La placa base y sus componentes



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UT 1 – Sistemas Informáticos – Placa Base


La placa base y sus componentes

La "placa base" (mainboard), o "placa madre" (motherboard), es el elemento principal de todo ordenador, en el que se encuentran o al que se conectan todos los demás aparatos y dispositivos.


Físicamente, se trata de una "oblea" de material sintético, sobre la cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos que se encuentran anclados sobre ella, los principales son:

  • el microprocesador, "pinchado" en un elemento llamado zócalo;

  • la memoria, generalmente soldada a unas plaquitas llamadas módulos que se insertan en las ranuras de memoria;

  • los slots o ranuras de expansión donde se conectan las tarjetas de algunos componentes como la tarjeta gráfica;

  • diversos chips de control, entre ellos la BIOS y el chipset;

  • numerosísimos conectores, algunos internos y otros externos.

Una placa base ofrece un aspecto similar al siguiente:




1. Factores de forma y estándares
Las placas base existen en diferentes formas y con diversos conectores para periféricos. Los fabricantes han ido definiendo varios estándares que agrupan recomendaciones sobre su tamaño y la disposición de los elementos sobre ellas. Los tipos más comunes son:
AT

Basado en el PC AT de IBM, fue el primer estándar de factor de forma de la placa base. El único periférico integrado en una placa base AT es el conector de teclado. Todos los puertos de E/S están cableados desde la placa base a la parte posterior de la caja, o bien instalados como tarjetas adaptadoras.



Baby-AT

Fue el estándar absoluto durante años. Define una placa de unos 220x330 mm, más pequeña que la AT con unas posiciones determinadas para el conector del teclado, los slots de expansión y los agujeros de anclaje a la caja, así como un conector eléctrico dividido en dos piezas.


Estas placas son las típicas de los ordenadores "clónicos" desde el 286 hasta los primeros Pentium. Con el auge de los periféricos (tarjeta sonido, CD-ROM, discos extraíbles...) salieron a la luz sus principales carencias: mala circulación del aire en las cajas (uno de los motivos de la aparición de disipadores y ventiladores de chip) y, sobre todo, una maraña enorme de cables que impide acceder a la placa sin desmontar al menos alguno.
Para identificar una placa Baby-AT, lo mejor es observar el conector del teclado, que casi seguro que es una clavija DIN ancha; o bien mirar el conector que suministra la electricidad a la placa, que deberá estar dividido en dos piezas.
ATX (Advanced Technology extended)

La placa de la foto superior pertenece a este estándar. Introducidas por Intel en 1995, son actualmente las más populares, ya que ofrecen mayores ventajas.


Se las supone de más fácil ventilación y menos maraña de cables que las Baby-AT, debido a la colocación de los conectores. Para ello, el microprocesador suele colocarse cerca del ventilador de la fuente de alimentación y los conectores para discos cerca de los extremos de la placa.
La diferencia "a ojo descubierto" con las AT se encuentra en sus conectores, que suelen ser más (por ejemplo, con USB o con FireWire), están agrupados y tienen el teclado y ratón en clavijas mini-DIN como ésta: . Además, reciben la electricidad mediante un conector formado por una sola pieza.
LPX

Estas placas son de tamaño similar a las Baby-AT, aunque con la peculiaridad de que los slots para las tarjetas de expansión no se encuentran sobre la placa base, sino en un conector especial en el que están pinchadas, la riser card.


De esta forma, una vez montadas, las tarjetas quedan paralelas a la placa base, en vez de perpendiculares; es un diseño típico de ordenadores de sobremesa con caja estrecha y su único problema viene de que la riser card no suele tener más de dos o tres slots.
BTX

Se diseño para sustituir al ATX, pero sus ventajas no están nada claras. La redistribución interna de los componentes es total.


Formatos reducidos

Estos son de menor tamaño, tienen mucho sentido hoy en día, pues la mayoría de usuarios apenas emplean las tarjetas de expansión; las controladoras de dispositivos de almacenamiento y puertos de E/S, así como las de sonido y red, suelen estar integradas en pequeños chips sobre la placa base.


WTX y otros formatos

WTX es un formato de gran tamaño de 365 x 425 mm, es una extensión del formato ATX para servidores y estaciones de trabajo.


Pese a la existencia de estos estándares, los grandes fabricantes de ordenadores (IBM, Compaq, Hewlett-Packard...) suelen sacar al mercado placas de tamaños y formas peculiares.

Formatos

Ancho x Alto(mm)

Ranuras máx

ATX

244x305

7

Mini-ATX

208x284

6

microATX

244x244

4

FlexATX

191x299

2

BTX

267x26

7

MicroBTX

267x20

4

PicoBTX

267*203

2



2. Componentes de la placa base
Los principales componentes de una placa base son:

  • Zócalo del microprocesador

  • Ranuras de memoria (SIMM, DIMM...)

  • Chipset de control

  • BIOS

  • Slots de expansión (ISA, PCI, AGP...)

  • Memoria caché

  • Conectores internos

  • Conectores externos

  • Conector eléctrico

  • Pila

  • Elementos integrados variados

2.1 Zócalo del microprocesador


Es el conector donde se inserta el "cerebro" del ordenador. Los primeros microprocesadores PC estaban soldados a la placa base o insertados en zócalos de los que no estaba previsto sacarlos; la llegada del microprocesador 486 y en menor medida del 386, supuso la generalización del encapsulado tipo PGA(matriz rectangular de contactos cilíndricos, “pines”) con los que era más sencillo cambiar el micro.
Tipos más comunes de Zócalos
PGA:

Es el modelo más clásico usado en muchos 486 y diversos modelos de micros anteriores: consiste en un marco cuadrado de conectores redondos donde se insertan los pines del chip por pura presión.


ZIF:

Zócalo de fuerza de inserción nula. Eléctricamente es como un PGA, aunque gracias a un sistema mecánico de palanca que permite introducir el micro sin necesidad de fuerza alguna, con lo que el peligro de cargarnos el chip por romperle una patita desaparece. Apareció en la época del 486 y sus distintas versiones (sockets 3, 5 y 7, principalmente) se han utilizado hasta que apareció el Pentium II.


Estos zócalos se utilizaron durante casi 10 años, hasta que el 1997 con la aparición del PentiumII cambio el conector, introduciendo una ranura recta denominada Slot1.


LGA:

En este tipo se intercambian los pines, pasan a estar en el zócalo de la placa base, mientras el microprocesador tiene contactos planos en su superficie inferior.


Principales zócalos para microprocesadores:


Zócalo

Nº de contactos

Microprocesadores soportados

Socket 1

169

486 SX/DX

Socket 2

238

486 SX/DX/DX2

Socket 3

237

486 SX/DX/DX2/DX4

Socket 4

273

Pentium 60/66

Socket 5

320

Pentium 75/90/100 MHZ

Socket 6

235

486 DX4

Socket 7

321

AMD K6, K6-2,K6-III,Pentium 75/90/100

Socket 8

387

Pentium Pro

Slot 1

242

Pentium II/III/Celeron

Slot 2

330

Pentium II/III Xeon

Slot A

242

AMD Athlon

Socket 370

370

Pentium III/Celaron

Socket A (462)

462

AMD Athlon/Duron

Socket 423

423

Pentium 4

Socket 478

478

Pentium 4, P4 Celeron, P4 Extreme Edition

Socket 603

603

P4 Xeon

Socket 604

604

P4 Xeon

Socket 775/T

775

Pentium 4, Pentium D, P4 Extreme Edition, Celeron D

Socket 940

940

Opteron, Athlon 64 FX

Socket 754

754

Athlon 64, Sempron

Socket 939

939

Athlon 64, 64/FX, 64 X2

Socket M2

940

Athlon 64, 64 X2, Opteron

2.2 Ranuras de memoria


Son los conectores de la memoria principal del ordenador, la RAM. Antiguamente, los chips de RAM se colocaban uno a uno sobre la placa, lo cual no era una buena idea debido al número de chips que podía llegar a ser necesario y a la delicadeza de los mismos; por ello, se agruparon varios chips de memoria soldados a una plaquita, dando lugar a lo que se conoce como módulo.
Estos módulos han ido variando en tamaño, capacidad y forma de conectarse; al comienzo los había que se conectaban a la placa mediante unas patitas muy delicadas, lo cual se desechó del todo hacia la época del 386 por los llamados módulos SIMM, que tienen los conectores sobre el borde del módulo.
Los SIMM originales tenían 30 conectores, esto es, 30 contactos, y medían unos 8,5 cm, podían contener desde 1 MB hasta 16 MB. Hacia finales de la época del 486 aparecieron los de 72 contactos, más largos unos 10,5 cm, Capaces de contener hasta 32 MB. Este proceso ha seguido hasta desembocar en los actuales módulos DIMM, de 168 contactos y 13 cm. También están los llamados RIMM, módulos de memoria Rambus, son parecidos a los módulos DIMM, pero ligeramente mayores. Inicialmente aparecieron con 168 contactos y actualmente utilizan 184 pines. Son más rápidos que los anteriores. Los módulos DIMM, los hay con diferentes números de contactos según el tipo de memoria que se utilice, que pueden ser: 168, 184 y 240 pines o contactos.

2.3 Chipset de control
El chipset es un conjunto (set) de circuitos lógicos (chips) que ayudan a que el procesador y los componentes del PC se comuniquen con los dispositivos conectados a la placa base y los controlen. El chipset realiza las siguientes funciones:

  • Controla los datos, instrucciones y señales de control que fluyen entre la CPU, la memoria y el bus del sistema.

  • Maneja la transferencia de datos entre la CPU, la memoria y los dispositivos periféricos.

  • Ofrece soporte para el bus de expansión (más conocido como ranuras de entrada/salida).

Antiguamente estas funciones eran relativamente sencillas de realizar, por lo que el chipset era el último elemento al que se concedía importancia a la hora de comprar una placa base, si es que alguien se molestaba siquiera en informarse sobre la naturaleza del mismo. Sin embargo, la llegada de micros más complejos, además de nuevas tecnologías en memorias, le ha hecho cobrar protagonismo.


Tipos de chips

Un chipset puede estar formado por uno, dos o más chips. El chipset formado por dos chips, que es el más común, contiene un Puente Norte y un Puente Sur. Cada uno realizará una función. Algunos fabricantes pueden incluir hasta 6 chips en el chipset.


Puente Norte (NorthBridge)

Su función principal es la de controlar el funcionamiento del bus del procesador, la memoria y el puerto AGP o PCI-Express. De esa forma, sirve de conexión (de ahí su denominación de "puente") entre la placa madre y los principales componentes de la PC: microprocesador, memoria RAM y tarjeta de vídeo AGP o PCI Express.

El chip NorthBridge controla las siguientes características del sistema:


  • Tipo de microprocesador que soporta la placa.

  • Número de microprocesadores que soporta la placa.

  • Velocidad del microprocesador.

  • La velocidad del bus frontal FSB.

  • El multiplicador del FSB necesario para el funcionamiento de la CPU.

  • Tipo de RAM soportada.

  • Cantidad máxima de memoria soportada.

  • Tecnologías de memoria soportadas.

El NorthBridge suele ser más grande que el SouthBridge y podemos encontrarlo en las placas base con un disipador o incluso un ventilador, ya que trabaja a velocidades muy elevadas. Intel llama a sus chipsets también PCIsets y AGPsets, designaciones que hacen referencia a la tecnología del bus del sistema que introduce el chipset.







Puente Sur (SouthBridge)

Es el responsable de la conexión de la CPU con los componentes más lentos del sistema. Algunos de estos componentes son los dispositivos periféricos. El southbridge no está conectado a la CPU se comunica con ella indirectamente a través del northbridge.



Como norma, el chip SouthBridge controla las siguientes características:

  • Soporte del bus ISA. También se relaciona con el bus PCI.

  • Uno o más puertos USB.

  • Uno o más puertos serie.

  • Un puerto paralelo.

  • Un puerto infrarrojo.

  • Un controlador de disco duro de dos canales.

  • Controlador de disquetera.

  • Funciones de administración de energía.

  • Controlador del teclado, incluyendo soporte para ratón PS/2.



2.4 La BIOS
La BIOS o sistema básico de entrada/salida (Basic input/output system) es un programa incorporado en un chip de la placa base denominado ROM BIOS, que se encarga de realizar todas las funciones para que el ordenador se inicie.
Conserva ciertos parámetros como el tipo de disco duro, la fecha y hora del sistema, etc., los cuales guarda en una memoria del tipo CMOS, de muy bajo consumo y que es mantenida con una pila cuando el ordenador está desconectado.
Las BIOS pueden actualizarse bien mediante la extracción y sustitución del chip (método muy delicado) o bien mediante software, aunque sólo en el caso de las llamadas Flash-BIOS.

2.5 Ranuras para tarjetas de expansión
Son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de vídeo, de sonido, de red...). Según la tecnología en que se basen presentan un aspecto externo diferente, con diferente tamaño y a veces incluso en distinto color.
Ranuras ISA: son las más veteranas, un legado de los primeros tiempos del PC AT de IBM. Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un máximo de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjeta de vídeo. Miden unos 14 cm y su color suele ser negro; existe una versión aún más antigua que mide sólo 8,5 cm.
Ranuras Vesa Local Bus: un modelo de efímera vida: se empezó a usar en los 486 y se dejó de usar en los primeros tiempos del Pentium. Son un desarrollo a partir de ISA, que puede ofrecer unos 160 MB/s a un máximo de 40 MHz. Son larguísimas, unos 22 cm, y su color suele ser negro, a veces con el final del conector en marrón u otro color.
Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar 132 MB/s a 33 MHz, lo que es suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas.
Ranuras AGP: se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D, por lo que sólo suele haber una; además, su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos. Según el modo de funcionamiento puede ofrecer 264 MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm.
Ranura PCI Express (PCI-E): PCI resulta hoy por hoy escaso en ancho de banda, por lo cual la solución es PCI-E que tiene mayor ancho de banda y gran velocidad de transmisión, actualmente se utiliza para conectar tarjetas gráficas, sustituye a la ranura AGP.

2.6 Memoria caché
Se trata de un tipo de memoria muy rápida que se utiliza de puente entre el microprocesador y la memoria principal o RAM, de tal forma que los datos más utilizados puedan encontrarse antes, acelerando el rendimiento del ordenador, especialmente en aplicaciones ofimáticas.
Empezó a implantar en la época del 386, no siendo de uso general hasta la llegada de los 486. Su tamaño ha sido siempre relativamente reducido, tanto por cuestiones de diseño como por su alto precio, consecuencia directa de su gran velocidad.
También se la conoce como caché externa, secundaria o de segundo nivel (L2), para diferenciarla de la caché interna o de primer nivel (L1) que llevan todos los microprocesadores desde el 486 (excepto el 486SX y los primeros Celeron). Su presentación varía mucho: puede venir en varios chips o en un único chip, soldada a la placa base o en un zócalo especial (por ejemplo del tipo CELP) e incluso puede no estar en la placa base sino pertenecer al microprocesador, como en los Pentium II y los modernos Celeron Mendocino.
2.7 Conectores externos


Se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora... En las placas Baby-AT lo único que está en contacto con la placa son unos cables que la unen con los conectores en sí, que se sitúan en la carcasa, excepto el de teclado que sí está adherido a la propia placa. En todos los formatos de placa base modernos (del ATX en adelante) la mayoría de los conectores externos están soldados a la placa base.



Los principales conectores son:


Teclado





Bien para clavija DIN ancha, propio de las placas Baby-AT, o mini-DIN en placas ATX y muchos diseños propietarios.

Puerto paralelo
(LPT1) o puerto de Impresora



Se ha utilizado para este fin durante muchos años hasta que el USB lo ha desplazado. Es un conector hembra con 25 pines en 2 hileras.

Puertos serie
(COM o RS232)





Generalmente suelen ser dos, aunque cada vez más sólo uno o ninguno, ya que el USB ha tomado ventaja. Son conectores de 9 pines (habitualmente "COM1"), y en placas antiguas de 25 pines (generalmente "COM2").

Puerto para ratón PS/2



En realidad, un conector mini-DIN como el de teclado; el nombre proviene de su uso en los ordenadores IBM modelo PS/2.

Puerto de juegos



O puerto para joystick o teclado midi. Conector de 15 pines agrupados en 2 hileras. Cada vez menos común.

Puerto VGA y DVI para monitor



En placas con controladoras gráfica integrada, normalmente su salida es el típico conector analógico VGA de 15 pines en 3 hileras, aunque cada vez más a menudo se trata de un conector digital.

USB



Como mínimo dos, aunque actualmente es habitual que sean 4 o 6. Una de las ventajas es que es totalmente Plug and play. Las versiones 1.0, 1.1, 2.0.

Puerto FireWire



Es un conector de 6 pines de bus tipo serie, similar a USB en manejo pero mucho más avanzado y más rápido.

Conectores de Sonido



Normalmente 3 clavijas (altavoces, micrófono y entrada de línea. En placas modernas se encuentran también conectores digitales S/PDIF (redondo para cable coaxial y cuadrado para cable óptico)

Puerto para Red (LAN)



Una clavija similar a la empleada en telefonía pero mas ancha denominada RJ-45 para cable de par trenzado en red EThernet (10/100 Mbits/s )

2.8 Conectores internos




Bajo esta denominación englobamos a los conectores para dispositivos internos, como puedan ser la disquetera, el disco duro, unidades ópticas y diversos dispositivos auxiliares como el altavoz interno o los ventiladores y los conectores para los cables de puertos serie, paralelo y de joystick si la placa no es de formato ATX.


En las placas base antiguas el soporte para estos elementos se realizaba mediante una tarjeta auxiliar, llamada de Input/Output o simplemente de I/O, como la de la siguiente foto; pero ya desde la época de los 486 se hizo común integrar los chips controladores de estos dispositivos en la placa base, o al menos los correspondientes a discos duros y disquetera.


Conectores de la tarjeta Input/Output:

Disquetera; disco duro, puertos serie, paralelo y joystick


En las placas modernas podemos encontrar casi siempre los siguientes conectores:


Puertos IDE/ATA

Para discos duros y unidades ópticas, a menudo dos uno para cada canal IDE

Disquetera

Para unidad de disquetes

Puertos SATA (Serial ATA)

Para conectar discos duros y otros dispositivos de almacenamiento

Conector para ventilador

Como mínimo uno para el microprocesador, aunque lo normal es encontrar dos o tres

Conectores para puertos USB adicionales

Muchos chipset soportan más puertos USB de los que se encuentran soldados al panel trasero de la placa.

Conectores para la caja del PC

Son un grupo de conectores de pines de tamaño jumper que permiten conectar el botón de encendido de la caja del PC, las luces LED de alimentación y actividad del disco duro, el altavoz interno, el botón de reset.

Conectores para el panel frontal de la caja del PC

Las cajas modernas incluyen puertos frontales de fácil acceso, como mínimo USB y sonido, que deben conectarse a la placa.

Conectores de sonido interno

En las placas con el sonido integrado podemos encontrar entradas de sonido para el CD u otros dispositivos internos.

Conector Wake On LAN

No demasiado habitual, se emplea para unir la placa base a una tarjeta de red y poder encender el equipo desde la red

Conector Wake On Ring

Cumple la misma función que el anterior, pero este caso desde el MODEM

Conector infrarrojos

Permite equipar el equipo con un puerto infrarrojos, que se asociará a la BIOS a un determinado puerto serie, para facilitar la comunicación con teléfonos móviles, portátiles o PDA.

2.9 Conector eléctrico


Es donde se conectan los cables para que la placa base reciba la alimentación proporcionada por la fuente.


En las placas Baby-AT los conectores son dos, si bien están uno junto al otro, mientras que en las ATX es único. Cuando se trata de conectores Baby-AT, deben disponerse de forma que los cuatro cables negros (2 de cada conector), que son las tierras, queden en el centro.
El conector ATX 1.0 se diseño un conector eléctrico de 20 pines, suele tener formas cuadradas y trapezoidales alternadas de tal forma que sea imposible equivocar su orientación. Lamentablemente, el tremendo consumo de los microprocesadores y otros dispositivos conectados a la placa, resulta a menudo excesivo para el conector, de forma, que se han añadido diversos conectores que proporcionan más corriente.


2.10 Pila
La pila del ordenador, o más correctamente el acumulador, se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado. Sin ella, cada vez que encendiéramos tendríamos que introducir las características del disco duro, del chipset, la fecha y la hora...
Se trata de un acumulador, pues se recarga cuando el ordenador está encendido. Sin embargo, con el paso de los años pierde poco a poco esta capacidad (como todas las baterías recargables) y llega un momento en que hay que cambiarla. Esto, que ocurre entre 2 y 6 años después de la compra del ordenador, puede pronosticarse observando si la hora del ordenador "se retrasa" más de lo normal.
2.11 Elementos integrados variados
En las placas base modernas resulta muy común que ciertos componentes se incluyan en la propia placa base, en vez de ir en forma de tarjetas de expansión. Los más comunes son:
Controladoras de dispositivos: En general todas las placas desde la época del Pentium, y algunos 486, incluyen una controladora de I/O completa para discos IDE, disquetera, puertos paralelo y serie..., actualmente se incluyen controladora SATA y además las dota de funcionalidad RAID.
Controladora de sonido: Casi todas las placas modernas la incorporan.
Controladora gráfica: Lo que suele llamarse "tarjeta de gráfica", pero sin la tarjeta, sólo el chip. Las que incorporan las placas base no suelen ser de una potencia excepcional, pero sí suficiente para trabajos de oficina.
Controladora de red: Normalmente Fast Ethernet, de 100 Mbits/s.
Sobre la conveniencia o no de que las placas base tengan un alto grado de integración de componentes hay opiniones para todos los gustos. Indudablemente, salen más baratas y es más cómodo, ya que el interior de la caja está limpio de cables y tarjetas; sin embargo, no siempre son componentes de alta gama (sobre todo en tarjetas de sonido y vídeo), además de que cualquier fallo importante en la placa nos deja sin casi nada que poder aprovechar del ordenador.

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