La Scheda Madre

Indice

Introduzione

La Scheda Madre (Motherboard o MB o MoBo) è una parte fondamentale di un moderno pc: sotto forma di scheda elettronica principale raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica e i collegamenti di interfaccia tra i vari componenti interni principali del PC (CPU, memoria e le altre schede elettroniche montate o alloggiate sopra) comprendendo quindi anche i bus di espansione e le interfacce verso le periferiche esterne.

La Scheda Madre è responsabile della trasmissione e temporizzazione corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e sensibili ai disturbi, tra CPU e RAM, schede di espansione e periferiche esterne attraverso i vari bus di sistema.
Bus sono dei collegamenti, sono le “autostrade” che collegano i vari componenti.
Tutti i componenti collegati alla scheda madre sono divisi tra il Northbridge (o ponte nord) e il Southbridge (o ponte sud).
Il Northbridge è un circuito che permette il collegamento ad alta velocità tra i componenti critici per le prestazioni del computer:CPU, RAM, SATA, Slot PCIe.
Il Southbridge gestisce le interfacce a bassa velocità, quali: USB, porta Ethernet, Periferiche input.

La Scheda Madre

BIOS

Per poter svolgere la funzione di mediatore della comunicazione tra i vari componenti, la scheda madre si avvale di un software riprogrammabile chiamato BIOS (Basic Input Output System) che permette la corretta gestione dei vari componenti installati sulla piastra madre.
Il BIOS esegue per prima cosa un controllo di coerenza sui componenti installati individuando cosi eventuali malfunzionamenti o componenti mancanti.

Il BIOS comunica i problemi individuati tramite beep di tipo codificato (Mai sentiti dei Beep in fila? Bene quei beep codificano un messaggio ad esempio 7 Beep in fila indicano un problema della scheda video) o anche tramite messaggi a video in modo che l’utente possa capire come intervenire. Attualmente esiste il Dr.Debug un piccolo counter a due cifre posto alla fine della Motherboard che identifica il problema, ogni numero o combinazione è riportato ad un errore sul manuale d’istruzione.
La sua buona realizzazione è quindi un fattore chiave per le prestazioni e l’affidabilità dell’intero PC.

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CMOS e BIOS

Il BIOS è il firmware contenuto nell’omonimo circuito integrato; il CMOS è un chip di memoria che contiene i parametri di configurazione processati dal BIOS durante la sua esecuzione, in un dato momento del POST nel boot.
Questi parametri sono: data, ora, password accesso BIOS (amministratore e avvio) durante il post, configurazione HD del sistema, come: scheda madre, CPU, scheda video, memoria RAM, dischi rigidi, lettori ottici, periferiche di input (mouse, tastiera, touch pad), scheda di rete, valori di default e altri dispositivi connessi alla scheda madre. La memoria CMOS è mantenuta in attività dalla relativa pila, che consente la conservazione dei parametri anche a computer spento.
Resettare il contenuto del CMOS è un’azione, mentre cancellare o aggiornare il BIOS, che è un software a tutti gli effetti, è un’altra azione, ed è indipendente dal contenuto CMOS.
UEFI ha inoltre rimpiazzato la vecchia interfaccia grafica, consente ai produttori di integrare nel firmware della scheda madre applicazioni e nuove funzionalità, fra cui strumenti per la diagnostica e il ripristino dei dati, servizi di crittografia e funzionalità per la gestione dei consumi. Uno dei grandi vantaggi di UEFI, rispetto al vecchio BIOS, è proprio l’interfaccia grafica che lo fa assomigliare ad un’applicazione software comune.  Inoltre, mediante l’interfaccia UEFI del firmware è possibile eseguire molte operazioni di gestione e amministrazione prima impossibili con BIOS.

Form Factory

Importante per la compatibilità tra Scheda Madre e Case è il formato, per le schede madri è attualmente lo standard è l’ATX. 
Ha una versione leggermente più piccola chiamata Micro-ATX, con soli 3 Slot di espansione PCI, ed un formato molto più piccolo ovvero la Mini-ITX.
I produttori utilizzano i codici delle schede madri per farci capire che formato sono s sono varianti Micro-ATX o Mini-ITX ad esempio mettendo una M alla fine: A88XM, H170M, Z370M; mentre per le Mini-ITX viene scritto M-ITX alla fine H170M-ITX.
Questi sono i formati principalmente usati, c’è in oltre un formato più grande chiamato E-ATX ormai caduto in disuso.

La Scheda Madre

PCI-E

Sulla scheda madre sono presenti PCI-E con Form Factor X16 X8 X4 e X1.

La Scheda Madre

Non è però detto che un connettore X16 funzioni effettivamente su 16 linee PCI-E, infatti il connettore X16 a destra nell’immagine funziona utilizzando 16 linee PCI-E, mentre l’X16 a sinistra ne usa solo 4, per capirlo basta guardare lo slot e le saldature affianco.

La Scheda Madre

Contando le saldature, il PCI-E a destra ha 16 linee saldate e quindi funzionerà su 16 linee, mentre quello a sinistra ne ha 4, e quindi funzionerà su 4 linee, per questo mettere una scheda video sullo slot X16 più in basso castra le prestazioni.

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Socket, Dual Channel, e Fasi di Alimentazione

Come possiamo vedere dall’immagine sottostante troviamo:

La Scheda Madre

In verde il Socket dove inserire la CPU, in questo caso possiamo discriminare che si tratta di una scheda madre per CPU Intel e non AMD AM4, poiché è la scheda ad avere i PIN (LGA – Land Grid Array) mentre in quelle AMD AM4 troviamo i punti di inserzione dei PIN presenti sulla CPU (PGA – Pin Grid Array).

La Scheda Madre
Esempio di Motherboard AMD

In blu abbiamo invece i 4 slot delle RAM, generalmente si dividono per gruppi A1 e A2, B1 e B2, oppure vengono alternati i colori in modo tale da riconoscere in quale combinazione le RAM andranno in Dual Channel, in caso di dubbi controllate il manuale d’istruzioni.

In rosso una parte delle fasi analogiche di alimentazione della scheda madre.
I cubi neri che vediamo sono i VRM (Voltage Regulation Module) servono a trasformare la tensione proveniente dall’alimentatore, ovvero 12V in corrente continua, a una tensione utilizzabile per la CPU, solitamente 1V.
Non tutti i VRM sono uguali, ci sono VRM che forniscono più Corrente(A, Ampere) e VRM che ne forniscono di meno, per questo non è detto che una mobo con 10 fasi sia migliore di una con 8 fasi per esempio.
Gli Heat-Sink che vedete sopra ai VRM, in alluminio, servono per dissipare il calore prodotto dai VRM.
Solitamente è invece nascosta l’induttanza (solitamente per estetica), è composta da fili di rame avvolti su un materiale magnetico, solitamente Ferrite, serve a stabilizzare la corrente in uscita dai VRM.
Al di sotto dei VRM, troviamo i condensatori necessari a stabilizzare la tensione.
A capo dei VRM c’è il chip Voltage Controller, quest’ultimo applica i valori imposti dal BIOS, come la tensione d’applicare ai VRM.

Il segnale del BIOS è digitale, ma le fasi sono analogiche, il Voltage Controller trasforma il segnale da digitale ad analogico, il che comporta una leggera perdita di precisione (Vdrop).
Ad esempio se il valore impostato è 1,250V la tensione effettivamente applicata potrebbe essere 1,240V o 1,260V, diventa rilevante durante l’over-clock poiché potrebbe portare all’instabilità o superare una soglia limite.
Per queso problema è stato introdotto LLC (Load Line Calibration) che permette di compensare il VDrop.
In conclusione, una fase è composta da questi quattro elementi principali, che sul circuito elettrico sono nell’ordine Voltage Controller>VRM>Induttanza>Condensatore.

Alla prossima Pillola di Tech!

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