Scheda madre

Aprile 2015

Presentazione della scheda madre

Scheda madre


L'elemento costitutivo principale del computer è la scheda madre (in inglese «mainboard» o «motherboard», talvolta abbreviato in « MOBO »). La scheda madre è la base che permette la connessione di tutti gli elementi essenziali del computer.

Come indicato dal suo nome, la scheda madre è una scheda master, sotto forma di un grande circuito stampato che presenta dei connettori per le schede d'estensione, dei moduli RAM, dei processori, ecc.

Caratteristiche

Esistono diversi modi per caratterizzare una scheda madre, ma soprattutto sono da menzionare le seguenti caratteristiche :
  • il form factor,
  • il chipset,
  • il tipo del socket del processore,
  • i connettori di entrata-uscita.

Form Factor di una scheda madre

Con il termine «form factor)», si designano generalmente la geometria, le dimensioni, la disposizione e le caratteristiche elettriche della scheda madre. Per fornire delle schede madri capaci di adattarsi ai diversi case delle differenti marche, sono stati messi a punto degli standard :
  • Baby-AT/AT full format è un formato utilizzato sui primi computer PC di tipo 386 o 486. Questo formato è stato sostituito dal formato ATX con una forma più appropriata alla circolazione dell'aria e con un accesso più pratico ai componenti;
  • ATX: Il formato ATX è un'evoluzione del formato Baby-AT. Si tratta di un formato studiato per migliorare l'ergonomia. I questo modo la disposizione dei connettori su una scheda madre ATX è previsto in modo da ottimizzare il collegamento delle periferiche (i connettori IDE sono ad esempio posti a lato dei dischi). D'altra parte, i componenti della scheda madre sono orientati parallelamente, in modo da permettere una migliore evacuazione del calore;
    • ATX standard : Il formato ATX standard presenta delle dimensioni classiche 305x244 mm. Propone un connettore AGP e 6 connettori PCI.
    • micro-ATX : Il formato microATX è un'evoluzione del formato ATX, che permette di mantenerne i principali vantaggi semplicemente proponendo un formato di dimensioni ridotte (244x244 mm), con un costo minore. Il formato micro-ATX propone un connettore AGP e 3 connettori PCI.
    • Flex-ATX : Il formato FlexATX è un'estensione del formato microATX per offrire una certa flessibilità ai produttori per il design dei loro computer. Esso propone un connettore AGP e 2 connettori PCI.
    • mini-ATX : Il formato miniATX è un formato compatto alternativo al formato microATX (284x208 mm), che propone un connettore AGP e 4 connettori PCI invece dei 3 del formato microATX. Esso è principalmente destinato ai computer di tipo mini-PC (barebone).
  • BTX : Il formato BTX (Balanced Technology eXtended), della società Intel, è un formato creato per apportare alcuni miglioramenti nella disposizione dei componenti per ottimizzare la circolazione dell'aria e per permettere un'ottimizzazione acustica e termica. I diversi connettori (connettori di memoria, connettori d'estensione) sono quindi allineati parallelamente, nel senso della circolazione dell'aria. D'altra parte, il microprocessore è posto nella parte frontale del case a livello delle prese di aerazione, dove l'aria è più fresca. il connettore d'alimentazione BTX è lo stesso delle alimentazioni ATX. Lo standard BTX definisce tre formati :
    • BTX standard, con dimensioni standard 325x267 mm;
    • micro-BTX, di dimensioni ridotte (264x267 mm);
    • pico-BTX, di dimensioni estremamente ridotti (203x267 mm).
  • ITX : Il formato ITX (Information Technology eXtended), della società Via, è un formato estremamente compatto creato per delle configurazioni esigue come quelle dei mini-PC. Esistono due formati ITX principali :
    • mini-ITX, di dimensioni minuscole (170x170 mm) è una postazione PCI;
    • nano-ITX, di dimensioni estremamente minuscole (120x120 mm) e una postazione miniPCI.


Quindi, dalla scelta della scheda madre (e del suo form factor) dipende la scelta del case. La tabella sottostante riassume le caratteristiche dei diversi form factor :

Form FactorDimensioni Postazioni
ATX305 mm x 244 mm AGP / 6 PCI
microATX244 mm x 244 mm AGP / 3 PCI
FlexATX229 mm x 191 mm AGP / 2 PCI
Mini ATX284 mm x 208 mm AGP / 4 PCI
Mini ITX170 mm x 170 mm 1 PCI
Nano ITX120 mm x 120 mm 1 MiniPCI
BTX325 mm x 267 mm 7
microBTX264 mm x 267 mm 4
picoBTX203 mm x 267 mm 1

Componenti integrati

La scheda madre contiene un certo numero di elementi imbarcati, cioè integrati nel suo circuito stampato :
  • Il chipset, circuito che controlla la maggior parte delle risorse (interfaccia del bus del processore, memoria cache e RAM, slot d'estensione,...),
  • Il clock e la batteria del CMOS],
  • Il BIOS,
  • Il bus di sistema e i bus d'estensione.



Inoltre, le schede madri recenti imbarcano generalmente un certo numero di periferiche multimediali e di rete che possono essere disattivate :
  • scheda di rete integrata;
  • scheda video integrata;
  • scheda audio integrata;
  • controllori di dischi rigidi evoluti.

Il chipset

Il chipset (tradotto set di componenti o set di circuiti) è un circuito elettronico incaricato di coordinare gli scambi di dati tra i diversi componenti del computer (processore, memoria,...). Quando il chipset è integrato alla scheda madre, è importante scegliere una scheda madre che integri un chipset recente per massimizzare le possibilità evolutive del computer.
Alcuni chipset integrano talvolta un chip video o un chip audio, il che significa che non è necessario installare una scheda video o una scheda audio. E' tuttavia talvolta consigliato disattivarli (quando possibile) nel setup del BIOS e di installare delle schede d'estensione di qualità nelle postazioni per questo previste.

Il clock e la batteria del CMOS

L'RTC (per Real Time Clock) è un circuito incaricato della sincronizzazione dei segnali del sistema. E' costituito da un cristallo che, vibrando, manda degli impulsi (chiamati top del clock) per cadenzare il sistema. Si dice frequenza del clock (espressa in MHz) il numero di vibrazioni del cristallo al secondo, cioè il numero di top del clock emessi al secondo. Più la frequenza è elevata, più il sistema può elaborare delle informazioni.
Quando il computer viene spento, l'alimentatore smette di fornire corrente elettrica alla scheda madre. Quando il computer viene riacceso, l'ora del sistema è giusta. Un circuito elettronico, denominato CMOS (Complementary Metal-Oxyde Semiconductor, talvolta detto BIOS CMOS), salva alcune informazioni di sistema, come ad esempio l'ora, la data di sistema, e alcune impostazioni di sistema essenziali.
Il CMSO è continuamente alimentato da una batteria (di formato batteria piatta)) o una batteria posta sulla scheda madre. Così, le informazioni sull'hardware installato nel computer (come ad esempio il numero di piste, di settori di ogni disco rigido) sono conservate nel CMOS. Dato che il CMOS è una memoria lenta, alcuni sistemi a volte ricopiano il contenuto del CMOS nella RAM (memoria rapida), il termine « memory shadow » è impiegato per descrivere questo processo di copiatura nella RAM.
Il « complementary metal-oxyde semiconductor », è una tecnologia di fabbricazione di transistor, preceduta da altri, come la TTLTransistor-transistor-logique »), la TTLS (TTL Schottky) (più rapida), o ancora il NMOS (canale negativo) e il PMOS (canale positivo).
Il CMOS ha permesso di mettere dei canali complementari su uno stesso chip. Rispetto alla TTL o TTLS, il CMOS è molto meno rapido, ma consuma anche molta meno energia, da cui il suo impiego negli orologi dei computer, che sono alimentati da pile. Il termine CMOS è talvolta utilizzato a torto per designare il clock dei computer.
Quando l'ora del sistema è regolarmente reinizializzata, o l'orologio accumula del ritardo, basta generalmente cambiare la batteria!

Il BIOS

Il BIOS (Basic Input/Output System) è il programma di base che serve da interfaccia tra il sistema operativo e la scheda madre. Il BIOS è memorizzato in una ROM (memoria morta, cioè una memoria in sola lettura), così utilizza i dati contenuti nel CMOS per conoscere la configurazione hardware del sistema.
E' possibile configurare il BIOS grazie ad un'interfaccia (chiamata BIOS setup, tradotto configurazione del BIOS) accessibile all'avvio del computer con la semplice pressione di un tasto (generalmente il tasto Canc. In realtà il setup del BIOS serve unicamente da interfaccia per la configurazione, i dati sono memorizzati nel CMOS. Per ulteriori informazioni fate riferimento al manuale della vostra scheda madre).

Il socket del processore

Il processore (detto anche microprocessore) è il cervello del computer. Esegue le istruzioni dei programmi grazie ad un set di istruzioni. Il processore è caratterizzato dalla sua frequenza, cioè la cadenza a cui esegue le istruzioni. Quindi, un processore cadenzato a 800 Mhz effettuerà più o meno 800 milioni di operazioni al secondo.
La scheda madre ha una postazione (a volte molteplici nei casi di schede madri multi-processori) per il processore, detta socket del processore. Si distinguono due categorie di socket :
  • Slot : si tratta di un connettore rettangolare in cui si inserisce il processore verticale
  • Socket : si tratta di un connettore quadrato che ha un gran numero di piccoli connettori nei quali il processore si inserisce direttamente



All'interno di queste due grandi famiglie, esistono delle versioni differenti di socket, secondo il tipo di processore. E' essenziale, indipendentemente dal supporto, collegare delicatamente il processore per non distorcere nessuna delle SPINE (ne conta molte centinaia). Per facilitare il suo inserimento, è stato creato un socket chiamato ZIF (Zero Insertion Force, tradotto forza di inserimento nulla). I socket ZIF hanno una piccola leva che, una volta sollevata, permette l'inserimento del processore senza nessuna pressione e, una volta riabbassata, mantiene il processore sul suo supporto.
Il processore ha generalmente una progettazione a prova d'errore (Poka-yoke), indicato da un cono tronco o da un segno colorato, che deve essere allineato con il segno corrispondente sul supporto.
Ventirad



Dato che il processore diffonde calore, è necessario dissipare quest'ultimo per evitare che i circuiti fondano. E' la ragione per cui esso è generalmente sormontato da un dissipatore termico, composto da un metallo con una buona conduzione termica (rame o alluminio), incaricato di aumentare la superficie di scambio termico del microprocessore. Il dissipatore termico comporta una base in contatto con il processore e delle alette per aumentare la superficie di scambio termico. Una ventola solitamente accompagna il dissipatore per migliorare la circolazione dell'aria intorno al dissipatore e per migliorare lo scambio del calore. E' la ventola del case che è incaricata di estrarre l'aria calda del case e permettere all'aria fresca proveniente dall'esterno di entrare.

I connettori della RAM

La memoria ad accesso casuale (RAM per Random Access Memory) permette di memorizzare delle informazioni durante il funzionamento del computer, invece il suo contenuto è distrutto non appena il computer viene spento o acceso, contrariamente ad una memoria di massa come quella del disco rigido, capace di mantenere le informazioni anche se fuori tensione. Si parla di « volatilità » per designare questo fenomeno.
Allora perché utilizzare della RAM quando i dischi rigidi sono meno cari a capacità uguale? La risposta è che la RAM è estremamente rapida rispetto alle periferiche di memorizzazione di massa come il disco rigido. Essa ha in effetti un tempo di risposta di qualche dozzina di nanosecondi (circa 70 per la DRAM, 60 per la RAM EDO, e 10 per la SDRAM fino a 6 ns sulla SDRam DDR) contro alcuni millesecondi per il disco rigido.
La RAM si presenta sotto forma di moduli che si collegano a dei connettori della scheda madre.

I connettori di estensione

I connettori di estensione (in inglese slot) sono dei ricettori nei quali è possibile inserire delle schede di estensione, cioè delle schede che offrono delle nuove funzionalità o delle migliori performance al computer. Esistono differenti tipi di connettori :
  • Connettore ISA (Industry Standard Architecture): che permettono di connettere delle schede ISA, le più lenti funzionanti a 16 bit
  • Connettore VLB (Vesa Local Bus): Bus che serve anche a connettere delle schede video
  • Connettore PCI (Peripheral Component InterConnect): che permette di connettere delle schede PCI, molto più rapido che le schede ISA e funzionante a 32 bit
  • Connettore AGP (Accelerated Graphic Port): un connettore rapido per scheda video
  • Connettore PCI Express (Peripheral Component InterConnect Exress): architettura di bus più rapida rispetto ai bus AGP e PCI.
  • Connettore AMR (Audio Modem Riser): questo tipo di connettore permette di collegare delle mini-schede sui PC che ne sono dotati.
scheda PCI

I connettori di entrata-uscita

La scheda madre ha un certo numero di connettori d'entrata-uscita raggruppati sul «pannello posteriore».

connettori di entrata-uscita pannello posteriore



La maggior parte delle schede madri propongono i seguenti connettori :
  • Porta seriale, che permette di connettere delle periferiche vecchie;
  • Porte parallele, che permette soprattutto di connettere delle vecchie stampanti;
  • Porte USB (1.1, bassa larghezza di banda, 2.0, larghezza di banda media, 3.0 larghezza di banda elevata ), che permette di connettere delle periferiche più recenti;
  • Connettore RJ45 (detti LAN o porta ethernet) che permette di connettere il computer ad una rete. Esso corrisponde ad una scheda di rete integrata alla scheda madre;
  • Connettore VGA (detto SUB-D15), che permette di connettere un monitor. Questo connettore corrisponde alla scheda video integrata;
  • Prese audio (entrata Line-in, uscita Line-Out e microfono), che permette di connettere delle casse acustiche o uno stereo hi fi, nonché un microfono. Questo connettore corrisponde alla scheda audio integrata;
Per poter consultare questo documento offline, ne potete scaricare gratuitamente una versione in formato PDF:
Scheda-madre.pdf

Vedi anche


Motherboard
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Placa madre
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Motherboard - Hauptplatine
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Carte mère
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placa-mãe
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