La mainboard, detta anche motherboard o scheda madre, e' la scheda di elettronica principale del PC: le linee di comunicazione fra le varie componenti (bus) sono sulla scheda madre, come il socket per alloggiare la CPU e tutti gli slot in cui vengono inserite le varie schede e le memorie. La scheda madre e' controllata da alcuni integrati, che costituiscono il "cipset".

Sulla scheda madre sono, in particolare, i seguenti componenti:

• I bus di sistema, cioe' le linee di comunicazione fra le diverse componenti;
• il cipset : un gruppo di circuiti integrati che controllano il funzionamento della mainboard, a volte alcuni di essi sono raffreddati da una ventola ;
• il BIOS: un integrato che contiene il software di base per l'accensione del sistema;
• il clock : l'orologio del sistema;
• una pila, che alimenta il clock a PC spento e mantiene attive le memorie con i parametri di configurazione del BIOS;
• un connettore per l'inserimento della CPU (a forma di socket o slot);
• a volte sono sulla scheda madre delle memorie cache;
• uno o piu' connettori per l'alimentazione elettrica;
• vari slot PCI , per schede di rete, audio, SCSI etc.;
• uno slot AGP per la scheda video;
• vari slot per le memorie RAM;
• controller e connettori SATA o IDE per i dischi ed i CD-ROM o DVD;
• connettore e controller per il floppy;
• porte per mouse e tastiera integrate;
• porte seriali e parallele integrate;
• controller e porte USB integrate;
• connettori per l'alimentazione elettrica delle ventole;
• connettore per l'altoparlante del case, il tasto di accensione, vari led sul case;
• certe schede madri integrano controller per video, audio, rete;
• certe schede madri integrano controller SCSI o RAID per i dischi.

Le varie componenti del PC non sono direttamente collegate fra loro, ma sono tutte collegate ad un'unico canale di comunicazione, il bus, che utilizzano a turno; l'architettura dei PC moderni prevede sistemi per decidere le precedenze nell'accesso al bus da parte delle periferiche e della CPU, e' anche possibile che le periferiche, quali i dischi, la scheda di rete etc. , possano accedere al bus senza l'intervento della CPU ( bus mastering), o possano utilizzare il bus per accedere alla memoria in modo indipendente dalla CPU (DMA: direct memory access)
Sempre sul bus viaggiano i segnali dell'interrupt controller, un integrato che gestisce gli IRQ (interrupt request) ; segnali utilizzati dalle componenti del PC per richiedere l'intervento della CPU: ogni componente ha assegnato un numero di IRQ ( da 0 a 15) che permette al sistema di riconoscere le sua richiesta di accesso alla CPU.

• front-side bus, per il bus che collega la CPU alla RAM ed alla scheda madre; recentemente, nelle CPU Athlon 64, il controller della RAM e' stato integrato nella scheda madre
• back-side bus, un bus dedicato che collega la CPU alla memoria cache che sta sulla scheda madre.

La topologia delle connessioni e' in evoluzione, la tendenza attuali (2004-2005) e' di integrare piu' componenti entro la CPU; per cui con le cache integrate nella CPU non si ha piu' un back-side bus. Nelle CPU Athlon 64 anche il controller della RAM e' stato integrato nella scheda madre, non c'e' piu' un vero e proprio front-side bus, ma una connessione ad alta velocita' verso il cipset chiamata Hypertransport. Il bus principale di sistema e' ora il bus PCI, ma si iniziano a vedere PC con il nuovo bus PCI-express.

Nella figura sotto (da un libro di Tannenbaum) si vede l'organizzazione di una vecchia scheda madre, quali quelle che si avevano coi primi Pentium attorno al 1994-95.
I collegamenti fra le componenti sono assicurate dal bus PCI, al bus PCI sono collegati, tramite un "bridge", la CPU, la memoria, la scheda video e tutte le altre schede del PC. Collegato al bus PCI c'e' ancora il piu' vecchio bus ISA, cui erano collegate schede audio e modem, che ancora seguivano gli standard ISA. La scheda madre e' controllata da un certo numero di integrati, che costituiscono il cipset.

Attorno al 1998 il cipset viene organizzato in 2 integrati principali: il northbridge, che serve la CPU, la RAM, l'AGP; ed il southbridge, che controlla le periferiche di I/O, come 'interfaccia IDE per i dischi, il mouse, la tastiera, il floppy. A volte la tastiera, il mouse, le porte seriale e parallele sono controllate da un integrato separato dal southbridge (super i/O cip).
Il collegamento fra northbridge e southbridge e' assicurato dal bus PCI.

Con l'Athlon 64 (2003) l'AMD sposta il controller della RAM dal northbridge sulla CPU stessa. Questo, assieme alla scomparsa dell'AGP in favore del PCI-express, rende inutile il northbridge e nel 2005 si iniziano a vedere cipset fatti con un solo cip, con il nForce3 dell'nVidia.

Il BIOS (basic input output system) e' un integrato che contiene programmi di base per l'accensione ed il funzionamento del PC. Questi programmi sono in una memoria "flash", ovvero permanente, ma riscrivibile; in modo che il BIOS del PC possa essere aggiornato, ma non si cancelli se il computer viene spento. I parametri di configurazione del BIOS sono invece in una memoria volatile, alimentata da una pila, che alimenta anche l'orologio di sistema. In caso la pila venga tolta i parametri del BIOS e la data del computer vengono perse ed impostati a valori prefissati (di default), anche una eventuale password impostata nel BIOS viene persa. In genere si puo' accede alla configurazione del BIOS in premendo il tasto "del" al boot del sistema. Il vecchio DOS utilizzava le funzioni del BIOS per accedere alle periferiche, ma tutti i sistemi operativi moderni hanno loro funzioni ottimizzate per accedere all'hardware e non usano piu' il BIOS, che serve solo alla partenza del computer.

All'accensione del PC il BIOS fa un test della memoria, poi fa una serie di test sulle periferiche, come tastiera, mouse etc. (POST : power on self test), quindi configura le periferiche Plug and Play, prepara una tabella con numeri di IRQ, DMA, I/O e cerca sui dischi,sul CD-ROM o sul floppy, (in base ai parametri impostati), un programma da caricare (boot program) cui passare il controllo.

Il BIOS ha quindi l'importante funzione di preparare il PC in modo che il sistema operativo possa prenderne il controllo. Senza il BIOS il computer non puo' partire, occorre quindi attenzione alle operazioni di aggiornamento del BIOS, che sono fra le poche operazioni "software" che possono creare danni al PC.

Periferiche con funzionamento complesso, come schede video e masterizzatori hanno un loro BIOS, anche questo scritto su una memoria flash (si parla in questo caso di "firmware" un software che e' parte integrante dell'hardware), anche questo puo' essere aggiornato con appositi programmi forniti dai costruttori.

Nella scheda madre sono integrate varie porte fra cui collegare dispositivi. Alla porta parallela vien in genere collegata una stampante, si tratta di un connettore a 25 pin, su 8 passano, in parallelo, 8 bits di dati, gli altri servono per segnali di controllo. Le porte seriali trasmettono invece un bit alla volta, erano pilotati da un apposito integrato (chiamato UART) e possono trasmettere a velocita' fino a qualche kilobit/sec. Hanno connettori specificati dallo standard RS-232, a 25 pin; ma si tende a preferire oggi connettori piu' piccoli, a 9 pin (DE-9) Alle porte seriali una volta si collegavano i modem o il mouse. Ora, con l'avvento dell'USB, porte seriali e parallele hanno perso di importanza, sono ancora utilizzate per pilotare semplici apparecchiature, perche' relativamente facili da programmare.

Mouse e tastiera vengono in genere collegate a porte PS/2, con connettori tondi, introdotti appunto dall'IBM con i suoi PC PS/2.

Il primo mouse fu costruito da Engelbarth nel 1963, ma nel mondo dei computer entro' la versione introdotta dalla Xerox, nel 1970, che contiene nella parte inferiore una pallina che trasmette il movimento a sensori elettronici. Il mouse si diffuse poi con i Mac della Apple, negli anni 80. Al mouse meccanico si preferisce a volte quello ottico, senza pallina ma con sensori ottici che rilevano la luce emessa da un diodo e riflessa dalla superficie di appoggio. Il mouse ottico rileva il movimento dell'immagine della superficie di appoggio.

L'Universal Serial Bus (USB) e' uno standard introdotto nel 1996, per un bus seriale, che potesse collegare molte periferiche in modo da semplificare le connessioni e permettere di inserire e togliere periferiche a computer acceso. Le versioni 1.0 ed 1.1 dell'USB hanno 2 implementazioni, una della Compaq (OHCI) ed una della Intel (UHCI) adottata dai cipset di Intel e di Via technology, questo fatto, originato da problemi di licenze e royalities ha creato un po' di confusione. La versione 2.0 dell'USB, del 2000, ha una sola implementazione, detta EHCI

La trasmissione dei segnali avviene su conduttori "twisted" , a velocita' di 1.5 Mbit/sec (per devices lente come mouse, tastiera etc.) oppure 12 Mbit/sec. La versione 2.0 arriva a 480 Mbit/sec, il cavo USB porta anche una tensione di 5 Volt che puo' essere utilizzata per alimentare le periferiche.

Le connessioni USB prevedono una topologia ad albero, con un "host controller" cui sono collegati vari hubs, cui poi sono collegate le periferiche od altri hubs, ci possono essere 5 livelli di diramazioni ed un massimo di 127 connessioni per un host controller.

Dal punto di vista software le devices collegabili all'USB sono divise in classi: mass storage; human interface devices (HDI), come mouse, tastiera etc.; communication devices, printer devices, audio ; video. In questo modo il sistema operativo puo' fornire drivers generici per accedere ai vari dispositivi.

L'USB si utilizza oggi per mouse, stampanti, scanner, machine fotografiche e molte altre periferiche, e va a sostituire le vecchie porte seriali e parallele.