▷ Cos'è una scheda madre e come funziona

Oggi dobbiamo parlare della scheda madre di un computer. La scheda madre è senza dubbio l'elemento base per creare un computer, il resto dei componenti come CPU o RAM verrà installato su di esso in modo che la macchina sia in grado di avviarsi e funzionare. Vediamo quindi nel dettaglio cos'è una scheda madre e come funziona.

Indice dei contenuti

Che cos'è una scheda madre?

La scheda madre è senza dubbio la parte più importante di un computer. Questo è quello che determinerà quale architettura ha il nostro team nei suoi componenti interni. Ogni scheda madre sarà progettata per ospitare determinati componenti o determinati tipi di famiglie di componenti e supporterà anche determinate velocità e capacità di tali componenti.

Tutti o quasi tutti i componenti che fanno parte del computer saranno collegati alla scheda madre, sarà anche incaricato di stabilire un bus di comunicazione tra quei componenti (CPU, RAM, scheda grafica) e le periferiche installate su di esso (mouse, tastiera, schermo ecc.)

Il suo aspetto fisico è quello di un circuito elettronico di determinate dimensioni in cui sono installati una serie di elementi come chip, condensatori, connettori componenti e linee elettriche, che insieme formano la struttura di un computer.

Quasi tutti devono avere quattro componenti di base installati:

• Alimentatore Processore centrale Memoria RAM Unità di archiviazione

Le schede madri sono costituite da diversi formati fisici che determinano le dimensioni fisiche che queste avranno.

Formati della scheda madre

I formati che possiamo trovare sul mercato diventano i seguenti:

E-ATX

È il più grande fattore di forma che abbiamo sul mercato. Le sue dimensioni sono 305 x 330 mm. Queste schede di solito hanno abbondanti buchi per le schede di espansione e molte possibilità in termini di installazione di schede grafiche in SLI o Crossfire.

Inoltre, saranno disponibili fino a 8 slot per l'installazione della memoria RAM

ATX

Queste schede sono sul mercato dal 1995 grazie alla loro implementazione da parte di Intel. Sono anche i più comuni che possiamo trovare. Le sue dimensioni sono 305 x 244 mm anche se ce ne sono anche alcune con dimensioni leggermente diverse. Naturalmente, i fori per il suo posizionamento nel telaio devono essere posizionati esattamente nei punti standardizzati.

Questo tipo di schede madri sono utilizzate per quasi tutti i tipi di sistemi, ufficio, giochi, ecc. Ciò è dovuto alle sue ampie possibilità di espansione. Normalmente abbiamo 7 slot di espansione e 4 slot per l'installazione di memorie RAM.

Micro ATX

Le schede madri con questo formato hanno dimensioni di 244 x 244 mm, quindi sono abbastanza più piccole delle precedenti, circa il 25%. Queste schede, essendo di formato più piccolo, sono rivolte a team di lavoro d'ufficio, che non necessitano di altrettanti slot di espansione e occupano anche chassis più piccoli.

Tra le sue possibilità di espansione ha un massimo di 5 slot di espansione, sebbene i normali siano 3 e spazi con un massimo di 4 memorie RAM. Questo tipo di piastre avrà bisogno di un telaio compatibile con il loro fissaggio poiché la posizione delle viti sarà diversa dalle piastre ATX.

Mini ITX

Questo è il formato di lastra più piccolo disponibile per i computer di casa. Ha dimensioni di 170 x 170 mm. Per il fissaggio è costituito da quattro fori che coincidono con quelli installati per una piastra ATX.

Su queste schede possiamo trovare un singolo slot di espansione per la scheda grafica e due slot per la memoria RAM

Ce ne sono altri formati come l'XL-ATX, ma di solito non si vedono molto nella gamma bassa / media. Solo nella gamma PREMIUM

Componenti fisici di una scheda madre

Questa sarà di gran lunga la sezione più ampia di questo articolo, poiché la scheda madre ha una serie di componenti che meritano di essere nominati. Cominciamo allora.

chipset

Il chipset o "chipset" è un insieme di circuiti integrati progettati per stabilire la comunicazione tra il processore e gli altri componenti installati sulla scheda madre. Questi elementi possono essere memoria RAM, dischi rigidi, slot di espansione e porte di ingresso e uscita.

Con l'evoluzione della tecnologia della scheda madre, questi chip sono normalmente costituiti da un singolo chip centrale. Inoltre, questi chip sono progettati esclusivamente per un set di processori o un determinato marchio e per determinati moduli di memoria RAM. Ciò rende necessario che quando si acquista una scheda madre dal mercato siamo costretti ad acquistare anche un processore compatibile e moduli RAM per esso.

Vecchie schede madri

Il chipset può essere integrato da due chip e sono anche chiamati North Bridge o North Brigde e South Bridge o South Bridge. Ognuno di questi chip è responsabile di determinate attività da eseguire:

North Bridge: questo chip è direttamente collegato al bus del processore e ha una comunicazione diretta con esso e memoria RAM. Questo bus è anche chiamato Front Side Bus o (FSB) ed è decisivo per la velocità e le prestazioni di un computer. Oltre a ciò, si occupa anche della comunicazione con le porte PCI-Express, poiché queste sono quelle che supportano i componenti ad alta velocità come la scheda madre o le nuove unità di archiviazione a stato solido M.2 e PCI-E.

Ponte sud: questo chip è collegato direttamente al ponte nord tramite il bus DMI (Direct Media Interface). Questo chip è responsabile delle comunicazioni dei dispositivi di ingresso e uscita e del loro collegamento con il ponte nord. Ad esempio, dischi rigidi SATA, USB, Fire Wire, scheda di rete, AUDIO, ecc.

Schede madri moderne

Attualmente con la comparsa di processori multi-core come Intel Core e AMD FX questo chipset è stato significativamente ridotto a un singolo chip, scomparendo così il ponte sud.

Questo perché i nuovi processori integrano il controller di memoria al loro interno, quindi sono direttamente collegati al bus di memoria RAM. Supponiamo che il bridge FSB sia integrato nel processore e che il bus responsabile degli altri dispositivi sia chiamato Plataform Controller Hub (PCH), in sostituzione del bus DMI.

Tipi di chipset

Esistono numerosi modelli di chipset. Con ogni evoluzione dei processori c'è anche un'evoluzione di questi chip. Come in ogni cosa, ci sono di fascia bassa, per la gestione dei componenti a velocità inferiore o inferiore, una fascia media e una fascia alta che offre la massima velocità e supporto per varie schede grafiche e la RAM più veloce sul mercato.

Secondo il produttore del processore, possiamo trovare chipset progettati per processori AMD e chipset progettati per processori Intel.

Per ulteriori informazioni sugli ultimi modelli di chipset di marcatura per entrambe le tecnologie e il loro confronto, visitare i seguenti articoli:

Presa a microprocessore

Poiché non potrebbe essere diversamente, sulla scheda madre è dove deve essere installato il microprocessore e per questo sarà necessario un socket con i connettori fisici per comunicare questo con la scheda madre. Esistono due tipi di prese:

• PGA (Pid Grid Array): in questa presa è presente un pannello con fori per inserire il microprocessore all'interno, che avrà pin di contatto per l'inserimento. LGA (Land Grid Array): il socket presenta una matrice di contatti dorati che entrano in contatto tra la scheda madre e il chip del processore, che ha solo una superficie piatta con punti di contatto.

La tecnologia di inserimento si chiama ZIF (Zero Insertion Force) e il chip non si adatta perfettamente alla presa se è necessario applicare la forza nel processo.

Come per i processori, ci sono molti tipi di socket per l'installazione. Ciò significa che quando si acquista una scheda madre di una determinata architettura, è necessario acquisire un processore compatibile con essa.

Inoltre, ogni scheda madre è progettata per un produttore di processori, quindi sia il socket che il chipset devono essere compatibili con il marchio in questione.

Per ulteriori informazioni sul funzionamento di un processore, si consiglia il seguente articolo:

• Che cos'è un processore e come funziona?

Slot di memoria RAM

Questi connettori o bus hanno il compito di alloggiare i moduli di memoria RAM che verranno installati nell'apparecchiatura. In generale, le schede madri hanno 4 slot o le schede madri di fascia alta ne hanno 8.

Questi slot saranno generalmente progettati per funzionare con la tecnologia a doppio canale o anche con la tecnologia quad-channel. Come con il processore, ogni scheda madre supporterà una certa architettura di RAM.

Le schede madri attualmente hanno diversi tipi di slot RAM, sebbene appartengano tutti allo standard DDR. Avremo: DDR, DDR2, DDR3 e DDR4

Per saperne di più su come funziona la RAM, consigliamo il nostro articolo:

• Cos'è la RAM e come funziona?

VRM

Acronimo di Modulo regolatore di tensione. Sono un insieme di componenti che trasformano la corrente elettrica che raggiunge la scheda madre in tensioni di diversi valori e correnti in modo da essere utilizzati dagli altri componenti installati su di essa. Questo componente, nonostante non sia particolarmente accattivante, è essenziale per il corretto funzionamento dei componenti e per evitare rotture.

Per saperne di più su questi componenti, visita il nostro articolo:

Slot di espansione

Saranno gli slot che avranno la funzionalità di espandere l'hardware installato nelle nostre apparecchiature. In essi è possibile installare schede grafiche, dischi rigidi, schede di rete, schede audio, ecc.

Questi slot sono attualmente chiamati PCI-Express o PCI-E e sostituiscono il PCI tradizionale. Ciascuno slot di espansione PCI-E contiene 1, 2, 4, 8, 16 o 32 collegamenti dati tra la scheda madre e le schede collegate. Codifichiamo questo numero di collegamenti come prefisso x, ad esempio, x1 per un collegamento singolo o unitario e x16 per una scheda con 16 collegamenti, che vengono utilizzati per le schede grafiche. Ognuno di questi collegamenti fornisce una velocità di 250 MB / s.

Se disponiamo di 32 collegamenti, forniranno la massima larghezza di banda, ovvero 8 GB / s in ciascuna direzione per PCIE 1.1. Il più comunemente usato è il PCI-E x16 che fornisce una larghezza di banda di 4 GB / s (250 MB / sx 16) in ciascuna direzione. Un singolo collegamento è circa due volte più veloce di un normale collegamento PCI. 8 collegamenti hanno una larghezza di banda paragonabile alla versione più veloce del bus AGP, che sono i vecchi slot per le schede grafiche.

BIOS

Il BIOS o Basic Input-Output System è una memoria ROM, EPROM o Flash-RAM che contiene informazioni sulla configurazione della scheda madre al livello più basso.

All'interno del BIOS c'è anche un chip di memoria chiamato CMOS, con il programma che memorizza al suo interno, è in grado di inizializzare tutti i componenti fisici della scheda per avviare il computer. Inoltre, è responsabile del controllo degli errori o dell'assenza di dispositivi, ad esempio mancanza di RAM, CPU o disco rigido.

La memoria del BIOS è continuamente alimentata da una batteria. In questo modo, quando la macchina viene spenta, i dati e i parametri configurati nel computer non vengono persi. Se in ogni caso questa batteria è scarica o la rimuoviamo, le informazioni del BIOS vengono ripristinate ai valori predefiniti, ma non vengono mai perse.

Scheda audio e scheda di rete

Sono i chip responsabili dell'elaborazione dell'audio multimediale delle nostre apparecchiature e della connessione di rete. I suoi chip si trovano vicino alle porte di uscita della scheda madre e possiamo identificarlo in molte occasioni dal suo distintivo RealTek poiché è il produttore di molti di questi dispositivi integrati sulla scheda madre.

Connettori SATA

Questo è lo standard di comunicazione nei PC di oggi per il collegamento di dischi rigidi meccanici e anche SSD. In SATA, al posto del parallelo viene utilizzato un bus seriale per trasmettere i dati. È molto più veloce dell'IDE tradizionale e più efficiente. Inoltre, consente connessioni a caldo dei dispositivi e ha bus molto più piccoli e più gestibili.

Su una scheda madre possiamo avere fino a 6 o 10 di queste porte per installare dischi rigidi. Lo standard attuale si trova in SATA 3 che consente trasferimenti fino a 600 MB / s

Per ulteriori informazioni sul funzionamento di un disco rigido, si consiglia il seguente articolo:

• Che cos'è un disco rigido e come funziona?

Connettore M.2

Quasi tutte le schede hanno già installato questa porta. M.2 è il nuovo standard di comunicazione destinato a sostituire la connessione per unità SSD SATA a medio e breve termine. Utilizza entrambi i protocolli di comunicazione SATA e NVMe. M.2 è destinato esclusivamente all'installazione di unità di archiviazione in questo modo evitiamo di occupare slot PCI-E. Questo standard non ha la velocità di PCI-E ma è molto più alto di SATA.

Per ulteriori informazioni sul funzionamento di un SSD, si consiglia il seguente articolo:

• Che cos'è un SSD e come funziona?

Connettori di alimentazione

La scheda madre deve essere collegata a una fonte di alimentazione e per questo ha diversi tipi di connettori di alimentazione.

ATX

È il connettore tradizionale che alimenta la scheda madre nella maggior parte dei suoi componenti. È composto da 24 cavi o pin e si trova normalmente sul lato destro, accanto agli slot RAM.

Potenza della CPU

Oltre al connettore ATX2, quasi tutte le nuove schede madri, almeno l'ATX, hanno anche questo tipo di connettore destinato esclusivamente all'alimentazione del processore. Questi tipi di alimentatori aiutano ad aumentare l'alimentazione della scheda madre, in particolare nei casi di processori overcloccati che richiedono più energia per il consumo.

È possibile trovare un connettore CPU a 4 pin (più vecchio), uno da 8 o uno da 4 + 6 pin. Le sue funzioni saranno praticamente le stesse e tutto avrà una tensione di 12V.

Connettori esterni

Questi connettori si troveranno su un lato della scheda madre, quasi sempre a sinistra. Ti occuperai di collegare le periferiche che abbiamo nella nostra configurazione, ad esempio stampanti, mouse, tastiere, altoparlanti, unità di archiviazione, ecc. Possiamo distinguere i seguenti tipi:

• PS / 2: esistono due porte di questo tipo, già praticamente in disuso. Hanno 6 pin e sono destinati a collegare la tastiera e il mouse. Praticamente nessuna tastiera ha questo tipo di connettore, quindi vengono spostati e sostituiti da USB USB (Universal Serial Bus): è lo standard di connessione seriale più utilizzato al mondo. Questo connettore è plug and play, quindi possiamo collegare un dispositivo caldo in modo che il sistema operativo lo riconosca immediatamente. Oltre allo scambio di dati, consente anche l'allineamento periferico, rendendolo molto conveniente e versatile. Attualmente ci sono quattro versioni di questa porta, USB 1.1 con una velocità di 12 Mb / s, USB 2.0 con 480 Mb / s, USB 3.0 con 4.8 Gb / se USB 3.1 con 10 Gb / s FireWire: è uno standard simile a USB, ma utilizzato principalmente in America. Hanno praticamente le stesse funzionalità dell'USB e ha 4 versioni, la più veloce delle quali è FireWire s3200 con HDMI o DisplayPort da 3, 2 Gb / s : queste porte esistono se la scheda madre ha una scheda grafica integrata. È uno standard di comunicazione multimediale digitale che consente il collegamento di dispositivi video ad alta definizione. Entrambi i segnali video e audio viaggiano attraverso queste porte, rendendole particolarmente utili. Attualmente hanno praticamente completamente sostituito la porta VGA DVI e VGA: porte per collegare lo schermo Ethernet precedente HDMI : porta destinata al connettore RJ 45 su Internet Jack da 3, 5 ": connettore per dispositivi di ingresso o uscita audio

Altri elementi

• Porte interne per USB: nella parte inferiore della scheda madre sono disponibili connettori per espandere le porte USB delle nostre apparecchiature. Le porte USB disponibili sullo chassis saranno normalmente collegate. Porte audio interne: come per l'USB, la scheda ha una porta interna per collegare il microfono e gli altoparlanti dalle porte disposte nel telaio. Orologi: per sincronizzare tutti i componenti interni, è necessaria una serie di orologi che funzionano a frequenze diverse, a seconda delle esigenze di ciascun componente. Connettori delle ventole: si tratta di connettori da 12 V destinati a inserire ventole come CPU o ventole dello chassis. Hanno 4 pin. Pannello di avvio: sono una serie di connettori di alimentazione in cui sono collegati i pulsanti sullo chassis, che sono responsabili dell'avvio e del ripristino del sistema. Saranno inoltre collegati il ​​disco rigido e i LED di alimentazione.

Gestire una scheda madre

Il funzionamento di una scheda madre è piuttosto complesso, a causa del gran numero di elementi installati su di essa e del numero di bus destinati allo scambio di informazioni. Schematicamente possiamo rappresentarlo nel modo seguente:

In questo schema, possiamo distinguere gli elementi principali che intervengono nel funzionamento e nella gestione e prendere come riferimento il processo di avvio di un computer:

La prima cosa che una scheda madre dovrebbe fare prima di caricare il sistema operativo dal disco rigido è inizializzare i componenti. Il programma situato nel BIOS ha il compito di controllare tutti i dispositivi ad esso collegati: CPU, RAM e dischi rigidi in modo semplice. Se qualcuno di loro manca, si rompe o rileva altre anomalie, la scheda madre emetterà un codice di errore tradotto in bip sonori o anche attraverso un codice in un pannello LED situato su di esso.

Una volta completata la fase di verifica, il bus interno viene caricato con le informazioni dalle unità di memoria. Qui intervengono il ponte meridionale (se esiste) e il ponte settentrionale.

Dopo aver richiesto le informazioni dai dischi rigidi, dai dispositivi di input / output e da altri componenti, il bridge nord è responsabile del collegamento del processore con la RAM. Questo viene fatto tramite il bus anteriore o Front Side Bus (FSB). Ciò consisterà in 64 thread o 64 + 64 in caso di implementazione della tecnologia a doppio canale.

In ogni caso, i dati del sistema operativo caricati in memoria saranno già trovati per avviare il computer.

Contemporaneamente, il ponte nord invierà i segnali grafici alla scheda grafica, installata in uno slot CPI-E x16 gestito direttamente da essa. O nel tuo caso, si collegherà con la scheda grafica installata sulla scheda madre stessa. Questo viene fatto dal bus FSB.

In ogni caso, il computer verrà avviato e lo scambio di dati per l'elaborazione sarà gestito dagli elementi collegati al bus e al chipset.

Conclusione finale e aspettative su cosa sia una scheda madre

Se una cosa è diventata chiara per noi è che è sempre più difficile spiegare il funzionamento dei componenti di un computer in modo semplificato. La tecnologia sta avanzando a un ritmo incredibile e gli elementi stanno diventando più complessi, più funzionali e complessi.

Alla velocità che stiamo andando, è possibile che la barriera a 5 nm sarà raggiunta in brevissimo tempo e vedremo che le grandi aziende stanno progettando di andare oltre.

Da parte nostra, siamo lieti di questi progressi, attrezzature sempre più veloci, più complesse e ad un prezzo sostenuto se andiamo a componenti di fascia media che sono anche molto buoni.

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Speriamo che con questo articolo hai imparato di più sui componenti di una scheda madre e sul suo funzionamento di base. Per qualsiasi dubbio, chiarimento o errore, non esitare a comunicarcelo.