Introdução

A placa-mãe é o componente principal dos computadores. É um grande circuito impresso (chip) que contém inúmeros componentes internos, desde o barramento (BUS) até aos encaixes (Slots) para periféricos internos, memórias e processador até às portas de ligação para os periféricos externos. É a partir da placa mãe que tudo começa são bits e bytes que circulam entre os periféricos, a memória e o processador através do BUS a velocidades vertiginosas e cada vez essa transferência de dados se faz mais rapidamente e em maiores quantidades à medida que a tecnologia cresce. Claro que as placas mãe estão intimamente ligadas aos processadores e estes também evoluem a grande velocidade. Devo aqui acrescentar que a mudança na arquitectura das placas mãe AT para a arquitectura ATX, veio a facilitar bastante a tarefa de utilizar a placa-mãe, simplificando a ligação das portas de saída (para os periféricos externos), pois já trazem (na sua maioria) as referidas portas, enquanto a anterior arquitectura tinha as ligações para as referidas portas, além do sistema de refrigeração e de alimentação ter sido melhorado e aperfeiçoado

Funções

<     É o centro de operações do computador.
 

            Sempre que se pretende fazer uma simples operação de entrada e saída de dados (Input/output), como por exemplo, escrever num teclado e visualizar o texto no monitor, estes periféricos externos têm que estar ligados à porta conectora do teclado e à placa gráfica que por sua vez liga directamente à placa-mãe através do encaixe de expansão AGP (ou no encaixe de expansão PCI nos sistemas mais antigos).

            Qualquer avaria num componente interno (que esteja dentro da caixa) obriga a que se tenha que abrir a caixa e directa ou indirectamente conduzir-nos-á à placa-mãe, nem que seja por causa dos cabos que ligam às portas (são os cabos que nos permitem ligar periféricos externos à placa-mãe) que, por sua vez, liga também, na outra extremidade, a um conector ou controlador que está fisicamente incorporado na placa-mãe.

 

<     Alimentação eléctrica do computador.

             Existem duas possibilidades de alimentação eléctrica à placa-mãe. Existe a possibilidade AT, que pressupõe uma fonte de alimentação AT, menos potente e adequada a placas-mãe mais antigas. E, por outro lado, existe a possibilidade de ligação ATX, com uma fonte de alimentação mais potente, que permite alimentar mais periféricos e é a adequada às mais recentes placas-mãe existentes no mercado. Esta nova alimentação eléctrica do tipo ATX permite uma maior margem de manobra, quer a alimentar internamente os componentes, quer mesmo a permitir que o utilizador desligue todo o sistema a partir apenas do software, como por exemplo ao sair do Windows.

            Devo ainda referir que a arquitectura (Layout) das caixas ATX são diferentes da arquitectura das caixas AT, em virtude da melhor disposição dos componentes internos das placas-mãe ATX, tornando mais prático o acesso ao interior da caixa e mais funcional a sua ventilação interior.

            Mais à frente é possível ver, numa única placa-mãe, os dois tipos de ligação (AT E ATX).

 

<     Incorpora os vários componentes.

             A placa-mãe tem vários componentes incorporados que podem ser os mais variados e podem inclusive diferir de placa para placa. Como por exemplo o encaixe do processador, que permite fixar diferentes tipos de processador. Os bancos de memória DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório), que permitem adicionar mais ou retirar módulos de memória RAM (Memória de acesso aleatório). Ou os encaixes de expansão ISA (Industry Standard Architecture) e PCI (Peripheral component interconnect), que permitem fixar vários tipos de placas como modems, placas de som, placas de rede, etc.        

 

<     Interliga os vários componentes.

             Os componentes acima descritos comunicam entre si por causa do BUS ou Barramento. É o barramento que interliga todos os componentes internos da placa-mãe. Entende-se por barramento o conjunto de fios condutores, dispostos em paralelo, que permite a comunicação entre os vários componentes internos do sistema.

            Assim a DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório) está em contacto com a SRAM (Memória estática de acesso aleatório), com a CPU (unidade central de processamento) e estas por sua vez estão em contacto com os periféricos. Adiante iremos ver que tipos de barramento existem.

            Mais à frente iremos também abordar os principais componentes que estão interligados entre si pelo barramento.

           

<     Possibilita a ligação de periféricos internos e externos.

            É possível ligar periféricos internos que são fixados directamente na placa-mãe como por exemplo uma placa de som instalada no encaixe de expansão ISA (Industry standard architecture), ou uma placa gráfica instalada no encaixe de expansão AGP (Accelerated graphics port), ou  ligar um disco rígido no controlador EIDE (Enhanced Integrated drive Electronics), ou mesmo ligar uma drive de disquetes ao controlador específico das drives de disquetes. Note-se que cada controlador destes suporta duas drives distintas.

            É ainda possível ligar periféricos externos. Normalmente as caixas dispõem das portas de ligação na parte traseira, mas depende da disposição física da placa-mãe. Algumas placas-mãe mais recentes possuem portas de ligação USB (Universal serial bus) e fichas de ligação para a placa de som na parte dianteira da caixa. Assim é possível ligar os mais variados periféricos como o teclado, que liga ao respectivo controlador e este pode ser AT, PS/2 ou USB, o monitor que liga à porta de saída de vídeo da placa gráfica. O rato que liga à respectiva porta, que pode ser Série (COM), PS/2 ou USB, ou a impressora que pode ligar à porta paralela (LPT) ou USB, etc.

 

<     Permite ajustar várias configurações (BIOS).

             As placas-mãe possuem uma memória principal, só de leitura, que se designa por ROM (Read only memory) BIOS (Basic Input Output system). Esta memória contém as informações necessárias ao arranque do sistema. Quando o computador é iniciado faz uma série de testes onde vai reconhecer os periféricos e suas configurações, desta forma o utilizador vai poder parametrizar o sistema com configurações e ajustes internos. Tomemos os seguintes exemplos, alterar a data e hora de sistema, alterar ou detectar quais os discos rígidos que podem ser reconhecidos pelo sistema, ou se as portas de série (COM), paralela (LPT), USB (Universal serial bus), PS/2, etc estão activas ou desactivas. Permite ainda activar ou desactivar drives de disquetes, alterar e parametrizar as memórias primárias de acesso aleatório do computador, ou mesmo atribuir uma senha de acesso para uma maior segurança do sistema e salvaguarda destas configurações.

            Note-se que não é recomendada a alteração destas configurações sem se ter a certeza do que se está a fazer, porque o sistema pode bloquear ou dar códigos sonoros de erro.

            Existe na placa-mãe uma pequena bateria (ou pilha) de Lítio que armazena esta informação das configurações da BIOS (Basic Input Output system), para que o computador não perca esta informação sempre que é desligado.

Componentes

<     Memória RAM – DRAM e SRAM (cache).

 

 

            A memória de acesso aleatório RAM (Random access memory) faz parte da memória principal do computador. Pode ser de dois tipos: DRAM (RAM dinâmica) e SRAM (RAM estática) ou memória cache. Chama-se cache porque se destina a acelerar as trocas de dados entre o processador e a DRAM (RAM dinâmica).

 Podemos observar na tabela seguinte a análise comparativa entre ambas:

 

<     Memória ROM (ROM-Bios).

             As placas-mãe possuem outra memória principal só de leitura, que se designa por ROM (Read only memory) BIOS (Basic Input Output system). Esta memória contém as informações de rotina para o arranque e funcionamento básico do sistema. Quando o computador é iniciado faz uma série de testes onde vai reconhecer os periféricos e suas configurações, assim o utilizador vai poder parametrizar o sistema com configurações e ajustes internos. A informação contida numa memória ROM é gravada no seu fabrico e é inalterada durante as operações de processamento. O processador apenas pode ler as informações nelas contidas, não pode escrever nada no seu interior. A este conjunto de instruções chamamos Firmware.

            Actualmente surgiu um novo conceito de BIOS, as Flash BIOS que têm a funcionalidade de poderem ser actualizáveis por software (programas e aplicações informáticas). Permitindo actualizar as BIOS a partir de software fornecido pelo fabricante, mas esta operação é muito delicada e só deve ser feita com o máximo de sapiência e cuidado.

 

Tipos de memória ROM (Read only memory)

 

Memória ROM	Designação	Explicação
PROM	Programable ROM	São programadas uma única vez, no seu fabrico
EPROM	Erasable PROM	A informação nelas contida pode ser apagada e podem ser reprogramadas novamente
EEPROM	Electronic EPROM	Podem ser reprogramadas electronicamente

<     Processador (CPU).

             CPU (Central Processing Unit) significa unidade principal de processamento. O processador é um circuito integrado amovível da placa-mãe, pode ser actualizável dependendo das especificações da placa-mãe. Contém milhões de componentes electrónicos elementares, organizados de forma a poder efectuar as operações típicas de processamento. A sua estrutura é bastante complexa e variável consoante a sua marca ou versão.

            Na parte traseira do processador existem uns pinos metálicos que se vão fixar no encaixe próprio da placa-mãe (Socket), existem encaixes e processadores de vários formatos, como Socket 7, Socket 5, Socket A, socket 478, etc. Mais à frente vai ver várias placas-mãe com diferentes encaixes de processador.

            Mais informação acerca dos processadores será dada numa aula específica para o processador.

 

<     Bus ou Barramento.

              BUS ou Barramento é o conjunto de fios condutores, dispostos em paralelo, que permitem a comunicação entre os vários componentes internos do sistema. É o barramento que interliga todos os componentes internos da placa-mãe.

            Assim a DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório) está em contacto com a SRAM (Memória estática de acesso aleatório), com a CPU (unidade central de processamento) e estas com os encaixes de expansão, onde estão alguns periféricos internos. Estas ligações por barramento permitem-nos trabalhar com o computador, fazendo com que os dados circulem entre estes componentes. Mais à frente iremos abordar quais os principais componentes que estão interligados entre si pelo barramento.

 Existem três tipos de Barramento em relação à sua localização:

Tipo de Bus	Local do BUS
Local	Interliga a memória primária e o processador.
Interno (Entrada/Saída)	Serve para ligar dispositivos normalizados e existentes em praticamente todos os computadores pessoais: teclado, portas de série e paralelas, drive de disquetes.
Externo (Entrada/Saída)	Serve como forma de expandir as características do computador acrescentando novos dispositivos. Estes dispositivos, interligam-se com o sistema através de conectores (normalizados para cada barramento) e obedecem às regras de acesso ao barramento

Classificação do Barramento em relação ao tipo de sinal que transporta:

Sinal de Bus	Descrição do tipo de sinal
Endereços	Transporta a indicação das áreas da memória e o dispositivo a que o processador vai aceder.
Dados	Transporta os dados entre o processador, a memória principal e os encaixes de expansão.
Controlo	Transporta os sinais de controlo enviados do processador para a memória e para os encaixes de expansão.

 

<     Controladores

Existem vários tipos de controladores numa placa-mãe, como podemos visionar na seguinte tabela:

Controlador	Descrição do controlador
Paralelo (LPT 1 e 2)	Liga a uma porta paralela, que permite conectar impressoras, scanners, etc.
Série (COM 1 e 2)	Liga a uma porta de série, que permite conectar ratos, receptores de comandos à distância, modems externos, etc.
Teclado (AT)	Liga a uma porta de teclado AT (mais larga) que permite conectar teclados mais antigos.
Disquetes (Floppy 1 e 2)	Liga com o cabo apropriado à drive de disquetes. Pode suportar até duas drives de disquetes em simultâneo.
EIDE 1 e 2 (Enhanced Integrated drive Electronics)	Pode ligar com o cabo apropriado até quatro dispositivos IDE/EIDE, podem ser drive de disco rígido, drive de CDROM, drive de DVD, drive de CDRW, etc
USB (Universal Serial Bus)	Liga a uma porta USB, que permite conectar ratos, teclados, scanners, modems externos, memórias flash externas, etc. Pode suportar até 127 dispositivos USB em simultâneo.
PS/2	Liga a uma porta PS/2, que permite conectar ratos, teclados, etc.
SCSI (Small Computer System Interface)	Liga com o cabo apropriado à porta SCSI, permite conectar em cadeia bandas magnéticas, modems, discos rígidos, scanners, etc. Pode suportar até um máximo de 7 dispositivos SCSI em simultâneo, apresentando um melhor desempenho.
FireWire	Liga com o cabo apropriado à porta FireWire, que permite conectar até 63 dispositivos FireWire externos. É aconselhável para periféricos multimédia

 Clique aqui para saber mais sobre o barramento.

<     Slots de expansão.

             São encaixes (slots) que possibilitam expandir as capacidades e os recursos internos dos computadores. Ao instalarmos uma placa gráfica AGP (Accelerated graphics port) com 128 Mbytes de memória VRAM (Vídeo RAM), estamos a reservar mais memória RAM do computador, que já não a “desperdiça” em processamento gráfico. É possível instalarmos uma placa de som PCI (Peripheral component interconnect), ou uma placa controladora PCI com várias saídas (portas) USB (Universal serial bus), ou instalarmos um modem (ou placa de rede) PCI. Ao fazermos estas instalações estamos a dar mais possibilidades ao sistema, estamos mesmo a expandir as suas capacidades, os seus horizontes e desde que haja compatibilidade entre os periféricos e o sistema, então a sua utilização prática é exequível.

            Os encaixes de expansão estão associados às arquitecturas de barramento que irão ser abordadas mais à frente.

<     Periféricos ligados.

É possível ligar vários periféricos internos:

A partir dos encaixes de expansão podemos, por exemplo:

ü      Instalar uma placa gráfica AGP (Accelerated graphics port)

ü      Instalar uma placa de som ISA (Industry Standard Architecture)

ü      Instalar placa controladora PCI com quatro saídas (portas) USB (Universal serial bus)

ü      Instalar um modem  PCI

ü      Ou instalar uma placa de rede CNR (Comunication Network Riser), etc.

ü      A partir do controlador da drive de disquetes, é possível ligar com o cabo apropriado até duas drives de disquetes.
 

A partir dos controladores podemos ligar com o cabo apropriado dispositivos EIDE (Enhanced Integrated drive Electronics), que podem ser por exemplo:       

ü      Drive de disco rígido

ü      Drive de CDROM

ü      Drive de DVD ROM

ü      Drive de DVD RAM

ü      Drive de CDRW, etc.

É possível ligar periféricos externos,  como por exemplo:

ü      Modem à porta USB

ü      Scanner à porta paralela (LPT)

ü      Teclado à porta PS/2

ü      Rato à porta de Série (COM)

ü      Monitor ao conector de saída de vídeo da placa gráfica

ü      Colunas ao conector da placa de som

ü      Impressora à porta USB, etc.

 

 <     Bateria de Litium.

           Existe na placa-mãe uma pequena bateria (ou pilha) de Lítio que armazena esta informação das configurações da BIOS (Basic Input Output system). Esta bateria serve para que o computador não perca esta informação sempre que é desligado.

Arquitecturas de Barramento

<     ISA (Industry Standard Architecture).
 

            Surgiu em 1980 e tem uma capacidade de 16 linhas ou 16 Bits a uma velocidade de 8 MHZ ou 8 Mbytes por segundo. Encontra-se já ultrapassada pelas arquitecturas mais recentes.
 

<     MCA (Micro Channel Architecture)

             Tem uma capacidade de 32 linhas ou 32 Bits, foi implementado pela IBM em 1987. Está em desuso.
 

<     EISA (Enhanced ISA).

            Surgiu em 1988, tem uma capacidade de 32 linhas ou 32 bits e é um melhoramento da arquitectura ISA. Torna-se mais rápida e eficiente a troca de dados. Está em desuso.
 

<     VLB (VESA Video Electronics Standard Association Local Bus).

            Surge em 1993, tem um barramento local e uma capacidade de 32 linhas ou 32 bits e é mais rápido que a arquitectura ISA, aumenta a velocidade da troca de dados entre o processador, a memória RAM e a placa gráfica. Caracteriza-se pelo sincronismo do barramento e do processador. Está também em desuso.  
 

<     PCI (Peripheral component interconnect).

            Surge em 1993, não tem um barramento local, pois considera-se o barramento de entrada e saída (E/S). Permite a troca de dados com 32 linhas ou 32 bits até um máximo de 64 bits, que se traduz numa taxa de transferência média de 132 Mbytes por segundo. Caracteriza-se pelo assincronismo do barramento e do processador, permitindo combinar na placa-mãe diferentes tipos de arquitecturas. Tem um melhor desempenho e é bastante utilizada nos nossos dias.

<     AGP (Accelerated Graphics Port).

            Surge nos finais da década de 90 e permite a troca de dados com 32 linhas ou 32 bits. É uma extensão do barramento PCI, tem como objectivo melhorar todo o desempenho gráfico, porque utiliza uma ligação dedicada à memória VRAM (Vídeo RAM), permitindo o multiprocessamento de instruções mais eficientemente. As placas gráficas “on-board” utilizam a memória RAM da placa-mãe, “desperdiçando” assim memória necessária para o processamento de dados. As placas AGP possuem um processador gráfico (GPU – Graphics Processing Unit) e memória VRAM próprios (algumas têm memória do tipo DDR – Dual data rate) o que se traduz em eficiência gráfica especialmente no desempenho a 3D.

<     USB (Universal Serial Bus).

            Surge nos finais da década de 90 e permite a troca de dados a 32 linhas ou 32 bits. Tem uma taxa de transferência média de 12 Mbytes por segundo. Tem como objectivo melhorar o desempenho, porque tem adaptações a nível do BUS, preconiza ainda a ligação de múltiplos dispositivos em série, até um máximo de 127.

Representação esquemática dos componentes de uma placa-mãe (Slot 1)

 

  Possui os seguintes componentes (Especificações):

  <     Encaixe de expansão ISA (Industry Standard Architecture), permite ligar periféricos internos a 16 bits.

<     Encaixe de expansão PCI (Peripheral component interconnect), permite ligar periféricos internos a 32/64 bits. É bastante rápido e utilizado actualmente.

<     Encaixe de expansão AGP (Accelerated Graphics Port), permite melhorar o desempenho gráfico a 32/64 bits.

<     Placa Áudio integrada na placa-mãe com saídas na parte traseira da caixa.

<     Porta de entrada de Joystick.

<     Conectores para porta paralela com 26 pinos e para porta de série com 9 pinos.

<     Conectores PS/2 que ligam a portas PS/2 com 7 pinos. Permitem ligar o teclado e o rato.

<     Conectores USB (Universal Serial Bus) que ligam a portas USB.

<     Conector de encaixe (slot) 1 para processador Pentium II

<     Três bancos de memória DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório), os encaixes são para DIMMS (Dual in-line memory module) de 168 pinos.

<     Conector para ligar a ficha da fonte de alimentação ATX. É a partir deste conector que a placa-mãe vai receber a energia eléctrica vital para o funcionamento do computador.

<     Bateria de Lítio, armazena a informação das configurações da BIOS (Basic Input Output system). Esta bateria serve para que o computador não perca esta informação sempre que é desligado.

<     Controlador de drive de disquetes, pode suportar até um máximo de duas drives de disquetes de 3.5’’

<     Controladores EIDE 1 e 2 (Enhanced Integrated drive Electronics), cada um deles permite ligar até dois periféricos IDE ou EIDE internos, como os discos rígidos, as drives de CD/DVD, etc

<     Controladores Ultra DMA (Direct Memory Access) SCSI (Small Computer System Interface) 1 e 2, permitem ligar em cadeia até 7 periféricos como discos rígidos, drives de CD/DVD, etc. Com um melhor desempenho.

<     Chipset SCSI (Small Computer System Interface) – Adaptec AIC 7880 – A especificação varia consoante a placa-mãe, é o circuito digital que faz o controlo dos dados que são enviados e recebidos para os periféricos SCSI.

<     ROM (Read Only Memory) BIOS (Basic Input Output System), é uma memória primária só de leitura enquanto se processam os dados. Como é uma Flash ROM BIOS permite uma actualização do seu Firmware (informação fisicamente escrita numa memória só de leitura) através de uma cuidadosa actualização fornecida pelo fabricante.

<     Chipset Intel 440 BX – a especificação pode variar e tem a ver com o modelo da placa-mãe. Este circuito digital permite controlar a circulação de dados entre os diversos componentes da placa-mãe. Faz a conversão dos sinais do barramento.

 

Representação dos componentes de uma placa-mãe real (Placa-mãe AT/ATX Socket 7):

 

 Possui os seguintes componentes (Especificações):

 <     Conector para ligar a ficha da fonte de alimentação ATX. É a partir deste conector que a placa-mãe vai receber a energia eléctrica vital para o funcionamento do computador.

<     Conector para ligar a ficha da fonte de alimentação AT. Este conector serve para fornecer energia eléctrica à placa-mãe.

<     Note-se que esta placa-mãe tem os dois tipos de alimentação eléctrica AT e ATX.

<     Controlador de drive de disquetes, pode suportar até um máximo de duas drives de disquetes de 3.5’’

<     Controladores EIDE 1 e 2 (Enhanced Integrated drive Electronics), cada um permite ligar até dois periféricos IDE ou EIDE internos, como os discos rígidos ou as drives de CD/DVD.

<     Três bancos de memória DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório), os encaixes são para DIMMS (Dual in-line memory module) de 168 pinos.

<     Chipset – Este circuito digital permite controlar a circulação de dados entre os diversos componentes da placa-mãe. Faz a conversão dos sinais do barramento.

<     Encaixe do processador – Socket 7 – Utilizado para a maioria dos processadores Pentium I (de 75 a 233 MHZ). O encaixe pode variar consoante a arquitectura do processador.

<     ROM (Read Only Memory) BIOS (Basic Input Output System), é uma memória primária só de leitura enquanto se processam os dados.

<     Encaixe de expansão ISA (Industry Standard Architecture), permite ligar periféricos internos a 16 bits.

<     Encaixe de expansão PCI (Peripheral component interconnect), permite ligar periféricos internos a 32/64 bits. É bastante utilizado actualmente.

<     Encaixe de expansão AGP (Accelerated Graphics Port), permite melhorar o desempenho gráfico a 32/64 bits.

<     Controlador e Conector para ligar teclado AT.

 

 

Representação dos componentes de uma placa-mãe real (Placa-mãe ATX Socket 462):

  Possui os seguintes componentes (Especificações):

 <     Conector para ligar a ficha da fonte de alimentação ATX. É a partir deste conector que a placa-mãe vai receber a energia eléctrica vital para o funcionamento do computador.

<     Conector de encaixe (slot) 462 para o processador AMD Athlon XP. O encaixe pode variar consoante a arquitectura do processador.

<     Três bancos de memória DRAM (Memória dinâmica de acesso aleatório), os encaixes são para DIMMS (Dual in-line memory module) de 168 pinos.

<     Conectores 1 e 2 para ventilação e arrefecimento (Coolers) do processador (CPU FAN 1 e 2).

<     Controladores EIDE 1 e 2 (Enhanced Integrated drive Electronics), ultra DMA (Direct Memory Access) 33/66 MHZ. Cada um deles permite ligar até dois periféricos IDE ou EIDE internos, como os discos rígidos ou as drives de CD/DVD.

<     Chipset VIA VT8363A, a especificação pode variar e tem a ver com o modelo da placa-mãe. Este circuito digital permite controlar a circulação de dados entre os diversos componentes da placa-mãe. Faz a conversão dos sinais do barramento. Note-se que tem um ventilador próprio para um arrefecimento automático.

<     Conectores para as luzes Frontais da caixa, para a luz de energia, para a luz do disco, para o PC Speaker, para o botão de ligar/Desligar e para o botão de reset.

<     ROM (Read Only Memory) BIOS (Basic Input Output System), é uma memória primária só de leitura enquanto se processam os dados. Como é uma Flash ROM BIOS permite uma actualização do seu Firmware (informação fisicamente escrita numa memória só de leitura) através de uma cuidadosa actualização fornecida pelo fabricante.

<     Encaixe de expansão ISA (Industry Standard Architecture), permite ligar periféricos internos a 16 bits.

<     Encaixe de expansão PCI (Peripheral component interconnect), compatível com V2.2 (norma de periféricos PCI), permite ligar periféricos internos a 32/64 bits. É bastante utilizado actualmente.

<     Encaixe de expansão AGP (Accelerated Graphics Port), suporta as velocidades 1X/2X/4X, permite melhorar o desempenho gráfico a 32/64 bits.

<     Porta de entrada de Joystick..

<     Conectores e portas de ligação paralela (LPT1), de série (COM1 e 2), duas portas USB e duas portas PS/2.