Placa-mãe - Componentes E Circuitos Eletrônicos Utilizados 3m1s5c

INSTITUTO SUMARÉ DE EDUCAÇÃO SUPERIOR – ISES FACULDADE SUMARÉ

PLACA-MÃE COMPONENTES E CIRCUITOS ELETRÔNICOS UTILIZADOS

CESAR DO NASCIMENTO BARROS IVONILDO FLORÊNCIO DE ANDRADE LEONARDO ROSA BENEDITO RONILDO CARDOSO SILVA

SÃO PAULO 2012

INSTITUTO SUMARÉ DE EDUCAÇÃO SUPERIOR – ISES FACULDADE SUMARÉ

PLACA-MÃE COMPONENTES E CIRCUITOS ELETRÔNICOS UTILIZADOS

SÃO PAULO 2012

Barros, Cesar do Nascimento Andrade, Ivonildo Florêncio Benedito, Leonardo Rosa Silva, Ronildo Cardoso Placa-mãe: componentes e circuitos eletrônicos utilizados. – São Paulo, 2012. 26 p. Trabalho especialmente redigido como parte das exigências para a aprovação na disciplina Projeto Profissional Interdisciplinar (PPI) sob orientação do professor Marcos Antonio Felizola. ISES. Faculdade Sumaré. Curso Tecnológico de Gestão da Tecnologia da Informação, 2012. 1. Tecnologia da informação – Gestão. 2. Placa-mãe. 3. Componentes eletrônicos – Circuitos eletrônicos. I. Instituto Sumaré de Educação Superior. Faculdade Sumaré. II. Título

Cesar do Nascimento Barros Ivonildo Florêncio Andrade Leonardo Rosa Benedito Ronildo Cardoso Silva

PLACA-MÃE COMPONENTES E CIRCUITOS ELETRÔNICOS UTILIZADOS

Trabalho especialmente redigido como parte das exigências para a aprovação na disciplina Projeto Profissional Interdisciplinar (PPI) do curso tecnológico de gestão da tecnologia da informação. .

Aprovado em ______________ de 2012.

Banca Examinadora Professor Marcos Antonio Felizola Faculdade Sumaré

Agradecimento

Ao Professor Marcos Antonio Felizola, nosso orientador, pela colaboração neste projeto.

Resumo O computador é uma máquina que está definitivamente inserida na sociedade moderna atual. Trata-se de um conjunto de dispositivos eletrônicos capaz de processar e armazenar dados e informações, ajudando assim o homem nas mais variadas tarefas. Este projeto tem como objetivo principal apresentar algumas das principais características de um das partes mais importantes do computador digital moderno, a placa-mãe, também conhecida como motherboard, além dos componentes que são conectados e interligados a ela ou que dependem do seu desempenho, dos tipos de conexões mais usadas atualmente e dos adaptadores comumente encontrados no computador pessoal, além de uma breve história desta máquina tão complexa e ao mesmo tempo tão bem compreendida e assimilada pelo ser humano. Palavras-chave: placa-mãe; dispositivos eletrônicos; informática; computador pessoal.

Abstract The computer is a machine that is definitely introduced on the current modern society. This is a set of electronics components able to process and store data and information, thereby helping the man on several tasks. This project has as main purpose introduce some of the main features of one of the most important parts of computer, the motherboard, besides the components that are connected and interconnected to it or that your performance needs, the edge connection types and expansion cards most commonly used in a personal computer, also a short history of this machine so complex and at the same time so well understood by human being. Keywords: motherboard; eletronic devices; informatics; personal computer.

SUMÁRIO 1 Introdução............................................................................................................... 10 2 Placa-mãe................................................................................................................11 3 Descrição da placa-mãe...........................................................................................11 3.1 Componentes da placa-mãe.................................................................................11 3.2 Formato e alimentação......................................................................................... 15 3.3 Processador......................................................................................................... 16 3.4 Memória............................................................................................................... 16 3.5 Bios...................................................................................................................... 18 3.6 Chipset................................................................................................................. 19 3.7 Barramentos e slots............................................................................................. 20 3.8 Conectores........................................................................................................... 22 3.9 Placas adaptadoras.............................................................................................. 22 4 Conclusão............................................................................................................... 24 Referências................................................................................................................ 25

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Layout de uma placa-mãe..........................................................................12 Figura 2: Resistores e capacitores..............................................................................13 Figura 3: Transistor.....................................................................................................14 Figura 4: Mosfet..........................................................................................................14 Figura 5: Fonte alimentadora......................................................................................15 Figura 6: Microprocessador........................................................................................16 Figura 7: Memória RAM..............................................................................................17 Figura 8: Disco Rígido.................................................................................................18 Figura 9: Cmos e Bios.................................................................................................19 Figura 10: Chipset.......................................................................................................20 Figura 11: Barramentos PCI........................................................................................21 Figura 12: Conectores externos........................................................................................22 Figura 13: Placa de rede........................................................................................23

LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS 3D - Três Dimensões AGP - Accelerated Graphics Port AT - Advanced Technology ATA - Advanced Technology Attachment ATX - Advanced Technology Extended BIOS - Basic Input/Output System BIT - Binary Digit CD - Compact Disc CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor U - Central Processing Unit DIN - Deutsches Institut für Normung DVD - Digital Versatile Disc ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Computer FSB - Front Side Bus HD - Hard Drive IRQ - Interrupt Request ISA - Industry Standard Architecture MOSFET - Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor NIC - Network Interface Card PC - Personal Computer PCB - Printed Circuit Board PCI - Peripheral Component Interconnect PS/2 - Personal System/2 RAM - Random-Access Memory RJ - ed Jack ROM - Read-Only Memory SATA - Serial Advanced Technology Attachment TRADIC - Transistor Digital Computer ou Transistorized Airborne Digital Computer UNIVAC - Universal Automatic Computer USB - Universal Serial Bus ZIF - Zero Insertion Force

1 Introdução Um computador é um sistema de grande complexidade, mas, de modo breve, podemos dizer que um computador moderno tem a capacidade de desempenhar quatro funções básicas: armazenar, processar e transferir dados, além do mecanismo de controle desses processos. Ele interage, de alguma maneira, com o seu ambiente externo, através de periféricos conhecidos como hardwares. A evolução dos computadores tem sido caracterizada pelo aumento da velocidade de processamento dos dados, pela diminuição do tamanho dos componentes, pelo aumento da capacidade da memória e pelo aumento da capacidade de entrada e saída dos dados. O primeiro computador eletrônico digital construído da história foi o ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) em 1946 e foi desenvolvido como uma máquina de calcular para fins bélicos. O primeiro computador comercial fabricado e comercializado no mundo foi o UNIVAC I, ainda à base de válvulas, mas em 1955, o primeiro computador transistorizado foi construído: o TRADIC, o qual possuía 800 transistores. Em 1977, houve uma revolução no mundo dos computadores, pois foi lançado o primeiro microcomputador como conhecemos hoje, o Apple II, conhecido como personal computer (PC). Qualquer computador pessoal é composto pelos mesmos componentes: processador, memória primária e secundária, placa-mãe, placa de vídeo e monitor. Essa mesma divisão básica se aplica também a outros aparelhos eletrônicos, como celulares, por exemplo. A principal diferença é que neles os componentes são integrados numa única placa de circuito e são utilizados chips de memória flash no lugar do disco rígido. Se considerarmos o processador como sendo o cérebro de um computador, a placa-mãe será a espinha dorsal. Antigamente, a placa-mãe funcionava apenas como um ponto central, contendo as conexões e barramentos usados pelos demais componentes. Além do processador e pentes de memória, era necessário comprar a placa de vídeo, placa de som, modem, rede, etc. Cada componente era uma placa separada. Com a integração dos mesmos, a placa-mãe ou a incluir cada vez mais componentes, dando origem às placas onboard utilizadas atualmente. Isso permitiu que os computadores diminuíssem de preço tornando-os mais íveis, já que com menos componentes, o custo de fabricação se torna menor. Este projeto, portanto, trata das questões fundamentais e dos componentes básicos pertencentes à placa mãe.

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2 A PLACA-MÃE A placa mãe é a parte do computador responsável por conectar e interligar todos os componentes do computador entre si, ou seja, processador com memória RAM, disco rígido, entre outros. Nela é que são conectados todos os componentes. Pela enorme quantidade de chips, trilhas, capacitores e encaixes, a placa-mãe também é o componente que, de uma forma geral, mais dá defeitos. Conclui-se que a qualidade da placa-mãe é de longe mais importante que o desempenho do processador. Ela pode ter a arquitetura aberta ou fechada. A arquitetura aberta é a mais aceita atualmente. Permite que outras empresas fabriquem computadores com a mesma arquitetura. Assim, o usuário tem mais opções e pode montar seu próprio computador de acordo com suas necessidades e com custos que se enquadrem ao seu perfil. Já na arquitetura fechada os conflitos de hardware diminuem, fazendo com que o computador funcione mais rápido, melhorando a sua qualidade. No entanto, neste caso o usuário está limitado a escolher dentre os produtos da empresa e não pode montar o seu computador como lhe convém.

3 DESCRIÇÃO DA PLACA-MÃE 3.1 Componentes da placa-mãe A placa-mãe é construída sobre uma placa de circuito impresso onde são soldados os demais componentes, chamado PCB (do inglês Printed Circuit Board). Embora apenas duas faces sejam visíveis, o PCB da placa-mãe é composto por um total de 4 a 10 placas, totalizando de 8 a 20 faces embora depois de unidas elas aparentem ser uma única placa. Cada uma das placas possui parte das trilhas necessárias e são unidas através de pontos de solda estrategicamente posicionados.

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Figura 1: Layout de uma placa-mãe Os menores componentes da placa-mãe são os resistores e capacitores. Eles são muito pequenos, medindo pouco menos de um milímetro quadrado e por isso são instalados de forma automatizada e com grande precisão. Depois que todos os componentes são encaixados, a placa a por um uma câmara de vapor, que faz com que os pontos de solda derretam e os componentes sejam fixados, todos de uma vez. Assim como os resistores e os capacitores, os resistores tipo Mosfet e chips em geral utilizam solda de superfície; assim sendo, é muito difícil substituí-los manualmente, mesmo que saibamos quais são os componentes defeituosos. Outros componentes, como os slots e a maior parte dos conectores utilizam o sistema tradicional, onde os contatos são encaixados em perfurações feitas na placa e a solda é feita na parte inferior. Na maioria dos casos, eles são instalados manualmente por operários. A temperatura na placa mãe deve-se aos capacitores (condensadores). Eles permitem armazenar pequenas quantidades de energia, absorvendo variações na corrente e entregando um fluxo estável para os componentes ligados a ele. Quando o processador está em um estado de baixo consumo de energia e subitamente a a operar na freqüência máxima, temos então um aumento imediato no consumo, que demora algumas frações de segundo para ser compensado. Durante esse período, são os capacitores que fornecem a maior parte da energia, utilizando a carga armazenada. 12

O resistor tem a finalidade de limitar a corrente elétrica em um circuito. Podem-se diferenciar os resistores dos capacitores. Na foto abaixo diferenciamos pela cor. Os resistores são escuros e possuem números decalcados, enquanto os capacitores são de uma cor clara.

Figura 2: Resistores e capacitores

Já o transistor tem a função de controlar a entrada e saída de dados assim como amplificar o sinal elétrico dentro da placa-mãe. É considerado o principal responsável pela revolução da eletrônica e por muitas pessoas uma das maiores invenções da história moderna, tendo tornado possível a revolução dos computadores e equipamentos eletrônicos. Esta importância deve-se a sua possibilidade de ser produzido em enormes quantidades usando técnicas simples, resultando preços irrisórios. A primeira grande mudança nos computadores eletrônicos veio com a substituição da válvula pelo transistor. O transistor é menor, mais barato e dissipa menos calor do que a válvula.

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Figura 3: Transistor

Os reguladores de tensão do tipo Mosfet são transistores de uso externo e facilmente reconhecíveis pelo tamanho avantajado. São responsáveis por reduzir e estabilizar as tensões fornecidas pela fonte aos níveis corretos para os diversos componentes.



Figura 4: Mosfet 14

3.2 Formato e alimentação. Toda placa-mãe necessita de cuidados. Em um computador convencional, do tipo mesa, existe o gabinete. Ele oferece e e proteção e deve ter saída de ventilação para dissipar o calor interno e manter os componentes na temperatura ideal. A ventoinha (em inglês cooler) dentro do gabinete elimina o calor excessivo gerado pelos componentes da placa-mãe. Outro detalhe importante é quanto ao diâmetro da placa. Ela definirá o tamanho do gabinete assim como a possibilidade de expansão. Os formatos mais encontrados são o AT e o ATX A criação de formatos diferentes se deve a intenção de melhorar, alcançar maior eficiência e tornar os computadores adequados às novas tecnologias. O ATX (Advanced Technology Extended), por exemplo, proporciona uma ventilação mais fácil da placa mãe e fácil o aos seus componentes. Em toda placa-mãe há a circulação de corrente elétrica. Para que a placa funcione, uma fonte de alimentação se faz necessária. A fonte transforma a energia elétrica da rede (corrente alternada) em energia elétrica de corrente contínua, mais adequada para alimentar os componentes. Fornece tensão com valores de 3.3 a 12 Volts e serve também como uma última linha de defesa contra picos de tensão e instabilidade na corrente.

Figura 5: Fonte alimentadora 15

Dentre os principais componentes de uma placa-mãe destacaremos o processador, memória RAM, Bios (memória ROM), bateria, chipset (norte e sul), soquetes e barramentos, etc.

3.3 Processador O processador é considerado o cérebro do computador, onde são realizados os cálculos de entrada e saída de dados e realiza as instruções de um programa de computador. A U (Central Processing Unit) como também é chamada, necessita de um soquete especial para ser acoplado na placa-mãe, hoje construídos com força zero de impacto (ZIF). A sua comunicação com os outros componentes do computador é feita através de um recurso chamado “pedido de interrupção de entrada e saída de informação” cuja sigla é IRQ (em inglês Interrupt Request).

Figura 6: Microprocessador 3.4 Memória A memória de o aleatório, conhecida pelo seu acrônimo “RAM” (do inglês Random Access Memory) é a memória principal do computador e é usada pelo processador para armazenar os arquivos e programas que estão sendo processados 16

naquele momento. A quantidade de memória RAM disponível tem um grande efeito sobre o desempenho, já que sem uma quantidade suficiente dela o sistema a a usar memória virtual, que é bem mais lenta. Existem em várias capacidades de transferência de dados e normalmente possuem dois ou três encaixes disponíveis. Os seus dados são perdidos quando o computador é desligado. Para evitar perdas de dados, é necessário salvar as informações para e não volátil, como um disco rígido. Um tipo de memória atualmente muito utilizada e bastante eficaz é conhecido como memória cache que é um dispositivo de o mais rápido e serve de intermediário entre o processador e a memória RAM. A vantagem principal na utilização de uma cache consiste em evitar o o à RAM, que pode ser demorado, armazenando os dados em meios de o mais rápidos.



Figura 7: Memória RAM

O HD (hard drive) ou disco rígido é a parte do computador onde são armazenados os dados permanentes. Considerada uma “memória secundária”, é uma memória não-volátil, ou seja, as informações não são perdidas quando o computador é desligado, sendo considerado o principal meio de armazenamento de dados em massa. O armazenamento dos dados é feita em disco magnético extremamente sensível. Em alguns casos o HD se comunica com a memória RAM diretamente através do recurso Bus Mastering (barramento mestre). 17

A transferência de dados entre um computador e dispositivos de armazenamento em massa, como unidades de disco rígido e drives ópticos (CD e DVD) é feita através de um cabo cujo padrão é o ATA (Advanced Technology Attachment). O Serial ATA (SATA) é um cabo com uma tecnologia melhor proporcionando maior rapidez na transferência dos dados, entre outros benefícios. Outros tipos de memórias, como o CD e o DVD, são considerados “memória terciária”.

Figura 8: Disco Rígido

3.5 BIOS A BIOS (Basic Input/Output System), também conhecida como ROM (Read Only Memory em inglês) contém todo o software básico necessário para inicializar a placa-mãe, checar os dispositivos instalados e carregar o sistema operacional. Incluise também o Setup, o software que permite configurar as diversas opções oferecidas pela placa. Na grande maioria dos casos, o chip combina uma pequena quantidade de memória o CMOS que é composto de 128 a 256 bytes (um byte equivale a quatro bits) de memória volátil. O CMOS serve para armazenar as configurações do Setup. Como essas memórias representam um pequeno volume de informações, ele é bem pequeno em capacidade. Assim como a memória RAM principal, o Cmos é volátil, de forma que as configurações são perdidas quando a alimentação elétrica é cortada. 18

Por isso, toda placa-mãe inclui uma bateria, que mantém as configurações quando o micro é desligado. Em casos onde o micro deixe de inicializar por conta de alguma configuração incorreta, o mesmo poderá ser reiniciado através da bateria ou por um “jumper” localizado próximo à bateria.

Figura 9: Cmos e Bios

3.6 Chipset O chipset é o componente mais importante da placa-mãe. Esses chips são dispositivos encarregados da comunicação do processador com os periféricos, como também controlar os dispositivos integrados na placa-mãe. Normalmente existem dois chipsets em cada placa denominados ponte norte (northbridge), e outro ponte sul (southbridge), cada qual com tarefas distintas. Nas placas atuais, a ponte norte do chipset é sempre coberta por um dissipador metálico, já que o chip responde pela maior parte do consumo elétrico e, conseqüentemente, da dissipação de calor da placa-mãe. A ponte sul é invariavelmente um chip menor e mais simples que o primeiro. Nas placas atuais ela incorpora os barramentos mais lentos, como o barramento PCI, portas USB, SATA, controladores de som e rede, etc. 19

Nos primeiros computadores os chips controladores da placa-mãe ficavam espalhados em diversos pontos da placa tornando este design não muito eficiente, já que mais componentes significam mais custos. Com o avanço da tecnologia, os circuitos aram a ser integrados em alguns poucos chips. Isso trouxe duas grandes vantagens. A primeira é que, estando mais próximos, os componentes podem se comunicar a uma velocidade maior, permitindo que a placa-mãe seja capaz de operar a freqüências mais altas. A segunda é com relação ao custo, já que produzir dois chips, mesmo que mais complexos, sai mais barato do que produzir muitos.

Figura 10: Chipset

3.7 Barramentos e Slots Os barramentos são utilizados para interligar diretamente ou não (como nos casos do USB ou FireWire) os diferentes componentes da placa-mãe e também permitir o uso de placas de expansão. Por eles am correntes elétricas permitindo que os dados percorram os componentes. O desempenho do barramento é medido pela sua largura de banda (quantidade de bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo), geralmente potências de 2: 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc., também pela velocidade da transmissão medida em bps (bits por segundo), por exemplo: 10 bps, 160 Kbps, 100 Mbps, etc. 20

O barramento frontal (em inglês Front Side Bus ou FSB) é o barramento de transferência de dados que transporta informação entre o processador e o chip norte da placa-mãe. Determina a quantidade de dados que será transferido por vez. No sistema atual utiliza-se o plug-and-play. Este sistema tem o objetivo de fazer com que o computador reconheça e configure automaticamente qualquer dispositivo que seja instalado, facilitando a expansão segura dos computadores e eliminando a configuração manual. O USB (sigla de Universal Serial Bus) é um barramento serial que permite a instalação de uma vasta gama de periféricos, tais como: mouse, teclado, câmeras fotográficas e filmadoras, impressoras, scaners, pen drivers, HD’s, leitores ópticos externos, etc. Tornou-se popular devido o fácil manuseio reparo. Os encaixes conhecidos como slots, têm a função de ligar os hardwares (periféricos) ao barramento e suas velocidades são correspondentes aos dos seus respectivos barramentos. O PCI (Peripheral Component Interconnect) é um slot para conectar periféricos e o mais comum trabalha com 32 bits de transferência, valor suficientemente grande para uma grande variedade de dispositivos. Hoje em dia os barramentos adotados por todas as placas-mãe modernos são do tipo PCI Express e foi projetado para ser usado tanto por placas que exigem grande largura de banda, quando por placas menos exigentes. Possui alta velocidade de transmissão de dados. O slot AGP (Accelerated Graphics Port) é um barramento para placas aceleradoras gráficas 3D. Velocidade de 32 bits. O ISA (Industry Standard Architecture) é utilizado para conectar periféricos lentos, como a placa de som e fax modem. Velocidade de16 bits.

Figura 11: Barramentos PCI 21

3.8 Conectores Um conector ou “porta” é um dispositivo que efetua a ligação entre um ou mais pontos onde se necessita de comunicação de sinais. O conector no formato ATX, por exemplo, é o que alimenta a placa-mãe do mesmo formato. Existem nas versões 20 e 24 pinos. Já o conector P4 de quatro pinos fornece energia adicional à placa, reforçando o fornecimento elétrico para o processador. Para a conexão via internet é usado cabos tipo RJ 45 (ed jack) entre outros. Há conectores externos em uma placa-mãe, onde contém um conjunto de conectores tais como os PS/2 e DIN (do alemão Deutsches Institut für Normung) para mouse e teclado, tipo USB, de áudio, rede, porta paralela (onde se conecta scaners, câmeras de vídeo, etc.). Ao montar o computador, esse fica ível na parte traseira do gabinete.

Figura 12: Conectores externos 3.9 Placas Adaptadoras Placas adaptadoras ou dispositivos de multimídia são equipamentos que criam uma interação entre o usuário e o computador que ele opera. Um exemplo de 22

dispositivo é a placa de som. Esta placa é um dispositivo de hardware que envia e recebe sinais sonoros entre equipamentos de som e um computador executando um processo de conversão com certa qualidade e também para gravação e edição. A placa de rede de um computador, também chamada adaptador de rede ou NIC (do inglês Network Interface Card) é um dispositivo de hardware responsável pela comunicação entre os computadores de uma rede. Permite que os computadores conversem entre si através da rede, além de controlar todo o envio e recepção de dados através da mesma. Existe ainda a placa de vídeo, também chamada de adaptador de vídeo que envia sinais do computador para o monitor, de forma que possam ser apresentadas imagens ao usuário. Normalmente possui memória própria.

Figura 13: Placa de rede

Há ainda outros tipos de periféricos, sempre conectados à placa-mãe, tais como mouse, teclado, microfone, etc.

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4 CONCLUSÃO A placa-mãe é quem definirá as limitações da máquina como um todo. Assim, ao comprar um computador, deve-se prestar muita atenção com relação aos detalhes referentes à configuração da placa-mãe e escolher com cuidado, de acordo com as suas necessidades. Hoje existe uma forte preocupação dos fabricantes de hardwares (como placas-mãe, por exemplo), com o meio ambiente e sua preservação. As motherboards de hoje buscam unir eficiência energética e soluções econômicas, infra-estrutura de nuvem, computação de alto desempenho e as necessidades de armazenamento que estão cada vez altas. Com as invenções de aparelhos portáteis e leves como notebooks e tablets, as placas-mãe ficarão cada vez menores. A aquisição de uma boa placa convencional ainda é um bom negócio, já que boa parte dos usuários ainda está adquirindo seu primeiro computador. Logo, enquanto houver demanda de computadores tradicionais, haverá demanda de placas-mãe e o desenvolvimento de novas tecnologias.

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REFERÊNCIAS

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