En informática , una tarjeta de expansión (también llamada placa de expansión, tarjeta adaptadora o tarjeta accesoria) es una placa de circuito impreso que se puede insertar en un conector eléctrico o ranura de expansión (también conocida como ranura de bus) en la placa base de una computadora , plano posterior o tarjeta vertical para agregar funcionalidad a un sistema informático.
Las tarjetas de expansión permiten ajustar las capacidades e interfaces de un sistema informático a las tareas que realizará. Por ejemplo, un sistema de adquisición de datos multicanal de alta velocidad no sería de utilidad para una computadora personal utilizada para la contabilidad, pero podría ser una parte clave de un sistema utilizado para el control de procesos industriales. Las tarjetas de expansión a menudo se pueden instalar o quitar en el campo, lo que permite un grado de personalización del usuario para fines particulares. Algunas tarjetas de expansión adoptan la forma de "placas secundarias" que se conectan a conectores en una placa del sistema de soporte.
En computación personal , los buses de expansión y los estándares de tarjetas de expansión notables incluyen el bus S-100 de 1974 asociado con el sistema operativo CP / M , las ranuras de expansión de 50 pines de la computadora Apple II original de 1977 (exclusiva de Apple), IBM's Industry Standard Architecture (ISA) introducido con el PC de IBM en 1981, la bellota 's bus de expansión del tubo en el micrófono de la BBC también a partir de 1981, IBM patentado y patentada Micro Channel Architecture (MCA), de 1987, que nunca ganó favor en el clon de mercado, el inmensamente mejoradoPeripheral Component Interconnect (PCI) que desplazó a ISA en 1992 y PCI Express de 2003 que abstrae la interconexión en " carriles " de comunicación de alta velocidad y relega todas las demás funciones al protocolo de software.
Historia
Incluso las computadoras basadas en tubos de vacío tenían una construcción modular, pero las funciones individuales de los dispositivos periféricos llenaban un gabinete, no solo una placa de circuito impreso. Las tarjetas de procesador, memoria y E / S se volvieron factibles con el desarrollo de circuitos integrados . Las tarjetas de expansión permitieron adaptar un sistema de procesador a las necesidades del usuario, permitiendo variaciones en el tipo de dispositivos conectados, adiciones a la memoria o características opcionales al procesador central (como una unidad de punto flotante ). Las minicomputadoras, comenzando con el PDP-8 , estaban hechas de múltiples tarjetas, todas alimentadas y comunicadas a través de un backplane pasivo .
El primer microordenador comercial con ranuras de expansión fue el Micral N , en 1973. La primera empresa en establecer un estándar de facto fue Altair con el Altair 8800 , desarrollado en 1974-1975, que más tarde se convirtió en un estándar de múltiples fabricantes, el S-100 bus . Muchas de estas computadoras también eran diseños de backplane pasivo, donde todos los elementos de la computadora (procesador, memoria y E / S) se conectaban a una caja de tarjetas que distribuía pasivamente señales y energía entre las tarjetas.
Las implementaciones de bus patentadas para sistemas como Apple II coexistían con estándares de múltiples fabricantes.
IBM PC y descendientes
IBM introdujo lo que se llamaría retroactivamente el bus Industry Standard Architecture (ISA) con IBM PC en 1981. En ese momento, la tecnología se llamaba bus PC . El IBM XT, introducido en 1983, utilizaba el mismo autobús (con una ligera excepción). El bus de PC y XT de 8 bits se amplió con la introducción de IBM AT en 1984. Este usaba un segundo conector para extender el bus de datos y direcciones sobre el XT, pero era compatible con versiones anteriores; Las tarjetas de 8 bits todavía se podían utilizar en las ranuras AT de 16 bits. La Arquitectura Estándar de la Industria (ISA) se convirtió en la designación para el bus AT de IBM después de que se desarrollaron otros tipos. Los usuarios del bus ISA debían tener un conocimiento profundo del hardware que estaban agregando para conectar correctamente los dispositivos, ya que las direcciones de memoria, las direcciones de los puertos de E / S y los canales DMA debían configurarse mediante conmutadores o puentes en la tarjeta para que coincidieran. la configuración en el software del controlador.
El bus MCA de IBM , desarrollado para el PS / 2 en 1987, era un competidor de ISA, también su diseño, pero cayó en desgracia debido a la aceptación de ISA en toda la industria y la licencia de MCA de IBM. EISA, la versión extendida de 32 bits de ISA defendida por Compaq , se utilizó en algunas placas base de PC hasta 1997, cuando Microsoft lo declaró un subsistema "heredado" en el informe técnico de la industria PC 97 . Los buses locales patentados (qv Compaq) y luego el estándar de bus local VESA , eran buses de expansión de finales de la década de 1980 que estaban vinculados, pero no exclusivos, al bus de CPU 80386 y 80486 . [1] [2] [3] El PC / 104 bus es un incrustado bus que copia el bus ISA.
Intel lanzó sus conjuntos de chips de bus PCI junto con las CPU Pentium basadas en P5 en 1993. El bus PCI se introdujo en 1991 como reemplazo de ISA. El estándar (ahora en la versión 3.0) se encuentra en las placas base de PC hasta el día de hoy. El estándar PCI admite el puenteo de bus: se han probado hasta diez buses PCI conectados en cadena. Cardbus , que utiliza el conector PCMCIA , es un formato PCI que conecta periféricos al bus PCI del host a través de PCI a PCI Bridge. Cardbus está siendo reemplazado por el formato ExpressCard .
Intel introdujo el bus AGP en 1997 como una solución de aceleración de video dedicada. Los dispositivos AGP están conectados lógicamente al bus PCI a través de un puente PCI a PCI. Aunque se denomina bus, AGP generalmente admite solo una tarjeta a la vez ( problemas de compatibilidad con BIOS heredados ). Desde 2005, PCI-Express ha reemplazado tanto a PCI como a AGP. Esta norma, aprobada [¿ Como quién? ] en 2004, implementa el protocolo PCI lógico a través de una interfaz de comunicación en serie. A menudo se agregan PC / 104 (-Plus) o Mini PCI para expansión en tarjetas de factor de forma pequeño como Mini-ITX .
Para sus modelos 1000 EX y 1000 HX , Tandy Computer diseñó la interfaz de expansión PLUS, una adaptación de las tarjetas de soporte XT-bus de un factor de forma más pequeño. Debido a que es eléctricamente compatible con el bus XT (también conocido como ISA de 8 bits o XT-ISA), se puede hacer un adaptador pasivo para conectar tarjetas XT a un conector de expansión PLUS. Otra característica de las tarjetas PLUS es que son apilables. Otro bus que ofrecía módulos de expansión apilables fue el bus "sidecar" utilizado por IBM PCjr . Esto puede haber sido eléctricamente comparable al bus XT; Ciertamente tenía algunas similitudes ya que ambos esencialmente expusieron la dirección y los buses de datos de la CPU 8088, con algo de almacenamiento en búfer y enclavamiento, la adición de interrupciones y DMAproporcionados por chips complementarios de Intel y algunas líneas de detección de fallas del sistema (Power Good, Memory Check, I / O Channel Check). Una vez más, los sidecar PCjr no son técnicamente tarjetas de expansión, sino módulos de expansión, con la única diferencia de que el sidecar es una tarjeta de expansión encerrada en una caja de plástico (con orificios que exponen los conectores).
Otras familias
La mayoría de las otras líneas de computadoras, incluidas las de Apple Inc. ( Apple II , Macintosh ), Tandy , Commodore , Amiga y Atari , ofrecían sus propios buses de expansión. El Amiga usó Zorro II . Apple usó un sistema propietario con siete ranuras de 50 pines para tarjetas periféricas Apple II , luego usó el NuBus para su serie Macintosh hasta 1995, cuando cambiaron a un bus PCI. Generalmente, las tarjetas de expansión PCI funcionarán en cualquier plataforma de CPU si hay un controlador de software para ese tipo. Tarjetas de video PCI y otras tarjetas que contienen un BIOSson problemáticos, aunque se pueden usar tarjetas de video que cumplan con los estándares VESA para monitores secundarios. Las estaciones de trabajo DEC Alpha, IBM PowerPC y NEC MIPS utilizaban conectores de bus PCI. [4] Tanto Zorro II como NuBus eran plug and play y no requerían configuración de hardware por parte del usuario.
Incluso muchas consolas de videojuegos, como Sega Genesis , incluían buses de expansión; al menos en el caso de Genesis, el bus de expansión era propietario y, de hecho, las ranuras de cartuchos de muchas consolas basadas en cartuchos (sin incluir el Atari 2600 ) calificarían como buses de expansión, ya que exponen las capacidades de lectura y escritura del sistema. bus interno. Sin embargo, los módulos de expansión conectados a estas interfaces, aunque funcionalmente son los mismos que las tarjetas de expansión, técnicamente no son tarjetas de expansión, debido a su forma física.
Otros buses de computadora se utilizaron para control industrial, instrumentos y sistemas científicos. Algunos de estos estándares fueron VMEbus , STD Bus y otros.
Buses de expansión externos
Las computadoras portátiles generalmente no pueden aceptar la mayoría de las tarjetas de expansión. Se desarrollaron varios estándares de expansión compacta. El estándar de la tarjeta de expansión PC Card original es esencialmente una versión compacta del bus ISA. El estándar de la tarjeta de expansión CardBus es una evolución del estándar de la tarjeta de PC para convertirlo en una versión compacta del bus PCI. El estándar ExpressCard original actúa como si fuera un periférico USB 2.0 o un dispositivo PCI Express 1.x x1. ExpressCard 2.0 agrega SuperSpeed USB como otro tipo de interfaz que la tarjeta puede usar. Desafortunadamente, CardBus y ExpressCard son vulnerables al ataque DMA a menos que la computadora portátil tenga una IOMMU configurada para frustrar estos ataques.
Aplicaciones
El propósito principal de una tarjeta de expansión es proporcionar o ampliar funciones que no ofrece la placa base. Por ejemplo, el IBM PC original no tenía gráficos integrados ni capacidad de disco duro. En ese caso, una tarjeta gráfica y una tarjeta controladora de disco duro ST-506 proporcionaron capacidad gráfica e interfaz de disco duro, respectivamente. Algunas computadoras de placa única no preveían tarjetas de expansión y es posible que solo hayan proporcionado tomas IC en la placa para cambios limitados o personalización. Dado que los conectores de múltiples clavijas confiables son relativamente costosos, algunos sistemas del mercado masivo, como las computadoras domésticas no tenía ranuras de expansión y, en su lugar, usaba un conector de borde de tarjeta en el borde de la placa principal, lo que colocaba el costoso conector correspondiente en el costo del dispositivo periférico.
En el caso de la expansión de la capacidad incorporada, una placa base puede proporcionar un solo puerto serial RS232 o puerto Ethernet . Se puede instalar una tarjeta de expansión para ofrecer múltiples puertos RS232 o múltiples puertos Ethernet de mayor ancho de banda . En este caso, la placa base proporciona una funcionalidad básica, pero la tarjeta de expansión ofrece puertos adicionales o mejorados.
Construcción física
Un borde de la tarjeta de expansión contiene los contactos (el conector de borde o el cabezal de clavija ) que encajan en la ranura. Establecen el contacto eléctrico entre los componentes electrónicos de la tarjeta y la placa base. Las tarjetas de expansión de periféricos generalmente tienen conectores para cables externos. En la computadora personal compatible con PC, estos conectores se ubicaron en el soporte de soporte en la parte posterior del gabinete. Los sistemas de backplane industriales tenían conectores montados en el borde superior de la tarjeta, opuesto a los pines del backplane.
Dependiendo del factor de forma de la placa base y la carcasa , se pueden agregar de una a siete tarjetas de expansión a un sistema informático. Se pueden instalar 19 o más tarjetas de expansión en sistemas de placa posterior. Cuando se agregan muchas tarjetas de expansión a un sistema, el consumo total de energía y la disipación de calor se convierten en factores limitantes. Algunas tarjetas de expansión ocupan más de un espacio en la ranura. Por ejemplo, muchas tarjetas gráficas en el mercado a partir de 2010 son tarjetas gráficas de doble ranura, que utilizan la segunda ranura como lugar para colocar un disipador de calor activo con un ventilador.
Algunas tarjetas son tarjetas de "perfil bajo", lo que significa que son más cortas que las tarjetas estándar y caben en un chasis de computadora de menor altura. (Existe un estándar de "tarjeta PCI de perfil bajo" [5] que especifica un área de soporte y placa mucho más pequeña). El grupo de tarjetas de expansión que se utilizan para la conectividad externa, como tarjetas de red , SAN o de módem , se conoce comúnmente como tarjetas de entrada / salida (o tarjetas de E / S).
Placa hija
Una placa hija , tarjeta secundaria , tablero mezzanine o de lengüeta de la junta es una tarjeta de expansión que se conecta a un sistema directamente. [6] Las placas hijas suelen tener enchufes, enchufes, clavijas u otros accesorios para otras placas. Las placas hijas a menudo solo tienen conexiones internas dentro de una computadora u otros dispositivos electrónicos, y generalmente acceden a la placa base directamente en lugar de a través de un bus de computadora .
Las placas hijas se utilizan a veces en las computadoras para permitir que las tarjetas de expansión se ajusten en paralelo a la placa base, generalmente para mantener un factor de forma pequeño . Esta forma también se llama tarjetas verticales o verticales. Las placas hijas también se usan a veces para expandir la funcionalidad básica de un dispositivo electrónico, como cuando un determinado modelo tiene características agregadas y se lanza como un modelo nuevo o separado. En lugar de rediseñar el primer modelo por completo, se puede agregar una placa hija a un conector especial en la placa principal. Por lo general, se colocan en la parte superior y en paralelo al tablero, separados por espaciadores o separadores , y a veces se les llama tarjetas de entrepiso debido a que se apilan como el entrepiso de unteatro . Las tarjetas de tabla de ondas ( tarjetas de síntesis basadas en muestras ) a menudo se montan en tarjetas de sonido de esta manera.
Algunos estándares de interfaz de tarjetas intermedias incluyen la tarjeta intermedia FPGA de 400 pines (FMC); la tarjeta intermedia de alta velocidad (HSMC) de 172 pines; [7] [8] la tarjeta intermedia PCI (PMC); Entrepisos XMC; la Tarjeta Mezzanine Avanzada ; IndustryPacks (VITA 4), los módulos Mezzanine de GreenSpring Computers ; etc.
Entre los ejemplos de tarjetas de expansión estilo placa hija se incluyen:
- Tarjeta incorporada del adaptador de gráficos mejorado , agrega memoria más allá de 64 KB, hasta 256 KB [9]
- Tarjeta piggyback de memoria expandida , agrega memoria adicional a algunas tarjetas EMS y EEMS [10]
- AÑADIR placa hija
- Placa hija RAID
- Tarjeta secundaria del controlador de interfaz de red (NIC)
- Placa hija de zócalo de CPU
- Placa hija Bluetooth
- Placa hija de módem
- Tarjeta secundaria AD / DA / DIO
- Tarjeta hija de comunicación (CDC)
- Tarjeta secundaria de administración de servidor (SMDC)
- Tarjeta secundaria del conector Serial ATA
- Placa hija robótica
- Lista de control de acceso placa secundaria
- Tarjetas hijas "shield" de Arduino
- Placa hija "capa" de Beaglebone
- "Placa complementaria HAT" de Raspberry Pi [11]
- Tarjeta hija de red (NDB). Comúnmente integra: lógica de interfaces de bus, LLC , PHY y Magnetics en una sola placa.
Estándares
- PCI extendido (PCI-X)
- PCI Express (PCIe)
- Mini PCIe
- M.2
- Puerto de gráficos acelerado (AGP)
- PCI convencional (PCI)
- Arquitectura estándar de la industria (ISA)
- Arquitectura de microcanal (MCA)
- Bus local VESA (VLB)
- CardBus / tarjeta de PC / PCMCIA (para equipos portátiles)
- ExpressCard (para computadoras portátiles)
- Elevador de audio / módem (AMR)
- Elevador de comunicaciones y redes (CNR)
- CompactFlash (para computadoras de mano y cámaras y videocámaras de alta velocidad)
- SBus ( computadoras Sun basadas en SPARC de la década de 1990 )
- Zorro (comodoro Amiga )
- NuBus (Apple Macintosh )
Ver también
- Tarjeta de compatibilidad
- Adaptador de host
- i-RAM
- M-Module , un estándar de entresuelo industrial para E / S modular
- Tarjeta de red
- Tarjeta de física
- Tarjeta postal
- Tarjeta vertical
- Tarjeta de sonido
- Tarjeta sintonizadora de TV
- Tarjeta de video
Referencias
- ^ "MB-54VP" . ArtOfHacking.com . Consultado el 17 de noviembre de 2012 .
- ^ "NX586" . ArtOfHacking.com . Consultado el 17 de noviembre de 2012 .
- ^ "LEOPARDO 486SLC2 REV. B" . ArtOfHacking.com . Consultado el 17 de noviembre de 2012 .
- ^ "Placas base" . Artofhacking.com . Consultado el 17 de noviembre de 2012 .
- ^ "Grupo de trabajo mecánico PCI ECN: tarjeta PCI de perfil bajo" (PDF) . Pcisig.com . Consultado el 17 de noviembre de 2012 .
- ^ IEEE Std. 100 Diccionario autorizado de términos de estándares IEEE, séptima edición , IEEE, 2000, ISBN 0-7381-2601-2 , página 284
- ^ Jens Kröger. "Transmisión de datos a altas velocidades a través de Kapton Flexprints para el experimento Mu3e" . 2014. p. 43 a 44.
- ^ Altera. "Especificación de la tarjeta intermedia de alta velocidad (HSMC)" . pag. 2-3.
- ^ El mercado mira a EGA como estándar de facto , InfoWorld , 19 de agosto de 1985
- ^ Comparación de productos: memoria EMS de 16 bits, InfoWorld , 7 de septiembre de 1987
- ^ "Tableros complementarios y HAT" . GitHub . Fundación Raspberry Pi . Consultado el 19 de junio de 2020 .
Enlaces externos
- Listado de ranuras de expansión de computadora y distribución de pines
