El abc del hardware, estructura de una mb

Entrenamiento para la
defectación y reparación MB
(nivel básico actualizado)
Curso preparado por:
Ing. Armando López Delgado
Especialista Técnico STI Oeste

Encuentro #1
El ABC del Hardware
Tendencias actuales
Defectación y reparación MB
COPEXTEL, S.A. – Información Confidencial Copyright 2015 - Ing. Armando López Delgado

• Clasificación y componentes de un PC.
• Partes fundamentales de una MB.
• Chipsets. Fabricantes.
• Ejemplos de estructuras de MB con diferentes chipsets.
Objetivos: Hacer una pequeña introducción de los
componentes de un PC y de las partes fundamentales que
componen una MB. Hacer una breve descripción en cuanto
a las tendencias actuales, estructura, funcionamiento y
evolución de las MB. Ver ejemplos de la estructura de las
MB que se comercializan por nuestra empresa.

Clasificación de los PC

Los PC suelen ser clasificados por el tipo de
software que pueden ejecutar y por el ancho y diseño del
bus del procesador (también llamado Host Bus, Local
Bus o Front Side Bus).
Cuando el procesador lee un dato, este es movido
hacia él a través de su bus de datos externo, el cual está
directamente conectado al host bus o FSB en la MB. Si
el procesador tiene un bus de datos de 32-bit de ancho,
la MB debe tener un host bus de 32-bit de ancho
también, lo que significa que el sistema puede mover
hacia y desde el procesador 32-bit de datos en un
simple ciclo de reloj.

Existen varios tipos de procesadores, los cuales
poseen su bus de datos de diferente tamaño. Esto
significa que las MB para ellos requieren ser diseñadas
con un host bus (FSB) que coincida con su bus de datos.
Veamos una lista de los principales procesadores Intel
e Intel-compatible, el ancho de su bus de datos y el
tamaño de sus registros internos.

Procesadores Intel e Intel-Compatible, su bus de datos y tamaño de los registros.
Procesador Ancho del Bus de Datos Tamaño de los Registros
8088 8-bit 16-bit
8086 16-bit 16-bit
286 16-bit 16-bit
386SX 16-bit 32-bit
386DX 32-bit 32-bit
486/AMD-5x86 32-bit 32-bit
Pentium/AMD-K6 64-bit 32-bit
Pentium Pro/Celeron/II/III 64-bit 32-bit
AMD Duron/Athlon/Athlon XP 64-bit 32-bit
Pentium 4 64-bit 32-bit
Itanium 64-bit 64-bit
AMD Athlon 64 64-bit 64-bit

Aunque a partir del Pentium y hasta los más recientes
procesadores P4 ( Socket 478 y 775) todos tienen un
bus de datos de 64-bit, sus registros internos son de 32-
bit , por lo que desde el punto de vista de software, los
sistemas que incorporan estos procesadores solo
pueden ejecutar programas e instrucciones de 32-bit de
longitud. A esto es lo que se conoce como Arquitectura
Intel de 32-bit.
Desde el punto de vista electrónico o físico, estos
sistemas que incorporan procesadores compatibles con
la arquitectura 32-bit, han salido al mercado en variantes
de 16-bit, 32-bit y 64-bit de ancho de su bus de datos.

La aparición del procesador Itanium marca el origen de
una nueva arquitectura (IA-64), la de 64-bit, ya que el
mismo posee un set de instruciones de este tamaño,
aunque mantiene la compatibilidad con la arquitectura de
32-bit.
El ancho del bus de datos es el factor más importante a
tener en cuenta en el diseño de una MB y del sistema de
memoria, pues es el que dicta qué cantidad de
información (bits) se moverá hacia dentro o fuera de un
CI en un ciclo de reloj.

Componentes básicos
de un PC
Curso básico reparación MB

Componentes básicos de un PC
Un PC moderno podemos decir que es a la vez
un sistema simple y complejo. Simple por el hecho de
que muchos de los componentes usados hace años
atrás, han sido integrados con otros componentes,
haciendo que cada vez sean menor la cantidad de
elementos necesarios. Y complejo, porque cada parte de
un PC moderno realiza mucha más funciones que la que
realizaba este mismo componente en los viejos
sistemas.

Esquema básico de una computadora

Flujo y procesamiento de la información

Motherboard: La MB es el núcleo o centro del sistema, viene siendo
el PC en si, ya que todo está conectado a ella y controla todo en el
sistema.
Procesador: El procesador, llamado comúnmente el motor o cerebro
de un PC, es el que procesa toda la información y realiza todos los
cálculos matemáticos.
Memoria (RAM): La memoria primaria del sistema, llamada RAM
(random access memory), es la encargada de almacenar los
programas y datos usados por el procesador.
Disco duro: El disco duro es la principal unidad de almacenamiento
en la PC, es el que conserva la información una vez apagada la
computadora.
Unidad CD o DVD: Los CD (compact disc) o DVD (digital versatile
disc) son unidades ópticas de alta capacidad, intercambiables, que
en sus variantes CD-RW y DVD-RW sirven para hacer salvas de la
información.

Teclado: Es el primer dispositivo de entrada del sistema, usado por
el usuario para comunicarse con la PC.
Mouse: Es el primero y más popular de todos los tipos de
dispositivos de tipo puntero que existen en el mercado.
Tarjeta de video: Controla la información que se ve en el monitor.
Monitor: Dispositivo principal de salida, muestra el resultado de las
operaciones que realizamos en la PC.
Tarjeta de sonido: Permite al PC generar sonidos.
Modem: Permite conexión a Internet y a otros servicios a través de
la línea telefónica.

Procesador o CPU

Procesador o CPU
El cerebro o motor de un PC es el procesador, muchas
veces llamado microprocesador o CPU (central
processing unit). El mismo procesa toda la información y
realiza todos los cálculos en el sistema, asigna los
espacios de memoria y coordina el uso del sistema por
parte de todos los software que están corriendo en ese
momento. Es, frecuentemente, el componente más caro
del PC.
El CPU puede ser identificado por dos parámetros:
• Ancho.
• Velocidad.

Procesador o CPU
La velocidad del procesador se mide en megaherts
(MHz) o gigaherts (GHz), que significa millón o billón,
respectivamente, de ciclos por segundo. En este caso
entre más rápido, mucho mejor.
El ancho de un procesador es un concepto más
complejo y depende de tres factores:
• El ancho del bus de datos.
• El ancho del bus de direcciones.
• El ancho de los registros internos.

Evolución CPU
1999: Intel Pentium III
El procesador Pentium III ofrece 70 nuevas instrucciones Internet Streaming,
las extensiones de SIMD que refuerzan dramáticamente el desempeño con imágenes
avanzadas, 3D, añadiendo una mejor calidad de audio, video y desempeño en
aplicaciones de reconocimiento de voz.
2000: Intel Pentium 4
Este es un microprocesador de séptima generación basado en la arquitectura
x86 y fabricado por Intel. Es el primero con un diseño completamente nuevo desde el
Pentium Pro. Se estrenó la arquitectura NetBurst, la cual no daba mejoras considerables
respecto a la anterior P6. Intel sacrificó el rendimiento de cada ciclo para obtener a
cambio mayor cantidad de ciclos por segundo y una mejora en las instrucciones SSE.
2006: Intel Core Duo
Intel lanzó ésta gama de procesadores de doble núcleo y CPUs 2x2 MCM
(módulo Multi-Chip) de cuatro núcleos con el conjunto de instrucciones x86-64, basado
en el la nueva arquitectura Core de Intel. La microarquitectura Core regresó a
velocidades de CPU bajas y mejoró el uso del procesador de ambos ciclos de velocidad y
energía comparados con anteriores NetBurst de los CPU Pentium 4/D2.

Evolución CPU - Continuación…
2008: Intel Core i Series (Nehalem)
Intel Core i7 es una familia de procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-
64. Son los primeros que usan la microarquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel
Core 2. FSB es reemplazado por la interfaz QuickPath en i7 e i5 (zócalo 1366), y sustituido a su vez
en i7, i5 e i3 (zócalo 1156) por el DMI, eliminado el northBrige e implementando puertos PCI Express
directamente. Memoria de tres canales (ancho de datos de 192 bits): El Hyperthreading fue
reimplementado creando núcleos lógicos. Está fabricado a arquitecturas de 45 nm y 32 nm y posee
731 millones de transistores su versión más potente. Se volvió a usar frecuencias altas, aunque a
contrapartida los consumos se dispararon.

2011: Intel Core Sandy Bridge
Intel lanzó sus procesadores que se conocen con el nombre en clave Sandy Bridge. Estos
procesadores Intel Core que no tienen sustanciales cambios en arquitectura respecto a nehalem, pero
si los necesarios para hacerlos más eficientes y rápidos que los modelos anteriores. Es la segunda
generación de los Intel Core con nuevas instrucciones de 256 bits, duplicando el rendimiento,
mejorando el desempeño en 3D y todo lo que se relacione con operación en multimedia. Incluye
nuevo conjunto de instrucciones denominado AVX y una GPU integrada de hasta 12 unidades de
ejecución.

2012: El Intel Core Ivy Bridge
Ivy Bridge es la mejora de sandy bridge a 22 nm. Posee una mejora de la GPU, así como
procesadores de sexcuple núcleo en gamas más altas y cuádruple núcleo en las más bajas,
abandonándose los procesadores de núcleo doble.

Evolución CPU - Continuación… Haswell
201??: Intel Core 'Haswell‘
La cuarta generación de procesadores englobada bajo la familia ‘Core’. Ha introducido
múltiples novedades referentes a los más variados aspectos. Haswell es un ‘tock’ en el modelo tick-
tock de Intel. Esto quiere decir que mantienen los 22 nanómetros y se centran en optimizar la
arquitectura Ivy Bridge, buscando tanto una mejora significativa en el rendimiento como minimizando
el consumo energético.

Intel Core 'Haswell'
Intel Core ‘Haswell’ para sobremesa
Empezando por los Core i7 más punteros y la gama intermedia, los Core i5. Se presentan cuatro
familias de procesadores:
K, desbloqueados de fábrica para overclocking.
R, con los gráficos Iris Pro 5200 mas potentes.
S, consumo intermedio.
T, los de menor consumo.

Intel Core 'Haswell‘ - Principales diferencias
• Máxima eficiencia
Es precisamente el apartado más llamativo de Haswell: Intel pone en el mercado ciertos
modelos que buscarán reducir el consumo energético, pensando en tablets y portátiles y con la
promesa de llegar hasta las 9 horas de reproducción de vídeo.
Para alcanzar esta meta Intel ha modificado algunos de los algoritmos de gestión del
hardware, ha introducido cambios en los mecanismos de energía y algo muy interesante, aunque poco
práctico: en algunos modelos han añadido el chipset junto con CPU y GPU, todo en el mismo chip,
logrando un consumo sensiblemente menor. Esta solución da lugar a un SoC más eficiente y que les
permite ahorrar espacio físico dentro del portátil, algo muy interesante teniendo en cuenta que los
equipos son cada vez más finos y pequeños.

• Gráficos mejorados
Intel presenta una nueva generación con un cambio de imagen, un nuevo nombre propio
con el que buscan diferenciarse: Iris.
Iris e Iris Pro llegan para reemplazar a lo que en desarrollo se ha denominado GT3 y
GT3e. A estas GPU también se las conocerá como Intel HD Graphics 5200 y HD Graphics 5000, si
bien el fabricante procura llamarlas ‘Iris’ por su mayor empaque. Dejando de lado las frecuencias a las
que trabajarán estas GPU, como características nos encontraremos DirectX 11, OpenCL 1.2, OpenGL
4.3 y soporte para 4K. Incluso pueden conectarse a tres pantallas simultáneamente (HDMI,
DisplayPort o VGA) en resoluciones variadas, si bien esto dependerá — como siempre — de la
disponibilidad en cada equipo o modelo.

• Nuevo socket LGA1150
Intel introduce el nuevo socket LGA1150 y pierde la retrocompatibilidad con las anteriores
generaciones. ¿Repercusiones de esto?
Adiós a la posible actualización desde Sandy Bridge o Ivy Bridge (socket LGA1155) y
reemplazo completo del mercado actual de placas base.
Junto al socket también hay novedades en los chipsets Intel 8 Series, una nueva
generación denominada Lynx Point y encabezada por el Z87 y con otros (Z85, H87, Q87, Q85 o B85)
en un segundo plano.

• Otras novedades
Las mayores autonomías con esa batalla
SDP vs. TDP, Intel WiDi 4.1 integrado o las
posibilidades que brinda vPro al sector profesional, y
que por supuesto también está presente en algunos
de los modelos presentados hoy. Las mejoras en las
instrucciones, la introducción de una pequeña caché
adicional para apoyar el trabajo de la GPU, los nuevos
chipsets Intel 8 Series o las importantes novedades en
los requisitos para los nuevos Ultrabooks, ahora más
exigentes por parte de Intel.

Intel Core 'Haswell‘ - Voltajes

Procesadores Intel - Roadmap

Procesadores Intel – Roadmap
Intel Sandy
Bridge Platform
Intel Ivy Bridge
Platform
Intel Haswell
Platform
Intel Broadwell
Platform
Intel Skylake
Platform
Intel
Cannonlake
Platform
Processor
Architecture
Sandy Bridge Ivy Bridge Haswell Broadwell Skylake Cannonlake
Processor
Process
32nm 22nm 22nm 14nm 14nm 10nm
Processors
Cores (Max)
4 4 4 4 4 TBA
Platform
Chipset
6-Series
“Cougar Point”
7-Series
“Panther Point”
8-Series “Lynx
Point”
9-Series “Wild
Cat Point”
100-Series
“Sunrise Point”
200-Series
“Union Point”
Platform
Socket
LGA 1155 LGA 1155 LGA 1150 LGA 1150 LGA 1151 TBA
Memory
Support
DDR3 DDR3 DDR3 DDR3 DDR4 / DDR3 DDR4
Thunderbolt Yes Yes Yes Yes
Yes “Alpine
Ridge”
Yes
Platform Desktop LGA Desktop LGA Desktop LGA Desktop LGA Desktop LGA Desktop LGA
Launch 2011 2012 2013-2014 2015 2015 2016

Procesadores Intel – Roadmap
Retos
Intel microarquitectura

Procesadores Intel – Tecnología fabricación

Procesadores Intel – Carrera hacia los 4K

Memoria

Existen tres tipos de memorias físicas que se usan en los PCs actuales:
• ROM ( Read-only memory): Es el tipo de memoria donde los datos
pueden ser guardados permanente o semi-permanentemente.
Actualmente la que más se usa de estas es la EEPROM (electrically
erasable programmable ROM), para guardar el BIOS.
• Dynamic RAM (DRAM): Usada como memoria principal en la mayoría
de los PC, se forma de unos diminutos capacitores parásitos que poseen
los transistores, los cuales se cargan para indicar un bit de información.
Memoria

Debido a que se usa un solo transistor para cada bit, se pueden empacar en
un solo CI una gran cantidad de estos elementos, lo que hace que este tipo de
memoria sea muy barata. Su desventaja es que es dinámica y necesita ser
refrescada para que los capacitores no pierdan la carga, y los tiempos de
acceso son altos.
Memoria
El controlador de memoria está
programado para cada 15 microsegundo
hacer el refrescamiento de la memoria. Se
implementa esto de la siguiente forma:
cada 15 microsegundos se hace un ciclo
de lectura de todas las columnas de las
memorias y con esto se produce el
refrescamiento de las mismas.

• Static RAM (SRAM): Otro tipo de memoria RAM, la cual es
significativamente más rápida que las demás. Usa de 4 a 6 transistores
como mínimo para almacenar un bit de información. Esto hace que por
un lado no necesite refrescamiento y los tiempos de acceso sean
rápidos, pero por otro es de muy baja densidad, lo que la convierte en
una memoria bastante cara en comparación con los otros tipos. Se usa
fundamentalmente como memoria cache.
Estas memorias se llaman RAM (random access memory) porque cualquier
parte de ellas puede ser accedida aleatoriamente.
Memoria

Jerarquía de la memoria

Tipos de memorias

Desde el punto de vista del
sistema, la memoria RAM es
un área de almacenamiento
temporal donde se
encuentran los programas y
datos que está usando el
CPU. Es temporal porque
una vez que se apaga el
equipo, los datos que están
allí se pierden, si no han sido
previamente salvados en
otro tipo de soporte.
Memoria RAM

Las DDR requieren un nuevo y más complejo sistema de administración de
energía, donde se añade un voltaje de terminación, así como de
terminaciones (resistencias terminales) en las señales para que estas no
reboten.
Arquitectura DDR con terminación

Son el CPU y la arquitectura de la MB los que definen la capacidad, el tipo
y forma de la memoria RAM a utilizar. La mayoría de las PC usan la
memoria en forma de módulos intercambiables. Actualmente se usan los
módulos DIMM (Dual inline memory module) en sus tres variantes:
• SDRAM DIMM (synchronous DRAM): Es un tipo de memoria dinámica
que funciona sincronizada con el BUS de memoria. Transmite la información
en forma de ráfagas sincronizadas y a alta velocidad. Elimina la mayor
cantidad de los tiempos de espera de las memorias asincrónicas, porque la
misma está sincronizada con el reloj del sistema. Tiene 168 pines y dos
muescas en el área de contacto.
Memoria RAM

• DDR DIMM (double data rate): Es una evolución de las SDRAM, en la cual
los datos son transferidos dos veces en un mismo ciclo de reloj: una vez en el
flanco de subida y la otra en el de caída, por lo que dobla su rendimiento. Al
usar un menor voltaje de alimentación, poseen una menor disipación de calor
y un menor consumo de energía. Tiene 184 pines y una muesca en el centro
del área de contacto.
Arquitectura DDR

Componentes DDR en una Motherboard

Memoria DDR2
• DDR2 SDRAM: Aunque transmite de la misma forma que la DDR, esta se
caracteriza por rápidas velocidades, anchos de banda de datos mayores,
menor consumo energético, hasta un 50% inferior, y un rendimiento térmico
mejorado frente a DDR.
Los chips de memoria DDR2 están disponibles en paquetes Fine-pitch BGA
(FBGA) para lograr características térmicas y eléctricas mejoradas. Además,
los chips DDR2 incorporan "On-Die Termina-tion" (ODT) para minimizar
reflejos a altas velocidades en la señal de memoria, al mismo tiempo que se
mejoran los márgenes de tiempo.
Los módulos DDR2 tienen diferentes configuraciones de pins, necesidades
de voltaje y tecnologías chip DRAM que los DDR tradicionales. Por estas
razones, DDR2 no es compatible con las placas base DDR existentes. Para
prevenir la inserción accidental en una placa base incompatible, los módulos
DDR2 tienen una entrada diferente o muesca en el conector, que se acopla
perfectamente con un socket de memoria preparado para este tipo de
módulos. Tiene 240 pines.

Memoria DDR3
• DDR3 SDRAM: Es el siguiente standard de memoria, que permite
mayores niveles de rendimiento con un menor consumo de potencia y mayor
fiabilidad que DDR2. Usan técnicas avanzadas en cuanto al manejo de
señales, incluyendo la auto calibración y sincronización de datos y la opción
de un sensor térmico en la placa. El menor voltaje unido a una mayor
eficiencia reducen el consumo general en un 30% con respecto a DDR2.
Igualmente DDR3 no es compatible con las placas base DDR2 existentes.
Tienen también una entrada diferente, que se acopla perfectamente con un
socket de memoria preparado para este tipo de módulos.

Principales características: Velocidades
Una de las grandes diferencias entre DDR, DDR2 y DDR3 es la taza de
transferencia que casa una puede alcanzar.

Principales características: Voltajes
DDR3 opera a menor voltaje que DDR2 y esta, a su vez, opera a menor
voltaje que DDR. Por tanto DDR3 consume menos potencia que DDR2 y
esta, a su vez, menos que DDR.

Principales características: Latencia
La latencia es el tiempo desde que el controlador de memoria pide un dato
hasta que este se le entrega. Es también conocido como CAS (Column
Address Strobe) Latency o simplemente CL. Este valor es expresado en
terminos de ciclos de reloj. Ejemplo, CL3 significa que el controlador debe
esperar 3 ciclos de reloj desde que él hace el pedido de un dato hasta que
este es enviado.

DDR3 posee mayor latencia que DDR2 y esta, a su vez, mayor que DDR.
Pero no por esto debemos pensar, por ejemplo, que el tiempo de acceso en
DDR3 es peor que DDR2, esto depende también de la frecuencia.
Ejemplo:
DDR-400 CL3
3 x 5ns = 15ns
DDR3-1333 CL7
7 x 1.5ns = 10.5ns

Principales características: Precarga
Las memorias dinámicas guardan la información en un diminuto capacitor, en
el caso de las DDR estas transfieren dos bits de datos por ciclo desde la matriz
de memoria hacia el búfer interno de E/S. Esto es comúnmente llamado
¨precarga¨ de 2-bit. En el caso de DDR2 el paquete de datos transferido
internamente es de 4 bits y en DDR3 de 8 bits.
Es precisamente aquí donde
esta el ¨truco¨ que permite a
estas memorias trabajar a
mayores rangos de frecuencia
en comparación con la que le
precede.
Ejemplo, las memorias DDR-
400, DDR2-800 y DDR3-1600
todas trabajan internamente
con el mismo rango de
frecuencia : 200MHz

Principales características: ODT
Para la obtención de señales más ¨limpias¨ y evitar colisiones en los buses las
memorias DDRs necesitan una red resistiva como terminaciones. En el caso de
las DDR estas se encuentran en la MB mientras que para DDR2 y DDR3 estas
terminaciones son puestas dentro del chip de memoria con una técnica llamada
ODT (del ingles On-Died Termination).

Principales características: Físicas
Existen diferencias a nivel físico, los módulos de memoria no pueden ser
puestos en diferentes socket y no se puede hacer un ¨upgrade¨ por ejemplo de
DDR2 a DDR3 sin que usted no cambie la MB y eventualmente el CPU (para el
caso de que el controlador de memoria venga dentro del Micro). Hay
diferencias en cantidad de pines y en la posición de la ranura.

Principales características: Físicas
Los chips DDR casi siempre venían con empaque tipo TSOP (Thin Small-
Outline Package), mientras que DDR2 y DDR3 usan empaque tipo BGA (Ball
Grid Array).

DDR4

Feature/Option DDR3 DDR4 DDR4 Advantage
Voltage (core and I/O) 1.5V 1.2V Reduces memory power demand
VREF inputs 2 – DQs and CMD/ADDR 1 – CMD/ADDR VREFDQ now internal
Low voltage standard
Yes
(DDR3L at 1.35V)
Anticipated
(likely 1.05V)
Memory power reductions
Data rate (Mb/s) 800, 1066, 1333, 1600, 1866, 2133 1600, 1866, 2133, 2400, 2667, 3200 Migration to higher‐speed I/O
Densities 512Mb–8Gb 2Gb–16Gb
Better enablement for large-
capacity memory subsystems
Internal banks 8 16 More banks
Bank groups (BG) 0 4 Faster burst accesses
tCK – DLL enabled 300 MHz to 800 MHz 667 MHz to 1.6 GHz Higher data rates
tCK – DLL disabled 10 MHz to 125 MHz (optional) Undefined to 125 MHz DLL-off now fully supported
Read latency AL + CL AL + CL Expanded values
Write latency AL + CWL AL + CWL Expanded values
DQ driver (ALT) 40Ω 48Ω
Optimized for PtP (point-to-point)
applications
DQ bus SSTL15 POD12 Mitigate I/O noise and power
RTT values (in Ω) 120, 60, 40, 30, 20 240, 120, 80, 60, 48, 40, 34 Support higher data rates
RTT not allowed READ bursts Disables during READ bursts Ease-of-use
ODT modes Nominal, dynamic Nominal, dynamic, park
Additional control mode; supports
OTF value change
ODT control ODT signaling required ODT signaling not required
Ease of ODT control, allows non-
ODT routing on PtP applications
Multipurpose register (MPR) Four registers – 1 defined, 3 RFU Four registers – 3 defined, 1 RFU
Provides additional specialty
readout
DDR4

Arquitectura dual-, triple- y quad-channel
Dual-, triple- y quad-channel son técnicas usadas para teóricamente doblar,
triplicar o cuadriplicar la velocidad de comunicación entre el controlador de
memoria y la RAM, lo que a su vez aumentaría el rendimiento del sistema.
Formas en que la RAM está tradicionalmente conectada al sistema:

Arquitectura tradicional o single-channel

Ancho de banda
El ancho de banda es la taza de transferencia máxima teórica de un canal de
comunicación. En el caso de las memorias se mide en megabytes por
segundo (MB/s) or gigabytes por segundo (GB/s)., refiriéndose a qué cantidad
de megabyte o gigabyte pueden ser transferidos en cada segundo.
Ancho de banda = rango de reloj real x datos transferidos por ciclo x bits
transferidos por ciclo / 8
Para las memorias DDRs, que transfieren dos datos por ciclo sería así:
Ancho de banda = rango de reloj DDR x bits transferidos por ciclo / 8
Los módulos de memoria actuales son dispositivos de 64 bits, por tanto:
Ancho de banda = rango de reloj DDR x 64 / 8 = rango de reloj DDR x 8
Ejemplo, una DDR3-1333 tiene un ancho de banda teórico igual a 10,6 GB/s

Arquitectura dual-channel
La arquitectura dual-
channel expande el
número de líneas en el
bus de datos de la
memoria de 64 a 128.
Esto dobla el ancho de
banda existente.
Cada módulo de
memoria es, sin
embargo, de 64 bits.
Por tanto, para que la
arquitectura dual-
channel funcione se
necesitan instalar dos
módulos de memoria
idénticos en paralelo,
haciendo los 128 bits
disponibles.

Arquitectura dual-channel
Para poder usar la arquitectura dual-channel se necesita:
• Un controlador de memoria que la soporte (actualmente casi todos).
• Dos o mas pares de memorias; cada par debe ser idéntico.
• Instalar la pareja de módulos en los correspondientes sockets.

Arquitectura tri-channel
Se puede asumir por el nombre que esta arquitectura triplica el ancho de
banda del sistema de memoria y lo hace triplicando el número de líneas en el
bus de datos de la memoria hasta 192 bits, lo que permite el acceso a tres
módulos de memoria al mismo tiempo.
Hasta ahora estaba disponible en la plataforma de Intel con socket
LGA1366, lo que significa que este modo solo se podrá habilitar en MB y
CPU Core i7 que usen este socket. Se necesitarán tres módulos idénticos.
Seis módulos podrán ser usados en MB con seis socket. Cada grupo de tres
pueden ser diferentes, pero dentro del grupo deben ser idénticas.

Arquitectura quad-channel
Siguiendo la misma filosofía quad-channel cuadruplica el ancho de banda
expandiendo el bus de datos hasta 256 bits y, por tanto, accediendo a cuatro
módulos de memoria a la vez.
Disponibles para la plataforma Intel con socket LGA2011, por lo que solo MB
y CPU Core i7 con este socket podrán habilitar este modo. Igualmente se
necesitarían cuatros módulos de memoria idénticos u ochos (dos grupos de a
cuatro).

Memorias - Resumen

Mapa de la memoria lógica del sistema
En las PC originales se podía direccionar hasta 1MB de memoria, de estos
los 384KB superiores fueron reservados para usos propios del sistema. Es
precisamente este detalle de reservar no los primeros 384KB (a partir de
0KB), sino los de arriba, entre 640KB y 1024KB, que han creado lo que
frecuentemente se llama la barrera de la memoria convencional.
La constante presión hacia los productores de sistemas y periféricos en
relación a mantener una compatibilidad con el esquema original de
distribución de memoria ha hecho que esta estructura sea algo confusa y
¨enredada¨. Aún ahora, después de mucho tiempo desde que el primer PC
fuera introducido, los nuevos sistemas están de alguna forma limitados por el
uso de la organización de la memoria como aquellos primeros equipos.

Diseño lógico memoria del sistema

Motherboard

Partes fundamentales de una MB
Las MB actuales incluyen una gran cantidad de
componentes, dentro de los cuales podemos mencionar
varios tipos de slot, socket, CI, conectores, etc.
Partes fundamentales de una MB moderna:
• Slot o socket del procesador
• Chipset (North/South Bridge o Memory y I/O Controller
Hubs). Actualmente PCH (Platform Controller Hubs).
• Super I/O Chip
• ROM BIOS (Flash ROM/firmware hub)
• SIMM/DIMM/RIMM (RAM memory) sockets

• Slot ISA/PCI/AGP/PCI-EXP
• Reguladores del voltaje del CPU
• Lan chip
• Audio codec
• Batería
Algunas MB traen integrado otros dispositivos, como
video on board, un controlador SCSI, RAID, Fireware
(IEEE 1394), Audio Modem Riser (AMR),
Communications and Networking Riser (CNR), etc.

Partes fundamentales de una MB actual

MBs actuales

Chipsets

Chipsets
No se puede hablar de una MB moderna sin mencionar al Chipset. El
chipset constituye la MB en sí. Dos MB diferentes que usen el mismo
chipset son funcionalmente idénticas. El chipset contiene la interfase
con el bus del procesador, hasta hace poco el controlador de la
memoria, el controlador de los buses, el controlador de entrada/salida,
etc.
Si el procesador viene siendo el cerebro de una PC, el chipset es la
estructura donde descansa este y a través del cual se comunica con
el mundo exterior. Hasta hace poco era considerado el chip más
importante en el PC, porque es al final el que dicta qué tipo de
procesador podemos usar, aún cuando ya parámetros como tipo,
velocidad y cantidad de memoria son ahora definidos por el CPU.
Por tanto, podemos decir que su gran valor radica actualmente en la
cantidad de nuevas características que es capaz de implementar.

Evolución de los Chipsets
Las MB de las primeras PC usaban una gran cantidad
de circuitos discretos en su diseño:

Con el desarrollo de la microelectrónica, algunos fabricantes
empezaron a fusionar en un solo chip muchas de las funciones que
antes realizaban por separado varios CI.
Intel se mantuvo al margen de esto y cuando sacó al mercado su
286 y después su 386 tuvo que esperar alrededor de dos años
respectivamente para que aparecieran los chips y, por tanto las MB,
que lo soportaran.
Comenzando con el 486 en 1989, Intel empezó a sacar al mercado
una serie de chipsets, que soportaban las características de los
nuevos procesadores que ellos iban diseñando:

Chipset Familia del Procesador
420xx 486
430xx Pentium
440xx Pentium Pro/PII/PIII
8xx PII/PIII/P4 con arquitectura de hub
450xx Server Pentium Pro/PII/PIII Xeon
9xx P4 (LGA 775) con arquitectura de hub
P3x y P4x Intel Core 2 Duo y Core 2 Quad (LGA 775), DDR2 y
DDR3
P5x Intel i Core series 1ra generación (LGA 1156)
H6x (Z6x) Intel i Core series 2da y 3ra generación (LGA 1155)
Z87, H87, H81, Intel i Core series 4ta generación (LGA 1155)
Q87, Q85, B85

Arquitectura tipo
Nort/South Bridge

Arquitectura Nort/South Bridge
La mayoría de los primeros chipsets Intel (y de todos los
no-Intel, prácticamente) fueron diseñados con una
arquitectura de forma modular, divididos en lo que se
llamó el North Bridge y South Bridge, así como
frecuentemente se incluía aquí también el CI Super I/O.
• North Bridge (Puente Norte): Es el principal
componente en la MB. Nombrado así porque es el que
entrelaza los dispositivos rápidos de la MB – El bus de
alta velocidad del procesador (400/266/200/133/100/
66MHz), el bus AGP de video, la memoria y el bus PCI.

• South Bridge (Puente Sur): Es el enlace entre el bus
PCI y los demás dispositivos lentos en la MB – IDE, USB,
BIOS, etc.
• Super I/O: Es un CI conectado al bus ISA, que no se
considera parte del chipset y es frecuentemente
fabricado por un tercero. Contiene en un solo chip los
controladores y/o interfases de la mayoría de los
periféricos usados comúnmente ( Puerto de Teclado y
Mouse, Floppy, Puerto Serie y Paralelo, etc.). Algunos
South Bridge modernos lo incluyen en su interior.

Estructura MB con arquitectura N/S Bridge

Esta arquitectura de tipo modular daba la posibilidad de
usar con un mismo North bridge, diferentes variantes de
South bridge, lo que permitía una mayor flexibilidad para
los fabricantes de MB y hacía que los costos de diseño
fueran menores.

Arquitectura tipo Hub
(Hub Architecture)

A partir de la serie 800 Intel empezó a usar la
arquitectura tipo Hub, donde el North bridge empezó a
llamarse (Graphic) Memory Controller Hub ((G)MCH) y el
South Bridge se identifica como I/O Controller Hub (ICH).
En lugar de usar el bus PCI para entrelazar estos dos
componentes, se diseñó una nueva interfase Hub, la cual
ofrece una serie de ventajas en comparación con el
diseño tradicional usado en la arquitectura Nort/South
Bridge:
• Mucho más rápida: La interfase de tipo Hub es 4X
múltiplo del reloj, trabaja a 66 MHz y es de 8 bit (4 x
66 MHz x 1 Byte = 266 MBps), en comparación con el
bus PCI (33 MHz x 32 bit = 133 MBps).

• Reduce la carga del bus PCI: Al ser independiente
del bus PCI, la interfase de tipo Hub no comparte ni le
resta ancho de banda a este bus, por lo que mejora el
rendimiento de los dispositivos conectados a él.
• Reduce la cantidad de líneas en la MB: Aún
cuando la velocidad de esta interfase es el doble, usa
8 bits de ancho y tan solo 15 señales en total. El bus
PCI usa como mínimo 64 señales, lo que incrementa
la generación de interferencia electromagnética (EMI),
mayor degradación y ruidos en las señales, así como
un incremento en los costos de las MB.

Al igual que en la anterior arquitectura, el MCH es la
interfase entre el procesador, bus AGP y la memoria;
mientras que el ICH conecta a los dispositivos lentos con
el MCH.
Otra característica importante es que el ICH incorpora
un nuevo bus, el LPC Bus (low-pin-count), diseñado para
soportar el ROM BIOS y el chip Super I/O.
Este bus es básicamente una versión de 4-bit del bus
PCI. Al usar estas mismas 4 líneas para datos,
direcciones y otras funciones, solo se necesitan otras 9
señales para implementar dicho bus, para un total de 13
líneas.

Esto reduce drásticamente las conexiones con el BIOS
y el Super I/O, en comparación con las 96 líneas que usa
el bus ISA, por lo que también ayuda a la disminución de
los costos de diseño.
El bus LPC tiene un ancho de banda máximo de 16.67
MBps, que es bastante cercano a la del bus ISA y más
que suficiente para soportar los dispositivos que se
conectan a él.

Estructura MB con arquitectura tipo Hub

Estructura MB para familia Core 2 Duo

Estructura MB i Series H61

Paso de segunda a tercera generación

Estructura MB i 7 Series

Estructura MB i Series B75

Características PCH serie 7

Intel 9 Series Chipsets

Estructura MB i 9 Series Z97

Estructura MB - P9X79 Deluxe

Plataforma Skylake

Estructura de una MB
(Ejemplos)

Intel P4 Frame Structure (865 + ICH5)

P4P800-VM Frame Structure

SIS P4 Frame Structure (SIS648 + 693)

P5S800-VM Frame Structure

Intel P5 Frame Structure (915 + ICH6)

P5GD1-VM Frame Structure

P5RD1-V Frame Structure

Intel-P5 series (955 + ICH7)
1x Parallel
1x Floppy
1x Serial
KB & MS
1x Game Ports
8 ch
Audio
3x PCI slot
Intel LGA775
3.8GHz+ CPU
Intel LGA775
Pentium 4
Prescott / Cedar Mill / Smithfield
3.8GHz+ CPU
DMI bus
Intel 82801G
ICH7R
(South Bridge)
LPC Bus
BIOS
(FWH)
BIOS
Flash
ROM
(FWH)
8x USB2.0 ports
Azalia
LPC I/O
Winbond
W83627EHG
PCI Bus
33MHz
ATA100
ALC882
FSB 533/800/1066 MHz
DDR2 x 2
DDR2 x 2
DDR2 533/667
ECC
PCI-EX x16 Slot
SATA II 4x SATA300 ports
1x ATA100 port
USB
PCI-EX x1
PCI-EX x1
slot
2x ATA133 Port
ATA133
ATA133
Per-dir
1Gb/s
IDE
ITE8211
Intel 82955X
(North Bridge)
Intel 82955X
MCH
Glenwood
(North Bridge)
PCI-EX x16
slot
PCI-EX x4
GBE
88E8001
GBE
Marvell
88E8001
Per dir
4Gbytes/s

Intel-P5 series (P45 + ICH10R)
Intel
Eagle Lake P45
(North Bridge)
Intel LGA775
Pentium 4 (90/65/45nm)
3.8GHz+ CPU
DMI bus Per-dir
1Gbytes/s
BIOS
Flash
ROM
(SPI)
10x USB2.0 ports
Azalia
1x Floppy
1x Serial
KB
2x PCI slot WIFI module
ADI2000B
LSI-FW3227
FSB 800/1066/1333/1600 MHz
DDR2 x 2 DDR2 x 2
DDR2 667/800/1066/1200
PCIe Gen2
SATA
6x SATA150/300
8 ch Audio
2 x 1394 ports
SATA150/300
RAIDRAID
MARVELL
88SE6121
PCI-ex x1
88E8001GbE
ATA133
PCIex1
PCI-EX x16 Slot
PCI-EX x16 Slot
PCIEx2
88E8056
GbE
SiI5723
PCI-EX x16 Slot
PCIe Gen1
LPC I/OLPC I/O
Winbond
W83667DHG
PCI Bus
33MHz
Intel ICH10R
(South Bridge)

Intel-P5 series(P35 + ICH9R)

Intel-P6 series (Tylers+ICH10R)

Ejemplo arquitectura MB P8Z77-V LX

Arquitectura MB8P8Z77-V DELUXE
Z77-V DELUXE

Estructura de una MB
Como conclusión podemos decir que es fundamental
para un técnico en reparación de MB, conocer la
estructura de la misma, la cual le permite fácilmente
determinar o ubicar en que área o circuito pudiera estar el
fallo y en base a esto trazar una estrategia de reparación.
Así, por ejemplo, si tenemos el caso de que falla el puerto
de teclado PS/2, el camino a seguir, a grandes rasgos,
sería:
conector  circuito asociado  Super I/O  South Bridge

El abc del hardware, estructura de una mb

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