Hola comunidad!
Les traigo esta interesante historia de las computadoras y una detallada información sobre ellas.
Toda esta información esta dividida en 10 partes debido a la extensión, dado que cada post puede contener 65.000 caracteres.
Parte 1:
Espero que lo disfruten.
Historia y manual de computadoras (Parte 2)
MOTHERBOARD
Que es el motherboard?
El Motherboard es el elemento principal de la PC. Si decimos que el procesador es el cerebro. El Motherboard es la espina dorsal, donde están conectados todos los demás elementos de Hardware, es el componente más crítico de una computadora. De ella dependen todos los demás componentes y, por lo tanto, el rendimiento global. En muchas ocasiones los usuarios tienden a descuidar este dispositivo en el momento de selección de componentes.
Físicamente, se trata de una "oblea" de material sintético, sobre la cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos que se encuentran anclados sobre ella; de esta manera un motherboard puede tener hasta siete capas entre “obleas y circuito impreso”.
La placa base, placa madre o tarjeta madre (en inglés motherboard, mainboard) sirve como medio de conexión entre: El microprocesador, circuitos electrónicos de soporte, ranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y ranuras especiales (slots) que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales. Estas tarjetas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc.
Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de:
Conexión física.
Administración, control y distribución de energía eléctrica.
Comunicación de datos.
Temporización.
Sincronismo.
Control y monitoreo.
Para que la placa base cumpla con su cometido lleva instalado un software muy básico denominado BIOS.
Arquitectura Abierta:
El motherboard es mucho más importante de lo que parece; Hoy en día con el concepto de arquitectura abierta es posible incorporar o intercambiar partes de la PC luego de su compra o armado, actualizar el equipo, de esta manera distintos fabricantes pueden producir partes para incorporar en la PC. Recordemos que las primeras PC traían sus componentes soldados a la Placa Madre lo cual dificultaba su cambio.
Por lo tanto gracias a estas características uno puede seleccionar los componentes de la PC de acuerdo al uso del equipo o rendimiento que se necesite, luego actualizarlo o cambiar algún componente dañado.
Componentes Integrados (onboard)
Este concepto se creo con la idea de abaratar el costo de los equipos, una generación de PC salió al mercado con motherboards que además de sus componentes habituales que a continuación veremos incluían en la misma placa de fábrica video, sonido, modem y red. De esta manera un motherboard bajaba el costo final ya que uno se olvida de la compra del resto de los componentes habituales. En su contra podemos decir que estos componentes son de calidad media lo cual limita las prestaciones de la PC, también se ve reducido en espacio físico al incorporar estos integrados y conectores adicionales para los que los fabricantes eliminaron zócalos de expansión, esto limita el concepto de arquitectura modular o el intercambio de partes.
El Diseño
El formato de la placa esta sujeta a un estándar de fabricación que se debe respetar para la fácil instalación en el gabinete y su sujeción, referente a su forma rectangular y orificios de soporte. Así como su compatibilidad a los componentes tanto internos como externos por ejemplo zócalos de expansión PCI Express para las nuevas placas de video o conectores USB para una cámara digital o impresora entre otras; este formato es fundamental para la compatibilidad con todo el hardware del mercado, así también determinados componentes requieren un diseño único partiendo por ejemplo el zócalo del microprocesador que cada modelo del mercado tiene su propio socket.
En la siguiente tabla vemos tamaños y nombres:
XT (8.5 × 11" or 216 × 279 mm)
AT (12 × 11"–13" o 305 × 279–330 mm)
Baby-AT (8.5" × 10"–13" o 216 mm × 254-330 mm)
ATX (Intel 1996; 12" × 9.6" o 305 mm × 244 mm)
EATX (12" × 13" o 305mm × 330 mm)
Mini-ATX (11.2" × 8.2" o 284 mm × 208 mm)
microATX (1996; 9.6" × 9.6" o 244 mm × 244 mm)
LPX (9" × 11"–13" o 229 mm × 279–330 mm)
Mini-LPX (8"–9" × 10"–11" o 203–229 mm × 254–279 mm)
NLX (Intel 1999; 8"–9" × 10"-13.6" o 203–229 mm × 254–345 mm)
FlexATX (Intel 1999; 9.6" × 9.6" o 244 × 244 mm max.)
Mini-ITX (VIA Technologies 2003; 6.7" × 6.7" o 170 mm × 170 mm max.; 100W max.)
Nano-ITX (VIA Technologies 2004; 120 mm × 120 mm max.)
BTX (Intel 2004; 12.8" × 10.5" o 325 mm × 267 mm max.)
MicroBTX (Intel 2004; 10.4" × 10.5" o 264 mm × 267 mm max.)
PicoBTX (Intel 2004; 8.0" × 10.5" o 203 mm × 267 mm max.)
WTX (Intel 1998; 14" × 16.75" o 355.6 mm × 425.4 mm)
ETX y PC/104, utilizados en sistemas especiales.
Placas ATX:
El formato ATX (siglas de Advanced Technology Extended') es presentado por Intel en 1995. Con un tamaño de 12 pulgadas de ancho por 9,6 pulgadas de profundo, este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes que perjudicaron a la ya mencionada placa. Los puertos más habituales (impresora Centronics, RS-232 en formato DB-9, la toma de joystick/midi y de tarjeta de sonido, los puertos USB y RJ-45 (para red a 100) y en algunos casos incluso la salida de monitor VGA, se agrupan en el lado opuesto a los slots de ampliación. El puerto DIN 5 de teclado es sustituido por las tomas PS/2 de teclado y mouse (llamadas así por introducirlas IBM en su gama de ordenadores PS/2 y rápidamente adoptada por todos los grandes fabricantes) y situados en el mismo bloque. Todo esto conlleva el que muchas tarjetas necesarias se integren en la placa madre, abaratando costos y mejorando la ventilación. Inmediatamente detrás se sitúa el zócalo o slot de procesador y las fijaciones del ventilador (que al estar más próxima a la fuente de alimentación y su ventilador, actúa más eficientemente), justo al lado de la nueva conexión de fuente de alimentación (que elimina el quemado accidental de la placa). Tras él vienen los slots de memoria RAM y justo detrás los conectores de las controladoras IDE, SCSI (principalmente en servidores y placas de gama alta) y de controladora de disquete, justo al lado de las bahías de disco de la caja (lo que reduce los cables).
La nueva fuente, además del interruptor físico de corriente como en la AT, tiene un modo de apagado similar al de los electrodomésticos de consumo, alimentado a la placa con una pequeña corriente que permite que responda a eventos (como una señal por la red o un mando a distancia) encendiéndose o, si se ha habilitado el modo de hibernado heredado de las portátiles, restablecer el trabajo en el punto donde se dejó.
Cabe mencionar la versión reducida de este formato, las placas mini ATX.
Micro ATX:
El formato microATX (también conocida como µATX) es un formato de placa base pequeño con un tamaño máximo de 9,6 x 9,6 pulgadas (244 mm x 244 mm) empleada principalmente en cajas tipo cubo y SFF. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 o 2 slots PCI y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia (para permitir conectar unidades externas de disco duro y regrabadoras de DVD).
Placa LPX:
Basada en un diseño de Western Digital, permite el uso de cajas más pequeñas en una placa ATX situando los slots de expansión en una placa especial llamada riser card (una placa de expansión en sí misma, situada en un lateral de la placa base). Este diseño sitúa a las placas de ampliación en paralelo con la placa madre en lugar de en perpendicular. Generalmente es usado sólo por grandes ensambladores como IBM, Compaq, HP o Dell, principalmente en sus equipos SFF (Small Form Format o cajas de formato pequeño). Por eso no suelen tener más de 3 slots cada uno.
Componentes del motherboard:
Como podemos apreciar en las distintas imágenes, cada Placa tiene un diseño especial, el cual se asemeja a otras pero nunca es el mismo. Cada fabricante decide que componentes utilizar para lograr la máxima compatibilidad y rendimiento con la tecnología del momento. Esta relación se ve reflejada directamente en el precio final de la Placa.
El Chipset:
El Circuito Integrado Auxiliar o Chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. Chipset traducido literalmente del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de las PCs IBM.
Antiguamente estas funciones eran relativamente sencillas de realizar y el chipset apenas influía en el rendimiento del ordenador, por lo que el chipset era el último elemento al que se concedía importancia a la hora de comprar una placa base, si es que alguien se molestaba siquiera en informarse sobre la naturaleza del mismo. Pero los nuevos y muy complejos micros, junto con un muy amplio abanico de tecnologías en materia de memorias, caché y periféricos que aparecen y desaparecen casi de mes en mes, han hecho que la importancia del chipset crezca enormemente.
Entonces el "chipset" es el conjunto de chips que se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB...
En los procesadores habituales el chipset está formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:
El puente norte se usa como puente de enlace entre dicho procesador y la memoria. El NorthBridge controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP, y las comunicaciones con el SouthBrigde.
El SouthBridge controla los dispositivos asociados como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. El puente sur es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
Este término fue usado frecuentemente en los años 70 y 90 para designar los circuitos integrados encargados de las tareas gráficas de los ordenadores domésticos de la época: el Commodore Amiga y el Atari ST. Ambos ordenadores tenían un procesador principal, pero gran cantidad de sus funciones gráficas y de sonido estaban incluidas en coprocesadores separados que funcionaban en paralelo al procesador principal.
Cierto libro compara al Chipset con la médula espinal: una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo lo de abajo no sirve para nada.
El Northbridge ("puente norte" en inglés) es el chip más importante del conjunto de chips (Chipset) que constituye el corazón de la placa madre. Recibe el nombre por situarse en la parte superior de las placas madres con formato ATX y por tanto no es un término utilizado antes de la aparición de este formato para ordenadores de sobremesa.
Chip integrado es el conjunto de la placa base que controla las funciones de acceso desde y hasta microprocesador, AGP, memoria RAM y Southbridge. Su función principal es la de controlar el funcionamiento del bus del procesador, la memoria y el puerto AGP. De esa forma, sirve de conexión (de ahí su denominación de "puente" entre la placa madre y los principales componentes de la PC: microprocesador, memoria RAM y tarjeta de vídeo AGP. Generalmente, las grandes innovaciones tecnológicas, como el soporte de memoria DDR o nuevos FSB, se implementan en este chip. Es decir, el soporte que tenga una placa madre para determinado tipo de microprocesadores, memorias RAM o placas AGP estará limitado por las capacidades del Northbridge de que disponga.
La tecnología de fabricación de un Northbridge es muy avanzada, y su complejidad, comparable a la de un microprocesador moderno. Por ejemplo, en un Chipset, el Northbridge debe encargarse de sostener el bus frontal de alta velocidad que lo conecta con el procesador. Si pensamos en el bus de 400 MHZ utilizado por ejemplo en el último Athlon XP, y el de 800 MHZ del Intel Prescott, nos damos cuenta de que es una tarea bastante exigente. Debido a esto, la mayoría de los fabricantes de placas madres colocan un enfriador encima del Northbridge para mantenerlo bien refrigerado.
Antiguamente, el Northbridge estaba compuesto por tres controladores principales: memoria RAM, puerto AGP y bus PCI. Hoy en día, el controlador PCI se inserta directamente en el Southbridge ("puente sur", y en algunas arquitecturas más nuevas el controlador de memoria se encuentra integrado en el procesador; este es el caso de los Athlon 64.
Los Northbridges tienen un bus de datos de 64 bit en la arquitectura X86 y funcionan en frecuencias que van desde los 66Mhz de las primeras placas que lo integraban en 1998 hasta 1Ghz de los modelos actuales de SiS para procesadores [AMD64].
El puente sur o Southbridge es un chip (generalmente formado por un conjunto de circuitos integrados) que forma parte del chipset y de la placa madre.
Su función principal es comunicar todos los dispositivos de entrada/salida de un ordenador tales como disco duro, teclado, puerto USB, Firewire, LAN o todos aquellos dispositivos conectados al bus PCI.
El Southbridge es la segunda parte del conjunto del chipset (Northbridge – Southbridge) y se comunica con el microprocesador mediante el NorthBridge. Este último realiza las labores de interconexión con el bus AGP, la memoria RAM y el citado SouthBrigde.
En los últimos modelos de placas el Southbridge acapara cada vez mayor número de dispositivos a conectar y comunicar por lo que fabricantes como AMD o VIA han desarrollado tecnologías como HyperTransport o V-Link respectivamente para evitar el efecto cuello de botella en el transporte de datos entre dispositivos.
A continuación veremos una serie de ejemplos de diagramas de Chipsets:
Zócalos de expansión (slots):
Ranura dentro de un ordenador o computadora diseñada para contener tarjetas de expansión y conectarlas al bus del sistema (Bus de datos). La mayoría de los equipos informáticos personales tiene entre 3 y 8 zócalos de expansión (en inglés, slots). Los zócalos ofrecen un medio para añadir características nuevas o mejoradas al sistema, así como también memoria.
Ranura, en español. Se trata de cada uno de los alojamientos que tiene la placa madre en los que se insertan las tarjetas de expansión.
Todas estas ranuras están conectadas entre sí y un ordenador personal tiene generalmente ocho, aunque puede llegar a doce.
1) Isa Simple.
2) Isa Doble.
3) VESA.
4) PCI.
5) AGP.
6) CNR o AMR.
7) PCI-E
El Bus de Expansión ISA:
Éste Bus se identifica en una motherboard, porque a sus líneas están conectados por soldadura, varios zócalos conectores (Slots) de color negro, donde pueden insertarse plaquetas de interfaces de periféricos. La función del Bus ISA, es permitir la comunicación entre la porción central, ubicada en la plaqueta principal, y los registros ports de dichas interfaces.
Los zócalos vinculados al bus, permiten expandir el número de periféricos de una PC, de donde resulta también su denominación de Bus de Expansión, habiendo sido creado por IBM para las primeras PC, de donde resulta también su denominación de "I/O Channell". Si bien IBM nunca publicó las normas mecánicas y eléctricas que debían cumplir los conectores, y el tipo de señal a transmitir por cada línea del Bus, éste se convirtió en un Standard de hecho, conocido como Industry Estándar Architecture (ISA), siendo otras denominaciones: Bus AT, Bus del Sistema, Bus Convencional, Bus de E/S e IBM PC Bus.
Los fabricantes de motherboards incorporaron el Bus ISA masivamente, y los proveedores de plaquetas interfaces también adecuaron las mismas para ser compatibles con los conectores de los zócalos de éste bus. De éste modo surgió una "Arquitectura Abierta", flexible, a la cual podrían conectarse periféricos de distintos fabricantes, con tal de que se proveyera la plaqueta Interfase que cumpla con el estándar ISA. Esto, sin duda, fue uno de los factores que contribuyó a abaratar los precios de los periféricos y plaquetas, lo cual a su vez, provocó ventas masivas de PC, desarrollando las bases de la revolución informática actual. El Bus ISA sigue formando parte de más del 90% de las PC corrientes.
Cabe aclarar que en el Bus ISA, cuando se inserta una plaqueta nueva, se deben elegir las opciones para los parámetros siguientes: las direcciones que tendrán los registros que los componen, el número de identificación para solicitar interrupción, y otras señales, mediante llaves o puentes llamados "jumpers", cuya posición indican los fabricantes.
VESA Local Bus (VLB)
En 1992, los fabricantes reunidos en la Video Electronics Standard Association (VESA), establecieron el estándar VESA VL, con especificaciones para la implementación del bus, señales eléctricas, y diseño constructivo de los zócalos conectores de éste bus.
Éstos se parecen a los conectores del Bus MCA de IBM, son de color marrón, tienen cincuenta y seis contactos por lado, y están dispuestos cerca de la CPU alineados con los zócalos del Bus ISA. Acorde a los estándares actuales, su número máximo es de tres. Único con el zócalo Isa en conjunto lograba un mejor desempeño en velocidad de datos. Poco tiempo después se lo reemplazo definitivamente por el Zócalo PCI.
PCI Local Bus
En 1992, la compañía Intel lideró la creación de un grupo que integraba fabricantes de hardware para la industria de la PC. El Peripherial Component Interconnect (PCI) Bus, es otra forma de acceder al Bus Local desarrollado para el Pentium, después de que el Bus VESA dominara el mercado de las 486. Es apto para PC y otros tipos de computadoras.
A diferencia del VESA, el bus se acopla al bus local a través de un chip controlador especial, y está pensado para soportar en sus zócalos (color blanco, de 124 conectores para 32 bits), además de las interfaces de video, disco rígido y red local, las plaquetas para multimedia, audio, video y otras.
El PCI funciona a 33 Mhz, con 32 y 64 líneas de datos transfieren hasta un máximo de 132 MB/Seg. Y 264 MB/Seg., respectivamente como el Bus VESA (32 bits solamente). Las plaquetas que se insertan en los zócalos PCI se autoconfiguran (Plug and Play), o pueden ser configuradas por el sistema, al igual que los Buses MCA, EISA y otros. Esto es que los circuitos están preparados para elegir automáticamente, las direcciones que tendrán los registros que los componen, el número de identificación para solicitar interrupción y otras señales de modo que no exista incompatibilidad con otras plaquetas conectadas.
La interfaz PCI
PCI ("Peripheral Component Interconnect" es básicamente una especificación para la interconexión de componentes en ordenadores. Ha dado lugar a un bus PCI, denominado también Mezzanine, en español entresuelo, porque funciona como una especie de nivel añadido al bus ISA/EISA tradicional de la placa madre. Es un bus de 32 bits que funciona a 5 V, 33 MHz, con una velocidad de transferencia inicial de 133 Mb/s (Megabits por segundo).
Aunque seguiremos llamándolo "bus PCI", en realidad no es un bus local; por esto, ocupa un lugar intermedio (de ahí el nombre mezzanine) entre el bus del procesador / memoria / cache y el bus estándar ISA. El bus PCI se encuentra separado del bus local mediante un controlador que hace de pasarela. Cuando la CPU escribe datos en los periféricos PCI (por ejemplo un disco duro), el controlador PCI los almacena en su buffer. Esto permite que la CPU atienda la próxima operación en vez de tener que esperar a que se complete la transacción. A continuación el buffer envía los datos al periférico de la forma más eficiente posible.
Ha sido diseñado pensando en sistemas de máximas prestaciones e incluye todas las funcionalidades y características de los diseños más modernos (soporte para multiprocesador, transferencia a ráfagas -burst mode-, etc.). Presenta características que no eran usuales en los sistemas de bus anteriores, por ejemplo:
Configuración por software (sin jumpers): PCI se creó pensando en el estándar PnP ("Plug and Play", por lo que los dispositivos PCI pueden ser configurados exclusivamente mediante software (aunque algunos fabricantes rompen la norma). Cada dispositivo PCI debe estar diseñado para solicitar de forma inequívoca los recursos que necesita (Zona de memoria mapeada, direcciones E/S, canales DMA, Interrupciones, etc.).
Identificación: Los dispositivos PCI deben identificarse a sí mismos señalando su fabricante, modelo, número de serie y código de clase. Los códigos de fabricante son administrados por una autoridad central, el PCI SIG. El código de clase proporciona un método de identificación, de modo que el controlador genérico del S.O. disponga de cierta información básica sobre el dispositivo PCI conectado, e incluso en ausencia de un controlador específico, proporcionar algún control básico del dispositivo.
Diseño flexible: En cualquier momento pueden añadirse nuevos códigos de fabricante o de clase. De hecho, la especificación ya ha realizado muchas mejoras y extensiones. Por ejemplo, el bus AGP ("Advanced Graphics Port" H2.2) es una extensión reciente de la especificación PCI; también el conector SmallPCI, el soporte para 64bits y las versiones de 3.3 V.
Independencia: PCI no está ligada a ninguna plataforma particular; puede ser implementada virtualmente en cualquiera, además de la conocida arquitectura IBM-PC/x86. De hecho, ha sido adoptado por muchos fabricantes de otras arquitecturas, por ejemplo Apple y SUN.
Variantes convencionales de PCI:
PCI 2.2 para utilizarlo internamente en las portátiles.
Cardbus es un formato PCMCIA de 32 bits, 33 MHz PCI.
Compact PCI, utiliza módulos de tamaño Eurocard conectado en una placa PCI.
PCI 2.2 funciona a 66 MHz (requiere 3.3 voltios en las señales) (índice de transferencia máximo de 503 MB/s (533MB/s).
PCI 2.3 permite el uso de 3.3 voltios y señalizador universal pero no soporta los 5 voltios en las tarjetas.
PCI 3.0 es el estándar final oficial del bus, con el soporte de 5 voltios completamente removido.
PCI-X cambia el protocolo levemente y aumenta la transferencia de datos a 133 MHz (índice de transferencia máximo de 1014 MB/s).
PCI-X 2.0 especifica un ratio de 266 MHz (índice de transferencia máximo de 2035 MB/s) y también de 533 MHz, expande el espacio de configuración a 4096 bytes, añade una variante de bus de 16 bits y utiliza señales de 1.5 voltios.
Mini PCI es un nuevo formato.
PC/104-plus es un bus industrial que utiliza las señales PCI con diferentes conectores.
Advanced Telecomunications Computing Architecture (ATCA o AdvancedTCA) es la siguiente generación de buses para la industria de las telecomunicaciones.
Esta diferencia en prestaciones del PCI lleva a que muchos fabricantes cambien el color tradicionalmente blanco, por otros.
AMR Bus
AMR del inglés Audio Modem Riser. Es una ranura de expansión en la placa madre para dispositivos de audio como tarjetas de sonido o modems, lanzada en 1998, cuenta con 16 pines y es parte del estándar de audio AC97 aun vigente en nuestros días, generalmente utilizados en Motherboards de tipo Genéricos. En un principio se diseñó como ranura de expansión para dispositivos económicos de audio o comunicaciones ya que estos harían uso de los recursos de la máquina como el microprocesador y la memoria RAM. Esto tuvo poco éxito ya que fue lanzado en un momento en que la potencia de las máquinas no era la adecuada para soportar esta carga y el escaso soporte de los drivers para estos dispositivos en sistemas operativos que no fuesen Windows.
CNR Bus
CNR Del inglés Comunication and Network Riser. Se trata de una ranura de expansión en la placa madre para dispositivos de comunicaciones como modems, tarjetas Lan o USB. Fue introducido en febrero del 2000 por Intel en sus placas para procesadores Pentium y se trataba de un diseño propietario por lo que no se extendió más allá de las placas que incluían los chipsets de Intel.
Adolecía de los mismos problemas de recursos de los dispositivos diseñados para ranura AMR. Puerto especial para tarjetas especiales como modems.
Accelerated Graphics Port (AGP):
El puerto AGP (Accelerated Graphics Port en ocasiones llamado Advanced Graphics Port) es un puerto (puesto que solo se puede conectar un dispositivo [Solo video], mientras que en el bus se pueden conectar varios) desarrollado por Intel en 1996 como solución a los cuellos de botella que se producían en las tarjetas gráficas que usaban el bus PCI. El diseño parte de las especificaciones del PCI 2.1
Es el tipo de puerto de gráficos más moderno y veloz que existe, pero ya esta siendo reemplazado por los más veloces y actuales PCI-E. Algunas tarjetas multiplican su velocidad 2x, 4x y 8x. AGP2x=512 Mb/seg Agp4x= 1Gb/seg Agp8x=2Gb/seg.
La finalidad de este puerto es mejorar la calidad y velocidad de las aplicaciones 3D y liberar así al procesador de los cálculos 3D.
Fundamentos de AGP
En 1996, Intel introdujo AGP 1.0. AGP era una versión modificada del PCI diseñada para acelerar transferencias a las tarjetas video. Fue seguido por AGP 2.0 de 1998 y AGP 3.0 de 2002. Cada nueva versión agregó nuevas velocidades y voltajes.
El voltaje que utiliza es usado para enviar datos entre la placa AGP y el zócalo de la placa madre. Los multiplicadores indican la velocidad real por el multiplicador para obtener la velocidad final de la placa.1x, 2x, 4x, y 8x.
Multiplicadores de AGP
AGP tiene ocho multiplicadores de la velocidad: 1x, 2x, 4x, y 8x. Mirando los voltajes varios y multiplicadores posibles de la velocidad puede ser que pensemos que hay una gran cantidad de clases de tarjetas video y de placas madre que soportan varias combinaciones de voltajes y de multiplicadores. Pero realmente es mucho más simple que eso. La especificación de AGP 1.0 requiere que todas las puestas en práctica apoyen el multiplicador de la velocidad 1x en 3.3 volts. El multiplicador 2x es opcional. No hay cosa tal como una tarjeta video o una placa madre de 3.3 volts que soporte solamente 2x. Por defecto, cuando la energía de la placa AGP 1.0 sube, seleccionan el multiplicador más rápido de la velocidad soportado por la tarjeta video y la placa madre. Si ambas soportan 2x entonces funcionarán en 2x. Si no funcionaran en 1x, que técnicamente funcionan en todas las tarjetas video y las placas madre de AGP 1.0. Hay a menudo una opción en el BIOS que limita la velocidad a 1x y la especificación de AGP 2.0 tiene un requisito similar en el soporte 2x y 1x en 1.5 volts que es obligatorio y en 4x es opcional. La especificación AGP 3.0 requiere que el soporte para 8x y las características 3.0 no sean tan claras como las 1.0 y 2.0, especificaciones que a propósito requieren el multiplicador más bajo. Para saber si hay compatibilidad entre una tarjeta video AGP y una placa madre, si ambas soportan el mismo voltaje entonces hay siempre por lo menos un multiplicador común de la velocidad soportado por ambos en ese voltaje. Es necesario solamente cerciorarse de que la tarjeta video y la placa base tengan por lo menos un voltaje que señale un campo común.
Conectores y ranuras de AGP:
Cada tarjeta de AGP tiene uno o dos ranuras en su borde, si una tarjeta video tiene la ranura de 3.3 volts entonces puede utilizar de 3.3 volts.
AGP 2.0 agregó la ranura de 1.5 volts en las tarjetas que podrían utilizar soporte de 1.5 volts. Si la tarjeta tiene ambas ranuras entonces puede utilizar ambos voltajes que señalan. El soporte agregado de AGP 3.0 para 0.8 volts señala que no se agregó una nueva clase de ranura. Si una tarjeta video soporta 1.5 volts o 0.8 volts entonces tienen la ranura de 1.5 voltios.
Los conectores en la placa madre se afinan para prevenir la inserción de las tarjetas de AGP que podrían ser dañadas si se insertan placas con un conector AGP de distintas especificaciones técnicas. Un conector de la placa madre 3.3V puede aceptar solamente las tarjetas que tienen la ranura 3.3V. Asimismo un conector de la placa madre 1.5V puede aceptar solamente tarjetas con la ranura 1.5V. Un conector universal de la placa madre no tiene ninguna muesca y por lo tanto puede aceptar cualquier clase de tarjeta de AGP. Una tarjeta AGP con ambas ranuras del voltaje se puede introducir en cualquier clase de conector de la placa madre.
Hay conectores adicionales en ambos extremos de la placa madre para el AGP que permiten que la tarjeta video reciba más energía. Las tarjetas universales AGP son totalmente compatibles con las placas madre de marca conocida, pero no al reves.
Compatibilidad oficial de AGP
3.3v, 1.5V, y 0.8V de AGP. Velocidades disponibles 1x, 2x en 3.3V y 1x, 2x, 4x en 1.5V y 4x, 8x en 0.8V.
La tabla de arriba da los nombres oficiales de Intel para las varias clases de tarjetas AGP permitidas por las especificaciones AGP. Desafortunadamente las especificaciones técnicas para una tarjeta video utilizan raramente estos términos en forma correcta para describir la tarjeta video. Ellas generalmente muestran los multiplicadores más rápidos AGP: 8X, 6X, o 4X. De esa información y de las ranuras del voltaje en un cuadro de la tarjeta de video, se puede calcular exactamente cuáles son. Se ven muchas tarjetas de video marcadas como tarjetas AGP 3.0 cuando de hecho son realmente tarjetas universales de 1.5V AGP 3.0.
Soporta 3.3V, 1.5V, y 0.8V. Velocidades disponibles 1x, 2x en 3.3V y 1x, 2x, 4x en 1.5V y 4x, 8x en 0.8V.
La tabla de arriba da los nombres oficiales de Intel para las varias clases de placas madre con AGP permitidas por las especificaciones.
Compatibilidad de la placa madre y de la tarjeta (tabla 35 de la especificación de AGP 3.0)
Compatibilidad práctica de AGP
La tabla anterior demuestra que hay combinaciones de las tarjetas de la placa madre y video que pueden ser insertadas juntas pero no funcionara. Según las especificaciones de AGP no debe haber daños pero la combinación no sería compatible. Si se quitan los protectores de entrada de 0.8 voltios de los zócalos AGP se vera la compatibilidad con la siguiente tabla.
Compatibilidad práctica de la placa base y de la tarjeta
Si una placa AGP entra en una ranura del motherboard entonces por qué que no son compatibles? Una respuesta práctica que debe ser considerada es el hecho de que algunas de las placas madre originales AGP 1.0 no proporcionan bastante energía para hacer funcionar algunas tarjetas de video más nuevas.
Si se agrega una tarjeta video a una placa madre AGP 1.0 sería beneficioso instalar una tarjeta de video que no consuma mucha energía.
Puede haber de vez en cuando conflictos del recurso con la dirección de memoria instalando una tarjeta de video nueva AGP en una vieja placa madre AGP 1.0. La tarjeta de video trabajará correctamente hasta que se instale el controlador. Una vez instalado el driver creara un conflicto. Las variantes de direcciones que entran en conflicto varían dependiendo de los modelos. Este problema es muy inusual y cuando sucede es raramente posible resolverlo. Exactamente la causa del problema parece ser que la placa madre y la tarjeta de video son incompatibles, de cierta manera Windows evita que asigne correctamente direcciones de memoria a la tarjeta de video. No hay forma de predecir si habrá o no conflictos. También existe una cierta clase de incompatibilidad causada por un BIOS anticuado de la placa madre y posiblemente el BIOS de la tarjeta de video. Una opción es intentar actualizar el BIOS de la placa madre con un BIOS más reciente. Pero puesto que es una placa madre vieja, el fabricante no tendrá muy probablemente todos los BIOS disponibles. Si se utiliza Windows 95, 98 o ME, puede ser posible asignar manualmente direcciones y conseguir solucionar el problema. Pero no puede generalmente solucionar completamente el problema de todos modos. Si se usa Windows 2000 o XP entonces es probablemente imposible solucionarlo porque las nuevas versiones de Windows evitan casi siempre que se asignen manualmente direcciones de IRQ.
Placas base de AGP
Hay algunas placas madre que no utilizan el conector correcto de AGP. Este modelo de AOpen (AK79G) por ejemplo, soporta placas de video universal de 1.5V AGP 3.0 pero tiene un conector universal de AGP que acepta placas de 3.3 voltios, es decir encaja sin problemas en el zócalo. Afortunadamente, también tiene trazado un circuito que protege del daño cuando se inserta una tarjeta de 3.3 volts AGP y enciende un LED para advertir que la tarjeta de video es una tarjeta de 3.3 volts. Algunos fabricantes construyen la placa madre de esta manera como defensa contra las tarjetas de video con las ranuras incorrectas del voltaje. No se puede dañar la placa madre o la tarjeta de video aunque tenga las ranuras incorrectas del voltaje con esta clase de diseño.
Puede parecer que la placa madre tiene un conector universal de AGP cubierto por una etiqueta que no deja insertar las tarjetas de 3.3 voltios. Según la especificación, no deben hacer eso. Los usuarios deben tener cuidado sobre todo porque si los fabricantes no obedecieran la especificación sería posible incurrir en una equivocación y adquirir la placa equivocada para el Motherboard.
Es una buena idea adquirir Hardware de los fabricantes reconocidos. Pero es bueno comprobar que han utilizado el conector correcto de AGP.
La tabla de abajo muestra el tipo de placa madre de AGP usados normalmente con su chipset específico. Esto es a modo de orientación para la compra de una placa madre. También recordemos que aunque un chipset soporte AGP no significa que una placa madre tendrá siempre una ranura AGP. Algunas placas madre (onboard) que usan chipsets con AGP dejan hacia fuera el conector de AGP para abaratar costos.
La clave del AGP es la velocidad con la que se comunica con la memoria principal. Esto mejora funciones 3D como el mapeado de texturas, que son almacenados en el frame buffer.
Zócalos donde se conectan las tarjetas gráficas AGP:
PCI Express:
Introducción
PCI Express (denominado aún a veces por su nombre clave 3GIO, por "tercera generación de E/S" es el sucesor de la tecnología PCI, disponible en las máquinas de escritorio desde 1992.
PCI Express está pensado para sustituir no sólo al bus PCI para dispositivos como Modems y tarjetas de red sino también al bus AGP, lugar de conexión para la tarjeta gráfica desde 1997. Al contrario que su predecesor paralelo, PCI Express es un sistema de interconexión serie punto a punto, capaz de ofrecer transferencias con un altísimo ancho de banda, desde 200MB/seg. Para la implementación 1X, hasta 4GB/seg. Para el PCI Express 16X que se empleará con las tarjetas gráficas.
La notación 1X y 16X se refiere al ancho del bus o número de líneas disponibles. La conexión en el PCI Express es además, bidireccional lo que permite un ancho de banda teórico de hasta 8GB/seg. Para un conector 16X, o unos asombrosos 16GB/seg. Para el actual máximo de 32X. PCI Express también incluye características novedosas, tales como gestión de energía, conexión y desconexión en caliente de dispositivos (como USB), y la capacidad de manejar transferencias de datos punto a punto, dirigidas todas desde un host. Esto último es importante porque permite a PCI Express emular un entorno de red, enviando datos entre dos dispositivos compatibles sin necesidad de que éstos pasen primero a través del chip host (un ejemplo sería la transferencia directa de datos desde una capturadora de vídeo hasta la tarjeta gráfica, sin que éstos se almacenen temporalmente en la memoria principal).
PCI Express también optimiza el diseño de placas madre, pues su tecnología serie precisa tan sólo de un único cable para los datos, frente a los 32 necesarios para el PCI clásico, el cual también necesitaba que las longitudes de estos fuesen extremadamente precisas. La escalabilidad es otra característica clave, pues se pretende que las versiones posteriores de PCI Express sustituyan cualquier característica que PCI o, en el segmento de servidores, PCI-X, puedan ofrecer.
Dado que PCI Express es, a nivel físico un enlace chip a chip podría ser usado, en teoría, para sustituir a la gran cantidad de tecnologías de interconexión actuales; sin embargo, está siendo orientado únicamente hacia tareas muy específicas.
En el siguiente gráfico podemos apreciar una comparativa de las capacidades de los buses a lo largo del tiempo:
Arquitectura
Un simple canal en PCI-Express ofrecerá inicialmente una velocidad de 2,5 Gbits/s en cada dirección. Cada ruta emplea dos pares de hilos (transmisión y recepción), ofreciendo un rendimiento efectivo de 200MBytes/s en cada dirección una vez factorizamos las sobrecargas del protocolo. No obstante, sus creadores afirman que tendrá una escalabilidad límite que permitirá hasta, al menos, 10Gbits/s en cada ruta y por cada dirección.
La diferencia más obvia entre PCI-Express y su antecesor es que, mientras PCI emplea una arquitectura en paralelo, su sucesor utiliza una arquitectura serie punto a punto o conmutada. Una ventaja del bus Serie frente al Paralelo es el alto ancho de banda que se puede conseguir con un número mucho menor de señales. Dichas conexiones no llegan a situaciones llamadas "delay skew", donde los bits en paralelo llegan en distintos instantes de tiempo y han de ser sincronizados. Además, son más baratas de implementar. Ciertamente, los interfaces paralelos pueden ser extremadamente veloces y muy efectivos para algunos interfaces a nivel de chips, o en la tecnología SCSI por ejemplo.
Características físicas del enlace Serie y Configuraciones:
Una simple conexión serie de PCI-Express consta de una conexión dual utilizando dos pares de señales diferencialmente dirigidas y de baja tensión un par de recepción y otro de envío (cuatro cables). Una señal diferencial se deriva usando la diferencia de potencial entre dos conductores.
La conexión dual permite que los datos sean transferidos en ambas direcciones simultáneamente, similar a las conexiones full duplex (como en los teléfonos), solo que en este caso, cada par de hilos posee su propia toma de tierra. Con el bus PCI un dispositivo debe requerir primero acceso al bus PCI compartido desde un árbitro central y entonces tomar control del bus para transferir datos al dispositivo de destino, con la transmisión de datos ocurriendo en una dirección entre dos dispositivos en cada instante de tiempo.
Un flujo de datos/reloj serie puede ser transferido sobre distancias mucho mayores que usando buses paralelo con los relojes separados (los buses paralelo con los relojes síncronos pueden sufrir problemas de recuperación y de ruidos en la señal). Además, los enlaces en serie son más baratos de implementar, lo cual es un buen presagio para conectar dispositivos de Entrada/Salida internamente, y también para conexiones largas externas. Sin embargo, extraer y crear los relojes de manera que vayan como hemos expuesto conlleva una sobrecarga adicional de procesamiento, por tanto las interfaces paralelas tienden más a ser usadas para unir procesadores de alta velocidad y componentes de chipset en un sistema multiprocesador actual, ya que poseen una latencia menor.
Características de transmisión:
Transmisión diferencial
Al igual que otros buses del ordenador que han evolucionado a la transmisión serie (USB, Serial ATA) utiliza la técnica LVDS (Low Voltage Differential Signaling).
Transmisión sincrónica. La señal de reloj está mezclada con la propia información. Para ello, usa una codificación 8b/10b que transmite 10 bits por cada 8 de información, por lo que genera una sobrecarga del 20 %.
Transmisión bidireccional
Una conexión está compuesta de 2 canales, uno de ida y otro de vuelta que transmiten simultáneamente (dos canales simplex).
Conexión múltiple
PCI Express puede utilizar varias conexiones para la misma comunicación dando lugar a configuraciones llamadas x1, x2, x4, x8, x12, x16, x32. Las conexiones x16 y x32 están pensadas para conectar dispositivos como tarjetas gráficas.
• Se pueden establecer múltiples canales virtuales en una conexión múltiple.
• Cada canal puede transmitir hasta 2'5 Gbit/s.
Velocidad de transferencia de una conexión PCI Express x32
En una dirección se puede transmitir:
2'5 Gbit/s x 32 canales = 80 Gbit/s = 10 GByte/s
Si contamos la transferencia simultánea en ambas direcciones:
160 Gbit/s = 20 GByte/s
Transmisión isócrona: Es posible reservar y garantizar un ancho de banda bajo demanda consiguiendo una transmisión en tiempo real. A esto se le conoce como transferencia isócrona, pues se puede garantizar el tiempo que durará una transmisión de datos (i.e. tiempo real).
Distancia La inclusión de la señal de reloj permite mayores distancias respecto a los buses paralelo cuya señal discurre por una línea separada. En el diseño de este bus se ha marcado como objetivo permitir hasta 50 cm. de distancia entre dispositivos con tecnología de placa de circuito impreso de 4 capas y conectores estándar. Se podría aumentar la distancia usando componentes de mayor calidad.
Mantenimiento
Consumo energético
- Bajo consumo debido a las bajas tensiones de funcionamiento.
- Implementa funciones de ahorro de energía.
Ahorro de costes
La transmisión serie ahorra muchas líneas y por tanto patillas en los circuitos integrados, pistas en las placas de circuito impreso, hilos en los cables permitiendo conectores más pequeños.
Compatibilidad con PCI
Aunque es evidente la incompatibilidad hardware, se mantiene una compatibilidad con PCI en las capas software, lo que permite abaratar los costes en la implementación de los controladores de dispositivo (drivers).
Conexión sustitución
- Conexión en caliente (hot-plug)
- Cambio en caliente (hot-swap)
Integridad de la señal
- Al disminuir el nº de pistas, permite tomar medidas contra las interferencias electromagnéticas (EMI).
- La conexión serie tiene menos problemas con la propagación por la diferencia de longitud de las pistas.
- La señal diferencial disminuye los problemas con el ruido.
Errores
- Gestión integrada de errores que incluye la posibilidad de generar informes.
Transacciones de paquetes en PCI-Express:
Los paquetes en PCI-Express comprenden cuatro tipos básicos de transacción memoria, E/S, configuración y mensajes. La siguiente imagen muestra una petición de paquete viajando del Dispositivo B al Dispositivo A, y otra desde A hasta B. Esto podría ser desde una lectura de memoria, una escritura, una lectura de E/S, una transacción de configuración, y cada una tiene una fase de petición y otra de terminación.
Además, las transacciones en PCI Express usan un mecanismo de control basado en un flujo de créditos (gestionado por la capa de abstracción de transacciones) para asegurar que el dispositivo de destino posee unos recursos de buffer suficientes (disponibles) para aceptar el tamaño y tipo de datos de la transferencia del dispositivo que envía.
Interrupciones:
PCI Express soporta dos tipos de interrupciones, las viejas interrupciones heredadas PCI INTx (donde x= A, B, C, ó D) usando una técnica de emulación, y las nuevas Interrupciones Señalizadas por Mensajes (MSI de "Message Signaled Interrupt". MSI es opcional en los dispositivos PCI 2.2/2.3, pero se requiere en los nuevos modelos de dispositivos PCI Express devices.
La emulación de INTx puede señalizar interrupciones al chipset host. Es compatible con los drivers PCI y con el software de los sistemas operativos. Virtualiza las señales de interrupción físicas de PCI usando un mecanismo de señalización por banda. Los dispositivos PCI Express deben soportar tanto las anteriores INTx como los modos MSI y los dispositivos heredados encapsularán la información de las interrupciones INTx dentro de una transacción de mensajes de PCI-Express (uno de los tipos de transacciones que vimos un poco más arriba).
Las interrupciones MSI son activas por flanco y enviadas por medio de transacciones de escritura de memoria. El Driver sobrescribirá lo que sea necesario para obtener las ventajas del uso de las interrupciones por flanco MSI. El esquema MSI es el método originalmente deseado de propagación de interrupciones cuando se usa un protocolo de paquetes sobre un enlace serie. MSI es más efectivo en sistemas multiprocesador ya que cualquier dispositivo puede editar interrupciones a los distintos host directamente. Muchos procesadores y arquitecturas de sistemas de E/S han previsto la posibilidad del uso de técnicas de MSI.
PCI Express en el mundo gráfico:
Con tantas características nuevas y ancho de banda para derrochar, PCI Express es un gran salto sobre PCI y AGP. Sin embargo, mantiene compatibilidad con el software PCI, al mantener los modelos de inicialización y memoria, lo que significa que los drivers y sistemas operativos no tendrán muchos problemas a la hora de soportar el nuevo sistema.
En el mundo del procesamiento gráfico, PCI-Express vuelve a cobrar protagonismo, y es que un bus con tantas expectativas despierta gran ilusión entre los fabricantes de tarjetas gráficas, como NVIDIA y ATI por ejemplo.
Algunos de los más beneficiados por el avance de PCI Express serán los ya mencionados ATI y NVIDIA, así como otros fabricantes de tarjetas gráficas. Dado que el conector PCI Express NO será compatible con las tarjetas AGP actuales, habrá que adaptar las tarjetas al bus, en caso de que se desee un cambio de placa o bien de tarjeta.
Por supuesto, los fabricantes de sistemas gráficos no solo aprecian las ventajas fiscales del PCI Express, sino también sus mejoras técnicas, que incluyen no solo el mayor ancho de banda, sino también una mayor potencia eléctrica disponible. El actual AGP 8x (o también AGP 3.0) ha forzado los límites en cuanto a rendimiento, y ya se ha visto que ha llegado el momento del cambio. PCI Express aliviará bastantes de los problemas de temporización del AGP actual, y casi triplicará la potencia eléctrica máxima disponible para la tarjeta, lo que lo situará por encima de AGP y de una gran cantidad de buses, entre ellos el clásico PCI.
Una señal más clara y mayor potencia eléctrica puede suponer una mejora significativa, especialmente en la gama alta de procesamiento de gráficos. Un bonito efecto colateral es que PCI Express hará sencilla la instalación de múltiples tarjetas gráficas de gama alta en el mismo equipo, cosa que, actualmente no es tan fácil. No obstante, antes los fabricantes deberán solucionar muchos otros problemas, como el sobrecalentamiento y los mecanismos para evacuar ese calor (los enormes ventiladores de hoy en día), ya que si con PCI-Express se persigue una posible reducción en las dimensiones de la placa base, también estaremos reduciendo en cierto modo el espacio interno para la instalación de dispositivos y favoreciendo la acumulación de focos de calor.
¿Qué es la tecnología SLI de NVIDIA?
La tecnología NVIDIA® SLI™ es una innovación revolucionaria que permite aumentar drásticamente el rendimiento gráfico combinando varias GPU NVIDIA en un mismo sistema dotado de un procesador de comunicaciones y contenidos multimedia (MCP) NVIDIA nForce® SLI.
La tecnología NVIDIA SLI proporciona hasta el doble de rendimiento de gráficos que una solución gráfica única gracias al uso de algoritmos de software patentados por NVIDIA y una lógica de escalabilidad dedicada en cada GPU y cada MCP. Esto permite instalar dos placas de video y conectarlas por medio de un puente que actúa de nexo entre los dos componentes, luego el software hace el resto.
Conectores SLI y Placas:
PCI Express modelos
Vista Superior: