Il funzionamento della scheda madre

Quando si apre il case di un computer per vedere cosa c'è dentro, la prima cosa che si nota è un grande ripiano grande con sopra diversi connettori e tanti transistor, ossia la scheda madre o motherboard.

Che cos'è una scheda madre?

La scheda madre è il circuito stampato in cui i vari componenti all'unisono permettono il funzionamento del computer, in cui le diverse parti al suo interno lavorano insieme per trasmettere dati l'uno verso l'altro.

Una scheda madre, consente a tutte le parti del computer di ricevere energia e comunicare tra loro.

Si può pensare alla scheda madre come alla sede di una grande azienda, il quartier generale dove si prendono le decisioni, dove vengono assegnati i compiti ai dipendenti.

Una scheda madre, di per sé, è un pezzo inutile che non ha funzioni interne, ma è anche un pezzo necessario senza la quale non esisterebbe un computer.

Il compito principale della scheda madre è quello di tenere il chip del microprocessore del computer e lasciare che tutto il resto si connetta ad esso.

Tutto ciò che migliora le prestazioni del computer fa parte della scheda madre o si collega ad essa tramite uno slot o una porta.

Il problema con le schede madri è che ne esistono di vari tipi, con forme e connessioni differenti.

Chi vuole comprare un PC mettendo insieme i vari pezzi deve sempre partire dalla scheda madre, in modo che poi le altre parti siano compatibili con essa.

Fattore di forma

Prima di vedere come funziona una scheda madre è quindi importante vedere quale forma essa può avere e quali differenze ci sono tra i diversi modelli.

La forma e il layout di una scheda madre sono chiamati fattore di forma.

Il fattore di forma influisce sulla posizione dei singoli componenti e sulla forma del case del computer.

Mentre tutte le schede madri funzionano allo stesso modo, diversi modelli di schede hanno diversi tipi di porte, dimensioni e fori di montaggio.

I fattori di forma più comuni sono:

• ATX: la forma più comune, di grande dimensioni (la maggior parte dei quali è di 12x9.6 pollici)
• MicroATX: la versione più piccola dell'ATX standard, diventata molto popolare negli ultimi anni.
• Mini-ATX: più piccola rispetto alla versione micro, progettata per i portatili.
• Mini-ITX: più piccolo di una scheda ATX (6,7x6,7 pollici).
• Nano-ITX: per dispositivi sottili.
• Pico-ITX: piccolissimo con dimensioni di 3,9 x 2,8 pollici.

Socket CPU

Il fattore di forma è solo uno dei tanti standard che si applicano alle schede madri.

Un'altra caratteristica importante che bisogna sempre guardare per essere sicuri del modello che si va a comprare è certamente il socket per il microprocessore, che determina il tipo di Central Processing Unit (CPU) utilizzata dalla scheda madre.

Il socket è l'alloggiamento o l'attacco del processore, che è diverso a seconda della marca (Intel e AMD usano Socket differenti) ed anche a seconda della generazione, (processori AMD e Intel più vecchi hanno socket diversi da quelli attuali).

La CPU è quel pezzo del computer che ha la forma di un piccolo quadrato con tanti pin e connettori, che funziona per interpretare e trasmettere i dati dalla parte northbridge di un chipset.

Avere una CPU di alta qualità è importante per la velocità generale e l'efficienza di un computer.

Chipset

Il chipset compone il sistema logico della scheda madre ed è solitamente costituito da due parti: il Northbridge e il Southbridge.

Sono questi i due pezzi più visibili e importanti della scheda madre, che funzionano come due "ponti" collegando la CPU alle altre parti del computer.

Il chipset è la "colla" che collega il microprocessore al resto della scheda madre e quindi al resto del computer.

Il northbridge si connette direttamente al processore tramite il front side bus (FSB), un controller di memoria si trova sul northbridge, che fornisce alla CPU un rapido accesso alla memoria.

Il northbridge si collega anche al bus AGP o PCI Express e alla memoria stessa.

Il southbridge è più lento del northbridge e le informazioni dalla CPU devono passare attraverso il northbridge prima di raggiungere il southbridge.

Altri bus collegano il southbridge al bus PCI, le porte USB e le connessioni del disco rigido IDE o SATA.

La selezione del chipset e la selezione della CPU vanno di pari passo, perché i produttori ottimizzano i chipset per lavorare con CPU specifiche.

Il chipset è una parte integrata della scheda madre, quindi non può essere rimosso o aggiornato.

Ciò significa che non solo il socket della scheda madre si adatta alla CPU, ma che il chipset della scheda madre deve funzionare in modo ottimale con la CPU scelta.

Con i modelli diversi in base al socket ed al chipset, quando si compra una scheda madre oggi è necessario sapere già che tipo di processore si va a montare sopra di essa ed anche, eventualmente, che tipo di aggiornamenti fare in futuro.

Fanno parte del Chipset anche il BIOS, o chip Basic Input / Output System, che controlla le funzioni di base del computer e esegue un autotest ogni volta che esso viene acceso e la batteria CMOS, che mantiene in memoria le impostazioni di base e tiene aggiornata l'ora del sistema anche a computer spento.

Alcuni sistemi dispongono di doppio BIOS, che funziona come backup nel caso in cui l'altro fallisce o in caso di errore durante l'aggiornamento.

Per quanto riguarda gli altri attacchi slot della scheda madre possiamo ricordare:

• Slot di memoria / DIMM: usati per contenere memoria RAM
• PCI: collega le schede di espansione come la scheda video, la scheda di rete e la scheda audio.
• PCIe: una versione moderna di PCI, con un'interfaccia diversa che può funzionare con quasi ogni tipo di scheda di espansione.
• USB: utilizzato per connettori USB.
• SATA: utilizzato per unità ottiche / disco rigido / unità a stato solido

Bus dati

Tutti i componenti sopra menzionati non funzionerebbero all'unisono senza i bus dati necessari che collegano tutto insieme.

Quando si parla di BUS si intende semplicemente il circuito che collega una parte della scheda madre a un'altra.

 Maggiore è il numero di dati che un bus può gestire contemporaneamente, più veloci le informazioni sono capaci di viaggiare.

 La velocità del bus, misurata in megahertz (MHz), si riferisce alla quantità di dati che possono spostarsi simultaneamente sul bus.

 La velocità del bus di solito si riferisce alla velocità del front side bus (FSB), il circuito che collega la CPU al northbridge.

 Le velocità dell'FSB possono variare da 66 MHz a oltre 800 MHz.

 Poiché la CPU raggiunge il controller di memoria attraverso il northbridge, la velocità di FSB può influire notevolmente sulle prestazioni del computer.

Alcuni degli altri bus che si possono trovare su una scheda madre sono:

• il back side bus collega la CPU con la cache di livello 2 (L2), nota anche come cache secondaria o esterna.
• Il bus di memoria collega il Northbridge alla memoria.
• Il bus IDE o ATA collega il southbridge alle unità disco.
• Il bus AGP collega la scheda video alla memoria e alla CPU.
• Il bus PCI collega gli slot PCI al southbridge.

RAM

Un'altra funzione importante della scheda madre è quella di fornire l'alloggiamento per la memoria RAM.

Abbiamo stabilito che il clock del processore controlla la velocità con cui un computer pensa, che la velocità del chipset e dei bus controlla la rapidità con cui può comunicare con altre parti del computer.

La velocità della connessione RAM, invece, controlla direttamente quanto il computer è veloce nell'accedere a istruzioni e dati, con un determinante impatto sulle prestazioni del sistema.

Gran parte della memoria disponibile oggi è la memoria "Double Data Rate" (DDR), ma esistono varie generazioni di DDR.

Quando si va a scegliere la RAM si deve fare attenzione, quindi, anche a quale tipo di RAM è supportata dalla scheda madre, se DDR3 o DDR4, che hanno compatibilità diverse.

Conclusione

Mettendo insieme tutto: come funziona la scheda madre?

In estrema sintesi, quando si accende il computer, l'energia elettrica viene inviata dall'alimentatore alla scheda madre ed iniziano i primi trasferimenti di dati tramite i bus dati, che attraversano la parte northbridge e southbridge del chipset.

La parte northbridge collega i dati di CPU, RAM e PCIe, la RAM inizia a inviare input alla CPU, che "interpreta" queste azioni come output.

I dati sul PCIe vengono quindi trasferiti su una scheda di espansione, a seconda del tipo che si possiede.

La parte southbridge collega i dati al BIOS, USB, SATA e PCI.

I segnali per il BIOS consentono al computer di avviarsi, mentre i dati inviati alla presa SATA "risvegliano" le unità ottiche, l'hard disk e l'unità SSD.

I dati del SATA vengono utilizzati per accendere lo schermo, attivare la connessione di rete e l'audio.

In breve, la scheda madre funziona da quartier generale in un computer per trasmettere dati a ogni sua parte tramite bus di dati ed è il componente hardware che, insieme alla CPU, identifica meglio il computer stesso, tanto che cambiare scheda madre o CPU può significare, di fatto, cambiare tutto quanto computer.

Per questo motivo è fondamentale scegliere bene scheda madre e CPU di un nuovo computer, pensando al presente ed anche in ottica futura.