores de memória, conectores de interface e outros componentes integrados para uso geral.

Placa-mãe significa especificamente um PCB com recursos de expansão. Como o nome sugere, esta placa é frequentemente referida como a "mãe" de todos os componentes conectados a ela, que geralmente incluem periféricos, placas de interface e placas- filha : placas de som , placas de vídeo , placas de rede , adaptadores de barramento de host , placas de sintonizador de TV , Cartões IEEE 1394 ; e uma variedade de outros componentes personalizados.

Placa-mãe do sistema Dell Precision T3600, usada em estações de trabalho CAD profissionais. Fabricado em 2012

Da mesma forma, o termo placa-mãe descreve um dispositivo com uma única placa e sem expansões ou recursos adicionais, como placas de controle em impressoras a laser, aparelhos de televisão, máquinas de lavar, telefones celulares e outros sistemas embutidos com capacidade de expansão limitada.

Placa-mãe para um computador pessoal de mesa; mostrando os componentes e interfaces típicos encontrados em uma placa-mãe. Este modelo segue o Baby AT (fator de forma) , usado em muitos PCs desktop.

História

Placa-mãe de um computador NeXTcube (1990) com microprocessador Motorola 68040 operado a 25 MHz e um processador de sinal digital Motorola 56001 a 25 MHz, que era diretamente acessível através de um conector na parte traseira do invólucro.

Antes da invenção do microprocessador , o computador digital consistia em várias placas de circuito impresso em uma caixa de cartão com componentes conectados por um painel traseiro , um conjunto de soquetes interconectados. Em designs muito antigos, os fios de cobre eram as conexões discretas entre os pinos do conector da placa, mas as placas de circuito impresso logo se tornaram a prática padrão. A unidade central de processamento (CPU), a memória e os periféricos foram alojados em placas de circuito impresso individualmente, que foram conectadas ao painel traseiro. O onipresente barramento S-100 da década de 1970 é um exemplo desse tipo de sistema de backplane.

Os computadores mais populares da década de 1980, como o Apple II e o IBM PC , publicaram diagramas esquemáticos e outras documentações que permitiam a rápida engenharia reversa e a substituição de placas-mãe de terceiros. Normalmente destinadas à construção de novos computadores compatíveis com os exemplares, muitas placas-mãe ofereciam desempenho adicional ou outros recursos e eram usadas para atualizar o equipamento original do fabricante.

Durante o final da década de 1980 e início da década de 1990, tornou-se econômico mover um número crescente de funções periféricas para a placa-mãe. No final da década de 1980, as placas-mãe de computadores pessoais começaram a incluir ICs únicos (também chamados de chips Super I / O ) capazes de suportar um conjunto de periféricos de baixa velocidade: teclado e mouse PS / 2 , unidade de disquete , portas seriais e portas paralelas . No final da década de 1990, muitas placas-mãe de computadores pessoais incluíam áudio, vídeo, armazenamento e funções de rede embutidos de nível consumidor, sem a necessidade de qualquer placa de expansão ; sistemas de ponta para jogos 3D e gráficos de computador normalmente retêm apenas a placa de vídeo como um componente separado. Os PCs, estações de trabalho e servidores de negócios eram mais propensos a precisar de placas de expansão, seja para funções mais robustas ou para velocidades mais altas; esses sistemas geralmente tinham menos componentes incorporados.

Os laptops e notebooks desenvolvidos na década de 1990 integraram os periféricos mais comuns. Isso incluía até placas-mãe sem componentes atualizáveis, uma tendência que continuaria com a introdução de sistemas menores após a virada do século (como o tablet e o netbook ). Memória, processadores, controladores de rede, fonte de alimentação e armazenamento seriam integrados em alguns sistemas.

Projeto

A placa-mãe Octek Jaguar V de 1993. Esta placa tem poucos periféricos integrados, como evidenciado pelos 6 slots fornecidos para placas ISA e a falta de outros conectores de interface externa embutidos. Observe que o grande conector de teclado AT na parte traseira direita é sua única interface periférica.
A placa-mãe de um Samsung Galaxy SII ; quase todas as funções do dispositivo são integradas em uma placa muito pequena

Uma placa-mãe fornece as conexões elétricas pelas quais os outros componentes do sistema se comunicam. Ao contrário de um backplane, ele também contém a unidade de processamento central e hospeda outros subsistemas e dispositivos.

Um computador desktop típico tem seu microprocessador , memória principal e outros componentes essenciais conectados à placa-mãe. Outros componentes, como armazenamento externo , controladores para exibição de vídeo e som e dispositivos periféricos podem ser conectados à placa-mãe como placas plug-in ou por meio de cabos; nos microcomputadores modernos, é cada vez mais comum integrar alguns desses periféricos na própria placa-mãe.

Um componente importante de uma placa-mãe é de suporte do microprocessador conjunto de chips , que fornece as interfaces de apoio entre a CPU e os vários autocarros e componentes externos. Este chipset determina, até certo ponto, os recursos e capacidades da placa-mãe.

As placas-mãe modernas incluem:

Além disso, quase todas as placas-mãe incluem lógica e conectores para suportar dispositivos de entrada comumente usados, como USB para dispositivos de mouse e teclados . Os primeiros computadores pessoais , como o Apple II ou IBM PC, incluíam apenas este suporte periférico mínimo na placa-mãe. Ocasionalmente, o hardware de interface de vídeo também foi integrado à placa-mãe; por exemplo, sobre o Apple II e raramente em computadores compatíveis com IBM, como o IBM PC Jr . Periféricos adicionais, como controladores de disco e portas seriais, foram fornecidos como placas de expansão.

Dado o alto poder de design térmico de CPUs e componentes de computador de alta velocidade, as placas-mãe modernas quase sempre incluem dissipadores de calor e pontos de montagem para ventiladores para dissipar o excesso de calor.

Fator de forma

As placas-mãe são produzidas em uma variedade de tamanhos e formatos chamados de fator de forma de computador , alguns dos quais são específicos para fabricantes de computadores individuais. No entanto, as placas-mãe usadas em sistemas compatíveis com IBM são projetadas para caber em vários tamanhos de caixa . A partir de 2005, a maioria das placas-mãe de computadores desktop usa o fator de forma padrão ATX - mesmo aqueles encontrados em computadores Macintosh e Sun , que não foram construídos a partir de componentes comuns . O fator de forma da placa-mãe e da unidade de fonte de alimentação (PSU) de um gabinete deve ser igual, embora algumas placas-mãe de fator de forma menor da mesma família possam caber em gabinetes maiores. Por exemplo, um gabinete ATX geralmente acomoda uma placa-mãe microATX . Os laptops geralmente usam placas-mãe altamente integradas, miniaturizadas e personalizadas. Esse é um dos motivos pelos quais os laptops são difíceis de atualizar e caros para consertar. Freqüentemente, a falha de um componente do laptop requer a substituição de toda a placa-mãe, que geralmente é mais cara do que uma placa-mãe de desktop

Soquetes de CPU

Um soquete de CPU (unidade de processamento central) ou slot é um componente elétrico que se conecta a uma placa de circuito impresso (PCB) e é projetado para hospedar uma CPU (também chamada de microprocessador). É um tipo especial de soquete de circuito integrado projetado para contagens de pinos muito altas. Um soquete de CPU fornece muitas funções, incluindo uma estrutura física para suportar a CPU, suporte para um dissipador de calor, facilitando a substituição (além de reduzir custos) e, o mais importante, formando uma interface elétrica tanto com a CPU quanto com a PCB. Os soquetes de CPU na placa-mãe podem ser encontrados com mais frequência na maioria dos computadores desktop e servidores (laptops geralmente usam CPUs de montagem em superfície), particularmente aqueles baseados na arquitetura Intel x86 . Um tipo de soquete de CPU e o chipset da placa-mãe devem oferecer suporte à série e velocidade da CPU.

Periféricos integrados

Diagrama de blocos de uma placa-mãe do início dos anos 2000, que suporta muitas funções periféricas on-board, bem como vários slots de expansão

Com o declínio constante dos custos e do tamanho dos circuitos integrados , agora é possível incluir suporte para muitos periféricos na placa-mãe. Ao combinar muitas funções em um PCB , o tamanho físico e o custo total do sistema podem ser reduzidos; placas-mãe altamente integradas são, portanto, especialmente populares em computadores de formato pequeno e de baixo custo.

Slots de cartão periférico

Uma placa-mãe típica terá um número diferente de conexões dependendo de seu padrão e formato .

Uma placa-mãe ATX padrão e moderna normalmente terá duas ou três conexões PCI-Express x16 para uma placa de vídeo, um ou dois slots PCI legados para várias placas de expansão e um ou dois PCI-E x1 (que substituiu o PCI ). Uma placa-mãe EATX padrão terá de duas a quatro conexões PCI-E x16 para placas gráficas e um número variável de slots PCI e PCI-E x1. Às vezes, ele também pode ter um slot PCI-E x4 (varia entre as marcas e modelos).

Algumas placas-mãe têm dois ou mais slots PCI-E x16, para permitir mais de 2 monitores sem hardware especial, ou usam uma tecnologia gráfica especial chamada SLI (para Nvidia ) e Crossfire (para AMD ). Isso permite que 2 a 4 placas gráficas sejam conectadas, para permitir melhor desempenho em tarefas intensivas de computação gráfica, como jogos, edição de vídeo, etc.

Em placas-mãe mais novas, os slots M.2 são para SSD e / ou controlador de interface de rede sem fio .

Temperatura e confiabilidade

A placa-mãe de um laptop série Vaio E (direita)
Uma placa-mãe microATX com alguns capacitores com defeito

As placas-mãe geralmente são resfriadas a ar com dissipadores de calor geralmente montados em chips maiores nas placas-mãe modernas. O resfriamento insuficiente ou incorreto pode causar danos aos componentes internos do computador ou fazer com que ele trave . O resfriamento passivo , ou um único ventilador montado na fonte de alimentação , era suficiente para muitas CPUs de computadores desktop até o final dos anos 1990; desde então, a maioria exigiu ventiladores de CPU montados e dissipadores de calor , devido ao aumento da velocidade do clock e do consumo de energia. A maioria das placas-mãe tem conectores para ventiladores de computador adicionais e sensores de temperatura integrados para detectar as temperaturas da placa-mãe e da CPU e conectores de ventilador controláveis ​​que o BIOS ou sistema operacional pode usar para regular a velocidade do ventilador. Como alternativa, os computadores podem usar um sistema de resfriamento de água em vez de muitos ventiladores.

Alguns computadores de fator de forma pequeno e PCs de home theater projetados para operação silenciosa e com baixo consumo de energia possuem designs sem ventilador. Isso normalmente requer o uso de uma CPU de baixo consumo de energia, bem como um layout cuidadoso da placa-mãe e de outros componentes para permitir a colocação do dissipador de calor.

Um estudo de 2003 descobriu que alguns travamentos espúrios de computador e problemas gerais de confiabilidade, variando de distorções na imagem da tela a erros de leitura / gravação de E / S , podem ser atribuídos não ao software ou hardware periférico, mas a capacitores antigos nas placas-mãe do PC. No final das contas, isso foi mostrado para ser o resultado de uma formulação eletrolítica defeituosa, um problema denominado praga do capacitor .

Placas-mãe modernas usam capacitores eletrolíticos para filtrar a energia CC distribuída pela placa. Esses capacitores envelhecem em uma taxa dependente da temperatura, à medida que seus eletrólitos à base de água evaporam lentamente. Isso pode levar à perda de capacitância e subsequente mau funcionamento da placa-mãe devido a instabilidades de tensão . Enquanto a maioria dos capacitores são avaliados para 2.000 horas de operação a 105 ° C (221 ° F), sua vida útil projetada aproximadamente dobra a cada 10 ° C (18 ° F) abaixo disso. A 65 ° C (149 ° F) pode-se esperar uma vida útil de 3 a 4 anos. No entanto, muitos fabricantes fornecem capacitores abaixo do padrão, o que reduz significativamente a expectativa de vida. O resfriamento inadequado do gabinete e as temperaturas elevadas ao redor do soquete da CPU agravam esse problema. Com os ventiladores de topo, os componentes da placa-mãe podem ser mantidos abaixo de 95 ° C (203 ° F), efetivamente dobrando a vida útil da placa-mãe.

Placas-mãe de gama média e alta, por outro lado, usam exclusivamente capacitores sólidos. Para cada 10 ° C a menos, sua vida útil média é multiplicada aproximadamente por três, resultando em uma expectativa de vida 6 vezes maior a 65 ° C (149 ° F). Esses capacitores podem ser classificados para 5.000, 10.000 ou 12.000 horas de operação a 105 ° C (221 ° F), estendendo a vida útil projetada em comparação com os capacitores sólidos padrão.

Em desktops e notebooks, as soluções de refrigeração e monitoramento da placa-mãe geralmente são baseadas em Super I / O ou Controlador incorporado .

Inicializando usando o Sistema Básico de Entrada / Saída

As placas-mãe contêm uma ROM (e posterior EPROM , EEPROM , flash NOR ) para inicializar dispositivos de hardware e carrega um sistema operacional do dispositivo periférico . Microcomputadores como o Apple II e o IBM PC usavam chips ROM montados em soquetes na placa-mãe. Na inicialização, a unidade de processador central carrega seu contador de programa com o endereço da ROM de inicialização e começa a executar as instruções da ROM de inicialização. Essas instruções inicializaram e testaram o hardware do sistema, exibiram informações do sistema na tela, executaram verificações de RAM e carregaram um sistema operacional de um dispositivo periférico. Se nenhum estivesse disponível, o computador executaria tarefas de outros armazenamentos de ROM ou exibia uma mensagem de erro, dependendo do modelo e do design do computador. Por exemplo, tanto o Apple II quanto o IBM PC original tinham Cassette BASIC (ROM BASIC) e o iniciariam se nenhum sistema operacional pudesse ser carregado do disquete ou disco rígido.

A maioria dos designs de placas-mãe modernas usa um BIOS , armazenado em um chip flash EEPROM ou NOR soldado ou encaixado na placa-mãe, para inicializar um sistema operacional . Quando o computador é ligado, o firmware do BIOS testa e configura a memória, os circuitos e os periféricos. Este teste automático de inicialização (POST) pode incluir o teste de algumas das seguintes coisas:

Muitas placas-mãe agora usam um sucessor do BIOS chamado UEFI . Ele se tornou popular depois que a Microsoft começou a exigir que um sistema fosse certificado para rodar o Windows 8 .

Veja também

Referências

links externos