Neste artigo será mostrado a arquitetura de uma placa-mãe e as mudanças dela no decorrer do avanço da tecnologia.
Uma placa-mãe de computador segue padrões para ser construída. Independente da marca ou modelo, existem algumas arquiteturas que são (ou foram) utilizadas. E quando digo "arquitetura" estou me referindo à organização dos componentes e tecnologias presentes na placa.
CURIOSIDADE: Antes de prosseguir, que tal descobrir um punhado de detalhes sobre as placas de circuito impresso? Eu estou me referindo aos materiais utilizados, técnicas de design e várias outras características!
Basta clicar na imagem abaixo e divertir-se!
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As placas-mãe de computadores de mesa passaram por várias mudanças durante os anos. As placas muito antigas tinham vários slots de expansão, pois não vinham com controladores áudio, rede, nem vídeo integrado. Antigamente além da unidade central de processamento, algumas placas possuíam um co-processador, para executar os cálculos mais simples, e a memória cache era um chip muito sensível a energia estática que era instalado ao lado do soquete da CPU. Hoje, tanto o co-processador, quanto a memória cache já integram o die da CPU.
No princípio haviam vários chips na placa, cada um responsável por executar uma função. Com o passar dos anos, estes chips passaram a ser integrados em apenas dois die's, chamados de chipset Ponte Sul (South Bridge) e Ponte Norte (North Bridge).
Chipset significa "conjunto de chips". Você verá mais adiante que a Ponte Norte passou a ser integrada no processador, restando apenas a Ponte Sul e seus circuitos auxiliares na placa-mãe.
Quando as placas começaram a vir com apenas dois chipsets, o barramento PCI, recém lançado (em 1993) foi usado como interface de comunicação entre os dois chips Ponte e também como um barramento de comunicação entre placas-filha e a Ponte Sul. Com era apenas um canal PCI (ou dois canais em alguns South Bridges) compartilhado entre vários dispositivos, o barramento PCI começou a ser um gargalo, fazendo com que fabricantes utilizassem o barramento PCI apenas para comunicação de placas-filha com a Ponte Sul e uma conexão proprietária entre os dois chips Ponte. Quanto a esta conexão proprietária:
-> A Intel criou o DMI (Direct Media Interface - Interface de Mídia Direta) que é muito semelhante à uma conexão PCI Express e que foi utilizado desde os chipsets para CPUs de socket PGA478.
-> A a AMD passou a utilizar o A-Link Express, que também era muito parecido com uma conexão PCI Express, sendo implementada a partir dos chipsets para CPUs de socket 754.
-> A nVidia, na sua série de chipsets nForce 2, resolveu colocar o HyperTransport 1.0 com interface de comunicação entre Ponte Norte e Sul.
Antigamente placas-mãe não tinham controlador gráfico integrado, era preciso comprar uma placa de vídeo ISA (Industry Standard Architeture) ou PCI (Peripheral Component Interconnect) para plugar o famoso cabo VGA do monitor de vídeo no computador. Os controladores gráficos "On board" só começaram a ser adicionados nas MoBos lá pelo final dos anos 1990. Esses controladores gráficos faziam parte da Ponte Norte (em alguns chipsets eram ligados ao barramento PCI).
Como a evolução dos games foi muito rápida e o barramento ISA e PCI se tornaram um problema de gargalo geral na placa-mãe, um novo barramento chamado de AGP passou a ser integrado a Ponte Norte, para que se o usuário quisesse comprar uma placa de vídeo mais robusta, poderia desabilitar o vídeo on-board, deixar os slots PCI e ISA de lado e liga-la na interface AGP, que é exclusiva para placas de vídeo. Logo depois veio o PCI Express, que tomou conta da placas e é utilizado atualmente como interface para circuito de rede, placa de vídeo, SSDs e etc.
Muitas outras coisas mudaram nas placas-mãe, como o controlador de memória, que passou a ser integrado no processador e não mais no chipset da placa-mãe, a(s) porta serial(is) e paralela e interface com drives de disquete que ficaram obsoletos, além de vários outros circuitos que foram realocados ou abolidos.
Vamos começar com as arquiteturas lá da virada do século e ir estudando a evolução a partir daí...
Placas para CPUs AMD
O diagrama de blocos a baixo é da placa-mãe Asus A7N8X-X produzida entre 2002 e 2005.
Diagrama 1 - Placa-mãe Asus A7N8X-X
Esta placa foi desenvolvida para processadores de socket 462, para CPUs Sempron, Athlon, Athlon MP, Athlon XP, Geode e Duron, da marca AMD.
A Ponte Norte tem:
> Controlador AGP (usado para colocar placas de vídeo Off board);
> Se comunica com o processador através do Front Side Bus (FSB);
> Se comunica com a Ponte Sul através de uma conexão HyperTransport;
> Possui um controlador de RAM DDR1.
Observe a imagem abaixo:
Imagem 1 - Asus A7N8X-X
Esta placa não possui vídeo On-board, ou seja, é obrigatório a colocação de uma placa de vídeo Off-board no slot AGP ou em um dos slots PCI para que a placa seja utilizável.
O chipset Ponte Sul é responsável por:
> Os 5 slots PCI que compartilham o mesmo caminho para se comunicar com o chipset. Perceba que há também um controlador SATA no barramento PCI;
> O Super I/O e a memória EEPROM;
> Interface com o codec de áudio;
> Interface com o PHY de rede;
> Portas IDE (PATA) para HDs e leitores de CD/DVD;
> Portas USB.
Veja a imagem desta outra placa-mãe:
Imagem 2 - Placa-mãe AsRock K7S8X
Como eram os Notebooks?
Vamos analisar agora uma placa de notebook. Abaixo, você vê a a imagem de uma placa de notebook produzida por volta do ano de 2000.
Imagem 3 - Placa de Notebook com um processador VIA C3 1GigaPro
Esta placa de notebook da imagem acima possui algumas peculiaridades que demonstram bem as limitações destes equipamentos. Vamos a elas:
-> Nesta época, ainda não existia Ponte Norte integrada na CPU. Neste Notebook há um chipset com a Ponte Norte e a Ponte Sul integradas numa pastilha só;
-> O controlador de rede Ethernet é dedicado (fora do chipset) e tem invólucro QFP, muito utilizado em chips de rede Ethernet com interface PCI;
-> A memória RAM suportada é de um padrão anterior ao DDR (Double Data Rate - Dupla Taxa de Transferência), isto é, um padrão chamado SDR (Single Data Rate - Taxa de transferência Única) que trabalha a normalmente 66 Mhz, 100 Mhz ou 133 MHz. Há apenas 1 canal e um slot de memória nesta placa.
CURIOSIDADE: Notebooks que surgiram entre 1995 até a virada do século poderiam implementar memórias RAM FPM ou EDO com interface SODIMM de 72 vias ou até mesmo SODIMM SDR de 144 vias. No entanto, o uso destes formatos era bem raro. Para saber mais sobre memórias FPM e EDO, CLIQUE AQUI!
-> Nesta época já se utilizava a interface FPD-Link (Flat Panel Display-Link) para transferências de dados entre controlador gráfico e a placa T-Con do display LCD;
-> Perceba que, entre o chipset e o soquete para a bateria +3V do BIOS há o conector flat para o teclado, comum até hoje em notebooks;
-> Quatro portas USB, uma porta paralela, uma porta serial, um conector VGA e um S-Vídeo também estavam disponíveis nesta placa. Os dois conectores (VGA e S-Vídeo) não eram ligados ao chipset, mas sim a um chip conversor digital-analógico RAMDAC, já que estas duas interfaces são analógicas e este chipset, cujo nome é "GFxcel/ST" não vinha com saídas analógicas;
-> Os HDs e leitores de CD / DVD utilizavam interface SCSI, normalmente. Os conectores eram, normalmente diferentes para o leitor de discos ópticos e para o disco rígido. Na época já existiam HDs de 2,5" e até era possível encontrar drive de disquetes em alguns notebooks.
Placas Para CPUs Intel
As placas da Intel para processadores de socket LGA775, fabricadas até por volta de 2010, e para socket PGA478, fabricadas até por volta de 2006 eram basicamente iguais as placas pra processador AMD.
Estas placas funcionavam da mesma forma que a A7N8X-X. A Ponte Norte, também denominada MCH (Memory Controller Hub - Concentrador Controlador de Memória) pela Intel, fica no centro da placa-mãe e possuí as seguintes características:
> Um ou dois controladores de memória RAM;
> Barramento Front Side Bus (FSB) para se comunicar com a CPU;
> Controlador PCI Express ou AGP;
> Comunicação com a Ponte Sul através da conexão DMI (Direct Media Interface).
A Ponte Sul, denominada ICH (I/O Controller Hub - Concentrador Controlador de Entrada e Saída) pela Intel, fica responsável pelas demais funções, que são:
> Barramento PCI;
> Interface PATA e SATA;
> Interface com o Super I/O e a memória Frash ROM do BIOS;
> Interface com o Codec de áudio;
> Interface com o PHY de rede;
> Portas USB.
Observe a imagem abaixo:
Imagem 4 - Placa-mãe GigaByte GA-8iG1000MG de 2005, para processadores de socket 478.
Observe a imagem abaixo:
Imagem 5 - PLaca-mãe AsRock P5i65G
Na imagem acima temos outra placa-mãe pra processador Intel de socket PGA478.
Observe a próxima imagem:
Imagem 6 - Placa-mãe AsRock G41M-VS3 para processadores de socket LGA775
CURIOSIDADE: Placas para processadores Intel de socket LGA775 podiam suportar memórias RAM DDR1, DDR2 ou DDR3, tudo dependia do modelo do chipset Ponte Norte escolhido pelo projetista. Existiram também alguns chipsets feitos para processadores de socket PGA478 que foram utilizados em placas com socket LGA775, isto pois a comunicação da Ponte Norte com os processadores de ambos os sockets eram iguais.
Neste segundo diagrama de blocos, temos a placa-mãe AsRock N68 VS3 FX com o chipset nVidia MCP68, lançado em 2007.
Diagrama 2 - Placa-mãe AsRock N68 VS3 FX
Note que há apenas um chipset, que é a Ponte Sul, com controlador gráfico integrado e também um slot PCI Express x16 para placas de vídeo Off-board. A Ponte Norte está dentro da CPU, que também possui dois controladores de 64 bits cada para acessar a memória RAM. O chipset Ponte Sul só tem acesso à no máximo 256 MB de memória RAM através de um controlador de 32 bits, e que é destinado ao controlador gráfico on-board.
Veja a imagem da N68 VS3 FX abaixo:
Imagem 7 - Por cima do heatsink dourado está no MCP68
-> O controlador de memória RAM e a Ponte Norte passaram a ser integrados na CPU a partir da arquitetura AMD64, que foi introduzida nos processadores Opteron de socket 939 e Athlon 64 de socket 754 já no início do século.
-> No caso da Intel, apenas os processadores a partir do socket LGA 1156 e LGA 1366, ou seja, a linha Core i3/i5/i7/i9 e Pentium G / Celeron que passaram a ter estes circuitos integrados, isso em meados de 2009.
OBSERVAÇÃO: O controlador SATA também está integrado no chipset, diferente da A7N8X-X que possui um chip separado para esta função. Somente as primeiras placas do mercado a ter portas SATA usavam um controlador fora da Ponte Sul. Por ser uma tecnologia nova e cara na época, se levou um tempo para incorpora-la ao chipset.
A N68 VS3 FX suporta CPUs de socket AM3 e AM3+, ou seja, Sempron 1xx, Athlon II, Phenom II e FX Series. Todos eles não possuem o controlador PCI Express.
Em várias placas destinadas a esses modelos de CPU existe um "chipset intermediário" entre a Ponte Norte (que esta dentro do processador) e a Ponte Sul (que está na placa-mãe). É este "chipset intermediário" o responsável pela interface com o(s) slot(s) PCI Express. É o caso, por exemplo das placas com o chipset AMD 970, 990 e 990FX.
Nos modelos um pouco mais antigos destes "chipset intermediários", como por exemplo o AMD 760G e o 780G havia um controlador gráfico integrado (iGP - Integrated Graphics Processor).
Veja a imagem abaixo:
Imagem 8 - Placa-mãe AsRock A780LM
OBSERVAÇÃO: utilizo este termo "chipset intermediário", com aspas, para me referir a este chip, por ele ter poucas funcionalidades, e em várias placas já estar integrado a Ponte Sul, como é o caso do MCP68 da N68 VS3 FX.
CURIOSIDADE: O circuito do controlador de vídeo integrado fazia parte do chipset, sendo geralmente conectado através de um barramento PCI interno. Já que a iGP possui um desempenho muito baixo, a utilização de uma conexão mais moderna não se fazia necessário, seria desperdício, sendo o barramento PCI ideal pra isso.
Ainda falando dos chipsets intermediários:
-> A comunicação entre o "chipset intermediário" e o chip Ponte Sul da AMD é feita através da conexão A-Link Express, que é muito parecido com uma conexão PCI Express x4.
-> Já a comunicação entre a Ponte Norte do processador e a Ponte Sul de placas como a N68 VS3 FX é feita pela conexão HyperTransport.
-> No caso das placas com o chipset AMD 760G ou o 990FX por exemplo, o HyperTransport é a interface de comunicação entre o "chipset intermediário" e o processador.
Desde os modelos de placas-mãe com o socket AMD 754 e 939 que o controlador de memória e a Ponte Norte já estão no mesmo Die da CPU, só que sem o controlador PCI Express.
Diagrama 3 - Imagem do diagrama de blocos de um processador AMD Athlon 64
Mesmo podendo integrar o controlador PCI Express na Ponte Sul e liga-la diretamente a Ponte Norte da CPU, os fabricantes ainda criavam estes "chipsets intermediários" dedicados para o(s) slot(s) PCI Express ou AGP.
A nVidia, pouco antes de parar de fabricar chipsets, criou algumas Ponte Sul completas, como por exemplo o MCP68 da placa N68 VS3 FX: ele possui o controlador PCI Express e até o controlador de vídeo On-board integrado na Ponte Sul. Outro exemplo deste tipo de chipset é a série nForce 4, também da nVidia.
Coincidentemente, estes chipsets Ponte Sul da nVidia com tudo integrado e ligados diretamente ao processador tinham um problema: o chipset sofria com superaquecimento devido a quantidade de circuitos integrados num espaço pequeno e com bastante geração de calor. Diferente da CPU, o chipset é construído com uma litografa relativamente maior, e como já sabemos, quanto maior for o tamanho do transistor, maior é o consumo de energia e também o desperdício em forma de calor.
Talvez este tenha sido a grande sacada da AMD e outras fabricantes em projetar um chipset entre a Ponte Norte embutida na CPU e a Ponte Sul da placa-mãe, justamente para desmembrar circuitos e não provocar uma condensação de calor muito grande num chipset só.
Por parte da AMD, somente a partir dos novos chipsets para o AMD Ryzen que o barramento PCI foi abolido completamente para dar lugar a alguns lanes PCI Express x1, ideais para dispositivos secundários, como por exemplo circuitos de GPS e Bluetooth.
Por parte da Intel, o barramento PCI foi abolido por completo com o lançamento dos chipsets para a sexta geração de processadores Intel Core i3/i5/i7, Pentium G e Celeron.
Vídeo on-board na Ponte Sul não existe mais, já que placas de vídeo Off-board ou integradas na CPU possuem um desempenho muito melhor e são conectadas direto a barramento PCI Express presente no processador.
A Intel levou muito mais tempo pra incluir a Ponte Norte dentro da CPU, mas quando a fez, com a primeira geração do Intel Core i lá por 2009, inclui até o PCI Express.
Na próxima imagem, temos o diagrama de blocos de uma placa-mãe para processadores Intel Pentium G, Celeron, Core i3, i5 e i7 da sexta e sétima geração (socket LGA 1151).
Diagrama 4 - Diagrama de bloco para uma placa-mãe Intel com suporte a linha Intel Core i de sexta e sétima geração.
Por ser um projeto mais novo, o chipset Ponte Sul, denominado PCH (Platform Controller Hub - Concentrador Controlador de Plataforma) pela Intel, suporta muitas tecnologias atuais, mas vamos ao principal:
-> O processador possui um controlador PCI Express integrado bem como um controlador gráfico. Resta ao PCH mais lanes PCI Express e conexões USB para dispositivos secundários (módulos Wi-Fi, NFC, Bluetooth, controlador de rede, codec de áudio, GPS...).
Desde a primeira geração dos Intel Core i3/i5/i7 que esta arquitetura é aperfeiçoada pela Intel. Veja a imagem abaixo, de uma placa-mãe Intel para a primeira geração dos Core i3/i5/i7 datada de meados de 2009 ~ 10:
Imagem 9 - AsRock H55M, como o chipset Intel PCH H55
-> Processadores Ryzen de primeira geração (lançada em 2017) não tem vídeo integrado, porém utilizam o soquete AM4, que possui suporte a APUs (Unidade de Processamento Acelerado) da AMD. Os processadores Ryzen 3 e Ryzen 5 de segunda geração (lançada em 2018) possuem duas versões com o vídeo integrado AMD Radeon Vega. A terceira geração dos Ryzen veio no final de 2019 com algumas versões também possuindo a Radeon Vega integrada. Atualmente também é vendido um novo AMD Athlon com Radeon Vega integrado, sendo uma CPU de baixo custo abaixo do Ryzen 3.
Veja a imagem abaixo de uma placa-mãe para AMD Ryzen:
Imagem 10 - AsRock A320M-HD com o chipset AMD A320
OBSERVAÇÃO: A diferença entre um processador com vídeo integrado (iGP) e uma APU, é que a APU possui a unidade central de processamento e o controlador gráfico no mesmo die (também podem ser em dies separados, porém, no mesmo substrato), compartilhando o mesmo barramento, mesma memória RAM e tarefas (tecnologia conhecida como HSA - Heterogeneous System Architecture, que significa Sistema de Arquitetura Heterogênea). A Intel também oferece processadores com iGP, no entanto, sem suporte ao HSA e em todos os casos dies separados, apenas montados sob o mesmo substrato.
Em 2011 que a AMD apresentou as APUs (Accelerated Processing Unit - Unidade de Processamento Acelerado - Geralmente chamados de AMD Fusion), feitas para funcionarem com a série de sockets FM (FM1, FM2 e FM2+). A APU da AMD é a combinação de uma CPU e um chip gráfico integrado no mesmo substrato (ou até no mesmo die), além de vários lanes PCI Express, portanto, o chipset ficava apenas com interfaces secundárias, assim como ocorre nos chips PCH da Intel e nos chipsets para Ryzen.
Veja a imagem abaixo:
Imagem 11 - Placa-mãe AsRock FM2A55M-HD+, que suporta APUs de socket FM2 e FM2+
O Chipset de uma placa-mãe com Socket FM1, FM2 e FM2+ é chamado de FCH, sigla para Fusion Controller Hub. A conexão entre o FCH e a APU é feita pela interface UMI-Link (Unified Media Interface - Interface de Mídia Unificada), muito semelhante a conexão A-Link Express, que também é da AMD.
O desempenho é melhor se comparado com o vídeo on-board na Ponte Sul, pois neste caso todo o barramento com a memória RAM pode ser compartilhado entre o circuito da CPU e da GPU. Outro ponto positivo é que o circuito de vídeo também está ligado no controlador PCI Express presente no processador, portanto a comunicação entre os dois é muito mais rápida.
CURIOSIDADE: Ao contrário do que você imagina, não há um conector DVI, ou HDMI, ou VGA ligado diretamente ao soquete da CPU. Quando há um conector de vídeo ligado no socket, geralmente é DisplayPort, como é possível ver no Diagrama 4.
As fabricantes optaram por criar uma interface de vídeo padronizada para ligar o controlador de vídeo no chipset Ponte Sul. No chipset Ponte Sul há o circuito que recebe os dados de vídeo do controlador gráfico e os manda ao monitor via interfaces HDMI, DVI, VGA, FPD-Link ou outra.
Nos processadores Intel com vídeo integrado, a interface utilizada é a DDI (Digital Display Interface). Para as APUs da AMD o DDI também é utilizado. Isso também vale para placas de notebook.
OBSERVAÇÃO: Todos os chipsets Ponte Sul possuem uma interface de áudio, apenas não integram o codec (sigla para codificador / decodificador) e também uma interface de rede, apenas não integram o controlador de rede, conhecido como PHY (pronuncia-se "fái") que é responsável pela codificação / decodificação ou modulação / demodulação dos dados transferidos via cabo.
Alguns chipsets podem não ter a interface de rede e um chip dedicado (Ethernet ou Wi-Fi) pode ser ligado em um lane PCI Express x1 do chipset.
Em placas mais antigas que não possuíam um controlador de rede e ou de áudio na Ponte Sul, poderiam utilizar também o barramento PCI para conectar chips dedicados. Placas com duas portas RJ-45 poderiam utilizar um chip dedicado ligado a um lane PCI Express x1 ou utilizar a interface de rede do chipset Ponte Sul e outro chip dedicado ligado ao barramento PCI.
OBSERVAÇÃO: As portas USB sempre foram controladas por um hub USB no South Bridge. No período de transição entre o USB 2.0 e 3.0, alguns chipsets que não tinham suporte a versão mais atual não foram descartados. Apenas foi conectado um controlador USB 3.0 em um lane PCI Express x1. Chipsets atuais já possuem suporte nativo a USB 3.0 e 3.1, e no caso do socket AM4 da AMD a própria CPU tem um controlador com algumas portas USB.
No caso de notebooks atuais, a arquitetura não difere dos desktops. Veja a placa de Notebook abaixo:
Imagem 12 - Placa de um notebook Acer Aspire para linha Intel Core i de terceira geração
Este notebook Acer já tem alguns anos, mas suporta processadores Intel Core i. Não há mais porta paralela, serial, SCSI, FDD (para drive de disquetes) e nem um chip com Ponte Norte e Sul integradas. A Ponte Norte já é embutida no processador, que também possui 2 controladores de memória RAM e suporte à memória com fator forma SODIMM, além de ter controlador de vídeo integrado
O Fator forma SODIMM possui a linha de contatos com tamanho reduzido, diminuindo assim o tamanho do slot e, consequentemente o espaço ocupado. Esta placa suporta o padrão DDR3 (Double Data Rate - Dupla Taxa de Transferência) e também suporta um slot MiniPCI Express para adaptadores Wi-Fi, 3G, LTE ou outros.
O HD é conectado à placa através de um conector SATA e um cabo de alimentação. Apesar do leitor de CD / DVD / BluRay ter a interface SATA também, ele é conectado a placa com um conector único, que integra a alimentação elétrica e o lane SATA. Há várias portas USB, bem como o PHY de rede e o codec de áudio. Também há uma saída de vídeo analógico (VGA) e uma porta HDMI, ligadas diretamente a Ponte Sul. Uma interface FPD-Link é utilizada para conectar o adaptador gráfico na placa T-Con do display.
O chip do BIOS possui interface SPI e invólucro SMD de 8 pinos. Ele pode ser confundido outros chips parecidos, mas que executam outras funções.
Atualmente, os notebooks já suportam memórias SODIMM DDR4 e slots M.2 para SSDs.
Muitos notebooks incluem um chip gráfico dedicado e com chips de memória RAM GDDR: são os famosos notebooks gamer. Eles esquentam mais, consomem mais e requerem um sistema de refrigeração mais bem elaborado.
Notebooks "ultra compactos" utilizam chips de memória RAM LPDDR3 ou LPDDR4 soldados diretamente na placa-mãe. Isso também pode acontecer com os processadores, que na grande maioria dos notebooks já são soldados na placa, impedindo futuros upgrades.
Veja a imagem de outra placa-mãe abaixo:
Imagem 13 - Placa-mãe Asus A7V8X-X
O controlador de entrada e saída (também chamado de Super I/O) possui a interface para o drive de disquete, porta LPT (aquela porta de cor rosada usada principalmente em impressoras antigas), a(s) porta(s) seriais (RS-232 - muito utilizadas por mouses antigos), os conectores PS/2 para mouse (PS/2 de cor verde) e teclado (PS/2 de cor roxo), os sensores de temperatura e de rotação das ventoinhas e as próprias ventoinhas para manter o controle da refrigeração e monitoramento de hardware. O chip escrito "BIOS" é uma memória do tipo ROM Flash e é onde fica o firmware (conhecido como BIOS), pequeno código que faz a placa-mãe funcionar.
O chip do BIOS (Basic Input Output System) pode ser ligado ao Super I/O pelo barramento SPI (Serial Peripheral Interface) ou diretamente a Ponte Sul pelo barramento LPC (Low Pin Count). O Super I/O é ligado na Ponte Sul também pelo barramento LPC (que é baseado no antigo barramento ISA), que também era utilizado para conectar o Super I/O e o chip do BIOS ao chipset. Neste caso não há problemas de gargalo, pois mesmo a interface sendo simplória, são circuitos relativamente simples que não necessitam de altas taxas de transferência.
Para saber muito mais sobre o Super I/O e os circuitos que ele controla, comece CLICANDO AQUI!
Lembrando que chipsets South Bridge atuais (primeira década de 2000), como por exemplo o nVidia MCP68, AMD SB700, 710 e 750 e a linha Intel ICH10, além de vários outros, possuem a interface SPI e podem ser conectados diretamente ao chip do BIOS, vale da fabricante escolher a arquitetura desta parte do circuito da placa-mãe. Caso seja utilizado o barramento LPC para o chip com o firmware, tanto o Super I/O quanto o chip do BIOS compartilharão a mesma interface.
A bateria presente em todas as placas-mãe é ligada a Ponte Sul, mais precisamente no RTC (Real Time Clock), onde há um pequeno espaço de memória do tipo RAM, normalmente com 100 a 500 kiloBytes e um controlador que está ligado a um cristal de clock de 32,768 Mhz. Esta memória e este pequeno controlador mantém a data e hora corretas e também as alterações na configuração do BIOS, que como foi dito, está gravado no chip de memória ROM flash. Mesmo quando o aparelho está fora da tomada, a pequena bateria CR2032 mantém tudo à salvo e, caso ela seja retirada (ou se descarregue com o passar dos anos), ocorre um reset para as configurações de fábrica.
Abaixo, os três modos de ligação do chip ROM Flash, do Super I/O e do Módulo TPM (que será explicado futuramente) na Ponte Sul:
Diagrama 5 - Arquiteturas de ligação da Ponte Sul, Super I/O, Flash ROM e módulo TPM
CURIOSIDADE: O processo de ligar, desligar e reiniciar o PC também está diretamente relacionado com o Super I/O! Para saber mais, CLIQUE AQUI!
CURIOSIDADE: Após ligar o PC, inicia-se o POST (Power On Self Test). Mas o que seria isto? Para saber mais, CLIQUE AQUI!
Vamos complementar o conteúdo com um punhado de informações super interessantes que se encaixam com toda essa descrição feita até aqui!
O Front Side Bus
Independente da arquitetura da placa-mãe e da marca dos componentes, a ligação entre a CPU e a Ponte Norte é feita por um barramento chamado de Front Side Bus (Abreviado FSB), e sua largura não depende do conjunto de instruções suportados pela CPU.
-> No caso de processadores de socket PGA478, o conjunto de instruções é de 32 bits, mas o FSB é de 64 bits;
-> No caso de processadores de socket LGA775, o conjunto de instruções pode ser de 32 ou 64 bits, mas o FSB é de 64 bits;
-> Nos processadores de socket AM2 e AM3 da AMD, o FSB tem 128 bits e o conjunto de instruções suportado pode ser de 32 ou 64 bits.
Em resumo, o FSB é apenas um canal de comunicação entre dois circuitos.
CPUs atuais da linha Intel Core i e AMD Ryzen já possuem mais de 128 bits de FSB. Uma grande vantagem de incluir a Ponte Norte dentro da CPU foi diminuir a distância entre os dois circuitos e aumentar a largura do barramento que os interliga, sem precisar se preocupar com as limitações de tamanho da placa-mãe.
Barramentos obsoletos
Até o final dos anos 1990 existiam barramentos e outras interfaces que após a virada do século não foram mais muito aplicadas em placas, e hoje ninguém se lembra mais! Alguns deles são listados abaixo juntamente com os links que te levam pra artigos super completos do HC!
→ Barramento ISA: CLIQUE AQUI!
→ Barramento VLB: CLIQUE AQUI!
→ Interface DIN 41524: CLIQUE AQUI!
Com o passar dos anos, os slots PCI, slot AGP, conectores de drive de disquete e portas IDE passaram a ficar em desuso por serem muito limitados. É o que podemos ver na N68 VS3 FX. Ao contrário da Asus A7N8X X, que tem 5 slots PCI, duas portas IDE e um conector de drive de disquete e é bem mais antiga, a placa da AsRock possui apenas 1 slot PCI, uma porta IDE e nenhuma para drives de disquete. Estas conexões já não existem mais em placas-mãe novas.
→ O funcionamento do barramento PCI pode ser visto CLICANDO AQUI!
→ O funcionamento do barramento AGP pode ser visto CLICANDO AQUI!
→ O funcionamento da interface IDE pode ser visto CLICANDO AQUI!
→ Você pode conhecer mais sobre o diquete CLICANDO AQUI!
Há várias interfaces que surgiram após a virada do século e estão no mercado até hoje! Algumas delas são listadas abaixo:
→ Interface PCI Express: Conheça mais INICIANDO POR AQUI!
→ Interface SATA: Conheça mais CLICANDO AQUI!
Placas-mãe fora do comum!
Ao longo da história vários fabricantes quiseram inovar, e muitas dessas inovações (algumas aberrações) são mostradas ao acessar os seguintes links!
Todos estes links são apenas uma parte de tudo o que já foi publicado sobre PCs no Hardware Central!
Resumindo: o processador(CPU) é o cérebro do seu computador, os chipsets (Ponte Sul e Ponte Norte), com o auxílio de outros componentes, fazem o controle de (quase) tudo o que está conectado na placa. Os exemplos mostrados neste artigo podem ser aplicados em todos os modelos de placas do mercado. Pode haver alguma diferença em alguns modelos, é claro.
Acha que faltou alguma coisa? Tem sugestões? Gostou do artigo? Então é só curtir, comentar e compartilhar!
Se você ficou com dúvidas, mande uma mensagem para hardwarecentrallr@gmail.com ou pela página de contato do site... :)
FONTES e CRÉDITOS:
Texto do artigo e Diagrama das placas Asus A7N8X X e AsRock N68 VS3 FX feitos por Leonardo Ritter.
Fontes: Biblioteca de datasheets e esquemas elétricos do Hardware Central.
Todo o conteúdo deste artigo foi baseado em livros técnicos de componentes das marcas AMD e Intel, além de analises do circuito de algumas placas-mãe.
Última atualização: 08 de Janeiro de 2023.