La scheda madre (motherboard) e' un complesso circuito multistrato adibito alla installazione fisica dei componenti del computer tramite una serie di slot e socket.

Una volta installati i componenti hardware, la scheda madre (motherboard) provvede a metterli in comunicazione tra loro, ad esempio il processore con i moduli di memoria RAM, con le unita' disco o le schede poste sugli slot di espansione.

La scheda madre (motherboard) gestisce anche tutte le comunicazioni verso le periferiche esterne collegate tramite porte di Input/Output come le USB, Parallela, Seriali, Firewire.

Il BIOS

Per poter eseguire tutte le operazioni la motherboard e' dotata di un software di gestione denominato BIOS (Basic Input Output System).

Si tratta di un programma adibito sostanzialmente alla gestione dei componenti hardware installati e alla memorizzazione delle loro impostazioni di configurazione.

Fisicamente, le routine software del BIOS sono contenute in un chip di memoria EEprom (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) da 2 Megabit installato sulla scheda madre.

Affinche' ad ogni spegnimento del computer non venga persa la configurazione dei componenti hardware installati, i dati di tale configurazione sono memorizzati su una piccola memoria CMOS a bassissimo consumo.
La CMOS e' alimentata perennemente da una batteria a forma di bottone, che ne garantisce l'integrita' dei dati per 5-6 anni.

Alcune volte pero' puo' capitare che, a causa di errato inserimento di parametri, per esempio della CPU quando si tenta un Overclock, il computer non si avvia piu'. Il piu' delle volte si riesce tranquillamente ad accedere nuovamente al BIOS e ripristinare le impostazioni precedenti... ma a volte puo' anche accadere che, per un qualsiasi motivo, non si riesca piu' ad accedere al Setup del BIOS.
I produttori hanno previsto questa eventualita' e sono corsi ai ripari predisponendo un jumper (solitamente denominato Clear CMOS) che consente il reset della memoria CMOS, permettendo l'avvio della macchina con i parametri di default. Alcune motherboard pero' sono sprovviste di tale jumper... Vediamo come ci si deve comportare nel caso sia presente il jumper e quando questi sia assente.

A) Se si dispone del manuale d'uso della scheda madre, cercare il ponticello Clear CMOS e abilitarlo per qualche secondo (rigorosamente a Computer SPENTO e scollegato dall'alimentazione di rete). Infine riportare il ponticello sulla posizione originaria e accendete il computer.

ATTENZIONE!! Procedere con molta cautela e solo dopo aver letto attentamente tutte le informazioni riportate sul manuale della scheda madre (motherboard).

B) Come si e' visto nel caso A, la funzione del ponticello in pratica, e' quella di cortocircuitare i poli + e - della batteria tampone.

Purtroppo pero', ancora oggi alcune motherboard sono sprovviste di questo jumper Clear CMOS.

In questi casi si puo' assolvere lo stesso compito nel seguente modo:

1) Scollegare l'alimentazione del computer.
2) Togliere la batteria tampone.
3) Munirsi di un piccolo giravite e creare un contatto (per 3-5 secondi) tra i poli + e - dell'alloggiamento batteria tampone.
4) Riportare tutto come prima e accendete il computer.

Dopo l'operazione di Reset, il BIOS ripristina i valori di Default, e toglie quindi anche l'eventuale PASSWORD se precedente inserita ... (questa informazione puo' risultare utile nel caso ci si dimentichi della password di accesso al BIOS).

Il POST

Come si e' precedentgemente visto, quando si avvia il computer, il primo programma in assoluto avviato dal processore e' il BIOS.

A seguito di questa attivazione viene avviata una routine diagnostica detta POST (Power On Self Test), che esegue la scansione dei componenti hardware installati. Se la configurazione non e' la stessa del precedente avvio, ad esempio perche' si e' staccata la tastiera, l'avvio del computer viene bloccato e viene generato un errore a video.

Nel caso che a essere malfunzionante o mancante sia un componente di base del computer, ad esempio i moduli della memoria RAM o la scheda video, lo schermo ovviamente rimarra' buio, ma il BIOS provvedera' a inviare per l'utente una serie di Beep a codifica del tipo di errore rivelato.

Le schede madri piu' recenti sono spesso dotate di un display a due caratteri alfanumerico che riporta la codifica dell'errore o di una serie di quattro led colorati, del quale va interpretata la sequenza di accensione.

Passato il POST, il processore carica il sistema operativo nella RAM.

Il Socket della CPU

La CPU e' il processore di sistema; questa viene installata su un socket (Zoccolo), e poi fissata per mezzo di un sistema a incastro che mette a contatto i suoi pin di comunicazione con la circuiteria della scheda madre.

I primi processori erano dotati di un numero limitato di pin di contatto. Basti ricordare che il 286 di Intel che ne aveva solo 62, con il 386 sono passati a 132, con il 486 sono passati a 168, con il Pentium sono passati a 273, con il Pentium II/III sono passati a 370 ed infine con il Pentium IV sono passati a 478.
Una evoluzione simile hanno subito anche i processori K6 e Athlon di AMD.

L'aumento del numero di pin e' dovuto all'aumentata complessita' circuitale delle CPU e alla necessita' di ridistribuire meglio le correnti nei circuiti del processore.

Attualmente, la piattaforma AMD piu' recente e' il Socket 939, su cui vanno installati i processori Athlon 64, Athlon X2 e Sempron.

Intel ha invece deciso, dalla fine del 2004, di eliminare i pin dal processore e integrarli direttamente nel suo piu' recente Socket 775. Questa scelta ha reso piu' fragile il socket nel caso di estrazione e reinserimento di piu' processori.

Il socket definisce la tipologia di processori installabili sulla scheda madre indipendentemente dal nome dato al processore. Quindi avremo ad esempio il Pentium 4, che nelle sue diverse versioni evolutive, ha utilizzato il Socket 423, il Socket 478 ed il piu' recente Socket 775. Ne segue quindi che tutte queste versioni di Pentium 4 sono meccanicamente ed elettricamente INCOMPATIBILI tra loro, non potendo quindi installare un Pentium IV a 478 pin su un Socket 423 o 775.

Gli slot per la RAM

La RAM (Random Acces Memory) e' quella parte di memoria di un computer dedicata all'esecuzione di programmi. I dati acquisiti di volta in volta vengono cancellati allo spegnimento.

I moduli di memoria RAM, detti moduli Dimm (Dual In-line Memory Module, Modulo Di Memoria In Doppia Linea), sono installati sugli appositi slot presenti sulla scheda madre.

Questi moduli Dimm, di capacita' tipica di 64, 128, 256, 512, o 1024 KB, si installano a incastro sugli slot fino ad ottenere la chiusura dei fermi (normalmente questi fermi sono di colore bianco).

I moduli Dimm possono utilizzare la tecnologia SDRam, DDR o DDR2.

I moduli Dimm con tecnologia SDRam (Syncronous DRAM, RAM Sincrona) sono state le prime della nuova generazione di memorie RAM; queste memorie si differenziavano dalle precedenti per via del ciclo clock che lavora in sincrono (da cui il nome) con il processore.
Le SDRam trasferiscono i dati ad ogni fronte di salita del clock
Le memorie con tecnologia SDRAM sono prodotte in formato DIMM a 168 contatti; hanno un'alimentazione esclusivamente di 3,3 volt e tempi di accesso che variano a seconda della frequenza:
le DIMM da 66 MHz hanno un tempo di accesso compreso tra 12 ns e 10 ns a seconda dei chip;
le DIMM da 100 MHz hanno un tempo di accesso minore di 10 ns;
le DIMM da 133 MHz hanno un tempo di accesso minore di 7,5 ns.
Al momento dell'acquisto, si deve far caso alla dicitura sopra i chip per vedere qual'e' il tempo di accesso e di conseguenza la frequenza di lavoro della memoria.
Vengono in aiuto delle scritte sopra ai moduli tipo PC100 oppure PC133 che rappresentano la frequenza in MHz a cui lavora la memoria; queste scritte sono obbligatorie e non si trovano per i moduli da 66MHz dato che, quando furono prodotti, non si pensava che quella velocita' sarebbe stata superata

I moduli Dimm con tecnologia DDR (Double Data Rate) sono in grado, rispetto alle vecchie memorie sincrone (SDRam), di trasportare dati su entrambi i fronti (discendente e ascendente) del segnale di clock, ottenendo cosi' una banda di trasmissione dei dati (bandwidth) quasi doppia, tra processore e memoria, e sono composti da 184 contatti.

I moduli Dimm con tecnologia DDR2 (DDR-II), grazie a un'ulteriore tecnica di sfasamento del segnale clock, possono trasmettere con una tecnica QDR (Quad Data Rate) quattro dati per ciclo di clock.
In pratica raddoppiano la velocita' di clock rispetto alle DDR, che a loro volta raddoppiarono la velocita' delle SDRAM.
Questi moduli sono composti da 240 contatti.

Le attuali tipologie di memorie per i sistemi AMD sono le DDR, mentre nei sistemi Intel si possono trovare motherboard con supporto per DDR o DDR2. I Dimm di queste memorie sono incompatibili sia meccanicamente (avendo i primo 184 contatti mentre i secondi 240), sia elettricamente (operando le prime a 2,6 volt mentre le seconde a 1,8 volt).

Le memorie DDR2 sono attualmente supportate soltanto dalle schede madri Intel Socket 775, anche se AMD si sta adeguando al nuovo standard con le schede madri Socket M2.

Molte schede madri supportano l'inserimento di memorie a coppie, al fine di ottenere un doppio canale di dati ricavato dalla bandwidth singolarmente fornita da ciascuno dei due moduli Dimm. Si parla in questo caso di configuerazione Dual-Channel; essa ha per scopo un raddoppio dell'ampiezza del memory-bus da 64 a 128 bit, e puo' migliorare la bandwidth effettiva della memoria anche del 35%.

Il Chipset e l'FSB

Il Chipset e' il set (gruppo) di chip di controllo che governa le comunicazioni tra i vari componenti installati sulla scheda madre. Solitamente, su una motherboard il Chipset e' composto da due chip denominati Northbridge (Ponte-Nord) e Southbridge (Ponte-Sud).

Il Northbridge governa il trasferimento dei dati tra la CPU, la memoria RAM di sistema e il bus specializzato destinato alla comunicazione con la scheda video.
Il Northbridge e' altresi' collegato, spesso attraverso un bus specializzato ad alta velocita' (Dmi, Vlink, MuTIOL, etc...) al piu' piccolo Southbridge. Per la sua funzione di gestore delle comunicazioni tra processore e memoria, il chip Northbridge e' anche chiamato memory-controller.

Il Southbridge, piu' piccolo del precedente, sono delegate le funzioni di gestore delle comunicazioni verso gli slot di espansione PCI/PCI-Express, le unita' disco ATA/Atapi, e verso le periferiche esterne attraverso le porte di comunicazione USB, Parallela, Seriali, Firewire, etc... eventualmente integrate sulla scheda madre.

Le comunicazioni tra la CPU, il memory-controller e la memoria RAM passano attraverso un bus dati dedicato, denominato FSB (Front Side Bus), detto anche bus di sistema.

Su ogni scheda madre esiste un chip specializzato, denominato clock generator, adibito a generare la frequenza di bus di sistema.

Si rammenta che bus e' un qualsiasi canale di comunicazione che permette lo scambio dei dati tra due o piu' componenti del computer, come memoria, processore, schede video, audio e di rete, periferiche esterne.

PCI e AGP

La scheda madre prevede un certo numero di slot di espansione di colore bianco di tipo PCI (Peripheral Component Interconnect) sui quali poter installare l'hardware aggiuntivo quali scheda audio, modem interni, schede per il video-editing, etc... Questo si basa su di un trasferimento dati di tipo parallelo.

Nei primi sistemi sullo slot PCI andava installata anche la scheda video, ma con l'evoluzione del 3D gaming (giochi a 3D) si vide presto che l'hardware video mandava in saturazione il PCI (in pratica richiedeva troppe risorse).
Fu cosi' introdotto un nuovo slot di colore marrone per AGP (Accelerated Graphic Port), che si trova ancora su un consistente numero di schede madri. Questi fornisce alla scheda video anche una potenza di 40 Watt.

Nel 2004 e' stato introdotto il bus (slot) PCI-Express, che sta ora soppiantando gli altri e' basato su di un trasferimento di dati di tipo seriale punto-punto ad alta velocita', contro il parallelo usato da PCI.

Ata e Sata

Le porte ATA (AT Attachment) di tipo parallelo (per questo vengono anche chiamate Parallel-ATA) sono adibite alla installazione delle unita' disco rigido e delle unita' ottiche CD/DVD/Masterizzatori.

Questo standard usa un cavo a piattina da 80 poli che trasmette dati in modo parallelo e raggiunge, nelle piu' recenti evoluzioni, un transfert-rate di 133 MB/sec teorici (104 MB/sec effettivi).

Ogniuna di queste porte Parallel-ATA puo' collegare due unita' disco, e su ogni porta e' necessario definire una configurazione Master/Slave.

Per supplire alle maggiori esigenze di transfert-rate dei dati dei moderni hard disk da 7200 e 10000 rpm (rotazioni per minuto) e dei sistemi integrati Raid-0, sono state introdotte le porte SATA (Serial-ATA). Si tratta di un canale di comunicazione punto-punto seriale ad alta velocita' capace gia' nelle prime versioni di 150 MB/sec, che sono gia' diventati 300 MB/sec nella versione Serial-ATA II.

Con Serial-ATA ogni hard disk ha il suo specifico cavo dati di connessione, sparendo cosi' il concetto di Master/Slave.