Moderkort genom tiderna

De uppsvällda våtelektrolyternas tid är definitivt förbi. I stället har tillverkarna börjat med flerfasiga switchaggregat. Ju fler faser, desto mindre belastas varje fas och desto mindre kan kondensatorerna göras. Här är det senaste, hetaste med 8-fasigt switchaggregat från Asus med polymerkondensatorer och himmelsblå kylflänsar.

Persondatorn har genomgått en förvånande utveckling från den första IBM pc:n till dagens fartmonster. Likheterna mellan de båda är ungefär lika stora som mellan T-Forden och en modern personbil. T-Forden hade fyra hjul och ett chassi, men utöver det är likheterna med moderna bilar få. För att inte tala om primärminnet. Ingen trodde väl att vi någonsin skulle få bruk för mer än 640 kilobyte, men i dag är 16 gigabyte vanligt.

Denna artikel är ett försök till en sammanställning av utvecklingen. Se bilderna som exempel, i form av ett litet, ej heltäckande urval i floden av moderkort. Samtidigt som prestanda stadigt har ökat, har det varit mycket elektroniskt lidande. Historien tycks dock sluta lyckligt.

Helt utan logik

I begynnelsen var bakplanet, ett enkelt kretskort med kontaktdon, avsett att parallellkoppla ett antal datorkort. Bakplanet bjöd inte på några logikfunktioner, bara matningsspänningar.

En av de vanligare var S100-bussen, som fanns i många industriella styrenheter. All logik fick läggas på de kretskort som stoppades i. Det gjorde bakplanet sant universellt och inte bundet till någon särskild processor.

Täckte hela lådan

IBM PC föddes 1981 med ett specialiserat stort kretskort som täckte hela apparatlådan. Kortet hade sockel för en enda sorts processor (en Intel 8088), ett antal databusskontakter och en så kallad isa-buss avsedd för en speciell sorts instickskort. Det var IBM:s uppfinning, och den gjorde att företaget kom att dominera mikrodatorvärlden.

De mest framträdande förändringarna genom tiderna har varit anslutningarna till moderkortet. De första korten hade knappt hade några alls, medan de allra senaste har en hel uppsjö, både elektriska och optiska.

En databuss måste oavsett om den arbetar mot primärminnet (minnesbuss) eller mot periferienheter (periferibuss) kunna växla logiskt tillstånd (etta-nolla) snabbt. Detta motarbetas direkt av det faktum att bussen har stor fysisk utsträckning på moderkortet. Dess längd gör den induktiv och induktansen motsätter sig snabba strömförändringar.

Dessutom finns det ledningar intill, det gör att bussen blir kapacitiv, och en kondensator omvandlar energin i spänningsomslagen till en laddning, som den helst håller kvar så länge som möjligt. Bitarna rör sig ungefär som i gelé.

Signalen svajar

Det tredje problematiska fenomenet är ringningar. Databussen har en inte obetydlig utsträckning i jämförelse med stigtiden för en datapuls (några nanosekunder, cirka 20 centimeter på ett kretskort). Förändringen i spänning blir till en våg som fortplantar sig längs ledaren och studsar tillbaka från dess båda ändar.

Resultatet blir ringningar, alltså att signalen svajar lite innan den stabiliseras. Blir ringningarna för allvarliga, kan de miss­tolkas som logiska tillstånd.
Otaliga är de lösningar som värkts fram för att motverka dessa tre fenomen, och resulterat i ständigt nya databusstyper.

6 gigabit per sekund

Diskbussarna har också gått en krokig och brokig väg, från primitiva mfm (modified frequency modulation) på 5 megabyte per sekund över ata, scsi, ide och usb i en väldig massa varianter och hastighetsklasser, till dagens sata på 6 gigabit per sekund. Sam­tidigt har disktillverkarna tvingats anpassa sig och äldre diskar blir snabbt helt stenålder. En dyrbar utveckling.

Nästa steg är att tillfredsställa dataspelarnas behov av parallellkoppling av 3–4 grafikkort, vilket måste ha stöd i bios och plats på moderkortet.
Vad har framtiden i sitt sköte? I branschen diskuteras främst möjligheten att använda optiska fibrer som databussar för gigabitkapacitet. Då bortfaller alla störproblem, men i stället uppstår kontakterings- och därmed kostnadsfrågor, samtidigt som nya möjligheter tillkommer.

Moderkortsbonanzan börjar här!

1983: Ett av världens första moderkort för ur-pc:n IBM PC XT. Man ser att det är PC XT på dess 256 kilobyte minne och avsaknaden av kassettbandspelarkontakt. Processorn 8088 är den grå 40-pinnarskretsen längst uppe till vänster, i detta fall en klon från AMD. 8088, med sina ynka 29 000 transistorer förbrukade 2 watt vid 4,77 megahertz klockfrekvens, producerade ungefär 1 mips och behövde ingen kylning. Databussen är av typen 8-bitars isa-buss.

Åtta kortplatser behövdes eftersom kortet inte har särskilt många in- och utgångar, endast tangentbordet i kontakten uppe till vänster. Resten upptas i stort sett av 256 kilobyte primärminne.

1990: 386-processorn är här. Det här moderkortet har en 25 megahertz 386 DX. Den tomma sockeln ovanför processorn är till för en extra 80387 numerisk processor, eller så kunde man stoppa en billigare 80287 i den tomma 40-pinnarssockeln. Kortet har AMIBIOS, och i övrigt har kringlogiken (chip-setet) inrymts i ett antal socklade fyrkantiga plastkapslar.

Fortfarande finns inte mycket in- och utgångar, bara tangentbord, men kortet har en nickel-kadmium-cell till realtidsklockan. Kortet har tre 8-bitars isa-kontakter och fem 16-bitars isa-kontakter.

1994: Här sitter 486-processorn på en ny typ av moderkort som kallas ”Baby AT”. På det här kortet sitter en 100 megahertz 486:a, en av de första som krävde kylfläns.

De åtta minneskapslarna är det externa cacheminnet, eftersom det interna inte gav tillräcklig prestandaökning. Kringlogiken ryms nu i tre lsi-kretsar från ALI. Realtidsklockan matas ännu från ett nickel-kadmium-batteri. Fortfarande är den enda in- och utgången tangentbordet.

Kortet har tre 16-bitars isa-kortplatser och tre av den nya pci-typen. Den intressanta spänningsregulatorn som sticker ut upptill kommer av att det fanns två sorters 486-processorer med olika matningsspänningar. Det här är således en kludge-lösning.