Tipos de tarjetas de expansion

Tarjetas Expansión

Extensión ISA Acrónimo de Industry Standard Architecture era el tipo de bus desarrollado por IBM en 1981 para su PC que comercializaba en ese momento. Su conector era típicamente negro. Acostumbrados a ver todo el hardware necesario para E/S ya en las placas base modernas, observando las que estuvieron en uso hasta principios de los 2000, nos parece extraño que la mayor parte de la superficie de la PCB esté ocupada por estos conectores "peine"; de hecho, incluso los controladores para los discos ATA, las conexiones en serie para el mouse, para la impresora, las tarjetas gráficas, etc., se agregaron a la placa base a través de ISA. Había tres versiones de la ranura en referencia a la PC de IBM en la que se implementaron por primera vez: XT de 62 pines con un bus de 8 bits, AT de 98 pines con un bus de 16 bits, retrocompatible con el anterior, y otro, todavía de 16 bits, pero con una ranura adicional llamada VLB (VESA Local Bus) que tenía acceso directo a la memoria del sistema, lo que lo hacía mucho más rápido. En la siguiente imagen podemos observar los distintos tipos que acabamos de describir. Curiosamente, apenas era plug and play, de hecho, el usuario tenía que configurar parámetros como la línea IRQ, la dirección de E/S o el canal DMA. La velocidad de transmisión de datos estaba entre 4 y 5 MB/s, adecuada para las tareas que se realizaban en ese momento, pero fue el factor que decretó su extinción cuando ya no fue suficiente.

PCI

Utilizado durante mucho tiempo y aún en la actualidad, es un estándar desarrollado por Intel a partir de 1990 y llegó primero a los servidores y unos años más tarde a los ordenadores de uso profesional. Son las siglas de Peripheral Component Interconnect, y es ampliamente utilizado para tarjetas de red, tarjetas de sonido, controladores de disco y USB, sintonizadores de TV, etc.

Existen varios estándares según el voltaje de funcionamiento (3,3 V o 5 V) y el ancho del bus (32 o 64 bits). Los de 32 bits se utilizan en el sector de consumo y tienen 62 contactos en cada lado. Mientras que los de 64 bits se implementaron (ahora reemplazados por PCIe) en servidores y estaciones de trabajo. Estos últimos se denominan PCI-X cuya X significa eXtended que no debe confundirse con Express (PCI-E o PCIe).

Tienen 32 contactos más por lado que los de 32 bits y están separados, lo que los hace retrocompatibles con los anteriores. La instalación de un PCI-X en un PCI dejará los pines específicos del -X fuera del conector, lo que requiere que ningún otro componente de la placa base lo obstruya. Hablando de la tensión de funcionamiento, que concierne solo a la primera parte del conector (la de 32 bits), las tarjetas que funcionan a 3,3 V tienen una muesca en correspondencia con los pines 12 y 13 (de lo contrario conectados a tierra), en lugar de las de 5V tienen la muesca en lugar de los pines 50 y 51. También hay placas que tienen ambas muescas que van en cualquier conector y se llaman universales. Las muescas se insertan con la razón específica de impedir físicamente la inserción de tarjetas incompatibles en el conector ubicado en la placa base, lo que las dañaría.

En general, las PCI son casi completamente plug and play e incluso su variante de 64 bits también se puede instalar cuando la computadora ya está encendida. La tasa de transferencia puede alcanzar:

133 MB/s para 32 bits a 33 MHz

266 MB/s para 32 bits a 66 MHz

266 MB/s para 64 bits a 33 MHz

533 MB/s para 64 bits a 66 MHz

Extensión AGP

Extensión AGP específicamente desarrollado para poder conectar tarjetas de video y reemplazar PCI en esta área cuando la parte gráfica y de videojuegos ha asumido un papel importante en el uso de la PC. Son las siglas de Accelerated Graphics Port y fue diseñado por Intel en 1996 y en los años siguientes se implementó ampliamente en las computadoras hasta 2004 cuando PCIe comenzó a aparecer en el mercado.

Básicamente se basa en el estándar PCI. Una gran mejora fue la capacidad de leer texturas directamente desde la RAM del sistema, mientras que con PCI tenías que copiarlas primero a la memoria de video de la tarjeta gráfica. Tenía 66 conectores por lado con un espacio de 1 mm entre cada uno pero con 2 filas de conectores escalonados con una separación de 2 mm. Agárrate fuerte porque las variaciones de este estándar no son pocas sino que los distintos fabricantes han disfrutado creando las suyas propias. Comencemos con ellos: Ultra-AGP: desarrollado por SiS, no un puerto real sino un enlace interno para sus gráficos integrados. AGP Express: un truco para conectar una tarjeta AGP a un puerto PCIe, tiene soporte parcial de gpu y rendimiento reducido. AGI: variante patentada de ASRock. AGX: variante propietaria de Epox. XGP: variante propietaria de Biostar. AGR: Igual que AGP Express pero desarrollado por MSI y con mayor compatibilidad.

En cambio, las variantes oficiales incluyen: AGP Pro: utilizado principalmente para estaciones de trabajo, tiene una ranura más larga para acomodar más conectores para transportar más energía eléctrica para tarjetas que consumen más energía. Era posible usar una tarjeta que no fuera profesional en un conector profesional, pero no al revés. AGP de 64 bits: desarrollado y nunca implementado en la práctica, mejoró la velocidad de rendimiento de la CPU. Además de las variantes, en general, los AGP podrían funcionar a 3,3 V o 1,5 V (más nuevos) con muescas en el conector como en los PCI para evitar conexiones incorrectas. Para los de 3,3 V había la muesca del pin 22 al 25 mientras que para los de 1,5 V del 42 al 45. Aquí también había ranuras universales que podían acomodar cualquier tarjeta. Sin embargo, desafortunadamente, dadas las muchas variaciones, podría suceder que fuera posible insertar tarjetas físicamente en puertos incompatibles, con el riesgo de dañar la GPU y la placa base

Es la evolución de PCI, hoy en día es la más popular para conectar periféricos internos y externos que requieren gran ancho de banda. Son las siglas de Peripheral Component Interconnect Express y ha sustituido casi por completo a PCI, PCI-X y AGP (tiene un conector completamente diferente a los anteriores para evitar malentendidos). Inicialmente fue desarrollado por Intel, luego se unieron varios socios comerciales a partir de 2003.

Introduce el concepto de "líneas", es decir, múltiples comunicaciones en serie que ocurren en paralelo. Se representan con una x delante del número, en concreto un bus PCIe puede ser x1, x2, x4, x8 o x16. Los más comunes son x1 y x16. El número de líneas determina la longitud del conector. Afortunadamente, la interoperabilidad de tarjetas y conectores con diferentes líneas está asegurada: siempre será posible conectar una tarjeta PCIe con el número de líneas menor o igual al del conector, en cambio si es mayor, es necesario verificar que el conector es sinfín (como en la siguiente foto), no hay dientes ni muescas que impidan la inserción física en la mayoría de los casos.

Aquí también hay varias versiones, pero la diferencia de cada una radica solo en la velocidad máxima que se puede alcanzar. Sin embargo, en cuanto a las líneas, es absolutamente posible, por ejemplo, insertar una tarjeta con la versión 1.1 en un conector 4.0 o al revés: la velocidad se adaptará a la versión más baja que alcance la tarjeta o el conector.

Hablando de velocidad, pasa de 250 MB/s para la V1.0 y luego se multiplica por cada línea y se duplica para cada versión posterior hasta aproximadamente 32 GB/s para la V4.0 con 16 líneas. La cantidad de pines varía de 18 para x1 a 82 para x16, solo hay una muesca entre el pin 11 y el 12 en cualquier tarjeta PCIe.

Con este estándar de comunicación nació también un estándar de alimentación: un conector puede suministrar hasta 66W, a veces insuficientes. Para ello se conecta un cable procedente de la fuente de alimentación del ordenador a un conector situado en la parte superior derecha de la placa que puede tener 8, 6 o múltiplos de estos pines, llegando a una potencia total de 300W. Existe una variante específica para computadora portátil llamada MiniPCIe, que es más pequeña que su contraparte miniPCI.

Además, sobre este mismo conector se desarrolló la interfaz M.2 conocida como Next Generation Form Factor, utilizada para la conexión de SSD y que está ganando terreno en los últimos años sobre todo en dispositivos portátiles como ultrabooks o tablets. Existen interfaces externas que llevan en su interior líneas PCIe incluyendo ExpressCard y Thunderbolt con la característica de poder conectarse o desconectarse con la PC a la que se accede.

El primero, desarrollado en 2003 ha caído en desuso por el tamaño del conector, Thunderbolt en cambio está ganando mucho últimamente siendo insertado por los fabricantes en sus placas base de gama alta: fue desarrollado por Apple e Intel y se utiliza desde 2011. En la versión 1 y 2 tenía el conector de un Mini DisplayPort, mientras que en su última versión (3) tiene el conector USB-C (por lo que es posible insertarlo desde ambos lados). PCI-e x4, DisplayPort y alimentación se transportan en un solo cable con la capacidad de conectar hasta 6 dispositivos en cadena.

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Bibliografia: https://weeeopen.polito.it/schede-di-espansione-interne-per-pc-facciamo-chiarezza/