Schede di espansione interne per pc: facciamo chiarezza.

Tipologie slot collegamento periferiche

Durante il nostro lavoro di riparazione dei PC che recuperiamo, ci siamo accorti che esistono svariate tipologie di connessioni per le schede di espansione interne al PC, che siano tower, all in one, portatili, ecc…

Queste ci permettono di aggiungere, ad esempio, diverse tipologie di porte sia interne (sata, ide, scsi…) che esterne (come usb, jack, ethernet…) che saranno accessibili dal case, oppure schede grafiche o di altro tipo.

In questo excursus andremo ad analizzare le più importanti, da quelle sviluppate negli anni ’80 a quelle in uso oggi.

ISA

Acronimo di Industry Standard Architecture è stata la tipologia di bus sviluppata da IBM nel 1981 per il suo PC che stava commercializzando all’epoca. Il suo connettore era tipicamente nero.

Abituati a vedere nelle schede madri moderne già tutto l’hardware necessario per l’I/O, osservando quelle in uso fino ai primi del 2000 ci sembra strano che la maggior parte della superficie del PCB sia occupato da questi connettori a “pettine”; infatti anche solo i controller per i dischi ATA, le connessioni seriali per il mouse, per la stampante, schede grafiche e via discorrendo erano aggiunte alla scheda madre tramite ISA.

Esistevano tre versioni dello slot in rifermento al PC IBM su cui erano state implementate per la prima volta: XT a 62 contatti con un bus di 8 bit, AT a 98 contatti con un bus di 16 bit, retro-compatibile con la precedente ed un'altra, sempre a a 16 bit, ma con uno slot aggiuntivo chiamato VLB (VESA Local Bus) che aveva un accesso diretto alla memoria di sistema che lo rendeva molto più veloce. Nell'immagine seguente possiamo osservare le varie tipologie appena descritte.

Scheda madre con slot ISA

Interessante notare che non era quasi per nulla plug and play, infatti l’utente doveva configurare parametri come la linea IRQ, l’indirizzo I/O o il canale DMA. La velocità di trasmissione dati era tra i 4 e i 5 MB/s che era adeguata per i compiti eseguiti all’epoca ma è stato il fattore che ne ha decretato l’estinzione quando non è stata più sufficiente.

PCI

Utilizzato per lungo tempo ed ancora oggigiorno, è uno standard sviluppato da Intel a partire dal 1990 e approdato prima nei server e pochi anni dopo nei computer per uso professionale. È l’acronimo di Peripheral Component Interconnect, e viene largamente utilizzato per schede di rete, schede audio, controller USB e per dischi, sintonizzatori TV, ecc...

PCI Slots Digon3

Esistono vari standard a seconda della tensione di funzionamento (3,3V o 5V) e della larghezza del bus (32 o 64 bit).
Quelle a 32 bit sono usate in ambito consumer ed hanno 62 contatti per ogni lato. Mentre quelle a 64 bit erano (ora sostituite dalla PCIe) implementate in sever e workstation. Queste ultime sono chiamate PCI-X la cui X sta per eXtended da non confondere con Express (PCI-E o PCIe). Vediamo degli slot nell'immagine seguente:

Scheda madre con slot PCI e PCI-X

Hanno 32 contatti in più per lato rispetto alle 32 bit e sono separati, il che le rende retro-compatibili con le precedenti. Installando una PCI-X in una PCI lascerà i pin specifici della -X fuori dal connettore richiedendo che nessun’altro componente della scheda madre lo ostacoli. Parlando della tensione di funzionamento, che riguarda solo la prima parte del connettore (quella a 32 bit), le schede operanti a 3,3V hanno una tacca in corrispondenza dei pin 12 e 13 (altrimenti collegati a massa), invece quelle a 5V hanno la tacca al posto dei pin 50 e 51. Esistono anche schede che hanno entrambe le tacche che entrano in qualsiasi connettore e sono chiamate universali. Le tacche sono inserite con lo specifico motivo di impedire fisicamente l’inserimento di schede incompatibili nel connettore posto sulla scheda madre, cosa che le danneggerebbe.

PCI Keying

Esiste una variante per i portatili chiamata miniPCI che occupa circa ¼ dello spazio e non accessibile dell’esterno del case.

Scheda miniPCI

In generale le PCI sono quasi del tutto plug and play ed addirittura la loro variante a 64 bit è anche installabile quando il calcolatore è già acceso. La velocità di trasferimento può raggiungere:

AGP

Sviluppata specificamente per poter collegare schede video e per soppiantare le PCI in questo ambito quando la parte grafica e videoludica ha assunto un ruolo importante dell’utilizzo del PC. È l’acronimo di Accelerated Graphics Port ed è stata progettata da Intel nel 1996 e negli anni a venire è stata largamente implementata nei calcolatori fino al 2004 quando la PCIe iniziava ad affacciarsi sul mercato.

Scheda video AGP

È basata sostanzialmente sullo standard PCI. Un grande miglioramento fu dato dalla capacità di leggere le texture direttamente dalla RAM di sistema, mentre con la PCI bisognava copiarle prima nella memoria video della scheda grafica. Aveva 66 connettori per lato con 1 mm di spazio tra ciascuno ma con 2 righe di connettori sfalsati distanti 2 mm. Tenetevi forte perché le varianti di questo standard non sono poche ma anzi le varie case produttrici si sono divertite a crearne di proprie. Iniziamo proprio da loro:

Invece le varianti ufficiali comprendono:

Oltre alle varianti, in generale le AGP potevano funzionare a 3,3 V o a 1,5 V (più recenti) con tacche sul connettore come sulle PCI atti a impedire collegamenti errati. Per quelle a 3,3 V era presente la tacca dal pin 22 al 25 mentre per le 1,5 V dal 42 al 45. Anche qui esistevano gli slot universali che potevano ospitare qualsiasi scheda. Purtroppo però date le molte varianti poteva capitare che fosse possibile inserire fisicamente schede in porte incompatibili rischiando di danneggiare la gpu e la scheda madre.

AGP & AGP Pro Keying

La sua velocità di trasmissione poteva raggiungere i 2133 MB/s.

PCIe

È l’evoluzione del PCI, oggigiorno è il più diffuso per il collegamento di periferiche interne ed esterne che richiedono una grande larghezza di banda. È l’acronimo di Peripheral Component Interconnect Express ed ha rimpiazzato quasi del tutto PCI, PCI-X e AGP (ha un connettore completamente diverso dalle precedenti per evitare qualsiasi equivoco). È stata sviluppata inizialmente da Intel, poi affiancata da vari partner commerciali a partire dal 2003.

PCI Express

Introduce il concetto di “linee”, ovvero più comunicazioni seriali che avvengono parallelamente. Vengono rappresentate con una x davanti al numero, nello specifico un bus PCIe può essere x1, x2, x4, x8 o x16. Le più diffuse sono x1 e x16. Il numero di linee determina la lunghezza del connettore. Fortunatamente la interoperabilità di schede e connettori con diverse linee è assicurata: sarà sempre possibile connettere una scheda PCIe con il numero di linee minore o uguale a quello del connettore, invece se è maggiore bisogna verificare che il connettore sia senza fine (come nella foto successiva), non esistano denti o tacche che impediscano l’inserimento fisico nella maggior parte dei casi.

PCIe J1900 SoC ITX Mainboard IMG 1820

Anche qui esistono varie versioni ma la differenza di ognuna sta solo nella velocità massima raggiungibile. Comunque come per il discorso delle linee è assolutamente possibile, per esempio, inserire una scheda con versione 1.1 in un connettore 4.0 o il contrario: la velocità sarà adeguata alla versione più bassa raggiunta dalla scheda o dal connettore. A proposito di velocità, va da 250 MB/s per la V1.0 per poi moltiplicarsi per ogni linea e duplicarsi per ogni versione successiva fino ad arrivare a circa 32 GB/s per la V4.0 con 16 linee. Il numero di pin va da 18 per la x1 a 82 per la x16, c’è solo una tacca tra il pin 11 e 12 presente in qualunque scheda PCIe. Con questo standard di comunicazione è nato anche uno di alimentazione: un connettore può erogare fino a 66W, a volte non sufficienti. Per questo si collega un cavo proveniente dall’alimentatore del computer ad un connettore posto in alto a destra sulla scheda che può essere a 8, 6 o multipli di questi pin arrivando ad una potenza di 300W in totale.

Esiste una variante specifica per i portatili chiamata MiniPCIe, più piccola della sua controparte miniPCI.

Broadcom BCM94311MCG - BCM4311KFBG-5346

Inoltre su questo stesso connettore è stata sviluppata l’interfaccia M.2 conosciuta come Next Generation Form Factor utilizzata per il collegamento di SSD e che sta prendendo piede negli ultimi anni soprattutto in apparecchi portatili come ultrabook o tablet. Esistono interfacce esterne che trasportano al loro interno linee PCIe tra cui ExpressCard e Thunderbolt con la caratteristica di poter essere collegate o scollegate con il pc accesso.

Logitec LPM-ECSA32

La prima, sviluppata nel 2003 è ormai caduta in disuso a causa della grandezza del connettore, Thunderbolt invece sta ultimamente prendendo molto piede venendo inserita dai produttori nelle loro schede madri di fascia alta: è stata sviluppata da Apple ed Intel ed adoperata dal 2011. Nella versione 1 e 2 aveva il connettore di una Mini DisplayPort, mentre nella sua ultima versione (3) ha il connettore USB-C (quindi è possibile inserirlo da entrambi i lati). In un singolo cavo vengono trasportati PCI-e x4, DisplayPort e alimentazione con la possibilità di collegare fino a 6 dispositivi in catena.

Thunderbolt 3 Cable connected to OWC Thunderbolt 3 Dock

Per approfondire:

Video PCIe Video Thunderbolt

Autore: Andrea Mannarella