Mainboard

Esempio di Mainboard Socket 478

La mainboard (in italiano scheda madre) è una parte fondamentale di un moderno Personal Computer: raccoglie in sé tutta la circuiteria elettronica d’interfaccia fra i vari elementi principali e fra questi i bus di espansione e le interfacce verso l'esterno. È responsabile della trasmissione e temporizzazione corretta di molte centinaia di segnali diversi, tutti ad alta frequenza e tutti sensibili ai disturbi: per questo la sua buona realizzazione è un fattore chiave per la qualità e l’affidabilità dell'intero computer.



Particolare di una scheda madre Socket 370

È composta di un circuito stampato molto complesso, ricavato da un sandwich di strati di vetronite e rame: generalmente una scheda madre può avere da quattro a sei strati di rame. In questi sono ricavate le piste che collegano i membri, che devono essere calcolate con molta cura: alle frequenze normalmente adoperate dalle CPU e dalle memorie RAM in uso oggi, infatti, la trasmissione dei segnali elettrici non si può più considerare istantanea ma deve tenere conto dell'impedenza propria della pista ramata e delle impedenze d’ingresso e di uscita dei pezzi connessi, che influenzano il tempo di volo dei segnali da un punto all'altro del circuito.
Su questo circuito stampato sono saldati una serie di circuiti integrati, di cui i più importanti sono quelli del chipset che svolgono la gran parte del lavoro d’interfaccia fra le parti principali e i Bus di espansione, il Socket per il processore e i connettori necessari per il montaggio degli altri elementi del PC e delle schede di espansione.



Slot PCI

Gli standard delle schede madri

Le motherboard si possono classificare di tipo: • Baby AT: è il classico formato progettato e utilizzato con i processori di tipo 486 e Pentium con disposizione orizzontale che rende molto difficoltosa l’espandibilità della RAM e delle schede di espansione. La CPU è posta alla destra degli slot ISA e PCI • ATX: costituisce il nuovo standard, inizialmente nata per Socket 7 e Slot l, e sviluppata in verticale; in pratica ruotata di 90° rispetto alla baby AT. L’espandibilità è molto facilitata a causa della posizione più facilmente accessibile dei membri. Il processore e la memoria sono situati sopra i connettori ISA e PCI. L’installazione di schede di espansione lunghe non presenta difficoltà d’ingombro non essendo presente l’intralcio della CPU (ricordiamo che è inserita verticalmente, come la RAM). Le schede ATX vanno installate in cabinet predisposti e di dimensioni particolari. Da preferire le schede con Socket 370 o Slot A (per CPU Athlon), poiché presto le CPU per il super Socket 7 e Slot l non saranno più disponibili.
• NLX: è il formato progettato per le macchine desktop, compatte, gli Slot ISA e PCI sono collocati su una scheda inserita perpendicolarmente alla main board per risparmiare spazio prezioso. La scheda madre determina anche il tipo di processore utilizzabile. Sulla motherboard è presente un gruppo di elementi detto Chipset che s’incarica di gestire e coordinare il funzionamento di tutti gli altri membri. Ad esso e delegato il controllo dell’I\O (Input\Output), dell’I\O del bus e, nelle schede più recenti, dell’elettronica di gestione di dischi fissi e Cd-Rom. Il chipset coordina anche la richiesta di Interrupt (IRQ) e gli accessi diretti della memoria (DMA). I Chipset più diffusi per i processori Pentium sono contraddistinti dalle sigle: HX (con supporto di memoria Fast-Page e EDO Ram), Vx (evoluzione del Vx supporta anche le veloci S-Dram e indirizza fino a un massimo di 128 Mb), TX (gestisce 6 banchi e indirizza tino a 512 Mb supporta anche il protocollo DMA/33 Eide per raddoppiare la velocità massima di trasferimento del controller Eide), LX (per Pentium II composto di 2 chip con supporto all’AGP, Sdram, USB, e Ultra DEMA). Un altro importantissimo pezzo presente sulla scheda madre è un chip contenente il BIOS (Basic Input Output System). Questo particolare tipo di memoria EPROM o Flash Rom sulle schede recenti, contiene un codice che è eseguito automaticamente all’accensione del Pc e consente una procedura di autodiagnostica (POST, Power On Self Test) che esegue tutta una serie di controlli e verifiche sulla memoria RAM, tastiera, processore, drive, disco fisso, porte di comunicazione.
I costituenti principali di una motherboard di oggi sono quindi:
• Un integrato di memoria EPROM o Flash con il BIOS della scheda madre.
• Il (o i) Socket, uno zoccolo ZIF (Zero Insertion Force) o di altro tipo che accoglie il processore.
• Un connettore AGP che accoglie la scheda video.
• Alcuni connettori (slot) del bus (solitamente PCI) di espansione.
• La RAM CMOS, alimentata in permanenza da una pila o una piccola batteria che memorizza.
• I parametri di configurazione del BIOS.
• Gli zoccoli per l’installazione delle RAM.
• Una serie d’interfacce standard: seriali RS232, parallela Centronics, PS/2 per mouse e tastiera, USB per altri dispositivi.
• Interfacce Shugart, ATA, SATA e/o SCSI per la gestione delle unità a disco (Hard Disk, CD e DVD).
In molte Mainboard, specie se compatte, possono essere incluse la scheda video, audio, interfacce di rete LAN o Ethernet e porre Firewire.

Il socket

Il Socket (Zoccolo) è presente su ogni motherboard e non é assolutamente un elemento da sottovalutare, su di esso, infatti, alloggia il microprocessore. Anche lo zoccolo ha diversi formati che ovviamente determinano i vari tipi di CPU utilizzabili:
• Socket 370: per processore Celeron Ppga (Plastic Pin Grid Array) a 370 pin. Si distingue dal Socket 7 per una serie aggiuntiva di pin. Vale la pena ricordare che sono stati messi in commercio, da parte di alcuni produttori di schede madri, adattatori per inserire i processori Celeron Ppga anche nelle schede dotate di Slot 1, come la scheda Slotket Converter Jumpy dell’Abit.
• Socket 7: Socket ZIF (Zero Insertion Force) per i processori a 321 pin, quali Intel Pentium MMX e non, AMD k5/k6/k6-2/k6-III, Cyrix 6x86/6x86l/6x86MX.
• Slot 1: per connettore Secc/Secc2 (Single Edge Cartridge Connector) Pentium II e III o per il Celeron con Slot Sepp (Single Edge Processor Connector).

Slot d’espansione

Alloggiano la scheda grafica, audio, il controller SCSI, l’adattatore di rete e qualsiasi altro tipo di espansione. Sono di tipo PCI (32 bit a 33 MHZ) e ISA (16 bit a 8 MHZ). Nelle schede recenti esiste anche uno slot di tipo AGP (Accelerated Grafics Port) per l’interfacciamento con schede grafiche ad alta velocità (32 bit a 66 o 133 MHZ).

Peripheral Component Interconnect

Peripheral Component Interconnect (PCI) è l’interfaccia sviluppata da Intel intorno agli anni novanta per collegare al computer le più svariate periferiche. La larghezza di banda dell'interfaccia PCI è rimasta negli anni ancorata a 133 MByte/s, generata da una trasmissione dati con frequenza pari a 33MHz a 32bit.
Sebbene l’interfaccia PCI abbia fatto segnare un notevole passo avanti nell'evoluzione dei pc, sia per il costo contenuto sia per le buone (e inizialmente sufficienti) prestazioni che ne hanno decretato la diffusione di massa, i primi limiti si sono fatti sentire poco dopo in sistemi come server e workstation, dove v'è bisogno di un’enorme larghezza di banda per la trasmissione dei dati. Fu cosi che s’inizio a cercare e progettare sostituti per questa interfaccia: i più fortunati sono stati il PCI a 66MHz, il PCI X e ora il PCI Express. Il primo è la diretta conseguenza del classico PCI: si caratterizza per un aumento della frequenza da 33 a 66MHz, per poi essere sfruttato sia con interfaccia a 32 che a 64bit per una banda massima teorica di 528MBytes/s.
Accanto a queste nuove interfacce, il PCI ha subito, nel corso del tempo, leggere mutazioni: ad esempio abbastanza importante è la presentazione del PCI 2.3. Con questa nuova versione le prestazioni rimangono inalterate, ma sono stati introdotti i moduli che funzioneranno o esclusivamente a 3.3v (come per il PCI X) o in modo universale, riconoscendo la tensione adeguata (3.3v 0 5v) e adeguandosi di conseguenza.

Industry Standard Architecture

Si noti nell'immagine in primo piano di colore nero uno Slot ISA a 8 Bit seguito da 5 Slot ISA a I6 Bit. In Marrone sulla sinistra degli Slot VESA Industry Standard Architecture (ISA o Bus AT) è il nome di un'interfaccia I/O un tempo presente sulle schede madri per computer; lo Q, generalmente di colore nero, ha 60 pin.
Ci sono due versioni del bus ISA: quella a 8 bit con una frequenza di clock di 4.77 MHZ e quella a 16 bit, con frequenza pari a 8.3 MHZ. Il throughput varia dai 4 ai 5 MB/s. Lo Slot ISA è ormai superato dai più recenti standard (per esempio PCI, PCI X, PCI Express), e non è più utilizzato da alcun costruttore.
Questo slot permetteva l‘installazione di periferiche di espansione quali schede audio, di rete e altre; comunque non molto veloci visto il limite imposto alla banda passante. Su alcune motherboard è ancora possibile trovare uno slot ISA vicino a quelli PCI per alloggiare le schede più vecchie. Extended Industry Standard Architecture (EISA) è il nome della prima evoluzione di questo standard usata sui computer IBM dal l988. EISA aumentò il Bus ISA da l6 a 32 Bit e permise a più di una CPU di usare questo Bus in contemporanea. Viene usata principalmente come interfaccia per schede SCSI. Questo slot fu abbandonato con l'arrivo del VESA e delle successive PCI.
Il VESA Local Bus, successore dell'EISA, fu usato prevalentemente nei computer basati sul processore Intel 80486 e fu studiato per eliminare il problema della bassa larghezza di banda dello slot ISA. Lavorava sul Bus ISA ma, a differenza di quest'ultimo, aveva un accesso diretto alla memoria di sistema che lo rendeva molto più veloce. Per controparte aveva pero alcune importanti limitazioni:
• Compatibilità: I1 Bus VESA fu studiato per funzionare sui processori Intel 80486 e sul tipo di memoria a esso collegata. Quando nel l995 usci il primo Pentium vi erano molte differenze nel Bus dei sistemi basati su questo processore e non fu facile adattare il VESA a questo tipo di Bus. Soltanto pochi esemplari di schede madri per Pentium furono attrezzati con questo tipo di Slot.
• Limite al numero di slot: come diretta conseguenza del collegamento diretto alla memoria dello slot VESA, questo Bus non aveva la capacità elettrica di reggere più di due o tre schede per volta in un sistema. Per questo motivo sulle schede madri vi potevano essere fino a 6 connettori per Slot ISA ma soltanto 2 per Slot VESA.
• Corruzione dei dati: lo stesso problema elettrico che affliggeva il massimo numero di Slot VESA disponibili faceva si che vi fosse la possibilità di corruzione dei dati se erano attaccati a questi Slot molte periferiche.

Advanced Technology Attachment

Advanced Technology Attachment o, come comunemente abbreviato, ATA, consiste in un'interfaccia standard per la connessione di dispositivi di memorizzazione quali hard disk e unita CD-ROM all'interno dei personal computer. Sono molti i termini utilizzati per designare tale standard, comprese abbreviazioni e acronimi quali IDE, EIDE, ATAPI, UDMA e il più recente PATA per differenziarsi dallo standard SATA. Gli standard ATA permettono collegamenti con lunghezze di cavo comprese tra 45 e 90 cm, quindi l'utilizzo prevalente per tale tecnologia e per le memorie di massa all'interno dei personal computer. Tale soluzione rappresenta nelle implementazioni dei personal computer esistenti sino al 2004 l'interfaccia più comune e la meno costosa per tale applicazione.

Storia

Sebbene il nome ufficiale per lo standard sia sempre stato "ATA", le esigenze di marketing hanno denominato una prima versione dello standard Integrated Drive Electronics (IDE) e quella immediatamente successiva Enhanced IDE (EIDE).
Con l'introduzione, intorno al 2003, del Serial ATA questo standard è stato rinominato in Parallel ATA (P-ATA), con riferimento al metodo con il quale i dati viaggiano sul cavo utilizzando questa interfaccia.
Inizialmente l'interfaccia funzionava soltanto con i dischi fissi. Solo in un secondo momento, un estensione allo standard è stata realizzata per permettere il funzionamento con una varietà di dispositivi - quelli che in genere utilizzano dei media rimovibili. In linea di massima, tali dispositivi comprendono i lettori CD-ROM, le unità a nastro magnetico, floppy ad alta capacità quali lo Zip drive e il Super Disk drive. Le estensioni prendono il nome di Advanced Technology Attachment Packet Interface (ATAPI), con l'insieme noto come ATA/ATAPI. Il cambiamento da programmed input/output (PIO) a direct memory access (DMA) ha rappresentato un'ulteriore importante transizione nella storia dell’ATA. Di questi due metodi di accesso e trasferimento dei dati all'interno dei personal computer, il PIO si è dimostrato inefficiente, poiché esso richiede tempi di processo rilevanti da parte della CPU. Ciò significava che i sistemi basati su dispositivi ATA erano generalmente più lenti nel compiere operazioni d’input/output rispetto a quei computer che utilizzavano sottosistemi SCSI o altre interfacce. Tuttavia il DMA (e in seguito l'Ultra DAM o UDMA) ha ridotto enormemente il tempo di elaborazione necessario da parte della CPU a parità di dati letti o scritti sui dischi.
I dispositivi ATA hanno sofferto di un certo numero di limitazioni e vere e proprie "barriere" in termini di capacità e di quantità di dati gestibili. Ogni volta nuovi sistemi d’indirizzamento, uniti a tecniche di programmazione più complicate, hanno permesso di superare la maggior parte dei limiti, accompagnando, di fatto, la crescita dei dispositivi di memoria di massa alla quale abbiamo potuto assistere negli ultimi anni. Alcune delle limitazioni e barriere concernenti le dimensioni massime dei dischi gestibili dall'interfaccia ATA includono: 504 MB, 32 GB e 137 GB. Ci sono state altre limitazioni, spesso dovute a driver mal scritti o alle routine di supporto del sistema operativo. In molti casi, le limitazioni elencate derivavano da implementazioni non perfette del BIOS o ad aggiornamenti tardivi dello stesso da parte dei produttori di schede madri.

Interfaccia Parallel ATA

Fino all'introduzione del Serial ATA, sono stati impiegati generalmente connettori a 40 pin impiegati sia sulle unità sia sui controller, con collegamenti per mezzo di cavo a nastro; ciascun cavo è dotato di due o tre connettori. I cavi Parallel ATA permettono il trasferimento di dati con I6 o 32 bit per volta.
Per la maggior parte della storia dell'ATA, i cavi a nastro o a fascia hanno avuto 40 conduttori, ma una versione da 80 conduttori è comparsa con l'introduzione dello standard Ultra DMA/66. Il cavo con 80 conduttori prevede un filo di messa a terra per ciascun conduttore che porta il segnale. Ciò riduce gli effetti dell'induzione elettromagnetica tra i conduttori adiacenti e permette il transfer rate (velocità di trasferimento) di 66 megabyte al secondo (MB/S), proprio dell’UDA4/14. Le modalità ancor più veloci, UDAL45 e UDM/16 richiedono anch'esse cavi con 80 conduttori. Sebbene il numero di conduttori sia raddoppiato, quello dei pin dei connettori è rimasto lo stesso, giacché i connettori sono fisicamente identici.
Le successive versioni degli standard ATA intorno alla fine degli armi 1990 si sono dimostrate meno generose anche per le specifiche riguardanti la lunghezza dei cavi. La lunghezza massima di appena 18 pollici (45 cm) rendeva, infatti, difficili i cablaggi all'interno dei computer con cabinet più grandi nel montaggio di più dischi all'interno dello stesso computer.
Se due unità sono collegate a un solo cavo, è generalmente necessario configurare una delle due unità come master e l'altra come slave. L'unità master generalmente è elencata prima di quella slave da parte del sistema operativo, e gestisce l'accesso ai dispositivi su quel canale. Per questa ragione, dispositivi come le prime versioni dei masterizzatori, che possono risentire nel funzionamento a causa dei tempi di latenza aggiuntivi necessari per l’arbitraggio da parte dell'unità master, dovrebbero essere configurati come master, inoltre ogni canale dovrebbe avere un master per funzionare correttamente.



Cavo PATA - Dettaglio della sezione per il collegamento delle unità hard disk e CD-ROM di una piattina da 80 conduttori.

Nella maggior parte dei casi, un'unita singola all'interno di un canale è configurata come master. Ad ogni modo, alcune unità possiedono un’impostazione specifica single, che indica questo tipo di configurazione (in particolare il produttore Western Digital, utilizza quest’impostazione aggiuntiva). Inoltre, a seconda dell'hardware e del software disponibile, alcune unità possono operare da sole in un canale anche se impostate come slave.
Una configurazione possibile per alcune unita a disco è quella denominata cable select, realizzata solo in tempi recenti. In questa modalità, l’unita si configura automaticamente come master o slave.
Questa funzione è ottenuta tagliando il conduttore 28 sul cavo con 40 conduttori, (o i conduttori 56 e 57 sul cavo con 80 conduttori) trai due connettori riservati alle periferiche (HDD e CDROM).
I cavi più recenti non recano alcun taglio nella piattina, poiché la disconnessione è effettuata interamente sui connettori, che, in questo caso, sono sempre di colore diverso: nero il connettore per la periferica "slave", grigio il connettore per la periferica "master". Il connettore destinato all'inserimento sul controller (normalmente integrato nella scheda madre) è di colore blu.



Nota che il transfer rate per ciascuna modalità UltraDMA riporta il transfer rate massimo teoricamente. I dati aggiuntivi dovuti al protocollo impiegato per il trasferimento riducono tale valore e altri fattori derivanti ad esempio da un'eventuale congestione del bus PCI possono ulteriormente ridurre le velocità di trasferimento. Inoltre, al febbraio 2004 non esistono dischi fissi capaci di mantenere velocità maggiori di 50 MB/S, quindi i limiti di velocità dell'Ultra DMA possono limitare soltanto quei trasferimenti che avvengono quando l‘unità opera in burst mode, ossia quando i dati richiesti sono recuperati dalla cache e l'unità non esegue fisicamente una lettura da uno dei suoi piatti magnetici.

Impostazioni di master, slave, cable select

Ogni unita che può essere connessa a un cavo IDE (hard disk, lettore/masterizzatore CD/DVD) possiede un gruppo di pin nella parte posteriore, tra il connettore per il cavo IDE e quello per l’alimentazione, che possono essere collegati a due a due da un apposito jumper. La posizione dei jumper per ottenere le diverse funzioni è normalmente descritta sull'etichetta che riporta le caratteristiche dell'hard disk.

Plug and play

In informatica il termine plug and play indica una tecnologia che permette al sistema operativo di assegnare automaticamente all’hardware compatibile risorse hardware quali IRQ, porte di I/O e canali DMA. In questo modo anche utenti molto inesperti possono installare nuove schede di espansione. La tecnologia plug and play è nata sui computer Amiga: AmigaOS dalla versione 1.3 (1987) implementava tale tecnologia che è identificata sui computer Amiga con il nome di AutoConfig. Nel 1990 una tecnologia similare fu adottata dai computer Macintosh di Apple e nel 1995 sul sistema Windows 95 di Microsoft.

Hot swap

In informatica, si dice hot swap (o anche hot plug) un'interfaccia che permette il collegamento e/o lo scollegamento di un dispositivo anche a sistema avviato.
Le interfacce hot swap più note sono l'Universal Serial Bus (USB) e il Firewire, e in senso lato anche le interfacce di rete (Ethernet o Wireless). Interfacce che non prevedono tale possibilità sono ad esempio l’interfaccia PS/2 (per collegare mouse e tastiere) o l'ATA. Un’evoluzione di quest'ultima interfaccia, il Serial ATA, contiene tra le specifiche anche l'hot swap, ma non tutti i controller disponibili sul mercato la implementano.
Si può parlare di hot swap anche in caso di sistemi di hard disk che permettono la sostituzione o l’aggiunta di un'unita (ad esempio quando in un sistema RAID si danneggia un hard disk in mirroring), oppure in sistemi UPS in cui si possono sostituire gli accumulatori al volo e perfino moduli di potenza senza dover togliere alimentazione ai sistemi collegati.
Ecco un esempio delle possibili connessioni all'IDE di un pc:
• Canale primario:
o Master: hard disk;
o Slave: lettore cd (con il jumper su cable select)
• Canale secondario:
o Master: hard disk;
o Slave: masterizzatore DVD.

Serial ATA

Il principale cambiamento nelle specifiche ATA si è verificato con l’introduzione del Serial ATA. Questa interfaccia utilizza cavi a 7 contatti per la connessione dati e trasmette i dati in formato seriale piuttosto che in parallelo. Inoltre, Serial ATA permette agli utenti la connessione e disconnessione hot (a caldo) delle unità a disco. Il Serial ATA riduce anche le tensioni di riferimento per i segnali dai 5 volt utilizzati nel P-ATA fino a 0,5 volt, ciò riduce l'assorbimento di potenza e le interferenze elettriche e permette cavi SATA di dimensioni più lunghe.
La transizione verso il Serial ATA è in larga misura trasparente al sistema operativo, sebbene alcuni richiederanno probabilmente delle modifiche per utilizzare appieno le nuove caratteristiche introdotte Hard disk Serial ATA da 3,5 pollici - Su questo modello sono visibili, in alto da sinistra verso destra: il connettore di alimentazione specifico Serial ATA a 15 contatti, il connettore dati a 7 contatti, l’alloggiamento per i jumper, il connettore di alimentazione di tipo tradizionale.
Il Serial ATA (SATA) è un’interfaccia per computer generalmente utilizzata per connettere un hard disk nell'ambito di un computer. E l'evoluzione dell'ATA (più conosciuto come IDE). I vantaggi principali sono tre: la velocità, la gestione dei cavi e la funzione di hot swap. L‘interfaccia ATA è stata rinominata a Parallel ATA (PATA), per evitare confusione.
La prima versione del Serial ATA (ora l'unica in commercio) supporta una velocità di trasmissione dei dati pari a 150 megabyte al secondo, ma sono previste versioni da 300 e da 600 megabyte al secondo (Serial ATA 2.0) rispettivamente per il 2005 e il 2007. Infatti, il Serial ATA adesso disponibile è solo l7 MB/s più veloce della comune interfaccia IDE, che raggiunge i 133 MB/s.



Cavo dati Serial ATA

Dal punto di vista tecnico, il più grande cambiamento è costituito dai cavi utilizzati. I dati viaggiano su un cavo flessibile con 7 contatti, le cui estremità sono larghe 8 millimetri, con i contatti disposti per due file. Rispetto ai corti (tra 45 e 90 cm) e larghi cavi da 40 o 80 contatti dell'interfaccia ATA, sono sicuramente più pratici. Essendo molto più stretti, e quindi meno ingombranti, facilitano inoltre il passaggio dell’aria all'interno del case, migliorando la ventilazione degli elementi. Il concetto di master e slave, presente con i cavi ATA, è stato abolito a favore di un singolo cavo per hard disk. I connettori hanno una sagoma asimmetrica, e non possono quindi essere inseriti in posizione errata.



Cavo alimentazione

Gli hard disk Serial ATA prevedono un tipo di connettore di alimentazione diverso. Simile al cavo di trasmissione dei dati, e più largo ed è costituito da 15 conduttori, che trasportano le tre diverse tensioni di alimentazione necessarie: 3,3 V, 5 V e 12 V. Non c'é differenza tra i cavi degli hard disk da 3,5 pollici e quelli da 2,5 pollici per notebook.
Durante la transizione tra l'interfaccia IDE e il Serial ATA sono previsti diversi convertitori per rendere compatibili i due standard. Per quanto riguarda l’alimentazione, i cavi a Y con connettori standard sono sostituiti dai cavi di alimentazione Serial ATA, che hanno un connettore femmina standard e due maschi SATA. Per quanto riguarda la conversione del trasporto dati, è necessario un ponte che converta la trasmissione di dati parallela in seriale e viceversa. Diversi produttori di hard disk hanno già a listino drive nativi Serial ATA e la maggior parte dei nuovi.
I modelli di schede madri supportano almeno due hard disk di questo tipo oltre ai due canali IDE, spesso sono supportate anche le diverse configurazioni RAID.
Le specifiche Serial ATA prevedono la possibilità d’inserimento hot (a caldo), cioè senza necessità di togliere l’alimentazione al personal computer, tuttavia alcuni controller non implementano questa funzione, spesso a causa di limitazioni presenti nel BIOS.
Di recente sono stati introdotti Hard Disk Serial ATA con un'interfaccia in grado di trasmettere fino a 3 Gigabit/s.
Negli ultimi anni con l’evoluzione delle periferiche di memorizzazione l’interfaccia ATA ha mostrato i suoi limiti tecnologici e quindi é stata sostituita da una nuova versione chiamata serial ATA. Questa nuova interfaccia ha come principale caratteristica quella di trasmettere i dati in modo seriale e quindi invece di utilizzare quaranta fili per trasmettere i dati ne utilizza solo due, uno per trasmettere i dati e uno per ricevere, oltre a due fili per le masse. In realtà il cavo è a sette fili poiché lo standard utilizza anche alcuni fili come segnali di controllo.

Tecnologie SATA

Recentemente nei dischi SATA è stata implementata una tecnologia ereditata dai dischi SCSI, ossia l’NCQ (Native Command Queuing):
Ogni disco invia una richiesta tramite la CPU e, se il dato non è presente in una delle cache, le testine dell'hard disk si dispongono in modo da potere iniziare la lettura dei dati. Se occorre accedere a una serie di dati non sequenziali distribuiti in varie zone del disco, le testine dovranno saltare da un cilindro all'altro, avanti e indietro.
Per esempio, se la sequenza di accesso è l, 4, 3, 5, 2, 6, 7 (immaginando che la sequenza numerica corrisponda all'angolo di rotazione), si perderanno parecchi cicli di rotazione prima che le testine abbiano visitato tutti i blocchi di dati. Con l'NCQ, l'hard disk crea una coda delle richieste di accesso, quindi le riordina (ne cambia la sequenza) per ridurre al minimo il numero di rotazioni e il tragitto delle testine in modo da eseguire tutti gli accessi nel più breve tempo possibile.
La rotazione dei piatti e la disposizione sulla traccia (seek) sono i due criteri per ottimizzare l'esecuzione dei comandi in coda, cosi da compiere il tragitto più breve per visitare tutti i blocchi di dati che la coda di comandi prevede di leggere e scrivere. Questo meccanismo di accodamento e riordino è paragonabile all'ottimizzazione delle consegne da parte di un postino che debba consegnare centinaia di lettere in diverse zone di una città, anziché esaminare una consegna per volta in sequenza e saltare continuamente da un capo all'altro della città, il postino stabilisce un percorso che richiede il tempo minore per eseguire tutte le consegne. Per utilizzare al meglio l‘NCQ occorre che le applicazioni stabiliscano code di comandi, cosa che non succede se è in esecuzione una singola applicazione che attende la risposta a una richiesta di dati prima di inviare la richiesta successiva.

Small Computer System Interface

Hard disk SCSI Ultra2 Multi - mode LVD da 3,5 pollici - Su questo modello sono visibili, da sinistra verso destra: il connettore dati a 68 contatti, l’alloggiamento per i jumper e il connettore di alimentazione standard a 4 contatti.
Lo SCSI (acronimo di Small Computer System Interface) è un'interfaccia standard progettata per realizzare il trasferimento di dati fra diversi dispositivi interni di un computer (detti devices) collegati fra loro tramite un bus. SCSI si pronuncia scasi (qualcuno, senza successo, ha proposto in passato la pronuncia sexy).
Per collegare un computer a un host, il bus di collegamento ha bisogno di un host adapter SCSI che gestisce il trasferimento dei dati sul bus stesso. La periferica deve avere un controller SCSI, che è solitamente incorporato in tutte le periferiche, ad eccezione di quelle di più vecchia concezione. L’interfaccia SCSI viene per lo più usata per la comunicazione con unità hard disk e nastro di memorizzazione di massa, ma anche per connettere una vasta gamma di dispositivi, come scanner d'immagini, lettori e scrittori di CD (CD-R e CD-RW), lettori DVD. In effetti, lo standard SCSI è stato ideato per favorire l’intercambiabilità e la compatibilità dei dispositivi (tutti, almeno in teoria). Esistono anche stampanti SCSI.
In passato l’interfaccia SCSI era molto diffusa in ogni tipologia di computer, mentre ora trova un vasto impiego solamente in Workstation, server e periferiche di fascia alta (cioè con elevate prestazioni). I computer desktop e portatili sono invece di solito equipaggiati con l’interfaccia ATA/IDE (acronimi rispettivamente di Advanced Technology Attachment e Integrated Drive Electronics) per gli hard disk e con l’interfaccia USB (Universal Serial Bus) per altre periferiche di uso comune. Queste ultime interfacce sono più lente della SCSI, ma anche più economiche. Notare che l'USB utilizza lo stesso set di comandi dello SCSI per implementare alcune delle sue funzionalità.

Storia

Un terminale SCSI

Nel 1979 Alan Shugart, fondatore della Shugart Technology, introdusse sul mercato un'interfaccia semplificata, chiamata SASI, Contemporaneamente la divisione periferiche della NCR Corporation (ora diventata Eugenio), aveva sviluppato un prodotto più evoluto, il BYSE, e, per implementarlo, stava progettando un ASIC (Application Specific Integrated Circuit cioè circuito integrato per applicazioni specifiche o custom). Alla fine del 1981, NCR e Shugart si accordarono per far convergere il meglio delle due soluzioni in un unico progetto, in modo da costituire la base per un nuovo standard ANSI. Dopo una serie di riunioni del comitato normativo, e dopo che molti altri produttori avevano deciso di adottare il nuovo standard, fu scelto il nome SCSI.
Nel 1986, quando già lo SCSI si era largamente diffuso, l'ANSI approvò definitivamente la cosiddetta specifica SCS (nota con la sigla X3.l3l-1986). Da allora lo SCSI si è affermato come uno standard industriale universale, in grado di trovare applicazioni in quasi tutti i sistemi di computer (c’è stata perfino un’implementazione SCSI per il famoso home computer Commodore 64, per alcuni diventato un vero e proprio oggetto di culto). Il primo ASIC impiegato per realizzare un‘interfaccia SCSI è stato donato dalla NCR allo Smithsonian Museum, a dimostrazione della grande popolarità raggiunta.

Versioni

Controller SCSI ISA per masterizzatori CD

Lo SCSI ha subito un'evoluzione negli anni, ma prima di illustrarne le caratteristiche è opportuno fare chiarezza sulla differente terminologia usata quando ci si riferisce allo standard SCSI vero e proprio, codificata da comitato T10 dell'INCITS, e dal linguaggio di uso corrente, codificato dall’associazione dei venditori di dispositivi SCSI.
Nel 2003 esistevano soltanto tre standard: SCSI-l, SCSI-2, e SCSI-3, tutti di tipo modulare, incorporanti funzionalità che i vari produttori potevano decidere di includere o no. I vari vendor hanno assegnato nomi particolari a specifiche combinazioni di funzionalità. Ad esempio il termine Ultra-SCSI e definite nello standard, ma di solito é: utilizzato per indicare quelle versioni dotate di velocità di trasferimento dati doppie di quelle ottenibili con il Fast-SCSI. Questa velocità di trasferimento non è conforme alla specifica SCSI-2, invece è una delle scelte previste dallo SCSI-3. Analogamente, nessuna versione dello standard richiede di indicare se il dispositivo è di tipo LVD (Low Voltage DifferentiaI) che significa che utilizza 3 volt di livello logico, invece dei 5 volt del tipo HVD (High Voltage DifferentiaI). Ciononostante i prodotti marcati Ultra-2 SCSI includono tutti questa possibilità. Questo tipo di terminologia è utile ai consumatori perché denominare un dispositivo Ultra-2 SCSI descrive meglio le funzionalità anziché denominarlo SCSI-3.
Nessuna edizione della specifica SCSI ha mai prescritto il tipo di connettori da usare, che sono stati invece scelti dai vari vendor. Sebbene i dispositivi SCSI-l siano equipaggiati tipicamente con connettori tipo Centronics Blue Ribbon, e gli SCSI-2 con connettori tipo Mini-D, non è corretto riferirsi a questi tipi come i connettori degli SCSI-1 e SCSI-2.
Le principali implementazioni dello standard SCSI sono le seguenti (in ordine cronologico e usando la terminologia di uso corrente):



Riepilogo caratteristiche dell'interfaccia SCSI

SCSI-1

È la versione originale, derivata dal SASI, e ufficialmente adottata dall'ANSI dal 1986. SCSI-l ha un bus a 8 bit, con controllo di parità, funzionante in modo asincrono alla velocità di 3,5 MB/ s, oppure in modo sincrono a 5 MB/ s, con una lunghezza massima consentita dei cavi di collegamento pari a 6 metri, un notevole passo in avanti rispetto al limite di 0,45 metri dell'interfaccia ATA (Advanced Technology Attachment). Una variante del progetto iniziale prevedeva l’implementazione del cosiddetto HVD (High Voltage Dijferential) cioè 5 Volt di livello logico per il segnale, caratteristica che consente di aumentare di molte volte la massima lunghezza consentita per i cavi di collegamento.

SCSI-2

Questa versione è stata lanciata nel 1989, dando in seguito origine alle varianti Fast-SCSI e Wide-SCSI. Il Fast-SCSI ha consentito di elevare la massima velocità di trasferimento dei dati (Transfer rate) fino a un massimo di 10 MB/s, mentre il Wide-SCSI ha raddoppiato sia larghezza del bus, portata a 16 bit, che la velocità, portata a 20 MB/s. Tuttavia queste maggiori prestazioni hanno comportato una limitazione a 3 metri della lunghezza massima dei cavi di collegamento. SCSI-2 prevedeva inizialmente anche una versione a 32 bit del Wide-SCSI, che montava due bus a I6 bit, ciascuno con un proprio cavo di collegamento. Tuttavia questa variante è stata di fatto ignorata sia dai costruttori di dispositivi sia dal mercato, tanto che e stata ufficialmente abolita dallo standard SCSI-3.

SCSI-3

Hard disk IBM Ultra-SCSI (SCSI-3)

Prima che l’Adaptec, e in seguito la SCSITA, codificassero l‘attuale terminologia, il primo dispositivo SCSI in grado di superare le prestazioni dello SCSI-2 era stato semplicemente chiamato SCSI-3. Questi dispositivi, noti anche come Ultra-SCSI e Fast-20-SCSI, furono lanciati nel 1992.
La velocità del bus era raddoppiata a 20 MB/s per i sistemi a 8-bit e a 40 MB/s per i sistemi a 16-bit. La massima lunghezza dei cavi rimase 3 metri, ma l'Ultra-SCSI si guadagnò una pessima reputazione per la sua estrema sensibilità alla lunghezza e alle condizioni dei cavi, che spesso provocava malfunzionamenti a causa di piccoli difetti nei cavi stessi, nei connettori o nei terminatori.

Ultra-2

Questa versione è stata introdotta sul mercato nel 1997 ed è: dotata del bus di tipo LVD (vedi sopra), e per questo motivo viene a volte chiamata LVD SCSI. L'impiego della tecnologia LVD ha permesso di aumentare la lunghezza massima dei cavi a 12 metri, mantenendo un’alta immunità contro i disturbi. In qualche applicazione speciale la velocità è stata elevata fino a 80 MB/s.
Tuttavia questa versione ha avuto vita breve, perché presto soppiantata dall'Ultra-3 (Ultra-160).

Ultra-3

Conosciuta anche come Ultra-160 è stata introdotta alla fine del 1999, questa versione è sostanzialmente un'evoluzione dell'Ultra-2 in cui la velocità di trasmissione e stata ancora una volta raddoppiata a 160 MB/s con1'impiego di una tecnologia chiamata double transition clocking. L‘Ultra-160 inoltre è dotato di altre nuove caratteristiche, come il CRC (Cyclic Redundancy Check) che implementa un meccanismo di correzione automatica degli errori di trasmissione.

Ultra-320

Costituisce un'evoluzione dell‘Ultra-160 in cui la velocità è stata raddoppiata a 320 MB/s. Quasi tutti i nuovi hard drive SCSI prodotti dall'ottobre 2003 sono di questo tipo.

Ultra-640

Altrimenti noto anche come Fast-320, e realizzato in conformità ad una specifica INCITS 367-2003 or SPI-5 emessa all'inizio del 2003, e, ancora una volta, raddoppia la velocità, portandola a 640 MB/s.

iSCSI

La versione iSCSI (sta per: internet SCSI) è un'evoluzione dello SCSI-3 che mantiene in pratica invariata l'impostazione dello SCSI di base, specialmente per quanto riguarda il set di comandi.
Essa si basa sull’idea di incorporare nello standard SCSI il protocollo TCP/IP, realizzando un protocollo di storage che possa viaggiare su Ethernet. I sostenitori dello standard iSCSI ritengono che questa tecnologia possa rimpiazzare, nel lungo termine, le tecnologie concorrenti, compresa la tecnologia Fibre Channel poiché le velocità di trasmissione dati ottenibili con reti ethernet stanno ora aumentando più rapidamente di quelle ottenibili con le altre tecnologie. In prospettiva l'iSCSI ha dunque i requisiti necessari per affermarsi sia nel mercato di fascia bassa (low-end) che di fascia alta (high-end), utilizzando la medesima tecnologia.

Compatibilità

Le versioni Ultra-2, Ultra-160 e Ultra-320 possono essere liberamente collegate sullo stesso bus di tipo LVD senza alcuno scadimento delle prestazioni, poiché il computer host compierà automaticamente l’arbitraggio della velocità di trasmissione e dell'utilizzo del bus di ciascun dispositivo. Nota: nessun dispositivo funzionante in single-ended mode (cioè con una linea collegata a terra) deve essere connesso al bus LVD, poiché ciò limiterebbe la velocità di tutti i dispositivi a quella del dispositivo single-ended più lento. A partire dall'emanazione della specifica SPI-5 (che descrive la versione Ultra-640) il supporto dell'interfaccia single-ended è fortemente sconsigliato, e quindi i dispositivi che saranno prodotti in futuro non saranno più compatibili con quelli precedenti.
Attenzione: i moderni dispositivi SCA devono essere collegati in catena ai precedenti modelli usando i giusti adattatori SCA. Sebbene questi adattatori siano solitamente equipaggiati con connettori ausiliari di alimentazione di tipo speciale, si potrebbe correre il pericolo di danneggiare il dispositivo in caso di errata connessione alla sorgente di alimentazione. È consigliabile eseguire sempre un test preliminare del dispositivo senza l’alimentazione ausiliaria. I dispositivi SCSI sono di norma compatibili con le versioni precedenti (backward compatibility), il che significa che, ad esempio, è possibile collegare un hard disk Ultra-3 SCSI con un controller Ultra-2 SCSI e pilotarlo regolarmente, anche se a velocità e funzionalità ridotte.
A ogni dispositivo SCSI (compreso l'adattatore del computer host), deve essere assegnato, in fase di configurazione, un ID (codice d’identificazione) univoco, in modo che possa condividere uno stesso bus con altri dispositivi. Inoltre il bus deve anche essere correttamente collegato a un terminatore. Possono essere utilizzati terminatori sia di tipo attivo sia passivo, anche se il tipo attivo è preferibile (obbligatorio se il bus è di tipo LVD). Errati collegamenti del terminatore sono una delle più frequenti cause di malfunzionamento dei dispositivi SCSI.
È possibile convertire un bus largo in uno stretto, con l'avvertenza di installare i dispositivi che richiedono il bus largo più vicini all'adattatore. Ciò richiede la presenza di un cavo di collegamento dotato di terminatori alla fine del lato largo del bus. Questa tecnica di collegamento è solitamente chiamata terminazione high-9. E’ necessario inviare comandi specifici all’host per abilitare questa modalità. Questa pratica e comunque sconsigliata.

Architettura del modello SCSI

Lo standard SCSI-1 originario definiva le caratteristiche fisiche richieste al bus di collegamento, quindi la sequenza dei segnali elettrici necessari a compiere determinate azioni. Con lo standard SCSI-2 si ebbe un notevole ampliamento delle funzionalità, in particolare con la definizione definitiva del set d’istruzioni da inviare al controller. Sta di fatto che il set di comandi SCSI è utile e funzionale per se stesso, giacché esiste ormai un gran numero di utilizzatori e progettisti esperti. Con l’avvento dello standard SCSI-3 si è realizzata la netta separazione fra il set di comandi SCSI vero e proprio e la sua tradizionale implementazione in modalità parallela.
La struttura logica del set di comandi SCSI e denominata SAM (SCSI Architecture Model) ed è inclusa nelle specifiche d’interfacciamento con dispositivi rispondenti ai seguenti standard:
• Fibre Channel
• Serial Storage Architecture
• InfiniBand
• iSCSI
• USB (Universal Serial Bus)
• IEEE 1394
• Serial Attached SCSI
Tutti questi tipi di dispositivi sono in grado di interpretare, in tutto o in parte, il set di comandi SCSI.

I beep

Ogni volta che accendiamo il nostro PC sentiamo un beep. Molte volte ci sarà capitato, dopo aver aggiornato un componente, che sia la CPU, la scheda video o altro di sentire la scheda madre emettere un beep…
Che cosa sono ma soprattutto cosa significano?
I beep servono da controllo delle funzionalità del sistema, dunque come diagnostica di eventuali malfunzionamenti.
Purtroppo, come sempre, non esiste uno standard dei codici riguardanti i beep dei vari bios, perciò illustro una classificazione di tali beep e l’errore che indica ogni codice.

Classificazione

Prima di passare alle configurazioni dei beep, dobbiamo dire che esistono tre tipi di beep che possiamo trovare sulle nostre schede madri:
1. PHOENIX BIOS
2. AMI BIOS
3. AWARD BIOS

Il sistema adottato dal bios Phoenix emette tre tipi di beep con una sequenza molto simile. Ad esempio:

UN BEEP – DUE BEEP VICINI – UN BEEP

Questo fatto potrebbe trarre in inganno, perciò è bene che ascoltiate attentamente ciò che il bios ha da dirvi!

PHOENIX BIOS

Sequenza dei beep Errore
1 + 1 + 3 Impossibile leggere la configurazione del CMOS
1 + 1 + 4 Errore generico del bios
1 + 2 + 1 Errore sul chip del timer
1 + 2 + 2 Errore generico sulla scheda madre
1 + 4 + 2 Errore della memoria
2 + 1 + 1 Errore della scheda video o della memoria
4 + 4 + 3 Errore del CoProcessore matematico
4 + 2 + 4 Errore della scheda audio o del modem
4 + 4 + 1 Errore della porta seriale
4 + 3 + 4 Batteria tampone scarica
4 + 2 + 1 Errore del chipset
3 + 2 + 4 Errore del controller della tastiera o del mouse
Brevi e continui Mancano i moduli di memoria
Il sistema Ami, invece, usa due lunghezze differenti dei beep alternando insieme i due tipi per indicare le diverse anomalie; a mio avviso è il più complicato!

AMI BIOS

Sequenza dei beep Errore
1 breve Errore di refreshing della memoria RAM
2 brevi Errore della memoria RAM (Parity check)
3 brevi Errore della memoria RAM (primi 64k) o video
4 brevi Errore del timer della scheda madre
5 brevi Errore del processore
6 brevi Errore del controller della tastiera (Gate A20)
7 brevi Errore del processore o della scheda madre (molto vago).
8 brevi Errore della scheda e/o della memoria video
9 brevi Errore generico all'avvio del bios (ROM)
10 brevi Batteria tampone scarica
11 brevi Errore della cache di secondo livello
1 lungo + 3 brevi Errore nel test della memoria
1 lungo + 8 brevi Errore nell'accesso alla scheda video
Il sistema Award, infine, è molto semplice ma anche molto vago:

AWARD BIOS

Sequenza dei beep Errore
1 lungo + 2 brevi Errore della scheda video
1 lungo Errore della memoria RAM
1 lungo + 3 brevi Errore della scheda video
1 lungo continuato Errore della scheda video o della memoria
1 beep con pausa ogni 2 secondi Errore della memoria (ha bisogno di almeno due moduli ECC).