La Scheda Madre

La Scheda Madre
La scheda madre (in inglese mainboard o motherboard) è la scheda principale
del PC. In generale si tratta di un circuito stampato, spesso a molti strati
(multilayer), anche piú di quattro, che porta i principali componenti del sistema,
come CPU, memoria, I/O, ecc, ma, soprattutto, i connettori (slot) del bus su cui
andranno installate le schede di espansione (schede figlie o doughter boards).
Questa configurazione per mette di modificare semplicemente le varie parti
hardware del sistema. Altre possibili configurazioni sono:
-
mainboard all-in-one, cioè tutto-in-uno, in cui alcune parti che normalmente
si trovano sulle schede figlie vengono integrate nella mainboard stessa,
come ad esempio scheda video, scheda audio, scheda di rete, ecc.In genere
le all-in-one non hanno o hanno pochissimi slot di espansione ; si tratta di
una soluzione economica per il produttore, ma che impedisce all’utente di
effettuare ogni upgrades e modifica al sistema
-
mainboard a backplane passivo: nel caso piú stretto si tratta di schede
madri che contengono solo gli slot del bus ed un minimo di componenti ;in
questa configurazione la CPU è contenuta in una scheda figlia. Sono previste
per uso industriale, dove la necessitá di effettuare sostituzioni senza
smontare tutto il sistema è prioritaria rispetto all’elevato costo del complesso.
-
mainboard senza CPU: sono simili alle precedenti, ma il costruttore, vista la
veloce obsolescenza delle CPU, ha pensato di posizionare la CPU stessa su
una scheda speciale, che puó essere cambiata rapidamente per un facile
upgrade. La soluzione, che a prima vista parrebbe interessante, si è
dimostrata all’atto pratico assolutamente svantaggiosa perché le schede di
CPU non sono standard.(ogni costruttore ha un suo differente progetto) e
quindi risultano difficili da trovare ed estremamente costose. Inoltre la
velocitá di obsolescenza delle CPU e la continua riduzione dei costi, rendo il
prodotto nuovo piú competitivo dell’upgrade.
Formati delle schede madri
Il formato (in inglese size o form factor) indica le dimensioni fisiche e le
caratteristiche elettriche della scheda. É possibile che esistano schede con
struttura simile, ma diverso formato, per adattarsi a diverse situazioni, ad
esempio SUPERMICRO P5MMS98 e P5MMA98 ; in sostanza si tratta dello
stesso prodotto, con le stesse funzioni e prestazioni di base, ma realizzato
in due formati differenti (AT per P5MMS98 e ATX per P5MMA98). I formati
sono stati standardizzati allo scopo di poter rendere intercambiabili le varie
componenti del PC prodotte da diversi costruttori. I formati correnti sono:

AT, nelle versioni full, baby, half

ATX

LPX

backplane passivo

formati proprietari
Formato AT - Il formato AT, con le sue variazioni full, baby, half, é stato fino ad
ora il piú comune. Si tratta di una superficie rettangolare che parte dal PC IBM
originale e con piccole variazioni ha costituito la base per la maggior parte dei PC
prodotti fino ad ora. Come detto prima, il formato interessa sia la forma fisica
(dimensioni, disposizioni dei componenti, ecc) sia le caratteristiche elettriche. La
tabella seguente riporta le dimensioni tipiche:
Elemento
Dimensioni tipiche
Numero di slot
AT full
13.8" x 12" o simili
fino a 12
AT baby
8.5"x 13" o simili
fino a 8
AT reduced
8.3" x 11" o minori
fino a 8
AT half
8.3"x 8 " o minori
fino a 7
Le dimensioni riportate sono indicative, in quanto possono essere soggette a
piccole differenze dovute alle scelte fatte dai diversi costruttori. Il formato full AT é
il piú grande formato, previsto inizialmente in quanto, non essendo ancora
prodotti i moderni chipset ad alta integrazione, il numero dei componenti
necessari al funzionamento della scheda era molto elevato e quindi era richiesta
una grande superficie di circuito stampato. Con la produzione massiccia di
integrati ad alta densità e la progettazione di chip specifici per le schede madri
(chipset), la superficie fisica necessaria si é ridotta via via sempre di piú,
passando al formato baby At ed ai suoi derivati (reduced,half e simili) con
dimensioni sempre minori. Attualmente il formato full é stato riproposto da diversi
costruttori in quanto permette di disporre di un numero di slot maggiore degli 8
previsti dagli altri formati (es. SUPERMICRO P6DNH2 con doppio bus PCI). La
forma rettangolare della scheda viene ridotta sulla lunghezza, in quanto il lato
dove si affacciano gli slot per le schede addizionali deve rimanere pressoché
costante per garantire la compatibilità meccanica con le forature degli châssis. Le
differenze fisiche riguardano, quindi, la superficie della scheda ; il sistema di
fissaggio allo châssis é, invece, costituito da una foratura standard per cui una
scheda nel formato AT dovrebbe poter essere installata su qualsiasi châssis
conforme allo standard AT. Fa eccezione il formato full che, pur avendo la stessa
d'ima di foratura, é adatto per essere inserito solo in châssis di specifici, sia per la
disposizione che possono assumere le CPU, sia per il fatto che il lato su cui si
affacciano gli slot é maggiore degli altri formati per consentire un numero
maggiore di slot. In genere, peró, le schede in formato AT (non full) possono
essere installate senza problemi anche negli châssis di piccole dimensioni, detti
mini. Resta peró problematico l' inserimento nei modelli desktop detti slim in
quanto le schede piú recenti, con bus PCI, non sono adatte per questo tipo di
contenitore (non c' é modo di applicare il circuito di supporto degli slot di
espansione, che, data l' altezza ridotta dello châssis, sono montate in
orizzontale).
Per quanto riguarda la dotazione di I/O, il formato AT prevede un connettore DIN
a 5 poli per la tastiera saldato sulla scheda stessa ; a volte é possibile trovare
anche un connettore mini-DIN per il mouse PS/2 oppure, caso piú raro, entrambi i
connettori in formato PS/2 (per le schede destinate al mercato USA o OEM). I
connettori delle porte seriali e parallela sono collegati esternamente alla scheda,
usando dei cavi piatti multipolari con opportuni connettori ( maggiori informazioni
sull' I/O con un click qui). Per ragioni costruttive, solitamente il processore é
localizzato sul fronte della scheda e le memorie sul lato destro ; non esiste, peró,
uno standard per il posizionamento di queste parti, né per la disposizione dei
connettori delle porte di I/O, del controller IDE e floppy, dei connettori degli slot di
espansione, ecc.. Al tempo in cui questo standard é stato progettato, esso era piú
che adeguato alle necessitá: i processori erano di piccole dimensioni e
dissipavano potenze ridotte e non c' era una richiesta massiccia di memoria.
Inizialmente i moduli di memoria erano del tipo DIL (circuiti integrati singoli
montati su zoccoli), per passare in un secondo tempo a SIMM ; cosí pure la
cache, mentre si sviluppavano i chipset e gli I/O controller. Attualmente,
nonostante i limiti imposti dalle nuove CPU dotate di grossi dissipatori di calore
ed alla presenza di molti zoccoli per DIMM o SIMM, i formati AT sono ancora i piú
diffusi, sia per il costo ridotto, dovuto all' elevato numero di pezzi prodotti, sia alla
compatibilità meccanica con la grande quantitá di hardware esistente.
Formato ATX - La struttura AT resiste da numerosi anni, durante i quali il
progresso tecnologico ha introdotto numerose innovazioni: i processori sono
aumentati di dimensione fisica, é stato introdotto il local bus, le SIMM a 72pin e le
DIMM a 168, ecc.. In sostanza si é sentita la necessitá di superare alcuni limiti
insiti nella struttura AT, non sempre adeguata alle necessitá. Intorno al 1995,
Intel ha iniziato a studiare alcune possibilitá di modifica e, dopo circa tre anni, é
stato lanciato lo standard ATX. ATX introduce diverse innovazioni per quanto
riguarda la gestione del risparmio energetico, del calore, della sicurezza ed é piú
adatto alle nuove circuiterie delle CPU Pentium Pro e Pentium II. In ogni caso,
ancor oggi AT rimane molto diffuso, per la compatibilità con l' hardware esistente
ed inoltre per il basso costo, dovuto all' enorme numero di pezzi prodotti. ATX ha
diversi vantaggi rispetto ad AT:

i connettori delle porte di I/O Port sono integrati sulla mainboard:
questo consente una maggiore facilita di installazione nello
châssis ed un grado di sicurezza maggiore dovuto alla
mancanza dei cavi di interconnessione. Questo richiede, peró,
uno châssis particolare.

il connettore del mouse PS/2 é normalmente integrato: questo
permette di avere disponibili entrambe le porte seriali.

i connettori USB sono normalmente (anche se non sempre)
integrati

il processore é localizzato nella parte superiore destra, assieme
ai moduli di memoria: questo consente di avere libero lo spazio a
fronte degli slot di espansione e quindi facilita l' installazione di
schede lunghe. Inoltre, lo standard ATX interessa anche la
posizione della ventola dell' alimentatore, che si trova a dirigere il
suo flusso di aria sulla zona della CPU, cooperando allo
smaltimento del calore prodotto

la posizione dei connettori per i cavi delle porte IDE e FDD é
fissata sul fronte della scheda: il cablaggio verso le unitá
magnetiche é semplificato

distribuzione diversa dei componenti sulla scheda, anche in
riferimento agli ingombri interni dei supporti (bayes) delle unitá
magnetiche, che assicura una maggiore uniformità e semplicità
di installazione della scheda nello châssis. Essenzialmente, la
scheda si sviluppa in senso "orizzontale ", con il lato piú lungo
dalla parte degli slot di espansione. Questo permette anche una
migliore circolazione dell' aria all' interno del sistema.

un diverso sistema di alimentazione e di connessione dell'
alimentatore ; questo evita errori di inserzione del connettore
stesso.

generazione della tensione di 3.3V necessaria per i moderni
processori all' interno dell' alimentatore: meno calore sui VRM on
- board.

la scheda é sempre alimentata con una tensione ausiliaria che
consente funzioni avanzate di controllo remoto
Inoltre lo standard ATX prevede altre significative variazioni sulla sezione di
alimentazione, con la possibilitá di una gestione piú completa delle funzioni del
risparmio energetico e della gestione remota del sistema. A seguito di queste
variazioni, non solo elettriche ma anche fisiche, le schede del formato ATX
richiedono anche uno châssis appropriato, con sistemi di fissaggio e forature
interne differenti da quelle AT. ATX ha, comunque, alcuni svantaggi, dovuti
principalmente alle dimensioni meccaniche:

non possono esserci piú di 7 slot di espansione, il che, in
presenza del PCI e di AGP, ha ridotto drammaticamente il
numero delle espansioni ISA

i sistemi speciali, ad esempio I2O, a causa della necessitá di piú
di 7 slot, sono ancora realizzabili solo in formato AT full.

i formati AT ridotti, grazie al grande livello di integrazione,
possono essere realizzati in dimensioni molto piú piccole di
quelle minime ATX

i connettori di I/O su ATX sono tutti concentrati in un' area
ristretta, cosa non sempre semplice per il collegamento dei cavi
delle periferiche.
Formato micro ATX - É un nuovo standard che si sta imponendo attualmente.
Gli indubbi vantaggi rispetto ad AT sono:

i connettori dell’I/O sono fissati a bordo della scheda: maggiore facilita di
montaggio, maggiore robustezza dell'insieme

l' alimentatore consente funzioni avanzate di telecontrollo, risparmio
energetico, ecc.

la disposizione di alcune parti sulla scheda (ad es. i connettori per i cavi
IDE/FDD/SCSI) sono posti in modo da ridurre la distanza verso le
periferiche, non intralciare la circolazione dell'aria, ecc.
Pertanto la scelta ATX é sicuramente un fatto positivo. Il "micro" é una delle
richieste del mercato, ovvero quella di avere PC sempre piú potenti, ma anche
piccoli fisicamente. La dimensione é spesso un limite per la collocazione del PC e
dobbiamo tener presente che in realtà quello che ci interessa vedere del sistema
é solo ed esclusivamente il monitor, la tastiera ed il mouse. Se si tiene presente
anche che:

l'accensione e lo spegnimento di molti sistemi AT puó prescindere dall'
uso del pulsante frontale dello châssis.(avviamento premendo tasti o da
cause remote e spegnimento all'uscita del sistema operativo)

le occasioni di premere reset, su un sistema stabile, sono veramente
scarse

non esiste piú la funzione (ed il tasto) turbo
si vede come le occasioni per accedere all'unitá centrale sono ridotte alle rare
volte in cui é richiesta una azione sui dischi (floppy, CDROM, cartucce) e simili.
Quindi l 'unitá centrale, al limite, potrebbe essere anche nascosta o, perlappunto,
molto piccola.
Micro ATX nasce da queste esigenze. Non si tratta di una soluzione custom,
ovvero non é un prodotto proprio di un costruttore e quindi di portata limitata, ma
si tratta di una variazione sulla classica scheda madre con il sistema standard di
slot per le schede addizionali. Questo é un indubbio punto a favore perché
consente la continuazione dello standard di fatto del PC e la possibilitá di
impiegare le schede disponibili sul mercato.
Rispetto alla tecnologia ATX restano uguali:

filosofia generale di progetto

connettore di alimentazione e struttura dell'alimentatore

I/O on-board
mentre le differenze essenziali sono:

stessi componenti su una superficie minore (-13%), quindi costo minore e
maggiore facilita di assemblaggio del PC

scheda audio integrata

2 slot ISA e 2 PCI
Sulle dimensioni sicuramente nessuno ha alcunché da eccepire: piccolo é bello;
sulle altre caratteristiche certamente si discute.Cominciamo dalla parte piú
dolente (a prima vista), ovvero dal numero degli slot di espansione. Secondo il
nostro parere 2 ISA, 2 PCI e 1 AGP sono assolutamente sufficienti per la
stragrande maggioranza degli utenti. E, siccome micro ATX si rivolge alla
maggioranza, vediamo i dettagli di questo giudizio: Che schede normalmente
aggiungiamo al PC ? Sicuramente:

scheda video

scheda audio
non possono mancare. In pochi casi possiamo anche aggiungere:

scheda SCSI

scheda di rete

una qualche ISA o PCI per un prodotto speciale (interfaccia scanner,
acquisizione video, 3Dfx, ecc)
Tutto questo sta comodamente sul nostro micro ATX:
Slot
Funzione
AGP
Scheda video
PCI
SCSI o RAID
PCI
Scheda rete, acc. 3D
ISA
scheda acquisizione
ISA
Scheda rete, altra scheda
integrata
Scheda audio
Il formato ATX prevede la disposizione quasi obbligatoria dei vari componenti ; da
questo risulta che uno slot ISA ed uno PCI sono condivisi, ovvero si puó inserire
solo unoa delle due schede. Ovvio che la tabella é solo indicativa, per cui si puó
installare una scheda rete ISA ed un digitalizzatore PCI o una 3Dfx ISA o PCI o
un controller SCSI ISA, ecc. Ma lo scopo é quello di dimostrare che micro ATX é
ampiamente adeguato, nonostante l' apparentemente basso numero di slot
disponibili:
ATX
micro ATX
7 slot - 6 schede
5 slot + audio integrato (4 schede + 1)
In sostanza ATX ospita un massimo di 6 schede e micro ATX un massimo di 4
schede, piú la scheda audio giá integrata, ovvero 5 schede. Un discorso a parte
merita la scheda audio integrata. La scelta é fatta in base al criterio che, anche in
questo caso, la stragrande maggioranza degli utenti impiega la scheda audio con
sole funzioni di riproduzione, limitatamente in ingresso e solo in rarissimi casi
digitalizza suoni. In questo ultimo caso é ovvio che l'utente tenderà a scegliere
una scheda adeguata e quindi é prevista la possibilitá di disabilitare la scheda onboard. Ma questo é un caso raro: di nuovo, per la maggior parte degli impieghi
(giochi, audio CD, suoni di Windows, multimedia, telefonia, riconoscimento
vocale, ecc.) la scheda integrata é ampiamente adeguata.
Piu difficile da giustificare sarebbe la presenza di una scheda video, in quanto lo
spazio di scelta, date le prestazioni differenti dei vari prodotti, é molto piú ampio e
sono continui e rapidi gli aggiornamenti alle nuove tecnologie, mentre una buona
scheda audio integrata é adeguata a tutte le configurazioni. Quindi si é lasciata,
giustamente, all' Utente la scelta della scheda video, ovviamente prevista su bus
AGP.
Ultimo punto riguarda le DIMM. Su micro ATX sono disponibili tipicamente due
zoccoli. Di nuovo questo é adeguato, in quanto difficilmente un sistema compatto,
previsto per uso generale, avrà bisogno di piú di 256MB (2 DIMM da 128).
Tenete presente che la disponibilitá di molti zoccoli per le DIMM non sempre é
cosí utile come sembra a prima vista ; inoltre, é sconsigliabile installare la
memoria "a rate" se questo comporta un mix di chip di diversi produttori. La
scelta DIMM e non SIMM, poi, é obbligatoria per le nuove strutture controllate dai
chipset ad alte prestazioni, sui quali le SIMM non sono piú proponibili. Micro ATX
é una scheda madre disegnata per un sistema nuovo e non é prevista come
pezzo per l' upgrade di un sistema giá esistente, su cui recuperare, ad es., le
vecchie SIMM.
Attualmente sono in commercio schede micro ATX con chipset Intel LX, BX e EX,
per CPU su Slot 1 (Pentium II e Celeron) e con chipset VIA MVP3, Aladdin V e
SIS per CPU su Socket 7.
Formato LPX - Molti produttori di nome (brand) utilizzano soluzioni proprietarie
che permettono l'impiego di châssis di dimensioni ridotte (slim). Solitamente
questo viene ottenuto a spese della possibilitá di espansione, principalmente
dotando le schede madri di scheda grafica, scheda di rete, controller SCSI
integrati. Nuovamente Intel ha cercato di riportare ad uno standard anche questa
versione del PC, studiando lo standard LPX. Con questo formato le espansioni
del bus sono poste in senso orizzontale, separate dalla scheda madre. Con le
schede di espansione orizzontali, parallele alla scheda madre, le dimensioni dello
châssis possono essere ridotte. Inoltre le mainboard LPX prevedono la scheda
video on-board, ovvero integrata nella mainboard. Questo puó essere un
vantaggio s la scheda é di buona qualitá, in quanto la soluzione é piú economica
delle due parti separate. Una previsione dello standard é quella di rendere la
mainboard estraibile come un cassetto, per poter effettuare upgrade senza
difficoltá.
Comunque, la possibilitá di upgrade in senso classico é alquanto ridotta. Fino a
che LPX é usato solo dai brand per risparmiare sul costo del prodotto senza
perdere sulla qualitá, la cosa puó essere anche positiva, ma nell' insieme il
sistema é poco interessante per l' Utente che desidera "mettere le mani" nell'
hardware.
I sistemi su Backplane Passivo - Nel settore industriale, dove la semplicità e la
rapidità degli interventi di Assistenza sono essenziali per il funzionamento degli
impianti produttivi, il PC é stato introdotto sotto un diverso formato, piú adeguato
alle richieste dell' ambiente. In sostanza i costruttori hanno pensato ad una
soluzione che prevede la mainboard solamente come un supporto per connettori
di espansione, detto backplane passivo, appunto perché contiene solo connettori
; le componenti attive, avvero la CPU, la memoria, le varie espansioni, sono
installate su schede che vengono inserite in questo backplane. Questa
disposizione consente di rimuovere l'intera scheda di CPU o di memoria o altro
senza smontare tutto il sistema come avverrebbe se si dovesse sostituire la
mainboard su un PC classico. É ovvio che questa soluzione, pensata per
impieghi speciali e prodotta in quantitativi diversi da quelli dei PC correnti, ha
come problema principale l' elevato costo. Questo si riflette anche sulla possibilitá
di upgrade: a prima vista é semplice pensare alla possibilitá di upgrade del
sistema cambiando la parte relativa al processore con la semplice sostituzione di
una scheda, ma, al momento attuale, questa semplicità é pagata caramente in
termini di costo.
le mainboard "DUAL PROCESSOR"- Per ottenere prestazioni maggiori, alcuni
sistemi operativi, come ad es. NT, alcune versioni di UNIX, ecc., possono
operare con piú di una CPU, che lavorano in parallelo dividendosi il carico delle
istruzioni. Si possono realizzare sistemi con 2, 4 o piú CPU ; tutto dipende
comunque dal sistema operativo usato. Avvertenza: l'impiego di una coppia, o
piú, di processori NON migliora minimamente le prestazioni del PC se non viene
utilizzato un Sistema Operativo adeguato. Ad esempio, in DOS o Windows95, la
presenza di piú processori é assolutamente superflua, in quanto il S.O. non é in
grado di gestirli. Inoltre non esiste alcun problema nell'istallare un solo
processore, poiché il sistema operativo multiprocessore, come ad es. NT, in fase
di installazione, determinerà il numero dei processori installati e costruirà la
kernel opportuna. In un secondo tempo sará poi possibile installare la seconda
CPU, adeguando eventualmente il sistema operativo. Intel consiglia di scegliere
CPU contraddistinte dalla sigla dello steso step produttivo ; questo evita che
differenze introdotte durante la produzione di step differenti vengano a creare
conflitti nelle operazioni in parallelo. Da un punto di vista meccanico le mainboard
sono differenti, ma, per fortuna, esistono degli standard commerciali, che sono:
- AT: tutte le schede di formato AT hanno le stesse forature di fissaggio al
contenitore e la stessa posizione per gli slot, la prese di alimentazione e quella
della tastiera, per cui sono, a parte le dimensioni relative, completamente
intercambiabili. Sono previsti numerosi punti di ancoraggio ; non é detto che tutte
le schede impieghino tutti i punti: verificare questo quando si installano le
colonnine di fissaggio al case per evitare cortocircuiti. Osservare anche che l'
installazione di schede full size in châssis correnti non sempre é possibile. In
genere, con AT, non ci sono mai problemi di fissaggio allo châssis, anche se in
casi particolari possono esserci interferenze con l' interno dello châssis stesso.
- ATX: tutte le schede di formato ATX hanno le stesse forature di fissaggio al
contenitore e la stessa posizione per gli slot, la prese di alimentazione e quella
della tastiera, per cui sono, a parte le dimensioni relative, completamente
intercambiabili. Sono decisamente piú standardizzate dei prodotti AT ;
comunque, anche in questo caso, prestare attenzione alle mainboard di grande
formato: possono esserci piccole interferenze con l' interno dello châssis, mai con
i punti di fissaggio.
- micro ATX: tutte le schede in formato micro ATX hanno le stesse forature di
fissaggio al contenitore e la stessa posizione per gli slot, la prese di
alimentazione e quella della tastiera, per cui sono, a parte le dimensioni relative,
completamente intercambiabili. Sono decisamente piú standardizzate dei prodotti
AT. Pur essendo previste per specifici chassis di piccole dimensioni, le schede
formato micro ATX possono essere installate anche in chassis tipo ATX standard.
- Formati proprietari: esistono poi i formati proprietari, disegnati da ogni grande
costruttore per le sue macchine ; in generale impiegano soluzioni non standard,
non sono reciprocamente compatibili e tanto meno con i prodotti del commercio ;
upgrade di macchine di marca con soluzioni proprietarie non sono possibili o lo
sono solo con le parti fornite a caro prezzo dai costruttori stessi.